JP7759015B2

JP7759015B2 - 鋼材

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Publication number: JP7759015B2
Application number: JP2025503422A
Authority: JP
Inventors: 裕紀神谷; 悠索富尾; 実早保安藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2023-08-07
Filing date: 2024-06-25
Publication date: 2025-10-23
Anticipated expiration: 2044-06-25
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Description

本開示は鋼材に関する。

油井やガス井（以下、油井及びガス井を総称して「油井」という）の中には、腐食性物質を多く含有する環境がある。腐食性物質はたとえば、硫化水素等の腐食性ガス等である。本明細書において、硫化水素を含有する環境を「サワー環境」という。サワー環境の温度は、井戸の深さにもよるが、常温～２００℃程度である。

このようなサワー環境で使用される鋼材として、たとえば、油井管として適用される油井用鋼材や、ラインパイプとして適用されるラインパイプ用鋼材等がある。近年、油井の深井戸化により、油井用鋼材等の高強度化が求められている。

一方、鋼材をサワー環境で使用する場合、鋼材表面が腐食性物質と接触して、電気化学反応が起こり、鋼材表面に水素が発生する。この水素に起因して、鋼材に硫化物応力腐食割れ（ＳＳＣ：ＳｕｌｆｉｄｅＳｔｒｅｓｓＣｒａｃｋｉｎｇ）に代表される水素脆化割れが発生しやすい。したがって、サワー環境で使用される鋼材では、高い強度とともに、優れた耐水素脆化特性も求められる。

サワー環境で使用される鋼材において耐水素脆化特性を高める技術が、特開２０１１－２４６７９８号公報（特許文献１）、及び、特開２０１５－３８２４７号公報（特許文献２）に開示されている。

特許文献１では、低合金鋼からなる油井用鋼管において、所定量の固溶Ｍｏを確保し、旧オーステナイト粒を微細化し、Ｍ₂Ｃ型析出物を分散させる。これにより、耐ＳＳＣ性を高めている。特許文献１ではさらに、旧オーステナイト粒界にＭｏ偏析領域を形成することにより、耐水素脆化特性をさらに高めている。

特許文献２では、低合金鋼からなる油井用鋼管において、Ｍｏ偏析領域をなるべく抑制することにより、耐水素脆化特性を高めている。

さらに最近では、水素を燃料として走行する燃料電池自動車の開発、及び、燃料電池自動車に水素を供給する水素ステーションの実用化が進められている。水素ステーションに設置される高圧水素蓄圧器には、高圧の水素ガスが貯蔵される。また、燃料電池自動車として、高圧水素ボンベを搭載した自動車の開発も進められている。このような高圧水素蓄圧器や高圧水素ボンベに代表される高圧水素容器に利用される鋼材も、高い強度とともに、優れた耐水素脆化特性が求められる。

高圧水素容器に利用される鋼材において耐水素脆化特性を高める技術が、特開２００９－７４１２２号公報（特許文献３）に提案されている。特許文献３では、低合金鋼からなる鋼材において、Ｖ含有量及びＭｏ含有量を従来よりも高めることにより、旧オーステナイト粒界の炭化物の形態を改善し、耐水素脆化特性を高めている。

特開２０１１－２４６７９８号公報特開２０１５－３８２４７号公報特開２００９－７４１２２号公報

上記特許文献１～３に開示する技術によれば、サワー環境での使用や高圧水素容器への利用が想定された鋼材の耐水素脆化特性を高めることができる。しかしながら、上述の特許文献１～３に記載された手段以外の他の手段により、高強度と、優れた耐水素脆化特性とを有する鋼材が得られてもよい。

本開示の目的は、高強度と、優れた耐水素脆化特性とを両立する鋼材を提供することである。

本開示による鋼材は、
質量％で、
Ｃ：０．１５～０．４５％、
Ｓｉ：０．０５～１．００％、
Ｍｎ：０．０５～１．００％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｃｒ：０．３０～１．５０％、
Ｍｏ：０．４０～２．００％、
Ｔｉ：０．００２～０．０２０％、
Ｎｂ：０．００２～０．１００％、
Ｖ：０．０５～０．３０％、
Ｂ：０．０００５～０．００４０％、
Ｎ：０．０１００％以下、
Ｏ：０．００４０％以下、
Ｃｕ：０～０．５０％、
Ｎｉ：０～０．５０％、
Ｗ：０～０．５０％、
Ｃａ：０～０．０１００％、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
Ｚｒ：０～０．０１００％、
希土類元素：０～０．０１００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
降伏強度が９６５ＭＰａ以上であり、
前記鋼材中において、
質量％で、Ｓｉ含有量が２０％以上であり、Ｏ含有量が１０％以上であり、長径が５．０μｍ以上のＳｉ酸化物の個数密度が、５個／２００ｍｍ²以下である。

本開示による鋼材は、高強度と、優れた耐水素脆化特性とを両立する。

図１は、本実施例における粗大Ｓｉ酸化物（長径が５．０μｍ以上のＳｉ酸化物）の個数密度（個／２００ｍｍ²）と、耐水素脆化特性の指標である相対破断応力（＝ＢＳ１／ＢＳ０）との関係を示す図である。

本発明者らはまず、サワー環境での使用や高圧水素容器への利用を想定して、高強度として９６５ＭＰａ以上（１４０ｋｓｉ以上）の降伏強度を有する鋼材を得ることを検討した。さらに本発明者らは、化学組成に着目して、９６５ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐水素脆化特性とを両立する鋼材を得ることを検討した。その結果、本発明者らは、質量％で、Ｃ：０．１５～０．４５％、Ｓｉ：０．０５～１．００％、Ｍｎ：０．０５～１．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．００５０％以下、Ａｌ：０．００５～０．１００％、Ｃｒ：０．３０～１．５０％、Ｍｏ：０．４０～２．００％、Ｔｉ：０．００２～０．０２０％、Ｎｂ：０．００２～０．１００％、Ｖ：０．０５～０．３０％、Ｂ：０．０００５～０．００４０％、Ｎ：０．０１００％以下、Ｏ：０．００４０％以下、Ｃｕ：０～０．５０％、Ｎｉ：０～０．５０％、Ｗ：０～０．５０％、Ｃａ：０～０．０１００％、Ｍｇ：０～０．０１００％、Ｚｒ：０～０．０１００％、希土類元素：０～０．０１００％、及び、残部がＦｅ及び不純物からなる鋼材であれば、９６５ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐水素脆化特性とを両立できる可能性があると考えた。

一方、上述の化学組成を有する鋼材であっても、９６５ＭＰａ以上の降伏強度を有する場合、高圧水素ガス環境における優れた耐水素脆化特性を得られない場合があった。そこで本発明者らは、上述の化学組成を有し、９６５ＭＰａ以上の降伏強度を有する鋼材について、耐水素脆化特性が低下する要因について、詳細に検討した。その結果、上述の化学組成を有する鋼材では、鋼材中に粗大なＳｉ酸化物が含まれる懸念があることが明らかになった。鋼材中に粗大なＳｉ酸化物が含まれれば、鋼材の耐水素脆化特性が低下する可能性がある。

本明細書において、質量％で、Ｓｉ含有量が２０％以上であり、Ｏ含有量が１０％以上であり、長径が５．０μｍ以上のＳｉ酸化物を、「粗大Ｓｉ酸化物」ともいう。本発明者らの詳細な検討の結果、粗大Ｓｉ酸化物の個数密度を５個／２００ｍｍ²以下とすることで、９６５ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐水素脆化特性とを両立できることが明らかになった。この点について、図面を用いて具体的に説明する。

