JPS6240345A - 耐遅れ破壊特性の優れた高張力油井用鋼管 - Google Patents

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】 「発明の目的」 本発明は耐遅れ破壊特性の優れた筒張力油井用鋼管の創
案に係り、１５０　Ｋａｉ　（１０５，５に９ｆ／ｄ　
）を越える降伏強さを有し、しかも劇遅れ破壊特性が従
来鋼より優れた高強度油井用鋼管を提供しようとするも
のである。

産業上の利用分野 降伏強さの高い高張力油井用鋼管。

従来の技術 油井管においては降伏強さが１５０Ｋｍｌ（１０５５に
４ｆ層）以上、および１７０Ｋｓｉ　（１１９，５−／
−）以上を有するものが要求され、それぞれＶ−１５０
又はＵ　−１７０のように称されている。

ところでこのような高強度油井用鋼管は、焼入焼戻し処
理によって製造され、又その耐遅れ破壊特性を向上する
ためには高温焼戻しを行うことが有効である。

発明が解決しようとする問題点 ところが上記のような従来のものにおいてその高強度を
得るためには焼戻し温度を低（することが必要であり、
このような高強度を得べく焼戻し温度を低くしたもめは
耐遅れ破Ｗ＆特性においては劣ったものとならざるを侍
ない。

「発明の構成」 問題点を解決するための手段 １、　　Ｃ：　０．１０〜０．２５ｗｔ％、　　ｓｔ：
　０．１５〜１．０ｗｔ％。

Ｍｙｒ　：　０．３〜１．５ｗｔ％、　　　Ｃｒ　：　
０．５〜５．０ｗｔ％。

Ｍｏ：　０．５〜３．（ｈｗｔチ、　　　Ｖ　：　０．
０５〜１．２ｗｔ％。

、ｕ　：　ｏ、ｏｏｓ〜０．１０ｗｔ％を含有し、残部
がＦｅおよび不可避的不純物から成り、しかも、 （Ｍ　’（駆Ｔｉ３　”　■（％）Ｘ　、　）　／ｃ（
’ｒＸなる式におけるＸが０．５≦Ｘ≦１．５を満足す
ることを特徴とする耐遅れ破壊特注の後れた高張力油井
用鋼管。

２、　　　Ｃ：　　０．１０〜０．２５ｗｔ％、　　Ｓ
ｉ　：　　０．１５〜１．０ｗｔ％。

ｋｈ　：　　０．３〜１．５ｗｔ％、　　　　　Ｃｒ：
　　０．５〜５．０ｗｔ％。

ＭＯ：　　０．５〜３．０ｗｔ％、　　　　　Ｖ　　：
　　０．０５〜１．２ｗｔ％。

Ａｔ　：　　０．００５〜０．１０ｗｔチを含有すると
共に、 Ｎｂ：　０．０１〜０．１ｗｔ％ を含有し、浅部がＦｅおよび不可避的不純物から成り、
しかも、 （Ｍ＋）（＃×１／１６＋Ｎｂ（％）ｘ土＋’ＩＣ’ｌ
ｌ　”）／ｃ（％５Ｘなる弐におけるＸが０．５≦Ｘ≦
１．５　　を満足することを特徴とする耐遅れ破壊特性
の優れた高張力油井用鋼管。

３、　　Ｃ：　０．１０〜０．２５ｗｔ％、　　ｊｆ；
４　：　０．１５〜１．０ｗｔ　Ｔｏ−Ｍｐｇ　：　０
．３〜１．５ｗｔ％、　　　Ｃｒ　：　０．５〜５．０
ｗｔ　ｆｂ　−Ｍｏ：　０．５〜３．０ｗｔ　％、　　
　Ｖ　：　０．０５〜１．２ｗｔ％。

ＡＩ　：　０．００５〜０．１０ｗｔチを含有すると共
に、 Ｃｕ：　０．１〜１．５ｗｔ％、　　　ｎ　：　０．０
０５間、０４０ｗｔ％。

Ｎｔ：ｏ、１〜１．５ｗｔ％、　　　Ｂ　：　０．００
０＆−０１）０３０ｗｔ％Ｎｂ：　０．０１〜０．ｌｗ
ｔ％。

の何れか１種又は２ａ以上を含有し、残部がＦｅおよび
不可避的不純物から成り、しかも（Ｍ噸ｘ−Ｌ＋ｖ（郷
−Ｌ）ｘｑ（かＸ・・・・・・・・・工（Ｍｏ（％）Ｘ
　−＋Ｎｂ（％）Ｘ　−＋Ｖ（％）Ｘ　”）／Ｃ（％９
＝Ｘ・・−・・■なる各式におけるＸが０．５≦Ｘ≦１
．５を満足することを特徴とする耐遅れ破壊特性の侵れ
た高張力油井用ｍ管。

