(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】2024-10-01
(45)【発行日】2024-10-09
(54)【発明の名称】鋼材
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20241002BHJP
C22C 38/54 20060101ALI20241002BHJP
C21D 8/10 20060101ALN20241002BHJP
C21D 9/08 20060101ALN20241002BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 301F
C22C38/54
C21D8/10 C
C21D9/08 E
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2024529961
(86)(22)【出願日】2024-03-15
(86)【国際出願番号】 JP2024010329
【審査請求日】2024-05-21
(31)【優先権主張番号】P 2023061994
(32)【優先日】2023-04-06
(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】富尾 悠索
【審査官】田口 裕健
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０２２／１０２４４１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２０／０７１２１７（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－１８８６９６（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２０／１６６６７５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１３－２２７６１１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２２Ｃ ３８／００－３８／６０
Ｃ２１Ｄ ８／１０
Ｃ２１Ｄ ９／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋼材であって、化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．２０％～０．４５％、
Ｓｉ：０．０５～１．５０％、
Ｍｎ：０．０１～１．００％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：０．４０～１．１０％、
Ｍｏ：０．４０～１．３０％、
Ｖ：０．０１～０．３０％、
Ｎｂ：０．００５～０．１００％、
Ｔｉ：０．００１～０．０３０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｂ：０．０００５～０．００５０％、
Ｎ：０．０１００％以下、
Ｏ：０．００５０％以下、
Ｗ：０～２．００％、
Ｃｏ：０～０．２０％、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
Ｃａ：０～０．０１００％、
希土類元素：０～０．０１００％、
Ｃｕ：０～０．４０％、
Ｎｉ：０～０．２０％、
Ｓｎ：０～０．１０％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
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総面積率が９０％以上であり、
旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳが５．０超～３０．０μｍであり、
降伏強度σが８６２～９６５ＭＰａであり、
降伏点降下Δσが４０ＭＰａ以上であり、
降伏点伸びΔεが１．５％以上である、
鋼材。
【請求項2】
請求項１に記載の鋼材であって、前記化学組成は、
Ｗ：０．０１～２．００％、
Ｃｏ：０．０１～０．２０％、
Ｍｇ：０．０００１～０．０１００％、
Ｃａ：０．０００１～０．０１００％、
希土類元素：０．０００１～０．０１００％、
Ｃｕ：０．０１～０．４０％、
Ｎｉ：０．０１～０．２０％、及び、
Ｓｎ：０．０１～０．１０％、
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3】
請求項１に記載の鋼材であって、前記旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳと、前記降伏強度σと、前記降伏点伸びΔεとが、次の式（１）を満たす、
鋼材。
σ×Δε／ＧＳ２≧１２ （１）
ここで、式（１）中のσには、鋼材の降伏強度が単位：ＭＰａで代入され、式（１）中のΔεには、鋼材の降伏点伸びが単位：％で代入され、式（１）中のＧＳには、鋼材の旧オーステナイト粒の結晶粒径が単位：μｍで代入される。
【請求項4】
請求項２に記載の鋼材であって、前記旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳと、前記降伏強度σと、前記降伏点伸びΔεとが、次の式（１）を満たす、
鋼材。
σ×Δε／ＧＳ２≧１２ （１）
ここで、式（１）中のσには、鋼材の降伏強度が単位：ＭＰａで代入され、式（１）中のΔεには、鋼材の降伏点伸びが単位：％で代入され、式（１）中のＧＳには、鋼材の旧オーステナイト粒の結晶粒径が単位：μｍで代入される。
【請求項5】
請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の鋼材であって、前記鋼材は、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る、
鋼材。
【請求項6】
請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の鋼材であって、前記鋼材は、油井用継目無鋼管、ラインパイプ用継目無鋼管、及び、高圧水素容器用継目無鋼管のいずれかである、
鋼材。
【請求項7】
請求項５に記載の鋼材であって、前記高圧水素容器用鋼管は、高圧水素蓄圧器用鋼管、及び、高圧水素ボンベ用鋼管のいずれかである、
鋼材。
【請求項8】
請求項６に記載の鋼材であって、前記高圧水素容器用継目無鋼管は、高圧水素蓄圧器用継目無鋼管、及び、高圧水素ボンベ用継目無鋼管のいずれかである、
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、サワー環境で使用される鋼材及び高圧水素容器に利用される鋼材に関する。
【背景技術】
【0002】
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。
【0003】
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。
【0004】
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：Ｓｕｌｆｉｄｅ Ｓｔｒｅｓｓ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ Ｃｒａｃｋｉｎｇ）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。
【0005】
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。
【0006】
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。
【0007】
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。
【0008】
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。
【0009】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【文献】特開２０１１－２４６７９８号公報
【文献】特開２０１５－３８２４７号公報
【文献】特開２００９－７４１２２号公報
【文献】特開２０１７－２１０６４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
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。
【0012】
ところで、これまでに、鋼材中の旧オーステナイト粒を微細にして、鋼材の耐水素脆化特性を高める技術が提案されている。たとえば、具体的に、特開２０１７－２１０６４５号公報（特許文献４）では、「旧オーステナイト粒が粒径６μｍ以下の微細なものであることで、旧オーステナイト粒界を起点とする水素脆性破壊を低減することができる」（特許文献４の段落［００１２］）ことが開示されている。このように、旧オーステナイト粒を微細にして、鋼材の耐水素脆化特性を高める技術が検討されてきた。
【0013】
一方、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について、工業生産を考慮すると、旧オーステナイト粒の過度な微細化は好ましくない。具体的に、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では、旧オーステナイト粒の結晶粒径が５．０μｍ以下の場合、製造コストが極端に高まる。したがって、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では、旧オーステナイト粒の結晶粒径が５．０μｍ超であっても、高強度と、優れた耐水素脆化特性とを両立できる方が好ましい。
【0014】
本開示の目的は、旧オーステナイト粒の結晶粒径が５．０μｍ超であっても、高強度と、優れた耐水素脆化特性とを有する鋼材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0015】
本開示による鋼材は、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．２０％～０．４５％、
Ｓｉ：０．０５～１．５０％、
Ｍｎ：０．０１～１．００％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：０．４０～１．１０％、
Ｍｏ：０．４０～１．３０％、
Ｖ：０．０１～０．３０％、
Ｎｂ：０．００５～０．１００％、
Ｔｉ：０．００１～０．０３０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｂ：０．０００５～０．００５０％、
Ｎ：０．０１００％以下、
Ｏ：０．００５０％以下、
Ｗ：０～２．００％、
Ｃｏ：０～０．２０％、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
Ｃａ：０～０．０１００％、
希土類元素：０～０．０１００％、
Ｃｕ：０～０．４０％、
Ｎｉ：０～０．２０％、
Ｓｎ：０～０．１０％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳが５．０超～３０．０μｍであり、
降伏強度σが８６２～９６５ＭＰａであり、
降伏点降下Δσが４０ＭＰａ以上であり、
降伏点伸びΔεが１．５％以上である。
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．２０％～０．４５％、
Ｓｉ：０．０５～１．５０％、
Ｍｎ：０．０１～１．００％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：０．４０～１．１０％、
Ｍｏ：０．４０～１．３０％、
Ｖ：０．０１～０．３０％、
Ｎｂ：０．００５～０．１００％、
Ｔｉ：０．００１～０．０３０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｂ：０．０００５～０．００５０％、
Ｎ：０．０１００％以下、
Ｏ：０．００５０％以下、
Ｗ：０～２．００％、
Ｃｏ：０～０．２０％、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
Ｃａ：０～０．０１００％、
希土類元素：０～０．０１００％、
Ｃｕ：０～０．４０％、
Ｎｉ：０～０．２０％、
Ｓｎ：０～０．１０％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳが５．０超～３０．０μｍであり、
降伏強度σが８６２～９６５ＭＰａであり、
降伏点降下Δσが４０ＭＰａ以上であり、
降伏点伸びΔεが１．５％以上である。
【発明の効果】
【0016】
本開示による鋼材は、旧オーステナイト粒の結晶粒径が５．０μｍ超であっても、高強度と、優れた耐水素脆化特性とを有する。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【発明を実施するための形態】
【0018】
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８６２～９６５ＭＰａ（１２５～１４０ｋｓｉ、以下、「１２５ｋｓｉ級」ともいう）の降伏強度を有する鋼材を得ることを検討した。つまり本発明者らは、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について、降伏強度が１２５ｋｓｉ級であり、旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳ（以下、旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳを「旧γ粒径ＧＳ」ともいう）が５．０μｍより大きくても、耐水素脆化特性を高める手法について、調査及び検討を行った。その結果、本発明者らは、次の知見を得た。
【0019】
本発明者らは、初めに、化学組成に着目して検討した。その結果、質量％で、Ｃ：０．２０％～０．４５％、Ｓｉ：０．０５～１．５０％、Ｍｎ：０．０１～１．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１００％以下、Ｃｒ：０．４０～１．１０％、Ｍｏ：０．４０～１．３０％、Ｖ：０．０１～０．３０％、Ｎｂ：０．００５～０．１００％、Ｔｉ：０．００１～０．０３０％、Ａｌ：０．００５～０．１００％、Ｂ：０．０００５～０．００５０％、Ｎ：０．０１００％以下、Ｏ：０．００５０％以下、Ｗ：０～２．００％、Ｃｏ：０～０．２０％、Ｍｇ：０～０．０１００％、Ｃａ：０～０．０１００％、希土類元素：０～０．０１００％、Ｃｕ：０～０．４０％、Ｎｉ：０～０．２０％、Ｓｎ：０～０．１０％、及び、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する鋼材であれば、旧γ粒径ＧＳが５．０μｍ超であっても、１２５ｋｓｉ級の降伏強度と、優れた耐水素脆化特性とを得られる可能性があると考えた。
