(57)【要約】  油、ガスおよび／または石油化学の用途の高マンガン含有鉄系コンポーネントおよびその使用を提供する。コンポーネントは、５〜４０ｗｔ％のマンガンと、０．０１〜３．０ｗｔ％の炭素と、その残部の鉄とを含む。コンポーネントは、必要に応じて、クロム、ニッケル、コバルト、モリブデン、ニオブ、銅、チタン、バナジウム、窒素、ホウ素およびこれらの組合せから選択される１種以上の合金元素を含み得る。
2014507560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
５〜４０ｗｔ％のマンガンと、０．０１〜３．０ｗｔ％の炭素と、残部の鉄とを含み、油、ガスおよび／または石油化学の用途の高マンガン含有鉄系コンポーネント。
【請求項２】
クロム、アルミニウム、ケイ素、ニッケル、コバルト、モリブデン、ニオブ、銅、チタン、バナジウム、窒素、ホウ素およびこれらの組合せから選択される１種以上の合金元素をさらに含む、請求項１に記載のコンポーネント。
【請求項３】
前記クロムが、全コンポーネントの０．５〜３０ｗｔ％の範囲内である、請求項２に記載のコンポーネント。
【請求項４】
前記ニッケルまたはコバルトのそれぞれが、全コンポーネントの０．５〜２０ｗｔ％の範囲内である、請求項２に記載のコンポーネント。
【請求項５】
前記アルミニウムが、全コンポーネントの０．２〜１５ｗｔ％の範囲内である、請求項２に記載のコンポーネント。
【請求項６】
前記ケイ素、モリブデン、ニオブ、銅、チタンまたはバナジウムのそれぞれが、全コンポーネントの０．２〜１０ｗｔ％の範囲内である、請求項２に記載のコンポーネント。
【請求項７】
前記窒素が、全コンポーネントの０．２〜３．０ｗｔ％の範囲内である、請求項２に記載のコンポーネント。
【請求項８】
前記ホウ素が、全コンポーネントの０．００１〜０．１ｗｔ％の範囲内である、請求項２に記載のコンポーネント。
【請求項９】
ジルコニウム、ハフニウムおよびこれらの組合せから選択される１種以上の他の合金元素をさらに含む、請求項１または２に記載のコンポーネント。
【請求項１０】
ジルコニウム、ハフニウムおよびこれらの組合せから選択される１種以上の他の合金元素をさらに含む、請求項１または２に記載のコンポーネント。
【請求項１１】
前記１種以上の他の合金元素のそれぞれが、全コンポーネントの０．２〜６ｗｔ％の範囲内である、請求項９に記載のコンポーネント。
【請求項１２】
高強度パイプライン、鋼カテナリーライザー、トップテンションライザー、ネジ付きコンポーネント、液化天然ガスコンテナー、加圧液化天然ガスコンテナー、深海油ドリルストリング、ライザー／ケーシングジョイントおよび坑口装置から選択される、請求項１に記載のコンポーネント。
【請求項１３】
前記コンポーネントが、天然ガスの液化、輸送および貯蔵型の構造物およびコンポーネントで使用される、請求項１に記載のコンポーネント。
【請求項１４】
前記天然ガスの液化、輸送および貯蔵型の構造物およびコンポーネントが、パイプライン、フローライン、ギャザリングライン、トランスミッションライン、輸送船、搬送コンポーネント、貯蔵タンクおよびエキスパンションループから選択される、請求項１２に記載のコンポーネント。
【請求項１５】
前記天然ガスが、ＬＮＧ、ＣＮＧまたはＰＬＮＧの形態である、請求項１３に記載のコンポーネント。
【請求項１６】
前記コンポーネントが、油井およびガス井の仕上げおよび生産の構造物およびコンポーネントで使用される、請求項１に記載のコンポーネント。
【請求項１７】
前記油井およびガス井の仕上げおよび生産の構造物およびコンポーネントが、フローコネクションへのキャスト構造物、海中コンポーネント、ケーシング／チューブ、仕上げおよび生産のコンポーネント、ダウンホール管状製品、オイルパイプライン、油貯蔵タンク、沖合生産の構造物／コンポーネント、トップサイド、デッキ上部構造物、掘削リグ、居住区域、ヘリデッキ、アンビリカル、給仕船および補給船ならびにフレアタワーから選択される、請求項１５に記載のコンポーネント。
【請求項１８】
前記沖合生産の構造物／コンポーネントが、ジャケットプラットフォーム、移動式沖合掘削装置、ケーシング、テンドン、ライザー、海中施設、半潜水型構造物、ジャッキアップリグ、ＴＬＰ、ＤＤＣＶ、コンプライアントタワー、ＦＰＳＯ、ＦＳＯ、船およびタンカーから選択される、請求項１６に記載のコンポーネント。
【請求項１９】
前記海中コンポーネントが、デュープレックス、マニホールドシステム、ツリーおよびＢＯＰから選択される、請求項１６に記載のコンポーネント。
【請求項２０】
前記コンポーネントが、坑底アセンブリーに接続されたドリルストリングまたは坑底アセンブリーに接続されたコイル状チューブを含む地下回転掘削装置で使用される、請求項１に記載のコンポーネント。
【請求項２１】
前記坑底アセンブリーが、スタビライザー、可変ゲージスタビライザー、バックリーマー、ドリルカラー、フレックスドリルカラー、ロータリーステアラブルツール、ローラーリーマー、ショックサブ、マッドモーター、掘削同時検層（ＬＷＤ）ツール、掘削同時計測（ＭＷＤ）ツール、コアリングツール、アンダーリーマー、ホールオープナー、セントラライザー、タービン、ベントハウジング、ベントモーター、掘削ジャー、アクセラレータージャー、クロスオーバーサブ、バンパージャー、トルク低減サブ、フロートサブ、フィッシングツール、フィッシングジャー、ウォッシュオーバーパイプ、検層ツール、調査ツールサブ、これらのコンポーネントの非磁気対応物、これらのコンポーネントの関連外部接続部、ならびにこれらの組合せから選択される１つ以上のコンポーネントを含む、請求項１９に記載のコンポーネント。
【請求項２２】
前記コンポーネントが、油およびガスの精製所ならびに化学プラントの構造物およびコンポーネントで使用される、請求項１に記載のコンポーネント。
【請求項２３】
前記油およびガスの精製所ならびに化学プラントの構造物およびコンポーネントが、鋳鉄コンポーネント、熱交換器チューブ、低温および高温処理ならびに圧力槽、押出し機バレル、ギヤー、押出し機ダイ、ベアリング、コンプレッサー、ポンプ、パイプ、チューブ、成形ダイ、トランスファーラインおよびプロセスパイプ、サイクロン、スライドバルブのゲートおよびガイド、供給ノズル、曝気ノズル、サーモウェル、バルブボディー、内部ライザー、偏向シールド、流体接触変換装置、流動コーカーおよびＦＬＥＸＩＣＯＫＩＮＧ装置、反応槽、ならびにこれらの組合せから選択される、請求項２２に記載のコンポーネント。
【請求項２４】
前記低温および高温処理ならびに圧力槽が、スチームクラッカーチューブおよび蒸気改質チューブから選択される、請求項２２に記載のコンポーネント。
【請求項２５】
前記コンポーネントが、オイルサンドの採掘構造物および装置、石炭の採掘構造物および装置、ならびに石炭ガス化構造物および装置で使用される、請求項１に記載のコンポーネント。
【請求項２６】
前記オイルサンド採掘構造物および装置が、掘削装置、エキスカベーター／ローダー用のショベル歯、スラリー輸送パイプライン、尾鉱パイプ、クラッシャー、ミックスボックス、スクリーンおよび水力輸送ポンプから選択される、請求項２４に記載のコンポーネント。
【請求項２７】
前記コンポーネントが、延性、耐亀裂性、耐侵食性、疲労寿命、表面硬度、耐応力腐食性、耐疲労性および耐環境亀裂性の性質の１つ以上の改良を呈する、請求項１に記載のコンポーネント。
【請求項２８】
