JPS60174859A - 油井管用マルテンサイト系ステンレス鋼 - Google Patents
油井管用マルテンサイト系ステンレス鋼Info
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、原油あるしは天然ガスの油井、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（Ｃｏ□
）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、塩素イオン（ＣＦ ）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、優れた耐食性と耐応力腐食割れ性を有するマル
テンサイト系ステンレス鋼に関するものである。
用される油井管用の鋼材に関し、特に炭酸ガス（Ｃｏ□
）、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、塩素イオン（ＣＦ ）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、優れた耐食性と耐応力腐食割れ性を有するマル
テンサイト系ステンレス鋼に関するものである。
近年に至シ、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、従来は顧みられなかった
ような深層油田や、開発が一旦は放棄されていたサワー
ガス田などに対する開発が、世界的規模で盛んになって
いる。このような油田、ガス田は一般に深度が極めて深
く、またその雰囲気はＣｏ２． Ｈ２Ｓ 、 （Ｊ−等
を含む厳しφ贋食環境となっている。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管としては、
高強度でしかも耐食性と耐応力腐食割れ性を兼ね備えた
材質が要求される。
油資源の枯渇化を目前にして、従来は顧みられなかった
ような深層油田や、開発が一旦は放棄されていたサワー
ガス田などに対する開発が、世界的規模で盛んになって
いる。このような油田、ガス田は一般に深度が極めて深
く、またその雰囲気はＣｏ２． Ｈ２Ｓ 、 （Ｊ−等
を含む厳しφ贋食環境となっている。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管としては、
高強度でしかも耐食性と耐応力腐食割れ性を兼ね備えた
材質が要求される。
従来一般の油井管としては、例えば特開昭５８−１４７
５４５号や特開昭５８−１９９８５０号に示されるよう
な低合金鋼を使用するのが通常であったが、この種の低
合金鋼の油井管は一般に耐Ｃ０２腐食性が極めて劣悪で
あるため、前述のような環境下で使用するには本来不適
当である。そこでやむを得ず、インヒビターの注入とい
う不完全でしかも２ンニングコストの高め防食法と併用
して用−ているのが実情である。そのため、前述のよう
な油田、ガス田の採掘に使用される油井管としては、低
合金鋼の油井管に代って、インヒビタ−を必要としない
高合金系の油井管の開発が強く望まれている。
５４５号や特開昭５８−１９９８５０号に示されるよう
な低合金鋼を使用するのが通常であったが、この種の低
合金鋼の油井管は一般に耐Ｃ０２腐食性が極めて劣悪で
あるため、前述のような環境下で使用するには本来不適
当である。そこでやむを得ず、インヒビターの注入とい
う不完全でしかも２ンニングコストの高め防食法と併用
して用−ているのが実情である。そのため、前述のよう
な油田、ガス田の採掘に使用される油井管としては、低
合金鋼の油井管に代って、インヒビタ−を必要としない
高合金系の油井管の開発が強く望まれている。
ところで各種高合金鋼のうちでも、マルテンサイト系ス
テンレス鋼は、製造コストが安価でラシ、また焼もどし
温度を変えることによって強度レベルを広範囲にわたっ
て容易に変え得るなどの利点を有し、しかも耐ＣＯ２腐
食性に優れている。しだがってＣＯ２のみを含有する油
井、ガス井には最適であると考えられる。しかしながら
前述のような油井、ガス井においては、Ｃ０２のみを含
むことは極めて稀であｋ）、Ｈ２Ｆ３を同時に含有する