図１は、本実施例における粗大Ｓｉ酸化物（長径が５．０μｍ以上のＳｉ酸化物）の個数密度（個／２００ｍｍ²）と、耐水素脆化特性の指標である相対破断応力（＝ＢＳ１／ＢＳ０）との関係を示す図である。図１は、後述する実施例のうち、上述の化学組成と、９６５ＭＰａ以上の降伏強度とを有する鋼材について、後述する方法で求めた粗大Ｓｉ酸化物の個数密度と、後述する方法で求めた相対破断応力とを用いて作成した。

図１を参照して、上述の化学組成と、９６５ＭＰａ以上の降伏強度とを有する鋼材では、粗大Ｓｉ酸化物の個数密度が５個／２００ｍｍ²以下であれば、相対破断応力が０．８５以上となり、優れた耐水素脆化特性が得られることが確認できる。したがって、本実施形態による鋼材は、上述の化学組成と、９６５ＭＰａ以上の降伏強度とを有し、さらに、粗大Ｓｉ酸化物の個数密度を５個／２００ｍｍ²以下とする。その結果、本実施形態による鋼材は、９６５ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐水素脆化特性とを両立することができる。

粗大Ｓｉ酸化物の個数密度を５個／２００ｍｍ²以下であることによって、鋼材の耐水素脆化特性が高められる理由について、詳細は明らかになっていない。しかしながら、本発明者らは次のように推察している。上述の化学組成を有する鋼材を製造する場合、製鋼工程において、主としてアルミニウム（Ａｌ）による脱酸が実施される。そのため、上述の化学組成を有する鋼材では、Ａｌ₂Ｏ₃に代表されるＡｌ酸化物について検討されてきたものの、Ｓｉ酸化物には着目されてこなかった。しかしながら、数の少ないＳｉ酸化物、特に長径が５．０μｍ以上の粗大Ｓｉ酸化物は、Ａｌ酸化物よりも鋼材の耐水素脆化特性を低下させやすい可能性がある。そのため、粗大Ｓｉ酸化物の個数密度を５個／２００ｍｍ²以下にまで低下させることで、鋼材の耐水素脆化特性を高められるのではないか、と本発明者らは推察している。

なお、本発明者らの推察とは異なるメカニズムによって、鋼材の耐水素脆化特性が高まっている可能性はあり得る。上述の化学組成を有し、粗大Ｓｉ酸化物の個数密度が５個／２００ｍｍ²以下である結果、９６５ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐水素脆化特性とを両立できる点は、後述する実施例によって証明されている。したがって、本実施形態による鋼材は、上述の化学組成と、９６５ＭＰａ以上の降伏強度とを有し、鋼材中の粗大Ｓｉ酸化物の個数密度が５個／２００ｍｍ²以下である。その結果、本実施形態による鋼材は、９６５ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐水素脆化特性とを両立することができる。

以上の知見に基づいて完成した本実施形態による鋼材の要旨は、次のとおりである。

［１］
鋼材であって、
質量％で、
Ｃ：０．１５～０．４５％、
Ｓｉ：０．０５～１．００％、
Ｍｎ：０．０５～１．００％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｃｒ：０．３０～１．５０％、
Ｍｏ：０．４０～２．００％、
Ｔｉ：０．００２～０．０２０％、
Ｎｂ：０．００２～０．１００％、
Ｖ：０．０５～０．３０％、
Ｂ：０．０００５～０．００４０％、
Ｎ：０．０１００％以下、
Ｏ：０．００４０％以下、
Ｃｕ：０～０．５０％、
Ｎｉ：０～０．５０％、
Ｗ：０～０．５０％、
Ｃａ：０～０．０１００％、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
Ｚｒ：０～０．０１００％、
希土類元素：０～０．０１００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
降伏強度が９６５ＭＰａ以上であり、
前記鋼材中において、
質量％で、Ｓｉ含有量が２０％以上であり、Ｏ含有量が１０％以上であり、長径が５．０μｍ以上のＳｉ酸化物の個数密度が、５個／２００ｍｍ²以下である、
鋼材。

［２］
［１］に記載の鋼材であって、
Ｃｕ：０．０１～０．５０％、
Ｎｉ：０．０１～０．５０％、
Ｗ：０．０１～０．５０％、
Ｃａ：０．０００１～０．０１００％、
Ｍｇ：０．０００１～０．０１００％、
Ｚｒ：０．０００１～０．０１００％、及び、
希土類元素：０．０００１～０．０１００％からなる群から選択される１元素以上を含有する、
鋼材。

［３］
［１］又は［２］に記載の鋼材であって、
前記鋼材は継目無鋼管である、
鋼材。

本実施形態による鋼材の形状は特に限定されない。本実施形態による鋼材は、鋼管であってもよく、丸鋼（中実材）であってもよく、鋼板であってもよい。なお、丸鋼とは、軸方向に垂直な断面が円形状の棒鋼を意味する。また、鋼管は継目無鋼管であってもよく、溶接鋼管であってもよい。

本実施形態による鋼材は、油井用鋼管、ラインパイプ用鋼管、及び、高圧水素容器用鋼管のいずれかであってもよい。ここで、本明細書において「油井用鋼管」とは、油井管として利用される鋼管を意味する。油井管とは、油井又はガス井の掘削、原油又は天然ガスの採取等に用いられるケーシング、チュービング、ドリルパイプの総称を意味する。

また、本明細書において「ラインパイプ用鋼管」とは、油井又はガス井から採取された生産流体（原油又は天然ガス）を輸送するパイプラインを構成するラインパイプ用途の鋼管を意味する。パイプラインはたとえば、油井又はガス井から生産流体を輸送するフローライン、フローラインで輸送された生産流体を集合して一次処理施設まで輸送するギャザリングライン、脱水等の一次処理を実施した生産流体を市場近郊まで輸送するトランクライン、及び、消費者まで輸送するディストリビューションライン等である。

本明細書において、「高圧水素容器用鋼管」は、ＩＳＯ１１４３９、ＡＮＳＩ／ＮＧＶ、高圧ガス保安法、容器保安規則例示基準等で規格化されており、高圧の水素ガスが貯蔵される高圧水素容器に利用される鋼管を意味する。高圧水素容器はたとえば、水素ステーションに設置される高圧水素蓄圧器であり、燃料電池自動車に搭載される高圧水素ボンベである。

以下、本実施形態による鋼材について詳述する。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。

［化学組成］
本実施形態による鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。

Ｃ：０．１５～０．４５％
炭素（Ｃ）は鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の強度を高める。Ｃはさらに、製造工程中の焼戻しにおいて、炭化物の球状化を促進し、鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。Ｃ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、炭化物が多くなりすぎ、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．１５～０．４５％である。Ｃ含有量の好ましい下限は０．１８％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．２２％であり、さらに好ましくは０．２３％である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．４０％であり、さらに好ましくは０．３８％であり、さらに好ましくは０．３５％である。

Ｓｉ：０．０５～１．００％
ケイ素（Ｓｉ）は、鋼を脱酸する。Ｓｉ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｓｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大Ｓｉ酸化物が多数形成され、鋼材の耐水素脆化特性が低下する場合がある。したがって、Ｓｉ含有量は０．０５～１．００％である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．１０％であり、さらに好ましくは０．１５％であり、さらに好ましくは０．２０％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．８５％であり、さらに好ましくは０．７５％であり、さらに好ましくは０．６０％であり、さらに好ましくは０．５０％であり、さらに好ましくは０．４０％である。