前記コンポーネントの隣接セグメントと結合一体化する融接物、摩擦撹拌溶接物、フラッシュバット溶接物、ガスタングステンアーク溶接物、ガスメタルアーク溶接物、シールドメタルアーク溶接物、サブマージアーク溶接物、フラックスコアアーク溶接物、電気抵抗溶接物、レーザー溶接物、プラズマ溶接物、電子ビーム溶接物およびこれらの組合せから選択される１つ以上の溶接物をさらに含む、請求項１に記載のコンポーネント。
【請求項２９】
前記１つ以上の溶接物が、摩擦撹拌溶接物、レーザー溶接物、電子ビーム溶接物、プラズマ溶接物または電気抵抗溶接物である、請求項２７に記載のコンポーネント。
【請求項３０】
油、ガスおよび／または石油化学の用途において高マンガン含有鉄系コンポーネントを使用する方法であって、
５〜４０ｗｔ％のマンガンと、０．０１〜３．０ｗｔ％の炭素と、残部の鉄とを含むコンポーネントを提供すること、および
前記コンポーネントを油、ガスおよび／または石油化学の用途において利用すること
を含む方法。
【請求項３１】
クロム、アルミニウム、ケイ素、ニッケル、コバルト、モリブデン、ニオブ、銅、チタン、バナジウム、窒素、ホウ素およびこれらの組合せから選択される１種以上の合金元素をさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
前記クロムが、全コンポーネントの０．５〜３０ｗｔ％の範囲内である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記ニッケルまたはコバルトのそれぞれが、全コンポーネントの０．５〜２０ｗｔ％の範囲内である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記アルミニウムが、全コンポーネントの０．２〜１５ｗｔ％の範囲内である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３５】
前記ケイ素、モリブデン、ニオブ、銅、チタンまたはバナジウムのそれぞれが、全コンポーネントの０．２〜１０ｗｔ％の範囲内である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３６】
前記窒素が、全コンポーネントの０．２〜３．０ｗｔ％の範囲内である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３７】
前記ホウ素が、全コンポーネントの０．００１〜０．１ｗｔ％の範囲内である、請求項３０に記載の方法。
【請求項３８】
ジルコニウム、ハフニウムおよびこれらの組合せから選択される１種以上の他の合金元素をさらに含む、請求項２９または３０に記載の方法。
【請求項３９】
前記１種以上の他の合金元素のそれぞれが、全コンポーネントの０．２〜６ｗｔ％の範囲内である、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
前記コンポーネントが、高強度パイプライン、鋼カテナリーライザー、トップテンションライザー、ネジ付きコンポーネント、液化天然ガスコンテナー、加圧液化天然ガスコンテナー、深海油ドリルストリング、ライザー／ケーシングジョイントおよび坑口装置から選択される、請求項２９に記載の方法。
【請求項４１】
前記コンポーネントが、天然ガスの液化、輸送および貯蔵型の構造物およびコンポーネントで使用される、請求項２９に記載の方法。
【請求項４２】
前記天然ガスの液化、輸送および貯蔵型の構造物およびコンポーネントが、パイプライン、フローライン、ギャザリングライン、トランスミッションライン、輸送船、搬送コンポーネント、貯蔵タンクおよびエキスパンションループから選択される、請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
前記天然ガスが、ＬＮＧ、ＣＮＧまたはＰＬＮＧの形態である、請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
前記コンポーネントが、油井およびガス井の仕上げおよび生産の構造物およびコンポーネントで使用される、請求項２９に記載の方法。
【請求項４５】
前記油井およびガス井の仕上げおよび生産の構造物およびコンポーネントが、フローコネクションへのキャスト構造物、海中コンポーネント、ケーシング／チューブ、仕上げおよび生産のコンポーネント、ダウンホール管状製品、オイルパイプライン、油貯蔵タンク、沖合生産の構造物／コンポーネント、トップサイド、デッキ上部構造物、掘削リグ、居住区域、ヘリデッキ、アンビリカル、給仕船および補給船、ならびにフレアタワーから選択される、請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
前記沖合生産の構造物／コンポーネントが、ジャケットプラットフォーム、移動式沖合掘削装置、ケーシング、テンドン、ライザー、海中施設、半潜水型構造物、ジャッキアップリグ、ＴＬＰ、ＤＤＣＶ、コンプライアントタワー、ＦＰＳＯ、ＦＳＯ、船およびタンカーから選択される、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記海中コンポーネントが、デュープレックス、マニホールドシステム、ツリーおよびＢＯＰから選択される、請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
前記コンポーネントが、坑底アセンブリーに接続されたドリルストリングまたは坑底アセンブリーに接続されたコイル状チューブを含む地下回転掘削装置で使用される、請求項２９に記載の方法。
【請求項４９】
前記坑底アセンブリーが、スタビライザー、可変ゲージスタビライザー、バックリーマー、ドリルカラー、フレックスドリルカラー、ロータリーステアラブルツール、ローラーリーマー、ショックサブ、マッドモーター、掘削同時検層（ＬＷＤ）ツール、掘削同時計測（ＭＷＤ）ツール、コアリングツール、アンダーリーマー、ホールオープナー、セントラライザー、タービン、ベントハウジング、ベントモーター、掘削ジャー、アクセラレータージャー、クロスオーバーサブ、バンパージャー、トルク低減サブ、フロートサブ、フィッシングツール、フィッシングジャー、ウォッシュオーバーパイプ、検層ツール、調査ツールサブ、これらのコンポーネントの非磁気対応物、これらのコンポーネントの関連外部接続部、ならびにこれらの組合せから選択される１つ以上のコンポーネントを含む、請求項４７に記載の方法。
【請求項５０】
前記コンポーネントが、油およびガスの精製所ならびに化学プラントの構造物およびコンポーネントで使用される、請求項２９に記載の方法。
【請求項５１】
前記油およびガスの精製所ならびに化学プラントの構造物およびコンポーネントが、鋳鉄コンポーネント、熱交換器チューブ、低温および高温処理ならびに圧力槽、押出し機バレル、ギヤー、押出し機ダイ、ベアリング、コンプレッサー、ポンプ、パイプ、チューブ、成形ダイ、トランスファーラインおよびプロセスパイプ、サイクロン、スライドバルブのゲートおよびガイド、供給ノズル、曝気ノズル、サーモウェル、バルブボディー、内部ライザー、偏向シールド、流体接触変換装置、流動コーカーおよびＦＬＥＸＩＣＯＫＩＮＧ装置、反応槽、ならびにこれらの組合せから選択される、請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
前記低温および高温処理ならびに圧力槽が、スチームクラッカーチューブおよび蒸気改質チューブから選択される、請求項５０に記載の方法。
【請求項５３】
前記コンポーネントが、オイルサンド採掘構造物および装置、石炭採掘構造物および装置、ならびに石炭ガス化構造物および装置で使用される、請求項２９に記載の方法。