【0020】
そこで本発明者らは、上述の化学組成と、１２５ｋｓｉ級の降伏強度と、５．０μｍ超の旧γ粒径ＧＳとを有する鋼材を種々製造して、その耐水素脆化特性を評価した。本発明者らによる詳細な検討の結果、上述の化学組成と、１２５ｋｓｉ級の降伏強度と、５．０μｍ超の旧γ粒径ＧＳとを有する鋼材では、応力－ひずみ曲線が特徴的な形状を有している場合、耐水素脆化特性が顕著に高ま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。
【0021】
図１は、本実施形態による鋼材の応力－ひずみ曲線を示す図である。図２は、本実施形態と化学組成、降伏強度、及び、旧γ粒径ＧＳが重複するが優れた耐水素脆化特性を有さない鋼材の応力－ひずみ曲線を示す図である。図１及び図２は、いずれも後述する引張試験によって得られた。図１及び図２に示される鋼材はいずれも、上述の化学組成と、１２５ｋｓｉ級の降伏強度とを有し、旧γ粒径ＧＳが５．０μｍを超えていた。一方、図１に示される鋼材は優れた耐水素脆化特性を有し、図２に示される鋼材は優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0022】
図１を参照して、図１に示される応力－ひずみ曲線は、３つの領域に分けることができる。図１を参照して、まず、ひずみが０％から増えるのに伴い、応力が０ＭＰａから単調に増加する領域（弾性変形領域）が確認できる。応力が最大値となった後さらにひずみが増加すると、応力が急激に低下して、さらにひずみが増加しても、応力がほぼ一定となる領域（リューダース変形領域）が確認できる。その後さらにひずみが増加すると、再び応力が増加した後、応力が低下する領域（塑性変形領域）が確認できる。一方、図２を参照して、図２に示される応力－ひずみ曲線は、２つの領域に分けることができる。図２を参照して、まず、ひずみが０％から増えるのに伴い、応力が０ＭＰａから単調に増加する領域（弾性変形領域）が確認できる。その後さらにひずみが増加すると、応力が増加した後、応力が低下する領域（塑性変形領域）が確認できる。
【0023】
つまり、図１と図２とを比較すると、図１に示される応力－ひずみ曲線は、弾性変形領域と塑性変形領域との間に、応力が急激に低下して、ひずみが増えても応力がほぼ一定になる領域（リューダース変形領域）が存在する。ここで、弾性変形領域から応力が急激に低下するときの応力の低下の大きさを、降伏点降下Δσ（ＭＰａ）という。さらに、ひずみが増えても応力がほぼ一定になる領域のひずみの大きさを、降伏点伸びΔε（％）という。これらについて、図面を用いてさらに具体的に説明する。
【0024】
図３及び図４は、図１の一部を拡大した図である。図３は、図１のうち、ひずみが０～２．０％、応力が８５０～１０５０ＭＰａの領域を拡大した図である。図３を参照して、応力－ひずみ曲線のうち、弾性変形領域において応力が最大値を示す点をＰ０とし、点Ｐ０の応力をσ０（ＭＰａ）とする。図３を参照してさらに、応力－ひずみ曲線と直線Ｌとの交点をＰとし、点Ｐの応力をσ（ＭＰａ）とする。直線Ｌは、応力－ひずみ曲線のうち弾性変形領域と平行であって、ひずみの正の方向に０．２％平行移動させた直線である。つまり、点Ｐにおける応力σは、いわゆる０．２％オフセット耐力に相当する。本明細書において、点Ｐ０の応力σ０（ＭＰａ）と、点Ｐの応力σ（ＭＰａ）との差を、降伏点降下Δσ（ＭＰａ）と定義する。なお、本明細書において、降伏強度（ＭＰａ）は、点Ｐにおける応力σ（ＭＰａ）として定義される。
【0025】
図４は、図１のうち、ひずみが０～４．０％の領域を拡大した図である。図４を参照して、応力－ひずみ曲線のうち、塑性変形領域が開始する点をＱとする。ここで、点Ｑのひずみ（％）を降伏点伸びΔε（％）と定義する。なお、点Ｑは、応力－ひずみ曲線の変曲点であり、当業者であれば当然に特定できる。
【0026】
上述のとおりに定義された降伏点降下Δσ（ＭＰａ）と、降伏点伸びΔε（％）とについて、本発明者らはさらに詳細に検討した。本発明者らによるさらなる詳細な検討の結果、上述の化学組成と１２５ｋｓｉ級の降伏強度σとを有し、旧γ粒径ＧＳが５．０μｍを超える鋼材では、降伏点降下Δσが４０ＭＰａ以上であり、降伏点伸びΔεが１．５％以上であれば、優れた耐水素脆化特性を得られることが明らかになった。
【0027】
上述の化学組成と１２５ｋｓｉ級の降伏強度σとを有し、旧γ粒径ＧＳが５．０μｍを超える鋼材において、降伏点降下Δσが４０ＭＰａ以上であり、降伏点伸びΔεが１．５％以上であれば、優れた耐水素脆化特性を得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。鋼材における水素脆化破壊の発生応力限界は、塑性変形と密接に関わる可能性がある。詳細は明らかになっていないが、鋼材の塑性変形が起こりにくいほど、水素脆化破壊の発生応力限界が高まる可能性がある。
【0028】
ここで、図１を参照して、降伏点降下Δσが確認される鋼材では、降伏強度σよりも高い応力であっても弾性変形が維持される。つまり、降伏点降下Δσが大きいほど、塑性変形が起こりにくくなり、水素脆化破壊の発生応力限界が高まる可能性がある。言い換えると、降伏点降下Δσが大きいほど、耐水素脆化特性が高まる可能性がある。
【0029】
図１を参照してさらに、降伏点伸びΔεが大きいほど、鋼材に導入されたひずみの量が増えても、塑性変形が起こりにくい。そのため、降伏点伸びΔεが大きいほど、水素脆化破壊の発生応力限界が高まる可能性がある。言い換えると、降伏点伸びΔεが大きいほど、耐水素脆化特性が高まる可能性がある。
【0030】
以上のメカニズムによって、上述の化学組成と１２５ｋｓｉ級の降伏強度σとを有し、旧γ粒径ＧＳが５．０μｍを超える鋼材の降伏点降下Δσを４０ＭＰａ以上とし、降伏点伸びΔεを１．５％以上にすることで、耐水素脆化特性が高まると本発明者らは推察している。なお、上記メカニズムとは異なるメカニズムによって、上記鋼材の耐水素脆化特性が高まっている可能性もあり得る。しかしながら、上述の化学組成と、４０ＭＰａ以上の降伏点降下Δσと、１．５％以上の降伏点伸びΔεとを有する鋼材であれば、旧γ粒径ＧＳが５．０μｍ以上であっても、１２５ｋｓｉ級の高い降伏強度σと、優れた耐水素脆化特性とを得られることは、後述する実施例によって証明されている。
【0031】
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。
【0032】
［１］
鋼材であって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．２０％～０．４５％、
Ｓｉ：０．０５～１．５０％、
Ｍｎ：０．０１～１．００％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：０．４０～１．１０％、
Ｍｏ：０．４０～１．３０％、
Ｖ：０．０１～０．３０％、
Ｎｂ：０．００５～０．１００％、
Ｔｉ：０．００１～０．０３０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｂ：０．０００５～０．００５０％、
Ｎ：０．０１００％以下、
Ｏ：０．００５０％以下、
Ｗ：０～２．００％、
Ｃｏ：０～０．２０％、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
Ｃａ：０～０．０１００％、
希土類元素：０～０．０１００％、
Ｃｕ：０～０．４０％、
Ｎｉ：０～０．２０％、
Ｓｎ：０～０．１０％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳが５．０超～３０．０μｍであり、
降伏強度σが８６２～９６５ＭＰａであり、
降伏点降下Δσが４０ＭＰａ以上であり、
降伏点伸びΔεが１．５％以上である、
鋼材。
鋼材であって、
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．２０％～０．４５％、
Ｓｉ：０．０５～１．５０％、
Ｍｎ：０．０１～１．００％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：０．４０～１．１０％、
Ｍｏ：０．４０～１．３０％、
Ｖ：０．０１～０．３０％、
Ｎｂ：０．００５～０．１００％、
Ｔｉ：０．００１～０．０３０％、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｂ：０．０００５～０．００５０％、
Ｎ：０．０１００％以下、
Ｏ：０．００５０％以下、
Ｗ：０～２．００％、
Ｃｏ：０～０．２０％、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
Ｃａ：０～０．０１００％、
希土類元素：０～０．０１００％、
Ｃｕ：０～０．４０％、
Ｎｉ：０～０．２０％、
Ｓｎ：０～０．１０％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳが５．０超～３０．０μｍであり、
降伏強度σが８６２～９６５ＭＰａであり、
降伏点降下Δσが４０ＭＰａ以上であり、
降伏点伸びΔεが１．５％以上である、
鋼材。
【0033】
［２］
［１］に記載の鋼材であって、
前記化学組成は、
Ｗ：０．０１～２．００％、
Ｃｏ：０．０１～０．２０％、
Ｍｇ：０．０００１～０．０１００％、
Ｃａ：０．０００１～０．０１００％、
希土類元素：０．０００１～０．０１００％、
Ｃｕ：０．０１～０．４０％、
Ｎｉ：０．０１～０．２０％、及び、
Ｓｎ：０．０１～０．１０％、
からなる群から選択される１元素以上を含有する、
鋼材。
［１］に記載の鋼材であって、
前記化学組成は、
Ｗ：０．０１～２．００％、
Ｃｏ：０．０１～０．２０％、
Ｍｇ：０．０００１～０．０１００％、
Ｃａ：０．０００１～０．０１００％、
希土類元素：０．０００１～０．０１００％、
Ｃｕ：０．０１～０．４０％、
Ｎｉ：０．０１～０．２０％、及び、
Ｓｎ：０．０１～０．１０％、
からなる群から選択される１元素以上を含有する、
鋼材。
【0034】
［３］
［１］に記載の鋼材であって、
前記旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳと、前記降伏強度σと、前記降伏点伸びΔεとが、次の式（１）を満たす、
鋼材。
σ×Δε／ＧＳ２≧１２ （１）
ここで、式（１）中のσには、鋼材の降伏強度が単位：ＭＰａで代入され、式（１）中のΔεには、鋼材の降伏点伸びが単位：％で代入され、式（１）中のＧＳには、鋼材の旧オーステナイト粒の結晶粒径が単位：μｍで代入される。
［１］に記載の鋼材であって、
前記旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳと、前記降伏強度σと、前記降伏点伸びΔεとが、次の式（１）を満たす、
鋼材。
σ×Δε／ＧＳ２≧１２ （１）
ここで、式（１）中のσには、鋼材の降伏強度が単位：ＭＰａで代入され、式（１）中のΔεには、鋼材の降伏点伸びが単位：％で代入され、式（１）中のＧＳには、鋼材の旧オーステナイト粒の結晶粒径が単位：μｍで代入される。
【0035】
［４］
［２］に記載の鋼材であって、
前記旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳと、前記降伏強度σと、前記降伏点伸びΔεとが、次の式（１）を満たす、
鋼材。
σ×Δε／ＧＳ２≧１２ （１）
ここで、式（１）中のσには、鋼材の降伏強度が単位：ＭＰａで代入され、式（１）中のΔεには、鋼材の降伏点伸びが単位：％で代入され、式（１）中のＧＳには、鋼材の旧オーステナイト粒の結晶粒径が単位：μｍで代入される。
［２］に記載の鋼材であって、
前記旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳと、前記降伏強度σと、前記降伏点伸びΔεとが、次の式（１）を満たす、
鋼材。
σ×Δε／ＧＳ２≧１２ （１）
ここで、式（１）中のσには、鋼材の降伏強度が単位：ＭＰａで代入され、式（１）中のΔεには、鋼材の降伏点伸びが単位：％で代入され、式（１）中のＧＳには、鋼材の旧オーステナイト粒の結晶粒径が単位：μｍで代入される。
【0036】
［５］
［１］～［４］のいずれか１項に記載の鋼材であって、
前記鋼材は、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る、
鋼材。
［１］～［４］のいずれか１項に記載の鋼材であって、
前記鋼材は、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る、
鋼材。
【0037】
［６］
［１］～［４］のいずれか１項に記載の鋼材であって、
前記鋼材は、油井用継目無鋼管、ラインパイプ用継目無鋼管、及び、高圧水素容器用継目無鋼管のいずれかである、
鋼材。
［１］～［４］のいずれか１項に記載の鋼材であって、
前記鋼材は、油井用継目無鋼管、ラインパイプ用継目無鋼管、及び、高圧水素容器用継目無鋼管のいずれかである、
鋼材。
【0038】
［７］
［５］に記載の鋼材であって、
前記高圧水素容器用鋼管は、高圧水素蓄圧器用鋼管、及び、高圧水素ボンベ用鋼管のいずれかである、
鋼材。
［５］に記載の鋼材であって、
前記高圧水素容器用鋼管は、高圧水素蓄圧器用鋼管、及び、高圧水素ボンベ用鋼管のいずれかである、
鋼材。
【0039】
［８］
［６］に記載の鋼材であって、
前記高圧水素容器用継目無鋼管は、高圧水素蓄圧器用継目無鋼管、及び、高圧水素ボンベ用継目無鋼管のいずれかである、
鋼材。
［６］に記載の鋼材であって、
前記高圧水素容器用継目無鋼管は、高圧水素蓄圧器用継目無鋼管、及び、高圧水素ボンベ用継目無鋼管のいずれかである、
鋼材。
【0040】
本明細書において、「油井用鋼管」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。「油井用継目無鋼管」は、油井用鋼管が継目無鋼管（ｓｅａｍｌｅｓｓ ｓｔｅｅｌ ｐｉｐｅ）であることを意味する。
【0041】
本明細書において、「ラインパイプ用鋼管」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。「ラインパイプ用継目無鋼管」は、ラインパイプ用鋼管が継目無鋼管であることを意味する。
【0042】
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。「高圧水素容器用継目無鋼管」は、高圧水素容器用鋼管が継目無鋼管であることを意味する。
【0043】
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。