環境となっているのが通常である。このようにＨ２Ｓを
含む環境下では、マルテンサイ・ト系ステンレス鋼は応
力腐食割れ感受性が極めて高く、そのため油井管として
使用することはためられれていたのが実情である。
テンレス鋼は、製造コストが安価でラシ、また焼もどし
温度を変えることによって強度レベルを広範囲にわたっ
て容易に変え得るなどの利点を有し、しかも耐ＣＯ２腐
食性に優れている。しだがってＣＯ２のみを含有する油
井、ガス井には最適であると考えられる。しかしながら
前述のような油井、ガス井においては、Ｃ０２のみを含
むことは極めて稀であｋ）、Ｈ２Ｆ３を同時に含有する
環境となっているのが通常である。このようにＨ２Ｓを
含む環境下では、マルテンサイ・ト系ステンレス鋼は応
力腐食割れ感受性が極めて高く、そのため油井管として
使用することはためられれていたのが実情である。
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．Ｈ２Ｓ、ｃＪ−等を含む苛酷な腐食
環境下において優れた耐食性、耐応力腐食割れ性を示し
かつ強度も高い油井管用鋼材を提供することを目的とす
るものである。すなわち、前述のようにＨ２Ｓを含む環
境下における耐応力腐食割れ性以外の点では油井管に適
していると考えられるマルテンサイト系ステンレス鋼に
着目し、そのマルテンサイト系ステンレス鋼のＨ２Ｓを
含む環境下での耐応力腐食割れ性を充分に改善して、前
述のような苛酷な環境下で耐応力腐食割れ性、耐食性を
充分に発揮しかつ強度も充分な油井管用のマルテンサイ
ト系ステンレス鋼を提供するものである。
述のようにＣｏ２．Ｈ２Ｓ、ｃＪ−等を含む苛酷な腐食
環境下において優れた耐食性、耐応力腐食割れ性を示し
かつ強度も高い油井管用鋼材を提供することを目的とす
るものである。すなわち、前述のようにＨ２Ｓを含む環
境下における耐応力腐食割れ性以外の点では油井管に適
していると考えられるマルテンサイト系ステンレス鋼に
着目し、そのマルテンサイト系ステンレス鋼のＨ２Ｓを
含む環境下での耐応力腐食割れ性を充分に改善して、前
述のような苛酷な環境下で耐応力腐食割れ性、耐食性を
充分に発揮しかつ強度も充分な油井管用のマルテンサイ
ト系ステンレス鋼を提供するものである。
本発明者等は上述のような目的を達成するべく、代表的
なマルテンサイト系ステンレス鋼である１３ｃｒ鋼をベ
ースとする種々の合金成分について、Ｈ２Ｓ 、 Ｃｏ
２． （Ｊ−を含む環境下での耐応力腐食割れ性を中心
とする各種の実験・検討を重ねた結果、Ｎｉを含有する
１３ｃｒ鋼においてＣを従来鋼よシも著しく低減し、し
かもＭｏを添加することによって、上述の環境下での耐
応力腐食割れ性が著しく改善され、また通常の耐食性、
強度も充分に確保されることを見出し、この発明をなす
に至りたのである。
なマルテンサイト系ステンレス鋼である１３ｃｒ鋼をベ
ースとする種々の合金成分について、Ｈ２Ｓ 、 Ｃｏ
２． （Ｊ−を含む環境下での耐応力腐食割れ性を中心
とする各種の実験・検討を重ねた結果、Ｎｉを含有する
１３ｃｒ鋼においてＣを従来鋼よシも著しく低減し、し
かもＭｏを添加することによって、上述の環境下での耐
応力腐食割れ性が著しく改善され、また通常の耐食性、
強度も充分に確保されることを見出し、この発明をなす
に至りたのである。
すなわちこの発明の油井管用マルテンサイト系ステンレ
ス鋼は、Ｃ０，０２％以下、ＳｉＯ，５０チ以下、Ｍｎ
０．５０〜１．５０ ’ｉｒ、Ｓ Ｏ，ＯＯ５％以下
、Ｃｒ１２〜１５％、Ｎｉ３．５〜６％、Ｍｏ ０．５
〜３ ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よ
シなることを特徴とするものである。
ス鋼は、Ｃ０，０２％以下、ＳｉＯ，５０チ以下、Ｍｎ
０．５０〜１．５０ ’ｉｒ、Ｓ Ｏ，ＯＯ５％以下
、Ｃｒ１２〜１５％、Ｎｉ３．５〜６％、Ｍｏ ０．５
〜３ ％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よ
シなることを特徴とするものである。
以下この発明のマルテンサイト系ステンレス鋼について
更に詳細に説明する。
