(57)【要約】  本発明に油井管用ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．０５％、Ｓｉ：０．０５〜１％、Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００２％未満、Ｃｒ：１６〜１８％、Ｎｉ：３．５〜７％、Ｍｏ：２％を超え４％以下、Ｃｕ：１．５〜４％、希土類金属：０．００１〜０．３％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｃａ：０．０００１〜０．０１％、Ｏ：０．０５％以下及びＮ：０．０５％以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる。本発明のステンレス鋼は、ＲＥＭの含有により、高温塩化物水溶液環境中であっても優れた耐ＳＣＣ性を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油井管に用いられるステンレス鋼であって、
質量％で、Ｃ：０．００１〜０．０５％、Ｓｉ：０．０５〜１％、Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００２％未満、Ｃｒ：１６〜１８％、Ｎｉ：３．５〜７％、Ｍｏ：２％を超え４％以下、Ｃｕ：１．５〜４％、希土類金属：０．００１〜０．３％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｃａ：０．０００１〜０．０１％、Ｏ：０．０５％以下及びＮ：０．０５％以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなることを特徴とするステンレス鋼。
【請求項２】
請求項１に記載のステンレス鋼であって、
前記Ｆｅの一部に替えてさらに、Ｔｉ：０．５％以下、Ｚｒ：０．５％以下、Ｈｆ：０．５％以下、Ｖ：０．５％以下及びＮｂ：０．５％以下からなる群から選択される１種又は２種以上を含有することを特徴とするステンレス鋼。
【請求項３】
請求項１に記載のステンレス鋼であって、
体積分率で１０〜６０％のフェライト相と、２〜１０％の残留オーステナイト相とを含む組織を有することを特徴とするステンレス鋼。
【請求項４】
請求項２に記載のステンレス鋼であって、
体積分率で１０〜６０％のフェライト相と、２〜１０％の残留オーステナイト相とを含む組織を有することを特徴とするステンレス鋼。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載のステンレス鋼であって、
６５４ＭＰａ以上の降伏応力を有することを特徴とするステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス鋼に関し、さらに詳しくは、ガス井や油井等で使用される油井管に用いられるステンレス鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
油井やガス井から産出される石油や天然ガスは、炭酸ガスや硫化水素といった腐食性の随伴ガスを含有する。そのため、石油や天然ガスの産出に用いられる油井管には、優れた耐食性が求められる。【０００３】
従来、油井管用の鋼材として、炭素鋼や低合金鋼が利用されていたが、利用される油井やガス井の腐食環境が厳しくなるにつれて、Ｃｒ含有量が１３％程度であるＳＵＳ４２０マルテンサイト系ステンレス鋼（１３％Ｃｒ系鋼）や、１３％Ｃｒ系鋼にＮｉを添加した改良１３％Ｃｒ系鋼等の耐食性に優れたステンレス鋼が利用されている。【０００４】
