(57)【要約】【課題】拡管性に優れた油井用鋼管を提供する。【解決手段】降伏強さ：350MPa以上、ｎ値：0.08以上を有し、かつｎ値と均一伸びu-Elとが、ｎ＞0.007×（25−u-El）（ここで、ｎ：ｎ値、u-El：均一伸び（％））を満足する鋼管とする。これにより、優れた拡管性を確保できる。この鋼管は、質量％で、Ｃ：0.35％以下、Si：1.5％以下、Mn：0.10〜3.50％を含み、Ｐ、Ｓ、Alを適正量含有し、あるいはさらにCr,Cuの群、Niの群、Mo,Ｖ,Nb,Ti,Zr,Ｂ,Ｗの群、Caの群のうちの１群または２群以上を含有する組成を有する鋼管に、熱処理として、焼入れ処理および焼戻処理、または焼準処理および焼戻処理、または焼戻処理を施して得られる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
油井内に挿入された状態で拡管される油井用鋼管であって、降伏強さ：350MPa以上、ｎ値：0.08以上を有し、かつｎ値と均一伸びu-Elとが下記（１）式を満足し、拡管性に優れることを特徴とする油井用鋼管。
記
ｎ＞0.007×（25−u-El）‥‥‥（１）
ここで、ｎ：ｎ値、
u-El：均一伸び（％）
【請求項２】
前記油井用鋼管が、質量％で、
Ｃ：0.35％以下、                  Si：1.5％以下、
Mn：0.10〜3.50％、               Ｐ：0.07％以下、
Ｓ：0.01％以下、                  Al：0.05％以下
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする請求項１に記載の油井用鋼管。
【請求項３】
前記組成に加えてさらに、質量％で、下記Ａ群〜Ｄ群のうちから選ばれた１群または２群以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項２に記載の油井用鋼管。
記
Ａ群：Cr：2.0％以下、Cu：3.5％以下のうちから選ばれた１種または２種、
Ｂ群：Ni：2.0％以下、
Ｃ群：Mo：2.0％以下、Ｖ：0.20％以下、Nb：0.20％以下、Ti：0.30％以下、Zr：0.20％以下、Ｂ：0.01％以下、Ｗ：1.0％以下のうちから選ばれた１種または２種以上、
Ｄ群：Ca：0.0005〜0.01％
【請求項４】
質量％で、
Ｃ：0.35％以下、                  Si：1.5％以下、
Mn：0.10〜3.50％、               Ｐ：0.07％以下、
Ｓ：0.01％以下、                  Al：0.05％以下
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼管に、熱処理として、焼入れ処理および焼戻処理、または焼準処理および焼戻処理、あるいは焼戻処理を施すことを特徴とする油井用鋼管の製造方法。
【請求項５】
前記組成に加えてさらに、質量％で、下記Ａ群〜Ｄ群のうちから選ばれた１群または２群以上を含有する組成とすることを特徴とする請求項４に記載の油井用鋼管の製造方法。
記
Ａ群：Cr：2.0％以下、Cu：3.5％以下のうちから選ばれた１種または２種、
Ｂ群：Ni：2.0％以下、
Ｃ群：Mo：2.0％以下、Ｖ：0.20％以下、Nb：0.20％以下、Ti：0.30％以下、Zr：0.20％以下、Ｂ：0.01％以下、Ｗ：1.0％以下のうちから選ばれた１種または２種以上、
Ｄ群：Ca：0.0005〜0.01％
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原油あるいは天然ガスの油井、ガス井（以下、これらを総称して単に油井という）内に埋設されて使用される油井用鋼管に係り、とくに拡管性の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
地表から地下の油田まで油井管を敷設するには、まず地表から所定の深さまで掘削し、その中にケーシングと呼ばれる鋼管を埋設し壁の崩壊を防止する。その後、ケーシングの先端からさらに地下を掘削してより深い井戸とし、先に埋設したケーシング内を通して新たなケーシングを埋設する。この作業を繰り返して、最終的に油田に到達する油井管（チュービング）が敷設される。深度の深い井戸を掘削する場合には、直径の異なる多種類のケーシングを必要とする。原油やガスを通す油井管（チュービング）の径は定められているため、深度の深い井戸を掘削する場合には、径方向における掘削面積を広くする必要があり、掘削に要する費用は増大することになる。このため、油井の掘削費を低減することが強く要望されている。
【０００３】
