特開 2023-103101 ボルトの素材として用いられる鋼材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023103101

(43)【公開日】2023-07-26

(54)【発明の名称】ボルトの素材として用いられる鋼材

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20230719BHJP

   C22C 38/14 20060101ALI20230719BHJP

   C22C 38/54 20060101ALI20230719BHJP

   C21D 9/00 20060101ALN20230719BHJP

   C21D 8/06 20060101ALN20230719BHJP

【ＦＩ】

C22C38/00 301Z

C22C38/14

C22C38/54

C21D9/00 B

C21D8/06 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022003969

(22)【出願日】2022-01-13

(71)【出願人】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001553

【氏名又は名称】アセンド弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】崎山 裕嗣

(72)【発明者】

【氏名】松井 直樹

(72)【発明者】

【氏名】梅原 美百合

【テーマコード（参考）】

4K032

4K042

【Ｆターム（参考）】

4K032AA01

4K032AA02

4K032AA05

4K032AA08

4K032AA11

4K032AA14

4K032AA16

4K032AA19

4K032AA21

4K032AA22

4K032AA23

4K032AA27

4K032AA29

4K032AA31

4K032AA35

4K032AA36

4K032AA40

4K032BA02

4K032CA02

4K032CB00

4K032CG00

4K042AA25

4K042BA08

4K042CA02

4K042CA03

4K042CA05

4K042CA06

4K042CA08

4K042CA09

4K042CA10

4K042CA12

4K042CA13

4K042CA14

4K042DA01

4K042DA02

4K042DC02

4K042DC03

4K042DE02

(57)【要約】

【課題】水素の侵入を抑制可能な鋼材を提供する。
【解決手段】本開示による鋼材は、質量％で、Ｃ：０．１８～０．２８％、Ｓｉ：０．０２～０．５０％、Ｍｎ：０．３０～１．２０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｃｕ：０．３５～０．６０％、Ｎｉ：０．３０～０．６０％、Ｂ：０．０００２～０．００５０％、Ｔｉ：０．００５～０．１００％、Ｍｏ：０．２０～０．５０％、Ａｌ：０．００５～０．０６０％、Ｓｎ：０．０１０～０．５００％以下、及び、Ｎ：０．０１００％以下、を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、鋼材の長手方向及び径方向を含む断面のうち、鋼材の表面から径方向に１０００μｍ、長手方向に１０００μｍの矩形観察領域において、Ｃｕ偏析度σが、０．０５０以下である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼材であって、
質量％で、
Ｃ：０．１８～０．２８％、
Ｓｉ：０．０２～０．５０％、
Ｍｎ：０．３０～１．２０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ｃｕ：０．３５～０．６０％、
Ｎｉ：０．３０～０．６０％、
Ｂ：０．０００２～０．００５０％、
Ｔｉ：０．００５～０．１００％、
Ｍｏ：０．２０～０．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．０６０％、
Ｓｎ：０．０１０～０．５００％以下、及び、
Ｎ：０．０１００％以下、
を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記鋼材の長手方向及び径方向を含む断面のうち、前記鋼材の表面から前記径方向に１０００μｍ、前記長手方向に１０００μｍの矩形観察領域において、
前記径方向に４００分割、前記長手方向に４００分割された１６万個の測定区域に対して、電子線マイクロアナライザによる面分析を実施し、得られた各測定区域での質量％でのＣｕ含有量を、［Ｃｕ］_ＭＡとし、
全ての前記測定区域の前記［Ｃｕ］_ＭＡの算術平均値を、［Ｃｕ］_ＡＶＥとし、
各測定区域の前記［Ｃｕ］_ＭＡの前記［Ｃｕ］_ＡＶＥに対する比を、［Ｃｕ］_Ｓとし、
複数の前記測定区域のうち、前記長手方向に一列に配列された一行分の複数の前記測定区域を測定行と定義したとき、各測定行において、前記測定行を構成する複数の前記測定区域の前記［Ｃｕ］_Ｓの合計の、前記測定行を構成する複数の前記測定区域の総数に対する比を、［Ｃｕ］_Ｌとし、
全ての前記測定行の前記［Ｃｕ］_Ｌの標本標準偏差を、Ｃｕ偏析度σとしたとき、
前記Ｃｕ偏析度σは、０．０５０以下である、
鋼材。

【請求項2】

請求項１に記載の鋼材であってさらに、Ｆｅの一部に代えて、
Ｃｒ：０．１０％以下、
Ｖ：０．１０％以下、
Ｎｂ：０．１０％以下、
Ｃａ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．００５０％以下、及び、
希土類元素：０．０２００％以下、
からなる群から選択される１元素以上を含有する、
鋼材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、鋼材に関し、さらに詳しくは、ボルトの素材として用いられる鋼材に関する。

【背景技術】

【0002】

ボルトは、産業機械、自動車、橋梁及び建築物等の締結手段として用いられる。これらの用途のうち、橋梁や建築物等は、海浜地域に建てられたり、寒冷地に建てられたりする場合がある。海浜地域は塩分の多い腐食環境である。また、寒冷地では、融雪塩や凍結防止剤が使用される場合がある。融雪塩や凍結防止剤は、ボルトを構成する鋼材を腐食する。つまり、寒冷地も腐食環境である場合が多い。

【0003】

このような腐食環境では、水素脆化が起こりやすい。したがって、腐食環境で用いられるボルトでは、優れた耐水素脆化特性が求められる。

【0004】

耐食性の向上及び耐水素脆化特性の向上に関する技術が、特開２００８－２７４３６７号公報（特許文献１）に提案されている。

【0005】

特許文献１に開示された鋼材は、質量％で、Ｃ：０．１５～０．６％、Ｓｉ：０．０５～０．５％、Ｍｎ及びＣｒ：合計で０．５～３．５％、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｕ：０．３％未満、Ｎｉ：１％未満、Ｏ：０．０１％以下、及び、Ｓｎ：０．０５～０．５０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、Ｃｕ／Ｓｎ比が１以下である組成を有する。この文献では、Ｓｎを含有することで水素の鋼材への侵入を抑制し、その結果、耐水素脆化特性を高めている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００８－２７４３６７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１にも開示されているとおり、鋼材への水素の侵入を抑制できれば、鋼材の耐水素脆化特性が高まることが知られている。鋼材の耐水素脆化特性を高めるために、特許文献１とは異なる手段により、鋼材への水素の侵入を抑制してもよい。

【0008】

本開示の目的は、水素の侵入を抑制可能な鋼材を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示による鋼材は、次の構成を有する。

