石油・ガス田向けステンレス鋼管グレード

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一般的に、低合金鋼の中には、H2Sを含む腐食性の石油・ガス環境の要件を満たすものもありますが、CO2またはH2S、CO2、Clが共存する腐食環境では、マルテンサイト系ステンレス鋼、二相ステンレス鋼、さらにはニッケルベースの合金が必要になります。1988年版のAPI 5CTでは、耐腐食性のチューブ鋼グレードが追加され、C75鋼グレードと9Crおよび13Crのマルテンサイト系ステンレス鋼グレードが指定されました。

 

高強度 ま油井用アルテンサイト系ステンレス鋼管

 CO2を主ガスとする湿潤環境では、油井管の孔食、粒界腐食などの局部腐食損傷がよく発生します。Cl –が存在すると、局部腐食が激しくなります。一般的に、二酸化炭素圧力が0.021MPa未満の場合は腐食は無視できると考えられており、二酸化炭素圧力が0.021MPaに達すると腐食が発生します。pCO2が0.021MPaを超える場合は、適切な防食対策を講じる必要があります。一般的に、CO2分率が0.05Mpa未満の場合は、孔食による損傷はありません。

持続放出剤を使用して CO2 腐食を防ぐ効果は限られており、9%-13%Cr 鋼などの高クロム鋼を使用する方が効果が優れていることが証明されています。1970 年代以降、一部の天然ガス井戸では、CO2 腐食を防ぐために 9%Cr および 13Cr% ステンレス鋼管が使用されています。アメリカ石油協会 (API) は、9Cr および 13Cr マルテンサイト系ステンレス鋼管 (API L80-9Cr および L80-13Cr) を標準化された使用に推奨しています。13Cr 鋼は CO2 腐食に対する耐性が優れており、9Cr-1Mo 鋼は H2S 応力腐食割れに対する耐性が優れています。原則として、CO2 雰囲気中に H2S が存在する場合、どちらの鋼も適していません。 CO2油井にH2Sが存在する場合、油井管のSSCC耐性を可能な限り向上させる必要があり、均一なマルテンサイトを得るために焼入れ焼戻し熱処理を採用し、硬度を可能な限りHRC22以下に制御する必要があります。

油井のステンレス鋼グレード

学年 Ｃ モ Cr ニ 銅
9Cr ≤0.15 0.9-1.1 8.0-10.0 ≤0.5 /
13Cr 0.15-0.22 / 12.0-14.0 ≤0.5 /
SUP9Cr ≤0.03 1.5-2.5 12.0-13.5 4.0-6.0 /
SUP13Cr ≤0.03 1.5-2.5 14.0-16.0 5.0-7.0 0.5-1.5

しかし、API 13Cr鋼管は、油井温度が150℃以上になると、CO2耐性が大幅に低下し、耐用年数が短くなります。API 13Cr鋼管のCO2およびSSC（硫化物応力割れ）に対する耐食性を向上させるために、NiおよびMoを添加した低炭素SUP13Cr鋼管が開発されました。この鋼管は、高温、高CO2濃度、少量の硫化水素を含む湿潤環境で使用できます。これらの管の組織は、焼戻しマルテンサイトおよび5%未満のフェライトです。CO2に対する耐食性は、炭素を減らすか、CrとNiを添加することで向上でき、孔食に対する耐食性はMoを添加することで向上できます。API 13Cr鋼管と比較して、CO2およびSSCに対する耐食性が大幅に向上しています。例えば、同じ腐食環境において、API 13Cr鋼管の腐食速度は1mm/a以上であるのに対し、SUP13Cr鋼管の腐食速度は0.125mm/aに低下しています。深井戸、超深井戸の開発に伴い、油井温度は上昇し続けています。油井温度がさらに180℃以上に上昇すると、SUP13Cr油井管の耐食性も低下し始め、長期使用の要件を満たすことができなくなります。従来の材料選択原則によれば、二相ステンレス鋼またはニッケル基合金を選択する必要があります。

 

まアルテンサイトステンレス鋼 石油パイプライン用パイプ

の パイプラインパイプ 腐食性の油やガスを輸送するには、油井管と同じ耐食材料が必要です。以前は、パイプに徐放剤や二相ステンレス鋼などの耐食材料を注入するのが一般的でした。前者は高温での防食効果が不安定で、環境汚染を引き起こす可能性があります。二相ステンレス鋼は耐食性が優れていますが、コストが高く、溶接入熱の制御が難しく、現場の施工に合わせて溶接予熱や溶接後熱処理が困難です。CO2環境用のマルテンサイト系11CrパイプとCO2+微量H2S環境用のマルテンサイト系12Crパイプが使用されています。このパイプは溶接性が良く、予熱や溶接後熱処理が不要で、機械的性質はX80鋼グレードと同等になり、耐食性は徐放剤や二相ステンレス鋼管を使用したパイプラインよりも優れています。

パイプライン用ステンレス鋼管

学年 Ｃ Cr ニ モ
11Cr ≤0.03 11 1.5 /
12Cr ≤0.03 12 5.0 2.0

 

石油産業向け二相ステンレス鋼管

マルテンサイト系ステンレス鋼SUP 15Crは、CO2を含む油井（ガス井）の温度が200℃を超えると耐食性要件を満たすことができず、CO2およびClに対する優れた耐応力腐食割れ性を備えた二相ステンレス鋼が求められています。現在、 22Cr 25Cr二相（オーステナイトとフェライト）ステンレス鋼は、200℃を超えるCO2井戸に適していますが、メーカーはCrとNiの含有量を調整して耐食性を調整しています。二相鋼は、フェライトとオーステナイト相で構成されています。CrとNiの他に、MoとNを追加して耐食性を向上させることができます。二相ステンレス鋼は高温耐食性に優れていることに加えて、マルテンサイトステンレス鋼と比較して、H2S応力腐食割れ耐性が優れており、常温NACE TM 0177-Aテスト、A溶液、85%SMYS負荷環境で、マルテンサイトステンレス鋼は10kPa H2S分圧テストにのみ合格しますが、二相ステンレス鋼25Crは100kPa H2S分圧テストに合格できます。

 

一般的に、CO2とH2Sが共存する環境、またはH2S分圧が臨界に達しないがCl-が非常に高い場合、13Cr鋼（スーパー13Cr鋼を含む）は要件を満たすことができません。 22Cr 二相ステンレス鋼（ASF 2205）またはスーパー二相ステンレス鋼25Cr、さらに高Ni、Crステンレス鋼、および20% Cr、Ni30%を超えるG3、合金825などのNiベースおよびFe-Niベースの合金が必要です。