更に詳細に説明する。
先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は、マルテンサイト系ステンレス鋼の強度に関係する
重要な元素であるが、Ｈ２Ｓを含む環境における応力腐
食割れ性に対して有害である。本発明者等の詳細な実験
の結果、Ｃを０．０２％以下とすることによって耐応力
腐食割れ性が著しく改善されることが判明したので、Ｃ
の上限を０．０２％以下とした。なおこの発明では後述
するようにＣの低減による強度低下をＮｉの添加によっ
て補なうこととした。
重要な元素であるが、Ｈ２Ｓを含む環境における応力腐
食割れ性に対して有害である。本発明者等の詳細な実験
の結果、Ｃを０．０２％以下とすることによって耐応力
腐食割れ性が著しく改善されることが判明したので、Ｃ
の上限を０．０２％以下とした。なおこの発明では後述
するようにＣの低減による強度低下をＮｉの添加によっ
て補なうこととした。
Ｃｒは耐食性を決定する元素でアシ、ステンレス鋼とし
てその耐食性を維持するためには１２チ以上が必要であ
る。一方Ｃｒはフェライト生成元素であるため、その量
が多くなれば通常のオーステナイト化温度（９００−１
１００℃）においてフェライト領域が拡大し、その後の
冷却によるマルテンサイト変態が困難となるから、Ｃｒ
景の上限を１５％とした。
てその耐食性を維持するためには１２チ以上が必要であ
る。一方Ｃｒはフェライト生成元素であるため、その量
が多くなれば通常のオーステナイト化温度（９００−１
１００℃）においてフェライト領域が拡大し、その後の
冷却によるマルテンサイト変態が困難となるから、Ｃｒ
景の上限を１５％とした。
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、ｏ−ｓ ％を越えれば加工性、靭性を損なう
から、０．５％を上限とした。
であるが、ｏ−ｓ ％を越えれば加工性、靭性を損なう
から、０．５％を上限とした。
Ｍｎは靭性の改善のために０．５チ以上が必要であるが
、１．５％を越えればその効果も飽＞０するから、０．
５〜１．５チの範囲内とした。
、１．５％を越えればその効果も飽＞０するから、０．
５〜１．５チの範囲内とした。
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
化させるものであシ、可及的に少な−こ、１１１ とが望ましいが、０．０５％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から、上限を０、０５
％とした。
化させるものであシ、可及的に少な−こ、１１１ とが望ましいが、０．０５％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から、上限を０、０５
％とした。
Ｎｉは耐食性を向上させるとともに、Ｃ量を低減した１
ａＣｒ鋼の強度を向上させるために添加される元素であ
るが、３．５％以下ではその効果が小さく、一方６チを
越えればその効果が飽和するとともにコスト上昇が著し
くなるから、３．５〜６％の範囲内とした。
ａＣｒ鋼の強度を向上させるために添加される元素であ
るが、３．５％以下ではその効果が小さく、一方６チを
越えればその効果が飽和するとともにコスト上昇が著し
くなるから、３．５〜６％の範囲内とした。
Ｍｏはステンレス鋼の耐食性を向上させるとともに、耐
応力腐食割れ性をも著しく改善する元素であって、この
発明のマルテンサイト系ステンレス鋼において重要な元
素であるが、０．５％以下ではＭｏ添加の効果が少なく
、また３チを越えればその効果が飽和するとともにコス
トの上昇が著しくなるから、０．５〜３チの範囲内とし
た。
応力腐食割れ性をも著しく改善する元素であって、この
発明のマルテンサイト系ステンレス鋼において重要な元
素であるが、０．５％以下ではＭｏ添加の効果が少なく
、また３チを越えればその効果が飽和するとともにコス
トの上昇が著しくなるから、０．５〜３チの範囲内とし
た。
この発明の鋼は以上のような成分組成を有するものであ
るが、その鋼を用いて油井管を製造するニアタっては、
通常の製造工程に従ってシームレスパイプあるいは電縫