【請求項５４】
前記オイルサンド採掘構造物および装置が、掘削装置、エキスカベーター／ローダー用のショベル歯、スラリー輸送パイプライン、尾鉱パイプ、クラッシャー、ミックスボックス、スクリーンおよび水力輸送ポンプから選択される、請求項５２に記載の方法。
【請求項５５】
前記コンポーネントが、延性、耐亀裂性、耐侵食性、疲労寿命、表面硬度、耐応力腐食性、耐疲労性および耐環境亀裂性の性質の１つ以上の改良を呈する、請求項２９に記載の方法。
【請求項５６】
前記コンポーネントの隣接セグメントと結合一体化させる融接、摩擦撹拌溶接、フラッシュバット溶接、ガスタングステンアーク溶接、ガスメタルアーク溶接、シールドメタルアーク溶接、サブマージアーク溶接、フラックスコアアーク溶接、電気抵抗溶接、レーザー溶接、プラズマ溶接、電子ビーム溶接およびこれらの組合せから選択される接合方法を利用して、２つ以上のコンポーネントの隣接セグメントを接合一体化させることをさらに含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項５７】
前記接合方法が、摩擦撹拌溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接、プラズマ溶接または電気抵抗溶接である、請求項５５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（分野）
本開示は、高マンガン（Ｍｎ）含有鋼（又はスチール）の分野に関する。より特定的には、油（又はオイル）、ガスおよび石油化学用途の上記マンガン含有鋼の適用（又は用途）に関する。
【背景技術】
【０００２】
（背景）
液化天然ガス（ＬＮＧ）コンテナー船などの極低温構造物は、特定の低温特性を備えた鋼を必要とする。鋼は、極低温（＜−１００℃）でさえも高レベルの安全性を有して延性および耐亀裂性を維持する必要がある。また、タンクの壁厚を低減させて低コストの構築を可能にすべく、高強度を有していなければならない。従来の炭素鋼は、極低温でその靭性の大部分を失い脆性になる。極低温で構造用途に一般に使用される鋼は、Ｆｅ−９ｗｔ％Ｎｉ鋼、オーステナイト系ステンレス鋼（たとえば、Ｆｅ−１８ｗｔ％Ｃｒ−８ｗｔ％Ｎｉの３０４ＳＳ）、インバー合金（Ｆｅ−３６ｗｔ％Ｎｉ）、アルミニウム合金などの合金鋼である。
【０００３】
アルミニウム合金は、その比強度および延性が高いので、種々の極低温用途で使用される。しかしながら、ほとんどのアルミニウム合金は、合金鋼の強度と比較して低強度であり、溶接が比較的困難である。オーステナイト系ステンレス鋼（たとえば、３０４ＳＳ）およびインバー合金は、比較的強度が低く高コストである。ニッケル合金化高強度鋼（５％Ｎｉおよび９％Ｎｉ）は、高い極低温強度および靭性を兼備しており、したがって、９％Ｎｉ鋼は、多くの場合、最も要求の厳しい低温用途に好適である。しかしながら、Ｎｉ含有率が高いため、これらの合金は高価である。
【０００４】
液化天然ガスは、通常、特別に装備された船により輸送され、ＬＮＧ基地に貯蔵される。従来のＬＮＧ運搬船には、２つの基本型がある。第１の型（モス型）は、ＬＮＧを収容するためにアルミニウム製の厚肉自己支持性球形タンクを使用する。第２の型（メンブレン型）は、ＬＮＧを収容するために船殻により支持されたインバー合金またはコルゲート状オーステナイト系ステンレス鋼の薄いメンブレン（間に合板および絶縁材を有する）を使用する。メンブレン型ＬＮＧタンクでは、メンブレン鋼は、液密性にするために融接技術により接合される。この分野で利用される典型的な接合技術は、ＧＴＡＷ（ガスタングステンアーク溶接）、ＧＭＡＷ（ガスメタルアーク溶接）、ＳＭＡＷ（被覆アーク溶接）、およびＳＡＷ（サブマージアーク溶接）である。
【０００５】
極低温鋼の溶接技術に関して広範な研究がなされてきたとはいえ、依然として、極低温鋼溶接物で溶接特性要件を費用効果的に満たすことは困難である。たとえば、９％Ｎｉ鋼の場合、溶接物を類似の組成の溶加ワイヤーを用いて製作すると、溶接したままの状態（熱処理を施さない）で安定な極低温靭性を達成することは、困難でありうる。このため、典型的には、９％Ｎｉ鋼を接合するためにＮｉ系合金組成の溶接ワイヤーが使用される。しかしながら、Ｎｉ系合金溶接ワイヤーを用いた溶接物は、９％Ｎｉ鋼のものよりも低い降伏強度を示すので、９％Ｎｉ鋼の全強度を利用するうえで制限が課される。さらに、Ｎｉ系溶接ワイヤーを用いた溶接物は、熱膨張係数に差があるため、高温亀裂（溶接時）および疲労損傷を生じやすくなりうる。それに加えて、高ニッケル含有率であるので、溶接材料のコストが増加する。
【０００６】
アルバータ州北東部のカナダオイルサンド資源では、多量のオイルサンドが表土でほとんど覆われておらず、露天採掘が最も効率的な抽出方法になっている。このサンドは、多くの場合、ショベルで採掘され、顆粒状材料のオイルサンドが水性スラリーとして輸送される水力輸送パイプラインにより処理プラントに移送される。ビチューメン抽出後、尾鉱は、パイプラインにより処理施設から固体と水との分離が行われる場所に輸送される。大量のスラリー混合物の水力輸送は、従来の金属パイプラインでは有意な金属損失を引き起こし、その結果、交換サイクルが短くなり、かなりのコストになる。
【０００７】
スラリー水力輸送用の現在のパイプ構造物は、典型的には、低炭素パイプライングレード鋼（たとえば、ＡＰＩ  ５Ｌ  Ｘ７０）で作製される。スラリー流中の高速移動固体は、パイプ内壁のかなりの金属損失を引き起こしうることが観測されてきた。水性の曝気されたスラリー流は、腐食環境を提供することによりパイプ侵食の加速を引き起こす。重力の影響下では、スラリー中の微粒子状物質は、パイプの底部内側半分に沿って損傷を引き起こす。したがって、いくつかの採掘業者では、寿命を最大化するためにパイプラインを定期的に回転させることが慣例になっている。それにもかかわらず、パイプ侵食は、依然として深刻な問題であり、より経済的な操業を提供すべく代替的なパイプ構造物または材料が探求されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上の問題を踏まえて、延性、耐亀裂性、強度および耐侵食性、ならびに低温での上記の性質を改良するために、油（又はオイル）、ガスおよび石油化学の工業（又は産業）では、コンポーネント（又は構成要素、構成部品もしくは構成物）および構造物の鋼（又はスチール）の組成の改良の必要性が存在する。また、低温で高強度および靭性の両方を呈する低コストの鋼の必要性も存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（要旨）
本開示によれば、油（又はオイル）、ガスおよび／または石油化学の用途（又は適用）に有利な高マンガン含有鉄系コンポーネントは、５〜４０ｗｔ％（又は重量％）のマンガンと、０．０１〜３．０ｗｔ％（又は重量％）の炭素と、その残部（又は残余もしくはバランス）の鉄とを含む。
【００１０】
本開示のさらなる態様は、油（又はオイル）、ガスおよび／または石油化学の用途（又は適用）における高マンガン含有鉄系コンポーネントの有利な使用方法に関し、５〜４０ｗｔ％（又は重量％）のマンガンと、０．０１〜３．０ｗｔ％（又は重量％）の炭素と、その残部の鉄とを含むコンポーネントを提供すること、および上記コンポーネントを油、ガスおよび／または石油化学の用途（又は適用）において利用することを含む。
【００１１】
