JPS629660B2

JPS629660B2 -

Info

Publication number: JPS629660B2
Application number: JP56018372A
Authority: JP
Inventors: Takeo Kudo; Daiji Moroishi; Akio Ikeda; Yasutaka Okada
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1981-02-09
Filing date: 1981-02-09
Publication date: 1987-03-02
Also published as: JPS57131340A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、耐食性、なかんずく耐応力腐食割
れ性に優れた油井管用合金に関する。近年、油井・天然ガス井は深井戸化の傾向著し
く、産出ガス中に湿潤な硫化水素をはじめ、炭酸
ガスや塩素イオン等、腐食性物質が含まれること
が多くなつてきている。このような傾向とともに
油井管の使用条件が苛酷化すると、安定操業上そ
の腐食対策がより一層重要なこととなる。油井管
の腐食対策としては、インヒビターと呼ばれる腐
食抑制剤の投入が最も一般的な方法であるがこの
方法は海上油井のときなど、場合によつては、有
効に活用できないことも多い。このような事態に
対処するため最近では、より高級な耐食性材料が
用いられる傾向があり、ステンレス鋼をはじめ、
インコロイやハステロイ（いずれも商品名）とい
つた高合金鋼の採用も検討されはじめている。しかしながらいまのところ、H₂S−CO₂−Cl^-
の油井環境での腐食挙動についての詳細なところ
は十分に解明されるに至つておらず、この環境下
での腐食と鋼成分の関連についても、僅かに既存
の高合金鋼の適性がテストされている程度に過ぎ
ない。本発明は、このきわめて腐食性のつよい、H₂S
−CO₂−Cl^-の油井環境下でも優れた耐久性を発
揮する油井管用合金の提供を目的とするものであ
る。すなわち本発明の要旨とするところは、C0.1
％以下、Si1.0％以下、Mn2.0％以下、P0.030％以
下、S0.005％以下、Al 0.5％以下、Ni35〜60％、
Cr22.5〜35％にMoとＷの何れか一方または双方
を下式を満足する範囲内で含有し、更にCu1
％を含みまたは含まず、更に場合によつては希土
類元素（以下REMという）0.10％以下、Y0.20％
以下、Mg0.10％以下、Ca0.10％以下、Ti0.5％以
下のうち１種または２種以上を含有し、残部は実
質的にFeよりなることを特徴とする耐応力腐食
割れ性に優れた油井管用合金、 Cr（％）＋10Mo（％）＋5W（％）≧50％……… 1.5％≦Mo（％）＋１／２Ｗ（％）＜４％ ……… である。本発明者らの詳細な実験、研究によれば、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
は、オーステナイト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。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、上記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
いという事実が明らかとなつた。一方、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
から冷間加工が施こされるが、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と
いうこともまた、本発明者らの研究から判明し
た。かかる研究結果を基に本発明者らは、冷間加工
材としてH₂S存在下での応力腐食割れに対する高
い抵抗性が得られる材料の開発を意図して実験、
研究を更に推し進め、その結果、環境温度が150
℃以下では高濃度H₂S下でも冷間加工材としてき
わめて良好な耐久性を発揮する比較的安価な合金
の開発に至つたものである。 H₂S−CO₂−Cl^-環境での合金の溶出速度（腐
食速度）は、Cr、Ni、MoおよびＷ量に依存し、
これらの元素からなる表面皮膜によつて耐食性が
