JPH11269608A - 耐炭酸ガス腐食性、耐サワー性に優れる油井用Cr含有鋼管 - Google Patents

耐炭酸ガス腐食性、耐サワー性に優れる油井用Cr含有鋼管

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JPH11269608A
JPH11269608A JP7253798A JP7253798A JPH11269608A JP H11269608 A JPH11269608 A JP H11269608A JP 7253798 A JP7253798 A JP 7253798A JP 7253798 A JP7253798 A JP 7253798A JP H11269608 A JPH11269608 A JP H11269608A
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Abstract

(57)【要約】 【課 題】 CO2 、Cl- 、H2S 等を含む苛酷な腐食環境
下において優れた耐CO2腐食性、耐SSCC性を有する安価
な油井鋼管を提供する。 【解決手段】 C:0.30%以下、Si:0.60%以下、Mn:
0.30〜1.50%、P:0.03%以下、S:0.005 %以下、C
r:3.0 〜9.0 %、Al:0.01〜0.10%を含有し、あるい
はさらにNb:0.30%以下、V:0.50%以下を1種または
2種あわせて0.03%以上含有し、残部がFeおよび不可避
的不純物よりなる鋼を鋼管に熱間圧延後、850 ℃以上11
00℃以下に加熱し、300 ℃以下まで1℃/s以上の速度で
冷却し、さらに800 ℃以下の温度で焼戻してなる耐炭酸
ガス腐食性、耐サワー性に優れる油井用Cr含有鋼管。

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、原油あるいは天
然ガスの油井、ガス井に使用される油井管用の鋼材に関
し、特に炭酸ガス(CO2 )、塩素イオン(Cl- )、硫化
水素(H2S )などを含む極めて腐食環境の厳しい油井、
ガス井で使用するに適した、優れた耐食性(特に耐CO2
腐食性)と耐応力腐食われ性(特に耐硫化物応力腐食わ
れ性)を有するCr含有鋼管に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年に至り、原油価格の高騰や近い将来
に予想される石油資源の枯渇化を目前にして、従来はか
えりみられなかったような深層油田や、開発が一旦は放
棄されていた腐食性の強いサワーガス田等に対する開発
が、世界的規模で盛んになっている。このような油田、
ガス田は一般に、CO2 、Cl- 、H2S 等を含む厳しい腐食
環境となっている場合が多い。したがってこのような油
田、ガス田の採掘に使用される油井鋼管としては耐食
性、耐応力腐食割れ性を兼ね備えた材質が要求される。
【0003】一般にCO2 、Cl- を含む環境下では耐CO2
腐食性、耐CO2 応力腐食割れ性、耐孔食性の優れた13%
Crマルテンサイト系ステンレス鋼管が使用されるのが普
通である。しかし、さらにH2S が共存する環境では13%
Crマルテンサイト系ステンレス鋼は耐硫化物応力腐食わ
れ性(耐SSCC性)が低いことから、高価な2相ステンレ
ス鋼が用いられているのが実情である。このため、耐CO
2 腐食性、耐SSCC性を兼ね備えた安価な油井管用Cr含有
鋼管の開発が強く望まれていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この発明は以上の事情
を背景としてなされたもので、前述のようにCO2 、C
l-、H2S 等を含む苛酷な腐食環境下において優れた耐CO
2 腐食性、耐SSCC性を有する安価な油井鋼管を提供する
ことを目的とするものである。すなわち、耐CO2 腐食性
に効果のあるCrを適量添加し、さらにNb、V添加と熱処
理条件の適正化によって耐SSCC性を十分に改善し、耐CO
2 腐食性、耐SSCC性に優れたCr含有鋼管を提供するもの
である。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上述のよう
な目的を達成するべく、油井用高強度マルテンサイト系
ステンレス鋼管をベースとし、種々の合金成分につい
て、CO2 、Cl- 、H2S を含む環境下での耐SSCC性を調べ
るための各種の実験、検討を重ねた。その結果、Cr量コ
ントロールと熱処理条件の適正化によって、耐CO2 腐食
性に加えて、耐SSCC性が著しく改善されることを見出
し、この発明をなすに至ったのである。なお、この発明
では、H2S を含む環境下での耐SSCC性を「耐サワー性」
