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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-08-08
(45)【発行日】2023-08-17
(54)【発明の名称】マルテンサイト系ステンレス丸鋼
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20230809BHJP
C22C 38/60 20060101ALI20230809BHJP
C21D 8/06 20060101ALN20230809BHJP
C21D 9/00 20060101ALN20230809BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 302Z
C22C38/60
C21D8/06 B
C21D9/00 G
C21D9/00 H
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2023506137
(86)(22)【出願日】2022-10-25
(86)【国際出願番号】 JP2022039622
【審査請求日】2023-01-27
(31)【優先権主張番号】P 2021174913
(32)【優先日】2021-10-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【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】神吉 恭平
(72)【発明者】
【氏名】松尾 大輔
(72)【発明者】
【氏名】高部 秀樹
(72)【発明者】
【氏名】西村 俊也
【審査官】河口 展明
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０２０／０６７２４７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２０／０７１３４４（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２１／１９９３６８（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２２Ｃ ３８／００－３８／６０
Ｃ２１Ｄ ８／０６
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
マルテンサイト系ステンレス丸鋼であって、化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：１０．００～１４．００％、
Ｎｉ：５．００～７．５０％、
Ｍｏ：１．５０～４．００％、
Ｃｕ：１．４０～３．５０％、
Ｗ：０．０１～２．００％、
Ｃｏ：０．０１０～０．５００％、
Ｔｉ：０．０５０～０．３００％、
Ｖ：０．０１～０．１０％、
Ｃａ：０．０００５～０．０１００％、
Ａｌ：０．００１～０．１００％、
Ｎ：０．０５００％以下、
Ｏ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０～０．０５％、
Ｓｎ：０～０．０１０％、
Ａｓ：０～０．０１０％、
Ｓｂ：０～０．０１０％、
Ｂ：０～０．００５０％、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
希土類元素：０～０．０１０％、及び、
残部：Ｆｅ及び不純物、からなり、
降伏強度が８６２ＭＰａ以上であり、
前記マルテンサイト系ステンレス丸鋼の軸方向に垂直な断面の中心位置において、
質量％での固溶Ｍｏ濃度を［Ｍｏ］Ｃと定義し、
質量％での固溶Ｗ濃度を［Ｗ］Ｃと定義し、
定電流電解で得られた残渣中の質量％でのＭｏ濃度を［Ｍｏ］Ｒと定義し、
前記残渣中の質量％でのＷ濃度を［Ｗ］Ｒと定義したとき、
式（１）及び式（２）を満たす、
マルテンサイト系ステンレス丸鋼。
Ｆ１＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ≧２．４５ （１）
Ｆ２＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ）≧１３．０ （２）
【請求項2】
請求項１に記載のマルテンサイト系ステンレス丸鋼であって、前記化学組成は、
Ｎｂ：０．０１～０．０５％、
Ｓｎ：０．００１～０．０１０％、
Ａｓ：０．００１～０．０１０％、
Ｓｂ：０．００１～０．０１０％、
Ｂ：０．０００１～０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００１～０．０１００％、
希土類元素：０．００１～０．０１０％、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
マルテンサイト系ステンレス丸鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、マルテンサイト系ステンレス丸鋼に関し、さらに詳しくは、油井孔（ダウンホール）に利用されるダウンホールツールの素材に適したマルテンサイト系ステンレス丸鋼に関する。ここで、丸鋼（Ｒｏｕｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｂａｒ）とは、軸方向に垂直な断面が円形状である棒鋼を意味する。なお、本明細書では、油井及びガス井を総称して、単に「油井」ともいう。
【背景技術】
【0002】
油井の掘削には、ケーシング及びチュービング等の油井管が利用される。油井の掘削にはさらに、ダウンホールツールが利用される。
【0003】
油井の掘削では、ケーシングにより油井孔を形成する。形成された油井孔内にダウンホールツールが挿入される。ダウンホールツールは、油井探索及び油井掘削用途のツールである。ダウンホールツールは例えば、プラグ、パッカー、ドリルピット等である。プラグ又はパッカーは、フラクチャリングを実施するために油井孔内の所定区域を塞ぐのに用いられる。ドリルピットは、油井孔の掘削に用いられる。
【0004】
油井管の管軸方向に垂直な断面は中空の円環状である。一方、ダウンホールツールは油井管と異なり、軸方向に垂直な断面の中央部分が中実になる場合がある。そのため、ダウンホールツールの製造では、素材として中実の丸鋼が用いられる。素材である丸鋼の軸方向に垂直な断面の中央部分がそのままダウンホールツールの一部になる場合がある。
【0005】
上述のとおり、ダウンホールツールは、ケーシング及びチュービング等に用いられる油井管と同様の環境で使用される。油井の生産流体は、硫化水素ガスや炭酸ガス等の腐食性ガスを含む。したがって、ダウンホールツールの素材となる丸鋼では、油井管と同様に、優れた耐硫化物応力割れ性、及び、優れた耐応力腐食割れ性が求められる。以下、耐硫化物応力割れ性を「耐ＳＳＣ性」といい、耐応力腐食割れ性を「耐ＳＣＣ性」という。ここで、ＳＳＣは、Ｓｕｌｆｉｄｅ Ｓｔｒｅｓｓ Ｃｒａｃｋｉｎｇの略称である。ＳＣＣは、Ｓｔｒｅｓｓ Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｃｒａｃｋｉｎｇの略称である。
【0006】
上述のとおり、ダウンホールツールの素材となる丸鋼では特に、油井管と異なり、軸方向に垂直な断面の中心位置の中実部分においても、優れた耐ＳＳＣ性及び優れた耐ＳＣＣ性が求められる。
【0007】
耐ＳＳＣ性及び耐ＳＣＣ性に優れたダウンホールツールの素材となる丸鋼が、国際公開第２０１７／２０００８３号（特許文献１）に提案されている。
【0008】
特許文献１に開示された丸鋼は、質量％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｕ：０．１０～２．５０％、Ｃｒ：１０～１４％、Ｎｉ：１．５～７．０％、Ｍｏ：０．２～３．０％、Ｔｉ：０．０５～０．３％、Ｖ：０．０１～０．１０％、Ｎｂ：０．１％以下、Ａｌ：０．００１～０．１％、Ｎ：０．０５％以下、Ｂ：０～０．００５％、Ｃａ：０～０．００８％、及び、Ｃｏ：０～０．５％、を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する。さらに、化学組成でのＭｏ含有量を［Ｍｏ量］（質量％）と定義し、横断面のＲ／２位置での析出物中のＭｏ含有量を［Ｒ／２位置析出物中総Ｍｏ量］（質量％）と定義した場合、［Ｍｏ量］－４×［Ｒ／２位置析出物中総Ｍｏ量］が１．３０以上である。さらに、横断面の中心位置での析出物中のＭｏ含有量を［中心位置析出物中総Ｍｏ量］と定義したとき、［中心位置析出物中総Ｍｏ量］－［Ｒ／２位置析出物中総Ｍｏ量］が０．０３以下である。
【0009】
特許文献１に開示された丸鋼では、母材中の固溶Ｍｏ量を確保しつつ、横断面中心位置とＲ／２位置でのミクロ組織の均一性を確保する。これにより、優れた耐ＳＳＣ性及び優れた耐ＳＣＣ性が得られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【文献】国際公開第２０１７／２０００８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
ところで、最近の油井の深井戸化により、油井管と同様に、ダウンホールツールの高強度化が要求されている。最近では、１１０ｋｓｉ級（降伏強度が１１０～１２５ｋｓｉ未満、つまり、７５８～８６２ＭＰａ未満）の丸鋼だけでなく、１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）以上の降伏強度を有する丸鋼が求められている。また、油井の深井戸化により、ダウンホールツールの使用環境はさらに高圧及び高温環境となる。したがって、ダウンホールツールの素材として利用される丸鋼では、１２５ｋｓｉ以上の高強度及び優れた耐ＳＳＣ性が得られ、さらに、高温環境での優れた耐ＳＣＣ性が得られることが求められる場合がある。ここで、高温環境とは、１５０℃を超える環境であり、例えば、１７５℃の環境が想定される。特に、ダウンホールツールの素材として利用される丸鋼では、上述のとおり、軸方向に垂直な断面の中心位置の部分も、ダウンホールツール部分として利用される場合がある。したがって、このような丸鋼では、軸方向に垂直な断面の中心位置においても上述の優れた耐ＳＳＣ性及び１７５℃の環境での優れた耐ＳＣＣ性が求められる。
【0012】
本開示の目的は、高強度を有し、優れた耐ＳＳＣ性及び１７５℃の環境での優れた耐ＳＣＣ性を有するマルテンサイト系ステンレス丸鋼を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本開示によるマルテンサイト系ステンレス丸鋼は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：１０．００～１４．００％、
Ｎｉ：５．００～７．５０％、
Ｍｏ：１．５０～４．００％、
Ｃｕ：１．００～３．５０％、
Ｗ：０．０１～２．００％、
Ｃｏ：０．０１０～０．５００％、
Ｔｉ：０．０５０～０．３００％、
Ｖ：０．０１～０．１０％、
Ｃａ：０．０００５～０．０１００％、
Ａｌ：０．００１～０．１００％、
Ｎ：０．０５００％以下、
Ｏ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０～０．０５％、
Ｓｎ：０～０．０１０％、
Ａｓ：０～０．０１０％、
Ｓｂ：０～０．０１０％、
Ｂ：０～０．００５０％、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
希土類元素：０～０．０１０％、及び、
残部：Ｆｅ及び不純物、からなり、
降伏強度が８６２ＭＰａ以上であり、
前記マルテンサイト系ステンレス丸鋼の軸方向に垂直な断面の中心位置において、
質量％での固溶Ｍｏ濃度を［Ｍｏ］Ｃと定義し、
質量％での固溶Ｗ濃度を［Ｗ］Ｃと定義し、
定電流電解で得られた残渣中の質量％でのＭｏ濃度を［Ｍｏ］Ｒと定義し、
前記残渣中の質量％でのＷ濃度を［Ｗ］Ｒと定義したとき、
式（１）及び式（２）を満たす。
Ｆ１＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ≧２．４５ （１）
Ｆ２＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ）≧１３．０ （２）
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：１０．００～１４．００％、
Ｎｉ：５．００～７．５０％、
Ｍｏ：１．５０～４．００％、
Ｃｕ：１．００～３．５０％、
Ｗ：０．０１～２．００％、
Ｃｏ：０．０１０～０．５００％、
Ｔｉ：０．０５０～０．３００％、
Ｖ：０．０１～０．１０％、
Ｃａ：０．０００５～０．０１００％、
Ａｌ：０．００１～０．１００％、
Ｎ：０．０５００％以下、
Ｏ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０～０．０５％、
Ｓｎ：０～０．０１０％、
Ａｓ：０～０．０１０％、
Ｓｂ：０～０．０１０％、
Ｂ：０～０．００５０％、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
希土類元素：０～０．０１０％、及び、
残部：Ｆｅ及び不純物、からなり、
降伏強度が８６２ＭＰａ以上であり、
前記マルテンサイト系ステンレス丸鋼の軸方向に垂直な断面の中心位置において、
質量％での固溶Ｍｏ濃度を［Ｍｏ］Ｃと定義し、
質量％での固溶Ｗ濃度を［Ｗ］Ｃと定義し、
定電流電解で得られた残渣中の質量％でのＭｏ濃度を［Ｍｏ］Ｒと定義し、
前記残渣中の質量％でのＷ濃度を［Ｗ］Ｒと定義したとき、
式（１）及び式（２）を満たす。
Ｆ１＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ≧２．４５ （１）
Ｆ２＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ）≧１３．０ （２）
【発明の効果】
【0014】
本開示によるマルテンサイト系ステンレス丸鋼は、１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）以上の高い降伏強度を有し、かつ、１２５ｋｓｉ以上の降伏強度を有していても優れた耐ＳＳＣ性を有し、さらに、１７５℃の環境での優れた耐ＳＣＣ性を有する。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
本発明者らは、１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）以上の降伏強度を有し、１２５ｋｓｉ以上の降伏強度を有していても優れた耐ＳＳＣ性を有し、さらに、１７５℃の環境での優れた耐ＳＣＣ性を有するマルテンサイト系ステンレス丸鋼について、化学組成の観点から検討した。
【0017】
初めに、Ｃｒを１０．００～１４．００％含有するマルテンサイト系ステンレス丸鋼において、１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）以上の降伏強度を得るために、Ｃｏを含有することが有効であると本発明者らは考えた。そこで、検討の結果、本発明者らは、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１００％以下、Ｃｒ：１０．００～１４．００％、Ｎｉ：５．００～７．５０％、Ｍｏ：１．５０～４．００％、Ｃｕ：１．００～３．５０％、Ｃｏ：０．０１０～０．５００％、Ｔｉ：０．０５０～０．３００％、Ｖ：０．０１～０．１０％、Ｃａ：０．０００５～０．０１００％、Ａｌ：０．００１～０．１００％、Ｎ：０．０５００％以下、Ｏ：０．０５０％以下、Ｎｂ：０～０．０５％、Ｓｎ：０～０．０１０％、Ａｓ：０～０．０１０％、Ｓｂ：０～０．０１０％、Ｂ：０～０．００５０％、Ｍｇ：０～０．０１００％、希土類元素：０～０．０１０％、及び、残部：Ｆｅ及び不純物、からなる化学組成であれば、１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）以上の降伏強度を有しつつ、優れた耐ＳＳＣ性及び１７５℃の環境での優れた耐ＳＣＣ性が得られると考えた。
【0018】
しかしながら、上述の化学組成を有するマルテンサイト系ステンレス丸鋼では、降伏強度が１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）以上と高いため、耐ＳＳＣ性が低くなる場合があった。さらに、１７５℃の環境での耐ＳＣＣ性評価試験において、ＳＣＣが確認される場合があった。そこで、本発明者らは、１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）以上の降伏強度を有しつつ、優れた耐ＳＳＣ性及び１７５℃の環境での優れた耐ＳＣＣ性が得られる手段について、さらに検討を行った。
【0019】
検討の結果、本発明者らは、上記化学組成にさらに、Ｆｅの一部に代えてＷを含有すれば、１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）以上の降伏強度を有しつつ、優れた耐ＳＳＣ性及び１７５℃の環境での優れた耐ＳＣＣ性が得られると考えた。
【0020】
さらなる検討の結果、本発明者らは、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１００％以下、Ｃｒ：１０．００～１４．００％、Ｎｉ：５．００～７．５０％、Ｍｏ：１．５０～４．００％、Ｃｕ：１．００～３．５０％、Ｗ：０．０１～２．００％、Ｃｏ：０．０１０～０．５００％、Ｔｉ：０．０５０～０．３００％、Ｖ：０．０１～０．１０％、Ｃａ：０．０００５～０．０１００％、Ａｌ：０．００１～０．１００％、Ｎ：０．０５００％以下、Ｏ：０．０５０％以下、Ｎｂ：０～０．０５％、Ｓｎ：０～０．０１０％、Ａｓ：０～０．０１０％、Ｓｂ：０～０．０１０％、Ｂ：０～０．００５０％、Ｍｇ：０～０．０１００％、希土類元素：０～０．０１０％、及び、残部：Ｆｅ及び不純物、からなる化学組成を有するマルテンサイト系ステンレス丸鋼であれば、１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）以上の降伏強度と、優れた耐ＳＳＣ性と、１７５℃の環境での優れた耐ＳＣＣ性とが得られると考えた。
【0021】
上記化学組成を有するマルテンサイト系ステンレス丸鋼であれば、１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）以上の降伏強度が得られ、かつ、軸方向に垂直な断面の中心位置において、１７５℃の環境での耐ＳＣＣ性評価試験によるＳＣＣが確認されず、１７５℃の環境での優れた耐ＳＣＣ性が得られた。しかしながら、依然として、軸方向に垂直な断面の中心位置において、耐ＳＳＣ性が低い場合があった。
【0022】
そこで、本発明者らはさらに、上述の化学組成を有するマルテンサイト系ステンレス丸鋼での耐ＳＳＣ性の向上手段について検討を行った。
【0023】
ここで、本発明者らは、軸方向に垂直な断面の中心位置での固溶Ｍｏ濃度及び固溶Ｗ濃度に注目した。本明細書において、丸鋼の軸方向に垂直な断面の中心位置を、「横断面中心位置」ともいう。上記化学組成において、母材に固溶している固溶Ｍｏ及び固溶Ｗが、耐ＳＳＣ性の向上に強く寄与する。本発明者らは、丸鋼の横断面中心位置において、固溶Ｍｏ濃度及び固溶Ｗ濃度の総量が耐ＳＳＣ性に寄与すると考えた。そこで、本発明者らはさらなる調査を行った。その結果、固溶Ｗ濃度の耐ＳＳＣ性への寄与の度合いは、固溶Ｍｏ濃度と比較して０．５倍程度であることが判明した。
【0024】
以上の知見に基づいて、本発明者らは、丸鋼の横断面中心位置での固溶Ｍｏ濃度及び固溶Ｗ濃度と、耐ＳＳＣ性との関係についてさらに調査検討を行った。その結果、次の事項が判明した。化学組成中の各元素含有量が上述の範囲であるマルテンサイト系ステンレス丸鋼の横断面中心位置において、質量％での固溶Ｍｏ濃度を［Ｍｏ］Ｃと定義し、質量％での固溶Ｗ濃度を［Ｗ］Ｃと定義する。この場合、次の式（１）を満たすことにより、耐ＳＳＣ性が高まる。
