(57)【要約】  本願は向上された耐腐食性を提供する鋼組成物について記述する。この鋼組成物は１質量％から９質量％のバナジウム、約１質量％から９質量％のチタニウム、または１質量％から約９質量％のバナジウムおよびチタニウムの組み合わせの何れか１つを含有する。さらに、鋼組成物は０．０３質量％から約０．４５質量％の炭素、２質量％までのマンガンおよび０．４５質量％までのシリコンを含有する。一実施形態では、鋼組成物の鋼微細構造は、フェライト、マルテンサイト、焼き戻しマルテンサイト、フェライトおよびマルテンサイトの二相、またはフェライトおよび焼き戻しマルテンサイトの二相のいずれか１つを含む。さらに、鋼組成物の処理方法および鋼組成物で製造された産油国の管製品などの装置の使用を本願は記述する。【選択図】図５
2010530477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼組成物であって、
１質量％から９質量％のバナジウム、１質量％から９質量％のチタニウム、約１質量％から９質量％のバナジウムとチタニウムの組み合わせの何れかを含有し、
０．０３質量％から０．４５質量％の炭素、２質量％までのマンガン、０．４５質量％までのシリコンを含有し、残りは鉄であり、不純物は少量である鋼組成物。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼組成物において、さらに１質量％から６質量％のバナジウムを含有する鋼組成物。
【請求項３】
請求項１に記載の鋼組成物において、さらに１．５質量％から２．５質量％のバナジウムを含有する鋼組成物。
【請求項４】
請求項１に記載の鋼組成物において、さらに１質量％から３質量％のチタニウムを含有する鋼組成物。
【請求項５】
請求項１に記載の鋼組成物において、さらに１質量％から２．２質量％のチタニウムを含有する鋼組成物。
【請求項６】
請求項１に記載の鋼組成物において、前記ＶおよびＴｉの組み合わせは約１質量％から以下の式によって決定される量の範囲であり、
Ｔｉ（質量％）＝３．０（質量％）−０．５×Ｖ（質量％）
ここでＴｉ（質量％）およびＶ（質量％）は、それぞれ、ＴｉおよびＶの質量％での添加量である鋼組成物。
【請求項７】
請求項１に記載の鋼組成物において、前記ＶおよびＴｉの組み合わせは約１質量％から以下の式によって決定される量の範囲であり、
Ｔｉ（質量％）＝２．２（質量％）−０．５５×Ｖ（質量％）
ここでＴｉ（質量％）およびＶ（質量％）は、それぞれ、ＴｉおよびＶの質量％での添加量である鋼組成物。
【請求項８】
請求項１に記載の鋼組成物において、前記ＶおよびＴｉの組み合わせは約１質量％から以下の式によって決定される量の範囲であり、
Ｔｉ（質量％）＝１．８（質量％）−０．７２×Ｖ（質量％）
ここでＴｉ（質量％）およびＶ（質量％）は、それぞれ、ＴｉおよびＶの質量％での添加量である鋼組成物。
【請求項９】
請求項１に記載の鋼組成物において、前記炭素は０．０３質量％から０．２５質量％の範囲である鋼組成物。
【請求項１０】
請求項１に記載の鋼組成物において、前記マンガンは０．５質量％から１．５質量％の範囲である鋼組成物。
【請求項１１】
請求項１に記載の鋼組成物において、前記シリコンは０．１質量％から０．４５質量％の範囲である鋼組成物。
【請求項１２】
請求項１に記載の鋼組成物において、ニッケルは３質量％未満である鋼組成物。
【請求項１３】
請求項１に記載の鋼組成物において、リンは０．０３質量％未満である鋼組成物。
【請求項１４】
請求項１に記載の鋼組成物において、イオウは０．０３質量％未満である鋼組成物。
【請求項１５】
請求項１に記載の鋼組成物において、さらに１質量％から約９質量％のクロムおよびバナジウムの組み合わせを含有する鋼組成物。
【請求項１６】
請求項１５に記載の鋼組成物において、さらに約１質量％から約３．５質量％量のクロムおよびバナジウムの組み合わせを含有する鋼組成物。
【請求項１７】
請求項１に記載の鋼組成物において、さらに約１質量％から約９質量％のクロムおよびチタニウムの組み合わせを含有する鋼組成物。
【請求項１８】
請求項１に記載の鋼組成物において、前記鋼組成物は向上された耐腐食性を有し、約６０ｋｓｉの最小降伏強度を有する鋼組成物。
【請求項１９】
請求項１８に記載の鋼組成物において、前記鋼組成物の鋼微細構造は、主としてフェライト、マルテンサイト、焼き戻しマルテンサイト、フェライトおよびマルテンサイトの二相、またはフェライトおよび焼き戻しマルテンサイトの二相のいずれか１つを含有する鋼組成物。
【請求項２０】
請求項１９に記載の鋼組成物において、鋼微細構造はさらに析出物を含む鋼組成物。
【請求項２１】
炭化水素の生産に関連する方法であって、
坑井環境で利用される装置を取得し、前記装置は、耐腐食性合金の添加量が１質量％から９質量％であり、０．０３質量％から０．４５質量％までの炭素、２質量％までのマンガン、０．４５質量％までのシリコンを含有する耐食性炭素鋼（ＣＲＣＳ）組成物から少なくとも部分的に形成され、
前記坑井中に前記装置を設置し、
前記装置を介して炭化水素を生産する方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、前記装置は一つ以上のパイプラインセグメント、フローラインおよびケーシングストリングを含む方法。
【請求項２３】
耐食性炭素鋼（ＣＲＣＳ）を生産するための方法であって、
ＣＲＣＳ組成物を提供し、前記ＣＲＣＳ組成物は１質量％から９質量％のバナジウム、１質量％から９質量％のチタニウム、および１質量％から９質量％のバナジウムおよびチタニウムの組み合わせの何れか１つを含有し、０．０３質量％から０．４５質量％の炭素、２質量％までのマンガン、約０．４５質量％までのシリコンを含有し、
実質的に前記ＣＲＣＳ組成物を均質化し、析出物を溶解させるために前記ＣＲＣＳ組成物を適切な温度および適切な時間アニーリングし、
主としてフェライト微細構造、主としてマルテンサイト微細構造または主として二相微細構造の何れか一つを生産するために前記ＣＲＣＳ組成物を適切に焼き入れする方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法において、
前記アニーリング温度は約８５０℃から１４５０℃の範囲であり、アニーリング時間は約２４時間までの時間である方法。
【請求項２５】
請求項２３に記載の方法において、
ＶおよびＴｉの両方を含有するＣＲＣＳ組成物に対する好ましいアニーリング温度は、以下の式から選択され、
【数１】
2010530477.tif 000006
ここでＶ（質量％）およびＴｉ（質量％）は、それぞれＶの量およびＴｉの量の質量％であり、ＴvAnneal（℃）およびＴTiAnneal（℃）はそれぞれ前記Ｖまたは前記Ｔｉのみを含むＣＲＣＳ組成物に対応するアニーリング温度（℃）である方法。
【請求項２６】
請求項２３に記載の方法において、
前記ＣＲＣＳ組成物はさらに約１２時間以下の間、約４００℃とオーステナイト形成温度の間の焼き戻し温度にさらされる方法。
【請求項２７】
請求項２６に記載の方法において、
ＶおよびＴｉの両方を含有する前記ＣＲＣＳ組成物に対する好ましい焼き戻し温度は、以下の式から選択され、
【数２】
2010530477.tif 000007
ここで、ＴvTemper（℃）およびＴTiTemper（℃）はそれぞれの焼き戻し温度（℃）に対応する方法。
【請求項２８】
請求項２３に記載の方法において、
前記ＣＲＣＳ組成物はさらに、最初のアニーリング処理後に前記アニーリング温度未満の温度及び粒成長を最小限にするために十分に短い時間での前記ＣＲＣＳ組成物の再加熱を含む一回以上の細粒化温度サイクルを受ける方法。
【請求項２９】
鋼組成物であって、
１質量％から９質量％のバナジウム、約０．４５質量％未満の炭素、約２質量％未満のマンガン、および約０．４５質量％未満のシリコンを含有する鋼組成物。
【請求項３０】
請求項２９に記載の鋼組成物において、さらに約１．５質量％から約２．５質量％のバナジウムを含有する鋼組成物。
【請求項３１】
請求項２９に記載の鋼組成物において、さらに以下の式を満足させる量のチタニウムを含有する鋼組成物。
Ｔｉ（質量％）＝３．０（質量％）−０．５×Ｖ（質量％）
【請求項３２】
請求項２９に記載の鋼組成物において、前記炭素は約０．０３質量％から約０．２５質量％の範囲である鋼組成物。
【請求項３３】
請求項２９に記載の鋼組成物において、前記マンガンは約０．５質量％から約１．５質量％範囲である鋼組成物。
【請求項３４】
請求項２９に記載の鋼組成物において、さらに約３質量％未満のニッケルを含有する鋼組成物。
【請求項３５】
請求項２９に記載の鋼組成物において、さらに約１質量％から約３．５質量％のクロムを含有し、前記クロムおよびバナジウムが約１質量％から約９質量％混合されている鋼組成物。
【請求項３６】
請求項３５に記載の鋼組成物において、前記クロムおよびバナジウムは約１質量％から３．５質量％混合されている鋼組成物。
【請求項３７】
請求項２９に記載の鋼組成物において、前記鋼組成物は向上された耐腐食性を有し、約６０ｋｓｉの最小降伏強度を有する鋼組成物。
【請求項３８】
請求項２９に記載の鋼組成物において、前記鋼組成物の鋼微細構造は、主としてフェライト、マルテンサイト、焼き戻しマルテンサイト、フェライトおよびマルテンサイトの二相、またはフェライトおよび焼き戻しマルテンサイトの二相のいずれか１つを含有する鋼組成物。
【請求項３９】
請求項３８に記載の鋼組成物において、前記鋼微細構造はさらに析出物を含有する鋼組成物。
【請求項４０】
耐腐食性を提供する鋼組成物であって、
約１質量％から約９質量％のチタニウム、約０．４５質量％未満の炭素、約２質量％未満のマンガンおよび約０．４５質量％未満のシリコンを含有する鋼組成物。
【請求項４１】
請求項４０に記載の鋼組成物において、さらに約１質量％から約３質量％のチタニウムを含有する鋼組成物。
【請求項４２】
請求項４１に記載の鋼組成物において、さらに約１質量％から約２．２質量％の量のチタニウムを含有する鋼組成物。
【請求項４３】
請求項４０に記載の鋼組成物において、さらに以下の式を満足させる量のバナジウムを含有する鋼組成物。
Ｔｉ（質量％）＝３．０（質量％）−０．５×Ｖ（質量％）
【請求項４４】
請求項４０に記載の鋼組成物において、前記炭素は約０．０３質量％から約０．２５質量％までの範囲である鋼組成物。
【請求項４５】
請求項４０に記載の鋼組成物において、前記マンガンは約０．５質量％から約１．５質量％までの範囲である鋼組成物。
【請求項４６】
請求項４０に記載の鋼組成物において、さらに約３質量％未満のニッケルを含有する鋼組成物。
【請求項４７】
請求項４０に記載の鋼組成物において、さらに約１質量％から約３．５質量％までのクロムを含有し、前記クロムおよびチタニウムが約１質量％から約９質量％混合されている鋼組成物。
【請求項４８】
請求項４０に記載の鋼組成物において、クロムおよびチタニウムが約１質量％から約３．５質量％混合されている鋼組成物。
【請求項４９】
請求項４０に記載の鋼組成物において、前記鋼組成物は向上された耐腐食性を有し、約６０ｋｓｉの最小降伏強度を有する鋼組成物。
【請求項５０】
請求項４０に記載の鋼組成物において、前記鋼組成物の鋼微細構造は、主としてフェライト、マルテンサイト、焼き戻しマルテンサイト、フェライトおよびマルテンサイトの二相、またはフェライトおよび焼き戻しマルテンサイトの二相のいずれか１つを含有する鋼組成物。
【請求項５１】
請求項５０に記載の鋼組成物において、鋼微細構造はさらに析出物を含有する鋼組成物。
【請求項５２】
耐腐食性を提供する鋼組成物であって、
約１質量％から約６．０質量％のチタニウムおよびバナジウムの組み合わせ、
約０．４５質量％未満の炭素、約２質量％未満のマンガン、および約０．４５質量％未満のシリコンを含有する鋼組成物。
【請求項５３】
請求項５２に記載の鋼組成物において、チタニウムおよびバナジウムの組み合わせは約１質量％から約２．５質量％の範囲である鋼組成物。
【請求項５４】
請求項５２に記載の鋼組成物において、前記炭素は約０．０３質量％から約０．２５質量％の範囲である鋼組成物。
【請求項５５】
請求項５２に記載の鋼組成物において、前記マンガンは約０．５質量％から約１．５質量％の範囲である鋼組成物。
【請求項５６】
請求項５２に記載の鋼組成物において、さらに約３質量％未満のニッケルを含有する鋼組成物。
【請求項５７】
請求項５２に記載の鋼組成物において、さらに約１質量％から約３．５質量％量のクロムを含有し、前記クロムとチタニウムおよびバナジウムの組み合わせとを約１質量％から約９質量％混合している鋼組成物。
【請求項５８】
請求項５７に記載の鋼組成物において、前記クロムとチタニウムおよびバナジウムの組み合わせとを約１質量％から約３．５質量％混合している鋼組成物。
【請求項５９】
請求項５２に記載の鋼組成物において、前記鋼組成物は向上された耐腐食性を有し、約６０ｋｓｉの最小降伏強度を有する鋼組成物。
【請求項６０】
請求項５２に記載の鋼組成物において、前記鋼組成物の鋼微細構造は、主としてフェライト、マルテンサイト、焼き戻しマルテンサイト、フェライトおよびマルテンサイトの二相、またはフェライトおよび焼き戻しマルテンサイトの二相のいずれか１つを含有する鋼組成物。
【請求項６１】
請求項６０に記載の鋼組成物において、鋼微細構造はさらに析出物を含有する鋼組成物。
【請求項６２】
耐腐食性を提供するための鋼組成物であって、
約１質量％から約５．０質量％のクロムおよびバナジウムの組み合わせ、約０．４５質量％未満の炭素、約２質量％未満のマンガン、約０．４５質量％未満のシリコンおよび約３質量％未満のニッケルを含有する鋼組成物。
【請求項６３】
請求項６２に記載の鋼組成物において、前記のクロムおよびバナジウムの組み合わせは約１質量％から約３．５質量％の範囲である鋼組成物。
【請求項６４】
請求項６２に記載の鋼組成物において、前記炭素は約０．０３質量％から約０．２５質量％の範囲である鋼組成物。
【請求項６５】
請求項６２に記載の鋼組成物において、前記マンガンは約０．５質量％から約１．５質量％の範囲である鋼組成物。
【請求項６６】
請求項６２に記載の鋼組成物において、前記シリコンは約０．１質量％未満である鋼組成物。
【請求項６７】
請求項６２に記載の鋼組成物において、前記ニッケルは約２質量％未満である鋼組成物。
【請求項６８】
請求項６２に記載の鋼組成物において、前記鋼組成物は向上された耐腐食性を有し、約６０ｋｓｉの最小降伏強度を有する鋼組成物。
【請求項６９】
請求項６２に記載の鋼組成物において、前記鋼組成物の鋼微細構造は、主としてフェライト、マルテンサイト、焼き戻しマルテンサイト、フェライトおよびマルテンサイトの二相、またはフェライトおよび焼き戻しマルテンサイトの二相のいずれか１つを含有する鋼組成物。
【請求項７０】
請求項６９に記載の鋼組成物において、鋼微細構造はさらに析出物を含有する鋼組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本発明は、２００７年６月１８日に出願された米国特許仮出願第６０／９３６，１８５号の優先権の利益を主張するものである。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は向上された耐腐食性を持つ高強度低合金鋼の分類に関する。この出願に記載されている高強度低合金鋼は産業界で広く使用可能であるが、これらの鋼合金は炭化水素の探査および生産に使用される要素として特に好適である。特に、これらの高強度低合金鋼は高合金鋼または炭化水素用途での腐食制御に使用される抑制技術に対して経済的な代替案を提供する。このように、この出願は高強度低合金鋼の組成物、鋼プロセッシングおよび特定の用途での有用な形状への前駆鋼の製造について記載する。
