JP2018162507A - High-strength oil well steel and oil well pipe - Google Patents
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Abstract
【課題】耐SSC性に優れ、全面腐食の観点からは低合金鋼と同程度の耐食性を有し、かつ靱性に優れる高強度油井用鋼材を提供する。【解決手段】化学組成が、質量%で、C:0.50〜1.40%、Si:0.05〜1.00%、Mn:3.0〜24.0%、Ni:5.0〜19.0%、Al:0.003〜0.06%、P:0.03%以下、S:0.03%以下、N:0.10%以下、Cr:0〜2.0%、Mo:0〜2.0%、Cu:0〜2.0%、Ti:0〜0.5%、V:0〜0.5%、Nb:0〜0.5%、Ca:0〜0.01%、Mg:0〜0.01%、B:0〜0.005%、残部:Feおよび不純物であり、金属組織が、オーステナイト単相である、高強度油井用鋼材。【選択図】 なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide a steel material for a high-strength oil well, which has excellent SSC resistance, corrosion resistance comparable to that of low alloy steel from the viewpoint of total corrosion, and excellent toughness. SOLUTION: The chemical composition is mass%, C: 0.50 to 1.40%, Si: 0.05 to 1.00%, Mn: 3.0 to 24.0%, Ni: 5.0. ~ 19.0%, Al: 0.003 ~ 0.06%, P: 0.03% or less, S: 0.03% or less, N: 0.10% or less, Cr: 0 to 2.0%, Mo: 0 to 2.0%, Cu: 0 to 2.0%, Ti: 0 to 0.5%, V: 0 to 0.5%, Nb: 0 to 0.5%, Ca: 0 to 0 .01%, Mg: 0-0.01%, B: 0-0.005%, balance: Fe and impurities, and the metal structure is austenite single phase, high-strength steel for oil wells. [Selection diagram] None
Description
本発明は、高強度油井用鋼材および油井管に関する。 The present invention relates to a high-strength steel material for oil wells and oil well pipes.
硫化水素(H2S)を含有する原油、天然ガス等の油井およびガス井(以下、油井およびガス井を総称して、単に「油井」という。)では、湿潤硫化水素環境における鋼の硫化物応力割れ(以下、「SSC」という。)が問題となることから、耐SSC性に優れる油井管が必要となる。近年、ケーシング用途として低合金耐サワー油井管の高強度化が進められている。 Oil wells and gas wells such as crude oil and natural gas containing hydrogen sulfide (H 2 S) (hereinafter, oil wells and gas wells are simply referred to as “oil wells”) are steel sulfides in a wet hydrogen sulfide environment. Since stress cracking (hereinafter referred to as “SSC”) becomes a problem, an oil well pipe having excellent SSC resistance is required. In recent years, the strength of low-alloy sour well pipes has been increased for casing applications.
耐SSC性は、鋼の強度上昇に伴い急激に低下する。そのため、従来、一般的な評価条件である1bar H2Sを含むNACE溶液A(NACE TM0177−2005)の環境下で耐SSC性を確保できるのは、110ksi級(降伏応力:758〜862MPa)の鋼材までである。そして多くの場合、より高強度な125ksi級(降伏応力:862〜965MPa)、140ksi級(降伏応力:965〜1069MPa)の鋼材では、限られたH2S分圧下(例えば、0.1bar以下)でしか耐SSC性を確保できない。油井の高深度化による高強度材への需要は今後ますます高まると考えられるため、より高強度かつ優れた耐SSC性を有する高耐食性を有する油井管の開発が必要である。 The SSC resistance decreases rapidly as the steel strength increases. Therefore, it is 110 ksi class (yield stress: 758 to 862 MPa) that can secure SSC resistance under the environment of NACE solution A (NACE TM0177-2005) containing 1 bar H 2 S, which is a general evaluation condition. Up to steel. In many cases, in steel materials of higher strength of 125 ksi class (yield stress: 862 to 965 MPa) and 140 ksi class (yield stress: 965 to 1069 MPa), under a limited partial pressure of H 2 S (for example, 0.1 bar or less) SSC resistance can only be ensured. Since demand for high-strength materials due to the deepening of oil wells is expected to increase further in the future, it is necessary to develop oil well pipes with higher corrosion resistance and higher strength and superior SSC resistance.
SSCは、腐食環境中で鋼材表面に発生した水素が鋼中に拡散し、鋼材に負荷された応力との相乗効果によって破断に至る水素脆化の一種である。SSCの感受性が高い鋼材では、鋼材の降伏応力に比べて低い負荷応力で容易に割れが発生する。 SSC is a type of hydrogen embrittlement in which hydrogen generated on the surface of a steel material in a corrosive environment diffuses into the steel and breaks due to a synergistic effect with the stress applied to the steel material. In steel materials with high SSC sensitivity, cracks are easily generated with a lower load stress than the yield stress of steel materials.
低合金鋼の金属組織と耐SSC性との関連についてこれまで多くの研究がなされてきた。一般的に、耐SSC性を向上させるためには、金属組織を焼戻しマルテンサイト組織とするのが最も効果的であり、かつ細粒組織とするのが望ましいと言われている。 Many studies have been made so far on the relationship between the metal structure of low alloy steel and the SSC resistance. Generally, in order to improve the SSC resistance, it is said that it is most effective to make the metal structure a tempered martensite structure, and it is said that a fine-grain structure is desirable.
しかしながら、焼戻しマルテンサイトは、体心立方晶(以下、「BCC」という)構造を有する。BCC構造を有する上記の焼戻しマルテンサイトおよびフェライトは、本質的に水素脆化感受性が高い。したがって、焼戻しマルテンサイトまたはフェライトを主組織とする鋼では、SSCを完全に防ぐことは極めて困難である。特に、前述のように強度が高くなるほどSSC感受性は大きくなるため、高強度かつ耐SSC性に優れた鋼材を得ることは、低合金鋼においては至難の課題であると言える。 However, tempered martensite has a body-centered cubic (hereinafter referred to as “BCC”) structure. The above tempered martensite and ferrite having a BCC structure are inherently highly susceptible to hydrogen embrittlement. Therefore, it is extremely difficult to completely prevent SSC in a steel mainly composed of tempered martensite or ferrite. In particular, since the SSC sensitivity increases as the strength increases as described above, it can be said that obtaining a steel material having high strength and excellent SSC resistance is a difficult task in low alloy steel.
これに対し、本質的に水素脆化感受性の低い面心立方晶(以下、「FCC」という)のオーステナイト組織を持つ鋼を用いれば、優れた耐SSC性を容易に得ることができる。例えば、特許文献1〜3には、オーステナイト安定化元素であるMnを多量に含有させた、耐SSC性に優れる高強度鋼材が開示されている。 On the other hand, excellent SSC resistance can be easily obtained by using a steel having an austenite structure of a face-centered cubic crystal (hereinafter referred to as “FCC”) that is essentially low in hydrogen embrittlement sensitivity. For example, Patent Documents 1 to 3 disclose high-strength steel materials that are excellent in SSC resistance and contain a large amount of Mn, which is an austenite stabilizing element.
