JPS625976B2 - - Google Patents
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- JPS625976B2 JPS625976B2 JP56089959A JP8995981A JPS625976B2 JP S625976 B2 JPS625976 B2 JP S625976B2 JP 56089959 A JP56089959 A JP 56089959A JP 8995981 A JP8995981 A JP 8995981A JP S625976 B2 JPS625976 B2 JP S625976B2
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Description
この発明は、高強度および優れた耐応力腐食割
れ性を有し、特に油井管の製造に用いるのに適し
た析出強化型合金に関するものである。 近年、エネルギー事情の悪化から、油井および
天然ガス井は深井戸化の傾向が著しく、深さ：
6000m以上、なかには深さ：10000m以上の深井
戸が出現している。 また、同様な事情から、湿潤な硫化水素をはじ
め、炭酸ガスや塩素イオンなどの腐食性成分を含
有する苛酷な腐食環境下での石油および天然ガス
の採掘が予儀なくされつつある。 このような厳しい環境下での石油および天然ガ
スの掘削に伴い、これに使用される油井管にも高
強度、並びに優れた耐食性、特に耐応力腐食割れ
性が要求されるようになつてきている。 油井管の一般的腐食対策として、インヒビタと
呼ばれる腐食抑制剤を投入する方法が知られてい
るが、この方法は、例えば海上油井などには有効
に活用できない場合が多い。 かかる点から、最近では油井管の製造に、ステ
ンレス鋼はじめ、インコロイやハステロイ（いず
れも商品名）といつた高級な耐食性高合金鋼の採
用も検討されはじめているが、いまのところ、こ
れらの合金に関して、H2S―CO2―Cl―の油井環
境での腐食挙動についての詳細は十分に解明され
るに至つておらず、しかも深井戸用油井管に要求
される高強度をもつものではないのが現状であ
る。 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、深井戸や苛酷な腐食環境、特にH2S―CO2―
Cl-の油井環境下での石油掘削に十分耐え得る高
強度とすぐれた耐応力腐食割れ性とをもつた油井
管を得べく研究を行なつた結果、 (a) H2S―CO2―Cl-環境下における腐食の主た
るものは応力腐食割れであるが、この場合の応
力腐食割れ形態は、ステンレス鋼における一般
的なそれとは挙動を全く異にするものであるこ
と。すなわち、一般の応力腐食割れがCl-の存
在と深く係わるものであるのに対して、上記の
油井環境によるものではCl-もさることなが
ら、それ以上にH2Sの影響が大きいこと。 (b) 油井管として実用に供される鋼管は一般に、
強度上の必要から冷間加工が施されるが、冷間
加工は上記応力腐食割れに対する抵抗性を著し
く減少させること。 (c) H2S―CO2―Cl-環境での鋼の溶出速度（腐
食速度）は、Cr，Ni，Mo，およびＷの含有量
に依存し、これらの成分からなる表面皮膜によ
つて耐食性が保持され、かつこれらの成分は、
応力腐食割れに対してもその抵抗性を高め、特
にMoはCrに対し10倍の効果を、またMoはＷの
２倍の効果をもつており、したがつて、この
MoおよびＷが、 Cr（％）＋10Mo（％）＋5W（％）≧50％， 1.0％≦Mo（％）＋１／２Ｗ（％）＜3.5％， の条件式を満足すると共に、Ni含有量を25〜60
％，Cr含有量を22.5〜40％とすると、冷間加工材
であつても、きわめて腐食性の強いH2S―CO2―
Cl-の油井環境下、特に150℃以下の悪環境にお
いて、応力腐食割れに対して優れた抵抗性を示す
表面皮膜が得られること。 (d) Niについては表面皮膜に対する効果だけで
なく、組織的にも応力腐食割れ抵抗性を高める
効果があること。 (e) 合金成分としてNb，Ti，Ta，Zr，およびＶ
のうちの１種または２種以上を0.5〜４％含有
させると、析出強化作用により合金は一段と高
強度をもつようになること。 (f) 不可避不純物としてのＳ含有量を0.0007％以
下に低減させると、合金の熱間加工性が著しく
改善されるようになること。 (g) 不可避不純物としてのＰ含有量を0.003％以
下に低減させると、水素割れ感受性が著しく低
下するようになること。 (h) 合金成分としてCu：1.5％未満含有させる
と、耐食性がさらに改善されるようになるこ
と。 (i) 合金成分として、希土類元素：0.10％以下，
Ｙ：0.20％以下，Mg：0.10％以下、および
Ca：0.10％以下のうちの１種または２種以上
を含有させると、熱間加工性がさらに一段と改
善されるようになること。 以上(a)〜(i)に示される知見を得たのである。 したがつて、この発明は、上記知見にもとづい
てなされたものであつて、Ｃ：1.0％以下，Si：
1.0％以下，Mn：2.0％以下，Ｐ：0.030％以下、
望ましくは耐水素割れ性を一段と改善する目的で
Ｐ：0.003％以下，Ｓ：0.005％以下、望ましくは
熱間加工性を一段と改善する目的でＳ：0.0007％
以下，sol.Al：0.5％以下，Ni：25〜60％，Cr：
22.5〜40％を含有し、Nb，Ti，Ta，Zr，および
Ｖのうちの１種または２種以上：0.5〜４％を含
有し、Mo：3.5％未満およびＷ：７％未満のうち