ところで、最近、深層の油井やガス井の開発が進められているが、深層の油井やガス井で使用される油井管は高い強度を要求される。さらに、深層の油井やガス井では、１５０℃以上の高温で、かつ、硫化水素や炭酸ガスを含む高温塩化物水溶液環境となるために、従来の油井管よりもさらに優れた耐食性が要求される。このような硫化水素や炭酸ガスを含む高温塩化物水溶液環境では、従来のステンレス鋼よりも優れた耐食性及び高強度を有する２相ステンレス鋼を使用することが考えられる。しかしながら、２相ステンレス鋼は、合金元素の含有量が大きいため、製造コストが高いという問題がある。【０００５】
そこで、２相ステンレス鋼よりも合金元素の含有量が少なく、高強度を有し、かつ、炭酸ガスを含む高温塩化物水溶液環境中でも高い耐食性を有するステンレス鋼管が、特開２００５−３３６５９５号公報（以下、特許文献１という）、特開２００６−１６６３７号公報（以下、特許文献２という）及び特開２００７−３３２４４２号公報（以下、特許文献３という）で提案されている。これらの特許文献に開示されたステンレス鋼管はいずれも、Ｃｒ含有量を従来の１３％Ｃｒ系鋼よりも高くすることにより、耐食性を向上できるとしている。【０００６】
具体的には、特許文献１は、ステンレス鋼管のＣｒ含有量を、従来の１３％Ｃｒ系鋼よりも多い１５．５〜１８％とする。また、Cr+Mo+0.3Si-43.5C-0.4Mn-Ni-0.3Cu-9N≧11.5とすることで、鋼組織をフェライト相とマルテンサイト相との二相組織とし、油井管の熱間加工性を向上する。二相組織は耐食性を低下する可能性があるが、Cr+0.65Ni+0.6Mo+0.55Cu-20C≧19.5となるように、耐食性を向上するＮｉ、Ｍｏ、Ｃｕを含有することで、油井管の耐食性の低下を防止する。【０００７】
同様に、特許文献２も、ステンレス鋼のＣｒ含有量を１５．５〜１８％とし、さらに、耐食性を向上するＮｉを含有する。この文献に開示されたステンレス鋼の化学組成は、特許文献１と類似するが、Ｍｏは必須元素ではなく、コストを抑制した合金設計となっている。さらに、Ｃｕも任意選択元素としている。【０００８】
特許文献３に開示されたステンレス鋼は、１４〜１８％のＣｒを含有し、かつ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕを含有することで、高い耐食性を有するとしている。さらに、鋼組織が、マルテンサイト相と、体積率で３〜１５％のオーステナイト相とを含有するため、靭性が向上するとしている。【０００９】
確かに、上述の特許文献１〜３に開示されたステンレス鋼では、Ｃｒを従来の１３％Ｃｒ系鋼よりも多く含有し、かつ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ等の合金元素を含有することで、高温腐食環境中での腐食速度が低下する。たとえば、特許文献１の実施例では、１００気圧のＣＯ２ガス雰囲気下における２３０℃の２０重量％ＮａＣｌ水溶液を用いて、腐食速度（ｍｍ／ｙｒ）が調査され、腐食速度の低下が立証されている（特許文献１中の表２参照）。【００１０】
しかしながら、本発明者らの調査により、炭酸ガスを含む高温塩化物水溶液環境でＣｒ含有量の高いステンレス鋼を使用すれば、腐食速度は低下するものの、応力腐食割れ（ＳＣＣ）が発生しやすいことが判明した。【００１１】
１３％Ｃｒ鋼等に代表される従来のステンレス鋼では、高温塩化物水溶液環境での腐食速度が過度に高くなる。そのため、全面腐食は発生するものの、局所的な割れであるＳＣＣは発生しない。一方、従来のステンレス鋼よりもＣｒ含有量を増加した場合、上述の特許文献１〜３で示されるように、腐食速度は低下する。腐食速度の低下は、ステンレス鋼の表面における不動態被膜の形成による。しかしながら、高温環境下では不動態被膜が局所的に弱くなり、破壊される。破壊された部分では溶解が生じやすいため、この溶解によりＳＣＣが発生するものと考えられる。【００１２】
したがって、炭酸ガスを含む高温塩化物水溶液環境で使用されるステンレス鋼では、腐食速度を低減するだけでなく、耐ＳＣＣ性を向上することが必要となる。