Ｍｎ：０．０５～１．００％
マンガン（Ｍｎ）は鋼を脱酸する。Ｍｎはさらに、鋼材の焼入れ性を高める。Ｍｎ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な硫化物系介在物が形成され、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．０５～１．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．０６％であり、さらに好ましくは０．０８％であり、さらに好ましくは０．１０％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は０．９０％であり、さらに好ましくは０．８０％であり、さらに好ましくは０．７０％であり、さらに好ましくは０．６０％であり、さらに好ましくは０．５０％であり、さらに好ましくは０．４０％である。

Ｐ：０．０３０％以下
りん（Ｐ）は不純物である。すなわち、Ｐ含有量の下限は０％超である。Ｐ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｐが粒界に偏析し、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｐ含有量は０．０３０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０２５％であり、さらに好ましくは０．０２０％であり、さらに好ましくは０．０１５％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｐ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｐ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。

Ｓ：０．００５０％以下
硫黄（Ｓ）は不純物である。すなわち、Ｓ含有量の下限は０％超である。Ｓ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｓが粒界に偏析し、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｓ含有量は０．００５０％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３１％であり、さらに好ましくは０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００２０％であり、さらに好ましくは０．００１５％である。Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｓ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｓ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００２％であり、さらに好ましくは０．０００３％である。

Ａｌ：０．００５～０．１００％
アルミニウム（Ａｌ）は鋼を脱酸する。Ａｌ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られず、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。一方、Ａｌ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大なＡｌ酸化物が形成され、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．００５～０．１００％である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０１５％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０６０％であり、さらに好ましくは０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３５％である。本明細書にいう「Ａｌ」含有量は「酸可溶Ａｌ」、つまり、「ｓｏｌ．Ａｌ」の含有量を意味する。

Ｃｒ：０．３０～１．５０％
クロム（Ｃｒ）は鋼材の焼入れ性を高める。Ｃｒはさらに、鋼材の焼戻し軟化抵抗を高め、高温焼戻しを可能にする。その結果、鋼材の耐水素脆化特性が高まる。Ｃｒ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃｒ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は０．３０～１．５０％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．３５％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．５０％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は１．４０％であり、さらに好ましくは１．３０％であり、さらに好ましくは１．２０％であり、さらに好ましくは１．１０％であり、さらに好ましくは１．０５％である。

Ｍｏ：０．４０～２．００％
モリブデン（Ｍｏ）は鋼材の焼入れ性を高める。Ｍｏはさらに、鋼材の焼戻し軟化抵抗を高め、高温焼戻しを可能にする。その結果、鋼材の耐水素脆化特性が高まる。Ｍｏ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｏ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な炭化物が形成され、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｍｏ含有量は０．４０～２．００％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．４５％であり、さらに好ましくは０．４９％であり、さらに好ましくは０．５０％であり、さらに好ましくは０．５５％であり、さらに好ましくは０．６０％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は１．８０％であり、さらに好ましくは１．６０％であり、さらに好ましくは１．４０％であり、さらに好ましくは１．３０％である。

Ｔｉ：０．００２～０．０２０％
チタン（Ｔｉ）はＮと結合して窒化物を形成し、ピンニング効果により鋼材の結晶粒を微細化する。その結果、鋼材の耐水素脆化特性が高まる。Ｔｉ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｔｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｔｉ窒化物が粗大化して、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０．００２～０．０２０％である。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．００３％であり、さらに好ましくは０．００４％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、さらに好ましくは０．０１５％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．００８％である。

Ｎｂ：０．００２～０．１００％
ニオブ（Ｎｂ）はＣ及び／又はＮと結合して、炭化物、窒化物又は炭窒化物（以下、「炭窒化物等」という）を形成する。炭窒化物等はピンニング効果により、鋼材の結晶粒を微細化し、鋼材の耐水素脆化特性を高める。Ｎｂはさらに、焼戻し時に微細な炭化物を形成して鋼材の焼戻し軟化抵抗を高め、鋼材の強度を高める。Ｎｂ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｎｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、炭窒化物等が過剰に形成され、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０．００２～０．１００％である。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０１５％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０６０％であり、さらに好ましくは０．０４０％である。

Ｖ：０．０５～０．３０％
バナジウム（Ｖ）は炭窒化物等を形成する。炭窒化物等はピンニング効果により、鋼材の結晶粒を微細化し、鋼材の耐水素脆化特性を高める。Ｖはさらに、焼戻し時に微細な炭化物を形成して鋼材の焼戻し軟化抵抗を高め、鋼材の強度を高める。Ｖ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｖ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、炭窒化物等が過剰に形成され、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０．０５～０．３０％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０．０６％であり、さらに好ましくは０．０７％であり、さらに好ましくは０．０８％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．２５％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．１５％である。

Ｂ：０．０００５～０．００４０％
ホウ素（Ｂ）は鋼に固溶して鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の強度を高める。Ｂはさらに、Ｐの粒界偏析を抑制して、鋼材の耐水素脆化特性を高める。Ｂ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な窒化物が形成され、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｂ含有量は０．０００５～０．００４０％である。Ｂ含有量の好ましい下限は０．０００６％であり、さらに好ましくは０．０００８％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．００３５％であり、さらに好ましくは０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００２５％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。

Ｎ：０．０１００％以下
窒素（Ｎ）は不可避に含有される。すなわち、Ｎ含有量の下限は０％超である。ＮはＴｉと結合して窒化物を形成し、ピンニング効果により、鋼材の結晶粒を微細化する。その結果、鋼材の強度が高まる。しかしながら、Ｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な窒化物が形成され、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．０１００％以下である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００５０％であり、さらに好ましくは０．００４５％である。上記効果をより有効に得るためのＮ含有量の好ましい下限は０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％であり、さらに好ましくは０．００１５％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。

Ｏ：０．００４０％以下
酸素（Ｏ）は不純物である。すなわち、Ｏ含有量の下限は０％超である。Ｏ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な酸化物が形成され、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｏ含有量は０．００４０％以下である。Ｏ含有量の好ましい上限は０．００３５％であり、さらに好ましくは０．００３３％であり、さらに好ましくは０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００２５％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。Ｏ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｏ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｏ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００２％であり、さらに好ましくは０．０００３％である。

本実施形態による鋼材の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。ここで、不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は、製造環境などから混入されるものであって、本実施形態による鋼材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。

［任意元素］
上述の鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｕ、及び、Ｎｉからなる群から選択される１元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、鋼材の焼入れ性を高める。

Ｃｕ：０～０．５０％
銅（Ｃｕ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｃｕ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃｕは鋼材の耐水素脆化特性を高める。Ｃｕが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃｕ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は０～０．５０％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は０．３５％であり、さらに好ましくは０．２５％であり、さらに好ましくは０．１５％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．０５％である。

Ｎｉ：０～０．５０％
ニッケル（Ｎｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｎｉ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｎｉは鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の強度を高める。Ｎｉはさらに、鋼に固溶して、鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。Ｎｉが少しでも含有されれば、これらの効果がある程度得られる。しかしながら、Ｎｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、局部的な腐食が促進され、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。したがって、Ｎｉ含有量は０～０．５０％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は０．３０％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．０５％である。

上述の鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｗを含有してもよい。

Ｗ：０～０．５０％
タングステン（Ｗ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｗ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｗはサワー環境において、保護性の腐食被膜を形成し、鋼材への水素の侵入を抑制する。その結果、鋼材の耐水素脆化特性が高まる。Ｗが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｗ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中に粗大な炭化物が形成され、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｗ含有量は０～０．５０％である。Ｗ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０３％であり、さらに好ましくは０．０５％である。Ｗ含有量の好ましい上限は０．５０％未満であり、さらに好ましくは０．４８％である。

上述の鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ、及び、希土類元素からなる群から選択される１元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、鋼材中のＳを硫化物として無害化する。その結果、これらの元素は鋼材の耐水素脆化特性を高める。