Ｆ１＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ≧２．４５ （１）
Ｆ１＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ≧２．４５ （１）
【0025】
しかしながら、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であり、かつ、丸鋼の横断面中心位置における固溶Ｍｏ濃度及び固溶Ｗ濃度が式（１）を満たしても、１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）以上の降伏強度及び１７５℃の環境での優れた耐ＳＣＣ性は得られるものの、依然として、丸鋼の横断面中心位置での優れた耐ＳＳＣ性が得られない場合があった。そこで、本発明者らはこの原因についてさらに調査を行った。その結果、本発明者らは次の新たな知見を得た。
【0026】
固溶Ｗは耐ＳＳＣ性を高める。しかしながら、上述のＭｏ及びＷを含有する化学組成の場合、Ｗの含有により、Ｌａｖｅｓ相の生成も促進されてしまう。以下、この点について説明する。
【0027】
図１は、マルテンサイト系ステンレス丸鋼中のＭｏ含有量及びＷ含有量に応じたＬａｖｅｓ相のＴＴＴ線図（等温変態線図）である。図１中の破線は、Ｗを含有せず、Ｍｏ含有量が２．７％であり、他の元素含有量は上述の範囲内であるマルテンサイト系ステンレス丸鋼（図１中で「２．７Ｍｏ」と表記）でのＬａｖｅｓ相の析出開始を表すＴＴＴ曲線である。図１中の実線は、Ｗ及びＦｅ以外の元素含有量が破線の丸鋼と同じであり、Ｆｅの一部に代えてＷを０．２％含有したマルテンサイト系ステンレス丸鋼（図１中で「２．７Ｍｏ－０．２Ｗ」と表記）でのＬａｖｅｓ相の析出開始を表すＴＴＴ曲線である。
【0028】
図１を参照して、Ｗを含有する場合（２．７Ｍｏ－０．２Ｗ）、Ｗを含有しない場合（２．７Ｍｏ）と比較して、Ｌａｖｅｓ相の析出開始を表すＴＴＴ曲線が顕著に短時間側へシフトする。つまり、Ｗを含有するマルテンサイト系ステンレス丸鋼では、Ｗを含有しないマルテンサイト系ステンレス丸鋼と比較して、Ｌａｖｅｓ相が短時間で生成しやすくなる。
【0029】
したがって、Ｗを含有するマルテンサイト系ステンレス丸鋼の場合、仮に、横断面中心位置での固溶Ｍｏ濃度及び固溶Ｗ濃度が十分に確保されていても、横断面中心位置では、Ｌａｖｅｓ相が多数生成する場合もあり得る。この場合、固溶Ｍｏ及び固溶Ｗによる耐ＳＳＣ性向上作用が、Ｌａｖｅｓ相の生成による耐ＳＳＣ性低下作用に相殺されてしまい、耐ＳＳＣ性がむしろ低下してしまう。
【0030】
以上の知見に基づいて、Ｗを含有するマルテンサイト系ステンレス丸鋼の場合、横断面中心位置での固溶Ｍｏ濃度及び固溶Ｗ濃度だけでなく、横断面中心位置でのＬａｖｅｓ相の生成量も、耐ＳＳＣ性に強く影響すると本発明者らは考えた。そして、固溶Ｍｏ濃度及び固溶Ｗ濃度に起因する耐ＳＳＣ性向上作用が、Ｌａｖｅｓ相生成量に起因する耐ＳＳＣ性低下作用よりも強ければ、優れた耐ＳＳＣ性が得られると本発明者らは考えた。
【0031】
ここで、Ｌａｖｅｓ相は、Ｃｒ又はＦｅと、Ｍｏ及びＷとを含有する金属間化合物である。そして、丸鋼の横断面中心位置を含む試験片に対する定電流電解により得られた残渣中のＭｏ濃度及び残渣中のＷ濃度が、Ｌａｖｅｓ相の生成量に対応する。
【0032】
以上の知見に基づいて、Ｗ含有マルテンサイト系ステンレス丸鋼の横断面中心位置での耐ＳＳＣ性の向上手段について、本発明者らはさらに検討を行った。その結果、軸方向に垂直な断面の中心位置において、定電流電解で得られた残渣中の質量％でのＭｏ濃度を［Ｍｏ］Ｒと定義し、残渣中の質量％でのＷ濃度を［Ｗ］Ｒと定義したとき、上述の式（１）だけでなく、次の式（２）を満たすことにより、耐ＳＳＣ性が高まることを知見した。
Ｆ２＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ）≧１３．０ （２）
Ｆ２＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ）≧１３．０ （２）
【0033】
図２は、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であるマルテンサイト系ステンレス丸鋼でのＦ１及びＦ２と、耐ＳＳＣ性との関係を示す図である。図２中の「○」印は後述の耐ＳＳＣ性評価試験で耐ＳＳＣ性に優れると評価されたことを示す。図２中の「×」印は、後述の耐ＳＳＣ性評価試験で耐ＳＳＣ性が低いと評価されたことを示す。
【0034】
図２を参照して、Ｗを含む化学組成中の各元素含有量が上述の範囲であり、Ｆ１及びＦ２が式（１）及び式（２）を満たすことにより、１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）以上の降伏強度を有し、優れた耐ＳＳＣ性及び１７５℃の環境での優れた耐ＳＣＣ性を有するマルテンサイト系ステンレス丸鋼が得られる。
【0035】
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス丸鋼は以上の技術思想に基づいて完成したものであり、次の構成を有する。
【0036】
［１］
マルテンサイト系ステンレス丸鋼であって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：１０．００～１４．００％、
Ｎｉ：５．００～７．５０％、
Ｍｏ：１．５０～４．００％、
Ｃｕ：１．００～３．５０％、
Ｗ：０．０１～２．００％、
Ｃｏ：０．０１０～０．５００％、
Ｔｉ：０．０５０～０．３００％、
Ｖ：０．０１～０．１０％、
Ｃａ：０．０００５～０．０１００％、
Ａｌ：０．００１～０．１００％、
Ｎ：０．０５００％以下、
Ｏ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０～０．０５％、
Ｓｎ：０～０．０１０％、
Ａｓ：０～０．０１０％、
Ｓｂ：０～０．０１０％、
Ｂ：０～０．００５０％、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
希土類元素：０～０．０１０％、及び、
残部：Ｆｅ及び不純物、からなり、
降伏強度が８６２ＭＰａ以上であり、
前記マルテンサイト系ステンレス丸鋼の軸方向に垂直な断面の中心位置において、
質量％での固溶Ｍｏ濃度を［Ｍｏ］Ｃと定義し、
質量％での固溶Ｗ濃度を［Ｗ］Ｃと定義し、
定電流電解で得られた残渣中の質量％でのＭｏ濃度を［Ｍｏ］Ｒと定義し、
前記残渣中の質量％でのＷ濃度を［Ｗ］Ｒと定義したとき、
式（１）及び式（２）を満たす、
マルテンサイト系ステンレス丸鋼。
Ｆ１＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ≧２．４５ （１）
Ｆ２＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ）≧１３．０ （２）
マルテンサイト系ステンレス丸鋼であって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：１０．００～１４．００％、
Ｎｉ：５．００～７．５０％、
Ｍｏ：１．５０～４．００％、
Ｃｕ：１．００～３．５０％、
Ｗ：０．０１～２．００％、
Ｃｏ：０．０１０～０．５００％、
Ｔｉ：０．０５０～０．３００％、
Ｖ：０．０１～０．１０％、
Ｃａ：０．０００５～０．０１００％、
Ａｌ：０．００１～０．１００％、
Ｎ：０．０５００％以下、
Ｏ：０．０５０％以下、
Ｎｂ：０～０．０５％、
Ｓｎ：０～０．０１０％、
Ａｓ：０～０．０１０％、
Ｓｂ：０～０．０１０％、
Ｂ：０～０．００５０％、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
希土類元素：０～０．０１０％、及び、
残部：Ｆｅ及び不純物、からなり、
降伏強度が８６２ＭＰａ以上であり、
前記マルテンサイト系ステンレス丸鋼の軸方向に垂直な断面の中心位置において、
質量％での固溶Ｍｏ濃度を［Ｍｏ］Ｃと定義し、
質量％での固溶Ｗ濃度を［Ｗ］Ｃと定義し、
定電流電解で得られた残渣中の質量％でのＭｏ濃度を［Ｍｏ］Ｒと定義し、
前記残渣中の質量％でのＷ濃度を［Ｗ］Ｒと定義したとき、
式（１）及び式（２）を満たす、
マルテンサイト系ステンレス丸鋼。
Ｆ１＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ≧２．４５ （１）
Ｆ２＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ）≧１３．０ （２）
【0037】
［２］
［１］に記載のマルテンサイト系ステンレス丸鋼であって、
前記化学組成は、
Ｎｂ：０．０１～０．０５％、
Ｓｎ：０．００１～０．０１０％、
Ａｓ：０．００１～０．０１０％、
Ｓｂ：０．００１～０．０１０％、
Ｂ：０．０００１～０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００１～０．０１００％、
希土類元素：０．００１～０．０１０％、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
マルテンサイト系ステンレス丸鋼。
［１］に記載のマルテンサイト系ステンレス丸鋼であって、
前記化学組成は、
Ｎｂ：０．０１～０．０５％、
Ｓｎ：０．００１～０．０１０％、
Ａｓ：０．００１～０．０１０％、
Ｓｂ：０．００１～０．０１０％、
Ｂ：０．０００１～０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００１～０．０１００％、
希土類元素：０．００１～０．０１０％、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
マルテンサイト系ステンレス丸鋼。
【0038】
以下、本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼について詳述する。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
【0039】
［本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の特徴］
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼は、次の特徴１～４を有する。
（特徴１）
化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１００％以下、Ｃｒ：１０．００～１４．００％、Ｎｉ：５．００～７．５０％、Ｍｏ：１．５０～４．００％、Ｃｕ：１．００～３．５０％、Ｗ：０．０１～２．００％、Ｃｏ：０．０１０～０．５００％、Ｔｉ：０．０５０～０．３００％、Ｖ：０．０１～０．１０％、Ｃａ：０．０００５～０．０１００％、Ａｌ：０．００１～０．１００％、Ｎ：０．０５００％以下、Ｏ：０．０５０％以下、Ｎｂ：０～０．０５％、Ｓｎ：０～０．０１０％、Ａｓ：０～０．０１０％、Ｓｂ：０～０．０１０％、Ｂ：０～０．００５０％、Ｍｇ：０～０．０１００％、希土類元素：０～０．０１０％、及び、残部：Ｆｅ及び不純物、からなる。
（特徴２）
降伏強度が８６２ＭＰａ（１２５ｋｓｉ）以上である。
（特徴３）
丸鋼の軸方向に垂直な断面の中心位置において、Ｆ１（＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ）が２．４５以上である。
（特徴４）
丸鋼の軸方向に垂直な断面の中心位置において、Ｆ２（＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ））が１３．０以上である。
以下、特徴１～特徴４について説明する。
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼は、次の特徴１～４を有する。
（特徴１）
化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１００％以下、Ｃｒ：１０．００～１４．００％、Ｎｉ：５．００～７．５０％、Ｍｏ：１．５０～４．００％、Ｃｕ：１．００～３．５０％、Ｗ：０．０１～２．００％、Ｃｏ：０．０１０～０．５００％、Ｔｉ：０．０５０～０．３００％、Ｖ：０．０１～０．１０％、Ｃａ：０．０００５～０．０１００％、Ａｌ：０．００１～０．１００％、Ｎ：０．０５００％以下、Ｏ：０．０５０％以下、Ｎｂ：０～０．０５％、Ｓｎ：０～０．０１０％、Ａｓ：０～０．０１０％、Ｓｂ：０～０．０１０％、Ｂ：０～０．００５０％、Ｍｇ：０～０．０１００％、希土類元素：０～０．０１０％、及び、残部：Ｆｅ及び不純物、からなる。
（特徴２）
降伏強度が８６２ＭＰａ（１２５ｋｓｉ）以上である。
（特徴３）
丸鋼の軸方向に垂直な断面の中心位置において、Ｆ１（＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ）が２．４５以上である。
（特徴４）
丸鋼の軸方向に垂直な断面の中心位置において、Ｆ２（＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ））が１３．０以上である。
以下、特徴１～特徴４について説明する。
【0040】
［（特徴１）化学組成について］
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の化学組成は、次の元素を含有する。
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の化学組成は、次の元素を含有する。
【0041】
Ｃ：０．０３０％以下
炭素（Ｃ）は不可避に含有される。つまり、Ｃ含有量は０％超である。
Ｃは鋼材の焼入れ性を高めて、鋼材の強度を高める。しかしながら、Ｃ含有量が０．０３０％を超えれば、ＣはＣｒと結合してＣｒ炭化物を生成する。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、鋼材の耐ＳＳＣが低下しやすくなる。
したがって、Ｃ含有量は０．０３０％以下である。
Ｃ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。
Ｃ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％である。
炭素（Ｃ）は不可避に含有される。つまり、Ｃ含有量は０％超である。
Ｃは鋼材の焼入れ性を高めて、鋼材の強度を高める。しかしながら、Ｃ含有量が０．０３０％を超えれば、ＣはＣｒと結合してＣｒ炭化物を生成する。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、鋼材の耐ＳＳＣが低下しやすくなる。
したがって、Ｃ含有量は０．０３０％以下である。
Ｃ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。
Ｃ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％である。
【0042】
Ｓｉ：１．００％以下
シリコン（Ｓｉ）は不可避に含有される。つまり、Ｓｉ含有量は０％超である。
Ｓｉは鋼を脱酸する。しかしながら、Ｓｉ含有量が１．００％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、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｓｉ含有量は１．００％以下である。
Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．１５％である。
Ｓｉ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０．５０％であり、さらに好ましくは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０．３０％である。
シリコン（Ｓｉ）は不可避に含有される。つまり、Ｓｉ含有量は０％超である。
Ｓｉは鋼を脱酸する。しかしながら、Ｓｉ含有量が１．００％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、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｓｉ含有量は１．００％以下である。
Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．１５％である。
Ｓｉ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０．５０％であり、さらに好ましくは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０．３０％である。
【0043】
Ｍｎ：１．００％以下
マンガン（Ｍｎ）は不可避に含有される。つまり、Ｍｎ含有量は０％超である。
Ｍｎは鋼材の焼入れ性を高めて、鋼材の強度を高める。しかしながら、Ｍｎ含有量が１．００％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、Ｍｎは粗大な介在物を形成して、鋼材の靭性を低下させる。
したがって、Ｍｎ含有量は１．００％以下である。
Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．２０％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０．４５％である。
マンガン（Ｍｎ）は不可避に含有される。つまり、Ｍｎ含有量は０％超である。
Ｍｎは鋼材の焼入れ性を高めて、鋼材の強度を高める。しかしながら、Ｍｎ含有量が１．００％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、Ｍｎは粗大な介在物を形成して、鋼材の靭性を低下させる。
したがって、Ｍｎ含有量は１．００％以下である。
Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．２０％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０．４５％である。
【0044】
Ｐ：０．０３０％以下
燐（Ｐ）は不可避に含有される不純物である。つまり、Ｐ含有量は０％超である。
Ｐ含有量が０．０３０％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が結晶粒界に偏析して、鋼材の靭性を顕著に低下させる。
したがって、Ｐ含有量は０．０３０％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含有量の過剰な低減は、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０．００５％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％である。
燐（Ｐ）は不可避に含有される不純物である。つまり、Ｐ含有量は０％超である。
Ｐ含有量が０．０３０％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が結晶粒界に偏析して、鋼材の靭性を顕著に低下させる。
したがって、Ｐ含有量は０．０３０％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含有量の過剰な低減は、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０．００５％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％である。
【0045】