【0044】
［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。
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。
【0045】
Ｃ：０．２０％～０．４５％
炭素（Ｃ）は、焼入れ性を高め、鋼材のミクロ組織を焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイト主体にする。その結果、鋼材の耐水素脆化特性が高まる。Ｃはさらに、炭化物又は炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。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、鋼材中の炭化物が過剰に多くなる。この場合、鋼材の強度が高くなりすぎ、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０．２０％～０．４５％である。Ｃ含有量の好ましい下限は０．２１％であり、より好ましくは０．２２％であり、さらに好ましくは０．２４％である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．４０％であり、より好ましくは０．３８％であり、さらに好ましくは０．３６％である。
炭素（Ｃ）は、焼入れ性を高め、鋼材のミクロ組織を焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイト主体にする。その結果、鋼材の耐水素脆化特性が高まる。Ｃはさらに、炭化物又は炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。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、鋼材中の炭化物が過剰に多くなる。この場合、鋼材の強度が高くなりすぎ、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０．２０％～０．４５％である。Ｃ含有量の好ましい下限は０．２１％であり、より好ましくは０．２２％であり、さらに好ましくは０．２４％である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．４０％であり、より好ましくは０．３８％であり、さらに好ましくは０．３６％である。
【0046】
Ｓｉ：０．０５～１．５０％
ケイ素（Ｓｉ）は、鋼を脱酸して、鋼材中の介在物を低減する。その結果、鋼材の耐水素脆化特性が高まる。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、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．０５～１．５０％である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０６％であり、より好ましくは０．０８％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．１３％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は１．４５％であり、より好ましくは１．４２％であり、さらに好ましくは１．４０％であり、さらに好ましくは１．３８％であり、さらに好ましくは１．３５％である。
ケイ素（Ｓｉ）は、鋼を脱酸して、鋼材中の介在物を低減する。その結果、鋼材の耐水素脆化特性が高まる。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、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．０５～１．５０％である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０６％であり、より好ましくは０．０８％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．１３％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は１．４５％であり、より好ましくは１．４２％であり、さらに好ましくは１．４０％であり、さらに好ましくは１．３８％であり、さらに好ましくは１．３５％である。
【0047】
Ｍｎ：０．０１～１．００％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼を脱酸する。Ｍｎはさらに、焼入れ性を高めて鋼材の強度を高める。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生成して、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０．０１～１．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、より好ましくは０．０４％であり、さら好ましくは０．１０％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は０．９７％であり、より好ましくは０．９５％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。
マンガン（Ｍｎ）は、鋼を脱酸する。Ｍｎはさらに、焼入れ性を高めて鋼材の強度を高める。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生成して、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０．０１～１．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、より好ましくは０．０４％であり、さら好ましくは０．１０％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は０．９７％であり、より好ましくは０．９５％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。
【0048】
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が粒界に偏析して、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、より好ましくは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０．０２５％であり、より好ましくは０．０２３％であり、さらに好ましくは０．０２１％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が粒界に偏析して、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、より好ましくは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０．０２５％であり、より好ましくは０．０２３％であり、さらに好ましくは０．０２１％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。
【0049】
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が粒界に偏析して、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０．０１００％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、より好ましくは０．０００２％であり、さらに好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００５％である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、より好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％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が粒界に偏析して、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０．０１００％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、より好ましくは０．０００２％であり、さらに好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００５％である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、より好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％である。
【0050】
Ｃｒ：０．４０～１．１０％
クロム（Ｃｒ）は、鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の耐水素脆化特性を高める。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、粗大な炭化物が生成して、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０．４０～１．１０％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．４３％であり、より好ましくは０．４４％であり、さらに好ましくは０．４６％であり、さらに好ましくは０．５０％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は１．０８％であり、より好ましくは１．０５％であり、さらに好ましくは０．９９％であり、さらに好ましくは０．９５％である。
クロム（Ｃｒ）は、鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の耐水素脆化特性を高める。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、粗大な炭化物が生成して、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０．４０～１．１０％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．４３％であり、より好ましくは０．４４％であり、さらに好ましくは０．４６％であり、さらに好ましくは０．５０％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は１．０８％であり、より好ましくは１．０５％であり、さらに好ましくは０．９９％であり、さらに好ましくは０．９５％である。
【0051】
Ｍｏ：０．４０～１．３０％
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はさらに、旧オーステナイト粒界に偏析して、鋼材の耐水素脆化特性を高める。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、粗大な炭化物が生成して、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０．４０～１．３０％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．４３％であり、より好ましくは０．４４％であり、さらに好ましくは０．４８％であり、さらに好ましくは０．５５％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は１．２５％であり、より好ましくは１．２４％であり、さらに好ましくは１．２０％であり、さらに好ましくは１．１７％である。
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はさらに、旧オーステナイト粒界に偏析して、鋼材の耐水素脆化特性を高める。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、粗大な炭化物が生成して、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０．４０～１．３０％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．４３％であり、より好ましくは０．４４％であり、さらに好ましくは０．４８％であり、さらに好ましくは０．５５％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は１．２５％であり、より好ましくは１．２４％であり、さらに好ましくは１．２０％であり、さらに好ましくは１．１７％である。
【0052】
Ｖ：０．０１～０．３０％
バナジウム（Ｖ）は、炭化物、窒化物又は炭窒化物（以下、「炭窒化物等」という）を形成し、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生成する。その結果、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０．０１～０．３０％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、より好ましくは０．０３％であり、さらに好ましくは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。Ｖ含有量の好ましい上限は０．２８％であり、より好ましくは０．２４％であり、さらに好ましくは０．２２％である。
バナジウム（Ｖ）は、炭化物、窒化物又は炭窒化物（以下、「炭窒化物等」という）を形成し、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生成する。その結果、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０．０１～０．３０％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、より好ましくは０．０３％であり、さらに好ましくは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。Ｖ含有量の好ましい上限は０．２８％であり、より好ましくは０．２４％であり、さらに好ましくは０．２２％である。
【0053】
Ｎｂ：０．００５～０．１００％