特許文献1〜3に記載の鋼材では、優れた耐SSC性と高い強度とが両立されている。しかしながら、特許文献1〜3では、高強度鋼の靱性に関して検討がなされておらず、改善の余地が残されている。 In the steel materials described in Patent Documents 1 to 3, excellent SSC resistance and high strength are compatible. However, Patent Documents 1 to 3 do not discuss the toughness of high-strength steel, and leave room for improvement.
本発明は、耐SSC性に優れ、全面腐食の観点からは低合金鋼と同程度の耐食性を有し、かつ靱性に優れる高強度油井用鋼材およびそれを用いた油井管を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a high-strength steel material for oil wells having excellent SSC resistance, having corrosion resistance comparable to that of low alloy steels from the viewpoint of overall corrosion, and an oil well pipe using the same. And
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記の高強度油井用鋼材および油井管を要旨とする。 This invention is made | formed in order to solve said subject, and makes a summary the following steel materials and oil well pipes for high strength oil wells.
(1)化学組成が、質量%で、
C:0.50〜1.40%、
Si:0.05〜1.00%、
Mn:3.0〜24.0%、
Ni:5.0〜19.0%、
Al:0.003〜0.06%、
P:0.03%以下、
S:0.03%以下、
N:0.10%以下、
Cr:0〜2.0%、
Mo:0〜2.0%、
Cu:0〜2.0%、
Ti:0〜0.5%、
V:0〜0.5%、
Nb:0〜0.5%、
Ca:0〜0.01%、
Mg:0〜0.01%、
B:0〜0.005%、
残部:Feおよび不純物であり、
金属組織が、オーステナイト単相である、
高強度油井用鋼材。
(1) The chemical composition is mass%,
C: 0.50 to 1.40%
Si: 0.05-1.00%,
Mn: 3.0 to 24.0%
Ni: 5.0 to 19.0%,
Al: 0.003-0.06%,
P: 0.03% or less,
S: 0.03% or less,
N: 0.10% or less,
Cr: 0 to 2.0%,
Mo: 0 to 2.0%,
Cu: 0 to 2.0%,
Ti: 0 to 0.5%,
V: 0 to 0.5%
Nb: 0 to 0.5%,
Ca: 0 to 0.01%,
Mg: 0 to 0.01%,
B: 0 to 0.005%,
Balance: Fe and impurities,
The metal structure is an austenite single phase,
High strength steel for oil wells.
(2)前記化学組成が、質量%で、
Cr:0.1〜2.0%、および、
Mo:0.1〜2.0%、
から選択される1種または2種を含有する、
上記(1)に記載の高強度油井用鋼材。
(2) The chemical composition is mass%,
Cr: 0.1 to 2.0%, and
Mo: 0.1 to 2.0%,
Containing one or two selected from
The steel material for high strength oil wells as described in said (1).
(3)前記化学組成が、質量%で、
Cu:0.1〜2.0%、
を含有する、
上記(1)または(2)に記載の高強度油井用鋼材。
(3) The chemical composition is mass%,
Cu: 0.1 to 2.0%,
Containing
The steel material for high strength oil wells as described in said (1) or (2).
(4)前記化学組成が、質量%で、
Ti:0.005〜0.5%、
V:0.005〜0.5%、および、
Nb:0.005〜0.5%、
から選択される1種以上を含有する、
上記(1)から(3)までのいずれかに記載の高強度油井用鋼材。
(4) The chemical composition is mass%,
Ti: 0.005 to 0.5%,
V: 0.005-0.5% and
Nb: 0.005 to 0.5%,
Containing one or more selected from
The steel material for high strength oil wells according to any one of (1) to (3) above.
(5)前記化学組成が、質量%で、
Ca:0.0005〜0.01%、および、
Mg:0.0005〜0.01%、
から選択される1種または2種を含有する、
上記(1)から(4)までのいずれかに記載の高強度油井用鋼材。
(5) The chemical composition is mass%,
Ca: 0.0005 to 0.01%, and
Mg: 0.0005 to 0.01%,
Containing one or two selected from
The steel material for high strength oil wells according to any one of (1) to (4) above.
(6)前記化学組成が、質量%で、
B:0.0005〜0.005%、
を含有する、
上記(1)から(5)までのいずれかに記載の高強度油井用鋼材。
(6) The chemical composition is mass%,
B: 0.0005 to 0.005%,
Containing
The steel material for high strength oil wells according to any one of (1) to (5) above.
(7)降伏応力が965MPa以上である、
上記(1)から(6)までのいずれかに記載の高強度油井用鋼材。
(7) The yield stress is 965 MPa or more.
The steel material for high strength oil wells according to any one of (1) to (6) above.
(8)上記(1)から(7)までのいずれかに記載の高強度油井用鋼材からなる、油井管。 (8) An oil well pipe made of the steel material for high well oil according to any one of (1) to (7) above.
本発明によれば、強度が高く耐SSC性に優れ、かつ、靱性に優れる鋼材を得ることが可能となる。 According to the present invention, it is possible to obtain a steel material having high strength, excellent SSC resistance, and excellent toughness.
高Mnオーステナイト鋼においては、双晶誘起塑性(TWin Induced Plasticity:TWIP)によって変形が生じる。TWIPによる変形では、ひずみ速度の増加に伴う流動応力の増加がほとんど起こらないため、変形が隣接部分に伝播することなく、一部分に集中する特性がある。このため、シャルピー衝撃試験における高Mnオーステナイト鋼の吸収エネルギーは低位となる。 In high Mn austenitic steel, deformation occurs due to twin induced plasticity (TWIP). In the deformation by TWIP, since the increase of the flow stress accompanying the increase in strain rate hardly occurs, there is a characteristic that the deformation is concentrated in a part without being propagated to the adjacent part. For this reason, the absorbed energy of the high Mn austenitic steel in the Charpy impact test is low.
変形がTWIPにより生じるかどうかを決定する要因の一つとして挙げられるのが、積層欠陥エネルギー(Stacking Fault Energy:SFE)である。SFEは合金組成によって決定され、MnおよびNといった合金元素はSFEを下げ、一方、NiはSFEを上げる傾向にある。 One factor that determines whether deformation is caused by TWIP is Stacking Fault Energy (SFE). SFE is determined by the alloy composition, and alloying elements such as Mn and N tend to lower SFE, while Ni tends to increase SFE.
本発明者は、高Mnオーステナイト鋼において、Ni含有量を適切に増加させ、SFEを増加させることで、TWIPによる変形を抑制し、転位運動による変形を促進できることを見出した。そして、流動応力の変形速度依存性を増加させ、変形を隣接部分に伝播させることで、高Mnオーステナイト鋼の靱性を向上させられることが可能となった。 The present inventor has found that, in a high Mn austenitic steel, by appropriately increasing the Ni content and increasing the SFE, deformation due to TWIP can be suppressed and deformation due to dislocation motion can be promoted. And it became possible to improve the toughness of the high Mn austenitic steel by increasing the deformation rate dependency of the flow stress and propagating the deformation to the adjacent part.
本発明は上記の知見に基づいてなされたものである。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。 The present invention has been made based on the above findings. Hereinafter, each requirement of the present invention will be described in detail.