このような要望に対し、例えば特許文献１、特許文献２には、井戸中でケーシング（鋼管）を、押拡げ加工等により拡管する方法が記載されている。特許文献１、特許文献２に記載された技術によれば、井戸中でケーシング（鋼管）を、半径方向に膨張させることにより、多段構造になったケーシング毎の直径を小さく抑えることができ、井戸上部のケーシングサイズを小さく抑えて、油井の掘削費を低減することが可能となるとしている。
【０００４】
また、例えば特許文献３には、質量％で、Ｃ：0.10〜0.45％、Si：0.1〜1.5％、Mn：0.10〜3.0％を含み、Ｐ、Ｓ、Al、Ｎを適正量に調整し、あるいはさらに適正量のCr，Mo，Ｖの１種または２種以上、および／または、適正量のNb，Tiの１種または２種、および／または、Caの適正量を含有する組成を有し、拡管前の鋼管の強度（降伏強度ＹＳ（MPa））と結晶粒径（ｄ（μm））とが、次式
ｌｎ（ｄ）≦−0.0067ＹＳ＋8.09
の関係を満足する拡管加工後の耐食性に優れた拡管用油井鋼管が記載されております。しかし、特許文献３に記載された技術では、限界拡管率は高々30％以下であり、更なるコスト削減要求から、拡管率が30％を超える拡管性に優れた油井用鋼管が要求されている。
【０００５】
このような要求に対し、特許文献４には、質量％で、Ｃ：0.05〜0.30％、Si：0.2〜２％、Mn：0.7〜4.0％を含み、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｏを適正量に調整し、あるいはさらに適正量のAl，Cr，Ni，Cu，Nb，Ｖ，Ti，Mo，Ｂ，Caの１種または２種以上を含有する組成を有し、組織中に５体積％以上の残留γ相を有する拡管性に優れる油井用継目無鋼管が記載されている。
【特許文献１】特表平７−507610号公報
【特許文献２】国際公開WO98/00626号公報
【特許文献３】特開2002−266055号公報
【特許文献４】特開2006−9078号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献４に記載された技術では、限界拡管率が30％を超える継目無鋼管が得られるとされるが高強度であり、拡管には高いエネルギーを要し高価となる。このため、さらに安価に拡管を行うことができる拡管性に優れた油井用鋼管が要求されている。
本発明は、かかる従来技術の問題を有利に解決し、従来より安価な、拡管性に優れる油井用鋼管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記した目的を達成するために、拡管性に及ぼす各種要因の影響について鋭意研究した。その結果、優れた拡管性を確保するためには、材料因子として、所望範囲内の降伏強さを有するとともに、所定値以上のｎ値を有することが重要であるという知見を得た。また、所望の強度を確保するために、Ｃ，Si，Mn，Al，あるいはさらにCr，Cu、および／または、Ni、および／または、Mo，Ｖ，Nb，Ti，Zr，Ｂ，Ｗ、および／または、Caの、含有量を適正範囲内に調整し、熱処理を工夫することにより、所望の強度を有し、優れた拡管性を有する油井用鋼管とすることができることを知見した。
【０００８】
本発明は、上記した知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨は、次のとおりである。
（１）油井内に挿入された状態で拡管される油井用鋼管であって、降伏強さ：350MPa以上、ｎ値：0.08以上を有し、かつｎ値と均一伸びu-Elとが次（１）式
ｎ＞0.007×（25−u-El）‥‥‥（１）
（ここで、ｎ：ｎ値、u-El：均一伸び（％））
を満足し、拡管性に優れることを特徴とする油井用鋼管。
（２）（１）において、前記油井用鋼管が、質量％で、Ｃ：0.35％以下、Si：1.5％以下、Mn：0.10〜3.50％、Ｐ：0.07％以下、Ｓ：0.01％以下、Al：0.05％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有することを特徴とする油井用鋼管。
（３）（２）において、前記組成に加えてさらに、質量％で、次Ａ群〜Ｄ群
Ａ群：Cr：2.0％以下、Cu：3.5％以下のうちから選ばれた１種または２種、
Ｂ群：Ni：2.0％以下、
Ｃ群：Mo：2.0％以下、Ｖ：0.20％以下、Nb：0.20％以下、Ti：0.30％以下、Zr：0.20％以下、Ｂ：0.01％以下、Ｗ：1.0％以下のうちから選ばれた１種または２種以上、
Ｄ群：Ca：0.0005〜0.01％
のうちから選ばれた１群または２群以上を含有する組成とすることを特徴とする油井用鋼管。
（４）質量％で、Ｃ：0.35％以下、Si：1.5％以下、Mn：0.10〜3.50％、Ｐ：0.07％以下、Ｓ：0.01％以下、Al：0.05％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼管に、熱処理として、焼入れ処理および焼戻処理、または焼準処理および焼戻処理、または焼戻処理を施すことを特徴とする油井用鋼管の製造方法。