Ｃａ：０～０．０１００％
カルシウム（Ｃａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｃａ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃａは鋼材中のＳを硫化物として無害化し、鋼材の耐水素脆化特性を高める。Ｃａが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃａ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０～０．０１００％である。Ｃａ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００６％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００２５％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。

Ｍｇ：０～０．０１００％
マグネシウム（Ｍｇ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｍｇ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｍｇは鋼材中のＳを硫化物として無害化し、鋼材の耐水素脆化特性を高める。Ｍｇが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｍｇ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｍｇ含有量は０～０．０１００％である。Ｍｇ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００６％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００２５％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。

Ｚｒ：０～０．０１００％
ジルコニウム（Ｚｒ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｚｒ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｚｒは鋼材中のＳを硫化物として無害化し、鋼材の耐水素脆化特性を高める。Ｚｒが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｚｒ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｚｒ含有量は０～０．０１００％である。Ｚｒ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００６％である。Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００２５％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。

希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０１００％
希土類元素（ＲＥＭ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、ＲＥＭ含有量は０％であってもよい。含有される場合、ＲＥＭは鋼材中のＳを硫化物として無害化し、鋼材の耐水素脆化特性を高める。ＲＥＭはさらに、鋼材中のＰと結合して、結晶粒界におけるＰの偏析を抑制する。そのため、Ｐの偏析に起因した鋼材の耐水素脆化特性の低下が抑制される。ＲＥＭが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、ＲＥＭ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．０１００％である。ＲＥＭ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００６％である。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００２５％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。

なお、本明細書におけるＲＥＭとは、原子番号２１番のスカンジウム（Ｓｃ）、原子番号３９番のイットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイドである原子番号５７番のランタン（Ｌａ）～原子番号７１番のルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選択される１種以上の元素を意味する。また、本明細書におけるＲＥＭ含有量とは、これら元素の合計含有量を意味する。

［降伏強度］
本実施形態による鋼材の降伏強度は９６５ＭＰａ以上（１４０ｋｓｉ以上）である。本明細書でいう降伏強度は、ＡＳＴＭＥ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）に準拠した常温（２５℃）での引張試験で得られた０．６５％伸び時の応力（０．６５％耐力）を意味する。本実施形態による鋼材は、上述の化学組成を有し、後述する粗大Ｓｉ酸化物の個数密度を満たすことで、降伏強度が９６５ＭＰａ以上であっても、優れた耐ＳＳＣ性を有する。なお、本実施形態において、降伏強度の上限は特に限定されないが、たとえば、１１７２ＭＰａである。本実施形態において、降伏強度の好ましい下限は９８６ＭＰａであり、さらに好ましくは１０００ＭＰａであり、さらに好ましくは１０３０ＭＰａであり、さらに好ましくは１０３４ＭＰａ超であり、さらに好ましくは１０３５ＭＰａ、さらに好ましくは１０４０ＭＰａである。

本実施形態による鋼材の降伏強度は、次の方法で求める。まず、本実施形態による鋼材から、丸棒試験片を作製する。鋼材が鋼板の場合、板厚中央部から丸棒試験片を作製する。この場合、丸棒試験片の軸方向は、鋼板の圧延方向に平行な方向とする。鋼材が鋼管の場合、肉厚中央部から丸棒試験片を作製する。この場合、丸棒試験片の軸方向は、鋼管の管軸方向に平行な方向とする。鋼材が丸鋼である場合、Ｒ／２位置から丸棒試験片を作製する。本明細書において、Ｒ／２位置とは、丸鋼の軸方向に垂直な断面における半径Ｒの中心位置を意味する。この場合、丸棒試験片の軸方向は、丸鋼の軸方向に平行な方向とする。丸棒試験片の大きさは、たとえば、平行部直径８．９ｍｍ、標点距離３５．６ｍｍである。作製された丸棒試験片を用いて、ＡＳＴＭＥ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）に準拠した方法で、常温（２５℃）、大気中で引張試験を実施して、得られた０．６５％伸び時の応力（０．６５％耐力）を降伏強度（ＭＰａ）と定義する。なお、本実施形態において降伏強度（ＭＰａ）は、得られた数値の小数第一位を四捨五入して求める。

［粗大Ｓｉ酸化物の個数密度］
本実施形態による鋼材は、上述の化学組成と、９６５ＭＰａ以上の降伏強度を有し、さらに、鋼材中の粗大Ｓｉ酸化物の個数密度が５個／２００ｍｍ²以下である。上述のとおり、本明細書では、質量％で、Ｓｉ含有量が２０％以上であり、Ｏ含有量が１０％以上の粒子を「Ｓｉ酸化物」ともいう。上述のとおり、本明細書ではさらに、長径が５．０μｍ以上のＳｉ酸化物を「粗大Ｓｉ酸化物」ともいう。つまり、粗大Ｓｉ酸化物とは、質量％で、Ｓｉ含有量が２０％以上であり、Ｏ含有量が１０％以上であり、長径が５．０μｍ以上の粒子を意味する。

上述のとおり、これまでＳｉ酸化物は、その数の少なさから着目されてこなかった。しかしながら、９６５ＭＰａ以上の高い降伏強度を有する場合、数の少ない粗大Ｓｉ酸化物であっても、耐水素脆化特性の低下が顕在化しやすい可能性がある。そのため、粗大Ｓｉ酸化物の個数密度を５個／２００ｍｍ²以下にすることで、９６５ＭＰａ以上にまで降伏強度を高めても、優れた耐水素脆化特性を安定して得られる可能性がある。そこで、本実施形態による鋼材は、上述の化学組成と、９６５ＭＰａ以上の降伏強度とを有し、さらに、鋼材中の粗大Ｓｉ酸化物の個数密度を５個／２００ｍｍ²以下とする。

本実施形態において、粗大Ｓｉ酸化物の個数密度の好ましい上限は４個／２００ｍｍ²であり、さらに好ましくは３個／２００ｍｍ²である。本実施形態において、粗大Ｓｉ酸化物の個数密度の下限は特に限定されず、０個／２００ｍｍ²であってもよい。粗大Ｓｉ酸化物の個数密度の下限は、たとえば、１個／２００ｍｍ²であってもよい。

本実施形態において、鋼材中の粗大Ｓｉ酸化物の個数密度は、次の方法で求めることができる。まず、本実施形態による鋼材から、圧延方向及び圧下方向を含む面を観察面とする試験片を作製する。具体的に、鋼材が鋼板の場合、板幅中央部かつ板厚ｔ／４部から、圧延方向と板厚方向とを含む面を観察面とする試験片を作製する。ここで、板厚ｔ／４部とは、鋼板の板厚をｔとした場合に、鋼板の表面からｔ／４深さ位置を意味する。鋼材が鋼管の場合、肉厚中央部から、管軸方向と管径方向とを含む面を観察面とする試験片を作製する。鋼材が丸鋼である場合、Ｒ／２位置を中央に含み、軸方向と径方向とを含む面を観察面とする試験片を作製する。

作製した試験片の観察面を鏡面に研磨した後、測定を行う。観察面の面積は限定されないが、たとえば、３００ｍｍ²（２０ｍｍ×１５ｍｍ）とする。観察面において、長径が５．０μｍ以上のＳｉ酸化物の個数を求める。具体的には、まず観察面における粒子をコントラストから特定する。特定した各粒子について、元素濃度分析（ＥＤＳ分析）を実施する。ＥＤＳ分析では、加速電圧を２０ｋＶとし、対象元素をＮ、Ｏ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂとして定量する。各粒子のＥＤＳ分析結果に基づいて、質量％でＳｉ含有量が２０％以上であり、かつ、Ｏ含有量が１０％以上である場合、その粒子を「Ｓｉ酸化物」と特定する。