【背景技術】
【０００３】
（背景）
以下に記載されおよび／または特許請求の範囲に記載されている、本発明の技術の例示的な実施形態に関連したさまざまな態様の技術を読者に紹介する意図がこのセクションにある。本発明の技術の特定の態様をさらに理解することを容易にする情報を読者に提供するために、この議論は役に立つと信じている。従ってこれらの記述が、従来技術の承認としてではなく、この観点から読まれるべきであるということが理解されなければならない。
【０００４】
石油やガスなどの炭化水素の生産は長年にわたって行われてきた。これらの炭化水素を生産するために、フィールド毎に一つ以上の井戸が、一般的に地下層またはベースンと称される地下位置まで一般に掘られる。地下位置から炭化水素を生産するプロセスには一般に地下層から配送地まで炭化水素を輸送するためにさまざまな装置および設備の使用が含まれる。このように、これらの炭化水素の生産および輸送には、鋼および他の材料から製造された管材、パイプラインおよびさまざまな器具などの「産油国の管製品」（ＯＣＴＧ）が含まれてもよい。
【０００５】
輸送される液体には、生産された地層流体などの炭化水素に加えて、腐食性であって生産装置および輸送装置を腐食させて損傷させる他の液体を含有することがしばしばある。腐食の影響を軽減するために、現在のアプローチには、「耐腐食性合金」（ＣＲＡ）として知られる高価な高合金金属から製造された装置の使用、または検査、コーティング、抑制、陰極防食、定期修理／交換を含む追加の腐食制御手段を伴う高価な炭素鋼の使用の何れかを一般的に含む。資本コストを削減するために高価なＣＲＡを交換すること、または炭素鋼を交換することの何れかを通じて、このように向上された耐腐食性を持つ低コスト合金は費用節約効果を提供でき、追加の腐食制御手段に関連する操業コストを削減できる。
【０００６】
さらに、上記のような向上された耐腐食性を持つ低コスト合金は、水圧入井で一般に遭遇する酸素を含有する含水液体中で好適な耐腐食性を持てば、さらなる利益を提供することができ、変換井戸および二重目的井戸中のＯＣＴＧ管材として追加の用途があることに留意すべきである。変換井戸は、炭化水素を生産する井戸として最初は使用され、その後に水圧入井に変換された井戸である。これらの井戸は、一般に、炭化水素を生産する段階では生産液体に対する耐腐食性を持つ合金から製造された管材を使用し、その後の水圧入作業の期間は酸素を含有する液体中で耐腐食性を持つ合金から製造された管材に追加のコストをかけて変更する。二重目的井戸は、例えば生産管材を介した炭化水素の生産と、例えば生産管とケーシングとの間のアニュラスを介した地下層への水の圧入を同時にする井戸である。これらの井戸では、一般に生産液体および酸素を含有する液体の両方に耐腐食性を持つ高価な高合金ＣＲＡから製造された管材を使用する。従って、生産液体および酸素を含有する液体の両方に向上された耐腐食性を持つ低コスト合金は、水圧入井へ変換する場合に管材の変更を要求しない変換井戸の場合にＯＣＴＧ管材として使用され、および高価なＣＲＡ管材を置き換えるために二重目的井戸の場合にＯＣＴＧ管材として使用されると著しくコストを節約することができる。
【０００７】
典型的なＣＲＡ組成物の耐腐食性は、約１２〜１３質量百分率（質量％）を超えるクロム（Ｃｒ）などの多量の合金添加に由来する。この量のクロム、例えば１３質量％Ｃｒは腐食保護のためのナノメートル厚の不動態膜の完全な表面皮膜を形成するために必要とされる最小量である。ＡＳＭハンドブック、ｖｏｌ １３Ａ： Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ２００３ 年版 ６９７頁；Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌｓ、ＡＪ． Ｓｅｄｒｉｋｓ、１頁、図１．１（ワイリー社、１９９６年）参照。 実際に、鉄（Ｆｅ）に１３ 質量％のＣｒを有する組成物は、しばしば１３Ｃｒ鋼と称される最もコストが安いＣＲＡの塩基性組成物である。鉄（Ｆｅ）は安価な金属であるが、どんな追加の合金も一般的には合金のコストを上昇させる。従って、より高い分類のＣＲＡは、それらの不動態膜特性を更に改良するためにより多くのクロムばかりではなく、より多くのモリブデン（Ｍｏ）などの他のより高価な合金元素も含有し、その結果としてより材料コストが高くなる。石油およびガス産業では、水腐食に関する懸念が、探査、生産、精製および化学装置および施設用途での材料の選択をしばしば左右する。ＡＳＭハンドブック，ｖｏｌ １３Ａ： Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ２００３年版 ６９７頁を参照。たとえば、典型的な石油およびガス探査および生産作業では、低コストのために炭素鋼が構造物の合金のバルクを形成しており、一方、よりコストのかかるＣＲＡは厳しい腐食環境の生産分野でのみ使用され、結果として使用されているトン数のほんのわずかな部分しか構成していない。ＡＳＭハンドブック，ｖｏｌ １３： Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ １９８７年版． １２３５頁参照。
【０００８】
コストを削減するために、いくつかの研究集団および鋼企業が、公称クロム含有量を３質量％以下に低減することで材料コストを削減するＣｒ含有鋼の開発に重点をおいた、改良された耐腐食性を持つ低合金炭素鋼の開発に最近取り組んだ。バナジウム（Ｖ）、チタン（Ｔｉ）およびニオビウム（Ｎｂ）などの強力な炭化物形成元素の添加によって、固溶体中の耐腐食性を持つわずかなクロムが最大限生かされる。これらの元素は、カーバイド析出物としてマトリックス中の炭素と結合することによって、耐腐食性のためにマトリックス中に残る遊離クロムの量を効果的に増加させる。たとえば、さまざまな３質量％Ｃｒ鋼が、ＮＡＣＥ（腐食技術者協会）溶液ばかりではなく人工の淡水中でも実験室での試験がされるとともに、３質量％Ｃｒを含有する鋼および１質量％Ｃｒを含有する鋼が人工の海水および生産水中で実験室での試験がなされた。さらに、１質量％〜５質量％の範囲のＣｒ含有量を持つ炭素鋼が、さまざまな人工の生産液体で試験された。最後に、油田の液体から抽出された塩水に暴露された４質量％Ｃｒ鋼の表面特性も調査された。
【０００９】
これらの試験および報告から、３〜５質量％のＣｒ鋼は、スイート（ＣＯ２）およびややサワーな（Ｈ2Ｓ）生産環境中の炭素鋼に対して優れた耐腐食性を示す。しかしながら、１０億分の２０部（ｐｐｂ）を超えるレベルの酸素に暴露されると、ピッチングという形で局部的な腐食が全てのサンプルで確認された。Ｍｉｃｈａｅｌ Ｊｏｈｎ Ｓｃｈｏｆｉｅｌｄ ｅｔ ａｌ．，「Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｓｔｅｅｌ， Ｌｏｗ ａｌｌｏｙ Ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ＣＲａ’ｓ ｉｎ Ｐａｒｔｉａｌｌｙ Ｄｅａｅｒａｔｅｄ Ｓｅａ Ｗａｔｅｒ ａｎｄ Ｃｏｍｍｉｎｇｌｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｗａｔｅｒ」 Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ， ２００４ Ｐａｐｅｒ Ｎｏ． ０４１３９参照。より低いレベルのＣｒ、つまり１質量％のＣｒを含有する鋼は、酸化環境中では、ピッチングが無く、腐食速度が小さかった。Ｃｈｅｎ Ｃｈａｎｇｆｅｎｇ ｅｔ ａｌ．， 「Ｔｈｅ Ｉｏｎ Ｐａｓｓｉｎｇ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ＣＯ２ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｓｃａｌｅ ｏｎ Ｎ８０ Ｔｕｂｅ Ｓｔｅｅｌ」 Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ， ２００３， Ｐａｐｅｒ Ｎｏ． ０３３４２参照。実際、１質量％Ｃｒ鋼は水圧入用途向けに市販されている、しかしながら、これらの鋼は、温度６０℃でｐＨ（５−６）未満のスイート（ＣＯ2）環境では適切な保護を提供しない。Ｍｉｃｈａｅｌ Ｊｏｈｎ Ｓｃｈｏｆｉｅｌｄ ｅｔ ａｌ． ａｎｄ Ｃ． Ａｎｄｒａｄｅ ｅｔ ａｌ．， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＯＭＡＥ’０１ ２０ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｆｆｓｈｏｒｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ａｒｃｔｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｊｕｎｅ ３〜８， ２００１， Ｒｉｏ ｄｅ Ｊａｎｅｉｒｏ， Ｂｒａｚｉｌ参照。したがって、０〜５質量％のＣｒを含有する低Ｃｒ鋼は、上述の変換井戸および二重目的井戸の用途に不適切である。
【００１０】
従って、石油およびガス生産に関連する環境中で、均一腐食つまり全面腐食に対する耐食性とピッチングつまり局部的な腐食に対する耐食性を兼ね備えた、安価な低合金鋼に対する要求が存在する。
【００１１】
さらに、追加の情報は以下を参照のこと。Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ， Ｊｕｌｙ ２００２， ｐｐ． ４〜８： Ｆｉｇ． ５； ＡＳＭ Ｈａｎｄｂｏｏｋ， ｖｏｌ．  １３Ａ： Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ， ２００３ ｅｄ． ｐ． ６９７； Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ｏｆ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌｓ， Ａ．Ｊ． Ｓｅｄｒｉｋｓ， ｐ． １ ａｎｄ Ｆｉｇ． １．１ （Ｗｉｌｅｙ， １９９６）； Ｂ． Ｋｅｒｍａｎｉ， ｅｔ ａｌ．， 「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ Ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ」， Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ／２００５ Ｐａｐｅｒ Ｎｏ． ０５１１１； Ｍ． Ｂ． Ｋｅｒｍａｎｉ， ｅｔ ａｌ．， 「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｌｏｗ Ｃａｒｂｏｎ Ｃｒ〜Ｍｏ Ｓｔｅｅｌｓ ｗｉｔｈ Ｅｘｃｅｐｔｉｏｎａｌ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｆｏｒ Ｏｉｌｆｉｅｌｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，」 Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ／２００１， ｐａｐｅｒ Ｎｏ． ０１０６５； Ｈ． Ｔａｋａｂｅ ｅｔ ａｌ．， 「Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ Ｌｏｗ Ｃｒ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｓｔｅｅｌ ｉｎ Ｓｗｅｅｔ ａｎｄ Ｓｏｕｒ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ，」 Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ／２００２， Ｐａｐｅｒ Ｎｏ． ０２０４１； Ｋ． Ｎｏｓｅ， ｅｔ ａｌ．， 「Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ３％ Ｃｒ Ｓｔｅｅｌｓ ｉｎ Ｏｉｌ ａｎｄ Ｇａｓ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ，」 Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ／２００１，  Ｐａｐｅｒ Ｎｏ． ０１０８２； Ｔ． Ｍｕｒａｋｉ， ｅｔ ａｌ．， 「Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ３％ Ｃｈｒｏｍｉｕｍ Ｌｉｎｅｐｉｐｅ Ｓｔｅｅｌ，」 Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ／２００３， Ｐａｐｅｒ Ｎｏ． ０３１１７； Ｃｈｅｎ Ｃｈａｎｇｆｅｎｇ ｅｔ ａｌ．， 「Ｔｈｅ Ｉｏｎ Ｐａｓｓｉｎｇ Ｓｅｌｅｃｔｉｖｉｔｙ ｏｆ ＣＯ２ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｓｃａｌｅ ｏｎ Ｎ８０ Ｔｕｂｅ Ｓｔｅｅｌ，」 Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ／２００３， Ｐａｐｅｒ Ｎｏ． ０３３４２； Ｍ． Ｊ． Ｓｃｈｏｆｉｅｌｄ， ｅｔ ａｌ．， 「Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｓｔｅｅｌ， Ｌｏｗ Ａｌｌｏｙ Ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ＣＲＡ’ｓ ｉｎ Ｐａｒｔｉａｌｌｙ Ｄｅａｅｒａｔｅｄ Ｓｅａ Ｗａｔｅｒ ａｎｄ Ｃｏｍｍｉｎｇｌｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｗａｔｅｒ，」 Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ／２００４ Ｐａｐｅｒ Ｎｏ． ０４１３９； Ｃ． Ａｎｄｒａｄｅ， ｅｔ ａｌ．， 「Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｃａｒｂｏｎ Ｓｔｅｅｌ ａｎｄ １％ Ｃｈｒｏｍｉｕｍ Ｓｔｅｅｌｓ ｆｏｒ Ｓｅａｗａｔｅｒ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｔｕｂｉｎｇｓ」， Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ＯＭＡＥ’０１ ２０ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｏｆｆｓｈｏｒｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ａｒｃｔｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｊｕｎｅ ３〜８， ２００１， Ｒｉｏ ｄｅ Ｊａｎｅｉｒｏ， Ｂｒａｚｉｌ； ＣＡＬＰＨＡＤ − Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｈａｓｅ Ｄｉａｇｒａｍｓ， Ｅｄｓ． Ｎ． Ｓａｕｎｄｅｒｓ， Ａ．Ｐ． Ｍｉｏｄｏｗｎｉｋ （Ｐｅｒｇａｍｏｎ， １９９８）； ａｎｄ 「Ｔｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃ ｖｅｒ Ｍ， Ｕｓｅｒ���’ Ｇｕｉｄｅ，」 ｂｙ Ｔｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃ Ｓｏｆｔｗａｒｅ， Ｔｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃ Ｓｏｆｔｗａｒｅ， Ｉｎｃ， ＭｃＭｕｒｒａｙ， ＰＡ １５３１７， ＵＳＡ （２０００）。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（発明の概要）