の１種または２種を含有し、さらに必要に応じて
Cu：1.5％未満，希土類元素：0.10％以下，Ｙ：
0.20％以下，Mg：0.10％以下，およびCa：0.10
％以下のうちの１種または２種以上を含有し、残
りがFeと不可避不純物からなる組成（以上重量
％、以下％の表示はすべて重量％を表わす）を有
すると共に、 Cr（％）＋10Mo（％）＋5W≧50％， 1.0％≦Mo＋１／２Ｗ（％）＜3.5％， の条件式を満足し、しかも高強度とすぐれた耐応
力腐食割れ性を有し、特にこれらの特性が要求さ
れる油井管の製造に用いるのに適した析出強化型
合金に特徴を有するものである。 つぎに、この発明の合金において、成分組成範
囲を上記の通りに限定した理由を説明する。 (a) Ｃ その含有量が0.10％を越えると、粒界に応力腐
食割れが生じやすくなることから、その上限値を
0.10％と定めた。 (b) Si Siは脱酸成分として必要な成分であるが、その
含有量が1.0％を越えると熱間加工性が劣化する
ようになることから、その上限値を1.0％と定め
た。 (c) Mn Mn成分にはSiと同様に脱酸作用があり、しか
もこの成分は応力腐食割れ性にほとんど影響を及
ぼさない成分であることから、その上限値を高め
の2.0％と定めた。 (d) Ｐ 不可避不純物としてのＰ成分には、その含有量
が0.030％を越えると、応力腐食割れ感受性を高
める作用が現われるので、上限値を0.030％と定
めて応力腐食割れ感受性を低位の状態とする必要
がある。また、Ｐ含有量を低減してゆくと、
0.003％を境にして急激に耐水素割れ性が改善さ
れるようになることが判明しており、かかる点か
ら、特にすぐれた耐水素割れ性を必要とする場合
には、Ｐ含有量を0.003％以下とするのが望まし
い。 (e) Ｓ 不可避不純物としてのＳ成分には、その含有量
が0.005％を越えると、熱間加工性を劣化させる
作用があるので、その上限値を0.005％と定めて
熱間加工性の劣化を防止する必要がある。このよ
うにＳ成分には、含有量が多くなると熱間加工性
を劣化させる作用があるが、その含有量を低めて
ゆき、0.0007％まで低減すると、逆に熱間加工性
が一段と改善されるようになることから、厳しい
条件での熱間加工を必要とする場合には、Ｓ含有
量を0.0007％以下とするのが望ましい。 (f) Al AlはSiおよびMnと同様に脱酸成分として有効
であり、sol.Al含有量で0.5％まで含有させても
合金の特性を何らそこなうものではないことか
ら、その含有量をsol.Al含有量で0.5％以下と定
めた。 (g) Ni Ni成分には合金の耐応力腐食割れ性を向上さ
せる作用があるが、その含有量が25％未満では所
望のすぐれた耐応力腐食割れ性を確保することが
できず、一方60％を越えて含有させても耐応力腐
食割れ性にさらに一段の向上効果は現われず、経
済性をも考慮して、その含有量を25〜60％と定め
た。 (h) Cr Cr成分は、Ni，Mo，およびＷ成分との共存に
おいて、耐応力腐食割れ性を著しく改善する成分
であるが、その含有量を22.5％未満としても熱間
加工性が改善されるようになるものでもなく、逆
に所望の耐応力腐食割れ性を確保するためには、
MoやＷの含有量をそれだけ増加させなければな
らず、経済的に不利となることから、その下限値
を22.5％と定めた。一方、その含有量が40％を越
えると、いくらＳ含有量を低減させても熱間加工
性の劣化は避けることができないことから、その
上限値を40％と定めた。 (i) Nb，Ti，Ta，Zr，およびＶ これらの成分には、主としてNiとの間で金属
間化合物を形成して合金を析出強化する均等的作
用があるが、その含有量が0.5％未満では所望の
高強度を得ることができず、一方４％を越えて含
有させると、延性および靭性が低下し、かつ熱間
加工性も劣化するようになることから、その含有
量を0.5〜４％と定めた。 したがつて、この発明の合金より油井管を製造
するに際しては、加工率：10〜60％の冷間加工前
後のいずれか、あるいは製造工程の適当な個所で
温度：450〜800℃に１〜20時間保持の時効処理を
施して、その析出強化をはかる必要がある。 (j) MoおよびＷ 上記のように、これらの成分には、Niおよび
Crとの共存において耐応力腐食割れ性を改善す
る均等的作用があるが、それぞれMo：3.5％以
上，およびＷ：７％以上含有させても、環境温度
が150℃以下のH2S―CO2―Cl-の腐食環境では、
さらに一段の改善効果が現われず、経済性を考慮
して、それぞれの含有量を、Mo：3.5％未満，
Ｗ：７％未満と定めた。また、MoとＷの含有量
に関して、条件式：Mo（％）＋１／２Ｗ（％）で規定 するのは、ＷがMoに対し原子量が約２倍で、効
果の点では約１／２で均等となることからで、この値 が1.0％未満では特に150℃以下の上記悪環境下で
所望の耐応力腐食割れ性が得られず、一方、この
値を3.5％以上としても、上記の通り実質的に不
必要な量のMoおよびＷの含有となり、経済的で
なく、かかる点から、Mo（％）＋１／２Ｗ（％）の値 を1.0〜3.5％未満とした。 (k) Cu Cu成分には合金の耐食性を向上させる作用が
あるので、特に一段とすぐれた耐食性が要求され
る場合に必要に応じて含有されるが、1.5％以上
含有させると、熱間加工性が劣化するほか、冷間
加工による強度上昇が妨げられるようになること
から、その含有量を1.5％未満と定めた。 (l) 希土類元素，Ｙ，Mg，およびCa これらの成分には、熱間加工性をさらに改善す