観察面において特定されたＳｉ酸化物のうち、長径が５．０μｍ以上のＳｉ酸化物（粗大Ｓｉ酸化物）を特定し、粗大Ｓｉ酸化物の総個数を求める。なお、Ｓｉ酸化物の長径は、周知の方法で求めることができる。また、本明細書において、Ｓｉ酸化物の長径とは、観察面において、Ｓｉ酸化物の外周の任意の２点を結ぶ線分のうち、最大の線分（μｍ）を意味する。

粗大Ｓｉ酸化物の総個数と、観察面の総面積とに基づいて、粗大Ｓｉ酸化物の個数密度（個／２００ｍｍ²）を求める。なお、本実施形態において、粗大Ｓｉ酸化物の個数密度（個／２００ｍｍ²）は、得られた数値の小数第一位を四捨五入して求める。また、粗大Ｓｉ酸化物の個数密度の測定は、走査電子顕微鏡に組成分析機能を付与された装置（ＳＥＭ－ＥＤＳ装置）を用いて行うことができる。ＳＥＭ－ＥＤＳ装置としてたとえば、ＦＥＩ（ＡＳＰＥＸ）社製の自動分析装置である商品名：ＭｅｔａｌｓＱｕａｌｉｔｙＡｎａｌｙｚｅｒを用いることができる。

［耐水素脆化特性］
本実施形態による鋼材は、上述の化学組成と、９６５ＭＰａ以上の降伏強度とを有し、鋼材中の粗大Ｓｉ酸化物の個数密度が５個／２００ｍｍ²以下である。その結果、本実施形態による鋼材は、高強度と優れた耐水素脆化特性とを両立する。本実施形態において、優れた耐水素脆化特性とは、次の方法で評価できる。

本実施形態による鋼材から、耐水素脆化特性評価用の試験片を作製する。試験片は、環状切欠き付き丸棒試験片とする。試験片は、たとえば、平行部の外径が４．０ｍｍ、平行部の長さが２５ｍｍであり、平行部の長手方向中央位置には、環状ノッチが形成される。このとき、切欠き形状について、切欠きの深さが０．３ｍｍ、切欠き角度が６０°であり、切欠き底の曲率半径が０．１２５ｍｍである。鋼材が鋼板である場合、板幅中央部かつ板厚ｔ／４部から丸棒試験片を作製する。この場合、丸棒試験片の軸方向は、鋼板の圧延方向に平行な方向とする。鋼材が鋼管である場合、肉厚中央部から丸棒試験片を作製する。この場合、丸棒試験片の軸方向は、鋼管の管軸方向に平行な方向とする。鋼材が丸鋼である場合、Ｒ／２位置から丸棒試験片を作製する。この場合、丸棒試験片の軸方向は、丸鋼の軸方向に平行な方向とする。

作製された環状切欠き付き丸棒試験片に対して、陰極水素チャージ法により水素をチャージする。具体的には、常温の陰極水素チャージ溶液を準備する。陰極水素チャージ溶液は、常温の５質量％の塩化ナトリウム水溶液、３０ｇ／ＬのＮＨ₄ＳＣＮ、及び、酢酸緩衝液を含有する水溶液とし、酢酸緩衝液により、試験前のｐＨをｐＨ３．５に調整する。

陰極水素チャージ溶液に環状切欠き丸棒試験片を浸漬した状態で、電位を－１．５Ｖ、チャージ時間を２４時間として、環状切欠き付き丸棒試験片に水素をチャージする。このとき、好ましくは、水素がチャージされた環状切欠き付き丸棒試験片の表面に、亜鉛めっき被膜を形成し、環状切欠き付き丸棒試験片内の水素が外部に漏れないようにする。

水素がチャージされた環状切欠き付き丸棒試験片に対して、低ひずみ速度試験機（ＳＳＲＴ）を用いて、常温（２５℃）、大気中で引張試験を実施する。このとき、ひずみ速度を４．２×１０^-6／秒として、破断応力ＢＳ１（ＭＰａ）を求める。水素がチャージされていない環状切欠き付き丸棒試験片に対して、同様の条件で引張試験を実施して、破断応力ＢＳ０（ＭＰａ）を求める。なお、本実施形態において破断応力（ＭＰａ）は、得られた数値の小数第一位を四捨五入して求める。さらに、得られた破断応力ＢＳ１（ＭＰａ）の、破断応力ＢＳ０（ＭＰａ）に対する比を、相対破断応力（＝ＢＳ１／ＢＳ０）と定義する。本実施形態では、相対破断応力が０．８５以上であれば、優れた耐水素脆化特性を有すると判断する。なお、本実施形態において相対破断応力は、得られた数値の小数第三位を四捨五入して求める。

［ミクロ組織］
本実施形態による鋼材のミクロ組織は、焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトの体積率の合計が９０％以上である。ミクロ組織の残部はたとえば、フェライト、又は、パーライトである。上述の化学組成を有する鋼材のミクロ組織が、焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトの体積率の合計が９０％以上を含有すれば、本実施形態の他の構成を満たすことを条件に、９６５ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐水素脆化特性とを両立できる。すなわち、本実施形態では、鋼材が９６５ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐ＳＳＣ性とを両立していれば、ミクロ組織は焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトの体積率の合計が９０％以上であると判断する。

なお、焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトの体積率を観察により求める場合、以下の方法で求めることができる。まず、本実施形態による鋼材から、観察面を有する試験片を作製する。鋼材が鋼板の場合、板幅中央部かつ板厚ｔ／４部から、圧延方向と板厚方向とを含む面を観察面とする試験片を作製する。鋼材が鋼管の場合、肉厚中央部から、管軸方向と管径方向とを含む面を観察面とする試験片を作製する。鋼材が丸鋼である場合、Ｒ／２位置を中央に含み、軸方向と径方向とを含む面を観察面とする試験片を作製する。

試験片の観察面を鏡面に研磨した後、ナイタール腐食液に１０秒程度浸漬して、エッチングによる組織現出を行う。エッチングした観察面を、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：ＳｃａｎｎｉｎｇＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて、二次電子像にて１０視野観察する。視野面積は、たとえば、０．０１ｍｍ²（倍率１０００倍）である。各視野において、コントラストから焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトを特定する。特定した焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトの面積率を求める。面積率を求める方法は特に限定されず、周知の方法でよい。たとえば、画像解析によって、焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトの面積率を求めることができる。本実施形態では、全ての視野で求めた、焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトの面積率の算術平均値を、焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトの体積率と定義する。

［製造方法］
本実施形態による鋼材の製造方法を説明する。以下、本実施形態による鋼材の一例として、継目無鋼管の製造方法を説明する。継目無鋼管の製造方法は、素材を準備する工程（製鋼工程）と、素材を熱間加工して素管を製造する工程（熱間加工工程）と、素管に対して焼入れ及び焼戻しを実施して、継目無鋼管とする工程（焼入れ工程及び焼戻し工程）とを備える。なお、本実施形態による製造方法は、以下に説明する製造方法に限定されない。以下、各工程について詳述する。

［製鋼工程］
製鋼工程では、初めに、周知の方法で製造された溶銑に対して、転炉での精錬（一次精錬）を実施する。一次精錬された溶鋼に対して、二次精錬を実施する。二次精錬において、成分調整の合金元素の添加を実施して、上述の化学組成を満たす溶鋼を製造する。