一実施形態では、耐腐食性を提供する鋼合金組成物が記載されている。鋼組成物は１質量％から９質量％のバナジウム、１質量％から９質量％のチタニウム、および１質量％から９質量％のバナジウムおよびチタニウムの組み合わせの何れか一つを含有する。さらに、鋼組成物は０．０３質量％から０．４５質量％の炭素、２質量％までのマンガンおよび０．４５質量％未満のシリコンを含有する。
【００１３】
第２実施形態では、耐腐食性炭素鋼（ＣＲＣＳ）を生産する方法が記載されている。この方法には、ＣＲＣＳ組成物を提供すること、好適な温度でＣＲＣＳ組成物を実質的に均質化しおよび析出物を溶解するのに好適な時間ＣＲＣＳ組成物をアニーリングすること、および主としてフェライト微細構造、主としてマルテンサイト微細構造および主として二相微細構造の一つを生産するためにＣＲＣＳ組成物を適切に焼き入れすることを含む。ＣＲＣＳ組成物は、１質量％から９質量％のバナジウム、１質量％から９質量％のチタニウム、または約１質量％から約９質量％のバナジウムおよびチタンの組み合わせの何れか一つ、０．０３質量％から０．４５質量％の炭素、２質量％までのマンガンおよび０．４５質量％未満のシリコンを含有する。
【００１４】
第３実施形態では、炭化水素の生産に関連する方法が記載されている。この方法には、坑井環境で利用される、少なくとも部分的に耐腐食性炭素鋼（ＣＲＣＳ）組成物から形成される装置の取得、坑井での装置の設置および装置を通じての炭化水素の生産を含む。ＣＲＣＳ組成物には、１質量％から９質量％の添加耐腐食性合金、０．０３質量％から０．４５質量％の炭素、２質量％までのマンガン、および０．４５質量％未満のシリコンを含有する。
【００１５】
第４実施形態では、耐腐食性を提供する別の鋼組成物が記載されている。鋼組成物は１質量％から９質量％のバナジウム、０．０３質量％から０．４５質量％の炭素、２質量％までのマンガン、および０．４５質量％未満のシリコンを含有する。鋼組成物中のバナジウム含有量はさらに１質量％から３．５質量％であってもよい。
【００１６】
第５実施形態では、さらに耐腐食性を提供する別の鋼組成物が記載されている。鋼組成物は１質量％から６質量％のチタニウム、０．０３質量％から０．４５質量％の炭素、２質量％までのマンガンおよび０．４５質量％未満のシリコンを含有する。鋼組成物中のチタン含有量はさらに１質量％から３．５質量％であってもよい。
【００１７】
第６実施形態では、その上さらに耐腐食性を提供する別の鋼組成物が記載されている。鋼組成物は１質量％から６質量％のチタンおよびバナジウムの組み合わせ、０．０３質量％から０．４５質量％の炭素、２質量％までのマンガン、および０．４５質量％未満のシリコンを含有する。チタンおよびバナジウムの組み合わせはさらに１質量％から３．５質量％であってもよい。
【００１８】
第７実施形態では、耐腐食性を提供する別の鋼組成物が記載されている。鋼組成物は約１質量％から５質量％のクロムおよびバナジウムの組み合わせ、０．０３質量％から０．４５質量％の炭素、２質量％までのマンガン、０．４５質量％未満のシリコンおよび３質量％未満のニッケルを含有する。
【００１９】
（図面の簡単な説明）
本発明の技術の前述した有利な点および他の有利な点は、以下の詳細な説明を読むことによりおよび図面を参照することにより明白になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】図１Ａは本発明の態様による、人工の製品および水圧入含水液体を使用して測定された例示的な腐食試験実験データである。
【図１Ｂ】図１Ｂは本発明の態様による、人工の製品および水圧入含水液体を使用して測定された例示的な腐食試験実験データである。
【図１Ｃ】図１Ｃは本発明の態様による、人工の製品および水圧入含水液体を使用して測定された例示的な腐食試験実験データである。
【図１Ｄ】図１Ｄは本発明の態様による、人工の製品および水圧入含水液体を使用して測定された例示的な腐食試験実験データである。
【図１Ｅ】図１Ｅは本発明の態様による、人工の製品および水圧入含水液体を使用して測定された例示的な腐食試験実験データである。
【図１Ｆ】図１Ｆは本発明の態様による、人工の製品および水圧入含水液体を使用して測定された例示的な腐食試験実験データである。
【図１Ｇ】図１Ｇは本発明の態様による、人工の製品および水圧入含水液体を使用して測定された例示的な腐食試験実験データである。
【図１Ｈ】図１Ｈは本発明の態様による、人工の製品および水圧入含水液体を使用して測定された例示的な腐食試験実験データである。
【図１Ｉ】図１Ｉは本発明の態様による、人工の製品および水圧入含水液体を使用して測定された例示的な腐食試験実験データである。
【図１Ｊ】図１Ｊは本発明の態様による、人工の製品および水圧入含水液体を使用して測定された例示的な腐食試験実験データである。
【図１Ｋ】図１Ｋは本発明の態様による、人工の製品および水圧入含水液体を使用して測定された例示的な腐食試験実験データである。
【図１Ｌ】図１Ｌは本発明の態様による、人工の製品および水圧入含水液体を使用して測定された例示的な腐食試験実験データである。
【図１Ｍ】図１Ｍは本発明の態様による、人工の製品および水圧入含水液体を使用して測定された例示的な腐食試験実験データである。
【図１Ｎ】図１Ｎは本発明の態様による、人工の製品および水圧入含水液体を使用して測定された例示的な腐食試験実験データである。
【図１Ｏ】図１Ｏは本発明の態様による、人工の製品および水圧入含水液体を使用して測定された例示的な腐食試験実験データである。
【図１Ｐ】図１Ｐは本発明の態様による、人工の製品および水圧入含水液体を使用して測定された例示的な腐食試験実験データである。
【図２】図２は本発明の態様による人工の水圧入含水液体を使用して測定された例示的なピッチング実験の腐食試験実験データである。
【図３Ａ】図３Ａは本発明の態様による腐食試験後のＣＲＣＳの腐食表面微細構造の例示的な横断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真およびエネルギー分散型スペクトル（ＥＤＳ）写真である。
【図３Ｂ】図３Ｂは本発明の態様による腐食試験後のＣＲＣＳの腐食表面微細構造の例示的な横断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真およびエネルギー分散型スペクトル（ＥＤＳ）写真である。
【図３Ｃ】図３Ｃは本発明の態様による腐食試験後のＣＲＣＳの腐食表面微細構造の例示的な横断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真およびエネルギー分散型スペクトル（ＥＤＳ）写真である。
【図３Ｄ】図３Ｄは本発明の態様による腐食試験後のＣＲＣＳの腐食表面微細構造の例示的な横断面走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真およびエネルギー分散型スペクトル（ＥＤＳ）写真である。
【図４Ａ】図４Ａは本発明の態様によるＴｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃコンピュータモデルを使用して演算されたＣＲＣＳ組成物の例示的な状態図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは本発明の態様によるＴｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃコンピュータモデルを使用して演算されたＣＲＣＳ組成物の例示的な状態図である。
【図５】図５は本発明の他の態様による例示的な生産システムである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（詳細な説明）
以下の詳細な説明では、本発明の特定の実施形態が好ましい実施形態に関連して記述される。しかしながら、特定の実施形態または本発明の特定の使用に対して以下の記述は具体的であるが、これは一例であって単に例示的な実施形態の簡潔な説明を提供することを意図している。従って、本発明は以下に記述される特定の実施形態に限定されず、むしろ、本発明は添付の特許請求の範囲の真の範囲の全ての代替手段、変更、および均等物を含む。
【００２２】
本発明の技術は種々の鋼の化学組成、微細構造、および構造物の鋼用途に使用される耐腐食性炭素鋼（ＣＲＣｓ）の耐腐食性を対象にする。本発明の技術では、炭素鋼の向上された耐腐食性は添加合金元素が濃縮された保護表面層の形成によって提供され、別の態様では腐食プロセスの原因となる表面電気化学反応の反応速度を減速させることによって提供される。すなわち、本発明の技術は（ａ）含水生産環境および水圧入環境中での向上された耐腐食性を提供するＣＲＣＳ組成物、（ｂ）冶金プロセッシングおよび結果として生じるじょうぶで堅いＣＲＣＳの微細構造、および（ｃ）構造物の鋼用途でのＣＲＣＳの使用を含む。これらのＣＲＣＳは炭化水素の生産および輸送などのさまざまな用途で利用されてもよい。特に、ＣＲＣＳ材料またはＣＲＣＳ組成物と称されてもよいＣＲＣＳは、配管、パイプライン、フローラインおよびケーシングストリングなどの管状装置に利用されてもよい。管状装置はさまざまな用途、たとえば、炭化水素の生産、水圧入、変換および二重目的井戸などの用途で利用されてもよい。このように、本発明の技術は稼働井戸をさらによくする組成物、プロセスおよびシステムをもたらす。
【００２３】
最初に、当然のことながら、配管、パイプラインセグメントおよび坑井管材などのさまざまな産油国の管製品（ＯＣＴＧ）は坑井環境中で広範囲の環境条件を経験する。表１に示すように、特定の例でのスイートおよび水圧入用途での関連する環境条件範囲の概要を以下に示す。
表１
2010530477.tif 000003
華氏（Ｆ）での温度（Ｔ）、重量ポンド毎平方インチ絶対圧（ｐｓｉａ）での全圧（Ｐｔｏｔａｌ）、ｐｓｉａでの二酸化炭素分圧（ＰCO2）、１０億分の１部（ｐｐｂ）での溶存酸素濃度（［Ｏ2］）、質量百分率（質量％）での塩素濃度（［Ｃｌ］）、およびｐＨレベル（ｐＨ）などの変数によって、スイートおよび水圧入用途での環境に対する耐食性を判定する。スイート生産液体は２０ｐｐｂ以下のごく少量の溶存酸素（［Ｏ2］）を一般に含有することに留意すべきである。このように、腐食を抑制する炭素鋼すなわち１３Ｃｒ鋼は生産チュービングストリング、配管およびパイプラインセグメントなどの油田管材についての典型的な所定の材料解決策である。あるいは、水圧入用途では、１００ｐｐｂまでの溶存酸素が存在してもよい。結果として、１３Ｃｒ鋼から形成される生産管材などの装置は局部的な不動態膜破損によってピッチングを経験する。このように、事業コストを増加させる２２Ｃｒ（２２質量％クロム組成物鋼）二相から形成される装置などの、より高いグレードおよびより高価なＣＲＡから製造される装置が選択されなければならない。
【００２４】
上術したように、腐食制御技術は、一般に耐腐食性用のクロム（Ｃｒ）添加に依存している。しかしながら、ＣＲＣＳ組成物またはＣＲＣＳ材料技術は、Ｃｒに依存する代わりにバナジウム（Ｖ）および／またはチタン（Ｔｉ）などの特定の合金添加による耐腐食性特性を利用する。従って、他の合金添加とともにＶおよび／またはＴｉの塩基性鋼への添加によって、石油およびガス生産において一般に遭遇する環境中では炭素鋼に比較して耐腐食性が向上できる。一般的に、耐腐食特性を高めるためではなく、機械的特性を高め、プロセッシングを改良するためにＶおよびＴｉの両方ともより少ない量で鋼に添加されてきた。このように、本発明の技術の特徴的な態様の一つは、ＶおよびＴｉ合金添加によって提供される耐腐食特性の向上の活用である。
【００２５】
さらに、過酸化水素水環境中では、Ｖおよび／またはＴｉ組成物はクロム（Ｃｒ）に依存する他のＣＲＡ鋼組成物よりも最先端の鋼の欠点であるピッチング耐性を向上させることができる。従って、ＣＲＣＳ組成物中のＶおよび／またはＴｉ合金添加は、ピッチング腐食に対する耐性による利益（例えば、水圧入井戸装置用途）、または一般的な腐食およびピッチング腐食に対する同時耐性による利益（例えば、二重目的井戸装置用途）、または井戸寿命の異なる期間での一般的な耐腐食性またはピッチング耐腐食性による別々の利益（例えば、変換井戸装置用途）のいずれかの用途に対して特に有利である。
【００２６】
構造的用途では、ＣＲＣＳ材料は、特定の強度および靱性特性を含む有益なバルク機械的特性を持たせるように製造できる。これは特定のＣＲＣＳ組成物にとっては好適な冶金プロセッシングステップを通じて達成される。このような冶金プロセッシングステップには、これに限定されるものではないが、熱処理および／または熱加工処理を含んでもよい。
【００２７】
一つ以上の実施形態では、ＣＲＣＳｓは以下の有益な属性を持つ。（ｉ）耐腐食性を向上させる組成物、（ｉｉ）冶金プロセッシングにおいてじょうぶで堅い微細構造を生産することを可能にする組成物、（ｉｉｉ）少なくとも６０キロ重量ポンド毎平方インチ（ｋｓｉ）の最小降伏強度を持つ組成物、（ｉｖ）産業標準ＡＰＩＣＴ５で定義されるＬ８０規格を満足させる靭性（ＡＰＩ規格５ＣＴ、第８版、２００５年、１５頁参照）、（ｖ）石油およびガスの探査および生産用途に対して、低コストで、向上された耐腐食性を有する継ぎ目の無いＯＣＴＧを製造できる組成物。
【００２８】
機械的特性を提供するために、ＣＲＣＳ組成物および関連するプロセッシングでは約６０ｋｓｉ（４１３メガパスカル、すなわち４１３ＭＰａ）を超える、一層好ましくは約７０ｋｓｉ（４８２ＭＰａ）を超える、さらに一層好ましくは約８０ｋｓｉ（５５１ＭＰａ）を超える降伏強度およびＡＰＩ５ＣＴ標準のＬ８０規格に適合する高靭性を持つように形成される。
【００２９】
（鋼組成物）
上述のように、機械的性能ばかりではなく耐腐食性を提供するために、石油およびガス産業で使用されるＣＲＣＳ装置を形成するためにＣＲＣＳ材料が選択されてもよい。好都合なことに、ある用途では腐食制御に関連する操業コストを削減するために典型的な炭素鋼装置を交換し、また他の用途ではＣＲＡ装置のための高額な初期資本経費を削減するためにＣＲＡ装置を交換するＣＲＣＳ装置を形成するためにＣＲＣＳ組成物を含む鋼が使用されてもよい。
【００３０】