【0010】

鋼材であって、
質量％で、
Ｃ：０．１８～０．２８％、
Ｓｉ：０．０２～０．５０％、
Ｍｎ：０．３０～１．２０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ｃｕ：０．３５～０．６０％、
Ｎｉ：０．３０～０．６０％、
Ｂ：０．０００２～０．００５０％、
Ｔｉ：０．００５～０．１００％、
Ｍｏ：０．２０～０．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．０６０％、
Ｓｎ：０．０１０～０．５００％以下、及び、
Ｎ：０．０１００％以下、
を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記鋼材の長手方向及び径方向を含む断面のうち、前記鋼材の表面から前記径方向に１０００μｍ、前記長手方向に１０００μｍの矩形観察領域において、
前記径方向に４００分割、前記長手方向に４００分割された１６万個の測定区域に対して、電子線マイクロアナライザによる面分析を実施し、得られた各測定区域での質量％でのＣｕ含有量を、［Ｃｕ］_ＭＡとし、
全ての前記測定区域の前記［Ｃｕ］_ＭＡの算術平均値を、［Ｃｕ］_ＡＶＥとし、
各測定区域の前記［Ｃｕ］_ＭＡの前記［Ｃｕ］_ＡＶＥに対する比を、［Ｃｕ］_Ｓとし、
複数の前記測定区域のうち、前記長手方向に一列に配列された一行分の複数の前記測定区域を測定行と定義したとき、各測定行において、前記測定行を構成する複数の前記測定区域の前記［Ｃｕ］_Ｓの合計の、前記測定行を構成する複数の前記測定区域の総数に対する比を、［Ｃｕ］_Ｌとし、
全ての前記測定行の前記［Ｃｕ］_Ｌの標本標準偏差を、Ｃｕ偏析度σとしたとき、
前記Ｃｕ偏析度σは、０．０５０以下である、
鋼材。

【発明の効果】

【0011】

本開示による鋼材は、水素の侵入を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、Ｃｕ偏析度σを説明するための模式図である。

【図2】図２は、図１中の矩形観察領域１００内でのＣｕ偏析度σの測定方法を説明するための模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明者らは、水素の侵入を抑制可能な鋼材について、調査及び検討を行った。その結果、次の知見を得た。

【0014】

初めに、本発明者らは、水素侵入を抑制可能な鋼材について、化学組成の観点から検討を行った。その結果、本発明者らは、鋼材にＣｕを含有することが有効であると考えた。鋼材への水素の侵入は、鋼材表面に発生した水素によって生じる現象である。Ｃｕは鋼材の腐食を抑制する。腐食の抑制により、鋼材表面での水素の発生を抑制できる。そのため、Ｃｕにより、鋼材への水素の侵入が抑制される。

【0015】

以上の知見に基づいて、水素の侵入を抑制可能な鋼材の化学組成を検討した。その結果、本発明者らは、質量％で、Ｃ：０．１８～０．２８％、Ｓｉ：０．０２～０．５０％、Ｍｎ：０．３０～１．２０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ｃｕ：０．３５～０．６０％、Ｎｉ：０．３０～０．６０％、Ｂ：０．０００２～０．００５０％、Ｔｉ：０．００５～０．１００％、Ｍｏ：０．２０～０．５０％、Ａｌ：０．００５～０．０６０％、Ｓｎ：０．０１０～０．５００％以下、及び、Ｎ：０．０１００％以下、Ｃｒ：０～０．１０％、Ｖ：０～０．１０％、Ｎｂ：０～０．１０％、Ｃａ：０～０．００５０％、Ｍｇ：０～０．００５０％、希土類元素：０～０．０２００％、及び、残部はＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する鋼材であれば、水素の侵入を十分に抑制できる可能性があると考えた。

【0016】

しかしながら、上述の化学組成を有する鋼材であっても、依然として水素の侵入を十分に抑制できない場合があることが判明した。そこで、本発明者らは、水素侵入量を十分に低減できない理由について、さらに調査及び検討を行った。

【0017】

ここで、本発明者らは、鋼材の特に表層部分でのＣｕ濃度分布の均一度に注目した。水素は外部から侵入するため、鋼材の表層でのＣｕ濃度分布が影響する。化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であったとしても、表層のＣｕ濃度分布が不均一であれば、表層のうち、Ｃｕ濃度の薄い領域から水素が侵入しやすくなる。さらに、Ｃｕ濃度分布が不均一であれば、鋼材表面が不均一に腐食される。この場合、鋼材表面に凹凸が生じ、腐食反応が生じる表面積が増大する。そのため、腐食反応が増大してしまい、水素侵入量を十分に抑えることができなくなる。

【0018】

以上の考察に基づいて、本発明者らは表層のＣｕ濃度分布と水素侵入量との関係について、さらに調整を行った。その結果、後述の電子線マイクロアナライザを用いて面分析により得られる、表層でのＣｕ偏析度σが０．０５０以下であれば、表層でのＣｕ濃度が十分に均一となり、その結果、水素の侵入を十分に抑制できることを、本発明者らは知見した。

【0019】

以上の知見に基づいて完成した本実施形態による鋼材は、次の構成を有する。

【0020】

［１］
鋼材であって、
質量％で、
Ｃ：０．１８～０．２８％、
Ｓｉ：０．０２～０．５０％、
Ｍｎ：０．３０～１．２０％、
Ｐ：０．０２０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ｃｕ：０．３５～０．６０％、
Ｎｉ：０．３０～０．６０％、
Ｂ：０．０００２～０．００５０％、
Ｔｉ：０．００５～０．１００％、
Ｍｏ：０．２０～０．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．０６０％、
Ｓｎ：０．０１０～０．５００％以下、及び、
Ｎ：０．０１００％以下、
を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記鋼材の長手方向及び径方向を含む断面のうち、前記鋼材の表面から前記径方向に１０００μｍ、前記長手方向に１０００μｍの矩形観察領域において、
前記径方向に４００分割、前記長手方向に４００分割された１６万個の測定区域に対して、電子線マイクロアナライザによる面分析を実施し、得られた各測定区域での質量％でのＣｕ含有量を、［Ｃｕ］_ＭＡとし、
全ての前記測定区域の前記［Ｃｕ］_ＭＡの算術平均値を、［Ｃｕ］_ＡＶＥとし、
各測定区域の前記［Ｃｕ］_ＭＡの前記［Ｃｕ］_ＡＶＥに対する比を、［Ｃｕ］_Ｓとし、
複数の前記測定区域のうち、前記長手方向に一列に配列された一行分の複数の前記測定区域を測定行と定義したとき、各測定行において、前記測定行を構成する複数の前記測定区域の前記［Ｃｕ］_Ｓの合計の、前記測定行を構成する複数の前記測定区域の総数に対する比を、［Ｃｕ］_Ｌとし、
全ての前記測定行の前記［Ｃｕ］_Ｌの標本標準偏差を、Ｃｕ偏析度σとしたとき、
前記Ｃｕ偏析度σは、０．０５０以下である、
鋼材。