1.化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
1. Chemical composition The reasons for limiting each element are as follows. In the following description, “%” for the content means “% by mass”.
C:0.50〜1.40%
炭素(C)は、オーステナイト相を安定させる効果を有するとともに、加工硬化を促進させる効果を有する、高強度化に必須の元素である。そのため、Cを0.50%以上含有させる必要がある。一方、C含有量が過剰であると、材料の融点が顕著に低下し、低い温度での熱間加工を余儀なくされ、熱間加工性が低下する。また溶体化時にセメンタイトが残留し、衝撃性能を劣化させるため、C含有量は1.40%以下とする。強度および靭性のバランスがより優れた高強度油井用鋼材を得るためには、C含有量は0.55%以上であることが好ましい。また、C含有量は1.30%以下であるのが好ましく、1.20%以下であるのがより好ましい。
C: 0.50 to 1.40%
Carbon (C) has an effect of stabilizing the austenite phase, and has an effect of promoting work hardening, and is an essential element for increasing the strength. Therefore, it is necessary to contain 0.50% or more of C. On the other hand, if the C content is excessive, the melting point of the material is remarkably lowered, and hot working at a low temperature is forced, and hot workability is lowered. Moreover, since cementite remains at the time of solution forming and impact performance is deteriorated, the C content is made 1.40% or less. In order to obtain a high-strength oil well steel with a better balance between strength and toughness, the C content is preferably 0.55% or more. Further, the C content is preferably 1.30% or less, and more preferably 1.20% or less.
Si:0.05〜1.00%
シリコン(Si)は、鋼の脱酸に必要な元素であり、その含有量が0.05%未満であると、脱酸が不十分となって非金属介在物が多く残存し、所望の耐SSC性が得られない。一方、その含有量が1.00%を超えると、粒界強度を弱め、耐SSC性が低下する。したがって、Si含有量は、0.05〜1.00%とする。Si含有量は0.10%以上であるのが好ましく、0.20%以上であるのがより好ましい。また、Si含有量は0.80%以下であるのが好ましく、0.60%以下であるのがより好ましい。
Si: 0.05-1.00%
Silicon (Si) is an element necessary for deoxidation of steel, and if its content is less than 0.05%, deoxidation is insufficient and a lot of non-metallic inclusions remain, and the desired resistance. SSC property cannot be obtained. On the other hand, when the content exceeds 1.00%, the grain boundary strength is weakened, and the SSC resistance is lowered. Therefore, the Si content is set to 0.05 to 1.00%. The Si content is preferably 0.10% or more, and more preferably 0.20% or more. Moreover, it is preferable that Si content is 0.80% or less, and it is more preferable that it is 0.60% or less.
Mn:3.0〜24.0%
マンガン(Mn)は、安価にオーステナイト相を安定化させることのできる元素である。また、Mnは、SFEを低下させ、TWIPによる変形を促進させる効果を有する元素である。本発明においてはその効果を十分に発揮させるために、Mnを3.0%以上含有させる必要がある。一方、湿潤硫化水素環境中ではMnは優先的に溶解し、材料表面に安定な腐食生成物は形成されない。その結果、Mn含有量が増加するにしたがい、耐全面腐食性が低下する。24.0%を超える量のMnを含有させると低合金油井管の標準的な腐食速度を上回ることがあるため、Mn含有量は24.0%以下とする必要がある。Mn含有量は5.0%以上であるのが好ましく、7.0%以上であるのがより好ましい。また、Mn含有量は22.0%以下であるのが好ましい。
Mn: 3.0 to 24.0%
Manganese (Mn) is an element that can stabilize the austenite phase at low cost. Mn is an element that has the effect of reducing SFE and promoting deformation by TWIP. In the present invention, it is necessary to contain 3.0% or more of Mn in order to sufficiently exhibit the effect. On the other hand, Mn is preferentially dissolved in a wet hydrogen sulfide environment, and a stable corrosion product is not formed on the material surface. As a result, the overall corrosion resistance decreases as the Mn content increases. If Mn is contained in an amount exceeding 24.0%, the standard corrosion rate of the low alloy oil country tubular goods may be exceeded, so the Mn content needs to be 24.0% or less. The Mn content is preferably 5.0% or more, and more preferably 7.0% or more. The Mn content is preferably 22.0% or less.
なお、本発明において、上記の「低合金油井管の標準的な腐食速度」とは、NACE TM0177−2005に規定される溶液A(5%NaCl+0.5%CH3COOH水溶液、1bar H2S飽和)に336h浸漬させた際の腐食量から換算される腐食速度で1.5g/(m2・h)であることを意味する。 In the present invention, the above-mentioned “standard corrosion rate of low alloy oil country tubular goods” refers to solution A (5% NaCl + 0.5% CH 3 COOH aqueous solution, 1 bar H 2 S saturation specified in NACE TM0177-2005). ) Is a corrosion rate converted from the amount of corrosion when immersed in 336h, and it is 1.5 g / (m 2 · h).
Ni:5.0〜19.0%
ニッケル(Ni)はC、Mnと同様にオーステナイト相を安定化させることのできる元素であるが、Mnとは異なり、塑性変形時の変形双晶の発生に加え、転位による変形を促進することで、衝撃試験における吸収エネルギーを増加させる作用を有する元素である。そのため、Niを5.0%以上含有させる必要がある。一方、過剰に含有させると溶体化時の炭化物の残留を促進し、かえって靱性が劣化することから、Ni含有量は19.0%以下とする必要がある。Ni含有量は5.5%以上であるのが好ましく、6.0%以上であるのがより好ましい。また、Ni含有量は18.0%以下であるのが好ましく、17.0%以下であるのがより好ましい。
Ni: 5.0 to 19.0%
Nickel (Ni) is an element that can stabilize the austenite phase like C and Mn, but unlike Mn, in addition to the generation of deformation twins during plastic deformation, it promotes deformation by dislocation. , An element that has the effect of increasing the absorbed energy in impact tests. Therefore, it is necessary to contain 5.0% or more of Ni. On the other hand, if it is contained excessively, the residual carbide during solutionization is promoted and the toughness is deteriorated. Therefore, the Ni content needs to be 19.0% or less. The Ni content is preferably 5.5% or more, and more preferably 6.0% or more. Moreover, it is preferable that Ni content is 18.0% or less, and it is more preferable that it is 17.0% or less.
なお、オーステナイト相の安定化のためには、MnとNiとの合計含有量が10.0%以上であるのが好ましく、12.0%以上であるのがより好ましい。一方、合計含有量が高過ぎると、鋼材の融点が必要以上に低下するため、熱間加工温度を低くせざるを得ず、生産性が低下する場合がある。したがって、MnとNiとの合計含有量は40.0%以下であるのが好ましく、35.0%以下であるのがより好ましい。 In order to stabilize the austenite phase, the total content of Mn and Ni is preferably 10.0% or more, and more preferably 12.0% or more. On the other hand, if the total content is too high, the melting point of the steel material is unnecessarily lowered, so the hot working temperature must be lowered, and productivity may be lowered. Therefore, the total content of Mn and Ni is preferably 40.0% or less, and more preferably 35.0% or less.
