(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０．２〜０．３％、
Ｓｉ：０．１〜０．３％、
Ｍｎ：０．１〜０．３％、
Ｐ  ：０．０１５％以下、
Ｓ  ：０．００２％以下、
Ｃｒ：０．５〜１．５％、
Ｍｏ：０．２〜１．０％、
Ｎｂ：０．０１〜０．０５％、
Ｂ  ：０．０００５〜０．００５％、
Ｏ  ：０．００５％以下、
Ｈ  ：０．０００５％以下、
を含有し、残部がＦｅからなる低合金鋼で、連続鋳造による前記低合金鋼のビレットから直接熱間圧延により継目無管を製造し、焼き入れ、焼き戻しの熱処理を施すことを特徴とする高強度鋼管の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の成分に加え、質量％で、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ｚｒ：０．００５〜０．０３％、Ｖ：０．０１〜０．１％のうち１種または２種以上を含むことを特徴とする高強度鋼管の製造方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の成分に加え、質量％で、Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００３％、Ｌａ＋Ｃｅ：０．００５〜０．０１％のうち１種または２種以上を含むことを特徴とする高強度鋼管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐硫化物応力腐食割れ性に優れた高強度鋼管の製造方法に関し、更に詳しくは、特定成分による連続鋳造による丸ビレットを用い直接穿孔、熱間圧延し鋼管としたのち、熱処理により降伏強度７７ｋｇ／ｍｍ2以上の高強度を有する継目無管の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年のエネルギー事情の逼迫化にともない、従来は開発されていない深層部でかつ硫化水素を含む油井、またはガス井も開発の対象となり、これらに使用する油井管として高強度であり、耐硫化物応力腐食割れ性に優れた継目無管の製造が望まれている。このような高強度の耐硫化物応力腐食割れ性に優れた鋼は、特開昭５５−１３４１５６号、特開昭５８−４２７２２号、特開昭６２−１４９８１号、特開平６−３２２４７８号、特開平９−２４９９３５号などの公報にて提案されている。また、その素材となるビレットの製造方法としては、特開平７−４１８５６号公報に示されているように、連続鋳造法と鋼塊−造塊法による２通りの方法があるが、製造コストの観点からは、連続鋳造法によるビレットを用いた製造の方が有利であり、低合金鋼は連続鋳造によるビレットの使用比率が増している。しかし、低合金鋼の場合においても合金添加量が増すに従い、管内面の疵の発生率が高まり、歩留まりを著しく低下させる。特に、上記の耐硫化物応力腐食割れ性に優れた高強度鋼管は、Ｃｒ，Ｍｏ等の添加量が多いことから、管内面の疵の発生率が高く、連続鋳造による工程省略効果を相殺する生産性の低下をきたしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
管内面の疵の発生を抑制する方法として、疵の発生原因となるビレット中心部を冷却パターンを制御することで中心部からずらすことを主眼とした特開平８−５２５５５号公報の「継目無管素材の偏心凝固連続鋳造方法及び継目無管の製造方法」や、ビレットを圧下する特開平３−１２４３５２号公報の「内部品質に優れた連続鋳造鋳片の製造方法」などが提案されているが、いずれも特別な設備を必要とする。
また、合金元素量の少ない合金鋼は、連続鋳造によるビレットを用いても、内面の疵は発生しないが、Ｃｒを０．５％以上、Ｍｏを０．２％以上含有する高強度鋼では、内面疵の発生が顕著になる。
これは、ビレット中心部に形成されるセンターポロシティや割れが、ビレットの穿孔過程で管内表面に現出し疵となるためである。従って、これら疵の発生原因である欠陥を中心部からずらす、あるいはつぶすことで疵の発生を低減する方法が上記の公報による提案である。しかし、これらの方法では既存の設備では対応できず、いずれも新たな設備の導入が必要になる。
【０００４】
本発明者らは、かかる状況に鑑み、連続鋳造によるビレットを用い、内面疵の発生と鋼に含まれる成分について検討した結果、鋼中のガス成分および低融点生成元素量が疵の発生に大きく影響することを見出した。従って、本発明は、かかる知見に基づくもので、既存の設備においても鋼の成分を制御することで、内面疵の発生を抑制することができ、かつ、耐硫化物応力腐食割れ性に優れた高強度鋼管を製造できることを提案するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