【0021】

［２］
［１］に記載の鋼材であってさらに、Ｆｅの一部に代えて、
Ｃｒ：０．１０％以下、
Ｖ：０．１０％以下、
Ｎｂ：０．１０％以下、
Ｃａ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．００５０％以下、及び、
希土類元素：０．０２００％以下、
からなる群から選択される１元素以上を含有する、
鋼材。

【0022】

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

【0023】

［本実施形態の鋼材の特徴］
本実施形態の鋼材は、次の特徴を含む。
（特徴１）
化学組成中の各元素含有量が本実施形態に示すとおりである。
（特徴２）
後述の電子線マイクロアナライザを用いた面分析を実施して得られた鋼材の表層でのＣｕ偏析度σが０．０５０以下である。
以下、各特徴について説明する。

【0024】

［（特徴１）化学組成について］
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。

【0025】

Ｃ：０．１８～０．２８％
炭素（Ｃ）は、鋼材の焼入れ性を高めて、鋼材を素材として製造されるボルトの強度を高める。Ｃ含有量が０．１８％未満であれば、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０．２８％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の冷間鍛造性が低下する。
したがって、Ｃ含有量は０．１８～０．２８％である。
Ｃ含有量の好ましい下限は０．１９％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．２１％である。
Ｃ含有量の好ましい上限は０．２７％であり、さらに好ましくは０．２６％であり、さらに好ましくは０．２５％である。

【0026】

Ｓｉ：０．０２～０．５０％
シリコン（Ｓｉ）は、固溶強化により、鋼材を素材として製造されるボルトの強度を高める。Ｓｉ含有量が０．０２％未満であれば、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０．５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の冷間鍛造性が低下する。
したがって、Ｓｉ含有量は０．０２～０．５０％である。
Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０４％であり、さらに好ましくは０．０６％であり、さらに好ましくは０．０８％である。
Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．４５％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３５％である。

【0027】

Ｍｎ：０．２０～１．２０％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼材の焼入れ性を高めて、ボルトの強度を高める。Ｍｎ含有量が０．２０％未満であれば、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１．２０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の冷間鍛造性が低下する。
したがって、Ｍｎ含有量は０．２０～１．２０％である。
Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．２５％であり、さらに好ましくは０．３０％である。
Ｍｎ含有量の好ましい上限は１．００％であり、さらに好ましくは０．９０％であり、さらに好ましくは０．８０％である。

【0028】

Ｐ：０．０２０％以下
燐（Ｐ）は不純物である。つまり、Ｐ含有量の下限は０％超である。Ｐ含有量が０．０２０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｐが粒界に偏析する。その結果、ボルトの耐水素脆化特性が低下する。
したがって、Ｐ含有量は０．０２０％以下である。
Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、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。
Ｐ含有量の好ましい上限は０．０１５％であり、さらに好ましくは０．０１２％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％であり、さらに好ましくは０．００７％である。

【0029】

Ｓ：０．０２０％以下
硫黄（Ｓ）は不純物である。つまり、Ｓ含有量の下限は０％超である。Ｓ含有量が０．０２０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｓが粒界に偏析する。その結果、ボルトの耐水素脆化特性が低下する。
したがって、Ｓ含有量は０．０２０％以下である。
Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、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０．００１％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含有量の好ましい上限は０．０１２％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。

【0030】

Ｃｕ：０．３５～０．６０％
銅（Ｃｕ）は、鋼材の腐食を抑制する。これにより、鋼材表面での水素の発生が抑制される。その結果、鋼材への水素の侵入が抑制される。Ｃｕ含有量が０．３５％未満であれば、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、Ｃｕ含有量が０．６０％を超えれば、鋼材が脆化する。そのため、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性や冷間鍛造性が低下する。
したがって、Ｃｕ含有量は、０．３５～０．６０％である。
Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．３８％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．４２％である。
Ｃｕ含有量の好ましい上限は０．５８％であり、さらに好ましくは０．５６％であり、さらに好ましくは０．５４％である。

【0031】

Ｎｉ：０．３０～０．６０％
ニッケル（Ｎｉ）は、鋼材の焼入れ性を高め、ボルトの強度を高める。Ｎｉはさらに、ボルトの耐食性を高める。Ｎｉはさらに、Ｃｕとともに含有されて、鋼材の熱間加工時の疵の発生を抑制する。その結果、Ｃｕを含有する本実施形態の鋼材において、Ｎｉは、鋼材の熱間加工性を高める。Ｎｉ含有量が０．３０％未満であれば、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、Ｎｉ含有量が０．６０％を超えれば、鋼材の焼入れ性が過剰に高くなる。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の冷間鍛造性が低下する。
したがって、Ｎｉ含有量は０．３０～０．６０％である。
Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．３２％であり、であり、さらに好ましくは０．３４％であり、さらに好ましくは０．３６％である。
Ｎｉ含有量の好ましい上限は０．５８％であり、さらに好ましくは０．５６％であり、さらに好ましくは０．５４％である。

【0032】

Ｂ：０．０００２～０．００５０％
ボロン（Ｂ）は、鋼材の焼入れ性を高め、ボルトの強度を高める。Ｂ含有量が０．０００２％未満であれば、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｂ含有量が０．００５０％を超えれば、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Ｂ窒化物が生成する。粗大なＢ窒化物は破壊の起点になる。その結果、鋼材の冷間鍛造性が低下する。
したがって、Ｂ含有量は０．０００２～０．００５０％である。
Ｂ含有量の好ましい下限は０．００１０％であり、さらに好ましくは０．００１４％であり、さらに好ましくは０．００１６％である。
Ｂ含有量の好ましい上限は０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３５％である。

【0033】

Ｔｉ：０．００５～０．１００％
チタン（Ｔｉ）は、Ｎと結合してＴｉ窒化物を形成し、ＢがＮと結合するのを抑制する。これにより、Ｂが鋼材の焼入れ性を高めることができる。Ｔｉ含有量が０．００５％未満であれば、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｔｉ含有量が０．１００％を超えれば、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、炭窒化物等のＴｉ析出物が過剰に多く生成する。この場合、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０．００５～０．１００％である。
Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．０１０％である。
Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０６０％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。

【0034】

Ｍｏ：０．２０～０．５０％
モリブデン（Ｍｏ）は、鋼の焼入れ性を高め、ボルトの強度を高める。Ｍｏはさらに、微細な炭化物を形成して、ボルトの強度を高める。Ｍｏ含有量が０．２０％未満であれば、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０．５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材が過剰に硬くなる。この場合、鋼材の冷間鍛造性が低下する。
したがって、Ｍｏ含有量は０．２０～０．５０％である。
Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．２２％であり、さらに好ましくは０．２４％であり、さらに好ましくは０．２６％である。
Ｍｏ含有量の好ましい上限は０．４８％であり、さらに好ましくは０．４６％であり、さらに好ましくは０．４４％である。