【発明の開示】
【００１３】
本発明の目的は、炭酸ガスを含む１５０℃以上の高温塩化物水溶液環境において、優れた耐食性を有する油井管用ステンレス鋼を提供することである。より具体的には、炭酸ガスを含む高温塩化物水溶液環境において、腐食速度が小さく、かつ、耐ＳＣＣ性に優れた油井管用ステンレス鋼を提供することである。
【００１４】
本発明者らは、炭酸ガスを含む１５０℃以上の高温塩化物水溶液環境において腐食速度を低減するためには、質量％で１６％以上のＣｒと、若干量のＭｏとが鋼に含有される必要があると考えた。しかしながら、ＣｒやＭｏは、フェライト形成元素であるため、１６％以上のＣｒと若干量のＭｏとが含有されれば、鋼組織の大部分がフェライト相となり、高強度が得られない。
【００１５】
これに対して、オーステナイト形成元素であるＮｉを含有すれば、高温でのオーステナイト相が安定化されるため、焼入れによりマルテンサイト相が形成されて高強度の鋼組織が得られる。ただし、多量にＮｉを含有すれば、マルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ点）が低下するため、常温でもマルテンサイト変態が生じずかえって高強度が得られない。Ｎｉ含有量を適正に調整すれば、主としてマルテンサイト相と体積率で１０％程度以上のフェライト相とを含む組織が形成され、高い強度を得ることができる。
【００１６】
また、Ｃｕはフェライト相の強化に有効であるため、Ｃｕを含有すれば、高強度の組織を得ることができる。Ｃｕはさらに、高温塩化物水溶液環境での腐食速度を低減させ、かつ耐ＳＣＣ性を向上する。
【００１７】
以上の検討により、本発明者らは、１６％〜１８％のＣｒと、２％よりも多く４％以下のＭｏと、３．５％〜７％のＮｉと、１．５％〜４％のＣｕとを含有すれば、所定の強度を有し、かつ、腐食速度が小さいステンレス鋼を提供できると考えた。
【００１８】
本発明者らはさらに、上記の化学組成に希土類金属（ＲＥＭ）を所定量以上含有すれば、炭酸ガスを含む高温塩化物水溶液環境中であっても優れた耐ＳＣＣ性が得られることを見出した。以下、この点について詳述する。
【００１９】
本発明者らは、表１に示す化学組成のステンレス鋼を準備し、各ステンレス鋼に対して耐ＳＣＣ性を評価する試験を行った。
【表１】
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【００２０】
表１を参照して、番号Ａ１〜Ａ６のステンレス鋼では、ＲＥＭ以外の化学成分はいずれも同等であった。また、ＲＥＭは、０．０００１％〜０．０３％の範囲で各番号ごとに異なる含有量とした。さらに、各番号のステンレス鋼を焼入れ焼戻しして、各ステンレス鋼の降伏応力を８６０〜９００ＭＰａの範囲内で調整した。いずれのステンレス鋼の組織も、体積分率で６０％のマルテンサイト相と、３０％のフェライト相と、１０％のオーステナイト相とを含有した。
【００２１】
各番号のステンレス鋼から、長さ７５ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの４点曲げ試験片を採取した。採取された各試験片に４点曲げによるたわみを負荷した。このとき、ＡＳＴＭ  Ｇ３９に準拠して、各試験片に与えられる応力が各試験片の降伏応力と等しくなるように、各試験片のたわみ量を決定した。
【００２２】
たわみを負荷された各試験片を、３０気圧のＣＯ２を加圧封入した２０４℃（４００Ｆ）のオートクレーブ中で、重量％で２５％のＮａＣｌ水溶液中に１ヶ月間浸漬した。１ヶ月間浸漬した後、各試験片にＳＣＣが発生しているか否かを調査した。具体的には、試験片の長手方向断面を１００倍視野の光学顕微鏡で観察し、ＳＣＣの有無を目視により判断した。
【００２３】