第一の発明の要旨は、質量％で、Ｃ：０．２〜０．３％、Ｓｉ：０．１〜０．３％、Ｍｎ：０．１〜０．３％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００２％以下、Ｃｒ：０．５〜１．５％、Ｍｏ：０．２〜１．０％、Ｎｂ：０．０１〜０．０５％、Ｂ：０．０００５〜０．００５％、Ｏ：０．００５％以下、Ｈ：０．０００５％以下を含有し、残部がＦｅからなる低合金鋼で、連続鋳造による前記低合金鋼のビレットから直接熱間圧延により継目無管を製造し、焼き入れ、焼き戻しの熱処理を施すことを特徴とする高強度鋼管の製造方法である。
【０００６】
第二の発明の要旨は、第一の発明に、炭化物生成元素であるＴｉ，Ｚｒ，Ｖを、質量％で、Ｔｉ：０．００５〜０．０３％、Ｚｒ：０．００５〜０．０３％、Ｖ：０．０１〜０．１％のうち１種または２種以上を含むことを特徴としている。
【０００７】
第三の発明の要旨は、第一の発明に、内面疵の発生原因になるＳを固定し、疵の発生を低減するＣａ，Ｍｇ，ＲＥＭを、質量％で、Ｃａ：０．０００５〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００５〜０．００３％、ＲＥＭ：０．００５〜０．０１％のうち１種または２種以上を含むことを特徴としている。
【０００９】
以下、本発明において成分を前記の範囲に限定した理由について述べる。
【００１０】
Ｃ：０．２〜０．３％
Ｃは、焼き入れ硬さを高め、焼き戻しで炭化物を形成し、鋼の強度を支配する元素であるが、高い強度を得るためには０．２％以上必要であり、また過剰に含有させると焼き入れ時に割れが発生するので、Ｃの含有量は０．２〜０．３％とする。
【００１１】
Ｓｉ：０．１〜０．３％
Ｓｉは、脱酸剤として添加されるが、十分な脱酸のためには０．１％以上必要であり、また過剰に添加すると耐硫化物応力腐食割れ性が低下するため、０．３％を上限とする。
【００１２】
Ｍｎ：０．１〜０．３％
Ｍｎは、脱酸、脱硫作用を目的で添加するが、０．１％未満では十分な効果が得られない。また、０．３％超の含有では、焼き戻し後の炭化物の粗大化を促進し、耐硫化物応力腐食割れ性を低下させるため、Ｍｎの範囲は０．１〜０．３％にする。
【００１３】
Ｐ：０．０１５％以下
Ｐは、不可避不純物として鋼中に含まれるが、ビレット穿孔時の内面疵の発生を助長する元素であり、また、硫化物応力腐食割れ感受性を高める作用があるため、０．０１５％以下にする。
【００１４】
Ｓ：０．００２％以下
Ｓは、Ｐと同様鋼中に不可避的不純物として含まれ、その含有量が多いとビレット穿孔時の内面疵が多発する。特に直接鋳造ままのビレットから穿孔する場合、分塊−圧延プロセスからビレットにする場合よりも、ビレット中心部でのミクロ偏析が大であるため、その含有量を極力制限する必要があり、Ｓの上限は０．００２％にする。
【００１５】
Ｃｒ：０．５〜１．５％
Ｃｒは、焼き入れ性を高くし、炭化物を形成することから強度には重要な元素であり、０．５％以上の含有が必要であるが、過剰な添加は粒界炭化物を粗大化させ、耐硫化物応力腐食割れ性を低下させるため、Ｃｒの範囲は０．５〜１．５％にする。
【００１６】
Ｍｏ：０．２〜１．０％
Ｍｏは、焼き入れ性、耐食性ともに向上させる効果がある。また、焼き戻しにより炭化物を形成し強度にも寄与するが、高価な元素であり、１．０％超ではその効果が飽和するため、０．２〜１．０％にする。
【００１７】
Ｎｂ：０．０１〜０．０５％
Ｎｂは、焼き戻し時に微細な炭化物を形成し強度を向上させるが、過剰に添加すると、焼き入れ時にすでに粗大な炭化物になり、強度に対する効果を失うため、Ｎｂの範囲は０．０１〜０．０５％にする。
【００１８】
Ｂ：０．０００５〜０．００５％
Ｂは、焼き入れ感受性を高め、強度向上には有効な元素であるが、０．００５％超では、焼き戻し後の粒界炭化物を粗大にし、耐硫化物応力腐食割れ性を著しく低下させるため、Ｂの範囲は０．０００５〜０．００５％にする。
【００１９】
Ｏ：０．００５％以下
Ｏは、ビレット穿孔時の内面疵の発生に大きく影響する元素である。特に直接鋳造したままのビレットを穿孔する場合、Ｏの量を低減する必要がある。脱酸としては、Ｍｎ，Ｓｉ，Ａｌ等が有効であり、いずれの脱酸剤を用いてもよいが、Ｏの添加量として０．００５％以下にしなければ疵のない良好な内面状態は得られない。
【００２０】
Ｈ：０．０００５％以下