この開示の高マンガン含有鉄系コンポーネントの上記および他の特徴および特性、ならびに油、ガスおよび石油化学の工業でのその用途（又は適用）は、特に本明細書に添付された図面と組み合わせて読めば、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１２】
関連技術分野の当業者が本明細書の主題を作製および使用するのを支援すべく、添付の図面を参照されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、合金の化学性および温度の関数として高Ｍｎ鋼の相安定性および変形機構の例示的概略図を示している。
【図２】図２は、高Ｍｎ鋼を用いた摩擦撹拌溶接プロセスの他の選択肢の例示的概略図を示している。
【図３】図３は、摩擦撹拌溶接時の周囲温度および高温での高Ｍｎ鋼の流動強度を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
定義
ＣＲＡ：耐食性合金。腐食問題を呈すると思われる完成コンポーネントに使用される特別配合材料。耐食性合金は、広範にわたる腐食条件に合わせて配合してもよい。
【００１５】
延性：破壊前に認知しうる塑性変形を受ける材料の能力の尺度であり、伸びパーセント（％ＥＬ）または面積減少パーセント（％ＡＲ）として表しうる。
【００１６】
耐侵食性：材料の表面に衝突する移動固体微粒子に暴露されたときの侵食に対する材料固有の耐性。
【００１７】
靭性：破壊発生に対する耐性。
【００１８】
疲労：繰返し荷重下での破壊に対する耐性。
【００１９】
フレッティング疲労：フレッティングは、小さい繰返し相対接線運動を行う表面間の接触を含む。耐フレッティング疲労性は、ノッチ付き金属部品または穴付き金属部品での破壊に対する耐性である。
【００２０】
降伏強度：変形することなく荷重に耐える能力。
【００２１】
ＦＳ：摩擦撹拌。
【００２２】
ＦＳＷ：摩擦撹拌溶接。
【００２３】
摩擦撹拌溶接：２つの工作物間に溶接ジョイントを形成するための固体状態の接合プロセスであり、ここで、金属工作物を接合するための熱は、工作物間にツールの回転ピンを押し込むことにより発生させる。
【００２４】
ＦＳＰ：摩擦撹拌処理。
【００２５】
摩擦撹拌処理：構造物中にピンを部分的に押し込んで表面にＦＳＷツールを押圧することにより、構造物の表面を処理および調整する方法。
【００２６】
溶接ジョイント：溶融されたまたは熱機械的変化を受けた金属と、溶融金属を越えたその「近傍」のベース金属と、を含む溶接ジョイント。溶融金属の「近傍」の範囲内にあるとみなされるベース金属の部分は、溶接技術分野の当業者に公知の因子に依存してさまざまである。
【００２７】
溶接物：溶接により接合された構成コンポーネントのアセンブリー。
【００２８】
溶接性：特定の金属または合金の溶接実行可能性。化学性、表面仕上げ、熱処理傾向などを含めて、いくつかの因子が、溶接性に影響する。
【００２９】
炭素当量：鋼の溶接性を定義するために使用され、式ＣＥ＝Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋（Ｎｉ＋Ｃｕ）／１５により表されるパラメーター。ただし、単位はすべて、重量パーセントである。
【００３０】
水素割れ：溶接後に溶接部に生じる亀裂。
【００３１】
ＴＭＡＺ：熱機械的影響部。
【００３２】
熱機械的影響部：温度サイクルおよび塑性変形の両方を受けたジョイントの領域。
【００３３】
ＴＭＡＺ−ＨＺ：溶接物中の最硬質領域。
【００３４】
ＬＮＧ：液化天然ガス。大気圧および低温の下で液化されたガス、主にメタン。
【００３５】
ＣＮＧ：圧縮天然ガス。高圧縮された（ただし、液化には至らない）高圧表面容器内の天然ガス。
【００３６】
ＰＬＮＧ：加圧液化天然ガス。中圧および低温（ＬＮＧよりも高温）の下で液化されたガス、主にメタン。
【００３７】
ＳＣＲ：鋼カテナリーライザー（又はスチールカテナリーライザー）。プラットフォームから単一カテナリー状に懸架されて海底上に水平に接続された深海鋼ライザー。
【００３８】
ＴＴＲ：トップテンションライザー。海洋ライザーパイプに対して一様な圧力を維持するように張力を受けて配置された沖合石油リグのライザー。
【００３９】
インバー：低い熱膨張係数を有するように特別に設計された鉄とニッケルとの合金。
【００４０】
デュープレックス：２つの相、特にオーステナイト相およびフェライト相で構成された鋼。
【００４１】
ツリー：坑井からの油およびガスの流動を制御するために使用されるバルブとパイプと取付け具とのアセンブリー。
【００４２】
ＢＯＰ：噴出防止装置。掘削、仕上げ、および改修作業時にケーシングとドリルパイプまたはチューブとの間の環状空間内の圧力を制御する坑口に設置された装置。
【００４３】
ＯＣＴＧ：油井管。ケーシング、チューブ、プレーンエンドケーシングライナー、パップジョイント、カプラー、コネクター、およびプレーンエンドドリルパイプに適用される用語。
【００４４】
半潜水型構造物：操業時に安定性を付与すべく沈められたフロートまたはポンツーンを備えた移動式掘削プラットフォーム。３６０メートル以上までのより深い水深で使用される。アンカーまたは動的位置決めにより所定の位置に保持される。
【００４５】
ジャッキアップリグ：深さ１００メートル未満の浅い水深で使用されるリトラクタブルレグを備えた移動式掘削プラットフォーム。
【００４６】
ＴＬＰ：テンションレグプラットフォーム。海底に係留された幾つかの張力保持ケーブルにより所定の位置に保持された移動式沖合構造物。ケーブルは、波浪を弱めてプラットフォームを静止状態に保持する。
【００４７】
ＤＤＣＶ：深喫水ケーソン船。掘削、トップテンションライザー、およびドライコンプリーションに適合し、深い水深に特に良好に適合する深喫水面貫通円筒型フローター。
【００４８】
コンプライアントタワー：掘削および生産作業のための従来のデッキを支持する細形可撓性タワーおよび杭基礎。有意な横方向の撓みおよび力に耐えるように設計され、典型的には１，５００〜３，０００フィート（４５０〜９００ｍ）の範囲内の水深で使用される。
【００４９】
ＦＰＳＯ：浮体式生産貯蔵積出船。油およびガスの処理ならびに積替え前の油の一時的貯蔵のために利用される改装またはカスタム製造の船形フローター。
【００５０】
ＦＳＯ：浮体式貯蔵積出船。岸までパイプラインを敷設することができないまたは効率的でない場合に一般に使用される通常は油用の浮体式貯蔵装置。生産プラットフォームは、タンカーが到着し、ＦＳＯに接続されて積出されるまで、油をＦＳＯに移してそこに貯蔵するであろう。
【００５１】
テンドン：構造物の各コーナーに取り付けられて浮体式プラットフォームを永久的に係留する管状テザー。
【００５２】
アンビリカル：プラットフォームまたは船から海中の構造物またはＲＯＶを制御するために使用される、電気ケーブルまたは光ファイバーをも含みうる液圧ホースのアセンブリー。
【００５３】
重頭船：岸に近い施設におよび施設から乗客および供給品を運搬するための支援／補給船。
【００５４】
坑底アセンブリー（ＢＨＡ）：スタビライザー、可変ゲージスタビライザー、バックリーマー、ドリルカラー、フレックスドリルカラー、ロータリーステアラブルツール、ローラーリーマー、ショックサブ、マッドモーター、掘削同時検層（ＬＷＤ）ツール、掘削同時計測（ＭＷＤ）ツール、コアリングツール、アンダーリーマー、ホールオープナー、セントラライザー、タービン、ベントハウジング、ベントモーター、掘削ジャー、加速ジャー、クロスオーバーサブ、バンパージャー、トルク低減ツール、フロートサブ、フィッシングツール、フィッシングジャー、ウォッシュオーバーパイプ、検層ツール、調査ツールサブ、これらの装置のいずれかの非磁気対応物、およびそれらの組合せ、ならびにそれらの関連外部接続部を含む１つ以上の装置を含むが、これらに限定されるものではない。