Ｓ：０．０１００％以下
硫黄（Ｓ）は不可避に含有される不純物である。つまり、Ｓ含有量は０％超である。
Ｓ含有量が０．０１００％を超えれば、Ｓが結晶粒界に過剰に偏析したり、ＭｎＳが過剰に多く生成したりする。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、鋼材の靭性及び熱間加工性が顕著に低下する。
したがって、Ｓ含有量は０．０１００％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含有量の過剰な低減は、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０．０００４％である。
Ｓ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０．００４０％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％である。
硫黄（Ｓ）は不可避に含有される不純物である。つまり、Ｓ含有量は０％超である。
Ｓ含有量が０．０１００％を超えれば、Ｓが結晶粒界に過剰に偏析したり、ＭｎＳが過剰に多く生成したりする。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、鋼材の靭性及び熱間加工性が顕著に低下する。
したがって、Ｓ含有量は０．０１００％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含有量の過剰な低減は、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０．０００４％である。
Ｓ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０．００４０％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％である。
【0046】
Ｃｒ：１０．００～１４．００％
クロム（Ｃｒ）はサワー環境において、鋼材の表面に不働態皮膜を生成して鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。Ｃｒ含有量が１０．００％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、Ｃｒ含有量が１４．００％を超えれば、Ｃｒ炭化物、Ｃｒを含有する金属間化合物、及び、Ｃｒ酸化物が過剰に生成する。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、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。
したがって、Ｃｒ含有量は１０．００～１４．００％である。
Ｃｒ含有量の好ましい下限は１０．５０％であり、さらに好ましくは１１．００％であり、さらに好ましくは１１．４０％であり、さらに好ましくは１１．７０％である。
Ｃｒ含有量の好ましい上限は１３．７０％であり、さらに好ましくは１３．６０％であり、さらに好ましくは１３．５０％であり、さらに好ましくは１３．４０％であり、さらに好ましくは１３．３０％である。
クロム（Ｃｒ）はサワー環境において、鋼材の表面に不働態皮膜を生成して鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。Ｃｒ含有量が１０．００％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、Ｃｒ含有量が１４．００％を超えれば、Ｃｒ炭化物、Ｃｒを含有する金属間化合物、及び、Ｃｒ酸化物が過剰に生成する。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、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。
したがって、Ｃｒ含有量は１０．００～１４．００％である。
Ｃｒ含有量の好ましい下限は１０．５０％であり、さらに好ましくは１１．００％であり、さらに好ましくは１１．４０％であり、さらに好ましくは１１．７０％である。
Ｃｒ含有量の好ましい上限は１３．７０％であり、さらに好ましくは１３．６０％であり、さらに好ましくは１３．５０％であり、さらに好ましくは１３．４０％であり、さらに好ましくは１３．３０％である。
【0047】
Ｎｉ：５．００～７．５０％
ニッケル（Ｎｉ）はサワー環境において、不働態皮膜上に硫化物を生成する。Ｎｉ硫化物は、塩化物イオン（Ｃｌ－）や硫化水素イオン（ＨＳ－）が不働態皮膜に接触するのを抑制する。そのため、不働態皮膜が塩化物イオンや硫化水素イオンにより破壊されにくくなる。その結果、Ｎｉはサワー環境での鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。Ｎｉはさらに、オーステナイト形成元素である。そのため、Ｎｉは、焼入れ後の鋼材のミクロ組織をマルテンサイト化する。Ｎｉ含有量が５．００％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７．５０％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、鋼材中の水素拡散係数が過剰に低減する。この場合、特に、１２５ｋｓｉ級以上（８６２ＭＰａ以上）の鋼材において、耐ＳＳＣ性がかえって低下する。
したがって、Ｎｉ含有量は５．００～７．５０％である。
Ｎｉ含有量の好ましい下限は５．１０％であり、さらに好ましくは５．２０％であり、さらに好ましくは５．３０％である。
Ｎｉ含有量の好ましい上限は７．２０％であり、さらに好ましくは７．００％であり、さらに好ましくは６．８０％であり、さらに好ましくは６．６０％であり、さらに好ましくは６．５０％である。
ニッケル（Ｎｉ）はサワー環境において、不働態皮膜上に硫化物を生成する。Ｎｉ硫化物は、塩化物イオン（Ｃｌ－）や硫化水素イオン（ＨＳ－）が不働態皮膜に接触するのを抑制する。そのため、不働態皮膜が塩化物イオンや硫化水素イオンにより破壊されにくくなる。その結果、Ｎｉはサワー環境での鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。Ｎｉはさらに、オーステナイト形成元素である。そのため、Ｎｉは、焼入れ後の鋼材のミクロ組織をマルテンサイト化する。Ｎｉ含有量が５．００％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７．５０％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、鋼材中の水素拡散係数が過剰に低減する。この場合、特に、１２５ｋｓｉ級以上（８６２ＭＰａ以上）の鋼材において、耐ＳＳＣ性がかえって低下する。
したがって、Ｎｉ含有量は５．００～７．５０％である。
Ｎｉ含有量の好ましい下限は５．１０％であり、さらに好ましくは５．２０％であり、さらに好ましくは５．３０％である。
Ｎｉ含有量の好ましい上限は７．２０％であり、さらに好ましくは７．００％であり、さらに好ましくは６．８０％であり、さらに好ましくは６．６０％であり、さらに好ましくは６．５０％である。
【0048】
Ｍｏ：１．５０～４．００％
モリブデン（Ｍｏ）はサワー環境において、不働態皮膜上に硫化物を生成する。Ｍｏ硫化物は、塩化物イオン（Ｃｌ－）や硫化水素イオン（ＨＳ－）が不働態皮膜に接触するのを抑制する。そのため、不働態皮膜が塩化物イオンや硫化水素イオンにより破壊されにくくなる。その結果、Ｍｏはサワー環境での鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。Ｍｏ含有量が１．５０％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、この効果が十分に得られない。
一方、Ｍｏ含有量が４．００％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、オーステナイトが安定化しにくくなる。その結果、マルテンサイトを主体とするミクロ組織が安定的に得られにくくなる。
したがって、Ｍｏ含有量は１．５０～４．００％である。
Ｍｏ含有量の好ましい下限は１．６０％であり、さらに好ましくは１．７０％であり、さらに好ましくは１．８０％である。
Ｍｏ含有量の好ましい上限は３．８０％であり、さらに好ましくは３．６０％であり、さらに好ましくは３．４０％であり、さらに好ましくは３．２０％であり、さらに好ましくは３．１０％である。
モリブデン（Ｍｏ）はサワー環境において、不働態皮膜上に硫化物を生成する。Ｍｏ硫化物は、塩化物イオン（Ｃｌ－）や硫化水素イオン（ＨＳ－）が不働態皮膜に接触するのを抑制する。そのため、不働態皮膜が塩化物イオンや硫化水素イオンにより破壊されにくくなる。その結果、Ｍｏはサワー環境での鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。Ｍｏ含有量が１．５０％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、この効果が十分に得られない。
一方、Ｍｏ含有量が４．００％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、オーステナイトが安定化しにくくなる。その結果、マルテンサイトを主体とするミクロ組織が安定的に得られにくくなる。
したがって、Ｍｏ含有量は１．５０～４．００％である。
Ｍｏ含有量の好ましい下限は１．６０％であり、さらに好ましくは１．７０％であり、さらに好ましくは１．８０％である。
Ｍｏ含有量の好ましい上限は３．８０％であり、さらに好ましくは３．６０％であり、さらに好ましくは３．４０％であり、さらに好ましくは３．２０％であり、さらに好ましくは３．１０％である。
【0049】
Ｃｕ：１．００～３．５０％
銅（Ｃｕ）は１７５℃の環境での鋼材の耐ＳＣＣ性を高める。Ｃｕ含有量が１．００％未満であれば、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｃｕ含有量が３．５０％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、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｃｕ含有量は１．００～３．５０％である。
Ｃｕ含有量の好ましい下限は１．２０％であり、さらに好ましくは１．４０％であり、さらに好ましくは１．６０％であり、さらに好ましくは１．８０％である。
Ｃｕ含有量の好ましい上限は３．３０％であり、さらに好ましくは３．００％であり、さらに好ましくは２．７０％であり、さらに好ましくは２．４０％である。
銅（Ｃｕ）は１７５℃の環境での鋼材の耐ＳＣＣ性を高める。Ｃｕ含有量が１．００％未満であれば、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｃｕ含有量が３．５０％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、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｃｕ含有量は１．００～３．５０％である。
Ｃｕ含有量の好ましい下限は１．２０％であり、さらに好ましくは１．４０％であり、さらに好ましくは１．６０％であり、さらに好ましくは１．８０％である。
Ｃｕ含有量の好ましい上限は３．３０％であり、さらに好ましくは３．００％であり、さらに好ましくは２．７０％であり、さらに好ましくは２．４０％である。
【0050】
Ｗ：０．０１～２．００％
タングステン（Ｗ）は、サワー環境において不働態皮膜を安定化する。そのため、不働態皮膜が塩化物イオンや硫化水素イオンにより破壊されにくくなる。その結果、鋼材の耐ＳＳＣ性が高まる。Ｗ含有量が０．０１％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、Ｗ含有量が２．００％を超えれば、ＷはＣと結合して、粗大なＷ炭化物が生成する。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、鋼材の靱性が低下する。
したがって、Ｗ含有量は０．０１～２．００％である。
Ｗ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．１５％であり、さらに好ましくは０．２０％である。
Ｗ含有量の好ましい上限は１．９０％であり、さらに好ましくは１．８０％であり、さらに好ましくは１．７０％であり、さらに好ましくは１．６０％である。
タングステン（Ｗ）は、サワー環境において不働態皮膜を安定化する。そのため、不働態皮膜が塩化物イオンや硫化水素イオンにより破壊されにくくなる。その結果、鋼材の耐ＳＳＣ性が高まる。Ｗ含有量が０．０１％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、Ｗ含有量が２．００％を超えれば、ＷはＣと結合して、粗大なＷ炭化物が生成する。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、鋼材の靱性が低下する。
したがって、Ｗ含有量は０．０１～２．００％である。
Ｗ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．１５％であり、さらに好ましくは０．２０％である。
Ｗ含有量の好ましい上限は１．９０％であり、さらに好ましくは１．８０％であり、さらに好ましくは１．７０％であり、さらに好ましくは１．６０％である。
【0051】
Ｃｏ：０．０１０～０．５００％
コバルト（Ｃｏ）は、サワー環境において、不働態皮膜上に硫化物を生成する。Ｃｏ硫化物は、塩化物イオン（Ｃｌ－）及び／又は硫化水素イオン（ＨＳ－）が不働態皮膜に接触するのを抑制する。そのため、不働態皮膜が塩化物イオンや硫化水素イオンにより破壊されにくくなる。その結果、Ｃｏは、鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。Ｃｏはさらに、残留オーステナイトの生成を抑制し、鋼材の強度のばらつきを抑制する。Ｃｏ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、Ｃｏ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、鋼材の靱性が低下する。
したがって、Ｃｏ含有量は０．０１０～０．５００％である。
Ｃｏ含有量の好ましい下限は０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０６０％であり、さらに好ましくは０．０８０％であり、さらに好ましくは０．１００％であり、さらに好ましくは０．１１０％である。
Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．４５０％であり、さらに好ましくは０．４００％であり、さらに好ましくは０．３５０％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％である。
コバルト（Ｃｏ）は、サワー環境において、不働態皮膜上に硫化物を生成する。Ｃｏ硫化物は、塩化物イオン（Ｃｌ－）及び／又は硫化水素イオン（ＨＳ－）が不働態皮膜に接触するのを抑制する。そのため、不働態皮膜が塩化物イオンや硫化水素イオンにより破壊されにくくなる。その結果、Ｃｏは、鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。Ｃｏはさらに、残留オーステナイトの生成を抑制し、鋼材の強度のばらつきを抑制する。Ｃｏ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、Ｃｏ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、鋼材の靱性が低下する。
したがって、Ｃｏ含有量は０．０１０～０．５００％である。
Ｃｏ含有量の好ましい下限は０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０６０％であり、さらに好ましくは０．０８０％であり、さらに好ましくは０．１００％であり、さらに好ましくは０．１１０％である。
Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．４５０％であり、さらに好ましくは０．４００％であり、さらに好ましくは０．３５０％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％である。
【0052】
Ｔｉ：０．０５０～０．３００％
チタン（Ｔｉ）は、Ｃ又はＮと結合して、炭化物又は窒化物であるＴｉ析出物を形成する。Ｔｉ析出物は、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、鋼材の強度が高まる。さらに、Ｔｉ析出物の生成により、炭化物、窒化物、又は、炭窒化物であるＶ析出物の過剰な生成を抑制する。そのため、強度の過剰な上昇が抑制される。その結果、鋼材の耐ＳＳＣ性が高まる。Ｔｉ含有量が０．０５０％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、Ｔｉ含有量が０．３００％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、Ｔｉ析出物が過剰に生成する。この場合、鋼材の靭性が低下する。
したがって、Ｔｉ含有量は０．０５０～０．３００％である。
Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．０６０％であり、さらに好ましくは０．０７０％であり、さらに好ましくは０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０９０％である。
Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．２７０％であり、さらに好ましくは０．２４０％であり、さらに好ましくは０．２１０％であり、さらに好ましくは０．１８０％であり、さらに好ましくは０．１５０％であり、さらに好ましくは０．１２０％である。
チタン（Ｔｉ）は、Ｃ又はＮと結合して、炭化物又は窒化物であるＴｉ析出物を形成する。Ｔｉ析出物は、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、鋼材の強度が高まる。さらに、Ｔｉ析出物の生成により、炭化物、窒化物、又は、炭窒化物であるＶ析出物の過剰な生成を抑制する。そのため、強度の過剰な上昇が抑制される。その結果、鋼材の耐ＳＳＣ性が高まる。Ｔｉ含有量が０．０５０％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、Ｔｉ含有量が０．３００％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、Ｔｉ析出物が過剰に生成する。この場合、鋼材の靭性が低下する。
したがって、Ｔｉ含有量は０．０５０～０．３００％である。
Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．０６０％であり、さらに好ましくは０．０７０％であり、さらに好ましくは０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０９０％である。
Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．２７０％であり、さらに好ましくは０．２４０％であり、さらに好ましくは０．２１０％であり、さらに好ましくは０．１８０％であり、さらに好ましくは０．１５０％であり、さらに好ましくは０．１２０％である。
【0053】
Ｖ：０．０１～０．１０％