（５）（４）において前記組成に加えてさらに、質量％で、次Ａ群〜Ｄ群
Ａ群：Cr：2.0％以下、Cu：3.5％以下のうちから選ばれた１種または２種、
Ｂ群：Ni：2.0％以下、
Ｃ群：Mo：2.0％以下、Ｖ：0.20％以下、Nb：0.20％以下、Ti：0.30％以下、Zr：0.20％以下、Ｂ：0.01％以下、Ｗ：1.0％以下のうちから選ばれた１種または２種以上、
Ｄ群：Ca：0.0005〜0.01％
のうちから選ばれた１群または２群以上を含有する組成とすることを特徴とする油井用鋼管の製造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、厳しい拡管加工にも耐えうる、優れた拡管性を有する安価な油井用鋼管を容易に製造でき、産業上格段の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の油井用鋼管は、降伏強さ：350MPa以上を有する鋼管である。油井用鋼管を油井内に挿入した状態で行う拡管は、通常、当該鋼管内に拡管用プラグを通して行う。油井用鋼管の降伏強さが350MPa未満では、拡管用プラグを通す際に、座屈等の問題が生じ、適正な拡管を行うことができない場合がある。このため、十分な拡管性を確保するために、本発明では油井用鋼管の降伏強さを350MPa以上、好ましくは550MPa以下に限定した。なお、より好ましくは350〜480MPaである。
【００１１】
また、本発明の油井用鋼管は、0.08以上のｎ値を有する鋼管である。ｎ値は、本発明者らの検討によれば、鋼管の拡管性に影響する重要な材料因子であり、優れた拡管性を確保するために、本発明ではｎ値を0.08以上に限定した。ｎ値が0.08未満では、所望の拡管性を確保することができない。なお、好ましくは0.10以上である。なお、ここでいう「ｎ値」は、管軸方向を引張方向とする引張試験片を用いてJIS Z 2253の規定に準拠して測定した値とする。 
【００１２】
また、油井用鋼管の均一伸びu-Elが十分に大きければ、ｎ値が低くても、高い拡管率の拡管が可能であるが、しかし、均一伸びu-Elが小さいと、十分な拡管性を確保できなくなる。本発明者らの検討によれば、優れた拡管性を安定して確保するためには、上記した範囲のｎ値を有するとともに、均一伸びu-Elに関連した所定値、すなわち次（１）式
ｎ＞0.007×（25−u-El）‥‥‥（１）
（ここで、ｎ：ｎ値、u-El：均一伸び（％））
を満足するｎ値を有することが必要となるという知見を得ている。ｎ値が（１）式を満足できない場合には、所望の優れた拡管性を確保することができない。なお、均一伸びu-Elは、管軸方向を引張方向とする引張試験片を用いてJIS Z 2241の規定に準拠して測定した値を用いる。
【００１３】
つぎに、本発明油井用鋼管の組成限定理由について、説明する。とくに断らない限り、質量％は、単に％で記す。
Ｃ：0.35％以下
Ｃは、鋼管強度に関係する重要な元素であり、所望の強度を確保するために、0.04％以上含有することが望ましいが、0.35％を超えて多量に含有すると、鋼管製造時に焼割れを発生する恐れが増大する。このため、Ｃは0.35％以下に限定した。
【００１４】
Si：1.5％以下
Siは、通常の製鋼過程において脱酸剤として有用な元素である。このような効果を得るために0.05％以上含有することが望ましいが、1.5％を超える含有は、熱間加工性、さらには靭性を低下させる。このため、Siは1.5％以下に限定した。なお、好ましくは0.7％以下である。
【００１５】
Mn：0.10〜3.50％
Mnは、固溶して鋼管強度を増加させる作用を有するとともに、ｎ値向上に有効に寄与する元素である。油井用鋼管として所望の強度を確保するために0.10％以上の含有を必要とする。一方、3.50％を超える多量の含有は、靭性に悪影響を及ぼすとともに、鋼管製造時に焼割れを発生する恐れを増大させる。このため、Mnは0.10〜3.50％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.3〜3.5％である。
【００１６】
Ｐ：0.07％以下
Ｐは、熱間加工性を低下させるとともに、耐硫化物応力腐食割れ性を劣化させる元素であり、本発明では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高騰を招く。そのため、本発明ではＰは、工業的に比較的安価に実施可能でかつ、熱間加工性、耐硫化物応力腐食割れ性を低下させない範囲である、0.07％以下に限定した。なお、好ましくは0.03％以下である。
【００１７】
Ｓ：0.01％以下