【００５５】
ケーシング：坑の圧潰を防止するために、およびより高い流体密度を有してかつケーシングされた地層中への流体流動を伴うことなく、ケーシングストリングの底部より下まで掘削を継続できるように、坑内に設置されたパイプ。典型的には、徐々に直径が短くなる坑内に複数のケーシングストリングが設置される。
【００５６】
ダウンホールツール：坑内でいくつかの機能を発揮するために、坑井内に取出し可能に導入されることが多いまたは坑井内に固定されることもある装置。いくつかのダウンホールツールは、掘削同時計測（ＭＷＤ）装置などのようにドリルステムを用いて動作させうるが、他のダウンホールツールは、地層検層ツールや穿孔ガンなどのようにワイヤーラインを用いて動作させうる。いくつかのツールは、ワイヤーラインまたはパイプのいずれかを用いて動作させうる。パッカーは、パイプまたはワイヤーラインを用いて作動させて流動を遮断すべく坑内に設置されうるダウンホールツールであり、取出し可能または固定可能である。当業界で一般に使用される多くのダウンホールツール装置が存在する。
【００５７】
ドリルカラー：ビット近傍の坑底アセンブリー中の厚肉パイプ。ドリルカラーの剛性は、ビットで直線状に掘削するのに役立ち、カラーの重量は、ビットに荷重して前方に掘削するように使用される。
【００５８】
ドリルステム：表面から坑底までの掘削アセンブリーを構成する、ケリー（存在する場合）とドリルパイプとドリルカラーとで構成された管状パイプの全長。ドリルステムは、ドリルビットを含まない。掘削同時ケーシング作業の特別な場合、地球地層中に掘削するために使用されるケーシングストリングは、ドリルステムの一部とみなれるであろう。
【００５９】
ドリルステムアセンブリー：ドリルストリングと坑底アセンブリーとの組合せまたはコイル状チューブと坑底アセンブリーとの組合せ。ドリルステムアセンブリーは、ドリルビットを含まない。
【００６０】
ドリルストリング：ツールジョイントが取り付けられたドリルパイプ、ツールジョイントを含めてドリルストリングと坑底アセンブリーとの間のトランジションパイプ、ツールジョイントと流体および上端のドライブまたはケリーからの回転力をドリルカラーおよびビットに伝達するウェアパッドとを含む重量ドリルパイプのカラムまたはストリング。本文書ではないが、いくつかの参照文献では、「ドリルストリング」という用語は、ドリルパイプと坑底アセンブリーのドリルカラーとの両方を含む。
【００６１】
（詳細な説明）
本明細書の詳細な説明および特許請求の範囲に含まれる数値はすべて、「約」または「およそ」の付いた指定値により変更が加えられ、当業者により予想されると思われる実験誤差および変動を考慮に入れる。
【００６２】
本開示は、高マンガン含有鉄コンポーネントと、作業の信頼性および生産性を改良するための、油およびガスの探索、生産、輸送、および石油化学用途の鋼での上記高マンガン含有鉄コンポーネントの使用と、に関する。より特定的には、本出願人らは、油およびガスの探索、生産、輸送、および石油化学用途で、高マンガン含有鉄コンポーネントが、次の性質、すなわち、延性、耐亀裂性、耐侵食性、疲労寿命、表面硬度、耐応力腐食性、耐疲労性、および耐環境亀裂性のうちの１つ以上を改良することを見いだした。
【００６３】
コンポーネントの組成：
例示的な一実施形態では、油、ガス、および／または石油化学用途の高マンガン含有鉄系コンポーネントは、５〜４０ｗｔ％のマンガンと０．０１〜３．０ｗｔ％炭素と残部の鉄とを含むが、これに限定されるものではない。
【００６４】
コンポーネント中のマンガンレベルは、全コンポーネントの５〜４０、１０〜３０、１２〜２５、または１５〜２２ｗｔ％の範囲内でありうる。コンポーネント中の炭素レベルは、全コンポーネントの０．０１〜３．０、０．５〜２．０または０．８〜１．５ｗｔ％の範囲内でありうる。鉄は、コンポーネントの残部を構成する。
【００６５】
他の例示的な形態では、コンポーネントは、クロム、アルミニウム、ケイ素、ニッケル、コバルト、モリブデン、ニオブ、銅、チタン、バナジウム、窒素、ホウ素、およびそれらの組合せから選択される１種以上の合金元素（又は合金化元素）を含みうるが、これに限定されるものではない。下記の重量パーセントは、全コンポーネントの重量を基準にする。クロムは、０．５〜３０、５〜１５、または８〜１２ｗｔ％でコンポーネントに含まれうる。ニッケルは、０．５〜２０、５〜１５、または８〜１２ｗｔ％でコンポーネントに含まれうる。コバルトもまた、０．５〜２０、５〜１５、または８〜１２ｗｔ％でコンポーネントに含まれうる。アルミニウムは、０．２〜１５、０．５〜１０、１．０〜５、１．５〜３．５、または２〜３ｗｔ％でコンポーネントに含まれうる。モリブデンは、０．２〜１０、０．５〜５、１．０〜４、１．５〜３．５、または２〜３ｗｔ％でコンポーネントに含まれうる。ケイ素は、０．２〜１０、０．５〜５、１．０〜４、１．５〜３．５、または２〜３ｗｔ％でコンポーネントに含まれうる。同様に、ニオブ、銅、チタン、およびバナジウムは、それぞれ、０．２〜１０、０．５〜５、１．０〜４、１．５〜３．５、または２〜３ｗｔ％でコンポーネントに含まれうる。窒素は、０．０１〜３．０、０．５〜２．０、０．６〜１．６、０．８〜１．４、または１．０〜１．２ｗｔ％でコンポーネントに含まれうる。ホウ素は、０．００１〜０．１、０．００２〜０．０５、または０．００５〜０．０１ｗｔ％でコンポーネントに含まれうる。
【００６６】
油、ガスおよび／または石油化学用途の高マンガン含有鉄系コンポーネントは、ジルコニウム、ハフニウム、およびそれらの組合せから選択される他の合金元素をも含みうる。これらの他の合金元素のそれぞれは、コンポーネントの全重量を基準にして、０．２〜６、０．５〜５、１．０〜４、１．５〜３．５、または２〜３ｗｔ％の範囲内でコンポーネントに含まれうる。
【００６７】
高Ｍｎ鋼の機械的性質は、鋼の化学組成および処理温度により制御される歪み誘起変態の特性に強く依存する。従来の炭素鋼と異なり、高Ｍｎ鋼は、周囲温度で面心立方（ｆｃｃ）構造の準安定オーステナイト相を含む。歪みを加えることにより、歪み誘起変態を介して準安定オーステナイト相をいくつかの他の相に変態させることが可能である。特定的には、オーステナイト相は、鋼の化学性および温度に依存して、マイクロ双晶（マトリックスとアライメントしたｆｃｃ構造双晶）、ε−マルテンサイト（六方格子）、およびα’−マルテンサイト（体心正方格子）に変態することが可能であった。これらの変態生成物は、一連の特有の性質を高Ｍｎ鋼に付与することが可能であった。たとえば、微細マイクロ双晶は、一次粒子を効果的にセグメント化し、転位滑りの強い障害物として作用する。これにより、効果的な粒子微細化がもたらされ、その結果、高い極限強度および延性の優れた組合せが得られる。
【００６８】
化学組成および温度は、図１に示される歪み誘起相変態経路を制御する主要因子であることが知られている。高Ｍｎ鋼は、歪みおよび温度を加えることにより、オーステナイト相の安定性に依存して、４つのグループ、すなわち、十分に安定な（Ａ）、軽度に準安定な（Ｂ）、中度に準安定な（Ｃ）、および高度に準安定な（Ｄ）Ｍｎ鋼に分けることが可能である。これらの準安定性は、温度および歪みの両方の影響を受ける。これらの鋼は、より低い温度およびより高い歪みで、より準安定になる傾向があろう（すなわち、変態する傾向が強いであろう）。
