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JPH01259125A - 耐食性に優れた高強度油井管の製造方法 - Google Patents

耐食性に優れた高強度油井管の製造方法

Info

Publication number
JPH01259125A
JPH01259125A JP8884988A JP8884988A JPH01259125A JP H01259125 A JPH01259125 A JP H01259125A JP 8884988 A JP8884988 A JP 8884988A JP 8884988 A JP8884988 A JP 8884988A JP H01259125 A JPH01259125 A JP H01259125A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tempering
quenching
resistance
strength
corrosion resistance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8884988A
Other languages
English (en)
Inventor
Yasutaka Okada
康孝 岡田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP8884988A priority Critical patent/JPH01259125A/ja
Publication of JPH01259125A publication Critical patent/JPH01259125A/ja
Pending legal-status Critical Current

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  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は耐食性、特に耐硫化物応力腐食割れ性に優れた
高強度油井管の製造方法に関する。以丁、硫化物応力腐
食割れは5sccと称す。
〔従来の技術〕
従来より、油井管は強度、耐5scc性および靭性の両
立を図るために、低合金鋼をヘースとしてこれに焼入れ
・焼戻しを施すことで製造するのが基本となっている。
一方、最近の石油、天然ガス事情の逼迫から、油井、ガ
ス井においては深井戸化の傾向が著しく、また、産出物
中に湿潤な硫化水素の含まれるザヮーな油井、ガス井も
増加してきている。したがって、油井管には高強度であ
ること、耐5SCC性に優れること、の2点が従来にも
増し′(強く求められるようになった。
ところが、一般に鋼材は、強度の上昇とともに耐食性が
低下する傾向にあり、耐食性、なかでも耐5scc性が
特に重視される油井管においては、耐5scc確保の観
点から強度上の制限を強く受ける結果になっている。
ところで、耐5scc性の評価法については、シェル試
験、N A CIE、試験(定荷重法)、SSIンT試
験(低歪速度引張試験)の3種類がよく知られている。
これらはいずれも同し傾向を示すが、厳しさは下記のシ
ェル試験が最大である。
すなわち、シェル試験は、厚さ1.7朋、幅4.51の
試験片の長さ方向中央部に直径0.7mmの孔を2個設
け、この部分に3点曲げて応力を付加した状態で、特定
環境下(室温、0,5%CH,C00I]、1気圧1(
2S飽和)に200−50 (l h r保持して、割
れ限界応力をS c、値(1l114食性指数)で評価
するというものである。
油井管における強度と要求される耐5scc性との関係
をこのSc値で見た場合、第1図に示されるように、割
れを防11−するためには材料強度の高いものほど高S
 c 4fiが必要とされており、強度が02%耐力で
80 k s i  (56kgf /+n2)級の場
合、Sc値は10.7以十が要求され、90ks i 
 (63kif 7mm” )級、l00ksi  (
70kf?f/n+2)級、] l Ok s i  
(71kqf /u+2)級になるとそれぞれSc、値
120以ヒ、13.3以上、147以トが要求される。
この要求は、強度とiiJ S S CC性が相反する
関係にあることを嶌えれば非常に厳しいものであり、工
業的に可能な製造方法を採用する限りにおいては、1I
iJ S S CC性確保による制限から強度は90k
