JP5162820B2 - 拡管性に優れた油井管用ステンレス鋼管 - Google Patents
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Description
C:0.05%以下
Cはマルテンサイト系ステンレス鋼材の強度に関係する重要な元素であるが、拡管性を充分確保するには0.05%以下にする必要がある。また、焼戻し時、Cr炭化物を析出させて耐食性の劣化を引き起こす。耐食性を劣化させないためにも0.05%以下にする必要があり、0.05%以下とした。好ましくは0.03%以下の範囲である。
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、0.50%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0.50%以下とした。
Mn:0.30〜1.00%
Mnは油井管用マルテンサイト系ステンレス鋼管としての強度を確保するために0.10%以上必要であるが、1.50%を超えると靭性に悪影響を及ぼすことから、Mnは0.10〜1.50%、好ましくは0.30〜1.00%である。
Pは耐CO2腐食性、耐CO2応力腐食割れ性、耐孔食性及び耐硫化物応力腐食割れ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。また、熱間加工性の面からも低いほうが好ましい。工業的に比較的安価に実施可能でかつ耐CO2腐食性、耐CO2応力腐食割れ性、耐孔食性及び耐硫化物応力腐食割れ性を劣化させない範囲でPは0.03%以下とした。
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。なお、好ましくは0.003%以下である。
Crは耐CO2腐食性、耐CO2応力腐食割れ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10.5%以上必要であるが、17.0%を超えると熱間加工性が劣化することから、Crは10.5〜17.0%とした。なお、好ましくは10.5〜13.5%である。
Niは保護皮膜を強固にして、耐CO2腐食性、耐CO2応力腐食割れ性、耐孔食性及び耐硫化物応力腐食割れ性を高めるとともに、Cを低減した13%Cr鋼材の強度を上昇させるために添加されるが、0.5%未満ではその効果は認められず、7.0%を超えると強度低下を引き起こすことから、Niは0.5〜7.0%、望ましくは1.0〜3.0%である。
Alは強力な脱酸作用を有するが、0.05%を超えると靭性に悪影響を及ぼすことから、Alは0.05%以下とした。
V:0.20%以下
Vは強度を上昇させる効果、及び耐応力腐食割れ性を改善する効果があるが、0.20%を超えて添加すると靭性を劣化させるため、0.20%以下とした。
Nは耐孔食性を著しく向上させる元素であるが、0.15%を超えると種々の窒化物を形成して靭性を劣化させることから、Nは0.15%以下とした。
O:0.008%以下
Oは本発明の鋼管の性能を十分に発揮させるために、極めて重要な特に含有量規制が必要な元素である。すなわち、その含有量が多いと各種の酸化物を形成して熱間加工性、耐CO2応力腐食割れ性、耐孔食性、耐硫化物応力腐食割れ性を著しく低下させるため、Oは0.008%以下とした。
Nb:0.20%以下
Nbは靭性改善効果、強度を上げる効果があるが、0.20%を超えての添加は逆に靭性を低下させるので、0.20%以下とした。
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。その効果は0.001%未満では顕著ではなく、0.005%を超えるとCaOの増加を招き、耐CO2腐食性、耐孔食性が低下することから、Caは0.001〜0.005%とした。
Cuは保護皮膜を強固にして、鋼中への水素の侵入を抑制し、耐硫化物応力腐食割れ性を高める元素であるが、3.5%を超えると高温でCuSが粒界析出し、熱間加工性が低下することから、Cuは3.5%以下とした。
Ti:0.3%以下、B:0.0005〜0.01%、W:3.0%以下