ニオブ（Ｎｂ）は、炭窒化物等を形成し、焼入れ前のオーステナイト化熱処理の際、オーステナイト粒界のピンニング効果により鋼材の結晶粒を微細化して、鋼材の降伏点降下Δσを高める。その結果、鋼材の耐水素脆化特性が高まる。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多く生成して、鋼材の耐水素脆化特性がかえって低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０．００５～０．１００％である。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．００６％であり、より好ましくは０．００７％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％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０９７％であり、より好ましくは０．０９５％であり、さらに好ましくは０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０８５％である。
ニオブ（Ｎｂ）は、炭窒化物等を形成し、焼入れ前のオーステナイト化熱処理の際、オーステナイト粒界のピンニング効果により鋼材の結晶粒を微細化して、鋼材の降伏点降下Δσを高める。その結果、鋼材の耐水素脆化特性が高まる。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多く生成して、鋼材の耐水素脆化特性がかえって低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０．００５～０．１００％である。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．００６％であり、より好ましくは０．００７％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％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０９７％であり、より好ましくは０．０９５％であり、さらに好ましくは０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０８５％である。
【0054】
Ｔｉ：０．００１～０．０３０％
チタン（Ｔｉ）は、Ｔｉ窒化物等の微細な析出物を形成し、焼入れ前のオーステナイト化熱処理の際、ピンニング効果によりオーステナイト粒を微細化して、鋼材の耐水素脆化特性を高める。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、粗大なＴｉ窒化物が生成する。粗大なＴｉ窒化物は割れの起点になる。その結果、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０．００１～０．０３０％である。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．００２％であり、より好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０２９％であり、より好ましくは０．０２８％であり、さらに好ましくは０．０２７％であり、さらに好ましくは０．０２５％である。
チタン（Ｔｉ）は、Ｔｉ窒化物等の微細な析出物を形成し、焼入れ前のオーステナイト化熱処理の際、ピンニング効果によりオーステナイト粒を微細化して、鋼材の耐水素脆化特性を高める。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、粗大なＴｉ窒化物が生成する。粗大なＴｉ窒化物は割れの起点になる。その結果、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０．００１～０．０３０％である。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．００２％であり、より好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０２９％であり、より好ましくは０．０２８％であり、さらに好ましくは０．０２７％であり、さらに好ましくは０．０２５％である。
【0055】
Ａｌ：０．００５～０．１００％
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。Ａｌはさらに、Ｎと結合してＡｌ窒化物を形成し、ピンニング効果により結晶粒を微細化して、鋼材の耐水素脆化特性を高める。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ない。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、粗大な酸化物が生成して、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０．００６％であり、より好ましくは０．００８％であり、さらに好ましくは０．０１２％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０９５％であり、より好ましくは０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０８５％である。なお、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。
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。Ａｌはさらに、Ｎと結合してＡｌ窒化物を形成し、ピンニング効果により結晶粒を微細化して、鋼材の耐水素脆化特性を高める。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ない。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、粗大な酸化物が生成して、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０．００６％であり、より好ましくは０．００８％であり、さらに好ましくは０．０１２％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０９５％であり、より好ましくは０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０８５％である。なお、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。
【0056】
Ｂ：０．０００５～０．００５０％
ホウ素（Ｂ）は、鋼材の焼入れ性を高めて、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Ｂ窒化物が生成する。粗大なＢ窒化物は割れの起点になる。その結果、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｂ含有量は０．０００５～０．００５０％である。Ｂ含有量の好ましい下限は０．０００６％であり、より好ましくは０．０００８％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、より好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３５％であり、さらに好ましくは０．００３０％である。
ホウ素（Ｂ）は、鋼材の焼入れ性を高めて、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Ｂ窒化物が生成する。粗大なＢ窒化物は割れの起点になる。その結果、鋼材の耐水素脆化特性が低下する。したがって、Ｂ含有量は０．０００５～０．００５０％である。Ｂ含有量の好ましい下限は０．０００６％であり、より好ましくは０．０００８％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、より好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３５％であり、さらに好ましくは０．００３０％である。
【0057】
Ｎ：０．０１００％以下
窒素（Ｎ）は不可避に含有される。つまり、Ｎ含有量の下限は０％超である。ＮはＴｉと結合して窒化物を形成し、焼入れ前のオーステナイト化熱処理の際、ピンニング効果により鋼材のオーステナイト粒を微細化して、鋼材の強度を高める。一方、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。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０．０００１％であり、より好ましくは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０．００９６％であり、より好ましくは０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％である。
窒素（Ｎ）は不可避に含有される。つまり、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、焼入れ前のオーステナイト化熱処理の際、ピンニング効果により鋼材のオーステナイト粒を微細化して、鋼材の強度を高める。一方、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。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０．０００１％であり、より好ましくは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０．００９６％であり、より好ましくは０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％である。
【0058】
Ｏ：０．００５０％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し、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０．００５０％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、より好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。Ｏ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、より好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３５％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し、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０．００５０％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、より好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。Ｏ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、より好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３５％である。
【0059】
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、意図的に含有されるものではなく、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。
【0060】
［任意元素］
本実施形態による鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｗ、及び、Ｃｏ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。含有される場合、Ｗ、及び、Ｃｏは、鋼材の耐水素脆化特性を高める。
本実施形態による鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｗ、及び、Ｃｏ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。含有される場合、Ｗ、及び、Ｃｏは、鋼材の耐水素脆化特性を高める。
【0061】
Ｗ：０～２．００％
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、鋼材の表面の腐食被膜を形成する。その結果、鋼材の水素の侵入が抑制され、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、粗大な炭化物が生成して、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０～２．００％である。Ｗ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、より好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．０８％である。Ｗ含有量の好ましい上限は１．５０％であり、より好ましくは１．２０％であり、さらに好ましくは１．００％である。
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、鋼材の表面の腐食被膜を形成する。その結果、鋼材の水素の侵入が抑制され、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、粗大な炭化物が生成して、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０～２．００％である。Ｗ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、より好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．０８％である。Ｗ含有量の好ましい上限は１．５０％であり、より好ましくは１．２０％であり、さらに好ましくは１．００％である。
【0062】
Ｃｏ：０～０．２０％