る均等的作用があるので、厳しい条件で熱間加工
が行なわれる場合に、必要に応じて含有される
が、それぞれ希土類元素：0.10％，Ｙ：0.20％，
Mg：0.10％，およびCa：0.10％を越えて含有さ
せても、熱間加工性に改善効果は見られず、むし
ろ劣化現象さえ現われるようになることから、そ
れぞれの含有量を、希土類元素：0.10％以下，
Ｙ：0.20％以下，Mg：0.10％以下，およびCa：
0.10％以下と定めた。 （ｍ） Cr（％）＋10Mo（％）＋5W（％） 第１図は厳しい腐食環境下での耐応力腐食割れ
性に関し、Cr（％）＋10Mo（％）＋5W（％）とNi
（％）との関係を示したものである。すなわち、
Cr，Ni，Mo，およびＷの含有量を種々変化させ
たCr―Ni―Mo系、Cr―Ni―Ｗ系、およびCr―Ni
―Mo―Ｗ系の鋼を溶製し、鋳造し、鍛伸し、熱
間圧延して板厚：７mmの板材とし、ついでこの板
材に、温度：1050℃に30分保持後水冷の溶体化処
理を施した後、強度向上の目的で加工率：22％の
冷間加工を加え、さらに温度：650℃に15時間保
持の時効処理を施し、この結果得られた鋼板から
圧延方向と直角に、厚さ：２mm×幅：10mm×長
さ：75mmの試験片を切り出し、この試験片につい
て、第２図に示す３点支持ビーム冶具を用い、前
記試験片Ｓに0.2％耐力に相当する引張応力を付
加した状態で、10気圧のH2Sおよび10気圧のCO2
でH2SおよびCO2を飽和させた20％NaCl溶液（温
度：150℃）中に1000時間浸漬の応力腐食割れ試
験を行ない、試験後、前記試験片における割れ発
生の有無を観察した。これらの結果に基き、発明
者等が独自に設定した条件式：Cr（％）＋10Mo
（％）＋5W（％）とNi含有量との間には、耐応力
腐食割れ性に関して、第１図に示される関係があ
ることが明確になつたのである。なお、第１図に
おいて、〇印は割れ発生なし、×印は割れ発生を
それぞれ示すものである。第２図に示される結果
から、Cr（％）＋10Mo（％）＋5W（％）の値が50
％未満にして、Ni含有量が25％未満では所望の
すぐれた耐応力腐食割れ性は得られないことが明
らかである。 なお、この発明の合金において、不可避不純物
としてＢ，Sn，Pb，およびZnをそれぞれ0.1％以
下の範囲で含有しても、この発明の合金の特性が
何らそこなわれるものではない。 つぎに、この発明の合金を実施例により比較例
および従来例と対比しながら説明する。 実施例 それぞれ第１表に示される成分組成をもつた溶
湯を通常の電気炉、並びに必要に応じて脱硫の目
的でAr―酸素脱炭炉（AOD炉）と、脱燐の目的
でエレクトロスラグ溶解炉（ESR炉）を使用し
て溶製した後、直径：500mmφのインゴツトに鋳
造し、ついでこのインゴツトに温度：1200℃〜
1000℃の温度範囲で熱間鍛造を施して直径：150
mmφのビレツトを成形し、この場合熱間加工性を
評価する目的でビレツトに割れの発生があるか否
かを観察し、引続いて前記ビレツトより熱間押出
加工により直径：60mmφ×肉厚：４mmの素管を成
形した後、さらにこれに抽伸加工にて22％の冷間
加工を施して直径：55mmφ×肉厚：3.1mmの寸法
とすることによつて、本発明合金管材１〜16、比
較合金管材１〜５、および従来合金管材１〜４を
それぞれ製造し、引続いて本発明合金管材１〜16
と比較合金管材１〜５には温度：650℃に15時間
保持の時効処理を施した。 なお、比較合金管材１〜５は、いずれも構成成
分のうちのいずれかの成分の含有量（第１表には
※印を付して表示）がこの発明の範囲から外れた
組成をもつものであり、また従来合金管材１は
JIS・SUS316に、同２はJIS・310Sに、同３はイ
ンコロイ800に、さらに従来合金管材４はJIS・
SUS329JIにそれぞれ相当する組成をもつもので
ある。 ついで、この結果得られた本発明合金管材１〜
16、比較合金管材１〜５、および従来合金管材１
〜４より長さ：20mmの試験片をそれぞれ切出し、
この試験片より長さ方向にそつて60゜に相当する
部分を切落し、この状態の試験片に第３図に正面
図で示されるようにボルトを貫通し、ナツトでし
めつけて管外表面に0.2％耐力に相当する引張応
力を付加し、この状態の試験片Ｓに対して、H2S
分圧をそれぞれ0.1気圧、１気圧、および15気圧
としたH2S―10気圧CO2―20％NaCl溶液（液温：
150℃）中に1000時間浸漬の応力腐食割れ試験を
行ない、試験後における応力腐食割れの有無を調
査した。この結果を、上記の熱間鍛造時の割れ発
生の有無、引張試験結果、および衝
れ性を有し、特に油井管の製造に用いるのに適し
た析出強化型合金に関するものである。 近年、エネルギー事情の悪化から、油井および
天然ガス井は深井戸化の傾向が著しく、深さ：
6000m以上、なかには深さ：10000m以上の深井
戸が出現している。 また、同様な事情から、湿潤な硫化水素をはじ
め、炭酸ガスや塩素イオンなどの腐食性成分を含
有する苛酷な腐食環境下での石油および天然ガス
の採掘が予儀なくされつつある。 このような厳しい環境下での石油および天然ガ
スの掘削に伴い、これに使用される油井管にも高
強度、並びに優れた耐食性、特に耐応力腐食割れ
性が要求されるようになつてきている。 油井管の一般的腐食対策として、インヒビタと
呼ばれる腐食抑制剤を投入する方法が知られてい
るが、この方法は、例えば海上油井などには有効
に活用できない場合が多い。 かかる点から、最近では油井管の製造に、ステ
ンレス鋼はじめ、インコロイやハステロイ（いず