バナジウム（Ｖ）は鋼材中で炭化物、窒化物、又は炭窒化物であるＶ析出物を形成する。Ｖ析出物は、鋼材の強度を高める。Ｖ含有量が０．０１％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、Ｖ含有量が０．１０％を超えれば、Ｖ析出物が過剰に生成する。そのため、鋼材の強度が過剰に高くなる。その結果、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ＳＳＣ性が低下する。
したがって、Ｖ含有量は０．０１～０．１０％である。
Ｖ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％であり、さらに好ましくは０．０４％である。
Ｖ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。
バナジウム（Ｖ）は鋼材中で炭化物、窒化物、又は炭窒化物であるＶ析出物を形成する。Ｖ析出物は、鋼材の強度を高める。Ｖ含有量が０．０１％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、Ｖ含有量が０．１０％を超えれば、Ｖ析出物が過剰に生成する。そのため、鋼材の強度が過剰に高くなる。その結果、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ＳＳＣ性が低下する。
したがって、Ｖ含有量は０．０１～０．１０％である。
Ｖ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％であり、さらに好ましくは０．０４％である。
Ｖ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。
【0054】
Ｃａ：０．０００５～０．０１００％
カルシウム（Ｃａ）は介在物を球状化及び／又は微細化する。そのため、鋼材の熱間加工性が高まる。Ｃａ含有量が０．０００５％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、Ｃａ含有量が０．０１００％を超えれば、粗大な酸化物が生成する。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、鋼材の靱性が低下する。
したがって、Ｃａ含有量は０．０００５～０．０１００％である。
Ｃａ含有量の好ましい下限は０．０００８％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。
Ｃａ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０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３５％である。
カルシウム（Ｃａ）は介在物を球状化及び／又は微細化する。そのため、鋼材の熱間加工性が高まる。Ｃａ含有量が０．０００５％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、Ｃａ含有量が０．０１００％を超えれば、粗大な酸化物が生成する。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、鋼材の靱性が低下する。
したがって、Ｃａ含有量は０．０００５～０．０１００％である。
Ｃａ含有量の好ましい下限は０．０００８％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。
Ｃａ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０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３５％である。
【0055】
Ａｌ：０．００１～０．１００％
アルミニウム（Ａｌ）は鋼を脱酸する。Ａｌ含有量が０．００１％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、Ａｌ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、粗大なＡｌ酸化物が生成する。この場合、鋼材の靭性が低下する。
したがって、Ａｌ含有量は０．００１～０．１００％である。
Ａｌ含有量の好ましい下限は０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％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０．０５０％であり、さらに好ましくは０．０４０％である。
本明細書におけるＡｌ含有量は、ｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶Ａｌ）の含有量を意味する。
アルミニウム（Ａｌ）は鋼を脱酸する。Ａｌ含有量が０．００１％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、Ａｌ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、粗大なＡｌ酸化物が生成する。この場合、鋼材の靭性が低下する。
したがって、Ａｌ含有量は０．００１～０．１００％である。
Ａｌ含有量の好ましい下限は０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％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０．０５０％であり、さらに好ましくは０．０４０％である。
本明細書におけるＡｌ含有量は、ｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶Ａｌ）の含有量を意味する。
【0056】
Ｎ：０．０５００％以下
窒素（Ｎ）は不可避に含有される不純物である。つまり、Ｎ含有量は０％超である。
Ｎ含有量が０．０５００％を超えれば、粗大なＴｉＮが生成する。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、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。
したがって、Ｎ含有量は０．０５００％以下である。
Ｎ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｎ含有量の過剰な低減は、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、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０．０００５％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０．００３０％である。
Ｎ含有量の好ましい上限は０．０４００％であり、さらに好ましくは０．０３００％であり、さらに好ましくは０．０２５０％であり、さらに好ましくは０．０２００％であり、さらに好ましくは０．０１５０％である。
窒素（Ｎ）は不可避に含有される不純物である。つまり、Ｎ含有量は０％超である。
Ｎ含有量が０．０５００％を超えれば、粗大なＴｉＮが生成する。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、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。
したがって、Ｎ含有量は０．０５００％以下である。
Ｎ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｎ含有量の過剰な低減は、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、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０．０００５％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０．００３０％である。
Ｎ含有量の好ましい上限は０．０４００％であり、さらに好ましくは０．０３００％であり、さらに好ましくは０．０２５０％であり、さらに好ましくは０．０２００％であり、さらに好ましくは０．０１５０％である。
【0057】
Ｏ：０．０５０％以下
酸素（Ｏ）は不可避に含有される不純物である。つまり、Ｏ含有量は０％超である。
Ｏ含有量が０．０５０％を超えれば、粗大な酸化物が生成する。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、丸鋼の耐ＳＳＣ性が低下する。
したがって、Ｏ含有量は０．０５０％以下である。
Ｏ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｏ含有量の過剰な低減は、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０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。
Ｏ含有量の好ましい上限は０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３０％であり、さらに好ましくは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０．０１０％である。
酸素（Ｏ）は不可避に含有される不純物である。つまり、Ｏ含有量は０％超である。
Ｏ含有量が０．０５０％を超えれば、粗大な酸化物が生成する。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、丸鋼の耐ＳＳＣ性が低下する。
したがって、Ｏ含有量は０．０５０％以下である。
Ｏ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｏ含有量の過剰な低減は、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０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。
Ｏ含有量の好ましい上限は０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３０％であり、さらに好ましくは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０．０１０％である。
【0058】
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼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、丸鋼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、意図的に含有させるものではなく、本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の効果に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
【0059】
［任意元素（Ｏｐｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）について］
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、次の群から選択される１元素以上の任意元素を含有してもよい。
Ｎｂ：０～０．０５％、
Ｓｎ：０～０．０１０％、
Ａｓ：０～０．０１０％、
Ｓｂ：０～０．０１０％、
Ｂ：０～０．００５０％、
Ｍｇ：０～０．０１００％、及び、
希土類元素：０～０．０１０％
以下、これらの任意元素について説明する。
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、次の群から選択される１元素以上の任意元素を含有してもよい。
Ｎｂ：０～０．０５％、
Ｓｎ：０～０．０１０％、
Ａｓ：０～０．０１０％、
Ｓｂ：０～０．０１０％、
Ｂ：０～０．００５０％、
Ｍｇ：０～０．０１００％、及び、
希土類元素：０～０．０１０％
以下、これらの任意元素について説明する。
【0060】
［第１群：Ｎｂ、Ｓｎ、Ａｓ及びＳｂ］
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｂ、Ｓｎ、Ａｓ及びＳｂ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、鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｂ、Ｓｎ、Ａｓ及びＳｂ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、鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。
【0061】
Ｎｂ：０～０．０５％
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、窒化物、又は炭窒化物であるＮｂ析出物を形成する。Ｎｂ析出物はピンニング効果により、鋼材のサブ組織を微細化する。その結果、鋼材の耐ＳＳＣ性が高まる。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０．０５％を超えれば、Ｎｂ析出物が過剰に生成する。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、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。
したがって、Ｎｂ含有量は０～０．０５％である。Ｎｂが含有される場合、Ｎｂ含有量は０．０５％以下である。
Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．０１％である。
Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０４％であり、さらに好ましくは０．０３％である。
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、窒化物、又は炭窒化物であるＮｂ析出物を形成する。Ｎｂ析出物はピンニング効果により、鋼材のサブ組織を微細化する。その結果、鋼材の耐ＳＳＣ性が高まる。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０．０５％を超えれば、Ｎｂ析出物が過剰に生成する。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、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。
したがって、Ｎｂ含有量は０～０．０５％である。Ｎｂが含有される場合、Ｎｂ含有量は０．０５％以下である。
Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．０１％である。
Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０４％であり、さらに好ましくは０．０３％である。
【0062】
Ｓｎ：０～０．０１０％
スズ（Ｓｎ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｓｎ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｓｎ含有量が０％超である場合、Ｓｎは、鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。Ｓｎ含有量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、Ｓｎ含有量が０．０１０％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、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。
したがって、Ｓｎ含有量は０～０．０１０％である。Ｓｎが含有される場合、Ｓｎ含有量は０．０１０％以下である。
Ｓｎ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％である。
Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．００９％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。
スズ（Ｓｎ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｓｎ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｓｎ含有量が０％超である場合、Ｓｎは、鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。Ｓｎ含有量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、Ｓｎ含有量が０．０１０％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、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。
したがって、Ｓｎ含有量は０～０．０１０％である。Ｓｎが含有される場合、Ｓｎ含有量は０．０１０％以下である。
Ｓｎ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％である。
Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．００９％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。
【0063】
Ａｓ：０～０．０１０％
ヒ素（Ａｓ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ａｓ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ａｓ含有量が０％超である場合、Ａｓは、鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。Ａｓ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、Ａｓ含有量が０．０１０％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、Ａｓが粒界に偏析する。この場合、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。
したがって、Ａｓ含有量は０～０．０１０％である。Ａｓが含有される場合、Ａｓ含有量は０．０１０％以下である。
Ａｓ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％である。
Ａｓ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、さらに好ましくは０．００８％である。
ヒ素（Ａｓ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ａｓ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ａｓ含有量が０％超である場合、Ａｓは、鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。Ａｓ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、Ａｓ含有量が０．０１０％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、Ａｓが粒界に偏析する。この場合、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。
