JPH0967624A - 耐sscc性に優れた高強度油井用鋼管の製造方法 - Google Patents

耐sscc性に優れた高強度油井用鋼管の製造方法

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JPH0967624A
JPH0967624A JP24073695A JP24073695A JPH0967624A JP H0967624 A JPH0967624 A JP H0967624A JP 24073695 A JP24073695 A JP 24073695A JP 24073695 A JP24073695 A JP 24073695A JP H0967624 A JPH0967624 A JP H0967624A
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less
steel pipe
temperature
resistance
sscc resistance
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JP24073695A
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Toshiharu Abe
俊治 阿部
Hideki Takabe
秀樹 高部
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高強度で優れた耐SSCC性を有する油井用
に適した鋼管を低コストで工業的に製造する。 【解決手段】 C:0.15〜0.30%、Si:0.
05〜1.00%、Mn:0.20〜1.50%、P:
0.02%以下、Cr:0.3〜1.5%、Mo:0.
10〜1.00%、Al:0.01〜0.07%、N:
0.015%以下、S:0.0015%以下、Ca:
0.0002〜0.0010%を含み、かつ、Nb:
0.01〜0.05%、Ti:0.01〜0.05%、
V:0.01〜0.10%、B:0.001〜0.00
5%のうちの1種または2種以上を含有し、残部がFe
および不可避的不純物からなる鋼管に対し、Ac3変態
点以上、結晶粗大化開始温度未満の温度から焼入れし、
ついでAc1変態点以下の温度で焼戻しを行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、高強度でかつ耐
硫化物応力腐食割れ性(以下耐SSCC性という)に優
れた油井およびガス井用として適した鋼管の製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】近年、石油の油井や天然ガスのガス井
は、近い将来に予想される石油資源の枯渇化を目前にし
て、従来は顧みられなかったような深層油田の発掘や、
開発が一旦放棄されたサワーガス田などに対する開発が
世界的規模で盛んに行われている。
【0003】このような油井、ガス井は、一般に深度が
数千mと極めて深く、長い油井管、ガス井管(以下総称
して油井管という)を吊り下げる形となるため、地上付
近の油井管には大きな荷重がかかるので、高強度である
ことが要求されている。また、その油井、ガス井の雰囲
気は、H2S、CO2、Cl-等を含有する湿潤下の極め
て厳しい腐食環境の場合が多く、耐食性、特に耐SSC
C性に優れた油井管が要求される。このため、油井、ガ
ス井の掘削、および採油、採ガスなどの油井管として
は、高強度でかつ耐食性、特に耐SSCC性に対する要
求が以前にも増して厳しくなってきている。
【0004】このような観点から従来の油井管は、通常
Mn−Cr鋼またはCr−Mo鋼から製造した油井管
に、焼入れ、焼戻し処理を行って製造されている。すな
わち、油井管の焼入れ、焼戻し処理は、高強度化と高靭
性化に寄与し、焼戻しマルテンサイト組織は、耐SSC
C性に優れた性能を示す。しかしながら、耐SSCC性
と強度とは、相反する関係に有り、高強度になるほど高
い耐SSCC性が要求される。このため、従来は、耐S
SCC性確保の制約から、降伏強さ655〜758N/
mm2が限界とされていた。
【0005】降伏強さ690N/mm2以上の油井管の
製造方法としては、C:0.15〜0.45%、Si:
0.1〜1.0%、Mn:0.3〜1.8%、sol.
Al:0.01%以下、Ti:を0.005〜0.1%
とZr:0.01〜0.2%の1種または2種以上、
N:{0.002+[Ti(%)+Zr(%)]/8}
%以下、AlN:0.005%以下を含み、残部実質的
にFeからなる低合金鋼管に対し、880〜980℃か
ら焼入れを行った後、600〜730℃で焼戻しを行う
と共に、600〜730℃の温度域において塑性加工を
全歪量が1〜20%となるよう1回または複数回行い、
しかる後に800〜950℃からの焼入れと600〜7
30℃での焼戻しとを行う方法(特開平1−28332
2号公報)、C:0.15〜0.50%、Si:0.1
0〜1.0%、Mn:0.3〜1.8%、Cr:0.0
4%以下、Mo:0.82〜3.0%、sol.Al:
0.005〜0.07%、N:0.01%以下を含み、
必要であれば、Nb:0.005〜0.10%、Ti:
0.005〜0.15%、B:0.0010〜0.00
50%、Zr:0.01〜0.2%の1種または2種以
上を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼
管に対し、840〜950℃で0.1〜2.0時間の加
熱から焼入れを行い、ついで600〜740℃で0.1
〜5.0時間の焼戻しを行う方法(特開平3−2044
3号公報)が提案されている。
【0006】また、C:0.15〜0.40%、Si:
0.1〜1.0%、Mn:0.3〜1.0%、Cr:
0.1〜1.5%、Mo:0.1〜1.0%、Al:
0.01〜0.10%、P:0.015以下、S:0.