ＣＲＣＳ組成物は、合金元素、熱処理およびプロセッシングの組み合わせを通じて生産される性能レベルの範囲内での表面特性およびバルク特性の両方を付与し可能にするように設計される鉄ベースの鋼である。一つ以上の実施形態では、ＣＲＣＳ組成物は、鉄、耐腐食性合金元素、および一つ以上の他の合金元素から本質的に構成される。少量の不純物は従来の技術的基準で許容することができる。本発明を制限するものではないが、前記不純物または少量の合金には、Ｓ、Ｐ、Ｓｉ、Ｏ、Ａｌ等を含んでもよい。たとえば、硫黄およびリンの存在については以下に詳述する。このように、ＣＲＣＳ組成物は合計９質量％までの合金添加物を含んでもよい。本発明についてのさまざまな合金元素の役割およびそれらの濃度についての好ましい制限値についてさらに以下に論じる。
【００３１】
耐腐食性合金添加では、ＣＲＣＳ組成物は耐腐食性を向上するためにＶ、Ｔｉおよび／または両方の組み合わせを含んでもよい。Ｖおよび／またはＴｉ添加によって、表面腐食反応速度の減少を介してばかりではなく、公称の鋼組成物よりも高濃度にＶおよび／またはＴｉが濃縮されたオキシドヒドロキシドの保護表面層の形成を介して鋼に耐腐食性を付与する。たとえば、非スケーリングスイート環境では、ＣＲＣＳ組成物の耐腐食性合金添加によって、炭素鋼では一般的に提供されない、保護表面スケールの形成および腐食反応速度の減少による保護を提供する。鋼表面上で保護菱鉄鉱スケールを形成するスケーリングスイート環境では、ＣＲＣＳ組成物は上記と同じ方法で菱鉄鉱スケールの耐腐食性による追加の耐腐食性を提供する。従って、他の合金添加とともに塩基性鋼へのＶおよび／またはＴｉ耐腐食性合金添加剤の添加によって、石油およびガス生産で一般に遭遇する環境中の炭素鋼に比べて耐腐食性を向上させることができる。さらに、過酸化水素水環境中では、このようなＶおよび／またはＴｉ組成物はＣｒに依存する他のＣＲＡ鋼組成物よりも、最先端の鋼の欠点であるピッチング耐性を向上させることができる。
【００３２】
構造的用途では、ＣＲＣＳ材料は、ＣＲＣＳ材料中にじょうぶで堅い微細構造を生産する相変態を促進する好適な冶金プロセッシングステップを介して達成される有益なバルク機械的特性を持たせるために製造することができる。これらの好適な冶金プロセッシングステップおよび結果として生じる微細構造についてさらに以下に論じる。しかしながら、これらのプロセッシングステップの有効性および結果として生じる微細構造は、ＣＲＣＳ組成物に強く影響される。実際、以下に記述されるように、ＣＲＣＳ組成物間、好適なプロセッシングステップ間および結果として生じる微細構造間の関係に関する情報を生成するために、当業者は図４Ａ〜図４Ｂに示される冶金状態図を使用してもよい。従って、すでに言及した有益な表面耐腐食特性に加えて、有益なバルク機械的特性を生産する目的で、ＣＲＣＳ組成物がさらに設計されてもよい。
【００３３】
たとえば、一つ以上のＣＲＣＳ組成物の実施形態では、耐腐食性を提供するために特定の範囲のＶ、Ｔｉ、および／または両方の組み合わせを含んでもよい。たとえば、本明細書の上記または別の箇所の一つ以上の実施形態では、ＣＲＣＳ組成物は鋼の耐腐食性を向上させる有効なＶを含んでもよく、耐腐食性を向上させためにＣＲＣＳ組成物に１質量％から９質量％の範囲でＶが添加されてもよい。以下に論じられる図４Ａに示される相状態図に基づくと、Ｖ添加量は好ましくは１質量％から６質量％の範囲であり、ここでＶの添加は耐腐食性を付与する下限の１質量％を超え、バルク機械的性能を提供する好適な微細構造を生産するために、加工性に対する上限の６質量％未満である。バルク機械的特性を向上させるために、ＣＲＣＳ組成物微細構造を、約５０体積百分率（体積％）を超える丈夫なマルテンサイト相または焼き戻しマルテンサイト相を含有する微細構造にさらに改良するためには、以下に記述されるように、Ｖ添加量は一層好ましくは１質量％から４質量％の範囲、さらに一層好ましくは１質量％から２．５質量％の範囲、最も好ましくは１．５質量％から２．５質量％の範囲である。
【００３４】
本明細書の上記または別の箇所の一つ以上の実施形態では、ＣＲＣＳ組成物はＣＲＣＳ組成物の耐腐食性を向上させるために有効なＴｉをも含んでもよく、耐腐食性を向上させためにＣＲＣＳ組成物に１質量％から９質量％の範囲でＴｉが添加されてもよい。以下に論じられる図４Ｂに示される相状態図に基づくと、バルク機械的性能を提供する好適な微細構造を生産するための加工性に対して、Ｔｉの添加量は好ましくは１質量％から３質量％の範囲である。バルク機械的特性を向上させるために、ＣＲＣＳ組成物微細構造を、約５０体積％を超える丈夫なマルテンサイト相または焼き戻しマルテンサイト相を含有する微細構造にさらに改良するためには、Ｔｉの添加量は一層好ましくは１質量％から２．２質量％の範囲、さらに一層好ましくは１質量％から１．８質量％の範囲、最も好ましくは１質量％から１．３質量％の範囲である。
【００３５】
本明細書の上記または別の箇所の一つ以上の実施形態では、鋼はＶおよびＴｉを含んでもよい。これらの実施形態では、耐腐食性を向上させるためにＶおよびＴｉは総量約１質量％から約９質量％の範囲で同時に添加されてもよい。図４Ａおよび図４Ｂに示される状態図に基づくと、バルク機械的性能を提供する好適なじょうぶで堅い微細構造に対する加工性を改良するためには、添加されてもよいＶおよびＴｉの総量は好ましくは１質量％から以下の式（ｅ１）を満足させる量までの範囲である。
Ｔｉ（質量％）＝３．０（質量％）−０．５×Ｖ（質量％）（ｅ１）
ここでＴｉ（質量％）およびＶ（質量％）はそれぞれ質量％単位でのＴｉおよびＶ添加量である。式（ｅ１）はＶとＴｉの組み合わせを含有するＣＲＣＳ組成物を設計する場合に使用することができる。一例を挙げると、３質量％のＶを含有するＣＲＣＳ組成物を検討する場合、１．５質量％が改良された加工性に対して許容される好ましいＴｉ添加の上限量に相当するかを判定するために式（ｅ１）を使用することができる。別の例では、６質量％のＶを含有するＣＲＣＳ組成物を検討する場合、０質量％が改良された加工性に対して許容される好ましいＴｉ添加の上限量に相当するかを判定するために（ｅ１）を使用することができる。この後者の結果はＶのみを含有してＴｉを含有しないＣＲＣＳ組成物の上述の好ましい組成物範囲と一致する。バルク機械的特性を向上させるために、ＣＲＣＳ組成物微細構造を、約５０体積％を超える丈夫なマルテンサイト相または焼き戻しマルテンサイト相を含有する微細構造にさらに改良するためには、添加されてもよいＶおよびＴｉの総量は、一層好ましくは約１質量％から以下の式（ｅ２）によって決定される量までの範囲であり、
Ｔｉ（質量％）＝２．２（質量％）−０．５５×Ｖ（質量％）（ｅ２）
さらに一層好ましくは１質量％から以下の式（ｅ３）によって決定される量までの範囲である。
Ｔｉ（質量％）＝１．８（質量％）−０．７２×Ｖ（質量％）（ｅ３）
【００３６】
耐腐食性合金添加または元素に加えて、ＣＲＣＳ組成物の他の特性を向上させおよび／または可能にするために他の好適な合金元素が含まれてもよい。これらの添加合金元素の非限定的な例には、たとえば炭素、マンガン、シリコン、ニオビウム、クロム、ニッケル、ホウ素、窒素、およびこれらの組み合わせが含まれてもよい。ＣＲＣＳ組成物は、たとえば、より高い強度およびより大きな靭性などの改良されたバルク機械的特性のためにベース鋼を処理可能にする添加合金元素を含んでもよい。このように、６０キロ重量ポンド毎平方インチ（ｋｓｉ）、または好ましくは少なくとも８０ｋｓｉの最小降伏強度定格を含む用途など特定の構造物の鋼用途に対して適切な機械的特性を提供し、および／または可能にするために、これらの合金元素はＣＲＣＳ組成物に混合される。
【００３７】
特定の合金元素および好ましい範囲のさらなる詳細は以下に記述される。本明細書の上記または別の箇所の一つ以上の実施形態では、ＣＲＣＳ組成物は炭素（Ｃ）を含む。炭素は鋼を強化し、硬化させるために使用される元素の一つである。炭素の添加はある二次的な利益を提供する。たとえば、炭素合金添加は加熱中に、適切な冷却処置を用いることでＣＲＣＳ組成物中により硬くより丈夫なラスマルテンサイト微細構造を形成できるオーステナイト相を安定させる。低温で靭性を改良するための微細な粒状微細構造を可能にするためにプロセッシング中に粒成長を抑制するばかりではなく析出を強化する微細なカーバイド析出物を形成するために、Ｔｉ、ニオビウム（Ｎｂ）およびＶなどの他の丈夫なカーバイドを形成する元素とともに炭素もＣＲＣＳ組成物中に混合できる。これらの利益を提供するために、０．０３質量％から０．４５質量％の範囲、好ましくは０．０３質量％から０．２５質量％の範囲、一層好ましくは０．０５質量％から０．２質量％の範囲、およびさらに一層好ましくは０．０５質量％から０．１２質量％の範囲の炭素がＣＲＣＳ組成物に添加される。
【００３８】
本明細書の上記または別の箇所の一つ以上の実施形態では、ＣＲＣＳ組成物はマンガン（Ｍｎ）を含んでもよい。マンガンも鋼中の強化元素であり、焼き入れ硬化能に貢献することができる。しかしながら、過剰なマンガンは鋼プレート靭性に有害である。このように、マンガンは２質量％以下の量まで、好ましくは０．５質量％から１．９質量％の範囲、一層好ましくは０．５質量％から１．５質量％の範囲でＣＲＣＳ組成物に添加されてもよい。
【００３９】
本明細書の上記または別の箇所の一つ以上の実施形態では、ＣＲＣＳ組成物はシリコン（Ｓｉ）を含んでもよい。シリコンは脱酸目的で鋼プロセッシング中にしばしば添加される。シリコンは丈夫なマトリックス強化剤であるが、それにもかかわらずシリコンは鋼靭性を低下させるという非常に有害な影響がある。したがって、シリコンは０．４５質量％未満、好ましくは０．１質量％から０．４５質量％の範囲でＣＲＣＳ組成物に添加される。
【００４０】
本明細書の上記または別の箇所の一つ以上の実施形態では、ＣＲＣＳ組成物はＣｒを含んでもよい。耐食減量を改善することに加えて、Ｃｒの添加は鋼の焼き入れ硬化能を高めることを通じて鋼を強化する。しかしながら、上記のように、Ｃｒを添加すると酸素を含有する含水環境ではピッチング腐食を受けやすくなる。ＶおよびＣｒ、ＴｉおよびＣｒ、またはＶ、ＴｉおよびＣｒを含有する開示された鋼はピッチング耐腐食性ばかりではなく耐食減量を同時に提供する。この二重の耐腐食性の利益は、ＣｒとともにＶおよび／またはＴｉを、正味の添加量が約１質量％から９質量％の範囲になるように添加することで提供される。しかしながら、対象用途のバルク機械的特性規格に対して鋼の加工性を改良するためのＣｒとＶおよび／またはＴｉの添加量は、好ましくは１質量％から３．５質量％の範囲、一層好ましくは１．５質量％から３質量％の範囲、さらに一層好ましくは２質量％から３質量％の範囲である。
【００４１】
本明細書の上記または別の箇所の一つ以上の実施形態では、ＣＲＣＳ組成物はニッケル（Ｎｉ）を含んでもよい。ニッケルの添加は鋼加工性を向上させることができる。しかしながら、ニッケルの添加は、鋼コストを増加させるばかりではなく耐腐食特性を低下させる。それにもかかわらずＮｉはオーステナイト安定剤なので、Ｎｉの添加はより多くのＶを添加することで耐腐食特性の悪影響を相殺することができる。鋼加工性を改良するためには、Ｎｉの添加量は３質量％未満、好ましくは２質量％未満である。
【００４２】
本明細書の上記または別の箇所の一つ以上の実施形態では、ＣＲＣＳ組成物はホウ素（Ｂ）を含んでもよい。ホウ素は比較的安価に鋼焼き入れ硬化能を非常に高め、（１６ｍｍを超える）厚い部分であってもベイナイトが低減されたじょうぶで堅い鋼微細構造であるラスマルテンサイトの形成を促進する。しかしながら、約０．００２質量％を超えるホウ素はＦｅ23（Ｃ,Ｂ）6の脆弱な粒子の形成を促進する。したがって、ホウ素が添加される場合には、ホウ素の上限は０．００２質量％が好ましい。ホウ素もモリブデンおよびニオビウムの焼き入れ硬化能効果を増加させる。
【００４３】
本明細書の上記または別の箇所の一つ以上の実施形態では、ＣＲＣＳ組成物は窒素（Ｎ）を含んでもよい。チタン含有ＣＲＣＳ組成物では、窒素を添加するとプロセッシング中にオーステナイト粒子が粗大化することを抑制するチタン窒化物（ＴｉＮ）析出物を形成し、したがってＣＲＣＳ組成物の低温靭性を向上させる。たとえば、耐腐食性に対するチタンを既に十分含有するベースＣＲＣＳ組成物の一実施形態では、次に百万分の１０部（ｐｐｍ）から１００ｐｐｍの範囲のＮが添加されてもよい。耐腐食性に対するＴｉをまだ含有しないベースＣＲＣＳ組成物の別の実施形態では、次に０．００１５質量％から０．０１５質量％のＴｉが同時に添加されて混合される場合には１０ｐｐｍから１００ｐｐｍ範囲のＮが添加されてもよい。この実施形態では、ＣＲＣＳ組成物に添加されるＴｉの量は、好ましくはＴｉ：Ｎの質量比が約３：４となる量である。
【００４４】
本明細書の上記または別の箇所の一つ以上の実施形態では、ＣＲＣＳ組成物はニオビウム（Ｎｂ）を含んでもよい。熱処置中に粒成長を抑制する微細なニオビウムカーバイド析出物の形成を通じてオーステナイト粒子の微細化を促進するためにＮｂを添加することができ、それは少なくとも０．００５質量％のＮｂを含む。しかしながら、過剰なＮｂは鋼靭性を低下させる過剰な析出を強化することになるので、Ｎｂの上限は０．０５質量％が好ましい。これらの理由から、ＣＲＣＳに添加できるＮｂの量は０．００５質量％から０．０５質量％の範囲、好ましくは０．０１質量％から０．０４質量％の範囲である。
【００４５】
さらに、硫黄（Ｓ）およびリン（Ｐ）は鋼機械的特性を低下させる不純物元素であり、ＣＲＣＳ組成物をさらに向上させるために管理されてもよい。たとえば、Ｓ含有量は好ましくは０．０３質量％未満、一層好ましくは０．０１質量％未満である。同様に、Ｐ含有量は好ましくは０．０３質量％未満、一層好ましくは０．０１５質量％未満である。
【００４６】
（鋼微細構造およびプロセッシング）
上述のＣＲＣＳの組成物は有益な耐腐食性、強度および靱性特性を提供する。しかしながら、機械的特性の目標を達成するためには、鋼は適切な冶金プロセッシングによってさらに向上される必要があり、適切な冶金プロセッシングには、これに限定されるものではないが、好適なじょうぶで堅い微細構造を生産するための熱および／または熱機械処理が含まれてもよい。これらの好適な微細構造には、これに限定されるものではないが、主としてフェライト相、または主としてマルテンサイト相、または主として焼き戻しマルテンサイト相、または主として二相を含む微細構造を含んでもよく、ここで二相はフェライト相およびマルテンサイト相、またはフェライト相および焼き戻しマルテンサイト相の何れかであってもよい。さらに、上述したフェライト、マルテンサイト、焼き戻しマルテンサイトおよび二相の微細構造は、さらに第２相析出物によって強化されてもよい。このような好適な微細構造を含むＣＲＣＳ材料は、たとえば、６０ｋｓｉの最小降伏強度、およびＡＰＩＣＴ５標準のＬ８０規格に合致する靭性を持っていてもよい。好適な微細構造を生産する適切な冶金プロセッシング手順は、一般に以下でさらに論じられる特定のＣＲＣＳ組成物に適合するように設計される必要がある。
【００４７】