れも商品名）といつた高級な耐食性高合金鋼の採
用も検討されはじめているが、いまのところ、こ
れらの合金に関して、H2S―CO2―Cl―の油井環
境での腐食挙動についての詳細は十分に解明され
るに至つておらず、しかも深井戸用油井管に要求
される高強度をもつものではないのが現状であ
る。 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、深井戸や苛酷な腐食環境、特にH2S―CO2―
Cl-の油井環境下での石油掘削に十分耐え得る高
強度とすぐれた耐応力腐食割れ性とをもつた油井
管を得べく研究を行なつた結果、 (a) H2S―CO2―Cl-環境下における腐食の主た
るものは応力腐食割れであるが、この場合の応
力腐食割れ形態は、ステンレス鋼における一般
的なそれとは挙動を全く異にするものであるこ
と。すなわち、一般の応力腐食割れがCl-の存
在と深く係わるものであるのに対して、上記の
油井環境によるものではCl-もさることなが
ら、それ以上にH2Sの影響が大きいこと。 (b) 油井管として実用に供される鋼管は一般に、
強度上の必要から冷間加工が施されるが、冷間
加工は上記応力腐食割れに対する抵抗性を著し
く減少させること。 (c) H2S―CO2―Cl-環境での鋼の溶出速度（腐
食速度）は、Cr，Ni，Mo，およびＷの含有量
に依存し、これらの成分からなる表面皮膜によ
つて耐食性が保持され、かつこれらの成分は、
応力腐食割れに対してもその抵抗性を高め、特
にMoはCrに対し10倍の効果を、またMoはＷの
２倍の効果をもつており、したがつて、この
MoおよびＷが、 Cr（％）＋10Mo（％）＋5W（％）≧50％， 1.0％≦Mo（％）＋１／２Ｗ（％）＜3.5％， の条件式を満足すると共に、Ni含有量を25〜60
％，Cr含有量を22.5〜40％とすると、冷間加工材
であつても、きわめて腐食性の強いH2S―CO2―
Cl-の油井環境下、特に150℃以下の悪環境にお
いて、応力腐食割れに対して優れた抵抗性を示す
表面皮膜が得られること。 (d) Niについては表面皮膜に対する効果だけで
なく、組織的にも応力腐食割れ抵抗性を高める
効果があること。 (e) 合金成分としてNb，Ti，Ta，Zr，およびＶ
のうちの１種または２種以上を0.5〜４％含有
させると、析出強化作用により合金は一段と高
強度をもつようになること。 (f) 不可避不純物としてのＳ含有量を0.0007％以
下に低減させると、合金の熱間加工性が著しく
改善されるようになること。 (g) 不可避不純物としてのＰ含有量を0.003％以
下に低減させると、水素割れ感受性が著しく低
下するようになること。 (h) 合金成分としてCu：1.5％未満含有させる
と、耐食性がさらに改善されるようになるこ
と。 (i) 合金成分として、希土類元素：0.10％以下，
Ｙ：0.20％以下，Mg：0.10％以下、および
Ca：0.10％以下のうちの１種または２種以上
を含有させると、熱間加工性がさらに一段と改
善されるようになること。 以上(a)〜(i)に示される知見を得たのである。 したがつて、この発明は、上記知見にもとづい
てなされたものであつて、Ｃ：1.0％以下，Si：
1.0％以下，Mn：2.0％以下，Ｐ：0.030％以下、
望ましくは耐水素割れ性を一段と改善する目的で
Ｐ：0.003％以下，Ｓ：0.005％以下、望ましくは
熱間加工性を一段と改善する目的でＳ：0.0007％
以下，sol.Al：0.5％以下，Ni：25〜60％，Cr：
22.5〜40％を含有し、Nb，Ti，Ta，Zr，および
Ｖのうちの１種または２種以上：0.5〜４％を含
有し、Mo：3.5％未満およびＷ：７％未満のうち
の１種または２種を含有し、さらに必要に応じて
Cu：1.5％未満，希土類元素：0.10％以下，Ｙ：
0.20％以下，Mg：0.10％以下，およびCa：0.10
％以下のうちの１種または２種以上を含有し、残
りがFeと不可避不純物からなる組成（以上重量
％、以下％の表示はすべて重量％を表わす）を有
すると共に、 Cr（％）＋10Mo（％）＋5W≧50％， 1.0％≦Mo＋１／２Ｗ（％）＜3.5％， の条件式を満足し、しかも高強度とすぐれた耐応
力腐食割れ性を有し、特にこれらの特性が要求さ
れる油井管の製造に用いるのに適した析出強化型
合金に特徴を有するものである。 つぎに、この発明の合金において、成分組成範
囲を上記の通りに限定した理由を説明する。 (a) Ｃ その含有量が0.10％を越えると、粒界に応力腐
食割れが生じやすくなることから、その上限値を
0.10％と定めた。 (b) Si Siは脱酸成分として必要な成分であるが、その
含有量が1.0％を越えると熱間加工性が劣化する
ようになることから、その上限値を1.0％と定め
た。 (c) Mn Mn成分にはSiと同様に脱酸作用があり、しか
もこの成分は応力腐食割れ性にほとんど影響を及
ぼさない成分であることから、その上限値を高め
の2.0％と定めた。 (d) Ｐ 不可避不純物としてのＰ成分には、その含有量
が0.030％を越えると、応力腐食割れ感受性を高
める作用が現われるので、上限値を0.030％と定
めて応力腐食割れ感受性を低位の状態とする必要
がある。また、Ｐ含有量を低減してゆくと、
0.003％を境にして急激に耐水素割れ性が改善さ
れるようになることが判明しており、かかる点か
ら、特にすぐれた耐水素割れ性を必要とする場合
には、Ｐ含有量を0.003％以下とするのが望まし
い。 (e) Ｓ 不可避不純物としてのＳ成分には、その含有量