【0035】

Ａｌ：０．００５～０．０６０％
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。Ａｌ含有量が０．００５％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼の脱酸が不十分となる。この場合、粗大な酸化物が生成する。そのため、ボルトの耐水素脆化特性が低下する。
一方、Ａｌ含有量が０．０６０％を超えれば、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窒化物が生成する。粗大なＡｌ窒化物は破壊の起点になる。そのため、鋼材の加工性が低下する。
したがって、Ａｌ含有量は０．００５～０．０６０％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０．０５０％であり、さらに好ましくは０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４０％である。
本実施形態の鋼材の化学組成において、Ａｌ含有量は、全Ａｌ（Ｔｏｔａｌ－Ａｌ）含有量を意味する。

【0036】

Ｓｎ：０．０１０～０．５００％以下
スズ（Ｓｎ）は、鋼材への水素の侵入を抑制する。Ｓｎ含有量が０．０１０％未満であれば、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、Ｓｎ含有量が０．５００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｓｎが粒界に偏析する。この場合、鋼材の熱間加工性及び冷間鍛造性が低下する。さらに、ボルトの耐水素脆化特性が低下する。
したがって、Ｓｎ含有量は０．０１０～０．５００％である。
Ｓｎ含有量の好ましい下限は０．０２０％であり、さらに好ましくは０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０６０％である。
Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．４００％であり、さらに好ましくは０．３００％であり、さらに好ましくは０．２５０％であり、さらに好ましくは０．２００％である。

【0037】

Ｎ：０．０１００％以下
窒素（Ｎ）は、不可避に含有される。つまり、Ｎ含有量は０％超である。
Ｎは、Ａｌ又はＴｉと結合して窒化物又は炭窒化物を形成する。これらの窒化物及び炭窒化物は、ピンニング効果により結晶粒の粗大化を抑制する。その結果、鋼材の冷間鍛造性を高める。
しかしながら、Ｎ含有量が０．０１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な窒化物が生成する。粗大な窒化物は破壊の起点になり、鋼材の冷間鍛造性を低下させる。さらに、ボルト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０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％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０．００７０％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０．００４０％である。

【0038】

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、化学組成における不純物とは、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。

【0039】

［任意元素（Ｏｐｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）］
本実施形態の鋼材はさらに、Ｆｅの一部に代えて、
Ｃｒ：０．１０％以下、
Ｖ：０．１０％以下、
Ｎｂ：０．１０％以下、
Ｃａ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．００５０％以下、及び、
希土類元素：０．０２００％以下、
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、含有されなくてもよい。以下、これらの任意元素について説明する。

【0040】

［第１群：Ｃｒ］
Ｃｒ：０．１０％以下
クロム（Ｃｒ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｒ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、Ｃｒは、鋼材の耐食性を高める。Ｃｒ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、Ｃｒ含有量が高すぎれば、製造コストが高くなる。
したがって、Ｃｒ含有量は０～０．１０％であり、含有される場合、０．１０％以下（０超～０．１０％）である。
Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。
Ｃｒ含有量の好ましい上限は０．０９％であり、さらに好ましくは０．０８％であり、さらに好ましくは０．０７％である。

【0041】

［第２群：Ｖ及びＮｂ］
本実施形態の鋼材は、Ｆｅの一部に代えて、Ｍｏ、Ｖ及びＮｂ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。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼材の強度を高める。

【0042】

Ｖ：０．１０％以下
バナジウム（Ｖ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｖ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｖ含有量が０％超である場合、Ｖは、炭化物、炭窒化物等のＶ析出物を形成する。Ｖ析出物はボルトの強度を高める。Ｖ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、Ｖ含有量が０．１０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｖ析出物が多く生成する。この場合、鋼材への水素侵入量が多くなる。その結果、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０～０．１０％であり、含有される場合、０．１０％以下（０超～０．１０％）である。
Ｖ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。
Ｖ含有量の好ましい上限は０．０８％であり、さらに好ましくは０．０６％であり、さらに好ましくは０．０４％である。

【0043】

Ｎｂ：０．１０％以下
ニオブ（Ｎｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｎｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、つまり、Ｎｂ含有量が０％超である場合、Ｎｂは、炭化物、炭窒化物等のＮｂ析出物を形成する。Ｎｂ析出物はボルトの強度を高める。Ｎｂ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、Ｎｂ含有量が０．１０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｎｂ析出物が多く生成する。この場合、鋼材への水素侵入量が多くなる。その結果、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０～０．１０％であり、含有される場合、０．１０％以下（０超～０．１０％）である。
Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。
Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０８％であり、さらに好ましくは０．０６％である。水素侵入量をさらに低減させるためのより有効なＮｂ含有量の好ましい上限は０．０４％未満である。

【0044】

［第３群：Ｃａ、Ｍｇ及び希土類元素］
本実施形態の鋼材は、Ｆｅの一部に代えて、Ｃａ、Ｍｇ及び希土類元素（ＲＥＭ）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。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼材中のＭｎＳを微細化して、鋼材の耐水素脆化特性を高める。

【0045】

Ｃａ：０～０．００５０％
カルシウム（Ｃａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃａ含有量は０％であってもよい。
Ｃａが含有される場合、つまり、Ｃａが０％超である場合、ＣａはＭｎＳを微細化する。そのため、鋼材の耐水素脆化特性が高まる。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０．００５０％を超えれば、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Ｃａ酸化物が生成する。この場合、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０～０．００５０％である。
Ｃａ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０．０００５％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０．００３０％である。

【0046】

Ｍｇ：０～０．００５０％
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。つまり、Ｍｇ含有量は０％であってもよい。
Ｍｇが含有される場合、つまり、Ｍｇが０％超である場合、ＭｇはＭｎＳを微細化する。そのため、鋼材の耐水素脆化特性が高まる。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０．００５０％を超えれば、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Ｍｇ酸化物が生成する。この場合、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０～０．００５０％である。
Ｍｇ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０．０００５％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０．００３０％である。

【0047】

希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０２００％
希土類元素（ＲＥＭ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、ＲＥＭ含有量は０％であってもよい。
ＲＥＭが含有される場合、つまり、ＲＥＭが０％超である場合、ＲＥＭはＭｎＳを微細化する。そのため、鋼材の耐水素脆化特性が高まる。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０．０２００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な酸化物が生成する。この場合、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０～０．０２００％である。
ＲＥＭ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％であり、さらに好ましくは０．００２０％であり、さらに好ましくは０．００５０％である。
ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．０１５０％であり、さらに好ましくは０．０１００％である。

【0048】

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元素以上の元素である。本明細書におけるＲＥＭ含有量とは、これらの元素の合計含有量である。