用語「主に（ｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｔ）」が微細構造相を記述するために本明細書で使用される場合には相、または二相の場合には相混合物が、鋼微細構造中で５０体積パーセント（体積％）を超えることを示す。体積％は、光学顕微鏡写真の使用または走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真の使用などの標準的な定量金属組織解析によって得られる領域百分率（領域％）に近似する。領域％を手に入れるには、一例を挙げると、本発明を制限するものではないが、以下の手順が使用されてもよい。鋼中の位置を無作為に選択し、当業者に知られた標準方法によって用意された金属組織サンプルのこの位置に隣接する領域から光学顕微鏡による倍率５００倍（×）またはＳＥＭによる倍率２０００×で顕微鏡写真を１０枚撮影する。これらの顕微鏡写真のモンタージュから、グリッドまたは同様の補助器具を使用して相の領域％を演算し、この領域％が体積％として報告される。領域％を演算するために、グレースケールの設定による自動化方法、およびグレースケール上下の相の領域％を自動的に演算する方法が使用されてもよい。ＡＳＭハンドブック，ｖｏｌ９：金属組織学および微細構造、２００４年版．４２８頁参照。
【００４８】
一例を挙げると、上述した有益なＣＲＣＳの微細構造は一般的な熱処理プロセスを通じて生産されてもよい。このプロセスでは、ＣＲＣＳ組成物は最初に適切な高温に加熱され、鋼の化学的性質を均質化させ、鋼の組成物によるが、鋼を本質的にオーステナイト相、または本質的にオーステナイト相およびフェライト相の混合物、または本質的にフェライト相の何れかに変換させる相変態を誘起するために、その温度で十分に長い時間アニールされる。相変態は核生成および成長プロセスを介して発生し、それは小さな粒子で形成される新しい相となる。しかしながら、これらの新たに形成された小さな粒子は、鋼がアニーリング温度に保持されると時間の経過とともに成長する。鋼を適切な低温に下げて冷却することによって粒成長を止めることができる。
【００４９】
次に、ほとんどのオーステナイト相をじょうぶで硬いマルテンサイト相へ変換するために、ＣＲＣＳ組成物は適切な高速冷却速度で焼き入れされてもよい。フェライト相は、存在するのであれば、この高速冷却ステップに影響されない。稼働コストがより低いという経済的利益ばかりではなく特定の鋼組成物では十分に高速な冷却速度を提供するので、大気中での冷却が使用されてもよい。焼き入れ後に、ＣＲＣＳ組成物は適切な温度への再加熱および靱性特性を改良するための十分に長い時間その温度を維持して焼き戻しを受けてもよい。これらの熱処理後の、最終的なＣＲＣＳ微細構造は主としてフェライト（α）、または主としてマルテンサイト（α”）、または主として焼き戻しマルテンサイト（Ｔ−α’）、または主としてじょうぶで堅い二相の何れかを含有する微細構造である。
【００５０】
上述の一般的な熱処理プロセスは、さまざまなプロセッシングステップを通じてさらに向上されてもい。一例を挙げると、アニーリング後のＣＲＣＳ組成物の焼き入れ中の熱機械加工が利用されてもよい。強度および靱性特性の両方をさらに向上させるために、このプロセスでは微細構造中の粒径を小さくできる。このさらなる向上プロセスの例には継ぎ目の無いＯＣＴＧ管を製造する場合に一般的に使用されるよく知られたマンネスマンプロセスがあり、このプロセスでは熱間用鋼に穴が開けられて冷却中に管状製品が形成される。マンネスマン プロセス：Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒ’ｓ Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｂｏｏｋ、ｅｄ． Ｄ． Ｋｏｓｈａｌ（Ｂｕｔｔｅｒｗｏｒｔｈ−Ｈｅｉｎｅｍａｎｎ、Ｏｘｆｏｒｄ、１９９３）４〜４７頁）参照。別の例として、上述の一般的な熱処理プロセスは、アニーリング後であって粒子微細化を達成するためのその後の焼き戻しステップ前に一つ以上の熱サイクリングステップを追加することでさらに向上されてもい。これらの熱サイクリングステップのそれぞれの間に、ＣＲＣＳ組成物は以前のアニーリング温度以下の適切な温度まで加熱され、マルテンサイト相、および存在するのであればフェライト相をオーステナイト相へ転換するが、著しい粒成長を誘起するほどは長くない短時間この温度に保持される。好ましい温度および熱サイクリング回数は実験または当業者に知られたモデリングアプローチを通じて得られてもよい。この相変態プロセスによって結果として生じるオーステナイト粒子がより小さい大きさに微細化される。ＣＲＣＳ組成物は次にオーステナイト相をマルテンサイト相または上述の二相へ戻すために適切に焼き入れされるが、結果として生じる微細構造は強度および靱性特性を向上させたより微細でより小さな粒径を含む微細構造である。それぞれの追加の熱サイクリングステップでは効率は逓減されるが追加的にＣＲＣＳ粒径を小さくできる。以下に記述されるこれらの向上は主としてマルテンサイトまたは焼き戻しマルテンサイトまたは二相微細構造にとって特に好適である。
【００５１】
本明細書の上記または別の箇所の一つ以上の実施形態では、Ｖを含有するＣＲＣＳ組成物は上述の有益な微細構造を生成するために処理されてもよい。図４Ａで示される相状態図に基づくと、このプロセスには最初の加熱ステップおよび十分に長い期間ＣＲＣＳ組成物をアニーリングするステップ、および次に適切な冷却速度で周囲温度にＣＲＣＳ組成物を焼き入れするステップを含んでもよい。アニーリング温度は８５０℃から１４５０℃の範囲であり、好ましくは１０００℃から１３５０℃の範囲であり、さらに一層好ましくは１０００℃から１３００℃の範囲である。アニーリングは、温度に依存する当業者に知られた約２４時間までの時間であって、析出物を溶解するのに十分な時間おこなわれ、本質的に均質化された構造を達成する。アニーリングステップの次にＣＲＣＳ組成物を再加熱し、例えば約１２時間未満の十分に長い期間の焼き戻しをして、次に焼き入れまたは単純な周囲空気による空冷を介して周囲温度に冷却されてもよい。焼き戻し温度は４００℃からＡｃ１として知られるオーステナイト形成温度に相当する温度までの範囲である。好ましくは上限の温度は７６０℃を超えず、一層好ましくは５５０℃から６７０℃の範囲である。このプロセスを使用すると、約２．５質量％未満のＶを含有するＣＲＣＳ組成物は主として焼き入れ状態（ａｓ−ｑｕｅｎｃｈｅｄ）または焼き戻しマルテンサイト相の何れかを含む微細構造を含有してもよく、２．５質量％から６質量％のＶを含有するＣＲＣＳ組成物は主として二相、すなわち、フェライトおよび焼き入れ状態または焼き戻しマルテンサイト相の何れかを含む微細構造を含有してもよい。
【００５２】
本明細書の上記または別の箇所の一つ以上の実施形態では、上述の有益な微細構造を生成するために、Ｔｉを含有するＣＲＣＳ組成物が処理されてもよい。図４Ｂで示される相状態図に基づくと、このプロセスには、最初の加熱ステップおよび十分に長い期間ＣＲＣＳ組成物をアニーリングするステップ、および次に適切な冷却速度で周囲温度にＣＲＣＳ組成物を焼き入れするステップを含んでもよい。アニーリング温度は８５０℃から１４５０℃の範囲であり、好ましくは９００℃から１３００℃の範囲であり、さらに一層好ましくは１０５０℃から１２５０℃の間の範囲である。アニーリングは、温度に依存する当業者に知られた約２４時間までの時間であって、本質的に均質化した構造を達成するのに十分な時間おこなわれる。アニーリングステップの次にＣＲＣＳ組成物を再加熱し、例えば約１２時間未満の十分に長い期間の焼き戻しをして、次に焼き入れまたは単純な周囲空気による空冷を介して周囲温度に冷却されてもよい。焼き戻し温度は４００℃からＡｃ１として知られるオーステナイト形成温度以下までの範囲である。好ましくは上限の温度は７６０℃を超えず、一層好ましくは５５０℃から６７０℃の範囲である。このプロセスを使用すると、約１．８質量％までのＴｉを含有するＣＲＣＳ組成物は主として焼き入れ状態または焼き戻しマルテンサイト相の何れかを含む微細構造を含有してもよく、１．８質量％から３質量％のＴｉを含有するＣＲＣＳ組成物は主として二相、すなわち、フェライトおよび焼き入れ状態または焼き戻しマルテンサイト相の何れかを含む微細構造を含有してもよい。
【００５３】
本明細書の上記または別の箇所の一つ以上の実施形態では、Ｔｉを含有するＣＲＣＳ微細構造の上述のプロセッシングは、ラーベス（ＴｉＦｅ2）相の析出物を形成するために、６００℃から１３００℃の範囲の適切な温度で好適な時間のアニーリングを介した追加の熱プロセッシングにＣＲＣＳ組成物をさらすことでさらに向上されてもい。これらの析出物は追加の強度を提供できる。この追加の熱プロセッシングは、上述のアニーリングおよび／または焼き戻しプロセスの一部、または独立したプロセスであってもよい。
【００５４】
本明細書の上記または別の箇所の一つ以上の実施形態では、上述の有益な微細構造を生成するために、ＶおよびＴｉの両方を含有するＣＲＣＳ組成物が処理されてもよい。以下に記述される図４Ａおよび図４Ｂで示される状態図に基づくと、このプロセスでは、最初の加熱ステップおよび十分に長い期間ＣＲＣＳ組成物をアニーリングするステップ、および次に適切な冷却速度で周囲温度にＣＲＣＳ組成物を焼き入れするステップを含んでもよい。ＶおよびＴｉを含有するＣＲＣＳ組成物のアニーリング温度（℃）Ｔv+TiAnneal（℃）は以下の式（ｅ４）を使用して決定されてもよい。
【数１】
2010530477.tif 000004
以前の段落で上述したように、ここでＶ（質量％）およびＴｉ（質量％）はそれぞれＶの質量％およびＴｉの質量％であり、ＴvAnneal（℃）およびＴTiAnneal（℃）はそれぞれＣＲＣＳ組成物にＶだけを含む場合のアニーリング温度（℃）およびＣＲＣＳ組成物にＴｉだけを含む場合のアニーリング温度（℃）に対応する。アニーリングは、温度に依存する当業者に知られた約２４時間までの時間であって、本質的に均質化した構造を達成するのに十分な時間おこなわれる。アニーリングステップの次に焼き戻しをするために１２時間までの十分に長い期間ＣＲＣＳ組成物を再加熱し、次に焼き入れまたは単純な周囲空気による空冷を通じて周囲温度に冷却されてもよい。ＶおよびＴｉを含有するＣＲＣＳ組成物の焼き戻し温度（℃）Ｔv+TiTemper（℃）は以下の式（ｅ５）を使用して決定されてもよい。
【数２】
2010530477.tif 000005
以前の段落で上述したように、ここでＴvTemper（℃）およびＴTiTemper（℃）はそれぞれＣＲＣＳ組成物にＶだけを含む場合の焼き戻し温度（℃）およびＣＲＣＳ組成物にＴｉだけを含む場合の焼き戻し温度（℃）に対応する。
【００５５】
ＣＲＣＳ熱処理およびプロセッシングの上述の例では、機械的性能のさらなる向上のために追加のプロセッシングステップを使用してもよい。一例を挙げると、これは焼き入れステップ中のアニールされたＣＲＣＳ組成物に対する前述の熱機械加工を含むことで達成される。あるいは、別の例のように、アニーリング後に、それぞれの熱サイクリングステップでＣＲＣＳ組成物が最初のアニーリング温度以下の適切な温度に再加熱される一つ以上の前述の熱サイクリングステップを追加することで達成されてもよい。
【００５６】
さらに、鉄鋼業界において通常行われているように、（例えば、加熱温度および継続時間などの）プロセッシングパラメーターの調節が特定のＣＲＣＳ組成物を提供するために実行されてもよい。たとえば、ＣＲＣＳ組成物は微調整されてもよく、関連する焼き入れおよび焼き戻しパラメーター（すなわち、均熱時間および温度）は、所望の微細構造候補および機械的性能を得るために、それに応じて調整されてもよい。微細構造の候補には以前に記述された微細構造が含まれ、主としてマルテンサイト（焼き入れおよび焼き戻しされた状態）、フェライト相とマルテンサイト相の二相（焼き入れおよび焼き戻しされた状態）を含む微細構造が含まれ、ＣＲＣＳ組成物がＴｉを含有するの場合にはラーベス（ＴｉＦｅ2）相析出物によって強化されるフェライト相などの追加の微細構造が含まれる。
【００５７】
好都合なことに、ＣＲＣＳ組成物は、水圧入環境中のピッチング腐食つまり局部的な腐食に対する向上された耐性ばかりではなく炭化水素生産環境中の均一腐食つまり全面腐食に対する向上された耐性の組み合わせを提供する。これらのＣＲＣＳ組成物はコストおよび耐腐食性特性の適切なバランスを提供する。
【実施例】
【００５８】
（実施例）
以下の段落には、本発明の態様によるＣＲＣＳ組成物のさまざまな態様をさらに説明するために提供される例示的なデータを含む。たとえば、図１Ａ〜図１Ｐは、本発明の態様による、人工の製品および水圧入含水液体を使用して測定された例示的な腐食試験実験データである。図２は人工の水圧入含水液体に暴露された鋼クーポン材の外観目視検査結果の概要である。図３Ａ〜図３Ｄは、腐食試験後の鋼クーポン材腐食表面の例示的な横断面ＳＥＭ顕微鏡写真およびＥＤＳ元素マッピングである。図４Ａ〜図４Ｂは本発明の態様によるＴｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃコンピュータモデルを使用して演算されたＣＲＣＳ組成物の例示的な状態図である。最後に、図５は本発明の態様による例示的な生産システムである。
【００５９】
最初に、図１Ａ〜図１Ｐは本発明の技術の実施形態による研究室の実験で測定された腐食速度のグラフである。図１Ａ〜図１Ｐでは、腐食速度を電気化学方法論（例えば、直線分極抵抗法、Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ａｎｄ Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ、Ｄ．Ａ． Ｊｏｎｅｓ、１４６頁（マクミラン社、１９９２年）参照）を使用して、広範囲に人工の生産条件で測定された。これらの測定で使用された鋼は五つの組成物を含有し、それらの組成物はそれぞれ１．５原子百分率（原子％）のＶ（バナジウム）、２．５原子％のＶ、５原子％のＶ、５原子％のＴｉ（チタン）および５原子％のＣｒ（クロム）含有し、質量百分率（質量％）ではそれぞれ１．４質量％のＶ、２．３質量％のＶ、４．６質量％のＶ、４．３質量％のＴｉおよび４．７質量％のＣｒに対応する。これらの鋼組成物のそれぞれには質量％で０．５Ｍｎ−０．１Ｓｉ−０．０７Ｃが添加される。以下の議論では、これらの鋼組成物はそれぞれ１．５Ｖ、２．５Ｖ、５Ｖ、５Ｔｉおよび５Ｃｒと称される。ＣＲＣＳ組成物の耐腐食性の向上をさらに明確にする比較のために、グラフには炭素鋼（ＣＳ）および１３質量％Ｃｒ（１３Ｃｒ）を含有するステンレス鋼の測定された腐食速度も含む。図１Ａから図１Ｌ中のグラフではＣＳおよび１３Ｃｒとともに５Ｖ、５Ｔｉおよび５Ｃｒ鋼を含む異なる鋼組成物をスケーリングおよび非スケーリング試験環境で比較する。図１Ｍから図１Ｐ中のグラフではＣＳおよび１３ＣｒとともにさまざまなＶ含有量の鋼、すなわち１．５Ｖ、２．５Ｖおよび５Ｖ鋼をスケーリングおよび非スケーリング試験環境で比較する。
【００６０】