Ｓは、パイプ造管過程における熱間加工性を著しく劣化させる元素であり、本発明では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高騰を招く。そのため、本発明ではＳは、通常の工程でのパイプ製造が可能な範囲である0.01％以下に限定した。なお、好ましくは0.005％以下である。
【００１８】
Al：0.05％以下
Alは、強力な脱酸剤として作用するとともに、Ｎと結合し結晶粒を微細化する作用をも有する元素である。このような効果を安定して確保するために0.005％以上含有することが望ましいが、0.05％を超える含有は、靭性に悪影響を及ぼす。このため、Alは0.05％以下に限定した。なお、好ましくは0.007〜0.03％である。
【００１９】
上記した成分が基本の成分であるが、本発明では上記した基本組成に加えて、さらに、Ａ群〜Ｄ群のうちから選ばれた１群または２群以上を含有できる。
Ａ群：Cr：2.0％以下、Cu：3.5％以下のうちから選ばれた１種または２種
Ａ群：Cr、Cuはいずれも、耐腐食性を向上させる元素であり、必要に応じて選択して含有できる。
【００２０】
Crは、耐CO2腐食性、耐CO2応力腐食割れ性等の耐腐食性を向上させる元素である。このような効果は、0.2％以上の含有で顕著となる。一方、2.0％を超える含有は、靭性が低下する。このため、Crは2.0％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.3〜1.5％である。
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向上させる作用を有する元素である。このような効果は0.2％以上の含有で顕著となるが、3.5％を超える含有は、高温で粒界にCuSが析出し、熱間加工性を低下させる。このため、Cuは3.5％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.2〜2.0％である。
【００２１】
Ｂ群：Ni：2.0％以下、
Ｂ群：Niは、靭性の向上に有効に寄与する元素である。また、Cuを含有する場合には圧延時の割れを防止するのに有効に寄与する。このような効果を得るためには0.1％以上含有することが望ましいが、2.0％を超えて含有しても、効果が飽和し含有量に見合う効果が期待できなくなる。このため、Niは2.0％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.1〜1.0％である。
【００２２】
Ｃ群：Mo：2.0％以下、Ｖ：0.20％以下、Nb：0.20％以下、Ti：0.30％以下、Zr：0.20％以下、Ｂ：0.01％以下、Ｗ：1.0％以下のうちから選ばれた１種または２種以上
Ｃ群：Mo、Ｖ、Nb、Ti、Zr、Ｂ、Ｗはいずれも、鋼管強度を増加させる作用を有する元素であり、必要に応じて選択して１種または２種以上含有できる。
Moは、焼入れ性の向上を介して、鋼管強度の増加に寄与する元素であるが、硫化水素が存在する環境下では耐硫化物応力腐食割れ性をも向上させる元素でもある。このような効果を得るためには、0.1％以上含有することが望ましいが、2.0％を超えて含有しても、効果が飽和し含有量に見合う効果が期待できなくなる。このため、Moは2.0％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.2〜1.5％である。
【００２３】
Ｖは、焼入れ性の向上を介して、鋼管強度の増加に寄与する元素であるが、耐硫化物応力腐食割れ性を向上させる元素でもある。このような効果を得るためには、0.02％以上含有することが望ましいが、0.20％を超える含有は、靭性を低下させる。このため、Ｖは0.20％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.02〜0.15％である。
Nbは、鋼の強度増加、靱性向上に有効に寄与する元素である。このような効果は0.01％以上の含有で顕著となるが、0.20％を超える含有は、靱性を低下させる。このため、Nbは0.20％以下とすることが好ましい。なお、より好ましくは0.02〜0.12％である。
【００２４】
Tiは、鋼管強度を増加させ、耐応力腐食割れ性を改善する作用を有する元素である。このような効果は、Ti：0.01％以上の含有で顕著となる。一方、0.30％を超える含有は、靱性を劣化させる。このため、Tiは0.30％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.02〜0.18％である。
Zrもまた、鋼管強度を増加させ、耐応力腐食割れ性を改善する作用を有する元素である。このような効果は、Zr：0.01％以上の含有で顕著となる。一方、0.20％を超える含有は、靱性を劣化させる。このため、Zrは0.20％以下にそれぞれ限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.02〜0.15％である。