作用 ｗｔ％（以下単にチという）で、ｃ　：　ｏ、ｔｏ％以
上をき有させることによって強度性を得しめ、＆を０．
１５％以上、Ｍｎを０．３％以上含有させることにより
脱酸を図り、又このＳｉを１．０％以下、勤を１．５％
以下、■を１．２％以下、Ｍを０，１０−以下とするこ
とによって靭性劣化を口近する。　　　□Ｃｒを０．５
％以上、Ｍｏを０．５１以上富有させることによって焼
入性を向上し、又焼戻し温度を上昇させる。

Ｍｏを３．０チ以）、■を０．０５％Ｕ上含有させるこ
とによって鮒遅れ破壊特性を良好ならしめろＯ Ｎｂは０．０１％以上の含有でオーステナイト粒の細粒
化と靭性向上を図り、焼戻し時にＮｂ　　炭化物を析出
させて耐遅れ破産特性を改善する。

０１％以下とすることにより靭性劣化をなからしめる。

Ｃｕ：’０．１斉以上、Ｎｉ　：　１．５％以下含有さ
せることによって耐遅れ破壊性を良好にし、前記Ｎｉ　
：　０．１％以下、ｎ　：　０．００５１以上、Ｂ　：
　０．０００３％以上の含有によって焼入性を向上する
。

更に、 （ＭＯ（％）　×”　■（鋤×ｌ　−ｔ　）／Ｃ＠）＝
Ｘ　”＝＝・”　１なる各式におけるＸが０．５≦Ｘ≦
１．５を満足することにより前記した耐遅れ破壊特性を
向上し、しかも靭性％゛化をなからしめろ。

実施例 上記したような本発明について更に説明すると、本発明
者等は耐遅れ破壊特性に漬れ、しかも高強度をもった油
井管用材料を得ることについて研究を重ねた結果、鋼の
化学成分を調整し、しかも高温焼戻しを竹うことによっ
て耐遅れ破壊！特性に有害とされているセメンタイト（
＃ｍ３Ｃ）を著しく低減することが可能であって、それ
らの結果として従来鋼よりも優れた特性が得られること
を見出した。

即ち前記したような本発明において各元素についての成
分組成範囲を限定した坤由は以下の通りである。

Ｃは、強度Ｃ同上に有効であって、このためにはｗｔチ
（以下単に−という）で、０．１０％以上含有させるこ
とが必要であるが、０．２５％を越えて含有されたもＣ
は焼入れ時に焼削れを発生する可能性があり、これを上
限とする。なおＣが０．１０％以下では焼入れ性に！、
５いても者しい低下を来すことになる。

Ｓｉは、鍋の脱酸目的において０．１５％以上含有させ
ることが必要である。然し１．０％以上も含有したもの
は靭性および延性において劣ったものとなるので、これ
を上限とすべきである。

Ｍｎは、脱酸剤として有効であり、又焼入性を向上させ
る元素であって、０．３％以下ではこれらの効果が確保
されない。一方１．５　％を越えて含有したものは靭性
を劣化するので、これを上限と１−る。

Ｃｒは、焼入性を向上させる元素であって、又焼戻し温
度を上昇させることに有効であって、０．５％以下では
それらの効果が不光分である。

しかし５．０％を越えるとその効果が飽和し、経済的に
不利となるからこれを上限とする。

Ｍｏは、焼入性を向上させる元素であり、又焼戻し温度
を上昇させることに有効であると共にＩＪｓＣ蛍を低減
させることに有効な元素であって、０、５％以丁ではそ
れらの効果が不充分である。

ところが３．０％以上含有さ４すると焼戻し時にＭ。

炭化物を析出させ、耐遅れ破壊特性に有害となるのでこ
れを上限とする。

■は、焼戻し温度を上昇させろことに有効であつ１、又
焼戻し時にＵ炭化物を析出させ、耐遅れ破壊特性に有害
とされるｈ　ｇ　Ｃ量を低減させることにも有効な元素
であって、０．０５％以下ではこれらの効果を適切に得
ることができない。

然し１．２チな超えて含有すると靭性を劣化することと
なり、これを上限とする。

Ｍは、脱酸剤として不可欠的であり、又焼入温度でのオ
ーステナイト粒の細粒化に有効であって、これらの効果
を得るには少くともｏ、ｏｏ　ｓ−以上含有することが
必要である。しかし０．１００チを越えて含有したもの
は靭性の劣化をもたらすのでこれを上限とすべきである
。