S l ([i 3 kgf /am’ )級が限度と
されている。
この点を結晶粒度との関係にノンづき更に詳しく説明す
る。
結晶lIを微細化ずれG:1高強度を確保しても傍れた
面4sscc性が得られることは、従来より周知である
第2図は油井管に通常使用される低合金鋼(111璽%
で0.27%C−0,2/I%5i−1,2%M n 
−0、[124%5off、Aj!−11,0032%
N)において、焼戻しによりY、Sを75 kgr /
東識’とした場合のSc、値と、旧オーステナイト粒の
結晶粒度番号との関係を示したものである。同図から明
らかなように、Y、Sが75 kgr / w+婁2で
も結晶粒度番号が10以−ヒであればSc値は13.3
を超え、1QQksi級の要求仕様を満たす。
そして、この観点に立って開発された耐S S CC性
改善対策が、成分面からのNb添加、熱処理面からの2
回焼入れ処理、加工面からの強度の冷間加工(注1.2
)または温間加工(注3)である。
ン主 ]  )  Recrystallizatio
n  and  Formation  of八へst
eniLe  in  Deformed  I+it
l+  martensiticStructure 
of low carbon’ 5teels。
M、TOKTZANIE、N、Mへ’rsUMUIンへ
、に、1’5UZAKl、T、MAKI。
and l、TAMURA  : Metallur8
ical Tr+ins+1ctions八、vol 
 13八(1982)   pp、]3794388注
2)鋼の冷間圧延によるオーステナイト結晶粒の微細化
:高圧、飴山5時実:鉄と鋼、vol 73. NO,
5(1987) S 4fifi注3)低合金鋼の焼戻
し温間加工によるオーステナイト結晶粒微細化、松岡、
飴山3時実:鉄と鋼、vol 73.  Nb、5(1
987) S 467また、本発明者らは細粒化による
対策とは別に、低合金鋼中のN量の制限によりAffN
の生成を抑え、耐5scc性を高める対策を開発し提案
した(特願昭62−067023号)。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところが、従来の細粒化手段であるNbの添加や2回焼
入れ処理のみでは十分な細粒化は不可能であり、旧オー
ステナイト粒度番号で10以上は到達し得ない。したが
って強度は耐5scc性確保による制限から90 k 
s i級が限度となる。
これに対し、冷間加工や温間加工による細粒化は旧オー
ステナイト粒度番号で10以上を達成する。しかし、そ
の効果は必すしも安定でなく、なによりも730 ’C
以下の温度にて50%以上、最小限でも30%の塑性加
工を必要とする。このため、生産設備面、生産コスト面
からの制約により工業的規模での実施が非常に困難とな
る。
また、本発明者らが開発した耐5scc性改善対策は、
通常の2回焼入れ処理と3;[I合ゼても10Qkis
級のグレードを可能にするが、製品ザイズ等により細粒
化は安定せず、必ずしも大量生産可能な方法ではなかっ
た。しかるに、もし効果的な細粒化処理と組合されるな
らばI O(l k s i級以トのグレードを安定的
に確保することが期待できる。
本発明は、この新規開発になる低合金鋼管をヘ−4,!
:して100kis級以上の強度とこれに要求される耐
5scc性が確保でき、しかも工業的規模での実施が容
易な油井管製造方法を提供することを目的とする。
〔課題を解決するだめの手段〕
結晶粒の微細化に強度の冷間加圧または温間加工がを効
なことは、前述したとおり周知である(注1.2.3)
すなわち、焼入れで得たマルテンサイトに冷間または焼
入れ後の焼戻しく温間)で強度の加工を加えれば、焼戻
しにおいてフェライト再結晶温度か低下し、焼戻し条件
によっては微細な再結晶フ、ライトが生成する。このこ
とからすれば、微細な再結晶フェライトに再度焼入れを
施し、オーステナイト化を経てマルテンサイトとすれば
、微細な旧オーステナイト粒をイTするマルテンサイト
を得られることが推定される。
しかしながら、本発明者らの調査によれば、冷間加[を
採用した場合には1回目の焼入れで生成した微細な旧オ
ーステナイト粒が2回目の焼入れで粒成長をおこし、安
定した微細粒は得られなかった。また、温間加圧を採用
する場合には、前述したように50%以上少なくとも3
0%以上の強度の加工を加えれば)lライI・粒の十分
な微細化はi■能である。しかしながら、このようなり
41力ロ丁「を低温で鋼管に加えることは装置」−の問
題があった。