005%以下、N:0.003〜0.015%を含有す
ると共に、必要に応じてさらに、Nb:0.01〜0.
10%、V:0.01〜0.10%、Ti:0.005
〜0.050%、B:0.0001〜0.0050%、
Ca:0.0005〜0.0100%、Cu:0.1〜
0.5%のうちの1種以上を含み、残部がFeおよび不
可避的不純物からなる成分組成の鋼を、Ac3変態点以
上結晶粒粗大化開始温度未満の温度域から焼入れし、続
いてこれを再びAc3変態点以上結晶粒粗大化開始温度
未満の温度域にまで加熱した後、該温度域から再度焼入
れし、その後Ac1変態点以下の温度で焼戻すか、ある
いはAc3変態点以上結晶粒粗大化開始温度未満の温度
域にまで加熱した後、(Ac1変態点−50℃)以下の
温度で焼戻し、続いてこれを再びAc3変態点以上結晶
粒粗大化開始温度未満の温度域にまで加熱した後、該温
度域から再度焼入れし、その後Ac1変態点以下の温度
で焼戻す方法(特開昭59−232220号公報)、
C:0.30%以下、Si:0.05〜1.00%、M
n:0.30〜1.00%、P:0.03%以下、S:
0.03%以下、Cr:0.30〜1.50%、Mo:
0.10〜2.00%、Al:0.01〜0.05%、
N:0.015%以下を含み、Nb:0.01〜0.0
4%、V:0.03〜0.10%、Ti:0.01〜
0.05%、B:0.0010〜0.0050%、C
a:0.0010〜0.0050%のうちの1種または
2種以上を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物か
らなる鋼管に対し、焼入れ焼戻しを2回繰り返す高強度
耐食性鋼管の製造方法において、1回目の焼入れ焼戻し
後に冷間もしくは温間で完全な曲がり取りを行い、2回
目の焼入れ焼戻し後は温間で軽微な曲がり取りを行う
か、もしくは曲がり取りを行わない方法(特開平5−2
87381号公報)が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上記特開平1−283
322号公報、特開平3−20443号公報に開示の方
法は、1回目の焼入れ焼戻し後塑性加工を実施し、再度
焼入れ焼戻しを行うため、多数の熱処理が必要であり、
製造コストが増加して高価となる。また、特開昭59−
232220号公報、特開平5−287381号公報に
開示の方法は、前記特開平1−283322号公報、特
開平3−20443号公報に開示の方法と同様に、2回
の焼入れ焼戻しを行うため、多数の熱処理が必要であ
り、製造コストが増加して高価となるという欠点を有し
ている。
【0008】上記のとおり、690N/mm2以上の高
強度と耐SSCC性の双方を満足させるためには、二次
加工によって細粒の焼戻しマルテンサイト組織を得る方
法が多数提案されているが、例えば、特開平5−287
381号公報の方法により製造された鋼管でも、耐SS
CC性試験の1種であるNACE定荷重試験(室温下、
2Sを飽和させた5%NaCl水溶液に0.5%CH3
COOHを添加した溶液中で、直径6.4mmの丸棒引
張試験片に定荷重を負荷し、720時間で破断しない限
界負荷応力により耐SSCC性を評価する試験)を行う
と、高降伏強さ材では、高負荷応力側で時々短時間で破
断する現象が起こることがあり、耐SSCC性の性能上
の問題を有している。
【0009】この発明の目的は、上記従来技術の欠点を
解消し、690N/mm2以上の高強度で、しかも、そ
の高強度に見合う優れた耐SSCC性を有する油井用に
適した鋼管を低コストで工業的に製造できる耐SSCC
性に優れた高強度油井用鋼管の製造方法を提供すること
にある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の目
的を達成すべく硫化物応力腐食割れ試験後の試験片を詳
細に調査した結果、硫化物応力腐食割れの発生は、Ca
−Al−O系の大型非金属介在物および伸延したMnS
系の非金属介在物が起点となっていることを解明した。
そこで、本発明者らは、耐SSCC性に及ぼす合金成分
の影響について種々調査を実施し、所定の化学成分範囲
に限定することによって製品での非金属介在物の最大粒
径を20μm以下に制御でき、非金属介在物を微小に分
散して耐SSCC性が大幅に向上できること、特にS、
Caの含有量を微少に限定することにより達成できるこ
とを究明し、この発明に到達した。
【0011】すなわちこの発明は、C:0.15〜0.