図１Ａおよび図１Ｂでは、約１０質量％の塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）を含む組成物を含有する人工の含水生産液体中で、約１５ｐｓｉのＣＯ2、ｐＨ約５、および温度約１５０Ｆ（華氏）において実施された腐食速度の測定が示され、これは試験される鋼上に菱鉄鉱のスケールの形成を促進しない非スケーリング試験環境を提供する。図１Ａのグラフ１００では、異なる鋼組成物に対して測定されたレスポンス１０５〜１０９のミル毎年（ｍｐｙ）単位の瞬間腐食速度１０２が、時間（ｈｏｕｒｓ）単位の時間軸１０４に対して示される。レスポンス１０５、１０６、１０７、１０８、１０９はそれぞれＣＳ、５Ｖ、５Ｔｉ、５Ｃｒおよび１３Ｃｒ鋼組成物である。このグラフ１００に示すように、レスポンス１０９によって示される１３Ｃｒ組成物は約４０時間で約５ｍｐｙの最も小さい瞬間腐食速度を持つ。レスポンス１０５によって示されるＣＳ組成物は時間の経過とともに増加して約４０時間で約２００ｍｐｙとなる最も大きい瞬間腐食速度を持つ。レスポンス１０６によって示される５ＶＣＲＣＳ組成物の瞬間腐食速度は時間の経過とともに減少して約４０時間で約５０ｍｐｙになり、レスポンス１０７によって示される５ＴｉＣＲＣＳ組成物の瞬間腐食速度は時間の経過とともに減少して約４０時間で約９８ｍｐｙになり、レスポンス１０８によって示される５Ｃｒ組成物の瞬間腐食速度は時間の経過とともに減少して約４０時間で約８６ｍｐｙになる。このように、この非スケーリング試験環境中での４０時間試験後には、５Ｖおよび５ＴｉＣＲＣＳ組成物の瞬間腐食速度はそれぞれ炭素鋼の瞬間腐食速度の約１／４および１／２になる。
【００６１】
図１Ｂのグラフ１１０では、異なる鋼組成物に対して測定されたレスポンス１１５〜１１９のｍｐｙ単位の平均腐食速度１１２がそれぞれ鋼組成物１１４に対して示される。このグラフ１１０では、平均腐食速度１１２は腐食試験の開始から約４０時間にわたって瞬間腐食速度を平均化することによって得られる。レスポンス１１５、１１６、１１７、１１８、１１９はそれぞれＣＳ、５Ｖ、５Ｔｉ、５Ｃｒおよび１３Ｃｒ鋼組成物である。このグラフ１１０に示すように、レスポンス１１５によって示されるＣＳ組成物の平均腐食速度が最も大きく約１７５ｍｐｙであり、レスポンス１１６によって示される５ＶＣＲＣＳ組成物の平均腐食速度は約６０ｍｐｙであり、レスポンス１１７によって示される５ＴｉＣＲＣＳ組成物の平均腐食速度は約１１０ｍｐｙであり、レスポンス１１８によって示される５Ｃｒ組成物の平均腐食速度は約９５ｍｐｙであり、レスポンス１１９によって示される１３Ｃｒ組成物の平均腐食速度は約７ｍｐｙである。このように、この非スケーリング試験環境中での４０時間試験後には、５Ｖおよび５ＴｉＣＲＣＳ組成物の平均腐食速度は、それぞれ炭素鋼の平均腐食速度の約１／３および２／３になる。
【００６２】
同様に、図１Ｃおよび図１Ｄでは、約１０質量％のＮａＣｌを含む組成物を含有する人工の含水生産液体中で、約１５ｐｓｉのＣＯ2、ｐＨ約５、および温度約１８０°Ｆ（華氏）において実施された腐食速度の測定が示され、これは試験される鋼上に菱鉄鉱のスケールの形成を促進しない非スケーリング試験環境を提供する。図１Ｃのグラフ１２０では、異なる鋼組成物に対して測定されたレスポンス１２５〜１２９のｍｐｙ単位の瞬間腐食速度１２２が、時間単位の時間軸１２４に対して示される。レスポンス１２５、１２６、１２７、１２８、１２９はそれぞれＣＳ、５Ｖ、５Ｔｉ、５Ｃｒおよび１３Ｃｒ鋼組成物である。このグラフ１２０に示すように、レスポンス１２９によって示される１３Ｃｒ組成物は約４０時間で約６ｍｐｙの最も小さい瞬間腐食速度を持つ。レスポンス１２５によって示されるＣＳ組成物は時間の経過とともに増加して約４０時間で約２２５ｍｐｙとなる最も大きい瞬間腐食速度を持つ。レスポンス１２６によって示される５ＶＣＲＣＳ組成物の瞬間腐食速度は時間の経過とともに減少して約４０時間で約２０ｍｐｙとなり、レスポンス１２７によって示される５ＴｉＣＲＣＳ組成物の瞬間腐食速度は時間の経過とともに減少して約４０時間で約６６ｍｐｙとなり、レスポンス１２８によって示される５Ｃｒ組成物の瞬間腐食速度は時間の経過とともに減少して約４０時間で約２５ｍｐｙとなる。このように、この非スケーリング試験環境中での４０時間試験後に、５Ｖおよび５ＴｉＣＲＣＳ組成物の瞬間腐食速度は、それぞれ炭素鋼の瞬間腐食速度の約１／１０および１／３になる。
【００６３】
図１Ｄのグラフ１３０では、異なる鋼組成物に対して測定されたレスポンス１３５〜１３９のｍｐｙ単位の平均腐食速度１３２がそれぞれ鋼組成物１３４に対して示される。このグラフ１３０では、平均腐食速度１３２は腐食試験の開始から約４０時間にわたって瞬間腐食速度を平均化することによって得られる。レスポンス１３５、１３６、１３７、１３８、１３９はそれぞれＣＳ、５Ｖ、５Ｔｉ、５Ｃｒおよび１３Ｃｒ鋼組成物である。このグラフ１３０に示すように、レスポンス１３５によって示されるＣＳ組成物の平均腐食速度は最も大きく約１９５ｍｐｙであり、レスポンス１３６によって示される５ＶＣＲＣＳ組成物の平均腐食速度は約５０ｍｐｙであり、レスポンス１３７によって示される５ＴｉＣＲＣＳ組成物の平均腐食速度は約８５ｍｐｙであり、レスポンス１３８によって示される５Ｃｒ組成物の平均腐食速度は約７０ｍｐｙであり、レスポンス１３９によって示される１３Ｃｒ組成物の平均腐食速度は約７ｍｐｙである。このように、この非スケーリング試験環境中での４０時間の試験後に５Ｖおよび５ＴｉＣＲＣＳ組成物の平均腐食速度はそれぞれ炭素鋼の平均腐食速度の約１／４および１／２になる。
【００６４】
上記の図１Ａから図１Ｄで記述したように、これらの非スケーリング含水生産環境では、ＣＲＣＳ組成物は炭素鋼よりも１／２〜１／１０倍小さい腐食速度を達成する利益を提供する。この理由は、これらの非スケーリング環境では炭素鋼は腐食保護のための菱鉄鉱のスケールを形成しないが、一方で有益な腐食保護を提供するためにそれぞれのＣＲＣＳ合金元素（例えば、Ｖおよび／またはＴｉ）が濃縮された表面層を、ＣＲＣＳ組成物は形成することができるからである。
【００６５】
図１Ｅおよび図１Ｆでは、約１０質量％のＮａＣｌおよび約１．７グラム毎リットル（ｇ／Ｌ）量の重炭酸ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）を含む組成物を含有する人工の含水生産液体中で、約１５ｐｓｉのＣＯ2、ｐＨ約６．４、および温度約１８０°Ｆ（華氏）において実施された腐食速度の測定が示され、これは試験される鋼上に保護菱鉄鉱スケールの形成を促進するスケーリング試験環境を提供する。図１Ｅのグラフ１４０では、異なる鋼組成物に対して測定されたレスポンス１４５〜１４９のｍｐｙ単位の瞬間腐食速度１４２が、時間単位の時間軸１４４に対して示される。レスポンス１４５、１４６、１４７、１４８、１４９はそれぞれＣＳ、５Ｖ、５Ｔｉ、５Ｃｒおよび１３Ｃｒ鋼組成物である。このグラフ１４０に示すように、レスポンス１４９によって示される１３Ｃｒ組成物は約７０時間で最も小さい瞬間腐食速度である約２ｍｐｙになる。レスポンス１４５によって示されるＣＳ組成物では最初は約２０時間で約７６ｍｐｙに達する大きい瞬間腐食速度になるが、表面を保護する菱鉄鉱のスケールの形成によって次第に減少し始めて約７０時間で約４ｍｐｙになる。レスポンス１４６によって示される５ＶＣＲＣＳ組成物の瞬間腐食速度は、ＣＲＣＳ元素が濃縮された保護表面層の形成によって、試験の開始から約６時間後に約１６ｍｐｙに落ちる初期減少がある。次にレスポンスは追加の保護菱鉄鉱最上層の緩やかな形成によって、時間の経過とともに緩やかに減少して約７０時間後に約９ｍｐｙとなり、ＣＳ組成物を保護する菱鉄鉱のスケールのレスポンスとおおよそ同一のレベルになるために少し時間をかけてさらに減少する場合がある。レスポンス１４８によって示される５ＴｉＣＲＣＳ組成物の瞬間腐食速度は、ＣＲＣＳ元素が濃縮された保護表面層の形成のために、試験の開始から約４時間後に約２７ｍｐｙに落ちる初期減少がある。次に、追加の保護菱鉄鉱最上層の緩やかな形成によって、時間の経過とともにゆるやかに減少して約７０時間で約１８ｍｐｙになり、ＣＳ組成物を保護する菱鉄鉱のスケールのレスポンスとおおよそ同一のレベルになるために少し時間をかけてさらに減少する場合がある。レスポンス１４７によって示される５Ｃｒ組成物の瞬間腐食速度は試験の開始から約４時間後に約３６ｍｐｙに落ちる初期減少がある。次に時間の経過とともに緩やかに減少して約７０時間で約３３ｍｐｙになる。このように、グラフ１４０は、保護菱鉄鉱表面層の形成前に、５Ｖおよび５ＴｉＣＲＣＳ組成物が、ＣＳの瞬間腐食速度のそれぞれ約１／３および１／５遅い瞬間腐食速度という利益を提供することを示す。保護菱鉄鉱表面層が形成された後には、５Ｖおよび５ＴｉＣＲＣＳ組成物はこのスケーリング試験環境中の７０時間試験後のＣＳを保護する菱鉄鉱のスケールと同程度の瞬間腐食速度である遅い瞬間腐食速度を提供し続けることができる。
【００６６】
図１Ｆのグラフ１５０では、異なる鋼組成物に対して測定されたレスポンス１５５〜１５９のｍｐｙ単位の平均腐食速度１５２がそれぞれ鋼組成物１５４に対して示される。このグラフ１５０では、平均腐食速度１５２は腐食試験の開始から約７０時間にわたって瞬間腐食速度を平均化することによって得られる。レスポンス１５５、１５６、１５７、１５８、１５９はそれぞれＣＳ、５Ｖ、５Ｔｉ、５Ｃｒおよび１３Ｃｒ鋼組成物である。このグラフ１５０に示すように、レスポンス１５５で示されるＣＳ組成物の平均腐食速度は約４４ｍｐｙという最も大きい平均腐食速度であり、レスポンス１５６で示される５ＶＣＲＣＳ組成物の平均腐食速度は約１３ｍｐｙであり、レスポンス１５７で示される５ＴｉＣＲＣＳ組成物の平均腐食速度は約１９ｍｐｙであり、レスポンス１５８で示される５Ｃｒ組成物の平均腐食速度は約４１ｍｐｙであり、レスポンス１５９で示される１３Ｃｒ組成物の平均腐食速度は約３ｍｐｙである。このように、このスケーリング試験環境中の７０時間試験後に、５Ｖおよび５ＴｉＣＲＣＳ組成物は炭素鋼の平均腐食速度のそれぞれ約１／３および１／２の平均腐食速度を提供する。
【００６７】
上記の図１Ｅおよび図１Ｆで記述したように、このスケーリング含水生産環境中では、ＣＲＣＳ組成物は炭素鋼を保護する菱鉄鉱の腐食速度とおおよそ同等から約１／３小さい範囲の低腐食速度達成する利益を提供することができる。この理由は、このスケーリング環境中では、ＣＲＣＳ組成物は、追加の有益な腐食保護を提供するために、それぞれのＣＲＣＳ合金元素（すなわちＶおよび／またはＴｉ）が濃縮されたそれらの表面層の上端に保護菱鉄鉱のスケールを形成することができるからである。
【００６８】
より高い温度と圧力のより厳しい環境で実施された腐食試験では上述と同様のことが観測された。たとえば、図１Ｇおよび図１Ｈでは、約１０質量％のＮａＣｌを含む組成物を含有する人工の含水生産液体中で、約１００ｐｓｉのＣＯ2、推定ｐＨ約３．７５、および温度約１８０Ｆ（華氏）において実施された腐食速度の測定が示され、これは試験される鋼上に保護菱鉄鉱のスケールの形成を促進しない非スケーリング試験環境を提供する。図１Ｅのグラフ１６０では、異なる鋼組成物に対して測定されたレスポンス１６５〜１６９のｍｐｙ単位の瞬間腐食速度１６２が、時間単位の時間軸１６４に対して示される。レスポンス１６５、１６６、１６７、１６８、１６９はそれぞれＣＳ、５Ｖ、５Ｔｉ、５Ｃｒおよび１３Ｃｒ鋼組成物である。このグラフ１６０に示すように、レスポンス１６９で示される１３Ｃｒ組成物は約１４０時間で約５ｍｐｙという最も小さい瞬間腐食速度になる。レスポンス１６５で示されるＣＳ組成物では最初に約１１時間で約１０８０ｍｐｙに達する速い瞬間腐食速度になる。この結果、試験溶液の化学的性質が変更され、菱鉄鉱のスケールの形成を促進し始める著しい量の溶解鉄が発生し、その後約１４０時間で約５ｍｐｙのレベルの瞬間腐食速度に下降する。レスポンス１６６で示される５ＶＣＲＣＳ組成物の瞬間腐食速度は、ＣＲＣＳ元素が濃縮された保護表面層の形成のために約６時間で約３４０ｍｐｙに落下する初期減少があり、その後、約１４０時間での試験終了までおおよそこのレベルを維持する。レスポンス１６７によって示される５ＴｉＣＲＣＳ組成物の瞬間腐食速度は、上述のレスポンス１６６の５ＶＣＲＣＳ組成物の観測結果と同様の観測結果を提供する。レスポンス１６８によって示される５Ｃｒ組成物の瞬間腐食速度は時間の経過とともに緩やかに減少し約１４０時間で約１７４ｍｐｙになる。このように、ＣＳ上に保護菱鉄鉱表面層を形成しないで、５Ｖおよび５ＴｉＣＲＣＳ組成物の両方ともＣＳの瞬間腐食速度の約１／３の瞬間腐食速度を提供する。
【００６９】
図１Ｈのグラフ１７０では、異なる鋼組成物に対して測定されたレスポンス１７５〜１７９のｍｐｙ単位の平均腐食速度１７２がそれぞれ鋼組成物１７４に対して示される。このグラフ１７０では、平均腐食速度１７２は腐食試験の開始から約１４０時間にわたって瞬間腐食速度を平均化することによって得られる。レスポンス１７５、１７６、１７７、１７８、１７９はそれぞれＣＳ、５Ｖ、５Ｔｉ、５Ｃｒおよび１３Ｃｒ鋼組成物である。レスポンス１７６、１７７、１７８、１７９によって示される５ＶＣＲＣＳ、５ＴｉＣＲＣＳ、５Ｃｒ、および１３Ｃｒ組成物の平均腐食速度は、それぞれ約３９０ｍｐｙ、３８０ｍｐｙ、２１０ｍｐｙ、および５０ｍｐｙである。レスポンス１７５で示されるＣＳ組成物の平均腐食速度（１３０ｍｐｙ）は上記のような菱鉄鉱のスケールの形成を生じる水の化学的性質の変更を含む試験条件の変化による影響を適切に説明していないので、この試験環境の他の組成物に対して測定された平均腐食速度と直接比較できないことに留意すべきである。
【００７０】
図１Ｇおよび図１Ｈについて上述したように、この試験では瞬間腐食速度は、平均腐食速度よりも、異なる鋼組成物の腐食の挙動をより明確に示している。この非スケーリング含水生産環境において測定された瞬間腐食速度に基づくと、ＣＲＣＳ組成物は炭素鋼の腐食速度の約１／３の低腐食速度を達成する利益を提供する。
【００７１】
図１Ｉおよび図１Ｊでは、約１０質量％のＮａＣｌおよび約０．５ｇ／Ｌ量のＮａＨＣＯ3を含む組成物を含有する人工の含水生産液体中で、約２００ｐｓｉのＣＯ2、推定ｐＨ約５、および温度約２５０Ｆ（華氏）において実施された腐食速度の測定が示され、これは試験される鋼上に保護菱鉄鉱スケールの形成を促進するスケーリング試験環境を提供する。図１Ｉのグラフ１８０では、異なる鋼組成物に対して測定されたレスポンス１８５〜１８９のｍｐｙ単位の瞬間腐食速度１８２が、時間単位の時間軸１８４に対して示される。レスポンス１８５、１８６、１８７、１８８、１８９はそれぞれＣＳ、５Ｖ、５Ｔｉ、５Ｃｒおよび１３Ｃｒ鋼組成物である。さらに、ウィンドウ１８３は、６０〜１２０時間の期間で測定されたレスポンス１８５〜１８９を含むグラフ１８０の拡大部分である。このグラフ１８０およびウィンドウ１８３に示すように、レスポンス１８９によって示される１３Ｃｒの瞬間腐食速度は、最初の約１２０ｍｐｙという速度から約１時間後には約６０ｍｐｙに急激に落ちることを示し、次にさらに約１２０時間で約１９ｍｐｙまで徐々に低下する。レスポンス１８５によって示されるＣＳの瞬間腐食速度は、表面を保護する菱鉄鉱のスケールの形成によって、最初の約８８０ｍｐｙ（図示せず）という速い速度から約１時間後には約４０ｍｐｙに急激に落ちることを示している。次にＣＳ組成物の瞬間腐食速度は一定を維持し、約１２０時間で約４４ｍｐｙになる。レスポンス１８６によって示される５ＶＣＲＣＳ組成物の瞬間腐食速度は、最初に徐々に増加し、約１２時間で約５７３ｍｐｙになり、その後、菱鉄鉱保護スケールの形成にしたがって徐々に低下し、約１２０時間で約３１ｍｐｙという低い値になる。レスポンス１８７によって示される５ＴｉＣＲＣＳ組成物の瞬間腐食速度は最初に徐々に増加し、約３時間で約６３５ｍｐｙになり、その後、菱鉄鉱保護スケールの形成にしたがって低下して約１２０時間で約２３ｍｐｙという低い値になる。レスポンス１８８によって示される５Ｃｒ組成物の瞬間腐食速度は最初に減少して約８時間で約６８ｍｐｙになり、その後、菱鉄鉱保護スケールの形成にしたがって徐々に低下して約１２０時間で約２９ｍｐｙになる。このように、グラフ１８０では、保護菱鉄鉱表面スケールの形成前に、５Ｖおよび５ＴｉＣＲＣＳ組成物の瞬間腐食速度は、ＣＳの瞬間腐食速度に対してそれぞれ約２／３および３／４という遅い瞬間腐食速度である利益を示す。保護菱鉄鉱表面スケールの形成後は、５Ｖおよび５ＴｉＣＲＣＳ組成物は、このスケーリング環境中での１２０時間試験後にＣＳを保護する菱鉄鉱のスケールと同程度の瞬間腐食速度である遅い瞬間腐食速度を提供し続けることができる。