コバルト（Ｃｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｏ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃｏは、鋼材の耐水素脆化特性を高める。Ｃｏはさらに、鋼材に固溶して鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の強度を高める。Ｃｏ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、Ｃｏ含有量が高すぎれば、その効果は飽和する。したがって、Ｃｏ含有量は０～０．２０％である。Ｃｏ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、より好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０４％である。Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．１８％であり、より好ましくは０．１５％であり、さらに好ましくは０．１２％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
コバルト（Ｃｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｏ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃｏは、鋼材の耐水素脆化特性を高める。Ｃｏはさらに、鋼材に固溶して鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の強度を高める。Ｃｏ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、Ｃｏ含有量が高すぎれば、その効果は飽和する。したがって、Ｃｏ含有量は０～０．２０％である。Ｃｏ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、より好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０４％である。Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．１８％であり、より好ましくは０．１５％であり、さらに好ましくは０．１２％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
【0063】
本実施形態による鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｍｇ、Ｃａ、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。これらの元素はいずれも任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｍｇ、Ｃａ及び希土類元素（ＲＥＭ）は、鋼材の耐水素脆化特性を高める。
【0064】
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、Ｍｇは鋼材中のＳと結びつき、微細なＭｇ硫化物として析出する。これに付随して、ＭｇはＭｎ硫化物を減少させる。この両方の効果により、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０．０００１％であり、より好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００６％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０．００９０％であり、より好ましくは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％であり、さらに好ましくは０．００３０％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、Ｍｇは鋼材中のＳと結びつき、微細なＭｇ硫化物として析出する。これに付随して、ＭｇはＭｎ硫化物を減少させる。この両方の効果により、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０．０００１％であり、より好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００６％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０．００９０％であり、より好ましくは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％であり、さらに好ましくは０．００３０％である。
【0065】
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。つまり、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と結びつき、微細なＣａ硫化物として析出する。これに付随して、ＣａはＭｎ硫化物を減少させる。この両方の効果により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０．０００１％であり、より好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．０００７％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、より好ましくは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。
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。含有される場合、Ｃａは鋼材中のＳと結びつき、微細なＣａ硫化物として析出する。これに付随して、ＣａはＭｎ硫化物を減少させる。この両方の効果により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０．０００１％であり、より好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．０００７％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、より好ましくは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。
【0066】
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。つまり、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と結びつき、微細なＲＥＭ硫化物として析出する。これに付随して、ＲＥＭはＭｎ硫化物を減少させる。この両方の効果により鋼材の耐水素脆化特性を高める。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０．０００１％であり、より好ましくは０．０００３％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。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、より好ましくは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。
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、ＲＥＭは鋼材中のＳと結びつき、微細なＲＥＭ硫化物として析出する。これに付随して、ＲＥＭはＭｎ硫化物を減少させる。この両方の効果により鋼材の耐水素脆化特性を高める。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０．０００１％であり、より好ましくは０．０００３％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。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、より好ましくは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。
【0067】
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。
【0068】
本実施形態による鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｕ、Ｎｉ、及び、Ｓｎ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。含有される場合、Ｃｕ、Ｎｉ、及び、Ｓｎはいずれも、鋼材の耐水素脆化特性を高める。
【0069】
Ｃｕ：０～０．４０％
銅（Ｃｕ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、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はさらに、鋼材に固溶して鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の強度を高める。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０～０．４０％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、より好ましくは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０．０５％であり、さらに好ましくは０．０７％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は０．３８％であり、より好ましくは０．３６％であり、さらに好ましくは０．３４％である。
銅（Ｃｕ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、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はさらに、鋼材に固溶して鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の強度を高める。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０～０．４０％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、より好ましくは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０．０５％であり、さらに好ましくは０．０７％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は０．３８％であり、より好ましくは０．３６％であり、さらに好ましくは０．３４％である。
【0070】
Ｎｉ：０～０．２０％
ニッケル（Ｎｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｎｉ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｎｉは、鋼材の耐水素脆化特性を高める。Ｎｉはさらに、鋼材に固溶して鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の強度を高める。Ｎｉ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、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、製造コストが極端に高まる。したがって、Ｎｉ含有量は０～０．２０％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、より好ましくは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０．０５％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は０．１９％であり、より好ましくは０．１８％であり、さらに好ましくは０．１７％である。
ニッケル（Ｎｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｎｉ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｎｉは、鋼材の耐水素脆化特性を高める。Ｎｉはさらに、鋼材に固溶して鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の強度を高める。Ｎｉ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、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、製造コストが極端に高まる。したがって、Ｎｉ含有量は０～０．２０％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、より好ましくは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０．０５％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は０．１９％であり、より好ましくは０．１８％であり、さらに好ましくは０．１７％である。
【0071】
Ｓｎ：０～０．１０％
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、Ｓｎは、鋼材の耐水素脆化特性を高める。Ｓｎ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、Ｓｎ含有量は０～０．１０％である。Ｓｎ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、より好ましくは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。Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．０９％であり、より好ましくは０．０８％であり、さらに好ましくは０．０７％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、Ｓｎは、鋼材の耐水素脆化特性を高める。Ｓｎ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、Ｓｎ含有量は０～０．１０％である。Ｓｎ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、より好ましくは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。Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．０９％であり、より好ましくは０．０８％であり、さらに好ましくは０．０７％である。