Al:0.003〜0.06%
アルミニウム(Al)は、鋼の脱酸に必要な元素であるため、0.003%以上含有させる必要がある。しかしながら、Al含有量が0.06%を超えると、粗大な酸化物が混入しやすくなり、靭性および耐食性に悪影響を与えるおそれがある。したがって、Al含有量は0.003〜0.06%とする。Al含有量は0.008%以上であるのが好ましく、0.012%以上であるのがより好ましい。また、Al含有量は0.05%以下であるのが好ましく、0.04%以下であるのがより好ましい。なお、本発明では、Alは酸可溶Al(sol. Al)を意味する。
Al: 0.003 to 0.06%
Since aluminum (Al) is an element necessary for deoxidation of steel, it is necessary to contain 0.003% or more. However, if the Al content exceeds 0.06%, coarse oxides are likely to be mixed, which may adversely affect toughness and corrosion resistance. Therefore, the Al content is set to 0.003 to 0.06%. The Al content is preferably 0.008% or more, and more preferably 0.012% or more. Further, the Al content is preferably 0.05% or less, and more preferably 0.04% or less. In the present invention, Al means acid-soluble Al (sol. Al).
P:0.03%以下
りん(P)は、不純物として鋼中に不可避的に存在する元素である。しかし、その含有量が0.03%を超えると、粒界への偏析が顕著になり、耐SSC性を劣化させる。したがって、P含有量は0.03%以下とする必要がある。なお、P含有量はできる限り低い方が望ましく、0.02%以下とするのが好ましく、0.015%以下とするのがより好ましい。しかし、過度の低下は、鋼材の製造コストを著しく上昇させるため、その下限は0.001%とするのが好ましく、0.005%とするのがより好ましい。
P: 0.03% or less Phosphorus (P) is an element unavoidably present in steel as an impurity. However, when the content exceeds 0.03%, segregation to the grain boundary becomes remarkable, and the SSC resistance is deteriorated. Therefore, the P content needs to be 0.03% or less. The P content is desirably as low as possible, preferably 0.02% or less, and more preferably 0.015% or less. However, excessive reduction significantly increases the manufacturing cost of the steel material, so the lower limit is preferably 0.001%, more preferably 0.005%.
S:0.03%以下
硫黄(S)は、Pと同様に不純物として鋼中に不可避的に存在するが、0.03%を超えると粒径への偏析が顕著になるとともに、硫化物系の介在物を生成して耐SSC性を低下させる。したがって、S含有量は0.03%以下とする必要がある。なお、S含有量はできる限り低い方が望ましく、0.015%以下とするのが好ましく、0.010%以下とするのがより好ましい。しかし、過度の低下は、鋼材の製造コストを著しく上昇させるため、その下限は0.0005%とするのが好ましく、0.001%とするのがより好ましい。
S: 0.03% or less Sulfur (S) is inevitably present in the steel as an impurity as in the case of P, but when it exceeds 0.03%, segregation to the particle size becomes remarkable and the sulfide system The SSC resistance is lowered by generating inclusions. Therefore, the S content needs to be 0.03% or less. Note that the S content is desirably as low as possible, preferably 0.015% or less, and more preferably 0.010% or less. However, excessive reduction significantly increases the manufacturing cost of the steel material, so the lower limit is preferably 0.0005%, and more preferably 0.001%.
N:0.10%以下
窒素(N)は、鉄鋼材料においては、通常は不純物元素として扱われ、脱窒により低減させる。しかし、Nはオーステナイト相を安定化させる元素であるため、オーステナイト安定化のためにNが多く含有されていてもよい。一方で、Nを過剰に含有させると、高温強度を上昇させ、熱間加工時の加工応力を増大させ、熱間加工性の低下を招く。したがって、N含有量は0.10%以下とする必要がある。なお、精錬コストの観点から、不必要に脱窒する必要はなく、N含有量の下限は0.001%とするのが好ましい。
N: 0.10% or less Nitrogen (N) is usually treated as an impurity element in steel materials and is reduced by denitrification. However, since N is an element that stabilizes the austenite phase, a large amount of N may be contained in order to stabilize the austenite. On the other hand, if N is contained excessively, the high-temperature strength is increased, the processing stress during hot working is increased, and hot workability is lowered. Therefore, the N content needs to be 0.10% or less. From the viewpoint of refining costs, it is not necessary to denitrify unnecessarily, and the lower limit of the N content is preferably 0.001%.
Cr:0〜2.0%
クロム(Cr)は、耐全面腐食性を向上させる元素であるので、必要に応じて含有させてもよい。ただし、その含有量が2.0%を超えると、溶体化時に炭化物として残留することが多くなり、耐SSC性、および吸収エネルギーの両方を低下させるおそれがあるので、Cr含有量は2.0%以下とする。Cr含有量は1.5%以下であるのが好ましく、1.0%以下であるのがさらに好ましい。なお、上記の耐全面腐食性の向上効果を得たい場合は、Cr含有量を0.1%以上とするのが好ましく、0.2%以上とするのがより好ましく、0.5%以上とするのがさらに好ましい。
Cr: 0 to 2.0%
Chromium (Cr) is an element that improves the overall corrosion resistance, and may be contained as necessary. However, if its content exceeds 2.0%, it often remains as a carbide during solution treatment, and there is a risk of reducing both SSC resistance and absorbed energy, so the Cr content is 2.0. % Or less. The Cr content is preferably 1.5% or less, and more preferably 1.0% or less. In addition, when it is desired to obtain the effect of improving the overall corrosion resistance, the Cr content is preferably 0.1% or more, more preferably 0.2% or more, and 0.5% or more. More preferably.
Mo:0〜2.0%
モリブデン(Mo)は、湿潤硫化水素環境中における腐食生成物を安定化させ、耐全面腐食性を向上させる元素であるので、必要に応じて含有させてもよい。ただし、Mo含有量が2.0%を超えると、溶体化時に炭化物として残留することが多くなり、耐SSC性、および吸収エネルギーの低下を招くおそれがある。また、Moは極めて高価な元素であるため、Mo含有量は2.0%以下とする。Mo含有量は1.5%以下であるのが好ましく、1.0%以下であるのがより好ましい。なお、上記の効果を得たい場合には、Mo含有量を0.1%以上とするのが好ましく、0.2%以上とするのがより好ましく、0.5%以上とするのがさらに好ましい。
Mo: 0 to 2.0%
Molybdenum (Mo) is an element that stabilizes corrosion products in a wet hydrogen sulfide environment and improves overall corrosion resistance, and may be contained as necessary. However, if the Mo content exceeds 2.0%, it often remains as a carbide during solutionization, which may cause a decrease in SSC resistance and absorbed energy. Moreover, since Mo is an extremely expensive element, the Mo content is set to 2.0% or less. The Mo content is preferably 1.5% or less, and more preferably 1.0% or less. In order to obtain the above effect, the Mo content is preferably 0.1% or more, more preferably 0.2% or more, and further preferably 0.5% or more. .