が0.005％を越えると、熱間加工性を劣化させる
作用があるので、その上限値を0.005％と定めて
熱間加工性の劣化を防止する必要がある。このよ
うにＳ成分には、含有量が多くなると熱間加工性
を劣化させる作用があるが、その含有量を低めて
ゆき、0.0007％まで低減すると、逆に熱間加工性
が一段と改善されるようになることから、厳しい
条件での熱間加工を必要とする場合には、Ｓ含有
量を0.0007％以下とするのが望ましい。 (f) Al AlはSiおよびMnと同様に脱酸成分として有効
であり、sol.Al含有量で0.5％まで含有させても
合金の特性を何らそこなうものではないことか
ら、その含有量をsol.Al含有量で0.5％以下と定
めた。 (g) Ni Ni成分には合金の耐応力腐食割れ性を向上さ
せる作用があるが、その含有量が25％未満では所
望のすぐれた耐応力腐食割れ性を確保することが
できず、一方60％を越えて含有させても耐応力腐
食割れ性にさらに一段の向上効果は現われず、経
済性をも考慮して、その含有量を25〜60％と定め
た。 (h) Cr Cr成分は、Ni，Mo，およびＷ成分との共存に
おいて、耐応力腐食割れ性を著しく改善する成分
であるが、その含有量を22.5％未満としても熱間
加工性が改善されるようになるものでもなく、逆
に所望の耐応力腐食割れ性を確保するためには、
MoやＷの含有量をそれだけ増加させなければな
らず、経済的に不利となることから、その下限値
を22.5％と定めた。一方、その含有量が40％を越
えると、いくらＳ含有量を低減させても熱間加工
性の劣化は避けることができないことから、その
上限値を40％と定めた。 (i) Nb，Ti，Ta，Zr，およびＶ これらの成分には、主としてNiとの間で金属
間化合物を形成して合金を析出強化する均等的作
用があるが、その含有量が0.5％未満では所望の
高強度を得ることができず、一方４％を越えて含
有させると、延性および靭性が低下し、かつ熱間
加工性も劣化するようになることから、その含有
量を0.5〜４％と定めた。 したがつて、この発明の合金より油井管を製造
するに際しては、加工率：10〜60％の冷間加工前
後のいずれか、あるいは製造工程の適当な個所で
温度：450〜800℃に１〜20時間保持の時効処理を
施して、その析出強化をはかる必要がある。 (j) MoおよびＷ 上記のように、これらの成分には、Niおよび
Crとの共存において耐応力腐食割れ性を改善す
る均等的作用があるが、それぞれMo：3.5％以
上，およびＷ：７％以上含有させても、環境温度
が150℃以下のH2S―CO2―Cl-の腐食環境では、
さらに一段の改善効果が現われず、経済性を考慮
して、それぞれの含有量を、Mo：3.5％未満，
Ｗ：７％未満と定めた。また、MoとＷの含有量
に関して、条件式：Mo（％）＋１／２Ｗ（％）で規定 するのは、ＷがMoに対し原子量が約２倍で、効
果の点では約１／２で均等となることからで、この値 が1.0％未満では特に150℃以下の上記悪環境下で
所望の耐応力腐食割れ性が得られず、一方、この
値を3.5％以上としても、上記の通り実質的に不
必要な量のMoおよびＷの含有となり、経済的で
なく、かかる点から、Mo（％）＋１／２Ｗ（％）の値 を1.0〜3.5％未満とした。 (k) Cu Cu成分には合金の耐食性を向上させる作用が
あるので、特に一段とすぐれた耐食性が要求され
る場合に必要に応じて含有されるが、1.5％以上
含有させると、熱間加工性が劣化するほか、冷間
加工による強度上昇が妨げられるようになること
から、その含有量を1.5％未満と定めた。 (l) 希土類元素，Ｙ，Mg，およびCa これらの成分には、熱間加工性をさらに改善す
る均等的作用があるので、厳しい条件で熱間加工
が行なわれる場合に、必要に応じて含有される
が、それぞれ希土類元素：0.10％，Ｙ：0.20％，
Mg：0.10％，およびCa：0.10％を越えて含有さ
せても、熱間加工性に改善効果は見られず、むし
ろ劣化現象さえ現われるようになることから、そ
れぞれの含有量を、希土類元素：0.10％以下，
Ｙ：0.20％以下，Mg：0.10％以下，およびCa：
0.10％以下と定めた。 （ｍ） Cr（％）＋10Mo（％）＋5W（％） 第１図は厳しい腐食環境下での耐応力腐食割れ
性に関し、Cr（％）＋10Mo（％）＋5W（％）とNi
（％）との関係を示したものである。すなわち、
Cr，Ni，Mo，およびＷの含有量を種々変化させ
たCr―Ni―Mo系、Cr―Ni―Ｗ系、およびCr―Ni
―Mo―Ｗ系の鋼を溶製し、鋳造し、鍛伸し、熱
間圧延して板厚：７mmの板材とし、ついでこの板
材に、温度：1050℃に30分保持後水冷の溶体化処
理を施した後、強度向上の目的で加工率：22％の
冷間加工を加え、さらに温度：650℃に15時間保
持の時効処理を施し、この結果得られた鋼板から
圧延方向と直角に、厚さ：２mm×幅：10mm×長
さ：75mmの試験片を切り出し、この試験片につい
て、第２図に示す３点支持ビーム冶具を用い、前
記試験片Ｓに0.2％耐力に相当する引張応力を付
加した状態で、10気圧のH2Sおよび10気圧のCO2
でH2SおよびCO2を飽和させた20％NaCl溶液（温
度：150℃）中に1000時間浸漬の応力腐食割れ試
験を行ない、試験後、前記試験片における割れ発
生の有無を観察した。これらの結果に基き、発明
者等が独自に設定した条件式：Cr（％）＋10Mo
（％）＋5W（％）とNi含有量との間には、耐応力
腐食割れ性に関して、第１図に示される関係があ