【００６９】
図１は、合金の化学性および温度の関数としての高Ｍｎ鋼の相安定性および変形機構の例示的な図である。文字（Ａ、Ｂ、Ｃ、およびＤ）は、変形時の種々の変態方法を示す。この図では、鋼Ａは、滑りにより変形し（すべての金属および合金と同様）、一方、鋼Ｂ〜Ｄは、変形時に変態するであろう。
【００７０】
高Ｍｎ含有率（たとえば、≧２５ｗｔ％）の鋼Ａは、安定なオーステナイトを有し、機械的歪みを加えると主に転位滑りにより変形する。十分に安定化されたオーステナイト系構造の鋼は、極低温でより低い機械的強度を示すが靭性を維持し、低い透磁率を提供し、かつ水素脆化に対してかなり耐性がある。これらの鋼は、磁気浮上輸送システムおよび核融合研究で使用される超伝導技術のために開発されてきた。
【００７１】
鋼Ｂ（軽度に準安定）は、中マンガン含有率（たとえば、１５〜２５ｗｔ％Ｍｎ、約０．６ｗｔ％Ｃ）を用いて製造可能であり、この鋼は、変形時に双晶を形成する。転位滑りを伴う広範な変形双晶の形成（双晶誘起塑性（ＴＷＩＰ）として知られる現象）により、大きな塑性伸びが達成されうる。双晶形成は、双晶境界が粒界のような作用してマイクロ構造が効果的に微細化されるので、高い加工硬化度をもたらし、動的ホール・ペッチ効果により鋼を強化する。ＴＷＩＰ鋼は、きわめて高い引張り強度（＞１５０  ｋｓｉ）ときわめて高い一様伸び（＞９５％）とを兼備し、自動車用途にかなり魅力的なものとなる。
【００７２】
中度に準安定な鋼（鋼Ｃ）は、歪みを加えるとε−マルテンサイト（六方格子）に変態しうる。機械的歪みを加えると、この鋼は、転位滑りおよび／または機械的双晶形成を伴って、主にε−マルテンサイトの形成により変形するであろう。
【００７３】
高度に準安定な鋼（鋼Ｄ）は、変形させると高強度の体心立方相（α’−マルテンサイトとして参照される）に変態するであろう。この高強度の相は、外部からの硬質粒子の衝突から生じる侵食に対する耐性を提供するであろう。外部粒子の衝撃は、鋼の表面領域近傍の変形をもたらすので、この表面領域は、使用時に変態して侵食に対する耐性を提供するであろう。したがって、この鋼は、硬質表面層が損傷しても、使用の衝撃により改質されるという意味で、「自己回復」特性を有する。
【００７４】
したがって、高Ｍｎ鋼の化学性は、油およびガス用途に合わせて変形時のその変態を制御することにより、一連の性質（極低温靭性、高成形性、耐侵食性）を提供するように調整可能である。
【００７５】
高Ｍｎ鋼における合金化の他の概念
高Ｍｎ鋼中の合金元素は、オーステナイト相の安定性および歪み誘起変態経路を決定する。マンガンは、高Ｍｎ鋼中の主要合金元素であり、冷却時および変形時の両方でオーステナイト系構造を安定化させるうえで重要である。Ｆｅ−Ｍｎ二成分系では、Ｍｎ含有率の増大に伴って、歪み誘起相変態経路は、α’−マルテンサイトからε−マルテンサイト、次いで、マイクロ双晶形成まで変化する。
【００７６】
炭素は、効果的なオーステナイト安定化剤であり、炭素溶解性は、オーステナイト相で高い。したがって、炭素合金は、溶融体からの冷却時および塑性変形時、オーステナイト相を安定化させるために使用可能である。炭素はまた、固溶硬化によりマトリックスを強化する。本明細書に開示された油、ガス、および／または石油化学用途の高マンガン含有鉄系コンポーネントは、コンポーネントの全重量を基準にして３．０ｗｔ％までの炭素を含みうる。他の形態では、コンポーネント中の炭素は、全コンポーネントの０．０１〜３．０、０．５〜２．０、または０．８〜１．５ｗｔ％の範囲内でありうる。
【００７７】
アルミニウムは、フェライト安定化剤であるので、冷却時、オーステナイト相を不安定化する。しかしながら、高Ｍｎ鋼へのアルミニウムの添加は、変形時、歪み誘起相変態に対してオーステナイト相を安定化する。さらに、それは、固溶硬化によりオーステナイトを強化する。アルミニウムの添加はまた、その高度の不動態により、本明細書に開示される高マンガン含有鉄系コンポーネントの耐食性を増強する。本明細書に開示された油、ガス、および／または石油化学用途の高マンガン含有鉄系コンポーネントは、コンポーネントの全重量を基準にして１５．０ｗｔ％までのアルミニウムを含みうる。他の形態では、コンポーネント中のアルミニウムは、全コンポーネントの０．２〜１５、０．５〜１０、１．０〜５、１．５〜３．５、または２〜３ｗｔ％の範囲内でありうる。
【００７８】
ケイ素は、フェライト安定化剤であり、周囲温度で変形させるとα’−マルテンサイト変態を持続すると同時にε−マルテンサイト形成を促進する。固溶強化により、Ｓｉの添加は、Ｓｉの１ｗｔ％添加あたりの約５０ＭＰａだけオーステナイト相を強化する。本明細書に開示された油、ガス、および／または石油化学用途の高マンガン含有鉄系コンポーネントは、コンポーネントの全重量を基準にして１０．０ｗｔ％までのケイ素を含みうる。他の形態では、コンポーネント中のケイ素は、全コンポーネントの０．２〜１０、０．５〜５、１．０〜４、１．５〜３．５、または２〜３ｗｔ％の範囲内でありうる。
【００７９】
高Ｍｎ鋼合金へのクロム添加は、冷却時、フェライト相の形成を増強し、耐食性を増加させる。さらに、Ｆｅ−Ｍｎ合金系へのＣｒの添加は、熱膨張係数を低減させる。本明細書に開示された油、ガス、および／または石油化学用途の高マンガン含有鉄系コンポーネントは、コンポーネントの全重量を基準にして３０ｗｔ％までのクロムを含みうる。他の形態では、コンポーネント中のクロムは、全コンポーネントの０．５〜３０、５〜１５、または８〜１２ｗｔ％の範囲内でありうる。
【００８０】
歪み誘起相変態に及ぼすこれらの合金元素効果についての理解に基づいて、特定の用途に好適な鋼の化学性を設計することが可能である。高Ｍｎ鋼の設計基準の１つは、臨界マルテンサイト変態温度、すなわち、ＭｓおよびＭεｓでありうる。Ｍｓは、オーステナイトからα’−マルテンサイトへの変態が起こる上限の臨界温度であり、Ｍεｓは、オーステナイトからε−マルテンサイトへの変態が起こる上限の臨界温度である。
【００８１】
ＭｓおよびＭεｓに及ぼす合金元素の効果は、次のように表すことが可能である。
【００８２】
Ｍｓ（Ｋ）＝Ａ３−４１０−２００（Ｃ＋１．４Ｎ）−１８Ｎｉ−２２Ｍｎ−７Ｃｒ−４５Ｓｉ−５６Ｍｏ（重量パーセント単位の合金元素）
【００８３】
Ｍεｓ（Ｋ）＝６７０−７１０（Ｃ＋１．４Ｎ）−１９Ｎｉ−１２Ｍｎ−８Ｃｒ＋１３Ｓｉ−２Ｍｏ−２３Ａｌ（重量パーセント単位の合金元素）
【００８４】
式中、Ａ３は、すべてのフェライト相（α’−およびε−マルテンサイト相を含む）がオーステナイトに変態する下限の臨界温度である。
【００８５】
ＭｓがＭεｓよりもかなり高い場合、オーステナイトからα’−マルテンサイトへの変態のみが起こる。ＭεｓがＭｓよりもかなり高い場合、オーステナイトからε−マルテンサイトへの変態のみが起こる。ＭｓとＭεｓが互いに近い場合、α’−マルテンサイトおよびε−マルテンサイト相変態の両方が起こる。
【００８６】
油（又はオイル）、ガスおよび石油化学工業での用途：
本明細書に開示された高マンガン含有鉄系コンポーネントは、油、ガス、および／または石油化学工業で多数の例示的な適用を見いだしうるが、これらに限定されるものではない。一実施形態では、油、ガス、および／または石油化学用途の高マンガン含有鉄系コンポーネントの使用方法は、５〜４０ｗｔ％のマンガンと０．０１〜３．０ｗｔ％の炭素と残部の鉄とを含むコンポーネントを提供することと、油、ガス、および／または石油化学用途でこのコンポーネントを利用することと、を含む。油、ガス、および石油化学工業での高Ｍｎ鋼の潜在的用途は、ＬＮＧ列車、ＬＮＧ運搬船、ＬＮＧ積出ラインおよび貯蔵船などの極低温用途、サワー使用のための耐食性チューブ／パイプ／フローライン／ライザー、およびオイルサンド採掘／抽出作業での耐侵食・腐蝕性のスラリー輸送パイプライン、クラッシャー、ミックスボックス、水力輸送ポンプを含む。