Ｎｂは、焼入温度で加熱時のオーステナイト粒細粒化に
有効であり、又適量を添加することにより靭性が向上す
ると共に焼戻し時にＮｂ炭化物を析出させ耐遅れ破壊特
性に有害とされるｈ３Ｃ量を低減させることに有効であ
って、このためには０．０１４以上含有させることが必
要である。然しこのＮｂを０．１％を超えて含有させる
と靭性が劣化するので、これを上限とすべきである。

Ｃｕは、耐遅れ破壊特性および耐食性の向上に有効であ
るが、その効果は０．１４未満では不充分である。又１
．５％を超えると上記した耐遅れ破壊性に及ぼす効果が
飽和し、経済的でないので１．５　％以下とすべきであ
る。

Ｎｉは、焼入性を向上させる元素であり、又靭性を向上
させる元素でもある。その効果は０．１チ未満では小さ
く、一方１．５％を超えると耐遅れ破壊特性に悪影響が
出て来るのでこれを上限とした。

ｎは、鋼中のＮと結合してＢＮの生成を防止し、焼入性
の向上に効果がある固溶Ｂを確保する゛ことに有効な元
素であって、その効果はｏ、ｏｏｓチ以下では不充分で
ある。然し０．０４０％を超えると飽和するのでこれを
上限とする。

Ｂは、０．０００３％以上の添加で焼入性が向上する。

しかし０．００３０％を超えて添加させてもその効果が
飽和するのでこれを上限とすべきである。

更に本発明においてはＭｏ％ＶおよびＣの間に次の１式
又はπ式で、 （Ｍｏ（＠ｘ−＋ｖ（％）ｘ　　）／Ｃ（％）＝Ｘ−・
−ｎ（Ｍｏ（％）ｘ　−＋Ｎｂ（駆ま＋Ｍ％）Ｘ　”　
）／Ｃ＜％ＳＸ−・・ｎそのＸの値が０．５〜１．５の
範囲内となることが必要である。即ちこれは焼入れ後の
マルテンサイト相を６００℃以上Ａｅ１点以下の温度で
焼戻しする場合にＭｏ、Ｖ又はＭ　ｏ　＊　Ｖ　＋　Ｎ
　ｂの炭化物を多く析出させてＣを固定することによっ
てＡ３（（ｎ析出量を減少させ、耐遅れ破壊特性を向上
させるために必要な条件であって、前記Ｉ％■式におけ
るＸが０．５未満の場合でも＃＊３Ｃ量は減少するが、
耐遅れ破壊特性の向上は小さい。父上記入π式における
Ｘの値が１．５を超えるならば靭性劣化を来すこととな
る。

なお具体的な製造に当っては上記範囲内の化学成分組成
を有する鋼を９００℃以上の温度から焼入れすることが
好ましい。即ち均一なマルテンサイト相を得るためには
、充分均一なオーステナイト相を臨界冷却速度以上の冷
却速度で冷却することが適切で、９００℃以上の温度は
充分均一なオーステナイト相を有効に得るために実質的
に必要である。

又焼入れ後は、６００℃以上、Ａｃｔ点以下の温度で焼
戻しを行うが、この温度範囲はＭｏ＋ＶｓＮｂ　の炭化
物を析出させ、ｈｓＣの析出量を低減するために好まし
い範囲であって、６００℃以下の焼戻し温度ではＦ１ｓ
ｃ’Ｍの減少幅は小さいことになる。

本発明によるものの具体的な製造例について説明すると
、以下の如くである。

即ち次の第１表には本発明者等が用いた本発明例および
比較例についての鋼化学成分を示す。

又これらの鋼に対する熱処理条件と試験片の降伏強さお
よび引張強さについて夫々測定した結果および前記した
Ｉ、ＩＩ式におけるＸの値を要約して示すと次の第２表
に示す通りであるが、遅れ破壊試験は片持梁式の試験機
を使用し、試験片１は第１図に示すように１０　Ｘ　１
５　Ｘ　１５０震のものを用い、上列中央に深さ３■の
疲労クラック２を圧延方向および圧延面に直交する方向
に導入した。

又試験方法の仔細は試験機を用いて試験片１の疲労クラ
ック２が開口する方向に曲げモーメントを負荷すること
によって疲労クラックにおけるに＋値を２６０　Ｋｆｆ
／＊ｊとし、試験環境中に保持して破断時間を測定した
。試験環境は３０℃の３５％Ｎａ（Ｊ水溶液（ｐＨが略
７）とし、最大保持時間は５００時間とした。