【0072】
［旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳ］
本実施形態による鋼材において、旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳは５．０超～３０．０μｍである。本明細書において、旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳ（旧γ粒径ＧＳ）とは、ＪＩＳ Ｇ０５５１：２０２０に規定された平均切片法の測定法に準拠して求めた、旧オーステナイト粒の結晶粒径を意味する。
本実施形態による鋼材において、旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳは５．０超～３０．０μｍである。本明細書において、旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳ（旧γ粒径ＧＳ）とは、ＪＩＳ Ｇ０５５１：２０２０に規定された平均切片法の測定法に準拠して求めた、旧オーステナイト粒の結晶粒径を意味する。
【0073】
水素脆化は、粒界に水素が蓄積された場合に発生しやすい。上述の化学組成を有する鋼材において、旧オーステナイト粒が微細であれば、旧オーステナイト粒界の面積が増大する。この場合、鋼材に吸蔵される水素量が同一であったとしても、旧オーステナイト粒界の単位面積当たりに蓄積される水素量は低減する。そのため、旧オーステナイト粒が微細であれば、鋼材の耐水素脆化特性を高めることができる。具体的には、上述の化学組成を有する鋼材の旧γ粒径ＧＳが３０．０μｍ以下であれば、本実施形態のその他の構成を満たすことを前提として、旧γ粒径ＧＳが５．０μｍ超であっても、１２５ｋｓｉ級の高い降伏強度と、優れた耐水素脆化特性とを両立できる。
【0074】
なお、旧γ粒径ＧＳは、鋼材の化学組成、及び、製造方法の影響を受けて、その値が変化する。具体的に、上述のとおり、ＴｉやＮｂは、焼入れ前のオーステナイト化熱処理の際、Ｔｉ窒化物やＮｂ炭窒化物等の微細な析出物を形成し、オーステナイト粒界のピンニング効果により結晶粒を微細化する。また、後述するとおり、焼入れ工程における焼入れ温度が高すぎれば、結晶粒が粗大化して、製造された鋼材の旧γ粒径ＧＳが大きくなる場合がある。このように、鋼材の化学組成と、製造方法とを調整することで、旧γ粒径ＧＳをある程度制御することは、当業者であれば可能である。
【0075】
本実施形態による鋼材において、旧γ粒径ＧＳの好ましい上限は２８．０μｍであり、より好ましくは２６．０μｍであり、さらに好ましくは２４．０μｍであり、さらに好ましくは２０．０μｍである。本実施形態による鋼材において、旧γ粒径ＧＳは小さい方が好ましい。しかしながら、上述のとおり、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では、旧γ粒径ＧＳが５．０μｍ以下の場合、製造コストが極端に高まる。したがって、本実施形態による鋼材では、旧γ粒径ＧＳの下限を５．０μｍ超とする。本実施形態による鋼材はさらに、旧γ粒径ＧＳが５．５μｍ以上であっても、６．０μｍ以上であっても、１２５ｋｓｉ級の高い降伏強度と、優れた耐水素脆化特性とを両立できる場合もある。
【0076】
［旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳの測定方法］
本実施形態では、鋼材の旧γ粒径ＧＳは、次の方法で求めることができる。旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳは、ＪＩＳ Ｇ０５５１：２０２０に規定された平均切片法の測定法に準拠して求める。
本実施形態では、鋼材の旧γ粒径ＧＳは、次の方法で求めることができる。旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳは、ＪＩＳ Ｇ０５５１：２０２０に規定された平均切片法の測定法に準拠して求める。
【0077】
初めに、鋼材から、観察面を有する試験片を採取する。鋼材が鋼板の場合、板幅中央部から、観察対象領域である板厚ｔ／４位置を含み、圧延方向に平行な観察面を有する試験片を採取する。ここで、板厚ｔ／４位置とは、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、観察対象領域である肉厚中央部を含み、管軸方向に平行な観察面を有する試験片を採取する。鋼材が丸鋼の場合、観察対象領域であるＲ／２位置を含み、圧延方向に平行な観察面を有する試験片を採取する。なお、本明細書において、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、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。試験片のサイズは特に限定されない。試験片のサイズはたとえば、圧延方向の長さ１０ｍｍ×幅方向５ｍｍ×厚さ方向１０ｍｍとする。圧延方向と厚さ方向とを含む表面（試験片サイズが上述の場合は１０ｍｍ×１０ｍｍの表面）を、観察面とする。
【0078】
試験片の観察面を鏡面研磨する。鏡面研磨後、観察面をピクラール腐食液に１０秒程度浸漬して、エッチングにより旧オーステナイト粒の結晶粒界を現出させる。エッチングされた観察面の観察対象領域の任意の１０視野を、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて、二次電子像にて観察して、写真画像を生成する。各視野の面積は、たとえば、５００μｍ×５００μｍ（倍率２００倍）である。
【0079】
生成した写真画像を用いて、ＪＩＳ Ｇ０５５１：２０２０に規定された平均切片法の測定法に準拠して、結晶粒度番号を評価する。評価した結晶粒度番号から、各視野における旧オーステナイト粒の結晶粒径を求める。１０視野において求めた旧オーステナイト粒の結晶粒径の算術平均値を、旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳ（旧γ粒径ＧＳ）（μｍ）と定義する。
【0080】
［鋼材の降伏強度σ］
本実施形態による鋼材において、降伏強度σは８６２～９６５ＭＰａである。本明細書において、降伏強度σとは、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠した方法で実施された引張試験によって得られた、０．２％オフセット耐力を意味する。本実施形態による鋼材は、本実施形態のその他の構成を満たすことにより、旧γ粒径ＧＳが５．０μｍ超であり、降伏強度σが８６２～９６５ＭＰａであっても、優れた耐水素脆化特性を有する。
本実施形態による鋼材において、降伏強度σは８６２～９６５ＭＰａである。本明細書において、降伏強度σとは、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠した方法で実施された引張試験によって得られた、０．２％オフセット耐力を意味する。本実施形態による鋼材は、本実施形態のその他の構成を満たすことにより、旧γ粒径ＧＳが５．０μｍ超であり、降伏強度σが８６２～９６５ＭＰａであっても、優れた耐水素脆化特性を有する。
【0081】
本実施形態において、降伏強度σの好ましい下限は８６５ＭＰａである。本実施形態において、降伏強度σの好ましい上限は９６５ＭＰａ未満であり、より好ましくは９６０ＭＰａであり、さらに好ましくは９５５ＭＰａである。なお、降伏強度σの測定方法は、後述する。
【0082】
［鋼材の降伏点降下Δσ］
本実施形態による鋼材において、降伏点降下Δσは４０ＭＰａ以上である。本明細書において、降伏点降下Δσとは、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠した方法で実施された引張試験によって得られた、弾性変形領域における応力の最大値（上降伏点）と、０．２％オフセット耐力との差を意味する。つまり、本実施形態において、降伏点降下Δσは、図３に示される点Ｐ０の応力σ０（ＭＰａ）と、図３に示される点Ｐの応力σ（ＭＰａ）との差として定義される（Δσ＝σ０－σ）。
本実施形態による鋼材において、降伏点降下Δσは４０ＭＰａ以上である。本明細書において、降伏点降下Δσとは、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠した方法で実施された引張試験によって得られた、弾性変形領域における応力の最大値（上降伏点）と、０．２％オフセット耐力との差を意味する。つまり、本実施形態において、降伏点降下Δσは、図３に示される点Ｐ０の応力σ０（ＭＰａ）と、図３に示される点Ｐの応力σ（ＭＰａ）との差として定義される（Δσ＝σ０－σ）。
【0083】
なお、図２を参照して、図２に示される応力－ひずみ曲線には、応力が急激に低下する領域が存在しない。そのため、このような応力－ひずみ曲線の場合、点Ｐ０に相当する点を定義することができず、降伏点降下Δσが定義できない。一方、図１に示されるような応力－ひずみ曲線を示す鋼材では、降伏強度σよりも高い応力であっても弾性変形が維持される。つまり、降伏点降下Δσが大きいほど、塑性変形が起こりにくくなり、水素脆化破壊の発生応力限界が高まる可能性がある。言い換えると、降伏点降下Δσが大きいほど、耐水素脆化特性が高まる可能性がある。
【0084】
ここで、上述の化学組成を有し、旧γ粒径ＧＳが５．０超～３０．０μｍであり、降伏強度σが８６２～９６５ＭＰａの鋼材では、降伏点降下Δσが４０ＭＰａ以上であれば、本実施形態のその他の構成を満たすことを前提に、優れた耐水素脆化特性を安定して得られる。したがって、本実施形態による鋼材において、降伏点降下Δσは４０ＭＰａ以上とする。
【0085】
本実施形態において、降伏点降下Δσの好ましい下限は４４ＭＰａであり、より好ましくは４８ＭＰａであり、さらに好ましくは５５ＭＰａであり、さらに好ましくは６０ＭＰａである。本実施形態において、降伏点降下Δσの上限は特に限定されない。本実施形態による鋼材の降伏点降下Δσの上限は、たとえば、２００ＭＰａであってもよく、１５０ＭＰａであってもよく、１３０ＭＰａであってもよく、１２０ＭＰａであってもよい。なお、降伏点降下Δσの測定方法は、後述する。
【0086】
［鋼材の降伏点伸びΔε］
本実施形態による鋼材において、降伏点伸びΔεは１．５％以上である。本明細書において、降伏点伸びΔεとは、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠した方法で実施された引張試験によって得られた、塑性変形領域が開始するひずみの大きさを意味する。つまり、本実施形態において、降伏点伸びΔεは、図４に示される点Ｑのひずみ（％）として定義される。
本実施形態による鋼材において、降伏点伸びΔεは１．５％以上である。本明細書において、降伏点伸びΔεとは、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠した方法で実施された引張試験によって得られた、塑性変形領域が開始するひずみの大きさを意味する。つまり、本実施形態において、降伏点伸びΔεは、図４に示される点Ｑのひずみ（％）として定義される。
【0087】
なお、図２を参照して、図２に示される応力－ひずみ曲線には、ひずみが増加しても応力が一定になる領域が存在しない。そのため、このような応力－ひずみ曲線の場合、点Ｑに相当する点を定義することができず、降伏点伸びΔεが定義できない。一方、図１に示されるような応力－ひずみ曲線を示す鋼材では、降伏点伸びΔεが大きいほど、鋼材に導入されたひずみの量が増えても、塑性変形が起こりにくい。そのため、降伏点伸びΔεが大きいほど、水素脆化破壊の発生応力限界が高まる可能性がある。言い換えると、降伏点伸びΔεが大きいほど、耐水素脆化特性が高まる可能性がある。
【0088】
ここで、上述の化学組成を有し、旧γ粒径ＧＳが５．０超～３０．０μｍであり、降伏強度σが８６２～９６５ＭＰａであり、降伏点降下Δσが４０ＭＰａ以上の鋼材では、降伏点伸びΔεが１．５％以上であれば、優れた耐水素脆化特性を安定して得られる。したがって、本実施形態による鋼材において、降伏点伸びΔεは１．５％以上とする。
【0089】
本実施形態において、降伏点伸びΔεの好ましい下限は１．６％であり、より好ましくは１．８％であり、さらに好ましくは２．０％であり、さらに好ましくは２．２％である。本実施形態において、降伏点伸びΔεの上限は特に限定されない。本実施形態による鋼材の降伏点伸びΔεの上限は、たとえば、４．０％であってもよく、３．８％であってもよく、３．６％であってもよく、３．５％であってもよい。なお、降伏点降下Δσの測定方法は、後述する。
【0090】
なお、図２に示されるとおり、本実施形態と重複する化学組成、旧γ粒径ＧＳ、及び、降伏強度σを有する鋼材であっても、降伏点降下Δσ及び降伏点伸びΔεが定義できない場合もあり得る。ここで、上述の化学組成を有する鋼材において、降伏点降下Δσや降伏点伸びΔεは、鋼材のミクロ組織（相、析出物、及び、介在物）、及び／又は、析出物の状態（結晶構造、サイズ、及び、体積率）、及び／又は、鋼材中の転位の状態（転位密度、転位の配列、及び、刃状転位とらせん転位との割合等）、さらにはこれらのバランスによって定まるものである。したがって、本実施形態による鋼材は、鋼材のミクロ組織、及び／又は、析出物の状態、鋼材中の転位の状態、さらにはこれらのバランスが適切に制御された結果、降伏点降下Δσが４０ＭＰａ以上となり、降伏点伸びΔεが１．５％以上となっているものと考えられる。
【0091】
［降伏強度σ、降伏点降下Δσ、降伏点伸びΔεの測定方法］
本実施形態による鋼材の降伏強度σ、降伏点降下Δσ、及び、降伏点伸びΔεは、次の方法で求めることができる。ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠した方法で、引張試験を行う。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、板幅中央部かつ板厚中央部から丸棒試験片を作製する。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。鋼材が丸鋼の場合、Ｒ／２位置から丸棒試験片を作製する。丸棒試験片の大きさは、たとえば、平行部直径６．０ｍｍ、平行部長さ４０ｍｍである。なお、丸棒試験片の軸方向が、鋼材の圧延方向と平行になるように丸棒試験片を作製する。