【００８７】
高Ｍｎ鋼は、高Ｎｉ合金化が理由でより高価である従来の極低温鋼（たとえば、９％Ｎｉ鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、およびインバー合金）を代替できる可能性を有する。高Ｍｎ鋼の例示的な用途は、ＬＮＧ液化／ガス化パイプおよび装置、ＬＮＧローディングアーム、ＬＮＧローディング／アンローディングライン、ＬＮＧ蒸気帰還ライン、ＬＮＧ運搬船用メンブレン、ＬＮＧ貯蔵船、ＬＮＧ極低温バルブ／ベロー、海中極低温パイプライン、ライザー、およびフローラインを含むが、これらに限定されるものではない。
【００８８】
比較的低い合金含有率（たとえば、≦１５ｗｔ％Ｍｎ、約１．５ｗｔ％Ｃ）では、高度に準安定なオーステナイト相を生成する。高度に準安定なオーステナイト相は、多くの場合、歪みを加えると硬質α’−マルテンサイトに変態する。これは、不可逆変態である。この鋼の表面が摩耗すると、高度に準安定なオーステナイト相の表面層は、α’マルテンサイト相に変態可能である。この摩擦誘導相変態は、靭性非変態オーステナイトよりなる内部を覆うマルテンサイトで構成される薄い硬質表面層の形成をもたらす。この特有の組合せにより、高Ｍｎ鋼は、耐摩耗／侵食性および耐衝撃性用途（たとえば、スラリー輸送パイプ、尾鉱パイプ、ミックスボックス、クラッシャー、および他のオイルサンド採掘／ビチューメン抽出装置）に好適なものとなる。
【００８９】
油、ガスおよび／または石油化学用途の高マンガン含有鉄系コンポーネントは、高強度パイプライン、鋼カテナリーライザー（又はスチールカテナリーライザー）、トップテンションライザー、ネジ付きコンポーネント（又はスレデッドコンポーネント）、液化天然ガスコンテナー、加圧液化天然ガスコンテナー、深海油ドリルストリング、ライザー／ケーシングジョイント、および坑口装置に用途を見いだしうる。より特定的には、本明細書に開示されたコンポーネントは、天然ガスの液化、輸送、および貯蔵型の構造物およびコンポーネントで使用されうる。たとえば、天然ガスの液化、輸送、および貯蔵型の構造物およびコンポーネントは、パイプライン、フローライン、ギャザリングライン、トランスミッションライン、輸送船、搬送コンポーネント、貯蔵タンク、およびエキスパンションループから選択されるが、これらに限定されるものではない。天然ガスは、ＬＮＧ、ＣＮＧ、またはＰＬＮＧの形態である。
【００９０】
油、ガス、および／または石油化学用途の高マンガン含有鉄系コンポーネントはまた、油井およびガス井の仕上げおよび生産（又はプロダクション）の構造物およびコンポーネントに用途を見いだしうる。例示的な油井およびガス井の仕上げおよび生産の構造物およびコンポーネントは、フローコネクションへのキャスト構造物（ｃａｓｔ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ  ｔｏ  ｆｌｏｗ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ）、海中コンポーネント、ケーシング／チューブ、仕上げおよび生産のコンポーネント、ダウンホール管状製品、オイルパイプライン、油貯蔵タンク、沖合生産（又はオフショアプロダクション）の構造物／コンポーネント、トップサイド、デッキ上部構造物（又はデッキスーパーストラクチャ）、掘削リグ、居住区域、ヘリデッキ、アンビリカル、給仕船および補給船、およびフレアタワーから選択されるが、これらに限定されるものではない。例示的な沖合生産の構造物／コンポーネントは、ジャケットプラットフォーム、移動沖合掘削装置、ケーシング、テンドン、ライザー、海中施設、半潜水型構造物、ジャッキアップリグ、ＴＬＰ、ＤＤＣＶ、コンプライアントタワー、ＦＰＳＯ、ＦＳＯ、船、およびタンカーから選択されるが、これらに限定されるものではない。例示的な海中コンポーネントは、デュープレックス、マニホールドシステム、ツリー、およびＢＯＰを含む。
【００９１】
油、ガスおよび／または石油化学用途の高マンガン含有鉄系コンポーネントはまた、坑底アセンブリーに接続されるドリルストリングまたは坑底アセンブリー接続されるコイル状チューブを含む地下回転掘削装置に用途を見いだしうる。坑底アセンブリーは、スタビライザー、可変ゲージスタビライザー、バックリーマー、ドリルカラー、フレックスドリルカラー、ロータリーステアラブルツール、ローラーリーマー、ショックサブ、マッドモーター、掘削同時検層（ＬＷＤ）ツール、掘削同時計測（ＭＷＤ）ツール、コアリングツール、アンダーリーマー、ホールオープナー、セントラライザー、タービン、ベントハウジング、ベントモーター、掘削ジャー、アクセラレータージャー、クロスオーバーサブ、バンパージャー、トルク低減サブ、フロートサブ、フィッシングツール、フィッシングジャー、ウォッシュオーバーパイプ、検層ツール、調査ツールサブ、これらのコンポーネントの非磁気対応物、これらのコンポーネントの関連外部接続部、ならびにそれらの組合せから選択される１つ以上のコンポーネントを含む。
【００９２】
油、ガス、および／または石油化学用途の高マンガン含有鉄系コンポーネントはまた、油およびガス精製所ならびに化学プラントの構造物およびコンポーネントに用途を見いだしうる。例示的な油およびガス精製所ならびに化学プラントの構造物およびコンポーネントは、鋳鉄コンポーネント、熱交換器チューブ、低温および高温処理ならびに圧力槽、押出し機バレル、ギヤー、押出し機ダイ、ベアリング、コンプレッサー、ポンプ、パイプ、チューブ、成形ダイ、トランスファーラインおよびプロセスパイプ、サイクロン、スライドバルブのゲートおよびガイド、供給ノズル、曝気ノズル、サーモウェル、バルブボディー、内部ライザー（又はインターナルライザー）、偏向シールド（又はディフレクションシールド）、流体接触変換装置（又は流動接触コンバージョンユニット）、流動コーカーおよびＦＬＥＸＩＣＯＫＩＮＧ装置、反応槽、ならびにそれらの組合せを含むが、これらに限定されるものではない。例示な低温および高温処理ならびに圧力槽は、スチームクラッカーチューブおよび蒸気改質チューブを含むが、これらに限定されるものではない。
【００９３】
油、ガスおよび／または石油化学用途の高マンガン含有鉄系コンポーネントはまた、オイルサンド採掘構造物および装置、石炭採掘構造物および装置、ならびに石炭ガス化構造物および装置に用途を見いだしうる。より特定的には、例示的なオイルサンド採掘構造物および装置は、掘削装置（又はエクスカベーション）、エキスカベーター／ローダー用のショベル歯、スラリー輸送パイプライン、尾鉱パイプ、クラッシャー、ミックスボックス、スクリーン、および水力輸送ポンプを含むが、これらに限定されるものではない。
【００９４】
高Ｍｎ鋼の接合：
高Ｍｎ鋼の接合は、すべての従来の接合方法（融合溶接、抵抗溶接など）および最新の接合方法（レーザー溶接、電子ビーム溶接、摩擦撹拌溶接など）を用いて行うことが可能である。しかしながら、高Ｍｎ鋼の好ましい接合方法は、固体状態の溶接方法、たとえば、抵抗溶接、摩擦撹拌溶接など、または溶接金属の使用を必要としない方法などであろう。この理由は、高Ｍｎ鋼の相安定性が化学性に非常に敏感であることにある。したがって、溶接金属を用いた方法はいずれも、溶接希釈により溶接金属の相不安定性を引き起こしうる。溶接金属を必要としない固体状態の接合方法は、こうした厄介な問題を有しておらず、したがって、高Ｍｎ鋼を接合する好ましい方法であろう。多くの場合、それは、さらに高Ｍｎ鋼の使用を可能にしうる。