保持されている。そしてこれらの元素は、応力腐
食割れに対してもその抵抗性を高め、特にMo
は、式に示すようにCrに対し10倍の効果を、
またＷはMoの２倍の効果をそれぞれもつてお
り、このMo及びＷが前記、式を満たすとと
もに、Niが35〜60％及びCrが22.5％〜35％の範囲
内にあれば応力腐食割れに対し優れた抵抗性を有
する表面皮膜が得られることが、本発明者らの実
験により明らかとなつた。なお、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
る効果があり、この点を考慮してNi量の範囲を
定めたものでもある。第１図は、上記油井環境下での耐応力腐食割れ
抵抗性とCr（％）＋10Mo（％）＋5W（％）、およ
びNi量との関係を示す。このデータは、成分元
素の添加量を種々変化させたCr−Ni−Mo系また
はCr−Ni−Mo−Ｗ系の合金を溶製し、鍛伸、お
よび熱間圧延によつて７mm厚とした後、1050℃で
30分保持、水冷という固溶化処理を行ない、その
後強度向上の目的で30％の冷間加工を加え、得ら
れた鋼板から圧延方向と直角に２mm厚、10mm巾、
75mm長の試験片を採取し、応力腐食割れ試験を実
施した結果に基く。応力腐食割れ試験としては、
第２図に示す３点支持ビーム冶具を用いて上記試
験片に0.2％耐力に相当する引張応力を付加し、
10気圧H₂S、10気圧CO₂でH₂S、CO₂を飽和させ
た20％NaCl溶液（温度150℃）中に1000時間浸漬
し、割れ発生の有無を観察する方法によつた。図
中、Ｏ：割れ発生なし、×：割れ発生、をそれぞ
れ示す。同図に明らかな如く、Cr（％）＋10Mo（％）＋
5W（％）が50％未満、またはNiが35％未満では
応力腐食割れ抵抗性が不十分である。因みに、
Niを60％以下としたのは、この値を越えて含有
しても効果の向上は認められず、経済的不利を招
くばかりである。この他、本発明合金の特徴的な成分の限定理由
としては、Crは応力腐食割れ抵抗性を高める成
分であるが、熱間加工性を劣化させるので35％以
下とする必要があるが、22.5％未満としても熱間
加工性は殆んど改善されず、式のCr（％）＋
10Mo（％）＋5W（％）≧50％の規定によりCr量の
低下とともにMoやＷの添加量が増すこととなり
経済的に不利となるばかりである。MoおよびＷ
は何れも、耐応力腐食割れ性向上に必須の成分で
あつて、Mo（％）＋１／２Ｗ（％）で規定するのはＷがMoに対し原子量が約２倍で効果の点では略1/2
になると云えるからであるが、この量が1.5％未
満では、Cr≦35％において式を満足させられ
ないためであり、また同じく４％を越える含有は
コストの上昇につながるにも拘わらず、150℃以
下のH₂S−CO₂−Cl^-環境では実質的に不必要で
ある。次に、本発明鋼のその他の基本成分の限定理由
は次の通りである。Ｃ：0.10％以下では応力腐食割れに影響しない
が、0.10％を越えると粒界応力腐食割れが生じ
やすくなる。 Si：脱酸剤として必要であるが、1.0％を越える
と熱間加工性が劣化する。 Mn：脱酸成分であり、応力腐食割れにはほとん
ど影響しないので2.0％まで許容した。Ｐ：Ｐは応力腐食割れ感受性を高めるので0.030
％以下に限定する。Ｓ：Ｓは熱間加工性を著しく劣化させる元素であ
るので0.005％以下に限定する。 Al：Alは脱酸成分として有効で0.5％まで含有さ
せることができる。更に、必要に応じ使用される選択成分としての
Cuは、耐食性を高める元素であるが、１％を越
えると熱間加工性を劣化させるので１％以下に限
定する。またREM、Ｙ、Mg、Ca、Tiは、適量
添加すると熱間加工性が著しく向上する。しかし
過剰に添加すると、再び熱間加工性は劣化する。次に本発明の実施例を掲げて効果を詳説する。
第１表に示す(1)〜（21）の成分の合金からなる外
径60mm、肉厚４mmの管を製作し、20％の冷間加工
を加えて強度を高め油井管とした。この油井管か
ら、中心角で60゜に当たる部分を切欠した長さ20
mmの管を試験片として採取し、第３図に示すよう
にボルト・ナツトで管外表面に0.2％耐力に相当
する引張応力を付加し、これをH₂S分圧を種々に
変えたH₂S−10気圧CO₂−20％NaCl溶液（温度：
150℃）中に1000時間浸漬し、応力腐食割れの有
無を調査した。結果をまとめて表２表に記す。