【0049】

［鋼材の化学組成の測定方法］
本実施形態の鋼材の化学組成は、ＪＩＳ Ｇ０３２１：２０１７に準拠した周知の成分分析法で測定できる。具体的には、ドリルを用いて、鋼材の表面から１ｍｍ深さ以上の内部から、切粉を採取する。採取された切粉を酸に溶解させて溶液を得る。溶液に対して、ＩＣＰ－ＡＥＳ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ Ａｔｏｍｉｃ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）を実施して、化学組成の元素分析を実施する。Ｃ含有量及びＳ含有量については、周知の高周波燃焼法（燃焼－赤外線吸収法）により求める。Ｎ含有量については、周知の不活性ガス溶融－熱伝導度法を用いて求める。

【0050】

なお、各元素含有量は、本実施形態で規定された有効数字に基づいて、測定された数値の端数を四捨五入して、本実施形態で規定された各元素含有量の最小桁までの数値とする。たとえば、本実施形態の鋼材のＣ含有量は小数第二位までの数値で規定される。したがって、Ｃ含有量は、測定された数値の小数第三位を四捨五入して得られた小数第二位までの数値とする。

【0051】

本実施形態の鋼材のＣ含有量以外の他の元素含有量も同様に、測定された値に対して、本実施形態で規定された最小桁までの数値の端数を四捨五入して得られた値を、当該元素含有量とする。

【0052】

なお、四捨五入とは、端数が５未満であれば切り捨て、端数が５以上であれば切り上げることを意味する。

【0053】

［（特徴２）鋼材表層部でのＣｕ偏析度σについて］
本実施形態の鋼材ではさらに、鋼材の長手方向及び径方向を含む断面のうち、鋼材の表面から径方向（深さ方向）に１０００μｍ、前記長手方向に１０００μｍの矩形観察領域において、径方向に４００分割、長手方向に４００分割された１６万個の測定区域に対して、電子線マイクロアナライザによる面分析を実施し、得られた各測定区域での質量％でのＣｕ含有量を、［Ｃｕ］_ＭＡとし、全ての測定区域の［Ｃｕ］_ＭＡの算術平均値を、［Ｃｕ］_ＡＶＥとし、各測定区域の［Ｃｕ］_ＭＡの［Ｃｕ］_ＡＶＥに対する比を、［Ｃｕ］_Ｓとし、複数の測定区域のうち、長手方向に一列に配列された一行分の複数の測定区域を測定行と定義したとき、各測定行において、測定行を構成する複数の測定区域の前記［Ｃｕ］_Ｓの合計の、測定行を構成する複数の測定区域の総数に対する比を、［Ｃｕ］_Ｌとし、全ての測定行の前記［Ｃｕ］_Ｌの標本標準偏差を、Ｃｕ偏析度σとしたとき、Ｃｕ偏析度σは、０．０５０以下である。
以下、Ｃｕ偏析度σについて説明する。

【0054】

［Ｃｕ偏析度σについて］
図１は、Ｃｕ偏析度σを説明するための模式図である。図１を参照して、鋼材の長手方向Ｌ及び径方向Ｄを含む断面１０のうち、鋼材の表面１０Ｓから径方向Ｄに１０００μｍ、長手方向Ｌに１０００μｍの矩形観察領域１００を選択する。

【0055】

図１中に矩形観察領域１００の拡大図を示す。鋼材表層のミクロな領域（矩形観察領域１００）において、Ｃｕ偏析領域ＳＥＧが存在する場合、Ｃｕ偏析領域ＳＥＧは、鋼材の長手方向Ｌに延びている。ここで、Ｃｕ偏析領域ＳＥＧとは、Ｃｕ偏析領域ＳＥＧ以外の他の領域と比較して、Ｃｕ濃度が高い領域である。

【0056】

断面１０のうち、表面１０Ｓから径方向Ｄに１０００μｍ深さまでの領域を表層１０Ｌと称する。矩形観察領域１００は、表層１０Ｌの任意の一部である。矩形観察領域１００において１又は複数のＣｕ偏析領域ＳＥＧが存在する場合、矩形観察領域１００内でＣｕ濃度にばらつきが生じている。この場合、表層１０ＬでＣｕ濃度のばらつきが生じていることを意味する。表層１０Ｌ内にこのようなＣｕ濃度のばらつきが生じている場合、表層１０Ｌのうち、Ｃｕ濃度の低い領域で、外部から水素が侵入しやすくなる。したがって、表層１０Ｌ内において、Ｃｕ濃度の分布はなるべく均一であることが、水素の侵入抑制には有効である。

【0057】

そこで、本実施形態の鋼材では、鋼材の表層１０ＬのＣｕ濃度分布の均一性を示す指標として、次の測定方法で求められる「Ｃｕ偏析度σ」を用いる。

【0058】

［Ｃｕ偏析度σの測定方法］
本実施形態の鋼材のＣｕ偏析度σは次の方法で測定できる。
図１を参照して、表層１０Ｌ内において、任意の矩形観察領域１００を選択する。上述のとおり、矩形観察領域１００は、鋼材の表面１０Ｓから径方向Ｄに１０００μｍ、長手方向Ｌに１０００μｍの矩形とする。

【0059】

図２は、図１中の矩形観察領域１００内でのＣｕ偏析度σの測定方法を説明するための模式図である。図２を参照して、矩形観察領域１００に対して、電界放出型電子線マイクロアナライザ（ＦＥ－ＥＰＭＡ）を用いた面分析を実施する。具体的には、矩形観察領域１００を、長手方向Ｌに４００分割し、かつ、径方向Ｄに４００分割して、矩形観察領域１００を１６万個の測定区域ＭＡに区画する。

【0060】

各測定区域ＭＡに対して、元素分析を実施する。元素分析では、加速電圧を１５ｋＶ、照射電流を４００ｎＡ、ビーム径を２μｍ、積算時間を０．１秒とする。測定対象元素を、Ｃｕとし、各測定区域ＭＡでの質量％でのＣｕ含有量を求め、当該Ｃｕ含有量を［Ｃｕ］_ＭＡと定義する。

【0061】

得られた各測定区域ＭＡでの［Ｃｕ］_ＭＡを用いて、次の方法で、矩形観察領域１００でのＣｕ偏析度σを求める。

【0062】

全ての測定区域ＭＡでの質量％のＣｕ含有量［Ｃｕ］_ＭＡの算術平均値を、［Ｃｕ］Ａ_ＶＥと定義する。さらに、各測定区域ＭＡでのＣｕ含有量［Ｃｕ］_ＭＡの［Ｃｕ］_ＡＶＥに対する比を、［Ｃｕ］_Ｓと定義する。要するに、［Ｃｕ］_Ｓは、Ｃｕ含有量の影響を除いた、各測定区域でのＣｕ量を意味する。

【0063】

図２を参照して、４００×４００個の測定区域ＭＡのうち、長手方向Ｌに一列に配列された一行分の測定区域を「測定行」ＭＬ１～ＭＬ４００と定義する。各測定行ＭＬｊ（ｊは１～４００までの整数）は、長手方向Ｌに一列に配列された４００個の測定区域ＭＡで構成される。図２において、破線で囲まれた領域の複数の測定区域ＭＡは、測定行ＭＬ１を構成する。