Ti,B,Wは強度を上昇させる効果、及び耐応力腐食割れ性を改善する効果があるが、Tiは0.3%を超えて、Wは3.0%を超えて添加すると靭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%を超えた添加は靭性を劣化させるため、それぞれTi:0.3%以下、B:0.0005〜0.01%、W:3.0%以下とした。
本発明の鋼管が使用される高温炭酸ガス環境で充分な耐食性を得るためには、耐食性に必要な合金元素を充分添加すると同時に、耐食性を劣化させるC量を減らす必要があり、Cr+0.5Ni−20C+0.45Cu+0.4W>11.3とした。
・オーステナイト:5体積%超
・焼入れマルテンサイト:3体積%以上
・焼入れマルテンサイト:3体積%以上及びオーステナイト:5体積%以上
のいずれかを含んだ鋼組織とすることが好ましい。
焼入れ処理としては、800℃以上に再加熱し、その温度に5分以上保持した後、空冷以上の冷却速度で200℃以下、好ましくは室温まで冷却することが好ましい。再加熱温度が800℃未満では組織を充分なマルテンサイト組織とすることができず、強度が低下する場合がある。
また、前記造管後冷却した鋼管に焼戻し処理のみを施す場合は、700℃以下Ac1以上に加熱することが好ましい。
該処理後の試験片について、以下の調査を行なった。
・引張特性調査:パイプ長手方向を試験方向としてASTM A370に準拠した引張試験を行ない、YS(降伏強さ)、TS(引張強さ)を測定した。
・ミクロ組織調査:肉厚中心部のミクロ組織をエッチングにより現出させ、画像処理により、焼戻しマルテンサイト、オーステナイト、焼入れマルテンサイトの各相を同定し、各相の体積%を求めた。
・拡管性調査:パイプにプラグを押込んで拡管し、その際、拡管率((プラグ径−初期パイプ内径)/初期パイプ内径×100(%))が増すように使用プラグ径を増大させていき、拡管中のパイプに割れが発生した時の拡管率(限界拡管率)で拡管性を評価した。
・耐食性調査:焼戻し後のパイプから厚さ3mm、幅30mm、長さ40mmの腐食試験片を機械加工により作製し、腐食試験(条件:30気圧のCO2雰囲気と平衡させた、液温100℃の10%NaCl水溶液中に2週間浸漬)を行ない、試験後の重量減から計算した腐食速度及び10倍ルーペ観察による孔食発生の有無により耐食性を評価した。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.05%以下、Si:0.50%以下、Mn:0.30〜1.00%、P:0.03%以下、S:0.005%以下、Cr:10.5〜17.0%、Ni:1.0〜3.0%、Al:0.05%以下、V:0.20%以下、N:0.15%以下、O:0.008%以下を含有し、かつCr+0.5Ni−20C>11.3を満足し、残部Fe及び不可避的不純物からなる鋼組成を有し、焼戻しマルテンサイトからなる鋼組織を有する拡管性に優れた油井管用ステンレス鋼管。
- 質量%で、C:0.05%以下、Si:0.50%以下、Mn:0.30〜1.00%、P:0.03%以下、S:0.005%以下、Cr:10.5〜17.0%、Ni:1.0〜3.0%、Al:0.05%以下、V:0.20%以下、N:0.15%以下、O:0.008%以下を含有し、さらに、Nb:0.20%以下、Cu:3.5%以下、Ti:0.3%以下、Ca:0.001〜0.005%、B:0.0005〜0.01%、W:3.0%以下のうち1種又は2種以上を含有し、かつCr+0.5Ni−20C+0.45Cu+0.4W>11.3を満足し、残部Fe及び不可避的不純物からなる鋼組成を有し、焼戻しマルテンサイトからなる鋼組織を有する拡管性に優れた油井管用ステンレス鋼管。
- 前記鋼組織に代えて、焼戻しマルテンサイトを主相とした組織中にオーステナイト:5体積%超を含んだ鋼組織を有する請求項1又は2に記載の拡管性に優れた油井管用ステンレス鋼管。
- 前記鋼組織に代えて、焼戻しマルテンサイトを主相とした組織中に焼入れマルテンサイト:3体積%以上及びオーステナイト:5体積%以上を含んだ鋼組織を有する請求項1又は2に記載の拡管性に優れた油井管用ステンレス鋼管。
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