管に成形後、９ｏｏ〜１１００℃の温度範囲内に加熱し
て水冷または空冷によシ冷却し、その後、油井管として
必要な強度を得るべく６００〜８ｏｏ℃の温度範囲内で
焼戻すのが通常である。
るが、その鋼を用いて油井管を製造するニアタっては、
通常の製造工程に従ってシームレスパイプあるいは電縫
管に成形後、９ｏｏ〜１１００℃の温度範囲内に加熱し
て水冷または空冷によシ冷却し、その後、油井管として
必要な強度を得るべく６００〜８ｏｏ℃の温度範囲内で
焼戻すのが通常である。
次にこの発明の実施例について説明する。
第１表の試料番号１−１２に示す化学成分の鋼をそれぞ
れ溶製し、熱間圧延によシ８１１０１１厚の板とした。
れ溶製し、熱間圧延によシ８１１０１１厚の板とした。
次いで各鋼板から試験片素材を切出し、１０００℃で１
時間加熱後、水冷した。さらに第１表中に示すように名
調についてそれぞれ２種の温度で焼戻し、ＡＰＩ規格の
Ｌ８０およびＣ９０の強度レベルに調整した。それぞれ
の降伏強度を第１表中に示す。またこのように焼戻しし
た試験片素材から、厚み３ＷＩＩ１１１幅２０１１１１
１１長さ１２０嗜のＵ曲げ試験片を機械加工によって作
成し、第１図に示すようにその試験片ｌを、曲げ治具２
によって曲率半径Ｒが１４鰭となるように板厚ｔ（＝３
■）に対して曲げ応力を付与した状態とし、その状態で
試験槽内に１チ月間浸漬した。試験環境は、３．５％の
食塩水に炭酸ガス分圧０．７気圧、硫化水素分圧０．３
気圧の混合ガスを１分間にｔ ｏｏｃｃの割合で流し込
んだ溶液とし、その溶液中に試験片を浸漬させた。なお
試験液の温度は２５℃とした。そして１チ月間の浸漬終
了後、肉眼観察および断面の光学顕微鏡観察によって試
験片の応力腐食割れの有無を観察した。その結果を第１
表中に併せて示す。
時間加熱後、水冷した。さらに第１表中に示すように名
調についてそれぞれ２種の温度で焼戻し、ＡＰＩ規格の
Ｌ８０およびＣ９０の強度レベルに調整した。それぞれ
の降伏強度を第１表中に示す。またこのように焼戻しし
た試験片素材から、厚み３ＷＩＩ１１１幅２０１１１１
１１長さ１２０嗜のＵ曲げ試験片を機械加工によって作
成し、第１図に示すようにその試験片ｌを、曲げ治具２
によって曲率半径Ｒが１４鰭となるように板厚ｔ（＝３
■）に対して曲げ応力を付与した状態とし、その状態で
試験槽内に１チ月間浸漬した。試験環境は、３．５％の
食塩水に炭酸ガス分圧０．７気圧、硫化水素分圧０．３
気圧の混合ガスを１分間にｔ ｏｏｃｃの割合で流し込
んだ溶液とし、その溶液中に試験片を浸漬させた。なお
試験液の温度は２５℃とした。そして１チ月間の浸漬終
了後、肉眼観察および断面の光学顕微鏡観察によって試
験片の応力腐食割れの有無を観察した。その結果を第１
表中に併せて示す。
第１表に示す結果から、この発明の組成範囲外の比較鋼
（試料番号１〜６）においては、硫化水素の分圧が０．
３気圧の雰囲気でも応力腐食割れを起こし、油井管用と
して適さないことが明らかである。すなわち試料番号１
，６の比較鋼はいずれもＣ含有量が０．０２ ％を越え
ているものであシ、これらはＮｉ、Ｍ、０量はこの発明
の範囲内となっているが、応力腐食割れを完全に防止す
ることはできなかった。このことから、Ｈ２Ｓを含む雰
囲気での応力腐食割れにはＣの影響が極めて強く、単に
Ｍｏ 、 Ｎｉを添加しただけでは耐応力腐食割れ性を
充分に向上させ得ないことがわかる。また試料番号２，
３の比較鋼はＣ量は０．０２％以丁としたがＭＯを添加
しなかったもの、試料番号４の比較鋼はＣ量は０．０２
％以下であるがＭｏ量が不足するもの、試料番号５の比
較鋼はＣ量は０．０２％以下であるがＮｉ量が不足する
ものであシ、これらの場合にも応力腐食割れが発生した
。このことから、Ｃ斂が０．０２チ以丁でありてもＭｏ
、 Ｎｉが不足すればＨ２Ｓを含む環境下での耐応力
腐食割れ性を充分に向上させ得ないことがわかる。そし
てまたＮｉの材料強度に及ぼす効果は大きく、試料番号
５の比較鋼ではＮｉ量が２．０８％と少ないため、ＡＰ
Ｉ規格のＣ９０の強度レベルに達することが困難であっ
た。
（試料番号１〜６）においては、硫化水素の分圧が０．
３気圧の雰囲気でも応力腐食割れを起こし、油井管用と