【表】

【表】 H₂Sの分圧が比較的低いところでは、従来既存
の鋼からなる比較例(12)〜（21）の中にも応力腐食
割れの出ないものがみられるが、これも、H₂Sの
分圧が高くなるにつれ少なくなり、H₂S分圧が20
気圧に至ると皆無となる。しかるに本発明鋼から
なるもの(1)〜(11)は、20気圧のH₂S分圧下でも割れ
の発生は一切認められず、本発明鋼の応力腐食割
れに対する有効性が証明された。因みに、比較例
(12)はNiが、また比較例（13）はCr＋10Mo＋5Wが
本発明範囲を下廻るため、耐応力腐食割れ性が不
足する。なお比較鋼（14）はCrが高すぎるため
に、（15）はＳが高すぎるために、更に（16）、
（17）はCuおよびREM、Ｙ、Ca、Mg、Tiの選択
成分のうち何かが高すぎるために、それぞれ熱間
加工性が悪く、ビレツト製造時に割れが生じ、管
の製造が事実上不可能であつた。以上の説明から明らかなように本発明合金は、
きわめて腐食性のつよいH₂S−CO₂−Cl^-の油井
環境にあつて従来の高合金鋼を遥かに上廻る応力
腐食割れ抵抗性を示す冷間加工材が得られる材料
であるから、条件の苛酷な油井管に用いて優れた
耐久性を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋼中NiおよびCr（％）＋10M（％）＋
5W（％）の耐応力腐食割れ性に及ぼす影響を示
す図、第２図は板状試験片用応力腐食割れ試験機
を示す図、第３図は管状試験片を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】１ C0.1％以下、Si1.0％以下、Mn2.0％以下、
P0.030％以下、S0.005％以下、Al 0.5％以下、
Ni35〜60％、Cr22.5〜35％に、MoとＷの何れか
一方または双方を下方、を満足する範囲内で
含有し、残部は実質的にFeよりなることを特徴
とする耐応力腐食割れ性に優れた油井管用合金。 Cr（％）＋10Mo（％）＋5W（％）≧50％……… 1.5％≦Mo（％）＋１／２Ｗ（％）＜４％ ……… ２ C0.1％以下、Si1.0％以下、Mn2.0％以下、
P0.030％以下、S0.005％以下、Al 0.5％以下、
Ni35〜60％、Cr22.5〜35％に、MoとＷの何れか
一方又は双方を下式、を満足する範囲内で含
有し、更にCu1％以下を含有し、残部は実質的に
Feよりなることを特徴とする耐応力腐食割れ性
に優れた油井管用合金。 Cr（％）＋10Mo（％）＋5W（％）≧50％……… 1.5％≦Mo（％）＋１／２Ｗ（％）＜４％ ……… ３ C0.1％以下、Si1.0％以下、Mn2.0％以下、
P0.030％以下、S0.005％以下、Al 0.5％以下、
Ni35〜60％、Cr22.5〜35％に、MoとＷの何れか
一方又は双方を下式、を満足する範囲内で含
有し、更に希土類元素0.10％以下、Y0.20％以
下、Mg0.10％以下、Ca0.10％以下、Ti0.5％以下
のうち１種または２種以上を含有し、残部は実質
的にFeよりなることを特徴とする耐応力腐食割
れ性に優れた油井管用合金。 Cr（％）＋10Mo（％）＋5W（％）≧50％……… 1.5％≦Mo（％）＋１／２Ｗ（％）＜４％ ……… ４ C0.1％以下、Si1.0％以下、Mn2.0％以下、
P0.030％以下、S0.005％以下、Al 0.5％以下、
Ni35〜60％、Cr22.5〜35％に、MoとＷの何れか
一方又は双方を下式、を満足する範囲内で含
有し、更にCu1％以下と、希土類元素0.10％以
下、Y0.20％以下、Mg0.10％以下、Ca0.10％以
下、Ti0.5％以下のうち１種または２種以上を含
み、残部は実質的にFeよりなることを特徴とす
る耐応力腐食割れ性に優れた油井管用合金。 Cr（％）＋10Mo（％）＋5W（％）≧50％……… 1.5％≦Mo（％）＋１／２Ｗ（％）＜４％ ………