30%、Si:0.05〜1.00%、Mn:0.20
〜1.50%、P:0.02%以下、Cr:0.3〜
1.5%、Mo:0.10〜1.00%、Al:0.0
1〜0.07%、N:0.015%以下、S:0.00
15%以下、Ca:0.0002〜0.0010%を含
み、かつ、Nb:0.01〜0.05%、Ti:0.0
1〜0.05%、V:0.01〜0.10%、B:0.
001〜0.005%のうちの1種または2種以上を含
有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼管に
対し、Ac3変態点以上、結晶粗大化開始温度未満の温
度から焼入れし、ついでAc1変態点以下の温度で焼戻
しを行うことを特徴とする耐SSCC性に優れた高強度
油井用鋼管の製造方法である。
【0012】
【発明の実施の形態】以下にこの発明の油井用鋼管の化
学成分の限定理由を説明する。Cは鋼の強度、靭性を確
保するのに必要不可欠な元素であるが、0.15%未満
では十分でなく、0.30%を超えると焼入れ時に焼割
れが発生するので、0.15〜0.30%とした。
【0013】Siは脱酸および強度確保のために必要な
元素であるが、0.05%未満では脱酸が十分でなく、
1.00%を超えると靭性の劣化をきたすので、0.0
5〜1.00%とした。
【0014】MnはSiと同様脱酸および強度確保のた
めに必要な元素であるが、0.20%未満では脱酸が十
分でなく、1.50%を超えると靭性の劣化をきたすの
で、0.20〜1.50%とした。
【0015】Pは鋼中に存在する不純物であり、鋼の清
浄性を損ない靭性ならびに延性を劣化させるので、少な
い方がよく、0.02%以下とした。
【0016】Crは焼入れ性および耐食性を確保するの
に必要な元素であるが、0.3%未満ではその効果が十
分でなく、1.5%を超えると鋼中への水素侵入を助長
し、耐SSCC性を劣化させるので、0.3〜1.5%
とした。
【0017】MoはCrと同様焼入れ性および耐食性を
向上させ、かつ焼戻し軟化抵抗を高め、高強度化であっ
ても高温焼戻しを可能にし、耐SSCC性を向上させる
元素であるが、0.10%未満ではその効果が十分でな
く、1.00%を超えるとその効果が飽和し、粗大な炭
化物を生成して逆に靭性と耐SSCC性を劣化させるの
で、0.10〜1.00%とした。
【0018】Alは脱酸および靭性確保に有効な元素で
あるが、0.01%未満ではその効果が十分でなく、
0.07%を超えるとアルミナ系のクラスター状介在物
を生成し、靭性を劣化させるので0.01〜0.07%
とした。
【0019】Nは耐SSCC性を支配するAlN形成に
必要な元素であるが、0.015%を超えると耐食性、
靭性を劣化させるので、0.015%以下とした。
【0020】SはPと同様に鋼中に不可避的に存在する
不純物であり、鋼の清浄性を損ない靭性、延性を劣化さ
せるので少ないほどよく、かつ製品段階で伸延したMn
Sを形成し、耐SSCC性を著しく結果させるので、
0.0015%以下とした。
【0021】Caは介在物の形態制御により靭性向上、
耐SSCC性向上に有効な元素であるが、0.0002
%未満ではその効果が十分でなく、0.0010%を超
えるとCa−Al−O系のクラスター状の非金属介在物
が局部的に散在することがあり、耐食性試験時に硫化物
応力腐食割れ発生の起点となるので、0.0002〜
0.0010%とした。
【0022】また、Ti、Nb、V、Bは、それぞれ耐
SSCC性の向上に有効な元素であり、これらを1種以
上添加することとした。
【0023】Ti、Nbはいずれも結晶粒を微細化し、
靭性ならびに耐SSCC性を向上させる元素であるが、
0.01%未満ではその効果が十分でなく、0.05%
を超えるとその効果が飽和すると共に、NbC析出物が
増加して耐SSCC性を劣化させるので、いずれも0.