本実施形態による鋼材の降伏強度σ、降伏点降下Δσ、及び、降伏点伸びΔεは、次の方法で求めることができる。ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠した方法で、引張試験を行う。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、板幅中央部かつ板厚中央部から丸棒試験片を作製する。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。鋼材が丸鋼の場合、Ｒ／２位置から丸棒試験片を作製する。丸棒試験片の大きさは、たとえば、平行部直径６．０ｍｍ、平行部長さ４０ｍｍである。なお、丸棒試験片の軸方向が、鋼材の圧延方向と平行になるように丸棒試験片を作製する。
【0092】
作製された丸棒試験片を用いて、常温（２５℃）、大気中で引張試験を実施する。引張試験によって得られた応力－ひずみ曲線から、弾性変形領域と、塑性変形領域とを特定する。弾性変形領域と、塑性変形領域とは、当業者であれば当然に特定できる。応力－ひずみ曲線のうち、弾性変形領域において応力が最大値を示す点をＰ０と定義し、点Ｐ０における応力をσ０（ＭＰａ）と定義する。さらに、応力－ひずみ曲線のうち弾性変形領域と平行であって、ひずみの正の方向に０．２％平行移動させた直線Ｌと、応力－ひずみ曲線との交点をＰと定義し、点Ｐの応力をσ（ＭＰａ）と定義する。なお、本明細書において「ひずみ」とは、いわゆる公称ひずみを意味する。
【0093】
得られた点Ｐにおける応力σを、降伏強度σ（ＭＰａ）と定義する。なお、降伏強度σ（ＭＰａ）は、得られた数値の小数第一位を四捨五入して求める。上述のとおり、降伏強度σは、０．２％オフセット耐力に相当する。得られた点Ｐ０における応力σ０と、点Ｐにおける応力σとの差を、降伏点降下Δσ（ＭＰａ）と定義する。なお、降伏点降下Δσ（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、応力－ひずみ曲線のうち、塑性変形領域が開始する点をＱと定義する。得られた点Ｑのひずみ（％）を降伏点伸びΔε（％）と定義する。なお、降伏点伸びΔε（％）は、得られた数値の小数第二位を四捨五入して求める。
【0094】
［式（１）］
本実施形態による鋼材は、好ましくは、旧γ粒径ＧＳと、降伏強度σと、降伏点伸びΔεとが、次の式（１）を満たす。本実施形態による鋼材が式（１）を満たせば、さらに優れた耐水素脆化特性を有する。
σ×Δε／ＧＳ２≧１２ （１）
ここで、式（１）中のσには、鋼材の降伏強度が単位：ＭＰａで代入され、式（１）中のΔεには、鋼材の降伏点伸びが単位：％で代入され、式（１）中のＧＳには、鋼材の旧オーステナイト粒の結晶粒径が単位：μｍで代入される。
本実施形態による鋼材は、好ましくは、旧γ粒径ＧＳと、降伏強度σと、降伏点伸びΔεとが、次の式（１）を満たす。本実施形態による鋼材が式（１）を満たせば、さらに優れた耐水素脆化特性を有する。
σ×Δε／ＧＳ２≧１２ （１）
ここで、式（１）中のσには、鋼材の降伏強度が単位：ＭＰａで代入され、式（１）中のΔεには、鋼材の降伏点伸びが単位：％で代入され、式（１）中のＧＳには、鋼材の旧オーステナイト粒の結晶粒径が単位：μｍで代入される。
【0095】
Ｆｎ１＝σ×Δε／ＧＳ２と定義する。Ｆｎ１は、耐水素脆化特性の指標である。本実施形態の他の構成を満たすことを前提として、Ｆｎ１が１２以上になれば、鋼材はさらに優れた耐水素脆化特性を有する。したがって、本実施形態による鋼材は、上述の化学組成を有し、旧γ粒径ＧＳが５．０超～３０．０μｍであり、降伏強度σが８６２～９６５ＭＰａであり、降伏点降下Δσが４０ＭＰａ以上であり、降伏点伸びΔεが１．５％以上であり、さらに、Ｆｎ１が１２以上であるのが好ましい。
【0096】
Ｆｎ１のさらに好ましい下限は１２超であり、さらに好ましくは１３である。Ｆｎ１の上限は特に限定されないが、たとえば、１４８であってもよく、１３５であってもよく、１３０であってもよく、１２５であってもよい。なお、Ｆｎ１は、得られた数値の小数第一位を四捨五入して求める。
【0097】
［耐水素脆化特性］
本実施形態による鋼材は、上述の化学組成を有し、旧γ粒径ＧＳが５．０超～３０．０μｍであり、降伏強度σが８６２～９６５ＭＰａであり、降伏点降下Δσが４０ＭＰａ以上であり、降伏点伸びΔεが１．５％以上である。その結果、本実施形態による鋼材は、旧γ粒径ＧＳが５．０μｍ超であっても、高強度と優れた耐水素脆化特性とを有する。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は、上述の化学組成を有し、旧γ粒径ＧＳが５．０超～３０．０μｍであり、降伏強度σが８６２～９６５ＭＰａであり、降伏点降下Δσが４０ＭＰａ以上であり、降伏点伸びΔεが１．５％以上である。その結果、本実施形態による鋼材は、旧γ粒径ＧＳが５．０μｍ超であっても、高強度と優れた耐水素脆化特性とを有する。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。
【0098】
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、平行部の直径が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。鋼材が鋼板の場合、板幅中央部かつ板厚ｔ／４位置から丸棒試験片を作製する。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。鋼材が丸鋼の場合、Ｒ／２位置から丸棒試験片を作製する。
【0099】
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。
【0100】
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。
【0101】
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を求める。なお、破断応力ＢＳ１は、得られた数値の小数第一位を四捨五入して求める。本実施形態では、上述の条件で得られた破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ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。本実施形態ではさらに、上述の条件で得られた破断応力ＢＳ１が９７０ＭＰａ以上であれば、さらに優れた耐水素脆化特性を有すると判断する。
【0102】
［ミクロ組織］
本実施形態による鋼材のミクロ組織では、焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトの総面積率が９０％以上である。ミクロ組織の残部はたとえば、フェライト、及び／又は、パーライトである。本実施形態において、上述の化学組成を有し、旧γ粒径ＧＳが５．０超～３０．０μｍであり、降伏強度σが８６２～９６５ＭＰａであり、降伏点降下Δσが４０ＭＰａ以上であり、降伏点伸びΔεが１．５％以上である場合、当該鋼材は焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトの総面積率が９０％以上であると判断できる。
本実施形態による鋼材のミクロ組織では、焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトの総面積率が９０％以上である。ミクロ組織の残部はたとえば、フェライト、及び／又は、パーライトである。本実施形態において、上述の化学組成を有し、旧γ粒径ＧＳが５．０超～３０．０μｍであり、降伏強度σが８６２～９６５ＭＰａであり、降伏点降下Δσが４０ＭＰａ以上であり、降伏点伸びΔεが１．５％以上である場合、当該鋼材は焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトの総面積率が９０％以上であると判断できる。
【0103】
［焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトの総面積率の測定方法］
本実施形態の鋼材のミクロ組織における焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトの総面積率は、次の方法によっても求めることができる。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、板幅中央部から、観察対象領域である板厚ｔ／４位置を含み、圧延方向に平行な観察面を有する試験片を採取する。鋼材が鋼管の場合、観察対象領域である肉厚中央部を含み、管軸方向に平行な観察面を有する試験片を作製する。鋼材が丸鋼の場合、観察対象領域であるＲ／２位置を含み、圧延方向に平行な観察面を有する試験片を採取する。試験片のサイズは特に限定されない。試験片のサイズはたとえば、圧延方向の長さ１０ｍｍ×幅方向５ｍｍ×厚さ方向１０ｍｍである。鋼材が鋼板の場合、厚さ方向は板厚方向に相当し、幅方向は板幅方向に相当する。鋼材が鋼管の場合、圧延方向は管軸方向に相当し、厚さ方向は肉厚方向に相当し、幅方向は、管軸方向及び肉厚方向に垂直な方向（周方向）に相当する。鋼材が丸鋼である場合、圧延方向は軸方向に相当し、厚さ方向は径方向に相当し、幅方向は圧延方向及び径方向に垂直な方向（周方向）に相当する。圧延方向と厚さ方向とを含む表面（試験片サイズが上述の場合は１０ｍｍ×１０ｍｍの表面）を、観察面とする。
本実施形態の鋼材のミクロ組織における焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトの総面積率は、次の方法によっても求めることができる。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、板幅中央部から、観察対象領域である板厚ｔ／４位置を含み、圧延方向に平行な観察面を有する試験片を採取する。鋼材が鋼管の場合、観察対象領域である肉厚中央部を含み、管軸方向に平行な観察面を有する試験片を作製する。鋼材が丸鋼の場合、観察対象領域であるＲ／２位置を含み、圧延方向に平行な観察面を有する試験片を採取する。試験片のサイズは特に限定されない。試験片のサイズはたとえば、圧延方向の長さ１０ｍｍ×幅方向５ｍｍ×厚さ方向１０ｍｍである。鋼材が鋼板の場合、厚さ方向は板厚方向に相当し、幅方向は板幅方向に相当する。鋼材が鋼管の場合、圧延方向は管軸方向に相当し、厚さ方向は肉厚方向に相当し、幅方向は、管軸方向及び肉厚方向に垂直な方向（周方向）に相当する。鋼材が丸鋼である場合、圧延方向は軸方向に相当し、厚さ方向は径方向に相当し、幅方向は圧延方向及び径方向に垂直な方向（周方向）に相当する。圧延方向と厚さ方向とを含む表面（試験片サイズが上述の場合は１０ｍｍ×１０ｍｍの表面）を、観察面とする。
【0104】
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の観察対象領域内の任意の１０視野を、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて、二次電子像にて観察する。鋼材が鋼板の場合、観察対象領域は板厚ｔ／４位置である。鋼材が鋼管である場合、観察対象領域は肉厚中央部である。鋼材が丸鋼である場合、観察対象領域はＲ／２位置である。観察対象領域内の１０個の各視野面積は、たとえば、４００μｍ２（倍率５０００倍）である。
【0105】
各視野において、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。各視野において、焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトと、その他の組織（フェライト、パーライト等）とは、形態から区別できる。具体的には、ラメラ組織を有する組織はパーライトと特定できる。ラスやレンズを含む組織は、焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトと特定できる。粒内に下部組織がない組織はフェライトと特定できる。
【0106】
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総面積率を求める。総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総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（１０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総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総面積率（％）と定義する。
【0107】
［鋼材の形状及び用途］
本実施形態による鋼材の形状は特に限定されない。本実施形態の鋼材は、鋼管であってもよく、鋼板であってもよく、丸鋼であってもよい。
本実施形態による鋼材の形状は特に限定されない。本実施形態の鋼材は、鋼管であってもよく、鋼板であってもよく、丸鋼であってもよい。
【0108】
好ましくは、本実施形態の鋼材は、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る。油井用鋼管は、油井管用途の鋼管を意味する。油井管はたとえば、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、ドリルパイプ等である。ラインパイプ用鋼管は、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。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。本実施形態の鋼材は、高圧水素容器用鋼管であってもよく、高圧水素蓄圧器用鋼管、高圧水素ボンベ用鋼管のいずれかであってもよい。
【0109】
より好ましくは、本実施形態の鋼材は、油井用継目無鋼管、ラインパイプ用継目無鋼管、及び、高圧水素容器用継目無鋼管のいずれかである。油井用継目無鋼管は、油井用鋼管が継目無鋼管であることを意味する。ラインパイプ用継目無鋼管は、ラインパイプ用鋼管が継目無鋼管であることを意味する。高圧水素容器用継目無鋼管は、高圧水素容器用鋼管が継目無鋼管であることを意味する。本実施形態の鋼材は、高圧水素容器用継目無鋼管であってもよく、高圧水素蓄圧器用継目無鋼管、高圧水素ボンベ用継目無鋼管のいずれかであってもよい。
【0110】
［製造方法］
以下、本実施形態による鋼材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、本実施形態による鋼材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による鋼材が製造できれば、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、本実施形態による鋼材を製造する好適な製造方法である。