試験結果を図１に示す。図１中の横軸はＲＥＭ含有量（質量％）を示し、縦軸は、ＳＣＣの発生有無を示す。縦軸の「ＳＣＣ有」に点「●」がある場合、ＳＣＣが発生したことを示す。また、「ＳＣＣ無」に点「●」がある場合、ＳＣＣが発生しなかったことを示す。図１に示すとおり、ＲＥＭ含有量が０．００１％以上である場合、炭酸ガスを含む高温塩化物水溶液環境中であってもＳＣＣが発生しないことが判明した。ＲＥＭが耐ＳＣＣ性を向上する理由は定かではないが、以下の理由が推定される。
【００２４】
上述の試験でＳＣＣが発生したステンレス鋼をミクロ観察した結果、ＳＣＣは、ピット（孔食）を起点とし、主としてマルテンサイト組織内の旧オーステナイト粒界に沿って伝播していた。このことから、応力負荷時の旧オーステナイト粒界への転位の集積挙動とクラック伝播とは何らかの相関があると考えられる。そして、ＲＥＭは、旧オーステナイト粒界への転位の集積挙動に何らかの影響を与え、その結果、０．００１％以上のＲＥＭを含有したステンレス鋼の耐ＳＣＣ性が向上すると推定される。なお、番号Ａ１〜Ａ３のステンレス鋼は、０．０００８〜０．００１３％のＣａを含有するもののＲＥＭ含有量が０．００１％未満であるため、ＳＣＣが発生した。このことから、Ｃａよりも０．００１％以上の含有量のＲＥＭの方が耐ＳＣＣの向上に寄与することがわかった。
【００２５】
以上の知見に基づいて、本発明者らは以下の発明を完成した。
【００２６】
本発明によるステンレス鋼は、油井管に用いられる。本発明のステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．０５％、Ｓｉ：０．０５〜１％、Ｍｎ：２％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００２％未満、Ｃｒ：１６〜１８％、Ｎｉ：３．５〜７％、Ｍｏ：２％を超え４％以下、Ｃｕ：１．５〜４％、希土類金属：０．００１〜０．３％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜０．１％、Ｃａ：０．０００１〜０．０１％、Ｏ：０．０５％以下及びＮ：０．０５％以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる。
【００２７】
好ましくは、本発明によるステンレス鋼は、Ｆｅの一部に替えてさらに、Ｔｉ：０．５％以下、Ｚｒ：０．５％以下、Ｈｆ：０．５％以下、Ｖ：０．５％以下及びＮｂ：０．５％以下からなる群から選択される１種又は２種以上を含有する。
【００２８】
この場合、Ｃｒ欠乏層に起因した孔食の発生が抑制される。
【００２９】
好ましくは、上述のステンレス鋼は、体積分率で１０〜６０％のフェライト相と、２〜１０％の残留オーステナイト相とを含む組織を有する。
【００３０】
好ましくは、本発明によるステンレス鋼は、６５４ＭＰａ以上の降伏応力を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】ステンレス鋼の希土類金属の含有量とＳＣＣとの関係を示す図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態を詳しく説明する。本発明によるステンレス鋼は、炭酸ガスを含む１５０℃以上の高温塩化物水溶液環境で使用される油井管に利用可能である。以下、炭酸ガスを含み１５０℃以上の高温塩化物水溶液環境を、単に、高温塩化物水溶液環境という。【００３３】
１．化学組成【００３４】
本発明によるステンレス鋼は、以下の化学組成を有する。以降、元素に関する％は質量％を意味する。【００３５】
Ｃ：０．００１〜０．０５％【００３６】
炭素（Ｃ）は、Ｃｒと炭化物を形成し、高温塩化物水溶液環境での鋼の耐食性を低下させる。そのため、Ｃ含有量はなるべく低い方が好ましい。したがって、Ｃ含有量の上限は０．０５％とする。なお、実質的に制御可能なＣ含有量の下限は０．００１％である。【００３７】