と称する。
【0006】すなわち、この発明は、mass%で、 C:0.30%以下、 Si:0.60%以下、 Mn:0.30〜1.50%、 P:0.03%以下、 S:0.005 %以下、 Cr:3.0 〜9.0 %、 Al:0.01〜0.10%を含有し、 あるいはさらにNb:0.30%以下、V:0.50%以下を1種
または2種あわせて0.03%以上含有し、残部がFeおよび
不可避的不純物よりなる鋼を鋼管に熱間圧延後、850 ℃
以上1100℃以下に加熱し、300 ℃以下まで1℃/s以上の
速度で冷却し、さらに800 ℃以下の温度で焼戻してなる
ことを特徴とする耐炭酸ガス腐食性、耐サワー性に優れ
る油井用Cr含有鋼管であり、また、前記鋼がさらに、 Cu:1.5 %以下、 Ni:2.5 %以下、 Mo:2.0 %以下、 Ti:0.50%以下、 Zr:0.20%以下、 B:0.0005〜0.01%、 W:2.0 %以下、 Ca:0.01%以下から選ばれた1種または2種以上を含 有する前記油井用Cr含有鋼管である。
【0007】
【発明の実施の形態】以下この発明のCr含有鋼管につい
て更に詳細に説明する。まずこの発明における鋼成分限
定理由について説明する。 C:0.30%以下 Cは鋼の強度に関係する重要な元素であるが、0.30%を
超えた添加は靱性の低下を引き起こし、かつCr炭化物を
生成させて耐食性を低下させるので0.30%以下とした。 Si:0.60%以下 Siは通常の製鋼過程において脱酸剤として必要な元素で
あるが、0.60%を超えると耐CO2 腐食性を低下させ、さ
らに熱間加工性も低下させることから、Siは0.60%以下
とした。 Mn:0.30〜1.50% Mnは油井管用鋼としての強度を確保するためには0.30%
以上必要であるが、1.50%を超えると靱性に悪影響を及
ぼすことから、Mnは0.30〜1.50%とした。 P:0.03%以下 Pは耐CO2 腐食性および耐サワー性をともに劣化させる
元素であり、その含有量は可及的に少ないことが望まし
いが、極端な低減は製造コストの上昇を招く。工業的に
比較的安価に実施可能でかつ耐CO2 腐食性および耐サワ
ー性を劣化させない範囲でPは0.03%以下とした。 S:0.005 %以下 Sはパイプ製造過程においてその熱間加工性を著しく劣
化させる元素であり、可及的に少ないことが望ましい
が、0.005 %以下に低減すれば通常の工程でのパイプ製
造が可能となることから、Sはその上限を0.005 %とし
た。 Cr:3.0 〜9.0 % Crは耐CO2 腐食性を保持するために主要な元素であり、
耐食性の観点からは3.0 %以上必要である。しかし、9.
0 %を超えると耐サワー性が劣化することから、Crは3.
0 〜9.0 %とした。 Al:0.01〜0.10% Alは強力な脱酸作用を有し、0.01%未満ではその効果が
十分でなく、0.10%を超えると靱性に悪影響を及ぼすこ
とから、Alは0.01〜0.10%とした。 Nb:0.30%以下、V:0.50%以下の1種または2種あわ
せて0.03%以上 Nb、Vは高温における強度を上昇させる効果、および耐
サワー性を改善する効果があり、これらの効果を発揮さ
せるために、合計で0.03%以上添加するのが好ましい。
また、Nbは0.30%、Vは0.50%を超えて添加すると靱性
を劣化させるため、それぞれ0.30%以下、0.50%以下に
制限するのが良い。 Cu:1.5 %以下 Cuは保護被膜を強固にして、鋼中へ水素の浸入を抑制
し、耐サワー性を高める元素であるが、1.5 %を超える
と高温でCuS が粒界折出し、熱間加工性が低下すること
から、Cuは1.5 %以下とした。 Ni:2.5 %以下 Niは保護被膜を強固にして、耐CO2 腐食性および耐サワ
ー性を高める効果があるが、2.5 %を超えて添加しても
あまり特性に改善がみられず、かつ高コストとなること
から、Niは2.5 %以下とした。 Mo:2.0 %以下 Moは耐食性、耐孔食性に有効であり、かつ鋼中へ水素浸
入を抑制して耐サワー性を向上させる元素である。しか
し、2.0 %を超えた添加はあまり特性に改善がみられ
ず、かつ高コストとなることから、Moは2.0 %以下とし
た。 Ca:0.01%以下 CaはSをCaS として固定しS系介在物を球状化すること
により、介在物の周囲のマトリックスの格子歪を小さく
して、水素のトラップ能を下げる作用がある。そのため
耐サワー性向上に効果がある。しかし、0.01%を超える
とCaO の増加を招き、耐CO2 腐食性が低下することか
ら、Caは0.01%以下とした。 Ti:0.50%以下、Zr:0.20%以下、B:0.0005〜0.01