したがって、Ａｓ含有量は０～０．０１０％である。Ａｓが含有される場合、Ａｓ含有量は０．０１０％以下である。
Ａｓ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％である。
Ａｓ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、さらに好ましくは０．００８％である。
【0064】
Ｓｂ：０～０．０１０％
アンチモン（Ｓｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｓｂ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｓｂ含有量が０％超である場合、Ｓｂは、鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。Ｓｂ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、Ｓｂ含有量が０．０１０％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、Ｓｂが粒界に偏析する。この場合、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。
したがって、Ｓｂ含有量は０～０．０１０％である。Ｓｂが含有される場合、Ｓｂ含有量は０．０１０％以下である。
Ｓｂ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％である。
Ｓｂ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、さらに好ましくは０．００８％である。
アンチモン（Ｓｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｓｂ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｓｂ含有量が０％超である場合、Ｓｂは、鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。Ｓｂ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、Ｓｂ含有量が０．０１０％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、Ｓｂが粒界に偏析する。この場合、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。
したがって、Ｓｂ含有量は０～０．０１０％である。Ｓｂが含有される場合、Ｓｂ含有量は０．０１０％以下である。
Ｓｂ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％である。
Ｓｂ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、さらに好ましくは０．００８％である。
【0065】
［第２群：Ｂ、Ｍｇ及び希土類元素（ＲＥＭ）］
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｂ、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、鋼材の熱間加工性を高める。
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｂ、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、鋼材の熱間加工性を高める。
【0066】
Ｂ：０～０．００５０％
ボロン（Ｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｂ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｂ含有量が０％超である場合、Ｂはオーステナイト粒界に偏析して粒界を強化する。その結果、鋼材の熱間加工性が高まる。Ｂ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、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、Ｃｒ炭硼化物が生成する。この場合、鋼材の靭性が低下する。
したがって、Ｂ含有量は０～０．００５０％である。Ｂが含有される場合、Ｂ含有量は０．００５０％以下である。
Ｂ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。
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０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００２０％であり、さらに好ましくは０．００１０％であり、さらに好ましくは０．０００８％であり、さらに好ましくは０．０００７％である。
ボロン（Ｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｂ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｂ含有量が０％超である場合、Ｂはオーステナイト粒界に偏析して粒界を強化する。その結果、鋼材の熱間加工性が高まる。Ｂ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、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、Ｃｒ炭硼化物が生成する。この場合、鋼材の靭性が低下する。
したがって、Ｂ含有量は０～０．００５０％である。Ｂが含有される場合、Ｂ含有量は０．００５０％以下である。
Ｂ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。
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０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００２０％であり、さらに好ましくは０．００１０％であり、さらに好ましくは０．０００８％であり、さらに好ましくは０．０００７％である。
【0067】
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。つまり、Ｍｇ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｍｇ含有量が０％超である場合、ＭｇはＣａと同様に、介在物を球状化及び／又は微細化する。その結果、鋼材の熱間加工性が高まる。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０．０１００％を超えれば、粗大な酸化物が生成する。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、鋼材の靱性が低下する。
したがって、Ｍｇ含有量は０～０．０１００％である。Ｍｇが含有される場合、Ｍｇ含有量は０．０１００％以下である。
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０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
Ｍｇ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０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。
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。
含有される場合、つまり、Ｍｇ含有量が０％超である場合、ＭｇはＣａと同様に、介在物を球状化及び／又は微細化する。その結果、鋼材の熱間加工性が高まる。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０．０１００％を超えれば、粗大な酸化物が生成する。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、鋼材の靱性が低下する。
したがって、Ｍｇ含有量は０～０．０１００％である。Ｍｇが含有される場合、Ｍｇ含有量は０．０１００％以下である。
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０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
Ｍｇ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０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。
【0068】
希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０１０％
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。
含有される場合、つまり、ＲＥＭ含有量が０％超である場合、ＲＥＭはＣａと同様に、介在物を球状化及び／又は微細化する。その結果、鋼材の熱間加工性を高める。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０．０１０％を超えれば、粗大な酸化物が生成する。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、鋼材の靱性が低下する。
したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．０１０％である。ＲＥＭが含有される場合、ＲＥＭ含有量は０．０１０％以下である。
ＲＥＭ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％である。
ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．００８％であり、さらに好ましくは０．００６％であり、さらに好ましくは０．００４％であり、さらに好ましくは０．００３％である。
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。
含有される場合、つまり、ＲＥＭ含有量が０％超である場合、ＲＥＭはＣａと同様に、介在物を球状化及び／又は微細化する。その結果、鋼材の熱間加工性を高める。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０．０１０％を超えれば、粗大な酸化物が生成する。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、鋼材の靱性が低下する。
したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．０１０％である。ＲＥＭが含有される場合、ＲＥＭ含有量は０．０１０％以下である。
ＲＥＭ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％である。
ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．００８％であり、さらに好ましくは０．００６％であり、さらに好ましくは０．００４％であり、さらに好ましくは０．００３％である。
【0069】
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元素以上の元素である。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である。
【0070】
［（特徴２）降伏強度について］
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の降伏強度は、１２５ｋｓｉ以上、つまり、８６２ＭＰａ以上である。
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の降伏強度は、１２５ｋｓｉ以上、つまり、８６２ＭＰａ以上である。
【0071】
［降伏強度の測定方法］
本明細書において、降伏強度は、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０１３）に準拠した常温での引張試験により得られた、０．２％オフセット耐力（ＭＰａ）を意味する。具体的には、降伏強度は次の方法で求める。
本明細書において、降伏強度は、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０１３）に準拠した常温での引張試験により得られた、０．２％オフセット耐力（ＭＰａ）を意味する。具体的には、降伏強度は次の方法で求める。
【0072】
マルテンサイト系ステンレス丸鋼のＲ／２位置から引張試験片を採取する。Ｒ／２位置とは、マルテンサイト系ステンレス丸鋼の軸方向に垂直な断面での半径Ｒの中心位置を意味する。引張試験片は例えば、平行部の直径が６．０ｍｍ、標点距離が３０．０ｍｍの丸棒引張試験片とする。丸棒引張試験片の平行部の軸方向は、マルテンサイト系ステンレス丸鋼の軸方向と平行とする。
【0073】
丸棒引張試験片を用いて、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０１３）に準拠して、常温で引張試験を行い、０．２％オフセット耐力（ＭＰａ）を求める。求めた０．２％オフセット耐力を降伏強度（ＭＰａ）と定義する。
【0074】
降伏強度のさらに好ましい下限は８７０ＭＰａであり、さらに好ましくは８８０ＭＰａであり、さらに好ましくは８９０ＭＰａであり、さらに好ましくは９００ＭＰａである。
【0075】
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の降伏強度の上限は特に限定されない。マルテンサイト系ステンレス丸鋼の化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内であれば、降伏強度の上限は例えば１０００ＭＰａ（１４５ｋｓｉ）であり、好ましくは９６５ＭＰａ（１４０ｋｓｉ）である。
【0076】
［（特徴３及び特徴４）式（１）及び式（２）について］
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の軸方向に垂直な断面の中心位置において、次のとおり定義する。
（Ａ）質量％での固溶Ｍｏ濃度を［Ｍｏ］Ｃと定義する。
（Ｂ）質量％での固溶Ｗ濃度を［Ｗ］Ｃと定義する。
（Ｃ）定電流電解で得られた残渣中の質量％でのＭｏ濃度を［Ｍｏ］Ｒと定義する。
（Ｄ）前記残渣中の質量％でのＷ濃度を［Ｗ］Ｒと定義する。
この場合、本実施形態の丸鋼では、次の式（１）及び式（２）を満たす。
Ｆ１＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ≧２．４５ （１）
Ｆ２＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ）≧１３．０ （２）
以下、Ｆ１及びＦ２について説明する。
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の軸方向に垂直な断面の中心位置において、次のとおり定義する。
（Ａ）質量％での固溶Ｍｏ濃度を［Ｍｏ］Ｃと定義する。
（Ｂ）質量％での固溶Ｗ濃度を［Ｗ］Ｃと定義する。
（Ｃ）定電流電解で得られた残渣中の質量％でのＭｏ濃度を［Ｍｏ］Ｒと定義する。
（Ｄ）前記残渣中の質量％でのＷ濃度を［Ｗ］Ｒと定義する。
この場合、本実施形態の丸鋼では、次の式（１）及び式（２）を満たす。
Ｆ１＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ≧２．４５ （１）
Ｆ２＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ）≧１３．０ （２）
以下、Ｆ１及びＦ２について説明する。
【0077】
［（特徴３）式（１）について］
Ｆ１（＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ）は、マルテンサイト系ステンレス丸鋼の横断面中心位置での固溶Ｍｏ濃度及び固溶Ｗ濃度に起因した耐ＳＳＣ性の指標である。
Ｆ１（＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ）は、マルテンサイト系ステンレス丸鋼の横断面中心位置での固溶Ｍｏ濃度及び固溶Ｗ濃度に起因した耐ＳＳＣ性の指標である。
【0078】
Ｆ１が２．４５未満であれば、マルテンサイト系ステンレス丸鋼が特徴１（化学組成）、特徴２（強度）及び特徴４（式（２））を満たしていても、丸鋼中の固溶Ｍｏ濃度及び固溶Ｗ濃度が十分ではない。この場合、１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）以上の降伏強度を有するマルテンサイト系ステンレス丸鋼の横断面中心位置での耐ＳＳＣ性が十分に得られない。
【0079】
Ｆ１が２．４５以上であれば、丸鋼中の固溶Ｍｏ濃度及び固溶Ｗ濃度が十分である。そのため、丸鋼が特徴１、特徴２及び特徴４を満たすことを前提として、マルテンサイト系ステンレス丸鋼において、１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）以上の降伏強度と、優れた耐ＳＳＣ性との両立が可能となる。したがって、Ｆ１は２．４５以上である。
【0080】
Ｆ１の好ましい下限は２．５０であり、さらに好ましくは２．５２であり、さらに好ましくは２．５５であり、さらに好ましくは２．６０である。
【0081】
Ｆ１の上限は特に限定されない。しかしながら、本実施形態の丸鋼の場合、化学組成中のＭｏ含有量の上限及びＷ含有量の上限を考慮すれば、Ｆ１の上限は例えば５．００であり、例えば４．５０であり、例えば４．００である。
【0082】
なお、固溶Ｍｏ濃度［Ｍｏ］Ｃ及び固溶Ｗ濃度を［Ｗ］Ｃは、マルテンサイト系ステンレス丸鋼の化学組成中のＭｏ含有量及びＷ含有量の影響も受ける。したがって、好ましくは、マルテンサイト系ステンレス丸鋼の化学組成中のＭｏ含有量及びＷ含有量は式（０）を満たす。
Ｆ０＝Ｍｏ＋０．５Ｗ≧２．５５ （０）
ここで、式（０）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
Ｆ０＝Ｍｏ＋０．５Ｗ≧２．５５ （０）
ここで、式（０）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
【0083】
マルテンサイト系ステンレス丸鋼の化学組成中のＭｏ含有量及びＷ含有量が式（０）を満たせば、固溶Ｍｏ濃度［Ｍｏ］Ｃ及び固溶Ｗ濃度［Ｗ］Ｃが式（１）を満たしやすくなる。
Ｆ０の好ましい下限は２．６０であり、さらに好ましくは２．６５であり、さらに好ましくは２．６８であり、さらに好ましくは２．７０である。Ｆ０の上限は特に限定されないが、マルテンサイト系ステンレス丸鋼が特徴１を満たす場合、Ｆ０の上限は５．００である。
Ｆ０の好ましい下限は２．６０であり、さらに好ましくは２．６５であり、さらに好ましくは２．６８であり、さらに好ましくは２．７０である。Ｆ０の上限は特に限定されないが、マルテンサイト系ステンレス丸鋼が特徴１を満たす場合、Ｆ０の上限は５．００である。
【0084】
［（特徴４）式（２）について］