ることが明確になつたのである。なお、第１図に
おいて、〇印は割れ発生なし、×印は割れ発生を
それぞれ示すものである。第２図に示される結果
から、Cr（％）＋10Mo（％）＋5W（％）の値が50
％未満にして、Ni含有量が25％未満では所望の
すぐれた耐応力腐食割れ性は得られないことが明
らかである。 なお、この発明の合金において、不可避不純物
としてＢ，Sn，Pb，およびZnをそれぞれ0.1％以
下の範囲で含有しても、この発明の合金の特性が
何らそこなわれるものではない。 つぎに、この発明の合金を実施例により比較例
および従来例と対比しながら説明する。 実施例 それぞれ第１表に示される成分組成をもつた溶
湯を通常の電気炉、並びに必要に応じて脱硫の目
的でAr―酸素脱炭炉（AOD炉）と、脱燐の目的
でエレクトロスラグ溶解炉（ESR炉）を使用し
て溶製した後、直径：500mmφのインゴツトに鋳
造し、ついでこのインゴツトに温度：1200℃〜
1000℃の温度範囲で熱間鍛造を施して直径：150
mmφのビレツトを成形し、この場合熱間加工性を
評価する目的でビレツトに割れの発生があるか否
かを観察し、引続いて前記ビレツトより熱間押出
加工により直径：60mmφ×肉厚：４mmの素管を成
形した後、さらにこれに抽伸加工にて22％の冷間
加工を施して直径：55mmφ×肉厚：3.1mmの寸法
とすることによつて、本発明合金管材１〜16、比
較合金管材１〜５、および従来合金管材１〜４を
それぞれ製造し、引続いて本発明合金管材１〜16
と比較合金管材１〜５には温度：650℃に15時間
保持の時効処理を施した。 なお、比較合金管材１〜５は、いずれも構成成
分のうちのいずれかの成分の含有量（第１表には
※印を付して表示）がこの発明の範囲から外れた
組成をもつものであり、また従来合金管材１は
JIS・SUS316に、同２はJIS・310Sに、同３はイ
ンコロイ800に、さらに従来合金管材４はJIS・
SUS329JIにそれぞれ相当する組成をもつもので
ある。 ついで、この結果得られた本発明合金管材１〜
16、比較合金管材１〜５、および従来合金管材１
〜４より長さ：20mmの試験片をそれぞれ切出し、
この試験片より長さ方向にそつて60゜に相当する
部分を切落し、この状態の試験片に第３図に正面
図で示されるようにボルトを貫通し、ナツトでし
めつけて管外表面に0.2％耐力に相当する引張応
力を付加し、この状態の試験片Ｓに対して、H2S
分圧をそれぞれ0.1気圧、１気圧、および15気圧
としたH2S―10気圧CO2―20％NaCl溶液（液温：
150℃）中に1000時間浸漬の応力腐食割れ試験を
行ない、試験後における応力腐食割れの有無を調
査した。この結果を、上記の熱間鍛造時の割れ発
生の有無、引張試験結果、および衝
【表】
【表】
【表】
撃試験結果と共に、第２表に合せて示した。な
お、第２表において、〇印はいずれも割れ発生の
ないものを示し、一方×印は割れ発生のあつたも
のを示す。 第２表に示される結果から、比較合金管材１〜
５、は熱間加工性、耐応力腐食割れ性、および強
度のうちの少なくともいずれかの性質が劣つたも
のであるのに対して、本発明合金管材１〜16は、
いずれもすぐれた熱間加工性および耐応力腐食割
れ性を有し、さらに高強度を有し、かつ熱間加工
性は良好であるが、相対的に強度が低く、しかも
耐応力腐食割れ性に劣る従来合金管材１〜４と比
較しても一段とすぐれた特性を有することが明ら
かである。 上述のように、この発明の合金は、特に高強度
および優れた耐応力腐食割れ性を有しているの
で、これらの特性が要求される苛酷な環境下での
石油および天然ガス採掘に用いられる油井管とし
て、さらに地熱井管として使用した場合にきわめ
て優れた性能を発揮するのである。
お、第２表において、〇印はいずれも割れ発生の
ないものを示し、一方×印は割れ発生のあつたも
のを示す。 第２表に示される結果から、比較合金管材１〜
５、は熱間加工性、耐応力腐食割れ性、および強
度のうちの少なくともいずれかの性質が劣つたも
のであるのに対して、本発明合金管材１〜16は、
いずれもすぐれた熱間加工性および耐応力腐食割
れ性を有し、さらに高強度を有し、かつ熱間加工
性は良好であるが、相対的に強度が低く、しかも
耐応力腐食割れ性に劣る従来合金管材１〜４と比
較しても一段とすぐれた特性を有することが明ら
かである。 上述のように、この発明の合金は、特に高強度
および優れた耐応力腐食割れ性を有しているの
で、これらの特性が要求される苛酷な環境下での
石油および天然ガス採掘に用いられる油井管とし
て、さらに地熱井管として使用した場合にきわめ
て優れた性能を発揮するのである。
第１図は合金の耐応力腐食割れ性に関し、Ni
含有量とCr（％）＋10Mo（％）＋5W（％）との関
係を示した図、第２図および第３図はそれぞれ板
状および管状試験材に対する応力腐食割れ試験の
態様を示す図である。
含有量とCr（％）＋10Mo（％）＋5W（％）との関
係を示した図、第２図および第３図はそれぞれ板
状および管状試験材に対する応力腐食割れ試験の
態様を示す図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：0.1％以下、Si：１％以下、 Mn：２％以下、Ｐ：0.03％以下、 Ｓ：0.005％以下、sol.Al：0.5％以下、 Ni：25〜60％、Cr：22.5〜40％、 を含有し、 Nb，Ti，Ta，Zr，およびＶのうちの１種また
は２種以上（２種以上の場合は合計で）：0.5〜
４％、 を含有し、さらに、 Mo：3.5％未満およびＷ：７％未満のうちの１