Cu:0〜2.0%
銅(Cu)は、オーステナイト相を安定化する元素であり、少量であれば必要に応じて含有させてもよい。しかしながらCuの多量の含有は熱間加工時にCu脆性を引き起こし、鋼の高温での延性を著しく低下させる。したがって、Cu含有量は2.0%以下とする。Cu含有量は1.5%以下であるのが好ましく、1.0%以下であるのがより好ましい。なお、オーステナイト安定化の効果を得たい場合には、Cu含有量を0.1%以上とするのが好ましく、0.2%以上とするのがより好ましい。
Cu: 0 to 2.0%
Copper (Cu) is an element that stabilizes the austenite phase, and may be contained as needed as long as the amount is small. However, a large amount of Cu causes Cu brittleness during hot working, and remarkably lowers the ductility of steel at high temperatures. Therefore, the Cu content is set to 2.0% or less. The Cu content is preferably 1.5% or less, and more preferably 1.0% or less. In addition, when obtaining the effect of stabilizing austenite, the Cu content is preferably 0.1% or more, and more preferably 0.2% or more.
Ti:0〜0.5%
V:0〜0.5%
Nb:0〜0.5%
チタン(Ti)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)はCまたはさらにNと結びつき、微細な炭化物または炭窒化物を形成することで、鋼の強化に寄与する元素であり、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、これらの元素を多量に含有させても効果が飽和する上、衝撃吸収エネルギーの低下を引き起こすことがあるため、その含有量を0.5%以下とする。上記の効果を得るためには、これらの元素から選択される1種以上を0.005%以上含有させることが好ましく、0.01%以上含有させることがより好ましい。
Ti: 0 to 0.5%
V: 0 to 0.5%
Nb: 0 to 0.5%
Titanium (Ti), vanadium (V), niobium (Nb) is an element that contributes to strengthening steel by forming fine carbides or carbonitrides by combining with C or N, and contained as necessary You may let them. However, even if these elements are contained in a large amount, the effect is saturated and the impact absorption energy may be lowered. Therefore, the content is made 0.5% or less. In order to acquire said effect, it is preferable to contain 0.005% or more of 1 or more types selected from these elements, and it is more preferable to contain 0.01% or more.
Ca:0〜0.01%
Mg:0〜0.01%
カルシウム(Ca)、およびマグネシウム(Mg)は、熱間加工性を劣化させるSと結び付き無害化することで鋼の熱間加工性を改善する効果を有する。また介在物の形態を変化させ、靭性、および耐食性を改善する効果も有する。しかしながら、これらの元素を多量に含有させても効果が飽和するだけでなく、介在物の量、サイズが大きくなり、かえって靭性、および耐食性が低下する。したがって、各元素ともその含有量を0.01%以下とする。各元素の含有量は0.006%以下であることが好ましい。またCaおよびMgの両方を含有させる場合には、その含有量の合計を0.01%以下とすることが好ましい。上記効果を得るためにはCaまたはMgの1種または2種を0.0005%以上含有させることが好ましく、0.0010%以上含有させることがより好ましい。
Ca: 0 to 0.01%
Mg: 0 to 0.01%
Calcium (Ca) and magnesium (Mg) have the effect of improving the hot workability of steel by being detoxified in combination with S, which degrades the hot workability. It also has the effect of changing the form of inclusions and improving toughness and corrosion resistance. However, even if these elements are contained in a large amount, not only the effect is saturated, but also the amount and size of inclusions are increased, and on the contrary, toughness and corrosion resistance are lowered. Therefore, the content of each element is set to 0.01% or less. The content of each element is preferably 0.006% or less. Moreover, when both Ca and Mg are contained, the total content is preferably 0.01% or less. In order to acquire the said effect, it is preferable to contain 0.0005% or more of 1 type or 2 types of Ca or Mg, and it is more preferable to contain 0.0010% or more.
B:0〜0.005%
ホウ素(B)は、鋼の熱間加工性を改善する効果を有する。しかしながらBを多量に含有させると、炭硼化物の析出量を増加させ、鋼の靭性を低下させる。B含有量が0.005%を超えると靭性を大きく劣化させることから、B含有量は0.005%以下とする。B含有量は0.004%以下であるのが好ましく、0.002%以下であるのがより好ましい。上記の効果を得るためにはB含有量を0.0005%以上とすることが望ましい。
B: 0 to 0.005%
Boron (B) has the effect of improving the hot workability of steel. However, when B is contained in a large amount, the precipitation amount of carbon boride is increased and the toughness of the steel is lowered. If the B content exceeds 0.005%, the toughness is greatly deteriorated, so the B content is set to 0.005% or less. The B content is preferably 0.004% or less, and more preferably 0.002% or less. In order to obtain the above effect, the B content is desirably 0.0005% or more.
本発明の高強度油井用鋼材において、残部はFeおよび不純物である。ここで「不純物」とは、鋼を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 In the high strength oil well steel of the present invention, the balance is Fe and impurities. Here, “impurities” are components that are mixed due to various factors of raw materials such as ores and scraps and manufacturing processes when steel is industrially manufactured, and are allowed within a range that does not adversely affect the present invention. Means something.
2.金属組織
上述のように、金属組織中にBCC構造であるα’マルテンサイトおよびフェライトが混在すると、耐SSC性の低下を招く。そのため、本発明では、金属組織をFCC(面心立方)構造であるオーステナイト単相とする。なお、上記金属組織は実質的にオーステナイト単相であればよい。
2. Metal Structure As described above, when α ′ martensite and ferrite having a BCC structure are mixed in the metal structure, the SSC resistance is lowered. Therefore, in the present invention, the metal structure is an austenite single phase having an FCC (face centered cubic) structure. In addition, the said metal structure should just be an austenite single phase substantially.
特に、α’マルテンサイトおよびフェライトの合計体積分率が0.1%以上になると耐SSC性が顕著に低下する。このため、α’マルテンサイトおよびフェライトの合計体積分率は0.1%未満であることが好ましい。 In particular, when the total volume fraction of α ′ martensite and ferrite is 0.1% or more, the SSC resistance is significantly lowered. For this reason, the total volume fraction of α ′ martensite and ferrite is preferably less than 0.1%.
また、本発明において、FCC構造を主体とする組織には、鋼のマトリックスとしてFCC構造以外に、HCP構造のεマルテンサイトが混在することを許容するものとする。εマルテンサイトの体積分率は10%以下であることが好ましい。 Further, in the present invention, the structure mainly composed of the FCC structure is allowed to contain ε martensite of the HCP structure in addition to the FCC structure as a steel matrix. The volume fraction of ε martensite is preferably 10% or less.
α’マルテンサイトおよびフェライトの合計体積分率はX線回折法、X線回折法によっても検出できない微量である場合にはフェライトメーターを用いることにより計測することができる。εマルテンサイトの体積分率はX線回折法により計測することができる。 The total volume fraction of α ′ martensite and ferrite can be measured by using a ferrite meter when the amount is too small to be detected by X-ray diffraction or X-ray diffraction. The volume fraction of ε martensite can be measured by an X-ray diffraction method.
3.機械的性質
耐SSC性は、鋼の強度上昇に伴い急激に低下するが、本発明に係る鋼材は高い降伏応力と優れた耐SSC性とを両立し得るものである。本発明に係る高強度油井用鋼材は、降伏応力が965MPa以上であることが好ましい。
3. Mechanical properties Although the SSC resistance rapidly decreases as the strength of the steel increases, the steel according to the present invention can achieve both high yield stress and excellent SSC resistance. The steel material for high strength oil well according to the present invention preferably has a yield stress of 965 MPa or more.