そごで、本発明者らは更に研究を続けた。その結果、焼
入れで得たマルテンザイ1へに対し6 (10〜730
℃の温間で20%以下、例えは10%程度のむしろ小さ
い塑性変形を加えるならば、容易に)J、ライ1〜の再
結晶が生し、しかも一部の炭化物の析出が塑性変形によ
り促進され、2回目の焼入れでの結晶粒の粗大化を防止
できることが判明した。また、残りの合金元素が基地中
に固溶し、これも2回目の焼入れにおける粒成長を防止
することが明らかとなった。
すなわち、油井管の2回焼入れに軽度の温間塑性加工を
導入すれば、フェライトの再結晶促進と、再結晶粒の粗
大化防止とが効果的に図られ、2回焼入れだけでは得ら
れない微細な結晶粒が得られ、本発明者らが開発した前
記油井管用低合金鋼を使用した場合には100k s 
i  (70kxf /**2)縁板上の強度とこれに
要求される面4SSCC性が安定的に確保できるのであ
る。
本発明の油井管製造方法は斯かる知見に基づき開発され
たもので、重量%でC:0.15〜0.45%、Si:
0゜1〜I%、Mn:0.3〜1.8%、So 7!、
Aj! :0.01%以ド、N:O,[102%以下、
AIN:0.005%以下を含み、更に必要に応しCr
:0.05〜2%、Mo :0.02〜0.8%、Nb
 :o、o 05〜0.2%、V :o、o (15〜
0.2%、B : O,O,0,0]〜0.003%の
1種または2種以上を含をし、残部実質的にFeからな
る低合金鋼管に対し、880〜980℃から焼入れを行
った後、600〜730℃で焼戻しを行うとともに、そ
の温度域において塑性加工を全歪量が1〜20%となる
よう1回または複数回行い、しかる後に800〜950
℃からの焼入れと600〜730℃での焼戻しとを行う
ものである。
第3図は車量%で0.25〜0.29%C−0,3%S
 i −0,5%Mn11.5%Cr −0,2%Mo
 −0゜03〜0.08%Zr−0,005〜0.06
%5off。
Aβ−0,0008〜0.0 O84%Nからなる組成
の低合金鋼において、焼戻しにより02%耐力を75k
gf/**2とした場合の3 c、イ直と鈑1中/IN
量との関係を示したものである。同Mから明らかなよう
に、鋼中AβN量を低減さセることにより高強度を保持
したままでSc値が向トする。
本発明が対象とする低合金鋼管は鋼中NVの制限により
、A7!Nの生成を抑えて耐S S CC性を改善した
もので、従来の2回焼入れによる場合は100 k s
 i  (70kgf /*x2)の強度とこれに要求
されるsc4M<+s、3以l−)が確保でき、本発明
の軽度の塑性加工を含む焼入れ・焼戻しを行う場合には
、それ以上あるいは1IOksi(77kg f /1
n2)以上の強度とこれに要求されるSC値(14,’
7以上)を確保することが可能となる。
〔作  用〕
以下、本発明の製造方法における限定理由を鋼管の化学
成分、鋼管に加える熱処理および塑性加工の順で詳述す
る。
■、化学成分 C: ]0Oks i  (70kgf/+am” )
以にの0.2%耐力を得るためと、耐S S CC性改
善を目的とした高温焼戻しにおいて強度・靭性を確保す
るために、0.15%以上を必要とする。しかし、0.
45%を超えると鋼管の焼入れ時に焼割れが発生しやす
くなる。このため0.15〜0.45%とする。
Si:それ自体は耐5scc性を変化さセない。
しかしAlの添加量を少なくした時、Aj7Nを抑制し
て耐5scc性を改善する効果があり、また脱酸元素と
しても欠かせない成分である。0.1%未満では脱酸が
十分でなく、1%を超えると焼入れ後の旧オーステナイ
ト粒が粗大になり靭性を低下させる。したがって0.1
〜1%とする。
Mn:焼入れ性を向上させ、焼戻し後のセメンタイトを
均一に分11りさせて靭性を向上さセる。Mnのごの効
果は1.8%を超えると飽和し、しかもミクロ偏析を大
きくして耐5scc性を劣化さゼる。
他の元素により十分な焼入れ性が確保されるなら、耐5
scc性確保の・点からはMnはルない方がよい。一方
、0.3%未満では焼入れ性の不足に起因して而=l 
s s c Cl’)、り・刃14をイ氏下させる。し
たがって0.3〜1.8%とする。たたし、薄肉材ある
いは他の元素で焼入れMが確保できるならば、0.(1
5%以」−でもよい。
Sob、A7!、N、AlN:従来の耐5scc性鋼管
は十分な焼入れ(’[を確保し、焼入れ後の焼戻しで炭
化物(主〇こセメンタイト)を均一・に分散させること
により耐S S CC性を向」ニさ〜lでおり、細粒化