【0064】

各測定行ＭＬｊを構成する複数の測定区域ＭＡの［Ｃｕ］_Ｓの合計の、当該測定行ＭＬｊを構成する複数の測定区域ＭＡの総数（すなわち４００）に対する比を、［Ｃｕ］_Ｌと定義する。［Ｃｕ］_Ｌは、測定行ＭＬｊでのＣｕ量を意味する。

【0065】

全ての測定行ＭＬｊの［Ｃｕ］_Ｌの標本標準偏差を求める。得られた値を「Ｃｕ偏析度σ」と定義する。Ｃｕ偏析度σの有効数字は、小数第三位とする。つまり、Ｃｕ偏析度σは小数第四位の数値を四捨五入して得られた値である。

【0066】

［Ｃｕ偏析度σの意義について］
図１及び図２の矩形観察領域１００に示すとおり、Ｃｕ偏析領域ＳＥＧは、鋼材の長手方向Ｌに延びている。そのため、各測定行ＭＬｊでのＣｕ量［Ｃｕ］_Ｌの標本標準偏差σは、Ｃｕの偏析度を示す指標となる。

【0067】

Ｃｕ偏析度σが０．０５０を超えれば、表層１０Ｌにおいて、Ｃｕ濃度分布の十分な均一性が得られていない。つまり、Ｃｕ濃度分布が過剰にばらついている。この場合、特徴１を有する鋼材であっても、水素の侵入を十分に抑制できない。

【0068】

Ｃｕ偏析度σが０．０５０以下であれば、特徴１を有する鋼材の表層１０ＬでのＣｕ濃度分布が十分に均一である。そのため、水素の侵入を十分に抑制できる。

【0069】

Ｃｕ偏析度σの好ましい上限は０．０４５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であり、さらに好ましくは０．０３０である。Ｃｕ偏析度σはなるべく低い方が好ましい。Ｃｕ偏析度σの好ましい下限は０．０００であり、さらに好ましくは０．００５であり、さらに好ましくは０．０１０である。

【0070】

［本実施形態の鋼材の形状］
本実施形態の鋼材は、棒鋼又は線材である。棒鋼又は線材は、棒状に延びる鋼材である。鋼材はコイル状に巻かれたものであってもよいし、所定の長さに切断されたものであってもよい。

【0071】

［本実施形態の鋼材のミクロ組織］
本実施形態の鋼材のミクロ組織は、特に限定されない。本実施形態の鋼材が、ボルトの素材として使用される場合、鋼材の硬さが高すぎれば、ボルトの製造工程（伸線加工工程又は冷間鍛造工程）を実施する前に、球状化焼鈍処理が実施される。球状化焼鈍された鋼材の冷間鍛造性は高まる。そのため、本実施形態の鋼材を素材として冷間鍛造を実施し、ボルトを製造することが可能である。したがって、本実施形態の鋼材のミクロ組織は特に限定されない。

【0072】

［本実施形態の鋼材の用途］
本実施形態の鋼材は、産業機械、自動車、橋梁及び建築物等の締結手段の１種であるボルトの素材として適用可能である。なお、本実施形態の鋼材が上記用途以外の用途に用いられてもよい。

【0073】

［鋼材の製造方法］
本実施形態の鋼材の製造方法の一例を説明する。以降に説明する鋼材の製造方法は、本実施形態の鋼材を製造するための一例である。したがって、上述の特徴１及び特徴２を有する鋼材は、以降に説明する製造方法以外の他の製造方法により製造されてもよい。しかしながら、以降に説明する製造方法は、本実施形態の鋼材の製造方法の好ましい一例である。

【0074】

本実施形態の鋼材の製造方法の一例は、次の工程を含む。
（工程１）素材準備工程
（工程２）粗圧延工程
（工程３）仕上げ圧延工程
本製造方法ではさらに、仕上げ圧延工程において、次の条件を満たす。
条件：鋼材温度が１０００～８８０℃の範囲内で、２５％以上の減面率でのパス数を２以上とする。
以下、各工程について説明する。

【0075】

［（工程１）素材準備工程］
素材準備工程では、本実施形態の鋼材の素材を準備する。具体的には、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である溶鋼を製造する。精錬方法は特に限定されず、周知の方法を用いればよい。たとえば、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。転炉から出鋼した溶鋼に対して、周知の二次精錬を実施する。以上の工程により、特徴１を満たす化学組成の溶鋼を製造する。

【0076】

製造された溶鋼を用いて、周知の鋳造法により素材を製造する。たとえば、溶鋼を用いて造塊法によりインゴットを製造してもよい。また、溶鋼を用いて連続鋳造法によりブルームを製造してもよい。以上の方法により、素材（インゴット又はブルーム）を製造する。

【0077】

［（工程２）粗圧延工程］
粗圧延工程では、素材準備工程で準備された素材（インゴット又はブルーム）に対して粗圧延を実施して、ビレットを製造する。

【0078】

粗圧延工程は、次の工程を含む。
（工程２１）加熱工程
（工程２２）圧延工程
以下、各工程２１及び工程２２について説明する。

【0079】

［（工程２１）加熱工程］
加熱工程では、周知の方法で加熱炉を用いて素材を加熱する。加熱温度は特に限定されない。加熱温度は周知の温度で足りる。加熱温度は例えば、１０００～１２００℃である。

【0080】

［（工程２２）圧延工程］
圧延工程では、加熱工程で加熱された素材を、分塊圧延機、又は、分解圧延機及び連続圧延機を用いて圧延（粗圧延）して、ビレットを製造する。

【0081】

具体的には、加熱された素材を、分塊圧延機を用いてリバース圧延して、ビレットを製造する。分塊圧延機は一対の水平ロールを備える。分塊圧延機では、リバース圧延を実施する。リバース圧延とは、素材が分塊圧延機を上流から下流に通過するときに分解圧延機から圧下を受け、さらに、素材が分解圧延機を下流から上流に通過するときにも分解圧延機から圧下を受けることが可能な圧延方法を意味する。

【0082】

分塊圧延機の下流に連続圧延機が配置されている場合、分塊圧延後のビレットに対してさらに、連続圧延機を用いてタンデム圧延を実施して、さらにサイズの小さいビレットを製造してもよい。連続圧延機では、一対の水平ロールを有する水平スタンドと、一対の垂直ロールを有する垂直スタンドとが交互に一列に配列される。連続圧延機では、上流から下流にタンデム圧延が実施される。