【００９５】
一形態では、油、ガス、および／または石油化学用途の高マンガン含有鉄系コンポーネントの使用方法は、１０〜４０ｗｔ％のマンガンと０．２〜２．０ｗｔ％炭素と残部の鉄とを含むコンポーネントを提供することと、油、ガス、および／または石油化学用途でこのコンポーネントを利用することと、を含み、この方法はさらに、２つ以上のコンポーネントの隣接セグメントを接合一体化させること含む、融接から選択される接合方法の利用、摩擦撹拌溶接、フラッシュバット溶接、この方法はさらに、コンポーネントの隣接セグメントを結合一体化させる融接、摩擦撹拌溶接、フラッシュバット溶接、ガスタングステンアーク溶接、ガスメタルアーク溶接、被覆アーク溶接、サブマージアーク溶接、フラックスコアアーク溶接、電気抵抗溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接、およびそれらの組合せから選択される接合方法を利用して、２つ以上のコンポーネントの隣接セグメントを接合一体化させることを含む。他の形態では、溶接金属を利用しない接合方法は、好ましいこともあり、摩擦撹拌溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接、プラズマ溶接、または電気抵抗溶接から選択される接合方法を含む。
【００９６】
本開示の高Ｍｎ鋼の接合は、従来の溶接技術、を利用して行われうる。たとえば、フラッシュバット溶接、電気抵抗溶接、または通常のアーク溶接プロセス、たとえば、被覆アーク溶接、ガスメタルアーク溶接、ガスタングステンアーク溶接、フラックスコアアーク溶接、サブマージアーク溶接のいずれか。さらに、溶接は、溶加ワイヤーを用いてまたは用いずに行われうる。高Ｍｎ鋼の融接は、高温割れ感受性のため、低熱入力で行わなければならない。３００℃〜８００℃の範囲内の温度に高Ｍｎ鋼を長時間暴露すると、粒界での炭化物析出に起因して、熱影響部が脆化を引き起こすこともある。
【００９７】
Ｆｅ−Ｎｉ材料を用いたアーク溶接：
高Ｍｎ鋼の接合に特に好適な溶接技術の１つは、Ｆｅ−Ｎｉ材料を用いたアーク溶接技術である。Ｆｅ−Ｎｉ材料は、ＵＲＣ  ＰＭ  ＯＡＰ  ＰＭ  ２００９．１２０に記載のクラスの溶加材料である。この材料は、ＧＴＡＷ、ＧＭＡＷ、ＳＡＷなどの溶接プロセスを用いて適用可能である。この技術を用いて作製される溶接部は、高Ｍｎ鋼の良好な低温靭性に適合可能であると同時に、適合強度（またはＦｅ−Ｎｉ溶接材料の合金化に依存してより高い強度）をも達成可能である。
【００９８】
この溶接技術の有用な用途の１つは、オイルサンドスラリーパイプラインで使用するための高強度溶接部を生成することである。Ｆｅ−Ｎｉ溶接は、ベース材料の耐摩耗性に適合させるのに有用な非常に高い強度（約１６０ｋｓｉまで）を生成可能である。
【００９９】
ベース金属の高Ｍｎ含有率を補償するために、Ｆｅ−Ｎｉ溶接材料は、溶接希釈からのＭｎを収容するように配合することが望ましい。Ｆｅ−Ｎｉ溶接部は、典型的には約０．３％〜０．７５％のＭｎを含有するので、溶接希釈に依存して、溶加ワイヤーは、この範囲内のＭｎの最終溶接組成を可能にすべくＭｎの低減が可能であった。
【０１００】
摩擦撹拌溶接：
固体状態の接合技術、たとえば、限定されるものではないが、摩擦撹拌溶接（ＦＳＷ）および摩擦溶接を利用して、本開示で開示された鋼組成のジョイントを作製することが可能である。
【０１０１】
摩擦撹拌溶接（ＦＳＷ）は、回転ツールを用いて摩擦による熱発生および可塑化により２つの異なる工作物を溶接一体化させる固体状態の接合技術である。非消耗回転ツールを溶接される材料に押し込み、次いで、図２に示されるように、センターピンまたはプローブ、続いてショルダーを接合される２つの部分と接触させる。
【０１０２】
ツールの回転により、工作物材料は、加熱されて工作物材料の融点に達することなく塑性状態に軟化する。ツールがジョイントラインに沿って移動すると、材料は、ツールの前方から後方にこの可塑化円環の周りで掃引され、境界を除去する。
【０１０３】
ＦＳＷの固体状態の性質は、液相からの固化に伴ういかなる問題も回避されるので、従来の融接方法よりも優れたいくつかの利点をもたらす。ＦＳＷは、多孔性、固化亀裂、液化亀裂などの融接に伴う欠点を軽減することが可能である。ＦＳＷジョイントの熱影響部は、融接部の粗粒熱影響部よりも低いピーク温度に暴露されるので、より高い級靭性を有する。
【０１０４】
ＦＳＷでは、高Ｍｎ鋼のオーステナイト相安定性の温度依存性を利用することが可能である。図３は、摩擦撹拌溶接時の温度および歪みの変動域を示している。黒の実線は、温度変動を示し、一方、赤色の実線は、ＦＳＷ時の塑性歪み変動を示す。水平な点線は、オーステナイト相が所与の鋼の化学性で十分に安定になる（すなわち、歪み誘起相変態が不在である）下限の温度を示す。準安定なオーステナイト相から十分に安定なオーステナイト相への転移温度は、鋼の化学性、粒子サイズ、および冷却速度に依存する。
【０１０５】
ＦＳＷの過程で、ジョイント領域の鋼部は、３つの一般的な熱機械的段階、すなわち、加熱段階、加熱＋塑性変形段階、および冷却段階を経る。加熱段階では、温度は、ツールのすぐ前方の可塑化領域からの熱伝導に起因して、ツール到着まで上昇する。水平な点線を超えて温度が上昇すると、オーステナイト相の十分な安定化が得られる。第２の段階では、ツールが到着した時、鋼中の十分に安定化されたオーステナイト相は、低流動応力で可塑変形するので、従来のフェライト系鋼で形成されるよりもかなり低い温度でＦＳＷジョイントの作製が容易に行える。第３の段階では、鋼は、室温への冷却を受ける。温度が水平な点線（十分に安定なオーステナイトから準安定なオーステナイトへの転移温度）よりも低下すると、オーステナイト相は、準安定になり、鋼は、歪み誘起相変態を受けやすくなる。得られるＦＳＷジョイントは、高Ｍｎ鋼の利点（たとえば、高い流動強度および加工硬化、極低温靭性）を十分に発揮するであろう。
【０１０６】
出願人は、合理的に予見しうる開示された主題のすべての実施形態および用途を開示するように試みた。しかしながら、均等物として残存する予見しえない実質的でない変更が存在しうる。本発明をその特定の例示的実施形態と組み合わせて説明してきたが、以上の説明に照らして、本開示の趣旨または範囲から逸脱することなく、多くの変形形態、変更形態、および変化形態が当業者には自明であろうことは、明らかである。したがって、本開示は、以上の詳細な説明のすべてのそのような変形形態、変更形態、および変化形態を包含するものとみなされる。
【０１０７】
本明細書で引用された特許、試験手順、および他の文献はすべて、優先権文献を含めて、そのような開示が本発明と矛盾しない程度に、組込みが許されるすべての法域に対して、参照により完全に組み込まれる。
【０１０８】
数値の下限および数値の上限が本明細書に列挙された場合、任意の下限から任意の上限までの範囲が対象になるとみなされる。
【図３】
2014507560.tif 000003
【図１】
2014507560.tif 000004
【図２】
2014507560.tif 000005
【国際調査報告】
2014507560.tif 000006
2014507560.tif 000007