Ｓｉ：０．０５〜１％【００３８】
珪素（Ｓｉ）は、精錬工程で鋼を脱酸する。この効果を得るために、Ｓｉ含有量の下限を０．０５％とする。一方、過剰にＳｉを含有すれば、脱酸効果が飽和するだけでなく、鋼の熱間加工性が低下する。そのため、Ｓｉ含有量の上限は１％とする。【００３９】
Ｍｎ：２％以下【００４０】
マンガン（Ｍｎ）は鋼の強度を向上する。しかしながら、過剰にＭｎを含有すれば、鋼中に偏析が生じやすくなる。鋼中の偏析は、鋼の靭性を低下し、さらに、高温塩化物水溶液環境での耐ＳＣＣ性を低下する。したがって、Ｍｎ含有量は２％以下とする。強度の向上効果を得るために好ましいＭｎ含有量は０．２％以上である。ただし、Ｍｎ含有量が０．２％未満であっても、鋼の強度はある程度向上する。【００４１】
Ｐ：０．０３％以下【００４２】
リン（Ｐ）は、不純物である。Ｐは、耐ＳＳＣ（硫化物応力割れ）性や、高温塩化物水溶液環境における耐ＳＣＣ性を低下させる。そのため、Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。したがって、Ｐ含有量を０．０３％以下にする。【００４３】
Ｓ：０．００２％未満【００４４】
硫黄（Ｓ）は、Ｍｎ等と結合して介在物を形成する。形成された介在物は、孔食やＳＣＣの起点となり、鋼の耐食性を低下させる。また、Ｓは鋼の熱間加工性を低下させる。そのため、Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。したがって、Ｓ含有量は０．００２％未満にする。【００４５】
Ｃｒ：１６〜１８％【００４６】
クロム（Ｃｒ）は、高温塩化物水溶液環境における耐食性を向上する必須の元素である。高温塩化物水溶液環境において高い耐ＳＣＣ性を得るために、Ｃｒ含有量の下限は１６％とする。一方、Ｃｒはフェライト形成元素であるため、過剰に含有すれば、鋼組織内でフェライト相の割合が増大して鋼の強度が低下する。さらに、残留オーステナイト相の割合が低下するため、鋼の靭性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量の上限は１８％である。好ましいＣｒ含有量は１６．５〜１７．５％である。【００４７】
Ｎｉ：３．５〜７％【００４８】
ニッケル（Ｎｉ）は、高温塩化物水溶液環境での耐食性を向上する。Ｎｉはさらに、鋼の靭性を向上する。これらの効果を得るために、Ｎｉ含有量の下限は３．５％とする。一方、Ｎｉはオーステナイト形成元素であるため、過剰に含有すれば、鋼組織内で残留オーステナイト相の割合が過剰に増加し、鋼の強度が低下する。したがって、Ｎｉ含有量の上限は７％とする。好ましいＮｉ含有量は３．５〜６．５％であり、より好ましいＮｉ含有量は３．８〜５．８％である。【００４９】
Ｃｕ：１．５〜４％【００５０】
銅（Ｃｕ）は、高温塩化物水溶液環境での鋼の溶出速度を低減する。Ｃｕはさらに、鋼の耐ＳＣＣ性を向上する。Ｃｕはまた、鋼組織内のフェライト相を強化する。これらの効果を得るためにＣｕ含有量の下限は１．５％にする。一方、過剰にＣｕを含有すれば、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量の上限は４％にする。好ましいＣｕ含有量は１．５〜３．０％であり、より好ましいＣｕ含有量は１．５〜２．５％である。【００５１】
Ｍｏ：２％を超え４％以下【００５２】
モリブデン（Ｍｏ）は、Ｃｒとの共存下において鋼の耐孔食性及び耐ＳＣＣ性を向上する。この効果を得るために、Ｍｏ含有量は２％よりも多くする。一方、Ｍｏはフェライト形成元素であるため、過剰にＭｏを含有すれば、鋼組織内のフェライト相の割合が増大し、強度が低下する。したがって、Ｍｏ含有量は４％以下にする。好ましいＭｏ含有量は２．１〜３．３％であり、より好ましいＭｏ含有量は２．３〜３．０％である。【００５３】
Ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜０．１％【００５４】
アルミニウム（Ａｌ）は、精錬工程で鋼を脱酸する。この効果を得るために、Ａｌ含有量の下限は０．００１％にする。一方、過剰にＡｌを含有すれば、アルミナ介在物が鋼中に多量に生成され、鋼の靭性が低下する。したがって、Ａｌ含有量の上限は０．１％にする。なお、本明細書でいうＡｌ含有量は、酸可溶Ａｌ（Ｓｏｌ．Ａｌ：Soluble Aluminum）の含有量を意味する。【００５５】
Ｃａ：０．０００１〜０．０１％【００５６】
カルシウム（Ｃａ）は、精錬工程で鋼を脱酸する。Ｃａはさらに、熱間加工性を向上する。これらの効果を得るために、Ｃａ含有量の下限は０．０００１％にする。一方、過剰にＣａを含有すれば、ＣａＯ等の介在物が鋼中に多量に生成され、鋼の靭性が低下する。さらに、ＣａＯ等の介在物は、孔食の起点にもなる。そのため、Ｃａ含有量の上限は０．０１％にする。【００５７】
Ｎ：０．０５％以下【００５８】
窒素（Ｎ）はオーステナイト相を安定化する。Ｎはさらに、耐孔食性を向上する。一方、過剰にＮを含有すれば、鋼中に種々の窒化物が形成され、鋼の靭性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．０５％以下にする。上述の効果を有効に得るためのＮ含有量の好ましい下限は０．００５％である。【００５９】
Ｏ：０．０５％以下【００６０】
酸素（Ｏ）は不純物である。Ｏは他の元素と結合して酸化物を形成し、鋼の靭性及び耐食性を低下する。そのため、Ｏ含有量はなるべく少ない方が好ましい。したがって、Ｏ含有量は０．０５％以下である。【００６１】
希土類金属：０．００１〜０．３％【００６２】
希土類金属（Rare Earth Metals：ＲＥＭ）は、本発明において重要な元素である。ＲＥＭは、上述のとおり、高温塩化物水溶液環境中での耐ＳＣＣ性を向上する。この効果を得るために、ＲＥＭ含有量の下限は０．００１％にする。一方、過剰にＲＥＭを含有しても、その効果は飽和する。そのため、ＲＥＭ含有量の上限は０．３％にする。好ましいＲＥＭ含有量は０．００１〜０．１％であり、より好ましいＲＥＭ含有量は０．００１〜０．０１％である。【００６３】
なお、本発明でいうＲＥＭとは、原子番号３９番のイットリウム（Ｙ）及び、原子番号５７番のランタン（Ｌａ）から７１番のルテチウム（Ｌｕ）までのランタノイドである。【００６４】
本発明によるステンレス鋼は、上述のＲＥＭのうち１種又は２種以上を含有する。したがって、ＲＥＭ含有量は、上述の複数のＲＥＭから選択された１種又は２種以上の総含有量である。【００６５】
なお、化学組成の残部はＦｅ及び不純物である。【００６６】
本発明のステンレス鋼はさらに、必要に応じて、Ｆｅの一部に替えて、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ及びＮｂからなる群から選択される１種又は２種以上を含有する。【００６７】
Ｔｉ：０．５％以下【００６８】
Ｚｒ：０．５％以下【００６９】
Ｈｆ：０．５％以下【００７０】
Ｖ：０．５％以下【００７１】
Ｎｂ：０．５％以下【００７２】
チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）及びニオブ（Ｎｂ）は、必須の元素ではなく、任意に添加される元素である。これらの元素はいずれもＣを固定し、Ｃｒ炭化物の生成を抑制する。そのため、Ｃｒ炭化物周辺に形成されるＣｒ欠乏層に起因した孔食の発生が抑制され、ＳＣＣ感受性が低減される。しかしながら、これらの元素を過剰に含有すれば、鋼の靭性が低下する。したがって、これらの元素の含有量の上限は、いずれも０．５％にする。なお、上述の効果を顕著に得るために、これらの元素の含有量の好ましい下限は、いずれの元素も０．００５％である。ただし、これらの元素の含有量が好ましい下限未満であっても、上述の効果をある程度得ることができる。【００７３】