Ｆ２は、固溶Ｍｏ濃度及び固溶Ｗ濃度による耐ＳＳＣ性向上作用と、マルテンサイト系ステンレス丸鋼中のＬａｖｅｓ相の生成量による耐ＳＳＣ性低下作用との関係を示す指標である。Ｆ１が式（１）を満たす程度に十分な固溶Ｍｏ及び固溶Ｗが存在していても、Ｌａｖｅｓ相の生成量が多ければ、Ｌａｖｅｓ相の生成量に起因して、耐ＳＳＣ性が低下する。つまり、固溶Ｍｏ濃度及び固溶Ｗ濃度に起因する耐ＳＳＣ性の向上作用が、Ｌａｖｅｓ相の生成量に起因する耐ＳＳＣ性の低下作用に相殺されてしまう。図１に示すとおり、Ｗを含有する場合、Ｗを含有しない場合と比較して、Ｌａｖｅｓ相が生成しやすくなる。そのため、本実施形態では、固溶Ｍｏ濃度及び固溶Ｗ濃度と、Ｌａｖｅｓ相の生成量とを適切な関係に調整する。
Ｆ２は、固溶Ｍｏ濃度及び固溶Ｗ濃度による耐ＳＳＣ性向上作用と、マルテンサイト系ステンレス丸鋼中のＬａｖｅｓ相の生成量による耐ＳＳＣ性低下作用との関係を示す指標である。Ｆ１が式（１）を満たす程度に十分な固溶Ｍｏ及び固溶Ｗが存在していても、Ｌａｖｅｓ相の生成量が多ければ、Ｌａｖｅｓ相の生成量に起因して、耐ＳＳＣ性が低下する。つまり、固溶Ｍｏ濃度及び固溶Ｗ濃度に起因する耐ＳＳＣ性の向上作用が、Ｌａｖｅｓ相の生成量に起因する耐ＳＳＣ性の低下作用に相殺されてしまう。図１に示すとおり、Ｗを含有する場合、Ｗを含有しない場合と比較して、Ｌａｖｅｓ相が生成しやすくなる。そのため、本実施形態では、固溶Ｍｏ濃度及び固溶Ｗ濃度と、Ｌａｖｅｓ相の生成量とを適切な関係に調整する。
【0085】
Ｆ２（＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ））の分子は、固溶Ｍｏ濃度及び固溶Ｗ濃度による耐ＳＳＣ性の向上の度合いを意味する。Ｆ２の分母は、Ｌａｖｅｓ相の生成量による耐ＳＳＣ性の低下の度合いを意味する。
【0086】
Ｆ２が１３．０未満であれば、固溶Ｍｏ濃度及び固溶Ｗ濃度による耐ＳＳＣ性の向上作用よりも、Ｌａｖｅｓ相の生成量による耐ＳＳＣ性の低下作用の方が強い。そのため、丸鋼の降伏強度が１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）以上であっても、横断面中心位置での耐ＳＳＣ性が低下する。
【0087】
Ｆ２が１３．０以上であれば、固溶Ｍｏ濃度及び固溶Ｗ濃度による耐ＳＳＣ性の向上作用が、Ｌａｖｅｓ相の生成量による耐ＳＳＣ性の低下作用よりも強い。そのため、１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）以上の降伏強度と、優れた耐ＳＳＣ性との両立が可能となる。したがって、Ｆ２は１３．０以上である。
【0088】
Ｆ２の好ましい下限は１３．２であり、さらに好ましくは１３．５であり、さらに好ましくは１３．８であり、さらに好ましくは１４．０である。
Ｆ２の上限は特に限定されない。しかしながら、Ｆ２の上限は例えば５０．０であり、好ましい上限は４５．０であり、さらに好ましくは４０．０である。
Ｆ２の上限は特に限定されない。しかしながら、Ｆ２の上限は例えば５０．０であり、好ましい上限は４５．０であり、さらに好ましくは４０．０である。
【0089】
［［Ｍｏ］Ｃ、［Ｗ］Ｃ、［Ｍｏ］Ｒ及び［Ｗ］Ｒの決定方法］
固溶Ｍｏ濃度［Ｍｏ］Ｃ、固溶Ｗ濃度［Ｗ］Ｃ、残渣中のＭｏ濃度［Ｍｏ］Ｒ及び残渣中のＷ濃度［Ｗ］Ｒは、次の方法で求めることができる。
マルテンサイト系ステンレス丸鋼の軸方向に垂直な断面の中心位置を含む、直径１０ｍｍ、長さ５０ｍｍの円柱状試験片を、丸鋼から採取する。このとき、円柱状試験片の中心軸が、丸鋼の中心軸と一致するように、円柱状試験片を採取する。
固溶Ｍｏ濃度［Ｍｏ］Ｃ、固溶Ｗ濃度［Ｗ］Ｃ、残渣中のＭｏ濃度［Ｍｏ］Ｒ及び残渣中のＷ濃度［Ｗ］Ｒは、次の方法で求めることができる。
マルテンサイト系ステンレス丸鋼の軸方向に垂直な断面の中心位置を含む、直径１０ｍｍ、長さ５０ｍｍの円柱状試験片を、丸鋼から採取する。このとき、円柱状試験片の中心軸が、丸鋼の中心軸と一致するように、円柱状試験片を採取する。
【0090】
採取した円柱状試験片の表面の付着物を除去するために、予備電解を実施する。ここで、円柱状試験片の表面の付着物は、表面のスケール及び不純物等である。予備電解では、１０％ＡＡ系溶液を用いる。１０％ＡＡ系溶液は、体積分率で１０％アセチルアセトン、１％テトラメチルアンモニウムクロリド、８９％メタノール溶液を含有する溶液である。１０％ＡＡ系溶液を用いて、常温（２０±１５℃）、電流：１０００ｍＡで、円柱状試験片の表面から５０μｍ程度電解する。
【0091】
予備電解後の円柱状試験片をアルコール溶液に浸漬する。アルコール溶液に浸漬した円柱状試験片に対して、超音波洗浄を実施して、円柱状試験片の表面の付着物を除去する。超音波洗浄後の円柱状試験片（定電流電解前の円柱状試験片）の質量を測定する。
【0092】
次に、円柱状試験片に対して、定電流電解を実施する。具体的には、新しい１０％ＡＡ系溶液を準備する。そして、新しい１０％ＡＡ系溶液を用いて、常温にて、電流密度を２０ｍＡ／ｃｍ２に保持して、サンプルの表面から約１００μｍ深さ位置までの領域を電解する。
【0093】
定電流電解後、試験片をアルコール溶液に浸漬する。その後、超音波洗浄を実施して、円柱状試験片表面の付着物を除去する。定電流電解後に付着物が除去された円柱状試験片の質量を測定する。
【0094】
定電流電解に用いた１０％ＡＡ系溶液、及び、その後の超音波洗浄に用いたアルコール溶液を、メッシュサイズ０．２μｍのフィルタで吸引ろ過して残渣を抽出する。
【0095】
抽出された残渣に対してＩＣＰ－ＡＥＳを用いた化学元素分析を実施して、残渣中のＭｏ質量と、残渣中のＷ質量とを得る。さらに、定電流電解前後の円柱状試験片の質量を差し引いて、定電流電解された丸鋼の質量を求める。残渣中のＭｏ質量、残渣中のＷ質量、及び、定電流電解された丸鋼の質量に基づいて、残渣中のＭｏ濃度［Ｍｏ］Ｒ（質量％）、残渣中のＷ濃度［Ｗ］Ｒ（質量％）を求める。
【0096】
マルテンサイト系ステンレス丸鋼の化学組成中のＭｏ含有量から残渣中のＭｏ濃度［Ｍｏ］Ｒを差し引いて、マルテンサイト系ステンレス丸鋼中の固溶Ｍｏ濃度［Ｍｏ］Ｃ（質量％）を求める。さらに、マルテンサイト系ステンレス丸鋼の化学組成中のＷ含有量から残渣中のＷ濃度［Ｗ］Ｒを差し引いて、丸鋼中の固溶Ｗ濃度［Ｗ］Ｃ（質量％）を求める。
【0097】
［ミクロ組織（Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）］
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス丸鋼のミクロ組織は、マルテンサイトを主体とする。本明細書において、マルテンサイトとは、フレッシュマルテンサイトだけでなく、焼戻しマルテンサイトも含む。また、本明細書において、マルテンサイトが主体とは、ミクロ組織において、マルテンサイトの体積率が８０．０％以上であることを意味する。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス丸鋼のミクロ組織は、マルテンサイトを主体とする。本明細書において、マルテンサイトとは、フレッシュマルテンサイトだけでなく、焼戻しマルテンサイトも含む。また、本明細書において、マルテンサイトが主体とは、ミクロ組織において、マルテンサイトの体積率が８０．０％以上であることを意味する。
【0098】
マルテンサイト系ステンレス丸鋼のミクロ組織の残部は、残留オーステナイトである。つまり、本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼において、残留オーステナイトの体積率は０～２０．０％である。残留オーステナイトの体積率はなるべく低い方が好ましい。本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼のミクロ組織中のマルテンサイトの体積率の好ましい下限は８５．０％であり、さらに好ましくは９０．０％である。さらに好ましくは、鋼材のミクロ組織は、マルテンサイト単相である。
【0099】
［マルテンサイトの体積率の測定方法］
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼のミクロ組織におけるマルテンサイトの体積率（％）は、以下に示す方法で求めた残留オーステナイトの体積率（％）を、１００．０％から差し引いて求める。
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼のミクロ組織におけるマルテンサイトの体積率（％）は、以下に示す方法で求めた残留オーステナイトの体積率（％）を、１００．０％から差し引いて求める。
【0100】
残留オーステナイトの体積率は、Ｘ線回折法により求める。具体的には、マルテンサイト系ステンレス丸鋼のＲ／２位置から試験片を採取する。試験片の大きさは特に限定されないが、例えば、１５ｍｍ×１５ｍｍ×厚さ２ｍｍである。この場合、試験片の厚さ方向は、丸鋼の径方向に相当する。
【0101】
得られた試験片を用いて、α相の（２００）面、α相の（２１１）面、γ相の（２００）面、γ相の（２２０）面、γ相の（３１１）面の各々のＸ線回折強度を測定し、各面の積分強度を算出する。Ｘ線回折強度の測定において、Ｘ線回折装置のターゲットをＭｏとし（ＭｏＫα線）、出力を５０ｋＶ－４０ｍＡとする。
【0102】
算出後、α相の各面と、γ相の各面との組合せ（２×３＝６組）ごとに式（Ｉ）を用いて残留オーステナイトの体積率Ｖγ（％）を算出する。そして、６組の残留オーステナイトの体積率Ｖγの平均値を、残留オーステナイトの体積率（％）と定義する。
Ｖγ＝１００／｛１＋（Ｉα×Ｒγ）／（Ｉγ×Ｒα）｝ （Ｉ）
ここで、Ｉαはα相の積分強度である。Ｒαはα相の結晶学的理論計算値である。Ｉγはγ相の積分強度である。Ｒγはγ相の結晶学的理論計算値である。なお、本明細書において、α相の（２００）面でのＲαを１５．９、α相の（２１１）面でのＲαを２９．２、γ相の（２００）面でのＲγを３５．５、γ相の（２２０）面でのＲγを２０．８、γ相の（３１１）面でのＲγを２１．８とする。なお、残留オーステナイトの体積率は、得られた数値の小数第二位を四捨五入する。
Ｖγ＝１００／｛１＋（Ｉα×Ｒγ）／（Ｉγ×Ｒα）｝ （Ｉ）
ここで、Ｉαはα相の積分強度である。Ｒαはα相の結晶学的理論計算値である。Ｉγはγ相の積分強度である。Ｒγはγ相の結晶学的理論計算値である。なお、本明細書において、α相の（２００）面でのＲαを１５．９、α相の（２１１）面でのＲαを２９．２、γ相の（２００）面でのＲγを３５．５、γ相の（２２０）面でのＲγを２０．８、γ相の（３１１）面でのＲγを２１．８とする。なお、残留オーステナイトの体積率は、得られた数値の小数第二位を四捨五入する。
【0103】
上述のＸ線回折法で得られた残留オーステナイトの体積率（％）を用いて、マルテンサイト系ステンレス丸鋼のミクロ組織のマルテンサイトの体積率（ｖｏｌ．％）を次の式により求める。
マルテンサイトの体積率＝１００．０－残留オーステナイトの体積率（％）
マルテンサイトの体積率＝１００．０－残留オーステナイトの体積率（％）
【0104】
［本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の効果］
上述のとおり、本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼は、次の特徴１～４を有する。
（特徴１）化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲である。
（特徴２）降伏強度が８６２ＭＰａ（１２５ｋｓｉ）以上である。
（特徴３）Ｆ１（＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ）が２．４５以上である。
（特徴４）Ｆ２（＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ））が１３．０以上である。
これらの特徴を有することにより、本実施形態の丸鋼では、降伏強度が１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）以上と高いにもかかわらず、優れた耐ＳＳＣ性を有し、さらに、１７５℃の環境での優れた耐ＳＣＣ性を有する。
上述のとおり、本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼は、次の特徴１～４を有する。
（特徴１）化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲である。
（特徴２）降伏強度が８６２ＭＰａ（１２５ｋｓｉ）以上である。
（特徴３）Ｆ１（＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ）が２．４５以上である。
（特徴４）Ｆ２（＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ））が１３．０以上である。
これらの特徴を有することにより、本実施形態の丸鋼では、降伏強度が１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）以上と高いにもかかわらず、優れた耐ＳＳＣ性を有し、さらに、１７５℃の環境での優れた耐ＳＣＣ性を有する。
【0105】
［耐ＳＳＣ性評価方法］
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の耐ＳＳＣ性は、ＮＡＣＥ ＴＭ０１７７－２０１６ Ｍｅｔｈｏｄ Ａに準拠した耐ＳＳＣ性評価試験により評価できる。
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の耐ＳＳＣ性は、ＮＡＣＥ ＴＭ０１７７－２０１６ Ｍｅｔｈｏｄ Ａに準拠した耐ＳＳＣ性評価試験により評価できる。
【0106】
ＮＡＣＥ ＴＭ０１７７－２０１６ Ｍｅｔｈｏｄ Ａに準拠した耐ＳＳＣ性評価試験方法は、次のとおりである。マルテンサイト系ステンレス丸鋼の軸方向に垂直な断面における中心位置から丸棒試験片を採取する。丸棒試験片の大きさは特に限定されない。例えば、丸棒試験片の平行部の直径は６．３５ｍｍであり、平行部の長さは２５．４ｍｍである。なお、丸棒試験片の軸方向は、丸鋼の軸方向と平行とする。
【0107】
２５質量％のＮａＣｌ（塩化ナトリウム）と、１０ｍＭのＣＨ３ＣＯＯＮａ（酢酸ナトリウム）と、ＣＨ３ＣＯＯＨ（酢酸）とを含有し、ｐＨが４．５である試験液を準備する。丸棒試験片に対して、実降伏応力の９０％に相当する応力を負荷する。試験容器に２４℃の試験液を、応力を負荷された丸棒試験片が浸漬するように注入し、試験浴とする。試験浴を脱気する。０．０３ｂａｒのＨ２Ｓを含有し、０．９７ｂａｒのＣＯ２からなるガスを、脱気後の試験浴に吹き込み、試験浴にＨ２Ｓガスを飽和させる。Ｈ２Ｓガスが飽和した試験浴を、２４℃で７２０時間保持する。
【0108】
７２０時間保持後の試験片に対して、拡大率が１０倍のルーペで試験片の表面を観察して、割れの有無を確認する。ルーペ観察で割れが疑われる箇所がある場合、割れが疑われる箇所の断面を１００倍の光学顕微鏡で観察して、割れの有無を確認する。
【0109】
本実施形態の丸鋼は、１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）以上の降伏強度を有しつつ、優れた耐ＳＳＣ性を有する。ここで、優れた耐ＳＳＣ性を有するとは、上述のＮＡＣＥ ＴＭ０１７７－２０１６ Ｍｅｔｈｏｄ Ａに準拠した耐ＳＳＣ性評価試験において、７２０時間経過後に、割れが確認されないことを意味する。本明細書において、「割れが確認されない」とは、試験後の試験片を１０倍のルーペ及び１００倍の光学顕微鏡で観察した場合に、割れが確認されないことを意味する。
【0110】
なお、上述の耐ＳＳＣ性評価試験の試験条件は、特許文献１で提示されている耐ＳＳＣ性評価試験の試験条件よりも厳しい条件である。特許文献１では、２０％ＮａＣｌ水溶液を試験浴として、０．０５ｂａｒのＨ２Ｓガス及び０．９５ｂａｒのＣＯ２ガスを試験浴に吹き込んで飽和させた耐ＳＳＣ性評価試験を実施している。
【0111】
［耐ＳＣＣ性評価方法］
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の耐ＳＣＣ性は、ＡＳＴＭ Ｇ３９－２０１６に準拠した４点曲げ試験により評価する。具体的には、マルテンサイト系ステンレス丸鋼の軸方向に垂直な断面における中心位置から、矩形試験片を採取する。矩形試験片は厚さ２ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ７５ｍｍとする。矩形試験片の軸方向は、丸鋼の軸方向と平行とする。矩形試験片の軸方向に平行な中心軸は、マルテンサイト系ステンレス丸鋼の中心軸と一致する。
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の耐ＳＣＣ性は、ＡＳＴＭ Ｇ３９－２０１６に準拠した４点曲げ試験により評価する。具体的には、マルテンサイト系ステンレス丸鋼の軸方向に垂直な断面における中心位置から、矩形試験片を採取する。矩形試験片は厚さ２ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ７５ｍｍとする。矩形試験片の軸方向は、丸鋼の軸方向と平行とする。矩形試験片の軸方向に平行な中心軸は、マルテンサイト系ステンレス丸鋼の中心軸と一致する。
【0112】
ＡＳＴＭ Ｇ３９－２０１６に準拠して、矩形試験片に対して４点曲げにより、実降伏応力（ＡＹＳ）の１００％に相当する応力を負荷する。
【0113】
０．０３ｂａｒのＨ２Ｓと３０ｂａｒのＣＯ２とが加圧封入された１７５℃のオートクレーブを準備する。上記応力を負荷した矩形試験片を、オートクレーブに収納する。そして、オートクレーブ内において、矩形試験片を、試験液に７２０時間浸漬する。試験液は、質量％で２５％のＮａＣｌ（塩化ナトリウム）と、０．１０ｇ／ＬのＮａＨＣＯ３（炭酸水素ナトリウム）とを含有し、ｐＨが４．５である水溶液とする。
【0114】
７２０時間浸漬後の試験片に対して、拡大率が１０倍のルーペで試験片の表面を観察して、割れの有無を確認する。ルーペ観察で割れが疑われる箇所がある場合、割れが疑われる箇所の断面を１００倍の光学顕微鏡で観察して、割れの有無を確認する。
【0115】
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼は、１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）以上の降伏強度を有しつつ、１７５℃の環境での優れた耐ＳＣＣ性を有する。ここで、１７５℃の環境での優れた耐ＳＣＣ性を有するとは、上述のＡＳＴＭ Ｇ３９－２０１６に準拠した耐ＳＣＣ性評価試験において、１７５℃の環境において７２０時間経過後に、割れが確認されないことを意味する。
【0116】
［マルテンサイト系ステンレス丸鋼の用途］
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼は、ダウンホールツールの素材として適する。例えば、ダウンホールツールは、油井探索及び油井掘削用途のツールである。ダウンホールツールは例えば、プラグ、パッカー、ドリルピット等である。プラグ又はパッカーは、フラクチャリングを実施するために油井孔内の所定区域を塞ぐのに用いられる。ドリルピットは、油井孔の掘削に用いられる。
なお、本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼は、ダウンホールツール用途以外の他の用途に用いてもよい。
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼は、ダウンホールツールの素材として適する。例えば、ダウンホールツールは、油井探索及び油井掘削用途のツールである。ダウンホールツールは例えば、プラグ、パッカー、ドリルピット等である。プラグ又はパッカーは、フラクチャリングを実施するために油井孔内の所定区域を塞ぐのに用いられる。ドリルピットは、油井孔の掘削に用いられる。
なお、本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼は、ダウンホールツール用途以外の他の用途に用いてもよい。