このような遅れ破断試験の結果得られた破断時間および
降伏強さと破断時間の関係は第２図に示す通りである。

即ち第２図から明かなように本発明によるものは５００
時間の保持後においても遅れ破壊が発生せず、比較例に
よるものよりも著しく良好な耐遅れ破壊特性を示す。

つまり比較−のＡ、Ｂは、ＳＮ０Ｍ４３９鋼、比較鋼Ｃ
，ＤはそれぞれＳ　０Ｍ４３５鋼、Ｓ　０Ｍ４３０鋼で
あって、これらは機械構造用に広く採用されている鋼で
あるが、化学成分が本発明外であると共に瀦戻し温度な
どにおいても上記したような好ましい範囲とは異り、本
発明例と比較するならば耐破ｓ特性において劣ることは
明かである。

又比較鋼ＥＳＦ、Ｇ、Ｈは化学成分、焼戻し温度とも本
発明範囲外にあり、その耐遅れ破壊特性は劣っている。

鋼Ｉは化学成分は本発明範囲内にあるが、焼戻し温度が
低いためＦａ３Ｃの減少幅が小さく、耐遅れ破壊特性が
劣る例であり、＠ＪはＣが低いためＶ−１５０の規格以
上の強度が得られない例である。

以上のように本発明範囲内に化学成分を調整し、しかも
本発明で規定する過当な熱処理を行うことにより良好な
耐遅れ破壊特性を有する高張就油井用釧管を的確に製造
することが可能となる。

「発明の効果」 以上説明したような本発明によるときは油井用鋼管とし
て好ましい高強度性を贈保しながら、しかも優れた耐遅
れ破壊特性を適切に具備した鋼管を製造することができ
るものであって、工業的にその効果の大きい発明である
。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の技術的内容を示すものであって、第１図
は遅れ破壊試験片の形状についての説明図、第２図は３
０℃、３５％Ｎａｃｔ水溶液環境での遅れ破壊試験結果
を本発明材と比較材について要約して示した図表である
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．１０〜０．２５ｗｔ％、Ｓｉ：０．１５〜
   １．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．３〜１．５ｗｔ％、Ｃｒ：０
   ．５〜５．０ｗｔ％、Ｍｏ：０．５〜３．０ｗｔ％、Ｖ
   ：０．０５〜１．２ｗｔ％、Ａｌ：０．００５〜０．１
   ０ｗｔ％ を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物から成り、
   しかも、 ｛Ｍｏ（％）×１／１６＋Ｖ（％）×３／１７｝／Ｃ（
   ％）＝Ｘなる式におけるＸが０．５≦Ｘ≦１．５を満足
   することを特徴とする耐遅れ破壊特性の優れた高張力油
   井用鋼管。 ２、Ｃ：０．１０〜０．２５ｗｔ％、Ｓｉ：０．１５〜
   １．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．３〜１．５ｗｔ％、Ｃｒ：０
   ．５〜５．０ｗｔ％、Ｍｏ：０．５〜３．０ｗｔ％、Ｖ
   ：０．０５〜１．２ｗｔ％、Ａｌ：０．００５〜０．１
   ０ｗｔ％ を含有すると共に、 Ｎｂ：０．０１〜０．１ｗｔ％ を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物から成り、
   しかも、 ｛Ｍｏ（％）×１／１６＋Ｎｂ（％）×４／３１＋Ｖ（
   ％）×３／１７｝／Ｃ（％）＝Ｘなる式におけるＸが０
   ．５≦Ｘ≦１．５を満足することを特徴とする耐遅れ破
   壊特性の優れた高張力油井用鋼管。 ３、Ｃ：０．１０〜０．２５ｗｔ％、Ｓｉ：０．１５〜
   １．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．３〜１．５ｗｔ％、Ｃｒ：０
   ．５〜５．０ｗｔ％、Ｍｏ：０．５〜３．０ｗｔ％、Ｖ
   ：０．０５〜１．２ｗｔ％、Ａｌ：０．００５〜０．１
   ０ｗｔ％ を含有すると共に、 Ｃｕ：０．１〜１．５ｗｔ％、Ｔｉ：０．００５〜０．
   ０４０ｗｔ％、Ｎｉ：０．１〜１．５ｗｔ％、Ｂ：０．
   ０００３〜０．００３０ｗｔ％Ｎｂ：０．０１〜０．１
   ｗｔ％、 の何れか１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅおよび
   不可避的不純物から成り、しかも｛Ｍｏ（％）×１／１
   ６＋Ｖ（％）×３／１７｝／Ｃ（％）＝Ｘ・・・ I ｛
   Ｍｏ（％）×１／１６＋Ｎｂ（％）×４／３１＋Ｖ（％
   ）×３／１７｝／Ｃ（％）＝Ｘ・・・IIなる各式におけ
   るＸが０．５≦Ｘ≦１．５を満足することを特徴とする
   耐遅れ破壊特性の優れた高張力油井用鋼管。