２．製造方法【００７４】
本発明によるステンレス鋼は、焼入れ焼戻しの熱処理を行うことにより後述の組織を有することができ、目的とする耐食性と、油井管用途に必要な強度を得ることができる。以下、一例として、本発明のステンレス鋼管の製造方法について説明する。【００７５】
上記化学組成の鋼を溶製し、ビレットを製造する。製造されたビレットを熱間加工してステンレス鋼管とする。熱間加工として、たとえばマンネスマン法を実施して継目無鋼管を製造する。なお、熱間加工として熱間押出を実施してもよいし、熱間鍛造を実施してもよい。【００７６】
製造されたステンレス鋼管に対して、焼入れ及び焼戻し処理を実施する。このとき、好ましい焼入れ温度は９００〜１２００℃であり、好ましい焼戻し温度は４５０〜６５０℃である。【００７７】
３．組織【００７８】
上述の製造方法により製造されたステンレス鋼の組織は、体積分率で１０〜６０％のフェライト相と、２〜１０％の残留オーステナイト相とを含む。【００７９】
ここで、フェライト相の体積分率は、以下の方法で求められる。表面を研磨した試験片を王水とグリセリンとの混合溶液を用いてエッチングする。エッチングされた試験片を用いて、試験片表面におけるフェライト相の面積率を、ＪＩＳＧ０５５５に基づく点算法で測定する。測定された面積率を体積分率とする。また、残留オーステナイト相の体積分率は、Ｘ線回折法により測定される。【００８０】
なお、ステンレス鋼の組織のうち、フェライト相及び残留オーステナイト相以外の他の部分は、主として焼戻しされたマルテンサイト相である。マルテンサイト相以外に、炭化物や、窒化物、硼化物、Ｃｕ相が含まれていてもよい。【００８１】
本発明によるステンレス鋼は、上述の組織を有することにより、降伏応力が６５４ＭＰａ（９５ｋｓｉに相当）以上になる。更には７５８ＭＰａ（１１０ｋｓｉに相当）以上、更には８６２ＭＰａ（１２５ｋｓｉに相当）以上に調整できる。ここでいう降伏応力とは、ＡＳＴＭ規格に基づく０．２％オフセット耐力である。【００８２】
また、本発明のステンレス鋼は、組織内に上記体積分率の残留オーステナイト相を含有するため、高い靭性を有する。
【実施例】
【００８３】
種々の化学組成を有する複数のステンレス鋼を製造し、高温塩化物水溶液環境中での耐ＳＣＣ性を調査した。【００８４】
［試験材の製造］
表２に示す化学組成を有する複数のステンレス鋼を溶製した。
【表２】
2009119048.tif 000004
【００８５】
表２中の各数値は、該当する元素の含有量（質量％）を示す。また、各鋼の化学組成のうち、表１に記載された元素以外の残部はＦｅ及び不純物である。「ＲＥＭ」欄中の数値の横に付された記号ａ）〜ｃ）は、各鋼に含有されたＲＥＭの種類を示す。具体的には、ａ）は、含有されたＲＥＭがネオジム（Ｎｄ）であることを示す。ｂ）は、含有されたＲＥＭがイットリウム（Ｙ）であることを示す。ｃ）は、含有されたＲＥＭがミッシュメタルであることを示す。ミッシュメタルは、質量％で５１．０％のセリウム（Ｃｅ）と、２５．５％のランタン（Ｌａ）と、１８．６％のネオジム（Ｎｄ）と、４．８％のプラセオジム（Ｐｒ）と、０．１％のサマリウム（Ｓｍ）とを含有する。【００８６】
表２を参照して、番号１〜１２の鋼に関しては、いずれも化学組成が本発明で定義された範囲内であった。一方、番号１３の鋼に関しては、Ｍｏ含有量が本発明で定義された範囲の下限未満であった。番号１４の鋼に関しては、Ｃｒ含有量が本発明で定義された範囲の下限未満であった。番号１５の鋼に関しては、Ｃｕ含有量が本発明で定義された範囲の下限未満であった。番号１６の鋼に関しては、ＲＥＭが含有されなかった。番号１７の鋼に関しては、Ｎｉ含有量が本発明で定義された範囲の下限未満であった。【００８７】