【0117】
［製造方法］
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の製造方法の一例を説明する。なお、以下に説明する製造方法は一例であって、本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の製造方法はこれに限定されない。つまり、上述の構成を有する本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼が製造できれば、以下に説明する製造方法に限定されない。ただし、以下に説明する製造方法は、本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼を製造する好適な製造方法である。
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の製造方法の一例を説明する。なお、以下に説明する製造方法は一例であって、本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の製造方法はこれに限定されない。つまり、上述の構成を有する本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼が製造できれば、以下に説明する製造方法に限定されない。ただし、以下に説明する製造方法は、本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼を製造する好適な製造方法である。
【0118】
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の製造方法の一例は、次の工程１～工程４を含む。
（工程１）素材準備工程
（工程２）粗熱間加工工程
（工程３）仕上げ熱間加工工程
（工程４）熱処理工程（焼入れ工程及び焼戻し工程）
（工程１）素材準備工程
（工程２）粗熱間加工工程
（工程３）仕上げ熱間加工工程
（工程４）熱処理工程（焼入れ工程及び焼戻し工程）
【0119】
工程４の熱処理工程中の焼戻し工程では、次の条件で焼戻しを実施する。
（焼戻し工程での条件）
条件１：焼戻し温度Ｔを５５０～６５０℃とする。
条件２：焼戻し時間ｔを２４０～６００分とする。
条件３：ＦＡ（＝｛（Ｔ＋２７３）×（ｔ／６０）０．８｝／（Ｍｏ＋Ｗ））を１８００以下とする。
条件４：焼戻し時間ｔ経過後の丸鋼を冷却し、焼戻し温度Ｔ～２００℃までの平均冷却速度を５．０℃／秒以上とする。
以下、各工程について詳述する。
（焼戻し工程での条件）
条件１：焼戻し温度Ｔを５５０～６５０℃とする。
条件２：焼戻し時間ｔを２４０～６００分とする。
条件３：ＦＡ（＝｛（Ｔ＋２７３）×（ｔ／６０）０．８｝／（Ｍｏ＋Ｗ））を１８００以下とする。
条件４：焼戻し時間ｔ経過後の丸鋼を冷却し、焼戻し温度Ｔ～２００℃までの平均冷却速度を５．０℃／秒以上とする。
以下、各工程について詳述する。
【0120】
［（工程１）素材準備工程］
素材準備工程では、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周知の製鋼方法により製造する。製造された溶鋼を用いて、連続鋳造法により鋳片を製造する。ここで、鋳片とは、例えば、ブルームである。鋳片に代えて、上記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。以上の製造工程により、素材（鋳片又はインゴット）を製造する。
素材準備工程では、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周知の製鋼方法により製造する。製造された溶鋼を用いて、連続鋳造法により鋳片を製造する。ここで、鋳片とは、例えば、ブルームである。鋳片に代えて、上記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。以上の製造工程により、素材（鋳片又はインゴット）を製造する。
【0121】
［（工程２）粗熱間加工工程］
粗熱間加工工程では、素材（鋳片又はインゴット）を加熱した後、熱間加工して、ビレットを製造する。熱間加工は、熱間鍛造でもよいし、熱間圧延でもよい。
粗熱間加工工程では、素材（鋳片又はインゴット）を加熱した後、熱間加工して、ビレットを製造する。熱間加工は、熱間鍛造でもよいし、熱間圧延でもよい。
【0122】
粗熱間加工工程での素材の加熱温度は特に限定されないが、例えば、１１００～１３００℃である。加熱された素材を、熱間加工して、ビレットを製造する。例えば、加熱された素材を、分塊圧延機を用いて熱間圧延してビレットを製造する。必要に応じて、分塊圧延機による熱間圧延後の素材をさらに熱間圧延して、ビレットを製造してもよい。この場合、分塊圧延機の下流に配置された連続圧延機が用いられてもよい。また、加熱された素材に対して、熱間鍛造を実施して、ビレットを製造してもよい。熱間加工後のビレットは、常温まで冷却される。
【0123】
［（工程３）仕上げ熱間加工工程］
仕上げ熱間加工工程では、粗熱間加工工程で製造されたビレットを加熱した後、熱間加工して、丸鋼を製造する。
仕上げ熱間加工工程では、粗熱間加工工程で製造されたビレットを加熱した後、熱間加工して、丸鋼を製造する。
【0124】
仕上げ熱間加工工程でのビレットの加熱温度は特に限定されないが、例えば、１１００～１３００℃である。加熱されたビレットを熱間加工して、中間丸鋼を製造する。例えば、ビレットに対して、熱間鍛造を実施して中間丸鋼を製造する。又は、ビレットに対して連続圧延機を用いた熱間圧延を実施して中間丸鋼を製造する。
【0125】
なお、工程３の仕上げ熱間加工工程は省略してもよい。つまり、仕上げ熱間加工工程は任意の工程である。仕上げ熱間加工工程を実施しない場合、粗熱間加工工程で中間丸鋼を製造する。
【0126】
工程２（粗熱間加工工程）及び工程３（仕上げ熱間加工工程）での累積減面率は特に限定されないが、例えば、２０～７０％である。
【0127】
［（工程４）熱処理工程］
熱処理工程は、次の工程を含む。
（工程４１）焼入れ工程
（工程４２）焼戻し工程
以下、各工程について説明する。
熱処理工程は、次の工程を含む。
（工程４１）焼入れ工程
（工程４２）焼戻し工程
以下、各工程について説明する。
【0128】
［（工程４１）焼入れ工程］
焼入れ工程では、粗熱間加工工程又は仕上げ熱間加工工程で製造された中間丸鋼に対して、焼入れを実施する。焼入れは公知の方法で実施する。
焼入れ工程では、粗熱間加工工程又は仕上げ熱間加工工程で製造された中間丸鋼に対して、焼入れを実施する。焼入れは公知の方法で実施する。
【0129】
具体的には、粗熱間加工工程又は仕上げ熱間加工工程後の中間丸鋼を熱処理炉に装入し、焼入れ温度で保持する。焼入れ温度はＡＣ３変態点以上であり、例えば、９００～１０００℃である。中間丸鋼を焼入れ温度で保持した後、急冷（焼入れ）する。
【0130】
焼入れ温度での保持時間は特に限定されないが、例えば、１０～６０分である。焼入れ方法は例えば、水冷又は油冷である。焼入れ方法は特に制限されない。例えば、水槽又は油槽に浸漬して中間丸鋼を急冷してもよいし、シャワー冷却又はミスト冷却により、急冷してもよい。
【0131】
［（工程４２）焼戻し工程］
焼入れ後の中間丸鋼に対してさらに、焼戻し工程を実施する。焼戻し工程では、中間丸鋼の降伏強度を調整する。焼戻し工程ではさらに、中間丸鋼中の固溶Ｍｏ濃度、固溶Ｗ濃度、Ｌａｖｅｓ相の生成量を調整して、中間丸鋼の横断面中心位置において、Ｆ１が式（１）を満たし、かつ、Ｆ２が式（２）を満たすように調整する。
焼入れ後の中間丸鋼に対してさらに、焼戻し工程を実施する。焼戻し工程では、中間丸鋼の降伏強度を調整する。焼戻し工程ではさらに、中間丸鋼中の固溶Ｍｏ濃度、固溶Ｗ濃度、Ｌａｖｅｓ相の生成量を調整して、中間丸鋼の横断面中心位置において、Ｆ１が式（１）を満たし、かつ、Ｆ２が式（２）を満たすように調整する。
【0132】
焼戻し工程での条件は次のとおりである。
条件１：焼戻し温度Ｔを５５０～６５０℃とする。
条件２：焼戻し時間ｔを２４０～６００分とする。
条件３：ＦＡ（＝｛（Ｔ＋２７３）×（ｔ／６０）０．８｝／（Ｍｏ＋Ｗ））を１８００以下とする。
条件４：焼戻し時間ｔ経過後の丸鋼を冷却し、焼戻し温度Ｔ～２００℃までの平均冷却速度を５．０℃／秒以上とする。
以下、各条件について説明する。
条件１：焼戻し温度Ｔを５５０～６５０℃とする。
条件２：焼戻し時間ｔを２４０～６００分とする。
条件３：ＦＡ（＝｛（Ｔ＋２７３）×（ｔ／６０）０．８｝／（Ｍｏ＋Ｗ））を１８００以下とする。
条件４：焼戻し時間ｔ経過後の丸鋼を冷却し、焼戻し温度Ｔ～２００℃までの平均冷却速度を５．０℃／秒以上とする。
以下、各条件について説明する。
【0133】
［条件１及び条件２について］
焼戻し工程では、焼戻し温度Ｔを５５０～６５０℃とする。また、焼戻し時間ｔを２４０～６００分とする。ここで、焼戻し時間ｔとは、焼戻し温度Ｔでの保持時間（分）を意味する。
焼戻し工程では、焼戻し温度Ｔを５５０～６５０℃とする。また、焼戻し時間ｔを２４０～６００分とする。ここで、焼戻し時間ｔとは、焼戻し温度Ｔでの保持時間（分）を意味する。
【0134】
焼戻し時間ｔが２４０分未満であれば、マルテンサイト系ステンレス丸鋼の軸方向に垂直な断面での中心位置において、偏析帯が残存する場合がある。この場合、中心位置に金属間化合物が過剰に残存する。その結果、Ｆ１が式（１）を満たさなかったり、Ｆ２が式（２）を満たさなかったりする。
【0135】
一方、焼戻し時間ｔが６００分を超えれば、Ｗを含有するマルテンサイト系ステンレス丸鋼中にＬａｖｅｓ相が過剰に多く生成する。この場合、Ｆ１が式（１）を満たさなかったり、Ｆ２が式（２）を満たさなかったりする。従って、焼戻し時間ｔは２４０～６００分である。
【0136】
［条件３について］
焼戻し工程では、焼戻し温度Ｔが条件１を満たし、焼戻し時間ｔが条件２を満たすことを前提としてさらに、次の式（Ａ）で定義されるＦＡが１８００以下である。
ＦＡ＝｛（Ｔ＋２７３）×（ｔ／６０）０．８｝／（Ｍｏ＋Ｗ）） （Ａ）
ここで、ＦＡ中の「Ｔ」には焼戻し温度Ｔ（℃）が代入される。「ｔ」には焼戻し時間ｔ（分）が代入される。「Ｍｏ」にはマルテンサイト系ステンレス丸鋼中の質量％でのＭｏ含有量が代入される。「Ｗ」にはマルテンサイト系ステンレス丸鋼中の質量％でのＷ含有量が代入される。
焼戻し工程では、焼戻し温度Ｔが条件１を満たし、焼戻し時間ｔが条件２を満たすことを前提としてさらに、次の式（Ａ）で定義されるＦＡが１８００以下である。
ＦＡ＝｛（Ｔ＋２７３）×（ｔ／６０）０．８｝／（Ｍｏ＋Ｗ）） （Ａ）
ここで、ＦＡ中の「Ｔ」には焼戻し温度Ｔ（℃）が代入される。「ｔ」には焼戻し時間ｔ（分）が代入される。「Ｍｏ」にはマルテンサイト系ステンレス丸鋼中の質量％でのＭｏ含有量が代入される。「Ｗ」にはマルテンサイト系ステンレス丸鋼中の質量％でのＷ含有量が代入される。
【0137】
ＦＡは、焼戻し工程においてＷを含有するマルテンサイト系ステンレス丸鋼のＬａｖｅｓ相の生成量に関するパラメータ式である。上述のとおり、本実施形態の化学組成を有するマルテンサイト系ステンレス丸鋼では、Ｍｏ含有量とＷ含有量との相乗効果により、Ｌａｖｅｓ相の生成が促進される。したがって、丸鋼中のＭｏ含有量及びＷ含有量に応じた熱量で、中間丸鋼を焼戻しすることにより、Ｌａｖｅｓ相の生成を適切に抑制する。
【0138】
条件１、条件２及び条件４を満たしても、ＦＡが１８００を超えれば、丸鋼中にＬａｖｅｓ相が過剰に生成してしまう。この場合、Ｆ１が式（１）を満たしても、Ｆ２が式（２）を満たさない場合がある。
【0139】
ＦＡが１８００以下であれば、条件１、条件２及び条件４を満たすことを前提として、丸鋼中のＬａｖｅｓ相の生成が十分に抑制される。その結果、丸鋼においてＦ１が式（１）を満たし、かつ、Ｆ２が式（２）を満たす。
【0140】
ＦＡの好ましい上限は１７５０であり、さらに好ましくは１７００である。ＦＡの下限は特に限定されない。ＦＡの下限は例えば、９００であり、例えば、９５０である。
【0141】
［条件４について］
焼戻し工程ではさらに、焼戻し時間ｔ経過後の中間丸鋼を冷却し、焼戻し温度Ｔ～２００℃までの平均冷却速度を５．０℃／秒以上とする。
焼戻し工程ではさらに、焼戻し時間ｔ経過後の中間丸鋼を冷却し、焼戻し温度Ｔ～２００℃までの平均冷却速度を５．０℃／秒以上とする。
【0142】
条件１～条件３を満たした場合であっても、焼戻し時間ｔ経過後の中間丸鋼の冷却時において、焼戻し温度Ｔ～２００℃までの平均冷却速度が５．０℃／秒未満であれば、上述のＭｏ及びＷの相乗効果により、Ｌａｖｅｓ相が多量に生成してしまう。この場合、Ｆ１が式（１）を満たさなかったり、Ｆ２が式（２）を満たさなかったりする。平均冷却速度を５．０℃／秒以上とすることにより、冷却過程でＬａｖｅｓ相が生成するのを十分に抑制できる。
【0143】
平均冷却速度の好ましい下限は５．５℃／秒であり、さらに好ましくは６．０℃／秒である。
【0144】
平均冷却速度は、次の方法で求めることができる。サーモグラフィー等の測温計により、冷却過程の中間丸鋼の表面温度を測定する。中間丸鋼の表面温度が焼戻し温度Ｔから２００℃まで低下する時間を測定する。測定された時間に基づいて、平均冷却速度を求める。
【0145】
なお、条件１～条件４を満たす範囲で焼戻し条件を適宜調整することにより、上述の特徴１の化学組成を有するマルテンサイト系ステンレス丸鋼の降伏強度を１２５ｋｓｉ（８６２ＭＰａ）以上に調整することができる。
【0146】
以上の工程により、本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼を製造できる。
【実施例】
【0147】
実施例により本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の一態様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、本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼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、本実施形態のマルテンサイト系ステンレス丸鋼はこの一条件例に限定されない。
【0148】
［丸鋼の製造］
表１－１及び表１－２に示す化学組成を有するマルテンサイト系ステンレス丸鋼を製造した。
表１－１及び表１－２に示す化学組成を有するマルテンサイト系ステンレス丸鋼を製造した。
【0149】
【表1-1】
【0150】
【表1-2】
【0151】
表１－１及び表１－２中の「－」部分は、上述で規定された元素含有量の有効数字（最小桁までの数値）の端数を四捨五入したときに、０％であったことを意味する。例えば、鋼番号１のＮｂ含有量は、小数第三位を四捨五入したときに０％であったことを意味する。
【0152】
［素材準備工程及び粗熱間加工工程］
具体的には、溶鋼を用いて連続鋳造によりブルームを製造した。続いて、粗熱間加工工程においてブルームを熱間圧延して、円柱状のビレット（丸ビレット）を製造した。粗熱間加工工程でのブルームの加熱温度は１１００～１３００℃であった。
具体的には、溶鋼を用いて連続鋳造によりブルームを製造した。続いて、粗熱間加工工程においてブルームを熱間圧延して、円柱状のビレット（丸ビレット）を製造した。粗熱間加工工程でのブルームの加熱温度は１１００～１３００℃であった。
【0153】
［仕上げ熱間加工工程］
各試験番号の丸ビレットに対して、仕上げ熱間加工工程を実施した。具体的には、各試験番号の丸ビレットを１１００～１３００℃に加熱した。加熱後の丸ビレットに対して熱間圧延を実施して、直径が１５２．４～２２８．６ｍｍの中間丸鋼を製造した。粗熱間加工工程及び仕上げ熱間加工工程での累積減面率は２０～７０％であった。
各試験番号の丸ビレットに対して、仕上げ熱間加工工程を実施した。具体的には、各試験番号の丸ビレットを１１００～１３００℃に加熱した。加熱後の丸ビレットに対して熱間圧延を実施して、直径が１５２．４～２２８．６ｍｍの中間丸鋼を製造した。粗熱間加工工程及び仕上げ熱間加工工程での累積減面率は２０～７０％であった。
【0154】
［焼入れ工程］
製造された中間丸鋼に対して、焼入れ工程を実施した。焼入れ温度（℃）は表２に示すとおりであり、焼入れ温度での保持時間は３０分であった。保持時間経過後の中間丸鋼を水冷した。
製造された中間丸鋼に対して、焼入れ工程を実施した。焼入れ温度（℃）は表２に示すとおりであり、焼入れ温度での保持時間は３０分であった。保持時間経過後の中間丸鋼を水冷した。
【0155】
【表2】
【0156】
［焼戻し工程］
焼入れ工程後の中間丸鋼に対して、焼戻しを実施した。焼戻し温度Ｔ（℃）、焼戻し時間ｔ（分）、ＦＡ、及び、焼戻し時間ｔ経過後の中間丸鋼の焼戻し温度Ｔ～２００℃までの平均冷却速度（℃／秒）は、表２に示すとおりであった。表２中の「平均冷却速度（℃／秒）」欄の「≧５．０」は冷却速度が５．０℃／秒以上であったことを意味する。「＜５．０」は冷却速度が５．０℃／秒未満であったことを意味する。焼入れ工程及び焼戻し工程において、丸鋼の降伏強度が８６２ＭＰａ以上となるように調整した。
焼入れ工程後の中間丸鋼に対して、焼戻しを実施した。焼戻し温度Ｔ（℃）、焼戻し時間ｔ（分）、ＦＡ、及び、焼戻し時間ｔ経過後の中間丸鋼の焼戻し温度Ｔ～２００℃までの平均冷却速度（℃／秒）は、表２に示すとおりであった。表２中の「平均冷却速度（℃／秒）」欄の「≧５．０」は冷却速度が５．０℃／秒以上であったことを意味する。「＜５．０」は冷却速度が５．０℃／秒未満であったことを意味する。焼入れ工程及び焼戻し工程において、丸鋼の降伏強度が８６２ＭＰａ以上となるように調整した。
【0157】
以上の製造工程により、各試験番号のマルテンサイト系ステンレス丸鋼を製造した。
【0158】
［評価試験］
各試験番号のマルテンサイト系ステンレス丸鋼に対して、次の評価試験を実施した。
（試験１）降伏強度決定試験
（試験２）［Ｍｏ］Ｃ、［Ｗ］Ｃ、［Ｍｏ］Ｒ及び［Ｗ］Ｒ決定試験
（試験３）ミクロ組織決定試験
（試験４）耐ＳＳＣ性評価試験
（試験５）耐ＳＣＣ性評価試験
以下、各評価試験について説明する。
各試験番号のマルテンサイト系ステンレス丸鋼に対して、次の評価試験を実施した。
（試験１）降伏強度決定試験
（試験２）［Ｍｏ］Ｃ、［Ｗ］Ｃ、［Ｍｏ］Ｒ及び［Ｗ］Ｒ決定試験
（試験３）ミクロ組織決定試験
（試験４）耐ＳＳＣ性評価試験
（試験５）耐ＳＣＣ性評価試験
以下、各評価試験について説明する。
【0159】
［（試験１）降伏強度決定試験］
各試験番号のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の降伏強度を、上述の［降伏強度の測定方法］に基づいて求めた。なお、引張試験片は、平行部の直径が６．０ｍｍ、標点距離が３０．０ｍｍの丸棒引張試験片とした。丸棒引張試験片の平行部の軸方向は、マルテンサイト系ステンレス丸鋼の軸方向と平行とした。得られた降伏強度（ＭＰａ）を、表３中の「ＹＳ（ＭＰａ）」欄に示す。
各試験番号のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の降伏強度を、上述の［降伏強度の測定方法］に基づいて求めた。なお、引張試験片は、平行部の直径が６．０ｍｍ、標点距離が３０．０ｍｍの丸棒引張試験片とした。丸棒引張試験片の平行部の軸方向は、マルテンサイト系ステンレス丸鋼の軸方向と平行とした。得られた降伏強度（ＭＰａ）を、表３中の「ＹＳ（ＭＰａ）」欄に示す。
【0160】
【表3】
【0161】
［（試験２）［Ｍｏ］Ｃ、［Ｗ］Ｃ、［Ｍｏ］Ｒ及び［Ｗ］Ｒ決定試験］
各試験番号のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の固溶Ｍｏ濃度［Ｍｏ］Ｃ、固溶Ｗ濃度［Ｗ］Ｃ、残渣中のＭｏ濃度［Ｍｏ］Ｒ、及び、残渣中のＷ濃度［Ｗ］Ｒを、上述の［［Ｍｏ］Ｃ、［Ｗ］Ｃ、［Ｍｏ］Ｒ及び［Ｗ］Ｒの決定方法］に基づいて求めた。