4.製造方法
本発明に係る鋼材の製造方法について、上記の強度を付与できる製造方法であれば特に制限はないが、例えば、以下の方法を用いることができる。
4). Manufacturing method Although there will be no restriction | limiting in particular if it is a manufacturing method which can provide said intensity | strength about the manufacturing method of the steel material which concerns on this invention, For example, the following method can be used.
<溶解および鋳造>
溶解および鋳造については一般的なオーステナイト系鋼材の製造方法で行われる方法を用いることができ、鋳造はインゴット鋳造でも連続鋳造でもよい。継目無鋼管を製造する場合には、ラウンドCCにより、製管用ラウンドビレットの形状に鋳造してもよい。
<Melting and casting>
For melting and casting, a method performed by a general method for producing austenitic steel materials can be used, and the casting may be ingot casting or continuous casting. When producing a seamless steel pipe, it may be cast into the shape of a round billet for pipe making by round CC.
<熱間加工(鍛造、穿孔、圧延)>
鋳造後は、鍛造、穿孔、圧延等の熱間加工が施される。なお、継目無鋼管の製造では、上述のラウンドCCによって円形ビレットを鋳造した場合、円形ビレットに成形するための鍛造、分塊圧延等の工程は必要ない。鋼材が継目無鋼管の場合は、上記の穿孔工程の後、マンドレルミルまたはプラグミルを使用して圧延が行われる。また、鋼材が板材の場合は、スラブを粗圧延した後、仕上げ圧延するという工程になる。穿孔、圧延等の熱間加工の望ましい条件は、以下のとおりである。
<Hot processing (forging, drilling, rolling)>
After casting, hot working such as forging, drilling and rolling is performed. In the manufacture of seamless steel pipes, when a round billet is cast by the above-described round CC, processes such as forging and split rolling for forming the round billet are not necessary. When the steel material is a seamless steel pipe, rolling is performed using a mandrel mill or a plug mill after the drilling step. Further, when the steel material is a plate material, the slab is roughly rolled and then finish-rolled. Desirable conditions for hot working such as piercing and rolling are as follows.
ビレットの加熱は、穿孔圧延機での熱間穿孔が可能な程度に行えばよいが、望ましい温度範囲は1000〜1200℃である。穿孔圧延およびマンドレルミル、プラグミル等のその他の圧延機による圧延に関しても特別の制約はないが、熱間加工性の上から、具体的には表面疵の防止のために、仕上げ温度を900℃以上とするのが望ましい。仕上げ温度の上限にも特に制約はないが、1100℃までに留めるのがよい。 The billet may be heated to such an extent that hot piercing with a piercing and rolling mill is possible, but a desirable temperature range is 1000 to 1200 ° C. There are no particular restrictions on piercing rolling and rolling by other rolling mills such as mandrel mills, plug mills, etc. However, in terms of hot workability, in order to prevent surface flaws, the finishing temperature should be 900 ° C or higher. Is desirable. Although there is no restriction | limiting in particular also in the upper limit of finishing temperature, it is good to keep it to 1100 degreeC.
鋼板を製造する場合は、スラブ等の加熱温度は、熱間圧延が可能な温度範囲、例えば、1000〜1200℃とすれば十分である。熱間圧延のパススケジュールは任意であるが、製品の表面疵、耳割れなどの発生を少なくするための熱間加工性を考慮して、仕上げ温度を900℃以上とするのが望ましい。仕上げ温度は、上記継目無鋼管と同様に1100℃までとするのがよい。 When manufacturing a steel plate, it is sufficient that the heating temperature of the slab or the like is a temperature range in which hot rolling is possible, for example, 1000 to 1200 ° C. The hot rolling pass schedule is arbitrary, but it is desirable to set the finishing temperature to 900 ° C. or higher in consideration of hot workability for reducing the occurrence of surface flaws, ear cracks and the like of the product. The finishing temperature is preferably up to 1100 ° C. like the seamless steel pipe.
<溶体化熱処理>
熱間加工後の鋼材は、炭化物等を完全に固溶させるのに十分な温度に加熱してから急冷する。この場合、900〜1200℃の温度範囲に10min以上保持した後、急冷する。加熱温度が900℃未満であると、炭化物、特にCrおよびMoを含有させた場合にCr−Mo系の炭化物を完全固溶させることができず、このCr−Mo系炭化物周辺にCrおよびMoの欠乏層が形成され、孔食発生に伴う応力腐食割れを起こし、所望の耐SSC性が得られなくなる場合がある。一方、加熱温度が1200℃を超えると、粒界溶融が起こり、機械的性能、耐食性の両方が得られなくなる場合がある。また、保持時間が10min未満であると、固溶化の効果が不十分となって炭化物を完全に固溶させられないために、加熱温度が900℃未満である場合と同様の理由により、所望の耐SSC性が得られなくなる場合がある。
<Solution heat treatment>
The steel material after hot working is rapidly cooled after being heated to a temperature sufficient to completely dissolve carbides and the like. In this case, after holding for 10 minutes or more in the temperature range of 900-1200 degreeC, it cools rapidly. When the heating temperature is less than 900 ° C., when carbides, particularly Cr and Mo, are contained, Cr—Mo based carbides cannot be completely dissolved, and Cr and Mo around the Cr—Mo based carbides cannot be dissolved. A deficient layer is formed, causing stress corrosion cracking due to the occurrence of pitting corrosion, and the desired SSC resistance may not be obtained. On the other hand, when the heating temperature exceeds 1200 ° C., grain boundary melting occurs, and both mechanical performance and corrosion resistance may not be obtained. In addition, if the holding time is less than 10 min, the effect of solid solution is insufficient and the carbide cannot be completely dissolved, and therefore, for the same reason as when the heating temperature is less than 900 ° C., the desired SSC resistance may not be obtained.
保持時間の上限は、鋼材のサイズ、形状にも依存し、一概には決められない。いずれにしても、鋼材全体が均熱される時間が必要であるが、製造コストを抑えるという観点からは長すぎる時間は望ましくなく、通常1h以内とするのが適当である。また、冷却は、冷却中の炭化物(主としてCr−Mo系炭化物)、その他の金属間化合物等の析出を防ぐために、油冷以上の冷却速度で冷却するのが望ましい。 The upper limit of the holding time depends on the size and shape of the steel material and cannot be determined unconditionally. In any case, a time for soaking the entire steel material is required, but from the viewpoint of suppressing the manufacturing cost, an excessively long time is not desirable, and it is appropriate that the time is usually within 1 h. The cooling is preferably performed at a cooling rate equal to or higher than that of oil cooling in order to prevent precipitation of carbides (mainly Cr—Mo based carbides) and other intermetallic compounds during cooling.