して適さないことが明らかである。すなわち試料番号１
，６の比較鋼はいずれもＣ含有量が０．０２ ％を越え
ているものであシ、これらはＮｉ、Ｍ、０量はこの発明
の範囲内となっているが、応力腐食割れを完全に防止す
ることはできなかった。このことから、Ｈ２Ｓを含む雰
囲気での応力腐食割れにはＣの影響が極めて強く、単に
Ｍｏ 、 Ｎｉを添加しただけでは耐応力腐食割れ性を
充分に向上させ得ないことがわかる。また試料番号２，
３の比較鋼はＣ量は０．０２％以丁としたがＭＯを添加
しなかったもの、試料番号４の比較鋼はＣ量は０．０２
％以下であるがＭｏ量が不足するもの、試料番号５の比
較鋼はＣ量は０．０２％以下であるがＮｉ量が不足する
ものであシ、これらの場合にも応力腐食割れが発生した
。このことから、Ｃ斂が０．０２チ以丁でありてもＭｏ
、 Ｎｉが不足すればＨ２Ｓを含む環境下での耐応力
腐食割れ性を充分に向上させ得ないことがわかる。そし
てまたＮｉの材料強度に及ぼす効果は大きく、試料番号
５の比較鋼ではＮｉ量が２．０８％と少ないため、ＡＰ
Ｉ規格のＣ９０の強度レベルに達することが困難であっ
た。
これに対し、Ｃ含有量を０．０２ ％以下とすると同時
にＭｏ ０．５〜３％、Ｎｉ３〜６％を添加した不発明
細（試料番号７〜１２）では、いずれも耐応力腐食割れ
性を著しく向上させることができ、また強度も確保でき
ることが明らかとなった。
にＭｏ ０．５〜３％、Ｎｉ３〜６％を添加した不発明
細（試料番号７〜１２）では、いずれも耐応力腐食割れ
性を著しく向上させることができ、また強度も確保でき
ることが明らかとなった。
以上のようにこの発明のマルテンサイト系ステンレス鋼
は、Ｃ量を０．０２％以下に低部し、同時に所要量のＭ
ｏ 、 Ｎｉを添加することによって、Ｈ２Ｓ 、 Ｃ
ｏ２． Ｃ／−を含む苛酷な腐食環境下において充分な
耐応力腐食割れ性を示し、また通常の耐食性も充分でし
かも高強度を確保し得るものであυ、したがって上述の
ような苛酷な環境で使用される油井管として好適に使用
し得るものである。
は、Ｃ量を０．０２％以下に低部し、同時に所要量のＭ
ｏ 、 Ｎｉを添加することによって、Ｈ２Ｓ 、 Ｃ
ｏ２． Ｃ／−を含む苛酷な腐食環境下において充分な
耐応力腐食割れ性を示し、また通常の耐食性も充分でし
かも高強度を確保し得るものであυ、したがって上述の
ような苛酷な環境で使用される油井管として好適に使用
し得るものである。
第１図はこの発明の実施例におけるＵ曲げ試験片の応力
付与状態を示す側面図である。 出願人 川崎製鉄株式会社 代理人 弁理士豊田武人 （ほか１名） 第１図
付与状態を示す側面図である。 出願人 川崎製鉄株式会社 代理人 弁理士豊田武人 （ほか１名） 第１図
Claims (1)
- Ｃ０，０２％（重量％、以下同じ）以下、Ｓｉ０、５０
％以下、Ｍｎ ０．５０〜１．５０ ｆｂ、Ｓｏ、０
０５チ以下、Ｃｒ １２〜１５％、Ｎｉ３．５〜６％、
ＭＯｏ、５〜３％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的
不純物よシなることを特徴とする油井管用マルテンサイ
ト系ステンレス鋼。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2990384A JPS60174859A (ja) | 1984-02-20 | 1984-02-20 | 油井管用マルテンサイト系ステンレス鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2990384A JPS60174859A (ja) | 1984-02-20 | 1984-02-20 | 油井管用マルテンサイト系ステンレス鋼 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60174859A true JPS60174859A (ja) | 1985-09-09 |
| JPH032227B2 JPH032227B2 (ja) | 1991-01-14 |
Family