二次精錬は、たとえば、ＲＨ（Ｒｕｈｒｓｔａｈｌ－Ｈａｕｓｅｎ）真空脱ガス処理を実施する。その後、合金成分の最終調整を行う。二次精錬では、複合精錬を実施してもよい。この場合、ＲＨ真空脱ガス処理の前にたとえば、ＬＦ（ＬａｄｌｅＦｕｒｎａｃｅ）、又は、ＶＡＤ（ＶａｃｕｕｍＡｒｃＤｅｇａｓｓｉｎｇ）を用いた精錬処理を実施する。

二次精錬が実施された溶鋼を用いて、素材を製造する。具体的には、二次精錬が実施された溶鋼を用いて連続鋳造法により鋳片（スラブ、ブルーム、又は、ビレット）を製造する。連続鋳造法では、まず、取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注湯する。このとき、取鍋のノズルを封止するため、ノズルには通常、詰め砂が封入されている。そのため、取鍋からタンディッシュへ、溶鋼と一緒に詰め砂が混入する場合がある。また、上述の化学組成を有する素材を製造する際、詰め砂としてＳｉ酸化物が用いられる場合がある。この場合、製造された素材には、Ｓｉ酸化物が導入される懸念がある。

そこで、本実施形態では、取鍋のノズルに封入されるＳｉ酸化物がタンディッシュ内に導入されるのを防止するため、溶鋼と、Ｓｉ酸化物とを分離する。Ｓｉ酸化物を分離する方法は特に限定されないが、たとえば、次の方法を用いることができる。取鍋のノズルの下方であって、タンディッシュの開口部の上方に、傾斜をつけた金属板を配置する。取鍋のノズルを開放した際、まず、Ｓｉ酸化物がノズルから排出され、続いて溶鋼が排出される。ここで、Ｓｉ酸化物は溶鋼と比較して軽い。そのため、ノズルから排出されるＳｉ酸化物は、金属板の傾斜に沿って、タンディッシュの開口部の外へと誘導される。金属板の傾斜は、たとえば、底面の無い錐体状に加工した金属板を、取鍋のノズルの直下に頂点が来るように配置することによって設けられてもよく、他の方法によって設けられてもよい。また、金属板は１枚で用いてもよく、複数の金属板を重ねて用いてもよい。さらに、金属板の厚さは特に限定されないが、たとえば、１～１０ｍｍ程度である。

ノズルからＳｉ酸化物が排出された後、溶鋼が排出される。このとき、ノズルから排出される溶鋼は、金属板とともに開口部を通ってタンディッシュへ導入される。すなわち、本実施形態において、金属板の一部又は全部はタンディッシュへ導入され、溶鋼に混入してもよい。そのため、本実施形態における金属板は、溶鋼に含まれる合金元素からなる金属板とするのが好ましい。溶鋼に含まれる合金元素からなる金属板として、たとえば、アルミニウム板を用いることができる。なお、本明細書において、アルミニウム板とは、アルミニウム及び残部が不純物からなる金属板を意味する。

好ましくは、ノズルからＳｉ酸化物が排出された後、溶鋼が排出される前に、ノズルの下方から金属板を除去する。この場合、金属板に付着したＳｉ酸化物が溶鋼に混入するのを防ぐことができる。なお、金属板をノズルの下方から除去する方法は特に限定されないが、たとえば、金属板の一部に孔を形成しておき、先端にフックが形成された棒を用いて除去してもよい。この場合、棒の先端のフックを金属板の孔に引っ掛け、棒を引っ張ることによって金属板を除去することができる。以上の方法により、Ｓｉ酸化物を溶鋼から分離して、溶鋼をタンディッシュへ導入することができる。なお、Ｓｉ酸化物を溶鋼から分離する方法は、上述の方法に限定されない。

以上の方法により、溶鋼を鋳造して、素材を製造する。素材は、断面円形状のビレット（丸ビレット）が好ましい。素材を製造する方法は、特に限定されない。たとえば、連続鋳造法により、溶鋼を丸ビレットに鋳造してもよい。又は、溶鋼を鋳造して、断面矩形状のビレットを製造してもよく、ブルームを製造してもよい。これらの場合、分塊圧延を実施して、断面矩形状のビレット、又は、ブルームから、丸ビレットを製造するのが好ましい。

［熱間加工工程］
熱間加工工程では、準備された素材を熱間加工して中間鋼材を製造する。鋼材が継目無鋼管である場合、中間鋼材は素管に相当する。始めに、ビレットを加熱炉で加熱する。加熱温度は特に限定されないが、たとえば、１１００～１３００℃である。加熱炉から抽出されたビレットに対して熱間加工を実施して、素管（継目無鋼管）を製造する。熱間加工の方法は、特に限定されず、周知の方法でよい。

たとえば、熱間加工としてマンネスマン法を実施して、素管を製造してもよい。この場合、穿孔機により丸ビレットを穿孔圧延する。穿孔圧延する場合、穿孔比は特に限定されないが、たとえば、１．０～４．０である。穿孔圧延された丸ビレットをさらに、マンドレルミル、レデューサー、サイジングミル等により熱間圧延して素管にする。熱間加工工程での累積の減面率はたとえば、２０～７０％である。

他の熱間加工方法を実施して、ビレットから素管を製造してもよい。たとえば、カップリングのように短尺の厚肉鋼材である場合、エルハルト法等の鍛造により素管を製造してもよい。以上の工程により素管が製造される。素管の肉厚は特に限定されないが、たとえば、９～６０ｍｍである。

鋼材が丸鋼の場合、初めに、素材を加熱炉で加熱する。加熱温度は特に限定されないが、たとえば、１１００～１３００℃である。加熱炉から抽出された素材に対して熱間加工を実施して、軸方向に垂直な断面が円形の中間鋼材を製造する。熱間加工はたとえば、分塊圧延機による分塊圧延、又は、連続圧延機による熱間圧延である。連続圧延機は、上下方向に並んで配置された一対の孔型ロールを有する水平スタンドと、水平方向に並んで配置された一対の孔型ロールを有する垂直スタンドとが交互に配列されている。

鋼材が鋼板の場合、初めに、素材を加熱炉で加熱する。加熱温度は特に限定されないが、たとえば、１１００～１３００℃である。加熱炉から抽出された素材に対して、分塊圧延機、及び、連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して、鋼板形状の中間鋼材を製造する。

熱間加工により製造された素管は空冷されてもよい（Ａｓ－Ｒｏｌｌｅｄ）。熱間加工により製造された素管は、常温まで冷却せずに、熱間加工後に直接焼入れを実施してもよく、熱間加工後に補熱（再加熱）した後、焼入れを実施してもよい。

熱間加工後に直接焼入れ、又は、補熱した後焼入れを実施する場合、焼入れ途中に冷却の停止、又は、緩冷却を実施してもよい。この場合、素管に焼割れが発生するのを抑制できる。熱間加工後に直接焼入れ、又は、補熱した後焼入れを実施する場合さらに、焼入れ後であって次工程の熱処理前に、応力除去焼鈍（ＳＲ）を実施してもよい。この場合、素管の残留応力が除去される。

以上のとおり、熱間加工工程では、準備された素材を熱間加工して、中間鋼材を製造する。以下、焼入れ工程について詳述する。

［焼入れ工程］
焼入れ工程では、準備された中間鋼材（素管）に対して、焼入れを実施する。本明細書において、「焼入れ」とは、Ａ₃点以上の中間鋼材を急冷することを意味する。好ましい焼入れ温度は８００～１０００℃である。焼入れ温度が高すぎれば、旧γ粒の結晶粒が粗大になり、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する場合がある。したがって、焼入れ温度は８００～１０００℃であるのが好ましい。