種または２種、 を含有し、かつ Cr（％）＋10Mo（％）＋5W（％）≧50％、 １％≦Mo（％）＋１／２Ｗ（％）＜3.5％、 の条件を満足し、残りがFeとその他の不可避不
純物からなる組成（以上重量％）を有することを
特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた高強度油井
管用析出強化型合金。 ２ Ｃ：0.1％以下、Si：１％以下、 Mn：２％以下、Ｐ：0.03％以下、 Ｓ：0.005％以下、sol.Al：0.5％以下、 Ni：25〜60％、Cr：22.5〜40％、 を含有し、 Nb，Ti，Ta，Zr，およびＶのうちの１種また
は２種以上（２種以上の場合は合計で）：0.5〜
４％、 を含有し、 Mo：3.5％未満およびＷ：７％未満のうちの１
種または２種、 を含有し、さらに、 Cu：1.5％未満、 を含有し、かつ、 Cr（％）＋10Mo（％）＋5W（％）≧50％、 １％≦Mo（％）＋１／２Ｗ（％）＜3.5％、 の条件を満足し、残りがFeとその他の不可避不
純物からなる組成（以上重量％）を有することを
特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた高強度油井
管用析出強化型合金。 ３ Ｃ：0.1％以下、Si：１％以下、 Mn：２％以下、Ｐ：0.03％以下、 Ｓ：0.005％以下、sol.Al：0.5％以下、Ni：25〜
60％、Cr：22.5〜40％、 を含有し、 Nb，Ti，Ta，Zr，およびＶのうちの１種また
は２種以上（２種以上の場合は合計で）：0.5〜
４％、 を含有し、 Mo：3.5％未満およびＷ：７％未満のうちの１
種または２種、 を含有し、さらに、 希土類元素：0.1％以下、Ｙ：0.2％以下、 Mg：0.1％以下、Ca：0.1％以下、 のうちの１種または２種以上、 を含有し、かつ、 Cr（％）＋10Mo（％）＋5W（％）≧50％、 １％≦Mo（％）＋１／２Ｗ（％）＜3.5％、 の条件を満足し、残りがFeとその他の不可避不
純物からなる組成（以上重量％）を有することを
特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた高強度油井
管用析出強化型合金。 ４ Ｃ：0.1％以下、Si：１％以下、 Mn：２％以下、Ｐ：0.03％以下、 Ｓ：0.005％以下、sol.Al：0.5％以下、 Ni：25〜60％、Cr：22.5〜40％、 を含有し、 Nb，Ti，Ta，Zr，およびＶのうちの１種また
は２種以上（２種以上の場合は合計で）：0.5〜
４％、 を含有し、 Mo：3.5％未満およびＷ：７％未満のうちの１
種または２種、 を含有し、さらに、 希土類元素：0.1％以下、Ｙ：0.2％以下、 Mg：0.1％以下、Ca：0.1％以下、 のうちの１種または２種以上と、 Cu：1.5％未満、 を含有し、かつ Cr（％）＋10Mo（％）＋5W（％）≧50％、 １％≦Mo（％）＋１／２Ｗ（％）＜3.5％、 の条件を満足し、残りがFeとその他の不可避不
純物からなる組成（以上重量％）を有することを
特徴とする耐応力腐食割れ性に優れた高強度油井
管用析出強化型合金。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8995981A JPS57203738A (en) | 1981-06-11 | 1981-06-11 | Precipitation hardening alloy of high stress corrosion cracking resistance for high-strength oil well pipe |
| US06/383,803 US4400209A (en) | 1981-06-10 | 1982-06-01 | Alloy for making high strength deep well casing and tubing having improved resistance to stress-corrosion cracking |
| GB08216703A GB2103655B (en) | 1981-06-10 | 1982-06-09 | Alloy for making high strength deep well casing and tubing having improved resistance to stress-corrosion cracking |
| DE3221878A DE3221878A1 (de) | 1981-06-10 | 1982-06-09 | Legierung, insbesondere zur herstellung von hochbelastbaren verrohrungen von tiefbohrungen oder dergleichen |
| SE8203627A SE452477B (sv) | 1981-06-10 | 1982-06-10 | Legering for framstellning av hoghallfasta foder och ror for djupborrstal, anvendning av legeringen och hoghallfast ror framstellt av denna legering |