【0083】

以上の粗圧延工程により製造されたビレットは、仕上げ圧延工程前に、常温まで放冷（空冷）される。

【0084】

［（工程３）仕上げ圧延工程］
仕上げ圧延工程では、粗圧延工程で製造されたビレットに対して仕上げ圧延を実施して、鋼材を製造する。ここで、鋼材は線材又は棒鋼である。仕上げ圧延工程は、次の工程を含む。
（工程３１）加熱工程
（工程３２）圧延工程

【0085】

仕上げ圧延工程ではさらに、圧延工程において、次の条件を満たす。
（条件）
鋼材温度が１０００～８８０℃の範囲内で、２５％以上の減面率でのパス数を２以上とする。
以下、仕上げ圧延工程での加熱工程及び圧延工程について説明する。

【0086】

［（工程３１）加熱工程］
加熱工程では、常温まで冷却されたビレットを、加熱炉を用いて周知の方法で加熱する。加熱温度は特に限定されないが、例えば、９００～１０５０℃である。

【0087】

［（工程３２）圧延工程］
圧延工程では、加熱工程で加熱されたビレットに対して、連続圧延機を用いて、仕上げ圧延（連続圧延）を実施して、鋼材を製造する。連続圧延機は、上流から下流に一列に配列された複数の圧延スタンドを含む。各圧延スタンドは一対のワークロールを含む。各ロールにはカリバーが形成されており、一対のロールのカリバーで孔型を形成する。

【0088】

連続圧延機を用いた連続圧延において、各圧延スタンドを上流から下流に向かってビレットが通過するときに、当該圧延スタンドでビレットを減面することを、「１パス」圧下する、と定義する。

【0089】

連続圧延とは、連続圧延機を用いて、複数のパス数で圧下することを意味する。なお、連続圧延機中の全ての圧延スタンドでビレットを圧下しなくてもよい。例えば、連続圧延機が１５台の圧延スタンドを含む場合であって、最後の圧延スタンドではビレットを圧下することなく通過させる場合、１４パスの圧下が実行される。

【0090】

［条件について］
仕上げ圧延工程では、鋼材温度が１０００～８８０℃の範囲内で、２５％以上の減面率でのパス数を２以上とする。ここで、減面率は次の式で定義される。
減面率＝（１－当該圧延スタンドの出側でのビレットの長手方向に垂直な断面積）／（当該圧延スタンドの入側でのビレットの長手方向に垂直な断面積）×１００

【0091】

一般的に、加熱炉での加熱温度を調整して、Ｍｎ等の元素の偏析を低減することは知られている。しかしながら、Ｃｕの場合、加熱温度を調整して拡散させやすくするよりも、特定の温度域で圧下して歪を多く導入した方が、鋼材表層において、均一に拡散しやすいことが本発明者らの調査により判明した。

【0092】

具体的には、鋼材温度が１０００～８８０℃の範囲内で２５％以上の減面率でのパス数が２未満である場合、歪の導入量が不足している。この場合、仕上げ圧延工程において、鋼材表層において、Ｃｕが十分均一に拡散しない。その結果、Ｃｕ偏析度σが０．０５０を超える。

【0093】

鋼材温度が１０００～８８０℃の範囲内で２５％以上の減面率でのパス数が２以上であれば、Ｃｕの拡散に適した温度域において、鋼材の表層に歪が十分に導入される。この場合、Ｃｕが鋼材の表層に均一に拡散する。その結果、Ｃｕ偏析度σが０．０５０以下になる。

【0094】

したがって、鋼材温度が１０００～８８０℃の範囲内で２５％以上の減面率でパス数を２以上とする。

【0095】

鋼材温度が１０００～８８０℃の範囲内で２５％以上の減面率でのパス数の好ましい下限は３であり、さらに好ましくは４である。
鋼材温度が１０００～８８０℃の範囲内で２５％以上の減面率でのパス数の好ましい上限は特に限定されない。

【0096】

連続圧延機の各圧延スタンドの入側及び／又は出側には、測温計が配置されている。測温計は周知の装置であり、例えば、放射温度計、サーモグラフィー等である。各圧延スタンドでの入側及び／又は出側で、鋼材温度が測定される。また、各圧延スタンドでの減面率は予め設定されている。したがって、各圧延スタンドでの入側及び／又は出側で測定された鋼材温度、及び、各圧延スタンドでの減面率に基づいて、鋼材温度が１０００～８８０℃の範囲内で２５％以上の減面率でのパス数を求めることができる。

【0097】

仕上げ圧延工程において、連続圧延後の冷却方法は特に限定されない。冷却方法は、放冷であってもよいし、徐冷であってもよいし、急冷であってもよい。

【0098】

以上の製造工程により、特徴１及び特徴２を満たす鋼材を製造できる。

【0099】

［本実施形態の鋼材を素材としたボルトの製造方法］
本実施形態の鋼材を素材としたボルトの製造方法は、周知の製造方法である。ボルトの製造方法は例えば、次の工程を含む。
・伸線加工工程
・冷間鍛造工程
・焼入れ及び焼戻し工程
以下、各工程について説明する。

【0100】

［伸線加工工程］
伸線加工工程では、上述の鋼材に対して周知の伸線加工を実施して鋼線を製造する。伸線加工は、一次伸線のみであってもよいし、二次伸線等、複数回の伸線加工を実施してもよい。

【0101】

［冷間鍛造工程］
冷間鍛造工程では、伸線加工工程後の鋼線に対して、周知の冷間鍛造を実施して、ボルト形状の中間品を製造する。

【0102】

［焼入れ及び焼戻し工程］
焼入れ及び焼戻し工程では、中間品に対して、焼入れ及び焼戻しを実施する。

【0103】

［焼入れ］
焼入れは周知の方法で実施される。焼入れ温度及び焼入れ温度での保持時間は特に限定されない。焼入れ温度は例えば、８４０～９７０℃である。焼入れ温度での保持時間は例えば、１５～３６０分である。保持時間経過後の中間品を急冷する。具体的には、中間品に対して水冷又は油冷を実施する。

【0104】

［焼戻し］
焼入れ後の中間品に対して、焼戻しを実施する。焼戻し温度及び焼戻し温度での保持時間は特に限定されない。焼戻し温度は例えば、４００～５５０℃である。焼戻し温度での保持時間は、３０～３６０分である。

【0105】

以上の製造方法により、本実施形態の鋼材を素材としたボルトを製造することができる。製造されたボルトは、特徴１及び特徴２を備える。そのため、腐食環境下での水素侵入が抑制される。

【実施例0106】

実施例により本実施形態の鋼材の効果をさらに具体的に説明する。以下の実施例での条件は、本実施形態の鋼材の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。したがって、本実施形態の鋼材はこの一条件例に限定されない。