01〜0.05%とした。
【0024】Vは焼戻し軟化抵抗を高める元素である
が、0.01%未満ではその効果が十分でなく、0.1
0%を超えると靭性が劣化するので、0.01〜0.1
0%とした。
【0025】Bは焼入れ性および耐SSCC性の向上に
有効な元素であるが、0.001%未満ではその効果が
十分でなく、0.005%を超えると靭性が劣化するの
で、0.001〜0.005%とした。
【0026】この発明における鋼管の製造は、前記化学
成分の鋼を溶製し、脱ガスを十分に行ったのち、鋳込み
温度を制御して大型のクラスター状介在物の浮上分離を
十分にさせながら鋳込みを行い、耐SSCC性に優れた
高清浄性の鋼塊または連続鋳造によるブルームを製造す
る。次いで分塊圧延で所定径のビレットとした後、マン
ネスマン方式による熱間加工によって所定寸法の鋼管と
する。
【0027】その後鋼管は、耐SSCC性に優れた炭化
物の微細分散した焼戻しマルテンサイト組織とするため
の焼入れ、焼戻し処理を実施し、炭化物の微細に分散し
た焼戻しマルテンサイト組織とする。この場合における
焼入れ温度は、Ac3変態点以上のオーステナイト温度
域であるが、850℃未満では前段の熱間加工の影響が
残存し、焼戻し後の強度のバラツキが発生する。一方、
焼入れ温度が950℃を超える結晶粒度が粗大化し、耐
SSCC性を低下させるので、好ましくは850〜95
0℃の範囲である。690N/mm2以上の強度とする
ための焼戻し温度は、600℃未満では強度が高くなり
すぎて耐食性が悪化し、750℃を超えると所望の強度
が得られないので、好ましくは600〜750℃の範囲
である。
【0028】
【実施例】表1に示す化学成分の鋼No.1〜8の鋼を
溶製し、脱ガスを十分に行ったのち、鋳込み温度を制御
して大型のクラスター状介在物の浮上分離を十分にさせ
ながら鋳込みを行って鋼塊または連続鋳造によるブルー
ムとなし、分塊圧延して丸ビレットとしたのち、各丸ビ
レットからマンネスマン方式による熱間圧延によって外
径250mm、肉厚15.0mmの継目無鋼管を製造し
た。次いで各継目無鋼管を920℃で20分加熱後、水
冷焼入れしたのち、焼戻し温度を変化させて熱処理を行
って強度の異なる供試材とした。各供試材は、清浄性を
評価するため、ミクロ研磨後、非金属介在物の大きさを
測定した。
【0029】また、各供試材は、引張試験を行い、降伏
点と引張強さを測定すると共に、直径6.4mm、平行
部25.4mmの丸棒引張試験片を肉厚中央部から採取
し、NACE TM−0177 Method−Aに規
定される耐SSCC試験を実施した。なお、耐SSCC
試験は、室温下、H2Sを飽和させた5%NaCl水溶
液に0.5%CH3COOHを添加した溶液中で、引張
試験片にその降伏応力の80%の荷重をかけて720時
間浸漬し、破断の有無により合否を評価した。その結果
を表2に示す。
【0030】
【表1】
【0031】
【表2】
【0032】表2に示すとおり、鋼No.1〜4から製
造した本発明鋼管は、非金属介在物の最大長さがいずれ
も20μm以下と大幅に減少し、耐SSCC性試験にお
いていずれも破断がなく合格している。これに対し鋼N
o.5〜8から製造した比較鋼管は、SまたはCaの不
純物が多量に含有する鋼No.6、7、8は、かえって
非金属介在物が生長し、また、Ca含有量の少ない鋼N
o.5は、非金属介在物の生長を抑制できず、非金属介
在物の最大長さがいずれも25μmを超えており、耐S
SCC性試験において最大62.5%が破断して不合格
となっている。
【0033】
【発明の効果】以上述べたとおり、この発明方法によれ
ば、化学成分を特定範囲に限定して非金属介在物の粒径
を小さくすることによって、1回の焼入れ焼戻しにより
耐SSCC性に優れた高強度油井用鋼管を得ることがで
き、比較的低コストで供給することができる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C:0.15〜0.30%、Si:0.
    05〜1.00%、Mn:0.20〜1.50%、P:
    0.02%以下、Cr:0.3〜1.5%、Mo:0.
    10〜1.00%、Al:0.01〜0.07%、N:
    0.015%以下、S:0.0015%以下、Ca:
    0.0002〜0.0010%を含み、かつ、Nb:
    0.01〜0.05%、Ti:0.01〜0.05%、
    V:0.01〜0.10%、B:0.001〜0.00
    5%のうちの1種または2種以上を含有し、残部がFe
    および不可避的不純物からなる鋼管に対し、Ac3変態
    点以上、結晶粗大化開始温度未満の温度から焼入れし、
    ついでAc1変態点以下の温度で焼戻しを行うことを特
    徴とする耐SSCC性に優れた高強度油井用鋼管の製造
    方法。
JP24073695A 1995-08-25 1995-08-25 耐sscc性に優れた高強度油井用鋼管の製造方法 Pending JPH0967624A (ja)

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