各番号の鋼を熱間鍛造及び熱間圧延して、厚さ１２ｍｍの鋼板を製造した。各番号の鋼板に対して焼入れ焼戻しを実施した。焼入れ処理では、各番号の鋼板を９８０〜１２００℃の焼入れ温度で１５分間加熱した後、水冷した。また、焼戻し処理では、焼戻し温度を５００〜６５０℃とした。以上の工程により、各鋼板の降伏強度が８００〜９５０ＭＰａの範囲内となるように調整した。【００８８】
［組織観察及び引張試験］
各番号の鋼板のフェライト相及び残留オーステナイト相の体積分率（％）を上記３．に記載した測定方法により求めた。【００８９】
さらに、各番号の鋼板から、丸棒引張試験片を採取し、引張試験を実施した。丸棒引張試験片の長手方向は鋼板の圧延方向とし、丸棒引張試験片の平行部の直径は１４ｍｍ、長さは２０ｍｍとした。引張試験は常温で実施した。【００９０】
［ＳＣＣ評価試験］
各番号の鋼板から、長さ７５ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの４点曲げ試験片を採取した。採取された各試験片に４点曲げによるたわみを負荷した。このとき、ＡＳＴＭ  Ｇ３９に準拠して、各試験片に与えられる応力が各試験片の降伏応力と等しくなるように、各試験片のたわみ量を決定した。【００９１】
たわみを負荷された各試験片を、３０気圧のＣＯ２を加圧封入した２０４℃（４００Ｆ）のオートクレーブ中で、重量％で２５％のＮａＣｌ水溶液中に１ヶ月間浸漬した。１ヶ月間浸漬した後、各試験片にＳＣＣが発生しているか否かを調査した。具体的には、試験片の長手方向断面を１００倍視野の光学顕微鏡で観察し、ＳＣＣの有無を目視により判断した。また、試験前後の各試験片の重量を測定した。測定された重量の変化から各試験片の腐食減量を求め、腐食減量に基づいて腐食速度を求めた。【００９２】
［試験結果］
表３に試験結果を示す。
【表３】
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【００９３】
表３中の「ＹＳ」欄は、引張試験により得られた各番号の鋼板の降伏応力（ＭＰａ）を示す。また、「フェライト相」及び「残留オーステナイト相」欄には、各番号の鋼板のフェライト相及び残留オーステナイト相の体積分率（％）を示す。「ＳＣＣ評価結果」欄中の「ＳＣＣ無」は、４点曲げ試験片にＳＣＣが発生しなかったことを示し、「ＳＣＣ有」は、ＳＣＣが発生したことを示す。「腐食速度」欄中の「＜０．１」は、腐食速度が０．１ｇ／（ｍ２・ｈｒ）未満であったことを示し、「≧０．１」は、腐食速度が０．１ｇ／（ｍ２・ｈｒ）以上であったことを示す。【００９４】
表３を参照して、番号１〜１２の鋼は、いずれもＳＣＣが発生せず、腐食速度も０．１ｇ／（ｍ２・ｈｒ）未満であった。また、降伏応力はいずれも６５４ＭＰａ以上であった。【００９５】
一方、番号１３、１５及び１７の鋼では、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎｉ含有量がそれぞれ少なかったため、ＳＣＣが発生した。また、番号１４の鋼では、Ｃｒ含有量が少なかったため、ＳＣＣが発生し、さらに、腐食速度が０．１ｇ／（ｍ２・ｈｒ）以上であった。さらに、番号１６の鋼では、ＲＥＭが含有されなかったため、ＳＣＣが発生した。【００９６】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明によるはステンレス鋼は、油井管として利用可能であり、特に、炭酸ガスを含む１５０℃以上の高温塩化物水溶液環境中で使用される油井管への利用に適する。
【図１】
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【国際調査報告】
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