| FR8210116A FR2507628A1 (fr) | 1981-06-10 | 1982-06-10 | Alliage pour la realisation de chemisages et de tubes pour puits profonds |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8995981A JPS57203738A (en) | 1981-06-11 | 1981-06-11 | Precipitation hardening alloy of high stress corrosion cracking resistance for high-strength oil well pipe |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57203738A JPS57203738A (en) | 1982-12-14 |
| JPS625976B2 true JPS625976B2 (ja) | 1987-02-07 |
Family
ID=13985220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8995981A Granted JPS57203738A (en) | 1981-06-10 | 1981-06-11 | Precipitation hardening alloy of high stress corrosion cracking resistance for high-strength oil well pipe |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57203738A (ja) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4410489A (en) * | 1981-07-17 | 1983-10-18 | Cabot Corporation | High chromium nickel base alloys |
| JPS59229457A (ja) * | 1983-06-13 | 1984-12-22 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 耐応力腐食割れ性に優れたＮｉ基高Ｃｒ合金 |
| JPS59232246A (ja) * | 1983-06-13 | 1984-12-27 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 耐応力腐食割れ性に優れたＮｉ−Ｃｒ合金 |
| JPS60230966A (ja) * | 1984-04-27 | 1985-11-16 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 塩化物の存在する高温乾食環境用鋼 |
| US4950873A (en) * | 1984-04-27 | 1990-08-21 | Sumitomo Metal Industries, Ltd. | Sheath heater |
| JPS6156263A (ja) * | 1984-08-27 | 1986-03-20 | Kobe Steel Ltd | 高温硫化物−塩化物環境用ステンレス合金 |
| JPS61288041A (ja) * | 1985-06-14 | 1986-12-18 | Babcock Hitachi Kk | 耐粒界型応力腐食割れ性、耐孔食性に優れたＮｉ基合金 |
| JPS63100152A (ja) * | 1986-10-15 | 1988-05-02 | Kubota Ltd | 高耐食性鋳造合金 |
| US4750950A (en) * | 1986-11-19 | 1988-06-14 | Inco Alloys International, Inc. | Heat treated alloy |
| JP4672555B2 (ja) * | 2004-01-21 | 2011-04-20 | 三菱重工業株式会社 | Ｎｉ基高Ｃｒ合金溶加材及び被覆アーク溶接用溶接棒 |
| JP4998014B2 (ja) * | 2007-02-28 | 2012-08-15 | 住友金属工業株式会社 | オーステナイト系ステンレス鋼用溶接材料並びにそれを用いてなる溶接金属及び溶接継手 |
| JP5846076B2 (ja) * | 2012-03-28 | 2016-01-20 | 新日鐵住金株式会社 | オーステナイト系耐熱合金 |
| WO2017037851A1 (ja) * | 2015-08-31 | 2017-03-09 | 株式会社日立製作所 | Ｃｒ基二相合金および該二相合金を用いた製造物 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4358511A (en) * | 1980-10-31 | 1982-11-09 | Huntington Alloys, Inc. | Tube material for sour wells of intermediate depths |
-
1981
- 1981-06-11 JP JP8995981A patent/JPS57203738A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57203738A (en) | 1982-12-14 |
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