もこの而、1s s c c(41i+l−1−に寄与
していた。
しかしながら、耐5scc性については、゛セメンタイ
トよりも一段と微細な析出物(A ff N)が支配的
であることが、本発明者らの研究から判明した。すなわ
ち、第3図に示されるように、AlN量を制限すること
により耐5scc性の指標となるSC値が向上し、A7
!N≦0.005%(50ppm)以下で顕著なi−t
 S S c c性改善効果が得られる。以上のことか
ら、AlN量を0.005%以下とし、そのためにA7
!Nを構成する/l!、N量をそれぞれSOβ、Ap≦
0.01%、N22.002%に制限する。
Cr、Mo、V、Nb、F3:いずれも必要に応じて添
加される元素である。
0、rは焼入れ性の改善に極めて有効であり、しかもM
n添加にともなって住じるようなミクロ偏析を生じさせ
ないため、耐5scc性改善に効果がある。0.05%
未満ではその効果がなく、2.0%を超えると焼入れ性
は一層向上するが、靭性が低下する。したがって0.0
5〜2.0%とする。
MOもCrと同様の理由で0.(12〜O,li%とず
る。
■は高温焼戻し時の強度上昇に有効であり、0゜005
%未満ではその効果は十分でなく 、0.2%を超える
と靭性が低下する。したかってO,O’05〜0.2%
とする。
Nbは微細化により靭性向−ヒ、耐5scc性向トに有
効である。0.005%未満ではこの効果が得られず、
0.2%を超えると靭性が低下し、かつ微細化の効果が
飽和するとともにNbCm細析出物が増加し、耐5SC
C性を劣化させる。したがって0.005〜0.2%と
する。
Bば焼入れ性を改善することから、靭性、耐SS CC
性改善に寄与するが、0.0001%未満ではその効果
がなく、0.003%を超えると焼戻し後の靭性を低下
さゼる。したがって0.0001〜0.003%とする
不純物:以上に述べた元素以外に不純物として含まれる
元素はP≦0.+125%、S≦0.005%、050
002%、Ni≦0.05%、Cu≦0.05%に制限
することが望まれる。すなわち、P、、Sの制限は主に
靭性低下防1F、ミクロ偏析による耐5scc性低下の
防止に有効であり、0の制限は靭性低下防止に有効であ
る。またNi、Cuの制限は孔食等の耐食性劣化の防止
に効果がある。
2、熱処理および塑性加工 01回目の焼入れ 完全にオーステナイト単相にするために880℃以上の
焼入れ温度を必要とする。しかし、焼入れ温度が高くな
りすぎると、焼入れ時に結晶粒の粗大化を生じるので、
980℃以下に焼入れ温度を制限する。なお、この場合
、次工程で微細なフェライト粒を得るためには、焼入れ
後に80%以上のマルテンサイト量を必要とする。
01回目の焼戻しおよび塑性加工 この工程で微細な再結晶フェライトを得るには600℃
以上の温度を必要とする。しかし、730℃を超えると
、オーステナイトが/4=成し、この部分は最終的には
粗大な結晶粒となる。したがって、600〜730℃の
温度域で焼戻しおよび塑性加工を行う。
塑性加工は600〜730℃の加二[温度が確保される
なら、焼戻しと同時に行っても、焼戻し後の冷却過程で
行ってもよい。
塑性加工としては縮径加工、肉厚調整加工、曲げ加工(
曲げ戻しを含む)等を採用することができ、その種類は
問わない。
塑性加工による変形量は引張または圧縮変形の縮度形量
で表わして1〜20%の範囲内に制限する必要がある。
これが1%未満では再結晶を生しるのに十分な歪を導入
できず、一方20%を超えると逆にフェライト内部に小
さい歪が残り、2回目の焼入れによりかえってオーステ
ナイトの結晶粒を大きくする。最適な変形量は加工温度
が高いほど大となる。
加工回数は前記縮度形量が1〜20%の範囲内に制限さ
れるなら、何回でもよい。塑性変形の繰返しはフェライ
ト粒の微細化に有効であり、回数の増加とともに微細化
は進行する。ただし、7回を超えるとその効果は飽和す
る。
02回目の焼入れ 焼入れ温度が800℃未満ではオーステナイト化が不十
分となる。また、95 (1’cをこえると結晶粒が粗
大化するために耐食性が劣化する。よって、その範囲を
800 ’C〜950℃とする。この焼入れにより微細
な旧オーステナイト粒を得るには800“C以上で、な
るべく低温、短時間の加熱が望ましい。この観点から焼
入れ温度は880℃以下とし、加熱保持時間については
10分以内とすることが望まれる。なお、焼入れ後は9
0%以上のマルテンサイト量を必要とする。
02回目の焼戻し この焼戻しは、基本的には所定の強度がも育保てきるな