本明細書において、焼入れ温度とは、熱間加工後に直接焼入れを実施する場合、最終の熱間加工を実施する装置の出側に設置された温度計で測定された、中間鋼材の表面温度に相当する。焼入れ温度とはさらに、熱間加工後に補熱又は再加熱した後、焼入れを実施する場合、補熱又は再加熱を実施する炉の温度に相当する。

焼入れ方法はたとえば、焼入れ開始温度から中間鋼材（素管）を連続的に冷却し、素管の表面温度を連続的に低下させる。連続冷却処理の方法は特に限定されず、周知の方法でよい。連続冷却処理の方法はたとえば、水槽に素管を浸漬して冷却する方法や、シャワー水冷又はミスト冷却により素管を加速冷却する方法である。

焼入れ時の冷却速度が遅すぎれば、マルテンサイト及びベイナイト主体のミクロ組織とならず、本実施形態で規定する機械的特性（９６５ＭＰａ以上の降伏強度）が得られない。この場合さらに、優れた耐ＳＳＣ性が得られない。

したがって、上述のとおり、本実施形態による鋼材の製造方法では、焼入れ時に中間鋼材を急冷する。具体的には、焼入れ工程において、焼入れ時の中間鋼材（素管）の表面温度が８００～５００℃の範囲における平均冷却速度を、焼入れ時冷却速度ＣＲ_800-500と定義する。より具体的には、焼入れ時冷却速度ＣＲ_800-500は、焼入れされる中間鋼材の断面内で最も遅く冷却される部位（たとえば、両表面を強制冷却する場合、中間鋼材厚さの中心部）において測定された温度から決定される。

好ましい焼入れ時冷却速度ＣＲ_800-500は３００℃／分以上である。より好ましい焼入れ時冷却速度ＣＲ_800-500の下限は４５０℃／分であり、さらに好ましくは６００℃／分である。焼入れ時冷却速度ＣＲ_800-500の上限は特に規定しないが、たとえば、６００００℃／分である。

好ましくは、素管に対してオーステナイト域での加熱を複数回実施した後、焼入れを実施する。この場合、焼入れ前のオーステナイト粒が微細化されるため、鋼材の耐ＳＳＣ性が高まる。複数回焼入れを実施することにより、オーステナイト域での加熱を複数回繰り返してもよいし、焼準及び焼入れを実施することにより、オーステナイト域での加熱を複数回繰り返してもよい。また、焼入れと後述する焼戻しとを組合せて、複数回実施してもよい。すなわち、複数回の焼入れ焼戻しを実施してもよい。この場合、鋼材の耐ＳＳＣ性がさらに高まる。以下、焼戻し工程について詳述する。

［焼戻し工程］
焼戻し工程では、上述の焼入れが実施された素管に対して、焼戻しを実施する。本明細書において、「焼戻し」とは、焼入れ後の中間鋼材をＡ_c1点未満の温度で再加熱して、保持することを意味する。ここで、焼戻し温度とは、焼入れ後の中間鋼材を加熱して、保持する際の炉の温度に相当する。焼戻し時間とは、中間鋼材を焼戻し温度で保持する時間を意味する。

焼戻し温度は、継目無鋼管の化学組成、及び、得ようとする降伏強度に応じて適宜調整する。つまり、本実施形態の化学組成を有する素管に対して、焼戻し温度を調整して、継目無鋼管の降伏強度を９６５ＭＰａ以上に調整する。なお、当業者であれば、焼戻し温度を調整して、継目無鋼管の降伏強度を９６５ＭＰａ以上に調整することは、当然に可能である。具体的に、本実施形態による焼戻し工程において、好ましい焼戻し温度は６４０～６８０℃である。

焼戻し時間が短すぎれば、焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイト主体のミクロ組織が得られない場合がある。一方、焼戻し時間が長すぎれば、上記効果は飽和する。したがって、本実施形態の焼戻し工程において、焼戻し時間は１０～９０分とするのが好ましい。焼戻し時間のより好ましい下限は１５分である。焼戻し時間のより好ましい上限は８０分である。

以上の製造方法によって、本実施形態による鋼材を製造することができる。なお、上述の製造方法では、一例として継目無鋼管の製造方法を説明した。しかしながら、本実施形態による鋼材は、鋼板や他の形状であってもよい。鋼板や他の形状の製造方法も、上述の製造方法と同様に、たとえば、準備工程と、焼入れ工程と、焼戻し工程とを備える。さらに、上述の製造方法は一例であり、他の製造方法によって製造されてもよい。

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明する。

表１－１及び表１－２に示す化学組成を有する溶鋼を製造した。なお、表１－２中の「－」は、各元素の含有量が不純物レベルであることを意味する。具体的に、鋼ＡのＣｕ含有量、Ｎｉ含有量、及び、Ｗ含有量は、小数第三位を四捨五入して、０％であったことを意味する。さらに、鋼ＡのＣａ含有量、Ｍｇ含有量、Ｚｒ含有量、及び、希土類元素（ＲＥＭ）含有量は、小数第五位を四捨五入して、０％であったことを意味する。

上記溶鋼を用いて、連続鋳造法によって丸ビレットを製造した。連続鋳造法において、取鍋からタンディッシュへ溶鋼を導入する際、タンディッシュの開口部上方に、底面の無い錐体状に加工した金属板を、取鍋のノズルの直下に頂点が来るように配置した。タンディッシュの開口部上方に、上記形状の金属板を配置したか否かを、表２に示す。具体的に、タンディッシュの開口部上方に、上記形状の金属板を配置した場合、表２の「金属板」欄に「Ａ」と示す。タンディッシュの開口部上方に、上記形状の金属板を配置しなかった場合、表２の「金属板」欄に「Ｂ」と示す。なお、タンディッシュの開口部上方に配置した、上記形状の金属板は、アルミニウム板とした。具体的に、厚さ２ｍｍのアルミニウム板を３枚重ねて使用した。また、金属板を配置した場合、ノズルからＳｉ酸化物が排出された後、溶鋼が排出される前に、先端にフックの形成された棒を用いてノズルの下方から金属板を除去した。

製造した各試験番号の丸ビレットを１２５０℃で１時間保持した後、マンネスマン－マンドレル方式による熱間圧延を実施して、各試験番号の素管（継目無鋼管）を製造した。さらに、得られた各試験番号の素管に対して、焼入れを実施した。具体的には、各試験番号の素管を、表２の「焼入れ工程」欄に記載の温度（℃）で時間（分）だけ保持した後、シャワー水冷による焼入れを実施した。また、試験番号５については、上述の焼入れを実施した後、９００℃で１０分だけ保持した後、シャワー水冷による焼入れをさらに実施した。なお、各試験番号において、焼入れ時冷却速度ＣＲ_800-500は、いずれも４８０～３００００℃／分の範囲内であった。ここで、焼入れ工程の温度（℃）は、素管を加熱した熱処理炉の温度（℃）とした。さらに、焼入れ工程の時間（分）は、素管を焼入れ温度で保持した時間（分）とした。

得られた各試験番号の素管に対して、焼戻しを実施した。具体的には、各試験番号の素管を、表２の「焼戻し工程」欄に記載の温度（℃）で時間（分）だけ保持する焼戻しを実施した。ここで、表２に記載の焼戻しの温度（℃）は、素管を加熱した焼戻し炉の温度（℃）とした。さらに、表２に記載の焼戻しの時間（分）は、素管を焼戻し温度で保持した時間（分）とした。以上の製造工程により、各試験番号の継目無鋼管を得た。