【００２５】
Ｂもまた、鋼管強度を増加させ、耐応力腐食割れ性を改善する作用を有する元素である。このような効果は、0.0003％以上の含有で顕著となる。一方、0.01％を超える含有は、靱性を劣化させる。このため、Ｂは0.01％以下に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.0005〜0.005％である。
Ｗもまた、鋼管強度を増加させ、耐応力腐食割れ性を改善する作用を有する元素である。このような効果は、0.2％以上の含有で顕著となる。一方、Ｗ：1.0％を超える含有は、靱性を劣化させる。このため、Ｗは1.0％以下に限定することが好ましい。
【００２６】
Ｄ群：Ca：0.0005〜0.01％
Ｄ群：Caは、ＳをCaSとして固定しＳ系介在物を球状化する作用により、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を有する元素である。このような効果を得るためには0.0005％以上の含有が必要であるが、0.01％を超える含有は、CaOの増加を招き、耐CO2腐食性、耐孔食性が低下する。このため、Caは0.0005〜0.01％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.001〜0.005％である。
【００２７】
上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物である。不可避的不純物としては、Ｏ：0.01％以下が許容できる。
つぎに、本発明油井用鋼管の好ましい製造方法を継目無鋼管を例にして説明する。なお、本発明では鋼管は、継目無鋼管に限定されるものではなく、溶接鋼管（電縫鋼管）としてもよいのは言うまでもない。
【００２８】
上記した組成を有する溶鋼を、転炉、電気炉、真空溶解炉等の通常の溶製方法で溶製し、連続鋳造法、造塊−分塊圧延法等の通常の方法でビレット等の鋼管素材とすることが好ましい。ついで、これら鋼管素材を加熱し、通常のマンネスマン−プラグミル方式、あるいはマンネスマン−マンドレルミル方式の製造工程を用いて熱間加工し造管して、所望の寸法の継目無鋼管とする。造管後、鋼管は、通常工程と同様に、空冷程度の冷却速度で室温程度の温度まで冷却することが好ましい。
【００２９】
本発明では、造管ままの鋼管に、さらに熱処理を施すことが好ましい。熱処理としては、焼入れ焼戻処理、あるいは焼準−焼戻処理、あるいは焼戻処理とすることが好ましい。
なお、焼戻処理に代えて、二相域の温度に加熱し冷却する二相域処理としても良い。また、焼戻処理、二相域処理は少なくとも２回繰り返す処理としても良い。
さらに、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明する。
【実施例】
【００３０】
表１に示す組成の溶鋼を、真空溶解炉で溶製し、十分に脱ガスした後、100キロ鋼塊とし、研究用モデルシームレス圧延機で熱間加工を施して造管し、継目無鋼管（外径3.3in.φ（83.8mmφ）×肉厚0.25in.（6.35mm））とした。なお、造管後、室温まで空冷とした。
次いで各鋼管から試験片素材（長さ：300mm）を切り出し、表２に示す熱処理を施した。なお、一部の鋼管では熱間圧延ままとした。
【００３１】
また、上記した熱処理を施された試験片素材から、APIの規定に準拠して、管軸方向を引張方向とする引張試験片（弧状試験片：GL：25.4mm）を切り出し、APIの規定に準拠して、引張試験を実施し、引張特性（降伏強さYS、引張強さTS、均一伸びu-El）を求めた。また、同時にJIS Z 2253の規定に準拠してｎ値を求めた。
また、上記した熱処理を施された試験片素材から、拡管試験片（鋼管：長さ300mm）を採取した。これら拡管試験片（鋼管）に、拡管試験片（鋼管）の内径より大きい各種外径を有するプラグを順次、プレスにより押し込み、亀裂が発生した時点のプラグ径を求め、次式で限界拡管率を算出した。
【００３２】
限界拡管率＝［｛（亀裂が発生したときのプラグ外径）−（試験片素材内径）｝／（試験片素材内径）］×100（％）
なお、使用したプラグの外径は、拡管率が５％刻みとなるように配慮した。
得られた結果を表２に示す。
【００３３】
【表１】
2008291322.tif 000002
【００３４】
【表２】
2008291322.tif 000003
【００３５】
本発明例はいずれも、降伏強さ：350MPa以上の強度を有し、限界拡管率が25％以上と、優れた拡管性を有する鋼管となっている。一方、本発明の範囲を外れる比較例は、降伏強さが350MPa未満であるか、限界拡管率が低く拡管性が低下している。