【００７２】
図１Ｊのグラフ１９０では、異なる鋼組成物に対して測定されたレスポンス１９５〜１９９のｍｐｙ単位の平均腐食速度１９２がそれぞれ鋼組成物１９４に対して示される。このグラフ１９０では、平均腐食速度は腐食試験の開始から約１２０時間にわたって平均化することによって得られる。レスポンス１９５、１９６、１９７、１９８、１９９はそれぞれＣＳ、５Ｖ、５Ｔｉ、５Ｃｒおよび１３Ｃｒ鋼組成物であり、平均腐食速度はそれぞれ５２ｍｐｙ、１９３ｍｐｙ、２０６ｍｐｙ、６０ｍｐｙ、３０ｍｐｙであることを示す。５Ｖおよび５ＴｉＣＲＣＳ組成物とＣＳ組成物との平均腐食速度の比較では、保護菱鉄鉱のスケールを形成するために要求される異なる時間での影響を正確には説明していないことに留意すべきである。このように、グラフ１９０で示される平均腐食速度は、異なる鋼組成物に対する相対的な腐食保護の正しい尺度ではない。
【００７３】
図１Ｋおよび図１Ｌでは、推定量が約１００ｐｐｂの溶存酸素（Ｏ2）含有し、ｐＨ約８、および温度約１８０Ｆで、ＡＳＴＭ−Ｄ１１４１規格に準拠して用意された人工の海水の組成物を含む人工の水圧入流体において実施された腐食速度の測定が示される。図１Ｋのグラフ２００では、異なる鋼組成物に対して測定されたレスポンス２０５〜２０９のｍｐｙ単位の瞬間腐食速度２０２が、時間単位の時間軸２０４に対して示される。レスポンス２０５、２０６、２０７、２０８、２０９はそれぞれＣＳ、５Ｖ、５Ｔｉ、５Ｃｒおよび１３Ｃｒ鋼組成物である。図１Ｋのグラフ２００に示すように、それぞれレスポンス２０５、２０６、２０７、２０８、２０９によって示されるＣＳ、５Ｖ、５Ｔｉ、５Ｃｒ、および１３Ｃｒ組成物の瞬間腐食速度はそれぞれ約６．２ｍｐｙ、２．２ｍｐｙ、９．４ｍｐｙ、２．２ｍｐｙ、および１．５ｍｐｙである。図１Ｋのグラフ２００と図１Ａ、図１Ｃ、図１Ｅ、図１Ｇ、および図１Ｉのそれぞれグラフ１００、１２０、１４０、１８０とを比較すると、五つの試験された鋼組成物の全てが人工の水圧入流体中での１２０時間試験後には同様の比較的に小さいレベルの瞬間腐食速度を持つことに留意すべきである。特に、人工の水圧入流体中での１２０時間試験後には、５ＶＣＲＣＳ組成物は炭素鋼の瞬間腐食速度の約１／３の瞬間腐食速度を提供する。
【００７４】
同様に、図１Ｌのグラフ２１０では、異なる鋼組成物に対して測定されたレスポンス２１５〜２１９のｍｐｙ単位の平均腐食速度２１２がそれぞれ鋼組成物２１４に対して示される。このグラフ２１０では、平均腐食速度２１２は腐食試験の開始から瞬間腐食速度を約１２０時間にわたって平均化することによって得られる。レスポンス２１５、２１６、２１７、２１８、２１９はそれぞれＣＳ、５Ｖ、５Ｔｉ、５Ｃｒおよび１３Ｃｒ鋼組成物である。このグラフ２１０に示すように、レスポンス２１５、２１６、２１７、２１８、２１９によって示されるＣＳ、５Ｖ、５Ｔｉ、５Ｃｒ、および１３Ｃｒ組成物の平均腐食速度はそれぞれ約６ｍｐｙ、２ｍｐｙ、９．２ｍｐｙ、２．５ｍｐｙ、および１．９ｍｐｙである。図１Ｌのグラフ２１０とそれぞれ図１Ｂ、図１Ｄ、図１Ｆ、図１Ｈ、および図１Ｊのグラフ１１０、１３０、１５０、１９０とを比較して、試験された五つの鋼組成物の全てが人工の過酸化水素水圧入流体中での１２０時間試験後には同様の比較的に小さいレベルの平均腐食速度になることに留意すべきである。特に、５ＶＣＲＣＳ組成物は人工の水圧入流体中での１２０時間試験後には炭素鋼の平均腐食速度の約１／３の平均腐食速度を提供する。
【００７５】
図１Ｋおよび図１Ｌについて上述したように、水圧入環境では、ＣＲＣＳ組成物は、比較的低い腐食速度という利益を提供し、特に、５ＶＣＲＣＳ組成物では炭素鋼の腐食速度の約１／３という低腐食速度を達成する利益を提供する。
【００７６】
図１Ｍおよび図１Ｎでは「非スケーリング」試験環境中の１．５Ｖ、２．５Ｖ、および５ＶＣＲＣＳ鋼の平均腐食速度とＣＳおよび１３Ｃｒの平均腐食速度とを比較する。約１０質量％のＮａＣｌを含む人工の含水生産液体中で、約１５ｐｓｉのＣＯ2、ｐＨ約５、および温度約１８０°Ｆにおいて実施された腐食速度の測定が示され、これは試験される鋼上に菱鉄鉱スケールの形成を促進しない非スケーリング試験環境を提供する。この試験の目的はＣＳおよび１３Ｃｒをベースラインとすることを含めたバナジウム含有量に依存する例示的な腐食速度を示すことである。図１Ｍのグラフ２２０では、異なる鋼組成物２２４に対して測定されたレスポンス２２５〜２２９のｍｐｙ単位の平均腐食速度２２２が、図示される。このグラフ２２０では、平均腐食速度２２２は腐食試験の開始から約１５０時間にわたって瞬間腐食速度を平均化するによって得られる。レスポンス２２５、２２６、２２７、２２８、２２９はそれぞれＣＳ、１．５Ｖ、２．５Ｖ、５Ｖおよび１３Ｃｒ鋼組成物である。グラフ２２０ではバナジウム含有量が増加するにつれて平均腐食速度２２２が小さくなることが示される。図１Ｎは、ＣＳ、１．５Ｖ、２．５Ｖ、および５Ｖの平均腐食速度を点で表示し、４点に対するフリーハンドで描かれた傾向線２３６を示すグラフ２３０を示す。図に示されるように、耐腐食性は１．５Ｖから２．５Ｖで劇的に改良されるが、２．５Ｖから５Ｖでは改良されない。この例から、より少ない量のバナジウムでは追加のＶによる増分の利益を最大限に引き出すことがでず、２．５Ｖよりもより多くの量のＶでは良い性能を果たすことができないので、耐腐食性を目的とする好ましいバナジウムの範囲は約１．５質量％Ｖから約２．５質量％Ｖであることが立証される。
【００７７】
図１Ｏおよび図１Ｐでは、「スケーリング」試験環境中での１．５Ｖ、２．５Ｖおよび５ＶＣＲＣＳ鋼の平均腐食速度とＣＳおよび１３Ｃｒの平均腐食速度とが比較される。約１０質量％のＮａＣｌおよび約１．７グラム毎リットル（ｇ／Ｌ）量の重炭酸ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）を含む組成物を含有する人工の含水生産液体中で、約１５ｐｓｉのＣＯ2、ｐＨ約６．４、および温度約１８０°Ｆにおいて実施された腐食速度の測定が示され、これは試験される鋼上に保護菱鉄鉱スケールの形成を促進するスケーリング試験環境を提供する。図１Ｏでは、異なる鋼組成物２４４に対して測定されたレスポンス２４５、２４６、２４７、２４８、および２４９のｍｐｙ単位の平均腐食速度２４２を図示するグラフ２４０が示される。このグラフ２４０では、平均腐食速度２４２は腐食試験の開始から約１６０時間にわたる瞬間腐食速度を平均化することによって得られる。レスポンス２４５、２４６、２４７、２４８、および２４９はそれぞれＣＳ、１．５Ｖ、２．５Ｖ、５Ｖおよび１３Ｃｒ鋼組成物である。このグラフでは、保護表面菱鉄鉱スケールの形成のために腐食速度が低下し始める前に、約２５時間でピーク瞬間腐食速度に達するＣＳに対するレスポンス２５０も示される。スケーリング環境では全部の腐食速度がより小さいことに留意すべきである。図１Ｅおよび図１Ｆに関連した「スケーリング」試験環境中の前述の腐食速度と同様に、ここではＶを含有する鋼は、菱鉄鉱のスケールが形成される前はＣＳの腐食速度よりも小さい腐食速度を示し、菱鉄鉱のスケールが形成された後はＣＳの腐食速度と同程度の腐食速度を示すことに留意すべきである。グラフ２４０ではバナジウム含有量が増加するにつれて平均腐食速度２４２が小さくなることが示される。図１Ｐは、ＣＳ、１．５Ｖ、２．５Ｖ、および５Ｖの平均腐食速度を点で表示し、４点に対するフリーハンドで描かれた傾向線２５６を示すグラフ２６０を示す。グラフは約２５時間でＣＳのピーク瞬間腐食速度となるレスポンス２６７をも示す。耐腐食性の改良は、非スケーリング環境中（グラフ２３０中の破線２３６参照）と同様に、１．５Ｖから２．５Ｖの間で最も大きくなるように見えることに留意すべきである。この例でも有益なバナジウムの範囲は約１．５質量％から約２．５質量％であることを立証しているように思われる。
【００７８】
図２の表では、推定量が約１００ｐｐｂの溶存酸素（Ｏ２）含有し、ｐＨ約８、および温度約１８０°Ｆで、ＡＳＴＭ−Ｄ１１４１規格に準拠して用意された人工海水の組成物を含む人工の水圧入流体に約１２０時間曝露された後の５ＶＣＲＣＳおよび５Ｃｒ鋼クーポン材の外観目視検査から得られる結果を要約する。この表に示すように、５Ｃｒ鋼クーポン材の表面上には局部的な腐食から生じるいくつかのピッチがはっきりと目視できるのに対して、５ＶＣＲＣＳクーポン材の表面上には目視できるピッチングはほとんど無いか全く無い。このように、これらの結果から過酸化水素水圧入環境中では、Ｃｒを含有する鋼およびＣＲＡ組成物は局部的な腐食（すなわちピッチング）を生じえるが、Ｖを含有するＣＲＣＳ組成物は局部的な腐食を生じないということが示される。
【００７９】
図３Ａから図３Ｄは、腐食試験中に生産されたＣＲＣＳクーポン材上の腐食表面の例示的な横断面ＳＥＭ顕微鏡写真およびＥＤＳ元素マッピングを示す。これらの写真は上述の図１Ａから図１Ｌに関連した有益な腐食保護を提供する鋼クーポン材腐食表面上の比較的厚い層（２０μｍから５０μｍ厚）を示す。これらの層では、下記のように、ＶまたはＴｉＣＲＣＳ合金元素が濃縮されていることが観察された。
【００８０】
図３Ａは、試験される鋼上に菱鉄鉱のスケールの形成を促進しない非スケーリング試験環境である、約１５ｐｓｉのＣＯ2、ｐＨ約５、および温度約１８０°Ｆで、約１０質量％の塩化ナトリウムを含む組成物を含有する人工の含水生産液体に約４０時間曝露した後の５ＶＣＲＣＳクーポン材上の腐食表面の横断面ＳＥＭ顕微鏡写真およびＥＤＳ元素マッピングを示す。図３Ａでは、３００は横断面ＳＥＭ顕微鏡写真であり、３０５は同一領域中のＶのＥＤＳ元素マッピングであり、３０２は有益な腐食保護を提供する約２０μｍ厚の表面層であり、３０３は基質５ＶＣＲＣＳであり、３０１はエポキシサンプルマウントである。ＥＤＳ元素マッピング３０５は保護表面層中のＶＣＲＣＳ元素の増加を示す。
【００８１】
図３Ｂは、試験される鋼上に菱鉄鉱のスケールの形成を促進しない非スケーリング試験環境である約１００ｐｓｉのＣＯ2、推定ｐＨ約３．７５、および温度約１８０°Ｆで、約１０質量％の塩化ナトリウムを含む組成物を含有する人工の含水生産液体に約１４０時間曝露した後の５ＶＣＲＣＳクーポン材上の腐食表面の横断面ＳＥＭ顕微鏡写真およびＥＤＳ元素マッピングを示す。図３Ｂでは、３１０は横断面ＳＥＭ顕微鏡写真であり、３１５は同一領域中のＶのＥＤＳ元素マッピングであり、３１２は有益な腐食保護を提供する約５０μｍ厚の表面層であり、３１３は基質５ＶＣＲＣＳであり、３１１はエポキシサンプルマウントである。ＥＤＳ元素マッピング３１５は保護表面層中のＶＣＲＣＳ元素の増加を示す。
【００８２】
図３Ｃは、試験される鋼上に菱鉄鉱のスケールの形成を促進しない非スケーリング試験環境である約１５ｐｓｉのＣＯ2、ｐＨ約５、および温度約１８０°Ｆで、約１０質量％の塩化ナトリウムを含む組成物を含有する人工の含水生産液体に約４０時間曝露した後の５ＴｉＣＲＣＳクーポン材上の腐食表面の横断面ＳＥＭ顕微鏡写真およびＥＤＳ元素マッピングを示す。図３Ｃでは、３２０は横断面ＳＥＭ顕微鏡写真であり、３２５は同一領域中のＴｉのＥＤＳ元素マッピングであり、３２２は有益な腐食保護を提供する約２０μｍ厚の表面層であり、３２３は基質５ＴｉＣＲＣＳであり、３２１はエポキシサンプルマウントである。ＥＤＳ元素マッピング３２５は保護表面層中のＴｉＣＲＣＳ元素の増加を示す。
【００８３】
図３Ｄは、試験される鋼上に菱鉄鉱のスケールの形成を促進するスケーリング試験環境である約１５ｐｓｉのＣＯ2、ｐＨ約６．４、および温度約１８０°Ｆで、約１０質量％の塩化ナトリウムを含む組成物を含有する人工の含水生産液体に約７０時間曝露した後の５ＴｉＣＲＣＳクーポン材上の腐食表面の横断面ＳＥＭ顕微鏡写真を示す。ここでは、ＥＤＳ元素マッピングの代わりに、この顕微鏡写真で観察された異なる相の化学的性質の判定をするためにスポットＥＤＳ解析が実行された。図３Ｄでは、３３０は横断面ＳＥＭ顕微鏡写真であり、３３３は有益な腐食保護を提供する約５μｍ厚の表面層であり、３３２は約５μｍから約１５μｍの厚さがある菱鉄鉱の最上層であり、３３３は基質５ＴｉＣＲＣＳであり、３３１はエポキシサンプルマウントである。表面層３３３上のＥＤＳ斑点分析では、そのＴｉ／Ｆｅの原子％比が約１／１であることが示され、これは基質５ＴｉＣＲＣＳに対するＴｉ／Ｆｅの原子％比である約１／１９を超えて著しく増加した。
【００８４】
図４Ａおよび図４Ｂは本発明の態様によるＴｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃコンピュータモデルを使用して演算されたＣＲＣＳ組成物の例示的な状態図である。一般に、これらの状態図では、選択された合金元素の量に対する温度のプロットによってさまざまな平衡鋼相の領域を示す。ここで関心のある平衡鋼相には、これに限定されるものではないが、フェライト相（α）、オーステナイト相（γ）、カーバイド相（ＭＣ）、ラーベス相（金属間化合物、例えばＴｉＦｅ2）、および溶融液相（液体）が含まれてもよい。ここで関心がある追加のメタ安定相には、これに限定されるものではないが、マルテンサイト相（α´）および焼き戻しマルテンサイト相（Ｔ−α´）が含まれてもよいことに留意すべきである。メタ安定であるこれらの追加の相は一般的に状態図では図示されない。
【００８５】
前述の通り、本発明の技術による１つの利益は、低合金ＣＲＣＳの化学的性質が市販の構造物の材料に対して特定のバルク特性と向上された表面特性の組み合わせを提供することである。実際、当業者は、ＣＲＣＳ組成物間の関係、好適なプロセッシングおよび結果として生じる微細構造に関する情報を生成するために冶金状態図を使用することができる。従って、この情報は特定のＣＲＣＳ組成物が強度および靱性特性を提供する有益な微細構造を生産するために好適な熱処理手順を設計するために使用することができる。これらの有益な微細構造には、これに限定されるものではないが、主としてフェライト相、または主としてマルテンサイト相、または主として焼き戻しマルテンサイト相、または主として二相（ここで二相はフェライトおよびマルテンサイト相、またはフェライトおよび焼き戻しマルテンサイト相のどちらでもよい）を含有する微細構造を含んでもよい。加えて、上述した有益な微細構造は、さらに第２相析出物によって強化されてもよい。
【００８６】