［評価試験］
上記の焼戻し後の各試験番号の継目無鋼管に対して、以下に説明する引張試験、粗大Ｓｉ酸化物の個数密度測定試験、及び、耐水素脆化特性評価試験を実施した。

［引張試験］
各試験番号の継目無鋼管に対して、引張試験を実施して、降伏強度を求めた。引張試験はＡＳＴＭＥ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）に準拠して行った。各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部から、平行部直径８．９ｍｍ、標点距離３５．６ｍｍの丸棒試験片を作製した。丸棒試験片の軸方向は、継目無鋼管の管軸方向と平行であった。作製した丸棒試験片を用いて、常温（２５℃）、大気中にて引張試験を実施して、各試験番号の継目無鋼管の降伏強度（ＭＰａ）を得た。なお、本実施例では、引張試験で得られた０．６５％伸び時の応力（０．６５％耐力）を、降伏強度と定義した。得られた降伏強度（ＭＰａ）を「ＹＳ（ＭＰａ）」として表３に示す。

［粗大Ｓｉ酸化物の個数密度測定試験］
各試験番号の継目無鋼管に対して、粗大Ｓｉ酸化物の個数密度測定試験を実施して、長径５．０μｍ以上のＳｉ酸化物（粗大Ｓｉ酸化物）の個数密度を求めた。各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部から作製した試験片を用いて、上述の方法で、粗大Ｓｉ酸化物の個数密度を求めた。得られた粗大Ｓｉ酸化物の個数密度（個／２００ｍｍ²）を、表３の「粗大Ｓｉ酸化物（個／２００ｍｍ²）」欄に示す。

［耐水素脆化特性評価試験］
各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部から、環状切欠き付き丸棒試験片を２つ作製した。各試験片の平行部の外径は４．０ｍｍであり、平行部の長さは２５ｍｍであり、平行部の長手方向中央位置には、環状ノッチを形成した。切欠き形状では、切欠きの深さが０．３ｍｍ、切欠き角度が６０°であり、切欠き底の曲率半径が０．１２５ｍｍであった。なお、丸棒試験片の軸方向は、継目無鋼管の圧延方向（管軸方向）と平行になるように丸棒試験片を作製した。

陰極水素チャージ法により、２つの環状切欠き付き丸棒試験片のうちの一方に対して、水素をチャージした。具体的には、常温の陰極水素チャージ溶液を準備した。陰極水素チャージ溶液は、常温の５質量％の塩化ナトリウム水溶液、３０ｇ／ＬのＮＨ₄ＳＣＮ、及び、酢酸緩衝液を含有する水溶液とし、酢酸緩衝液により、試験前のｐＨをｐＨ３．５に調整した。

陰極水素チャージ溶液に環状切欠き丸棒試験片を浸漬した状態で、電位を－１．５Ｖ、チャージ時間を２４時間として、環状切欠き付き丸棒試験片に水素をチャージした。つまり、水素をチャージすることにより、サワー環境を模擬した。水素がチャージされた環状切欠き付き丸棒試験片の表面に、各試験番号で同じ条件で亜鉛めっき被膜を形成し、環状切欠き付き丸棒試験片内の水素が外部に漏れないようにした。なお、もう１つの環状切欠き付き丸棒試験片については、水素をチャージしなかった。

亜鉛めっき被膜が形成された環状切欠き付き丸棒試験片に対して、低ひずみ速度試験機（ＳＳＲＴ）を用いて、常温、大気中において、４．２×１０^-6／秒のひずみ速度で引張試験を実施し、水素環境中の破断応力ＢＳ１（ＭＰａ）を求めた。

さらに、各試験番号の水素をチャージしなかった環状切欠き付き丸棒試験片に対して、低ひずみ速度試験機（ＳＳＲＴ）を用いて、常温、大気中において、４．２×１０^-6／秒のひずみ速度で引張試験を実施し、大気中の破断応力ＢＳ０（ＭＰａ）を求めた。

得られた大気中の破断応力ＢＳ０（ＭＰａ）を、表３中の「ノッチ付き引張試験結果」欄の「大気中ＢＳ０（ＭＰａ）」欄に示す。得られた水素環境中の破断応力ＢＳ１（ＭＰａ）を、表３中の「ノッチ付き引張試験結果」欄の「水素環境中ＢＳ１（ＭＰａ）」欄に示す。大気中の破断応力ＢＳ０（ＭＰａ）及び水素環境中の破断応力ＢＳ１（ＭＰａ）から求めた、相対破断応力（ＢＳ１／ＢＳ０）を、表３に示す。

［評価結果］
表１－１、表１－２、表２、及び、表３を参照して、試験番号１～１７の継目無鋼管の化学組成は適切であり、製造方法も上述の好ましい条件を満たしていた。その結果、これらの継目無鋼管は、降伏強度が９６５ＭＰａ以上であり、さらに、粗大Ｓｉ酸化物の個数密度が５個／２００ｍｍ²以下であった。その結果、これらの継目無鋼管は、耐水素脆化特性評価試験において、相対破断応力が０．８５以上となった。すなわち、試験番号１～１７の継目無鋼管は、９６５ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐水素脆化特性とを両立していた。なお、これらの継目無鋼管は、ミクロ組織において、焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトの体積率の合計が９０％以上であると判断した。

試験番号１８～２２の継目無鋼管は、製鋼工程において金属板を使用しなかった。その結果、これらの継目無鋼管は、粗大Ｓｉ酸化物の個数密度が５個／２００ｍｍ²を超えた。その結果、これらの継目無鋼管は、耐水素脆化特性評価試験において、相対破断応力が０．８５未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。

試験番号２３の継目無鋼管は、Ｏ含有量が高すぎた。その結果、この継目無鋼管は、耐水素脆化特性評価試験において、相対破断応力が０．８５未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。

試験番号２４の継目無鋼管は、Ｍｏ含有量が低すぎた。その結果、この継目無鋼管は、耐水素脆化特性評価試験において、相対破断応力が０．８５未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。

試験番号２５の継目無鋼管は、Ｓ含有量が高すぎた。その結果、この継目無鋼管は、耐水素脆化特性評価試験において、相対破断応力が０．８５未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。

以上、本開示の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

Claims

鋼材であって、
質量％で、
Ｃ：０．１５～０．４５％、
Ｓｉ：０．０５～１．００％、
Ｍｎ：０．０５～１．００％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｃｒ：０．３０～１．５０％、
Ｍｏ：０．４０～２．００％、
Ｔｉ：０．００２～０．０２０％、
Ｎｂ：０．００２～０．１００％、
Ｖ：０．０５～０．３０％、
Ｂ：０．０００５～０．００４０％、
Ｎ：０．０１００％以下、
Ｏ：０．００４０％以下、
Ｃｕ：０～０．５０％、
Ｎｉ：０～０．５０％、
Ｗ：０～０．５０％、
Ｃａ：０～０．０１００％、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
Ｚｒ：０～０．０１００％、
希土類元素：０～０．０１００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
降伏強度が９６５ＭＰａ以上であり、
前記鋼材のミクロ組織において、焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトの体積率の合計が９０％以上であり、
前記鋼材中において、
質量％で、Ｓｉ含有量が２０％以上であり、Ｏ含有量が１０％以上であり、長径が５．０μｍ以上のＳｉ酸化物の個数密度が、５個／２００ｍｍ^２以下である、
鋼材。
請求項１に記載の鋼材であって、
Ｃｕ：０．０１～０．５０％、
Ｎｉ：０．０１～０．５０％、
Ｗ：０．０１～０．５０％、
Ｃａ：０．０００１～０．０１００％、
Ｍｇ：０．０００１～０．０１００％、
Ｚｒ：０．０００１～０．０１００％、及び、
希土類元素：０．０００１～０．０１００％からなる群から選択される１元素以上を含有する、
鋼材。
請求項１又は請求項２に記載の鋼材であって、
前記鋼材は継目無鋼管である、
鋼材。