らば高温はど耐5scc性に対して好ましい結果を与え
る。この観点から焼戻し111.に度は600℃以上と
する。焼戻し温度が60 (1’C未満では強度は得ら
れてもフルテンサイ1〜中の歪が十分に開放されず、耐
5scc性は劣る。しかし、730℃を超えると、焼戻
し後の冷却でマルテンサイトが生成し、耐5scc性を
劣化さセるので、730℃以下に制限する。
〔実施例〕
第1表にa ” pで示す本発明対象鋼と、同表にq〜
Xで示す本発明対象外の鋼とからなる熱間加工管(外径
70m、内径501m)に対し、1回目の焼入れ・焼戻
しを行うとともに、焼戻しの冷却過程で塑性加工を行い
、しかる後に2回目の焼入れ・焼戻しを行った。また、
比較のために通常の2回焼入れも行った。
塑性加工は1回目の焼戻し後の冷却過程でストレッチレ
デューサにて縮径加二口を行うか、温間矯正機にてクラ
シュまたはオフセット加工を行うものとした。縮径加工
では引張変形が生じ、クラッシュまたはオフセント加工
では引張と圧縮(曲げ)変形が生じる。
製造された各鋼管の旧オーステナイト結晶粒度番号、0
.2%耐力、引張強さ、伸び、シャルピー破面遷移温度
および5c4−の調査結果を製造条件の詳細とともに第
2表に示す。
第2表において、本発明例は本発明対象鋼(a〜p)か
らなる鋼管に本発明条件内の熱処理および塑性加工を加
えた例、比較例Iは本発明対象鋼(a−p)からなる鋼
管に本発明条件外の熱処理および塑性加工を加えた例、
比較例2は本発明対象外の鋼(Q−X)からなる銅管に
本発明条件内の熱処理および塑性加工を加えた例、従来
例は油井管用として汎用の鋼である本発明対象外の鋼(
r、s)からなる鋼管に通常の2回焼入れを行った例で
ある。
本発明例でば100〜.05ksi  (70〜80.
5kgf/龍2)の0.2%耐力範囲においてSc値1
3.3以上を満足し、一部のものは■10〜125ks
 i  (77〜87.5kgf/u+2)に対し/T
Sc値は14.7以上を満足し、他の特性についても何
ら問題はない。
これに対し、比較例1では強度は高いもののそれに見合
う耐5scc性は確保されておらず、比較例2でも強度
、靭性、耐S S CC性のいずれかが劣っている。ま
た、従来例では強度、耐5SCC性とも低い。
〔発明の効果〕
以」二の説明から明らかなように、本発明の油井管製造
方法は従来の成分改良および2回焼入れでは達成し得な
かった極めて高いレヘルで強度と耐5scc性を両立さ
せ、しかも強度の加工を併用する必要がないので製造設
備、製造能率、製造コストの点で著しく有利となり、そ
の結果、高グレードの油井管を低コストで工業的に製造
できるという産業上多大の効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は油井管におIJる強度と要求されるS(、値と
の関係を示す図表、第2図は結晶粒度番号とSc値との
関係を示す図表、第3図は鋼中のA7!N量とSc、値
との関係を示す図表である。 (fOIX’!にcl )琲つS (,01X’!Sd )すjり8 (t01X’!5dVJ Oc。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、重量%でC:0.15〜0.45%、Si:0.1
    〜1%、Mn:0.3〜1.8%、sol.Al:0.
    01%以下、N:0.002%以下、AlN:0.00
    5%以下を含み、残部実質的にFeからなる低合金鋼管
    に対し、880〜980℃から焼入れを行った後、60
    0〜730℃で焼戻しを行うとともに、その温度域にお
    いて塑性加工を全歪量が1〜20%となるように1回ま
    たは複数回行い、しかる後に800〜950℃からの焼
    入れと600〜730℃での焼戻しとを行うことを特徴
    とする耐食性に優れた高強度油井管の製造方法。 2、低合金鋼管が重量%でCr:0.05〜2%、Mo
    :0.02〜0.8%、Nb:0.005〜0.2%、
    V:0.005〜0.2%、B:0.0001〜0.0
    03%の1種または2種以上を含有してなる請求項1に
    記載の耐食性に優れた高強度油井管の製造方法。
JP8884988A 1988-04-11 1988-04-11 耐食性に優れた高強度油井管の製造方法 Pending JPH01259125A (ja)

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