図４ＡはＴｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃコンピュータモデルによって演算されたＶを含有するＣＲＣＳ組成物の相状態図を示し、すなわち質量％で０．５Ｍｎ−０．１Ｓｉ−０．１５Ｃを含有するＦｅ−Ｖ系を示す。この図中の相状態図４００は、℃での温度４０１に対する質量％でのＶ含有量４０２、および℃での温度４０１に対するモル％でのＶ含有量４０３の形でプロットされている。好適な熱処理手順を設計するための図４Ａの相状態図４００の使用の一例を挙げると、約１質量％から約２．５質量％の範囲のＶを含有するＣＲＣＳ組成物は、γ相領域中であってＭＣを含有する領域上の適切な高温に加熱され、γ相領域中であってＭＣを含有する領域上の適切な高温でアニールされてもよく、これらの温度は図４００から決定することができる。このアニーリング処理によってＣＲＣＳの化学的性質を均質化するためにすべてのＭＣ析出物が溶解し、鋼微細構造を本質的にγ相である微細構造に変換する相変態を誘起する。次にＣＲＣＳ組成物は、ほとんどのγ相をじょうぶで硬いα’相に変換するための周囲温度で適切に焼き入れされてもよい。焼き入れ後に、鋼は、α’相の靱性特性を改良するために、適切な温度で十分に長い時間、再加熱されて焼き戻しされてもよい。適切な焼き戻し温度の範囲は約４００℃からＡｃ１として知られるγ形成温度まで、またはγ形成温度と等しい温度であり、これらの温度は相状態図４００から決定することができる。これらの熱処理後に、約１質量％から約２．５質量％の範囲のＶを含有するこれらのＣＲＣＳ組成物の最終的な微細構造は、じょうぶで堅い主としてα’または主としてＴ−α’相を含有する微細構造である。
【００８７】
熱処理手順を設計するために図４Ａの相状態図４００を使用する別の例では、約２．５質量％から約６質量％の範囲のＶを含有するＣＲＣＳ組成物は、γ＋α相領域中であってＭＣを含有する領域上の適切な高温に加熱され、γ＋α相領域中であってＭＣを含有する領域上の適切な高温でアニールされてもよく、これらの温度は図４００から決定することができる。このアニーリング処理によってＣＲＣＳの化学的性質を均質化するために全てのＭＣ析出物が溶解され、鋼微細構造を本質的にγおよびα相の混合物である微細構造へ変換する。γ相の量対α相の量の比率は当業者に知られた「レベルルール」を使用して推定してもよい。Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｏｎ ｔｏ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ、第２版、Ｓ．Ｈ． Ａｖｅｒ（マグロウヒル社、ロンドン、１９７４年）１６０頁参照。次にＣＲＣＳ組成物は、γ相をじょうぶで硬いα’相に変換するがフェライト相は影響を受けない周囲温度で適切に焼き入れされてもよい。焼き入れ後に、鋼は、α’相の靱性特性を改良するために、適切な温度で十分に長い時間、再加熱されて焼き戻しされてもよい。適切な焼き戻し温度は約４００℃からＡｃ１温度までの範囲であり、相状態図４００から決定することができる。これらの熱処理後に、約２．５質量％から約６質量％の範囲のＶを含有するこれらのＣＲＣＳの最終的な微細構造は、主としてαおよびα’相の二相、または主としてαおよびＴ−α’相の二相を含有する微細構造である。
【００８８】
図４Ａの相状態図４００の使用の第３実施例のように、６質量％を超えるＶを含むＣＲＣＳ組成物は加熱によってγ相を含有する状態にできないので、それらの微細構造は本質的にα相を含有する微細構造であることにに留意すべきである。
【００８９】
図４ＢはＴｈｅｒｍｏ−Ｃａｌｃコンピュータモデルで演算されたＴｉを含有するＣＲＣＳ組成物の相状態図を示し、すなわち質量％で０．５Ｍｎ−０．１Ｓｉ−０．１５Ｃを含有するＦｅ−Ｔｉ系を示す。この図中の相状態図４１０は、℃での温度４１１に対する質量％でのＴｉ含有量４１２、および℃での温度４１１に対するモル％でのＴｉ含有量４１３の形でプロットされている。好適な熱処理手順を設計するための図４Ａの相状態図４１０の使用の一例を挙げると、約１質量％から約１．８質量％の範囲のＴｉを含有するＣＲＣＳ組成物は、γ相領域中またはγ＋ＭＣ相領域中の適切な高温に加熱され、γ相領域中またはγ＋ＭＣ相領域中の適切な高温でアニールされてもよく、これらの温度は図４００から決定することができる。このアニーリング処理によって、鋼微細構造を少量のＭＣ相をも含有する本質的にγ相である微細構造へ変換する相変態を誘起する。ＣＲＣＳ組成物は、ほとんどのγ相をじょうぶで硬いα’相に変換するための周囲温度で適切に焼き入れされてもよい。焼き入れ後に、鋼は、α’相の靱性特性を改良するために、適切な温度で十分に長い時間、再加熱されて焼き戻しされてもよい。適切な焼き戻し温度は約４００℃からＡｃ１温度までの範囲であり、相状態図４１０から決定することができる。これらの熱処理後に、約１質量％から約１．８質量％の範囲のＴｉを含有するこれらのＣＲＣＳの最終的な微細構造は、じょうぶで堅い主としてα’、または主としてＴ−α’相の何れかを含有する微細構造である。
【００９０】
熱処理手順を設計するために図４Ｂの相状態図４１０を使用する別の実施例では、約１．８質量％から約３質量％の範囲のＴｉを含有するＣＲＣＳ組成物はγ＋α＋ＭＣ相領域中の適切な高温に加熱され、γ＋α＋ＭＣ相領域中の適切な高温でアニールされてもよく、これらの温度は図４１０から決定することができる。このアニーリング処理によって鋼微細構造を少量のＭＣ相を含む本質的にγおよびα相の混合物である微細構造へ変換する。γ相の量対α相の量の比率は「レベルルール」を使用して推定することができる。次にＣＲＣＳ組成物は、γ相をじょうぶで硬いα’相に変換するがα相は影響を受けない周囲温度で適切に焼き入れされてもよい。焼き入れ後に、鋼は、α’相の靱性特性を改良するために、適切な温度で十分に長い時間、再加熱されて焼き戻しされてもよい。適切な焼き戻し温度は約４００℃からＡｃ１温度までの範囲またはＡｃ１温度に等しい温度であり、相状態図４１０から決定することができる。これらの熱処理後に、約１．８質量％から約３質量％の範囲のＴｉを含有するこれらのＣＲＣＳの最終的な微細構造は主として二相であって少量のＭＣ相を含有する微細構造であり、ここで二相はαおよびα’相の二相、またはαおよびＴ−α’相の二相の何れかである。
【００９１】
図４Ｂの相状態図４１０使用の追加の実施例では、３質量％を超えるＴｉを含有するＣＲＣＳ組成物は加熱によってγ相を含有する状態にできないので、それらの微細構造は本質的にα相を含有する微細構造であることに留意すべきである。さらに２質量％を超えるＴｉを有するＣＲＣＳ組成物では、ＣＲＣＳは追加の強度を提供するラーベス（ＴｉＦｅ２）相の析出物を形成するために、好適な時間で追加の再加熱およびアニーリングを受けてもよいことに留意すべきである。
【００９２】
（ＣＲＣＳ組成物の最終用途）
上記のように、鋼は石油管状部材およびガス管状部材を製造するには特に有用である。上記で論じたＣＲＣＳ組成物は、従来の製造プロセス（例えば、マンネスマンプロセス）を使用するＯＣＴＧなどの従来の最終部品の製造プロセスを受け入れることができる。すなわち、ＣＲＣＳ組成物に含有される他の合金添加物は耐腐食性以外の目的（例えば、機械的特性）のために添加されるけれども、このＣＲＣＳ組成物に含有される他の合金添加物は従来の鋼冶金で使用される。このように、ＣＲＣＳ組成物は従来の製造プロセスを用いて鋼工場で生産してもよい。これらのプロセスには、これに限定されるものではないが、溶融、鋳造、圧延、成形、加熱および焼き入れが含まれる。同様に、ＣＲＣＳ組成物から製造される装置および／または構造も従来の生産プロセスを用いた現存する設備を使用して製造できる。このように、ＣＲＣＳ組成物から装置を製造することは当該技術分野において公知である。
【００９３】
たとえば、図５では、本発明の技術のある態様による例示的な生産システム５００が図解される。例示的な生産システム５００では、製造設備５０２は地球の表面５０６に位置するツリー５０４に連結している。このツリー５０４を通じて、製造設備５０２は地下層５０８などの一つ以上の地下層へアクセスし、これには石油やガスなどの炭化水素を含有する多数の生産区間または区域を含んでもよい。好都合なことに、サンド制御デバイス、シャントチューブ、および流量制御バルブなどの一つ以上のデバイス５３８は、地下層５０８の生産区間からの炭化水素を増やすために利用されてもよい。しかしながら、生産システム５００は例示的な目的のために図解され、本発明の技術はどのような海底、プラットフォームまたは陸地からの液体の生産または注入にも有用であることに留意されたい。
【００９４】
製造設備５０２は地下層５０８の生産区間からの炭化水素をモニタおよび生産するように構成されてもよい。製造設備５０２では設備は井戸およびプロセッシングからの炭化水素などの液体の生産、プロセッシングおよび他の場所への液体の輸送を管理することができる。これらの液体は製造設備５０２に貯蔵、貯蔵タンク（図示せず）に供給、および／またはパイプライン５１２に供給されてもよい。パイプライン５１２は一緒に結合されるラインパイプのさまざまな部分を含んでもよい。生産区間にアクセスするために、製造設備５０２は配管５１０を介してツリー５０４を介して結合している。配管５１０はツリー５０４から製造設備へ炭化水素を供給するための生産管を含んでもよい。
【００９５】
生産区間にアクセスするために、坑井５１４は地球表面５０６を坑井５１４内の生産区間をインターフェースする深さまで貫通している。おわかりのように、生産区間には、炭化水素を含むまたは含まなくともよい区域と称されてもよい、さまざまな岩の層または区間が含まれてもよい。表面５０６にある坑井５１４の上に位置する海底ツリー５０４は、坑井５１４および製造設備５０２内のデバイス間のインターフェースを提供する。従って、ツリー５０４は、流体流路を提供するための生産チュービングストリング５２８、およびツリー５０４の配管５１０とインターフェースをとれる通信路を提供するための制御ケーブル（図示せず）と接続されてもよい。
【００９６】
坑井５１４内では、生産システム５００は生産区間へのアクセスを提供する異なる装置を含んでもよい。たとえば、表面ケーシングストリング５２４は表面５０６から表面５０６下の特定の深さ位置まで取りつけられてもよい。表面ケーシングストリング５２４内では、生産区間近辺の深さまたはいくつかの生産区間を通って下へ伸びていてもよい中間または生産ケーシングストリング５２６が、坑井５１４の壁を支えるために利用されてもよく、またいくつかの生産区間との流体通路を提供する開口部を含んでもよい。表面ケーシングストリング５２４および生産ケーシングストリング５２６は坑井５１４をさらに安定させるために坑井５１４内の一定の位置まで固定されていてもよい。表面ケーシングストリング５２４および生産ケーシングストリング５２６内では、生産チュービングストリング５２８は炭化水素および他の液体のための坑井５１４を通る流路を提供するために利用されてもよい。
【００９７】
この流路に沿って、デバイス５３８はグラベルパック（図示せず）を有する生産チュービングストリング５２８内への粒子の流れを管理するために利用されてもよい。これらのデバイス５３８はスロットライナー、スタンドアローンスクリーン（ＳＡＳ）、プリパックスクリーン、ワイヤラップスクリーン、メンブレンスクリーン、エクスパンダブルスクリーンおよび／またはワイヤメッシュスクリーンを含んでもよい。さらに、パッカー５３４および５３６は、坑井アニュラス内でお互いに特定の区域を分離するために利用されてもよい。パッカー５３４およびパッカー５３６は異なる区間内のデバイス５３８間の流体通路を提供し、または遮断するように構成されてもよい。このように、パッカー５３４並びにパッカー５３６およびデバイス５３８はゾーンを分離するために利用されてもよく、それぞれの区間内の実質的に完全なグラベルパックを提供する構造に利用されてもよい。
【００９８】
耐腐食性を提供するために、ＣＲＣＳ材料は坑井５１４などの変換二重目的井戸での使用のための好適な単一材料を提供するために利用されてもよい。たとえば、変換井戸では、生産作業中に地層流体がデバイス５３８を介して生産チュービングストリング５２８へ流れて、製造設備５０２へ供給されてもよい。また、注入作業中に注入流体は生産チュービングストリング５２８およびデバイス５３８を通じて区間へ提供されてもよい。従って、生産チュービングストリング５２８およびデバイス５３８などの井戸管は生産作業中は生産液体に暴露され、注入作業中は圧入水に暴露される。１３質量％Ｃｒ鋼装置が生産チュービングストリング５２８に使用されれば、水圧入作業のために生産チュービングストリング５２８を少なくとも２２％Ｃｒ二相ＣＲＡ鋼装置へアップグレードさせる改修が実行される必要があるかもしれない。しかしながら、生産チュービングストリング５２８にＣＲＣＳ材料が使用されていれば、改修をなくすことができ、それは井戸のための操業コストを削減する。
【００９９】
あるいは、二重目的井戸では、管状部材は地層流体および圧入流体に同時に暴露されてもよい。たとえば、水などの圧入流体は、生産ケーシングストリング５２６および生産チュービングストリング５２８間のアニュラスを介して区間へ提供されてもよく、同時に炭化水素などの地層流体は、生産チュービングストリング５２８を通って区間から生産される。このように、生産チュービングストリング５２８はそれぞれ外側表面上の生産液体と内側表面上の圧入水に同時に暴露される。一般に、２２％Ｃｒなどの二相材料で製造された生産チュービングストリング５２８だけが、この環境に対処することができる。しかしながら、ＣＲＣＳ材料で製造された生産チュービングストリング５２８は、二相材料で形成された生産チュービングストリング５２８を上回る材料コストの削減を提供できる（すなわち二相材料のコストはＣＲＣＳ材料のコストに対して約８倍である）。
【０１００】
本発明の技術はさまざまな変更および代替形態が可能であり、上記で論じた例示的な実施形態は例として示されたものである。しかしながら、本発明は本明細書で開示された特定の実施形態に限定される意図はないことが理解されるべきである。実際、本発明の技術は、以下の添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変更、均等物、および代替手段を含むことができる。
【図１Ａ】
2010530477.tif 000008
【図１Ｂ】
2010530477.tif 000009
【図１Ｃ】
2010530477.tif 000010
【図１Ｄ】
2010530477.tif 000011
【図１Ｅ】
2010530477.tif 000012
【図１Ｆ】
2010530477.tif 000013
【図１Ｇ】
2010530477.tif 000014
【図１Ｈ】
2010530477.tif 000015
【図１Ｉ】
2010530477.tif 000016
【図１Ｊ】
2010530477.tif 000017
【図１Ｋ】
2010530477.tif 000018
【図１Ｌ】
2010530477.tif 000019
【図１Ｍ】
2010530477.tif 000020
【図１Ｎ】
2010530477.tif 000021
【図１Ｏ】
2010530477.tif 000022
【図１Ｐ】
2010530477.tif 000023
【図２】
2010530477.tif 000024
【図３Ａ】
2010530477.tif 000025
【図３Ｂ】
2010530477.tif 000026
【図３Ｃ】
2010530477.tif 000027
【図３Ｄ】
2010530477.tif 000028
【図４Ａ】
2010530477.tif 000029
【図４Ｂ】
2010530477.tif 000030
【図５】
2010530477.tif 000031
【国際調査報告】
2010530477.tif 000032