%、W:2.0 %以下 Ti、Zr、B、Wは強度を上昇させる効果、および耐応力
腐食われ性を改善する効果があるが、Tiは0.50%を超え
て、Zrは0.20%を超えて、Wは2.0 %を超えて添加する
といずれも靱性を劣化させるため、また、Bは0.0005%
未満では効果がなく、0.01%を超えた添加は靱性を劣化
させるため、それぞれTi:0.50%以下、Zr:0.20 %以
下、B:0.0005〜0.01%、W:2.0 %以下とした。
【0008】この発明の鋼は以上のような成分組成を有
するが、耐食性、耐応力腐食われ性改善のために熱処理
条件を規定した。つまり、熱間圧延後、850 ℃以上1100
℃以下に加熱し、300 ℃以下まで1℃/s以上の速度で冷
却して、さらに800 ℃以下の温度で焼戻すこととした。
この熱処理により、耐SSCC性をさらに改善できる。
【0009】
【実施例】本発明要件を満たす鋼管(実施例)及び本発
明要件を外れる鋼管(比較例)の化学成分、熱処理条件
を表1に示す。実施例、比較例とも熱間圧延造管後熱処
理により降伏強度80ksi grade(80〜95ksi)に調整し、耐
CO2 腐食性および耐サワー性を評価した。
【0010】耐CO2 腐食性は、鋼管から切り出した厚さ
3mm、幅30mm、長さ40mmの腐食試験片を5%NaCl水溶液
を満たしたオートクレーブ中に2週間浸漬する炭酸ガス
腐食試験を行い、重量減から腐食速度を読み取って評価
指標とした。オートクレーブ中の炭酸ガス分圧は1MPa
、温度は100 ℃とした。耐サワー性は、NACE-TM0177-9
6 method Aに準拠した定荷重試験(SSC試験)を行
い、割れ発生の有無で評価した。試験液にはSolutionA
(pH:2.7)を用い、付加応力は496MPa(80ksi gradeの90
%SMYS(Specified Minimum Yield Strength)とした。
【0011】腐食速度およびSSC試験結果を表1に示
す。表1より、比較例では腐食速度とSSC試験結果の
いずれか一方または両方が不十分であるのに対し、実施
例ではこれら両方がそろって十分なレベルにあり、この
発明の鋼管が炭酸ガス腐食性、耐サワー性に優れること
が明らかである。このように、この発明のCr含有鋼管
は、CO2 、H2S を含む油井環境で油井鋼管として十分使
用可能である。
【0012】
【表1】
【0013】
【発明の効果】以上のように、この発明のCr含有鋼管
は、Cr含有量を従来より低減しさらにNb、Vを決められ
た範囲で添加し、さらに熱処理条件を制限することによ
り、CO2、H2S 、Cl- を含む厳しい腐食環境下において
十分な耐食性および耐硫化物応力腐食割れ性を発揮し、
したがってかかる苛酷な環境に置かれる油井鋼管として
好適に使用し得るという格段の効果を奏する。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 mass%で、 C:0.30%以下、 Si:0.60%以下、 Mn:0.30〜1.50%、 P:0.03%以下、 S:0.005 %以下、 Cr:3.0 〜9.0 %、 Al:0.01〜0.10%を含有し、 残部がFeおよび不可避的不純物よりなる鋼を鋼管に熱間
    圧延後、850 ℃以上1100℃以下に加熱し、300 ℃以下ま
    で1℃/s以上の速度で冷却し、さらに800 ℃以下の温度
    で焼戻してなることを特徴とする耐炭酸ガス腐食性、耐
    サワー性に優れる油井用Cr含有鋼管。
  2. 【請求項2】 mass%で、 C:0.30%以下、 Si:0.60%以下、 Mn:0.30〜1.50%、 P:0.03%以下、 S:0.005 %以下、 Cr:3.0 〜9.0 %、 Al:0.01〜0.10%を含有し、 さらに、Nb:0.30%以下、V:0.50%以下を1種または
    2種あわせて0.03%以上含有し、残部がFeおよび不可避
    的不純物よりなる鋼を鋼管に熱間圧延後、850 ℃以上11
    00℃以下に加熱し、300 ℃以下まで1℃/s以上の速度で
    冷却し、さらに800 ℃以下の温度で焼戻してなることを
    特徴とする耐炭酸ガス腐食性、耐サワー性に優れる油井
    用Cr含有鋼管。
  3. 【請求項3】 前記鋼がさらに、 Cu:1.5 %以下、 Ni:2.5 %以下、 Mo:2.0 %以下、 Ti:0.50%以下、 Zr:0.20%以下、 B:0.0005〜0.01%、 W:2.0 %以下、 Ca:0.01%以下から選ばれた1種または2種以上を含 有する請求項1又は2記載の油井用Cr含有鋼管。
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