得られた固溶Ｍｏ濃度［Ｍｏ］Ｃ、固溶Ｗ濃度［Ｗ］Ｃ、残渣中のＭｏ濃度［Ｍｏ］Ｒ、及び、残渣中のＷ濃度［Ｗ］Ｒを、表３の「［Ｍｏ］Ｃ（質量％）」欄、「［Ｗ］Ｃ（質量％）」欄、「［Ｍｏ］Ｒ（質量％）」欄及び「［Ｗ］Ｒ（質量％）」欄に示す。
各試験番号のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の固溶Ｍｏ濃度［Ｍｏ］Ｃ、固溶Ｗ濃度［Ｗ］Ｃ、残渣中のＭｏ濃度［Ｍｏ］Ｒ、及び、残渣中のＷ濃度［Ｗ］Ｒを、上述の［［Ｍｏ］Ｃ、［Ｗ］Ｃ、［Ｍｏ］Ｒ及び［Ｗ］Ｒの決定方法］に基づいて求めた。
得られた固溶Ｍｏ濃度［Ｍｏ］Ｃ、固溶Ｗ濃度［Ｗ］Ｃ、残渣中のＭｏ濃度［Ｍｏ］Ｒ、及び、残渣中のＷ濃度［Ｗ］Ｒを、表３の「［Ｍｏ］Ｃ（質量％）」欄、「［Ｗ］Ｃ（質量％）」欄、「［Ｍｏ］Ｒ（質量％）」欄及び「［Ｗ］Ｒ（質量％）」欄に示す。
【0162】
さらに、求めた固溶Ｍｏ濃度［Ｍｏ］Ｃ、固溶Ｗ濃度［Ｗ］Ｃ、残渣中のＭｏ濃度［Ｍｏ］Ｒ、及び、残渣中のＷ濃度［Ｗ］Ｒに基づいて、Ｆ１及びＦ２を求めた。
Ｆ１＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ
Ｆ２＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ）
求めたＦ１及びＦ２を、表３中の「Ｆ１」欄及び「Ｆ２」欄に示す。
Ｆ１＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ
Ｆ２＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ）
求めたＦ１及びＦ２を、表３中の「Ｆ１」欄及び「Ｆ２」欄に示す。
【0163】
［（試験３）ミクロ組織決定試験］
各試験番号のマルテンサイト系ステンレス丸鋼のマルテンサイト体積率を、上述の［マルテンサイトの体積率の測定方法］に基づいて求めた。なお、Ｘ線回折法に供した試験片の大きさは、１５ｍｍ×１５ｍｍ×厚さ２ｍｍとした。試験片の厚さ方向は、丸鋼の径方向とした。その結果、全ての試験番号の丸鋼では、マルテンサイト体積率が８０．０％以上であり、残部は残留オーステナイトであった。
各試験番号のマルテンサイト系ステンレス丸鋼のマルテンサイト体積率を、上述の［マルテンサイトの体積率の測定方法］に基づいて求めた。なお、Ｘ線回折法に供した試験片の大きさは、１５ｍｍ×１５ｍｍ×厚さ２ｍｍとした。試験片の厚さ方向は、丸鋼の径方向とした。その結果、全ての試験番号の丸鋼では、マルテンサイト体積率が８０．０％以上であり、残部は残留オーステナイトであった。
【0164】
［（試験４）耐ＳＳＣ性評価試験］
各試験番号のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の耐ＳＳＣ性を、上述の［耐ＳＳＣ性評価方法］に基づいて評価した。なお、丸棒試験片の平行部の直径は６．３５ｍｍとし、平行部の長さは２５．４ｍｍとした。丸棒試験片の軸方向は、丸鋼の軸方向と平行とした。評価結果を表３中の「耐ＳＳＣ性」欄に示す。「耐ＳＳＣ性」欄中の「Ｐ」（Ｐａｓｓ）は、耐ＳＳＣ性評価試験において、７２０時間経過後に、割れが確認されなかったことを示す。「Ｆ」（Ｆａｉｌ）は、耐ＳＳＣ性評価試験において、７２０時間経過後に、割れが確認されたことを示す。
各試験番号のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の耐ＳＳＣ性を、上述の［耐ＳＳＣ性評価方法］に基づいて評価した。なお、丸棒試験片の平行部の直径は６．３５ｍｍとし、平行部の長さは２５．４ｍｍとした。丸棒試験片の軸方向は、丸鋼の軸方向と平行とした。評価結果を表３中の「耐ＳＳＣ性」欄に示す。「耐ＳＳＣ性」欄中の「Ｐ」（Ｐａｓｓ）は、耐ＳＳＣ性評価試験において、７２０時間経過後に、割れが確認されなかったことを示す。「Ｆ」（Ｆａｉｌ）は、耐ＳＳＣ性評価試験において、７２０時間経過後に、割れが確認されたことを示す。
【0165】
［（試験５）耐ＳＣＣ性評価試験］
各試験番号のマルテンサイト系ステンレス丸鋼に対して、次の２つの耐ＳＣＣ性評価試験を実施した。
（試験５１）１５０℃での耐ＳＣＣ性評価試験
（試験５２）１７５℃での耐ＳＣＣ性評価試験
以下、各耐ＳＣＣ性評価試験について説明する。
各試験番号のマルテンサイト系ステンレス丸鋼に対して、次の２つの耐ＳＣＣ性評価試験を実施した。
（試験５１）１５０℃での耐ＳＣＣ性評価試験
（試験５２）１７５℃での耐ＳＣＣ性評価試験
以下、各耐ＳＣＣ性評価試験について説明する。
【0166】
［（試験５１）１５０℃での耐ＳＣＣ性評価試験］
次の方法により、１５０℃の環境での耐ＳＣＣ性を評価した。上述の［耐ＳＣＣ性評価方法］に記載の方法により、各試験番号のマルテンサイト系ステンレス丸鋼から、矩形試験片を採取した。ＡＳＴＭ Ｇ３９－２０１６に準拠して、矩形試験片に対して４点曲げにより、丸鋼の実降伏応力（ＡＹＳ）の１００％に相当する応力を負荷した。
次の方法により、１５０℃の環境での耐ＳＣＣ性を評価した。上述の［耐ＳＣＣ性評価方法］に記載の方法により、各試験番号のマルテンサイト系ステンレス丸鋼から、矩形試験片を採取した。ＡＳＴＭ Ｇ３９－２０１６に準拠して、矩形試験片に対して４点曲げにより、丸鋼の実降伏応力（ＡＹＳ）の１００％に相当する応力を負荷した。
【0167】
０．０５ｂａｒのＨ２Ｓと６０ｂａｒのＣＯ２とが加圧封入された１５０℃のオートクレーブを準備した。上記応力を負荷した矩形試験片を、オートクレーブに収納した。そして、オートクレーブ内において、矩形試験片を、試験液に７２０時間浸漬した。試験液は、ｐＨが４．５である、質量％で２０％のＮａＣｌ（塩化ナトリウム）水溶液とした。
【0168】
７２０時間浸漬後の試験片に対して、拡大率が１０倍のルーペで試験片の表面を観察して、割れの有無を確認した。ルーペ観察で割れが疑われる箇所がある場合、割れが疑われる箇所の断面を１００倍の光学顕微鏡で観察して、割れの有無を確認した。
【0169】
評価結果を表３中の「１５０℃耐ＳＣＣ性」欄に示す。「１５０℃耐ＳＣＣ性」欄中の「Ｐ」（Ｐａｓｓ）は、１５０℃での耐ＳＣＣ性評価試験において、７２０時間経過後に、割れが確認されなかったことを示す。試験の結果、各試験番号の鋼材ではいずれも、１５０℃の環境での耐ＳＣＣ性に優れた。
【0170】
［（試験５２）１７５℃での耐ＳＣＣ性評価試験］
各試験番号のマルテンサイト系ステンレス丸鋼に対して、上述の［耐ＳＣＣ性評価方法］に記載の方法により、１７５℃の環境での耐ＳＣＣ性を評価した。
各試験番号のマルテンサイト系ステンレス丸鋼に対して、上述の［耐ＳＣＣ性評価方法］に記載の方法により、１７５℃の環境での耐ＳＣＣ性を評価した。
【0171】
評価結果を表３中の「１７５℃耐ＳＣＣ性」欄に示す。「１７５℃耐ＳＣＣ性」欄中の「Ｐ」（Ｐａｓｓ）は、１７５℃での耐ＳＣＣ性評価試験において、７２０時間経過後に、割れが確認されなかったことを示す。「Ｆ」（Ｆａｉｌ）は、１７５℃での耐ＳＣＣ性評価試験において、７２０時間経過後に、割れが確認されたことを示す。
【0172】
［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１～１１では、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であった。さらに、製造条件が適切であった。その結果、マルテンサイト系ステンレス丸鋼が上述の特徴１～特徴４を満たした。つまり、これらの試験番号のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の化学組成中の各元素含有量は適切であり、降伏強度が８６２ＭＰａ（１２５ｋｓｉ）以上であった。さらに、Ｆ１が２．４５以上であり、Ｆ２が１３．０以上であった。
表１－１、表１－２、表２及び表３を参照して、試験番号１～１１では、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であった。さらに、製造条件が適切であった。その結果、マルテンサイト系ステンレス丸鋼が上述の特徴１～特徴４を満たした。つまり、これらの試験番号のマルテンサイト系ステンレス丸鋼の化学組成中の各元素含有量は適切であり、降伏強度が８６２ＭＰａ（１２５ｋｓｉ）以上であった。さらに、Ｆ１が２．４５以上であり、Ｆ２が１３．０以上であった。
【0173】
その結果、これらの試験番号のマルテンサイト系ステンレス丸鋼では、８６２ＭＰａ（１２５ｋｓｉ）以上の降伏強度を有するにもかわらず、優れた耐ＳＳＣ性が得られ、さらに、１７５℃の環境での優れた耐ＳＣＣ性が得られた。
【0174】
一方、試験番号１２では、化学組成中の各元素含有量は適切であり、製造条件が適切であったものの、Ｆ０が２．５５未満であったため、Ｆ１が２．４５未満であった。そのため、８６２ＭＰａ（１２５ｋｓｉ）以上の降伏強度を有するものの、優れた耐ＳＳＣ性が得られなかった。
【0175】
試験番号１３では、Ｃｕ含有量及びＷ含有量が低かった。そのため、１７５℃の環境での優れた耐ＳＣＣ性が得られなかった。
【0176】
試験番号１４では、Ｗ含有量が低かった。そのため、８６２ＭＰａ（１２５ｋｓｉ）以上の降伏強度を有するものの、優れた耐ＳＳＣ性が得られなかった。
【0177】
試験番号１５では、Ｃｏ含有量が低かった。そのため、マルテンサイト系ステンレス丸鋼の降伏強度が８６２ＭＰａ（１２５ｋｓｉ）未満となった。
【0178】
試験番号１６では、Ｃｕ含有量が低かった。そのため、１７５℃の環境での優れた耐ＳＣＣ性が得られなかった。
【0179】
試験番号１７～１９では、化学組成が適切であるものの、焼戻し時間ｔが長すぎた。その結果、試験番号１７では、Ｆ１が２．４５未満となり、Ｆ２が１３．０未満となった。また、試験番号１８及び１９では、Ｆ２が１３．０未満となった。そのため、８６２ＭＰａ（１２５ｋｓｉ）以上の降伏強度を有するものの、優れた耐ＳＳＣ性が得られなかった。
【0180】
試験番号２０及び２１では、化学組成が適切であったものの、焼戻し工程での平均冷却速度が遅かった。そのため、試験番号２０では、Ｆ２が１３．０未満となった。また、試験番号２１では、Ｆ１が２．４５未満となり、Ｆ２が１３．０未満となった。そのため、８６２ＭＰａ（１２５ｋｓｉ）以上の降伏強度を有するものの、優れた耐ＳＳＣ性が得られなかった。
【0181】
試験番号２２及び２３では、化学組成が適切であった。さらに、焼戻し工程での焼戻し温度Ｔ、焼戻し時間ｔも適切であった。しかしながら、ＦＡが高すぎた。そのため、これらの試験番号のＦ２は１３．０未満となった。その結果、８６２ＭＰａ（１２５ｋｓｉ）以上の降伏強度を有するものの、優れた耐ＳＳＣ性が得られなかった。
【0182】
試験番号２４～２６では、化学組成が適切であったものの、焼戻し工程での焼戻し時間ｔが短すぎた。そのため、試験番号２４のＦ２は１３．０未満となり、試験番号２５及び２６のＦ１は２．４５未満となり、Ｆ２が１３．０未満となった。その結果、８６２ＭＰａ（１２５ｋｓｉ）以上の降伏強度を有するものの、優れた耐ＳＳＣ性が得られなかった。
【0183】
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。
【0184】
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼材の要旨は、次のとおり記載することもできる。
【0185】
［１］
マルテンサイト系ステンレス丸鋼であって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：１０．００～１４．００％、
Ｎｉ：５．００～７．５０％、
Ｍｏ：１．５０～４．００％、
Ｃｕ：１．００～３．５０％、
Ｗ：０．０１～２．００％、
Ｃｏ：０．０１０～０．５００％、
Ｔｉ：０．０５０～０．３００％、
Ｖ：０．０１～０．１０％、
Ｃａ：０．０００５～０．０１００％、
Ａｌ：０．００１～０．１００％、
Ｎ：０．０５００％以下、及び、
Ｏ：０．０５０％以下、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物、からなり、
降伏強度が８６２ＭＰａ以上であり、
前記マルテンサイト系ステンレス丸鋼の軸方向に垂直な断面の中心位置において、
質量％での固溶Ｍｏ濃度を［Ｍｏ］Ｃと定義し、
質量％での固溶Ｗ濃度を［Ｗ］Ｃと定義し、
定電流電解で得られた残渣中の質量％でのＭｏ濃度を［Ｍｏ］Ｒと定義し、
前記残渣中の質量％でのＷ濃度を［Ｗ］Ｒと定義したとき、
式（１）及び式（２）を満たす、
マルテンサイト系ステンレス丸鋼。
Ｆ１＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ≧２．４５ （１）
Ｆ２＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ）≧１３．０ （２）
マルテンサイト系ステンレス丸鋼であって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：１０．００～１４．００％、
Ｎｉ：５．００～７．５０％、
Ｍｏ：１．５０～４．００％、
Ｃｕ：１．００～３．５０％、
Ｗ：０．０１～２．００％、
Ｃｏ：０．０１０～０．５００％、
Ｔｉ：０．０５０～０．３００％、
Ｖ：０．０１～０．１０％、
Ｃａ：０．０００５～０．０１００％、
Ａｌ：０．００１～０．１００％、
Ｎ：０．０５００％以下、及び、
Ｏ：０．０５０％以下、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物、からなり、
降伏強度が８６２ＭＰａ以上であり、
前記マルテンサイト系ステンレス丸鋼の軸方向に垂直な断面の中心位置において、
質量％での固溶Ｍｏ濃度を［Ｍｏ］Ｃと定義し、
質量％での固溶Ｗ濃度を［Ｗ］Ｃと定義し、
定電流電解で得られた残渣中の質量％でのＭｏ濃度を［Ｍｏ］Ｒと定義し、
前記残渣中の質量％でのＷ濃度を［Ｗ］Ｒと定義したとき、
式（１）及び式（２）を満たす、
マルテンサイト系ステンレス丸鋼。
Ｆ１＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ≧２．４５ （１）
Ｆ２＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ）≧１３．０ （２）
【0186】
［２］
マルテンサイト系ステンレス丸鋼であって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：１０．００～１４．００％、
Ｎｉ：５．００～７．５０％、
Ｍｏ：１．５０～４．００％、
Ｃｕ：１．００～３．５０％、
Ｗ：０．０１～２．００％、
Ｃｏ：０．０１０～０．５００％、
Ｔｉ：０．０５０～０．３００％、
Ｖ：０．０１～０．１０％、
Ｃａ：０．０００５～０．０１００％、
Ａｌ：０．００１～０．１００％、
Ｎ：０．０５００％以下、及び、
Ｏ：０．０５０％以下、を含有し、
さらに、第１群及び第２群からなる群から選択される１種以上を含有し、
残部がＦｅ及び不純物、からなり、
降伏強度が８６２ＭＰａ以上であり、
前記マルテンサイト系ステンレス丸鋼の軸方向に垂直な断面の中心位置において、
質量％での固溶Ｍｏ濃度を［Ｍｏ］Ｃと定義し、
質量％での固溶Ｗ濃度を［Ｗ］Ｃと定義し、
定電流電解で得られた残渣中の質量％でのＭｏ濃度を［Ｍｏ］Ｒと定義し、
前記残渣中の質量％でのＷ濃度を［Ｗ］Ｒと定義したとき、
式（１）及び式（２）を満たす、
マルテンサイト系ステンレス丸鋼。
［第１群］
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｓｎ：０．０１０％以下、
Ａｓ：０．０１０％以下、及び、
Ｓｂ：０～０．０１０％、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．０１００％以下、及び、
希土類元素：０～０．０１０％、からなる群から選択される１種以上
Ｆ１＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ≧２．４５ （１）
Ｆ２＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ）≧１３．０ （２）
マルテンサイト系ステンレス丸鋼であって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：１０．００～１４．００％、
Ｎｉ：５．００～７．５０％、
Ｍｏ：１．５０～４．００％、
Ｃｕ：１．００～３．５０％、
Ｗ：０．０１～２．００％、
Ｃｏ：０．０１０～０．５００％、
Ｔｉ：０．０５０～０．３００％、
Ｖ：０．０１～０．１０％、
Ｃａ：０．０００５～０．０１００％、
Ａｌ：０．００１～０．１００％、
Ｎ：０．０５００％以下、及び、
Ｏ：０．０５０％以下、を含有し、
さらに、第１群及び第２群からなる群から選択される１種以上を含有し、
残部がＦｅ及び不純物、からなり、
降伏強度が８６２ＭＰａ以上であり、
前記マルテンサイト系ステンレス丸鋼の軸方向に垂直な断面の中心位置において、
質量％での固溶Ｍｏ濃度を［Ｍｏ］Ｃと定義し、
質量％での固溶Ｗ濃度を［Ｗ］Ｃと定義し、
定電流電解で得られた残渣中の質量％でのＭｏ濃度を［Ｍｏ］Ｒと定義し、
前記残渣中の質量％でのＷ濃度を［Ｗ］Ｒと定義したとき、
式（１）及び式（２）を満たす、
マルテンサイト系ステンレス丸鋼。
［第１群］
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｓｎ：０．０１０％以下、
Ａｓ：０．０１０％以下、及び、
Ｓｂ：０～０．０１０％、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．０１００％以下、及び、
希土類元素：０～０．０１０％、からなる群から選択される１種以上
Ｆ１＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ≧２．４５ （１）
Ｆ２＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ）≧１３．０ （２）
【0187】
［３］
［２］に記載のマルテンサイト系ステンレス丸鋼であって、
前記第１群を含有する、
マルテンサイト系ステンレス丸鋼。
［２］に記載のマルテンサイト系ステンレス丸鋼であって、
前記第１群を含有する、
マルテンサイト系ステンレス丸鋼。
【0188】
［４］
［２］又は［３］に記載のマルテンサイト系ステンレス丸鋼であって、
前記第２群を含有する、
マルテンサイト系ステンレス丸鋼。
［２］又は［３］に記載のマルテンサイト系ステンレス丸鋼であって、
前記第２群を含有する、
マルテンサイト系ステンレス丸鋼。
【要約】
高強度を有し、優れた耐ＳＳＣ性及び１７５℃の環境での優れた耐ＳＣＣ性を有するマルテンサイト系ステンレス丸鋼を提供する。本開示のマルテンサイト系ステンレス丸鋼は、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１０．００～１４．００％、Ｎｉ：５．００～７．５０％、Ｍｏ：１．５０～４．００％、Ｃｕ：１．００～３．５０％、Ｗ：０．０１～２．００％、Ｃｏ：０．０１０～０．５００％を含有し、降伏強度が８６２ＭＰａ以上であり、軸方向に垂直な断面の中心位置において、質量％での固溶Ｍｏ濃度を［Ｍｏ］Ｃと定義し、質量％での固溶Ｗ濃度を［Ｗ］Ｃと定義し、定電流電解で得られた残渣中の質量％でのＭｏ濃度を［Ｍｏ］Ｒと定義し、前記残渣中の質量％でのＷ濃度を［Ｗ］Ｒと定義したとき、式（１）及び式（２）を満たす。
Ｆ１＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ≧２．４５ （１）
Ｆ２＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ）≧１３．０ （２）
Ｆ１＝［Ｍｏ］Ｃ＋０．５［Ｗ］Ｃ≧２．４５ （１）
Ｆ２＝Ｆ１／（［Ｍｏ］Ｒ＋［Ｗ］Ｒ）≧１３．０ （２）
【図1】
【図2】