なお、上記保持時間の下限値は、熱間加工後の鋼材を900℃未満の温度に一旦冷却した後、上記900〜1200℃の温度範囲に再加熱する場合の保持時間である。しかし、熱間加工の終了温度(仕上がり温度)を900〜1200℃の範囲にした場合、その温度でおよそ5min以上の補熱を行えば上記の条件によった場合の溶体化熱処理と同じ効果が得られ、再加熱することなく、そのまま急冷することができる。したがって、本発明における上記保持時間の下限値は、熱間加工の終了温度(仕上がり温度)を900〜1200℃の範囲とし、その温度でおよそ5min以上の補熱を行う場合を含むものとする。 The lower limit of the holding time is a holding time when the steel material after hot working is once cooled to a temperature of less than 900 ° C. and then reheated to the temperature range of 900 to 1200 ° C. However, when the hot working finish temperature (finishing temperature) is in the range of 900 to 1200 ° C., the same effect as the solution heat treatment under the above conditions can be obtained if supplementary heating is performed for about 5 minutes or more at that temperature. It can be obtained and rapidly cooled without reheating. Therefore, the lower limit value of the holding time in the present invention includes the case where the end temperature (finished temperature) of hot working is in the range of 900 to 1200 ° C. and the temperature is supplemented for about 5 minutes or more.
<冷間加工>
溶体化熱処理を施した後の鋼材には、目標とする降伏応力、少なくとも965MPa以上の強度を実現するために冷間加工を施す。この場合、加工度(断面減少率)が30%以上の冷間加工を施すことが好ましい。本発明に係る鋼材は、強加工後も高い延性を保持するため、加工度を40%に高めても、表面の微細割れ等を生じることなく冷間加工を行うことができる。
<Cold processing>
The steel after the solution heat treatment is subjected to cold working in order to achieve a target yield stress, at least a strength of 965 MPa. In this case, it is preferable to perform cold working with a working degree (cross-sectional reduction rate) of 30% or more. Since the steel material according to the present invention maintains high ductility even after strong processing, even if the degree of processing is increased to 40%, cold working can be performed without causing fine cracks on the surface.
冷間加工方法としては、鋼材を均一に加工できる方法であれば、特に制限されない。しかし、鋼材が鋼管の場合は、孔明きダイスとプラグを用いるいわゆる冷間抽伸機またはコールドピルガーミルと称される冷間圧延機等を用いるのが工業的に有利である。また、鋼材が板材の場合は、通常の冷延鋼板の製造に用いられる圧延機を用いるのが工業的に有利である。 The cold working method is not particularly limited as long as it is a method capable of uniformly processing a steel material. However, when the steel material is a steel pipe, it is industrially advantageous to use a so-called cold drawing machine using a perforated die and a plug or a cold rolling machine called a cold pilger mill. Further, when the steel material is a plate material, it is industrially advantageous to use a rolling mill that is used for manufacturing a normal cold-rolled steel sheet.
<時効熱処理>
冷間加工による強化を用いるのではなく、溶体化ままの材料に対し主に炭化物、炭窒化物の析出による析出強化を目的とした時効熱処理を行ってもよい。また、時効熱処理は冷間加工工程の後に行ってもよい。時効熱処理は特に、Ti、VおよびNbの1種以上を含有する場合に有効である。しかしながら、過度の時効熱処理は、過剰な炭化物の生成を招き、母相中のC濃度を低減させオーステナイトの不安定化を引き起こす。熱処理条件としては、600〜800℃の温度範囲で数10min〜数h程度の時間加熱するのが好ましい。
<Aging heat treatment>
Rather than using strengthening by cold working, an aging heat treatment may be performed on the material as it is in solution for the purpose of precipitation strengthening mainly by precipitation of carbides and carbonitrides. The aging heat treatment may be performed after the cold working process. The aging heat treatment is particularly effective when containing one or more of Ti, V and Nb. However, excessive aging heat treatment leads to the formation of excessive carbides, reducing the C concentration in the parent phase and causing destabilization of austenite. As heat treatment conditions, it is preferable to heat in the temperature range of 600 to 800 ° C. for several tens of minutes to several hours.
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention more concretely, this invention is not limited to these Examples.
表1に示す化学成分を有するA〜Qの17種類の鋼を真空高周波溶解炉で溶製し、50kgのインゴットに鋳造した。各インゴットを1150℃で3h加熱した後、熱間鍛造により幅50mm、高さ50mmの断面の角材に仕上げた。適切な長さに切断した後、1150℃にて15min加熱した後、熱間圧延により厚さ16mmの板材に仕上げた。さらに、1100℃で15min保持した後に水冷する溶体化熱処理を施した。最後に、溶体化熱処理後の材料に対して冷間圧延を行い、厚さ8mmから12.8mmの種々の試験材を作製した。 17 types of steels A to Q having chemical components shown in Table 1 were melted in a vacuum high-frequency melting furnace and cast into a 50 kg ingot. Each ingot was heated at 1150 ° C. for 3 hours, and then finished into a square bar having a cross section of 50 mm in width and 50 mm in height by hot forging. After cutting to an appropriate length, the plate was heated at 1150 ° C. for 15 minutes and then finished into a plate material having a thickness of 16 mm by hot rolling. Further, a solution heat treatment was performed by holding at 1100 ° C. for 15 minutes and then cooling with water. Finally, the material after solution heat treatment was cold-rolled to prepare various test materials having a thickness of 8 mm to 12.8 mm.
得られた試験材に対して、まずX線回折、およびフェライトメーター(Helmut Fischer製、型番:FE8e3)を用いてフェライトおよびα’マルテンサイト、εマルテンサイトの合計体積率を測定した。なお、いずれの試験材においてもBCC構造を有する組織は検出されず、オーステナイト単相であった。 First, the total volume fraction of ferrite, α ′ martensite, and ε martensite was measured using X-ray diffraction and a ferrite meter (manufactured by Helmut Fischer, model number: FE8e3). In any of the test materials, a structure having a BCC structure was not detected, and was an austenite single phase.
上記の試験材を用いて機械的性質、耐SSC性、腐食速度および靱性を調査した。上記試験材から、外径4mm、長さ34mmの平行部を有する丸棒引張試験片を板長方向と平行に採取し、常温においてひずみ速度4.9×10−4/sにて引張試験を行った。本発明においては、降伏応力が965MPa以上であるものついて十分な強度が得られたと判断した。 Mechanical properties, SSC resistance, corrosion rate and toughness were investigated using the above test materials. A round bar tensile test piece having a parallel portion with an outer diameter of 4 mm and a length of 34 mm was taken from the test material in parallel with the plate length direction, and subjected to a tensile test at a strain rate of 4.9 × 10 −4 / s at room temperature. went. In the present invention, it was judged that sufficient strength was obtained for those having a yield stress of 965 MPa or more.
続いて、定荷重試験による耐SSC性の評価を以下のようにして行った。板状の平滑試験片を採取し、4点曲げ法によって一方の面に降伏応力の90%に相当する応力を負荷した。その後、試験溶液として、NACE TM0177−2005に規定される溶液A(5%NaCl+0.5%CH3COOH水溶液、1気圧H2S飽和)に浸漬させ、24℃で336h保持して、破断するか否かを判定した。その結果、すべての試験材で破断が生じなかった。 Subsequently, the SSC resistance was evaluated by a constant load test as follows. A plate-like smooth test piece was collected, and a stress corresponding to 90% of the yield stress was applied to one surface by a four-point bending method. Then, as a test solution, immerse in solution A (5% NaCl + 0.5% CH 3 COOH aqueous solution, 1 atm. H 2 S saturated) specified in NACE TM0177-2005, hold at 336 h at 24 ° C., and break? Judged whether or not. As a result, no fracture occurred in all the test materials.