Ｈは、Ｏと同様ビレット穿孔時の内面疵の発生に影響する元素である。分塊−圧延プロセスでビレットにする場合は、加熱、圧延時により鋼中水素量は低下するが、このようなプロセスを経ない直接鋳造ビレットを用いる場合は、あらかじめビレットの段階でＨの量を十分低減しておく必要がある。また、水素は硫化物応力腐食割れ感受性を高めることもあり、Ｈの量は少ない方が望ましく、０．０００５％以下にする。
【００２１】
Ｔｉ：０．００５〜０．０３％
Ｚｒ：０．００５〜０．０３％
Ｖ  ：０．０１〜０．１％
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｖは、いずれも炭素と鋼中で微細な炭化物を形成し、強度に寄与する元素であるが、過剰な添加はその効果が飽和するため、その含有量をそれぞれ、０．００５〜０．０３％、０．００５〜０．０３％、０．０１〜０．１％にする。
【００２２】
Ｃａ：０．０００５〜０．００５％
Ｍｇ：０．０００５〜０．００３％
ＲＥＭ：０．００５〜０．０１％
これらは鋼中のＳ，Ｏを硫化物、酸化物として固定し、内面疵の発生を抑制する効果を有する元素であるが、過剰に添加すると低融点化合物を生成し、熱間加工性を低下させ疵の発生が増加するため、その含有率をそれぞれ、０．０００５〜０．００５％、０．０００５〜０．００３％、０．００５〜０．０１％にする。
【００２３】
【実施例】
本発明の実施例について説明する。表１に示す成分の鋼を溶製し、約１００×１００×４００ｍｍの角形鋳型に鋳造したのち、鋼塊の中心部から片端３５ｍｍφと４２ｍｍφで長さ２００ｍｍのテーパのついた試験片１（図２参照）を採取し、図１に示すように傾斜圧延機２により熱間加工性試験を実施した。鋼塊の残部は強度、耐硫化物応力腐食割れ性（表中、「応力腐食割れ性」と略記）を調べる目的で、熱間圧延で１５ｍｍｔの板とし、これから試験片を採取し、焼き入れ、焼き戻しの熱処理を施した。
【００２４】
【表１】
0003959667.tif 000002
【００２５】
熱間加工性は、１２００℃に加熱した図２に示す試験片を図１に示す試験機（傾斜圧延機）による回転鍛造圧延の難易度で評価した。具体的には、プラグを用いずに傾斜圧延を行ったとき、ビレット中心部の内部割れ３が生じていない部分（図中のＬｃｒの部分）の体積が、元のビレットの体積と等しくなる位置（＝２０×Ｌｃｒ／Ｌの位置）における外径（Ｄｃｒ）を求め、（Ｄｃｒ−Ｄ１）×１００／Ｄｃｒの式で限界圧下率を算出した。
【００２６】
熱処理は、焼き入れ温度９００℃から水冷し、降伏強度が約８０ｋｇ／ｍｍ2程度になる温度で焼き戻しをした。
耐硫化物応力腐食割れ性は、Ｈ2Ｓを飽和させた０．５％ＣＨ3ＣＯＯＨ＋５％ＮａＣｌ溶液を用い、降伏応力の８５％の応力をかける定荷重試験を実施し、７２０時間の試験での破断の有無により評価した。
【００２７】
内面疵の発生の判断基準は鋼の有する限界圧下率である。この値が５％以下の場合、穿孔前の回転鍛造効果でビレットの中心部に割れが発生し、製管したとき管内面疵の原因になる。
表１より、本発明鋼は、いずれも５％以上の良好な限界圧下率を示すが、比較鋼の３〜７は、５％以下の限界圧下率であるため、実際の継目無管の製管では、内面疵が発生すると判断される。これら比較鋼は、鋼中のＯ，Ｈのガス成分、あるいは低融点化合物を生成するとされるＳ，Ｐが高く、これら成分の制御が内面疵の発生を防止する重要な因子であることを示唆している。
【００２８】
高強度材の耐硫化物応力腐食割れ性は、粒界炭化物の粗大析出抑制により向上するが、比較鋼１、２のようにＣｒ，Ｍｎが高い場合、炭化物の粗大化が起こり、耐硫化物応力腐食割れ性が低下したと考えられる。また、比較鋼６から、鋼中のＨも耐硫化物応力腐食割れ性を低下させると判断される。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、鋼中のガス成分および低融点生成元素量を調整した低合金鋼からなる連続鋳造ままのビレットを用いることにより、内面疵の発生しない降伏強度が７７ｋｇ／ｍｍ2以上の高強度で耐硫化物応力腐食割れ性に優れた継目無管を製造することができる。また、本発明により、硫化水素を含む油井に使用される油井管を、より経済的に提供できることになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例におけるテーパビレット空抜試験法を示す図である。
【図２】テーパビレットの試験片を示す図である。
【図１】
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【図２】
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