【0107】

［素材準備工程］
表１－１及び表１－２に示す化学組成を有する鋼材を、次の方法で製造した。

【0108】

【表1-1】

【0109】

【表1-2】

【0110】

表１－１、表１－２中の「－」は、対応する元素含有量が、実施形態に規定の有効数字（最小桁までの数値）において、０％であることを意味する。換言すれば、対応する元素含有量において、上述の実施形態で規定の有効数字（最小桁までの数値）での端数を四捨五入した場合に０％であることを意味する。
例えば、本実施形態で規定されたＣｒ含有量は小数第二位までの数値で規定されている。したがって、表１－２中の試験番号１では、測定されたＣｒ含有量を小数第三位で四捨五入した場合に、０％であったことを意味する。
なお、四捨五入とは、規定された最小桁の下の桁（端数）が５未満であれば切り捨て、５以上であれば切り上げることを意味する。

【0111】

［粗圧延工程］
製造したブルームに対して粗圧延工程を実施して、ビレットを製造した。具体的には、加熱炉を用いてブルームを１１００℃に加熱した。加熱後のブルームを、分塊圧延機及び連続圧延機を用いて圧延（粗圧延）して、ビレットを製造した。粗圧延工程で製造されたビレットを常温まで放冷した。

【0112】

［仕上げ圧延工程］
製造されたビレットに対して、仕上げ圧延工程を実施した。具体的には、各試験番号のビレットを９５０～１０５０℃に加熱した。加熱されたビレットに対して、連続圧延機を用いて、仕上げ圧延（連続圧延）を実施して、鋼材（丸棒）を製造した。このとき、鋼材温度が１０００～８８０℃の範囲内で、２５％以上の減面率のパス数ＰＮは表２に示すとおりであった。

【0113】

【表2】

【0114】

仕上げ圧延後の鋼材（丸棒）を常温まで放冷した。以上の製造工程により、各試験番号の直径が１０ｍｍの鋼材（丸棒）を製造した。

【0115】

［評価試験について］
製造された各試験番号の鋼材に対して、次の鋼材評価試験（試験１～試験３）を実施した。
［鋼材評価試験］
（試験１）鋼材の化学組成測定試験
（試験２）Ｃｕ偏析度σ測定試験
（試験３）拡散性水素濃度測定試験
以下、各試験について説明する。

【0116】

［（試験１）鋼材の化学組成測定試験］
各試験番号の鋼材（丸棒）に対して、上述の［鋼材の化学組成の測定方法］に基づいて化学組成を分析した。その結果、いずれの試験番号の化学組成も、表１－１、表１－２に示すとおりであった。

【0117】

［（試験２）Ｃｕ偏析度σ測定試験］
各試験番号の鋼材（丸棒）に対して、上述の［Ｃｕ偏析度σの測定方法］に基づいて、Ｃｕ偏析度σを求めた。求めた結果を表２に示す。

【0118】

［（試験３）拡散性水素濃度測定試験］
各試験番号の鋼材に対して、次の拡散性水素濃度測定試験を実施した。

【0119】

［ボルト模擬材の製造］
初めに、各試験番号の丸棒を用いて、ボルト模擬材を製造した。具体的には、各試験番号の丸棒に対して、次の焼入れ処理及び焼戻し処理を実施した。
焼入れ処理は熱処理炉を用いて実施した。焼入れ温度を８７０～９２０℃とし、焼入れ温度での保持時間を６０分とした。保持時間経過後の鋼材を水冷して焼入れを行った。なお、熱処理炉内は鋼材のＣ濃度と同等のカーボンポテンシャル雰囲気とし、鋼材の脱炭を抑制した。

【0120】

焼入れ処理後に焼戻し処理を実施した。焼戻し処理は熱処理炉を用いて実施した。焼戻しでは、ボルト模擬材の引張強度が１２００～１４００ＭＰａの範囲内となるように、４３０～５２０℃の焼戻し温度（℃）で１～２時間保持した。保持時間経過後の鋼材を水冷した。以上の製造工程により、ボルト模擬材（丸棒）を製造した。

【0121】

［測定試験］
各試験番号のボルト模擬材（丸棒）を長手方向に垂直に切断し、長さ１００ｍｍの複数の丸棒試験片を採取した。粗圧延工程、仕上げ圧延工程、及び、ボルト模擬材製造時の焼入れ焼戻し時に生成したスケールの影響を省くため、丸棒試験片に対してブラスト処理を実施して、丸棒試験片の最表層のスケールを除去した。

【0122】

ブラスト処理後の丸棒試験片を用いて、ＪＩＳ Ｈ８５０２（１９９９）に規定されている人工酸性雨サイクル試験（Ｃｙｃｌｉｃ Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ Ａｃｉｄ ｒａｉｎ Ｔｅｓｔ）を実施した。各試験番号ごとに、腐食試験での試験サイクルは、８４サイクル、１６８サイクル、及び、２５６サイクルの３パターンとした。各パターンごとに別個の丸棒試験片を用いた。

【0123】

各サイクルでの試験において、試験終了後に丸棒試験片を取り出した。取り出した丸棒試験片に対してブラスト処理を実施して、腐食試験によって丸棒試験片の表面に生成した腐食生成物を除去した。湿式切断機を用いて、ブラスト処理後の丸棒試験片の長手方向の中央部分３０ｍｍを切り出した。

【0124】

切り出した試験片部分に対して、ガスクロマトグラフ式昇温脱離水素分析装置（ＴＤＡ）を用いて、拡散性水素濃度を分析した。具体的には、切り出した試験片部分を１００℃／ｈの昇温速度で室温から４００℃まで加熱した。加熱により試験片部分から外部に放出された水素量を測定した。

【0125】

測定された水素量を、加熱前の試験片部分の質量で除して、拡散性水素濃度（ｐｐｍ）を求めた。各試験番号において、上述の３パターンの各々での拡散性水素濃度を求めた。３つの拡散性水素濃度のうち、最も高い値を、その試験番号での拡散性水素濃度と定義した。

【0126】

［評価結果］
評価結果を表２に示す。
試験番号１～３６では、化学組成が適切であった。さらに製造条件も適切であった。そのため、Ｃｕ偏析度が０．０５０以下であった。その結果、拡散性水素濃度が０．０５ｐｐｍ未満であり、水素の侵入を抑制できた。

【0127】

一方、試験番号３７では、Ｃｕ含有量が低すぎた。そのため、拡散性水素濃度が０．０５ｐｐｍ以上となり、水素の侵入を十分に抑制できなかった。

【0128】

試験番号３８では、Ｎｉ含有量が低すぎた。そのため、拡散性水素濃度が０．０５ｐｐｍ以上となり、水素の侵入を十分に抑制できなかった。

【0129】

試験番号３９～４２では、化学組成は適切であったものの、鋼材温度が１０００～８８０℃の範囲内で、２５％以上の減面率のパス数ＰＮが２未満であった。そのため、Ｃｕ偏析度σが０．０５０を超えた。その結果、そのため、拡散性水素濃度が０．０５ｐｐｍ以上となり、水素の侵入を十分に抑制できなかった。

【0130】

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。

【図1】

【図2】