また、耐全面腐食性を評価するために腐食速度を以下の方法により求めた。上記の試験材を常温において上記の溶液Aに336h浸漬させ、腐食減量を求め、平均腐食速度に換算した。本発明においては、腐食速度が1.5gm−2h−1以下である場合を全面腐食性に優れるとした。 Further, in order to evaluate the overall corrosion resistance, the corrosion rate was determined by the following method. The above test material was immersed in the above solution A for 336 h at room temperature, the corrosion weight loss was determined, and converted to an average corrosion rate. In the present invention, the case where the corrosion rate is 1.5 gm −2 h −1 or less is considered to be excellent in overall corrosivity.
そして、厚さ5mmのサブサイズシャルピー衝撃試験片を板幅方向に採取し、板長方向にVノッチを付与した。そして、−10℃においてシャルピー衝撃試験を行い、得られた吸収エネルギーから単位面積当たりの吸収エネルギーである衝撃値(Impact Value)を算出した。本発明においては、衝撃値が30J/cm2以上であるものを十分な靱性を有するものとした。 And the subsize Charpy impact test piece of thickness 5mm was extract | collected in the board width direction, and the V notch was provided in the board length direction. Then, a Charpy impact test was performed at −10 ° C., and an impact value (Impact Value) which is an absorbed energy per unit area was calculated from the obtained absorbed energy. In the present invention, those having an impact value of 30 J / cm 2 or more are considered to have sufficient toughness.
これらの結果を表2にまとめて示す。 These results are summarized in Table 2.
表2から、本発明例である試験番号1〜12は、965MPa以上の降伏応力を有するとともに耐SSC性に優れ、また腐食速度も目標値である1.5gm−2h−1以下に抑制可能である。さらに、シャルピー衝撃試験による衝撃値が30J/cm2以上となり、靱性にも優れることが分かる。 From Table 2, Test Nos. 1 to 12, which are examples of the present invention, have a yield stress of 965 MPa or more and are excellent in SSC resistance, and the corrosion rate can be suppressed to 1.5 gm −2 h −1 or less, which is a target value. It is. Furthermore, the impact value by the Charpy impact test is 30 J / cm 2 or more, and it is understood that the toughness is also excellent.
一方、C含有量およびMn含有量がそれぞれ本発明で規定する下限に満たない試験番号13および14は、目標とする強度が得られなかった。試験番号15は、Mn含有量が高すぎるために耐全面腐食性が劣る結果となった。また、試験番号16は、Ni含有量が低すぎるため、十分な衝撃値が得られなかった。そして、試験番号17は、Ni含有量が高すぎるため、組織内に炭化物が残留して、かえって衝撃値が低下する結果となった。 On the other hand, Test Nos. 13 and 14 in which the C content and the Mn content do not satisfy the lower limits specified in the present invention, respectively, did not obtain the target strength. Test No. 15 resulted in poor overall corrosion resistance because the Mn content was too high. In Test No. 16, since the Ni content was too low, a sufficient impact value could not be obtained. And since test number 17 had too high Ni content, the carbide | carbonized_material remained in the structure | tissue, and the impact value fell on the contrary.
本発明によれば、強度が高く耐SSC性に優れ、かつ、靱性に優れる鋼材を得ることが可能となる。したがって、本発明に係る高強度油井用鋼材は、湿潤硫化水素環境下における油井管用として好適に用いることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a steel material having high strength, excellent SSC resistance, and excellent toughness. Therefore, the high-strength oil well steel according to the present invention can be suitably used for oil well pipes in a wet hydrogen sulfide environment.
Claims (8)
C:0.50〜1.40%、
Si:0.05〜1.00%、
Mn:3.0〜24.0%、
Ni:5.0〜19.0%、
Al:0.003〜0.06%、
P:0.03%以下、
S:0.03%以下、
N:0.10%以下、
Cr:0〜2.0%、
Mo:0〜2.0%、
Cu:0〜2.0%、
Ti:0〜0.5%、
V:0〜0.5%、
Nb:0〜0.5%、
Ca:0〜0.01%、
Mg:0〜0.01%、
B:0〜0.005%、
残部:Feおよび不純物であり、
金属組織が、オーステナイト単相である、
高強度油井用鋼材。 Chemical composition is mass%,
C: 0.50 to 1.40%
Si: 0.05-1.00%,
Mn: 3.0 to 24.0%
Ni: 5.0 to 19.0%,
Al: 0.003-0.06%,
P: 0.03% or less,
S: 0.03% or less,
N: 0.10% or less,
Cr: 0 to 2.0%,
Mo: 0 to 2.0%,
Cu: 0 to 2.0%,
Ti: 0 to 0.5%,
V: 0 to 0.5%
Nb: 0 to 0.5%,
Ca: 0 to 0.01%,
Mg: 0 to 0.01%,
B: 0 to 0.005%,
Balance: Fe and impurities,
The metal structure is an austenite single phase,
High strength steel for oil wells.
Cr:0.1〜2.0%、および、
Mo:0.1〜2.0%、
から選択される1種または2種を含有する、
請求項1に記載の高強度油井用鋼材。 The chemical composition is mass%,
Cr: 0.1 to 2.0%, and
Mo: 0.1 to 2.0%,
Containing one or two selected from
The steel material for high strength oil wells according to claim 1.
Cu:0.1〜2.0%、
を含有する、
請求項1または請求項2に記載の高強度油井用鋼材。 The chemical composition is mass%,
Cu: 0.1 to 2.0%,
Containing
The steel material for high strength oil wells according to claim 1 or 2.
Ti:0.005〜0.5%、
V:0.005〜0.5%、および、
Nb:0.005〜0.5%、
から選択される1種以上を含有する、
請求項1から請求項3までのいずれかに記載の高強度油井用鋼材。 The chemical composition is mass%,
Ti: 0.005 to 0.5%,
V: 0.005-0.5% and
Nb: 0.005 to 0.5%,
Containing one or more selected from
The steel material for high strength oil wells according to any one of claims 1 to 3.
Ca:0.0005〜0.01%、および、
Mg:0.0005〜0.01%、
から選択される1種または2種を含有する、
請求項1から請求項4までのいずれかに記載の高強度油井用鋼材。 The chemical composition is mass%,
Ca: 0.0005 to 0.01%, and
Mg: 0.0005 to 0.01%,
Containing one or two selected from
The steel material for high strength oil wells according to any one of claims 1 to 4.
B:0.0005〜0.005%、
を含有する、
請求項1から請求項5までのいずれかに記載の高強度油井用鋼材。 The chemical composition is mass%,
B: 0.0005 to 0.005%,
Containing
The steel material for high strength oil wells according to any one of claims 1 to 5.
請求項1から請求項6までのいずれかに記載の高強度油井用鋼材。 The yield stress is 965 MPa or more,
The steel material for high strength oil wells according to any one of claims 1 to 6.
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