ID=12288935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2990384A Granted JPS60174859A (ja) | 1984-02-20 | 1984-02-20 | 油井管用マルテンサイト系ステンレス鋼 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60174859A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01152243A (ja) * | 1987-12-08 | 1989-06-14 | Kubota Ltd | 高い腐食疲労強度とすぐれた耐食性を備えたマルテンサイト系ステンレス鋼 |
| JPH02217444A (ja) * | 1989-02-18 | 1990-08-30 | Nippon Steel Corp | 耐食性，耐応力腐食割れ性の優れた高強度マルテンサイト系ステンレス鋼およびその製造方法 |
| US5017246A (en) * | 1989-03-08 | 1991-05-21 | Nippon Steel Corporation | Martensitic stainless steels excellent in corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance and method of heat treatment of the steels |
| US5049210A (en) * | 1989-02-18 | 1991-09-17 | Nippon Steel Corporation | Oil Country Tubular Goods or a line pipe formed of a high-strength martensitic stainless steel |
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| JPH05163555A (ja) * | 1991-12-11 | 1993-06-29 | Nippon Steel Corp | 耐食性および溶接性の優れたラインパイプ |
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| US9677160B2 (en) | 2011-03-03 | 2017-06-13 | Nkk Tubes | Low C-high Cr 862 MPa-class steel tube having excellent corrosion resistance and a manufacturing method thereof |
-
1984
- 1984-02-20 JP JP2990384A patent/JPS60174859A/ja active Granted
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| US5879132A (en) * | 1994-06-17 | 1999-03-09 | Hitachi, Ltd. | Stainless steel type 13Cr5Ni having high toughness, and usage of the same |
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| US9677160B2 (en) | 2011-03-03 | 2017-06-13 | Nkk Tubes | Low C-high Cr 862 MPa-class steel tube having excellent corrosion resistance and a manufacturing method thereof |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH032227B2 (ja) | 1991-01-14 |
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