以下、本実施形態による鋼材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、本実施形態による鋼材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による鋼材が製造できれば、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、本実施形態による鋼材を製造する好適な製造方法である。
【0111】
本実施形態による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）熱間加工工程
（工程３）焼入れ及び焼戻し工程
（工程４）低温熱処理工程
本製造方法は、工程４の低温熱処理工程において、次の条件を満たす。
（条件１）１５０～２５０℃で１０分以上保持する。
以下、各工程について説明する。
（工程１）素材準備工程
（工程２）熱間加工工程
（工程３）焼入れ及び焼戻し工程
（工程４）低温熱処理工程
本製造方法は、工程４の低温熱処理工程において、次の条件を満たす。
（条件１）１５０～２５０℃で１０分以上保持する。
以下、各工程について説明する。
【0112】
［（工程１）素材準備工程］
素材準備工程では、初めに、上述の化学組成を有する溶鋼を周知の精錬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、スラブ、ブルーム、又はビレットである。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。必要に応じて、スラブ、ブルーム又はインゴットを熱間圧延して、ビレットを製造してもよい。以上の製造工程により、素材（スラブ、ブルーム、又は、ビレット）を製造する。
素材準備工程では、初めに、上述の化学組成を有する溶鋼を周知の精錬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、スラブ、ブルーム、又はビレットである。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。必要に応じて、スラブ、ブルーム又はインゴットを熱間圧延して、ビレットを製造してもよい。以上の製造工程により、素材（スラブ、ブルーム、又は、ビレット）を製造する。
【0113】
［（工程２）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。最終製品が鋼管である場合、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、素管（継目無鋼管）を製造する。たとえば、熱間加工としてマンネスマン法を実施し、素管を製造する。この場合、穿孔機によりビレットを穿孔圧延する。穿孔圧延後のビレットに対して、マンドレルミルを用いた延伸圧延を実施する。さらに、必要に応じて、延伸圧延後のビレットに対して、レデューサ又はサイジングミルを用いた定径圧延を実施する。以上の工程により、素管を製造する。
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。最終製品が鋼管である場合、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、素管（継目無鋼管）を製造する。たとえば、熱間加工としてマンネスマン法を実施し、素管を製造する。この場合、穿孔機によりビレットを穿孔圧延する。穿孔圧延後のビレットに対して、マンドレルミルを用いた延伸圧延を実施する。さらに、必要に応じて、延伸圧延後のビレットに対して、レデューサ又はサイジングミルを用いた定径圧延を実施する。以上の工程により、素管を製造する。
【0114】
マンネスマン法以外の他の熱間加工方法により、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く、熱間押出法により素管を製造してもよい。
【0115】
最終製品が鋼板である場合、たとえば、一対のロール群を含む１又は複数の圧延機を用いて、素材（スラブ）に対して熱間圧延を実施して、中間鋼材（鋼材）を製造する。熱間圧延前の加熱温度は特に限定されないが、たとえば、１１００～１３００℃である。
【0116】
最終製品が丸鋼である場合、たとえば、素材（ブルーム）に対して、分塊圧延機を用いた分塊圧延及び／又は連続圧延機を用いた熱間圧延を実施して、中間鋼材（丸鋼）を製造する。つまり、素材に対して分塊圧延を実施して丸鋼としてもよく、素材に対して分塊圧延を実施せず、連続圧延機を用いた熱間圧延を実施して丸鋼としてもよく、素材に対して分塊圧延機を用いた分塊圧延及び連続圧延機を用いた熱間圧延を実施して、丸鋼としてもよい。連続圧延機は複数の圧延スタンドが一列に並んでおり、各スタンドは一対の圧延ロールを含む。分塊圧延を実施する場合、分塊圧延前の加熱温度は特に限定されないが、たとえば、１１００～１３００℃である。連続圧延機を用いた熱間圧延を実施する場合、熱間圧延前の加熱温度は特に限定されないが、たとえば、１１００～１３００℃である。
【0117】
［（工程３）焼入れ及び焼戻し工程］
焼入れ及び焼戻し工程では、熱間加工工程後の中間鋼材に対して、焼入れ工程及び焼戻し工程を実施する。
焼入れ及び焼戻し工程では、熱間加工工程後の中間鋼材に対して、焼入れ工程及び焼戻し工程を実施する。
【0118】
［焼入れ工程］
焼入れ工程では、熱間加工工程で製造された中間鋼材に対して、焼入れを実施する。焼入れは周知の方法で実施する。具体的には、熱間加工後の中間鋼材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、たとえば、９００～１０００℃である。中間鋼材を焼入れ温度で保持した後、急冷（焼入れ）する。
焼入れ工程では、熱間加工工程で製造された中間鋼材に対して、焼入れを実施する。焼入れは周知の方法で実施する。具体的には、熱間加工後の中間鋼材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、たとえば、９００～１０００℃である。中間鋼材を焼入れ温度で保持した後、急冷（焼入れ）する。
【0119】
焼入れ温度が高すぎれば、結晶粒が粗大化し、製造された鋼材において、旧γ粒径ＧＳが大きくなりすぎる場合がある。一方、焼入れ温度が低すぎれば、製造された鋼材において、粗大な炭化物が残留する場合がある。この場合、８６２ＭＰａ以上の降伏強度σが得られない。したがって、本実施形態による焼入れ工程では、焼入れ温度はＡＣ３変態点以上であり、具体的には９００～１０００℃であるのが好ましい。
【0120】
焼入れ温度での保持時間は特に限定されないが、たとえば、１０～６０分である。焼入れ方法はたとえば、水冷である。焼入れ方法は特に制限されない。鋼材が鋼管である場合、水槽又は油槽に浸漬して素管を急冷してもよく、素管の外面及び／又は内面に対して冷却水を注いだり、冷却水をノズルから噴射したりして、素管を急冷してもよい。
【0121】
なお、熱間加工後、鋼材を常温まで冷却することなく、熱間加工直後に焼入れ（直接焼入れ）を実施してもよく、熱間加工後の鋼材の温度が低下する前に補熱炉に装入して焼入れ温度に保持した後、焼入れを実施してもよい。
【0122】
［焼戻し工程］
焼戻し工程では、焼入れ工程後の鋼材に対して、焼戻しを実施する。焼戻し工程では、鋼材の降伏強度σを８６２～９６５ＭＰａに調整する。なお、焼戻し工程の条件を調整することで、鋼材の降伏強度σを８６２～９６５ＭＰａに調整するのは、当業者であれば実施可能である。
焼戻し工程では、焼入れ工程後の鋼材に対して、焼戻しを実施する。焼戻し工程では、鋼材の降伏強度σを８６２～９６５ＭＰａに調整する。なお、焼戻し工程の条件を調整することで、鋼材の降伏強度σを８６２～９６５ＭＰａに調整するのは、当業者であれば実施可能である。
【0123】
焼戻し温度及び保持時間は、製造される鋼材の降伏強度σが８６２～９６５ＭＰａとなればよく、特に限定されない。具体的に、焼戻し温度はたとえば、６５０℃～ＡＣ１変態点である。焼戻し温度での保持時間は特に限定されないが、たとえば、１０～１８０分である。化学組成に応じて焼戻し温度を適宜調整することにより、上述の化学組成の鋼材の降伏強度を調整する。ここで、焼戻し温度は熱処理炉での炉温（℃）を意味し、焼戻し温度での保持時間は在炉時間（熱処理炉に装入してから抽出されるまでの時間）を意味する。
【0124】
なお、焼入れ工程及び焼戻し工程は１回ずつ実施してもよく、複数回実施してもよい。たとえば、焼入れ工程及び焼戻し工程を実施した後、再び焼入れ工程及び焼戻し工程を実施してもよい。焼入れ工程及び焼戻し工程を複数回実施した場合、製造された鋼材において、旧γ粒径ＧＳが小さくなる場合がある。
【0125】
［（工程４）低温熱処理工程］
低温熱処理工程では、焼入れ及び焼戻し工程後の鋼材に対して、下記条件１に記載の条件で、低温熱処理をする。
低温熱処理工程では、焼入れ及び焼戻し工程後の鋼材に対して、下記条件１に記載の条件で、低温熱処理をする。
【0126】
［条件１について］
（条件１）１５０～２５０℃で１０分以上保持する。
本実施形態では、焼戻し工程後の鋼材に対して、１５０～２５０℃で１０分以上保持する。ここで、低温熱処理工程の熱処理温度は熱処理炉での炉温（℃）を意味し、熱処理時間は在炉時間（熱処理炉に装入してから抽出されるまでの時間）を意味する。
（条件１）１５０～２５０℃で１０分以上保持する。
本実施形態では、焼戻し工程後の鋼材に対して、１５０～２５０℃で１０分以上保持する。ここで、低温熱処理工程の熱処理温度は熱処理炉での炉温（℃）を意味し、熱処理時間は在炉時間（熱処理炉に装入してから抽出されるまでの時間）を意味する。
【0127】
１５０～２５０℃での熱処理によれば、転位が安定化される可能性がある。転位が安定化されれば、塑性変形が生じにくくなる。その結果、降伏点降下Δσが４０ＭＰａ以上になり、かつ、降伏点伸びΔεが１．５％以上になる。そこで、本実施形態による低温熱処理工程では、１５０～２５０℃で１０分以上の熱処理を実施する。
【0128】
熱処理温度が低すぎれば、上記効果が十分に得られない。つまり、転位が十分に安定化せず、製造された鋼材において、降伏点降下Δσが定義できない、又は、降伏点降下Δσが４０ＭＰａ未満になる場合がある。この場合さらに、降伏点伸びΔεが定義できない、又は、降伏点伸びΔεが１．５％未満になる場合がある。一方、熱処理温度が高すぎても、転位の安定化が十分に得られない場合がある。そのため、製造された鋼材において、降伏点降下Δσが定義できない、又は、降伏点降下Δσが４０ＭＰａ未満になる場合がある。この場合さらに、降伏点伸びΔεが定義できない、又は、降伏点伸びΔεが１．５％未満になる場合がある。
【0129】
熱処理時間が短すぎれば、上記効果が十分に得られない。つまり、転位が十分に安定化せず、製造された鋼材において、降伏点降下Δσが定義できない、又は、降伏点降下Δσが４０ＭＰａ未満になる場合がある。この場合さらに、降伏点伸びΔεが定義できない、又は、降伏点伸びΔεが１．５％未満になる場合がある。一方、熱処理時間が長すぎても、上記効果が飽和する。したがって、熱処理時間の上限は特に限定されないが、たとえば、６０分である。
【0130】
以上の製造工程を実施することにより、本実施形態による鋼材を製造できる。以下、実施例によって本実施形態による鋼材の効果をさらに具体的に説明する。以下に説明する実施例での各種条件は、本実施形態による鋼材の実施可能性及び効果を確認するために採用された一条件例である。したがって、本実施形態による鋼材は、実施例に記載の一条件例に限定されない。
【実施例】
【0131】
表１－１及び表１－２に示す化学組成を有する、鋼材（鋼板）を製造した。なお、表１－１及び表１－２中の「－」は、対応する元素の含有量が、不純物レベル以下であることを示す。
【0132】
【表1-1】
【0133】
【表1-2】
【0134】
各試料符号の鋼材を次の方法で製造した。表１－１及び表１－２に記載の化学組成を有するインゴットを鋳造法により製造した。インゴットに対して熱間鍛造を実施して、厚さ５０ｍｍのブロック材を製造した。
【0135】
ブロック材に対して、熱間加工工程を実施した。具体的には、ブロック材を１２５０℃に加熱した。加熱後のブロック材に対して熱間圧延を実施して、厚さ１５ｍｍの鋼材（鋼板）を製造した。製造された鋼材を常温まで放冷した。
【0136】
常温まで放冷した鋼材に対して、焼入れ及び焼戻し工程を実施した。具体的には、鋼材に対して、表２に示す「焼入れ工程」欄の温度（℃）で、時間（分）だけ保持した後、水冷する焼入れを実施した。焼入れ後の鋼材に対して、焼戻しを実施した。表２に示す「焼戻し工程」欄の温度（℃）で、時間（分）だけ保持した。その後、焼戻し後の鋼材に対して、低温熱処理工程を実施した。表２に示す「低温熱処理工程」欄の温度（℃）で、時間（分）だけ保持した。なお、試料符号ＺＲの鋼材に対しては、低温熱処理工程を実施しなかった。以上の製造工程により、各試料符号の鋼材（鋼板）を製造した。
【0137】
【表2】
【0138】
［評価試験］
製造された鋼材に対して、旧γ粒径測定試験、引張試験、及び、耐水素脆化特性評価試験を実施した。
製造された鋼材に対して、旧γ粒径測定試験、引張試験、及び、耐水素脆化特性評価試験を実施した。
【0139】
［旧γ粒径測定試験］
各試料符号の鋼材の板幅中央部から、観察対象領域である板厚ｔ／４位置を含み、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した。試験片のサイズは、圧延方向の長さ１０ｍｍ、板幅方向の長さ５ｍｍ、板厚方向の長さ１０ｍｍであった。圧延方向の長さ１０ｍｍ×板厚方向の長さ１０ｍｍを、観察面とした。採取した試験片に対して、上述の方法に準拠して、旧γ粒径ＧＳ（μｍ）を求めた。このとき、視野面積を５００μｍ×５００μｍ（倍率２００倍）とした。得られた旧γ粒径ＧＳ（μｍ）を、表３中の「旧γ粒径ＧＳ（μｍ）」欄に示す。
各試料符号の鋼材の板幅中央部から、観察対象領域である板厚ｔ／４位置を含み、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した。試験片のサイズは、圧延方向の長さ１０ｍｍ、板幅方向の長さ５ｍｍ、板厚方向の長さ１０ｍｍであった。圧延方向の長さ１０ｍｍ×板厚方向の長さ１０ｍｍを、観察面とした。採取した試験片に対して、上述の方法に準拠して、旧γ粒径ＧＳ（μｍ）を求めた。このとき、視野面積を５００μｍ×５００μｍ（倍率２００倍）とした。得られた旧γ粒径ＧＳ（μｍ）を、表３中の「旧γ粒径ＧＳ（μｍ）」欄に示す。
【0140】
【表3】
【0141】
［引張試験］
各試料符号の鋼材の板厚中央部から、丸棒試験片を採取した。丸棒試験片の平行部の直径は６．０ｍｍであり、平行部の長さは４０ｍｍであった。丸棒試験片の軸方向は、鋼材の圧延方向と平行であった。丸棒試験片を用いて、上述の方法に準拠して、降伏強度σ（ＭＰａ）、降伏点降下Δσ（ＭＰａ）、及び、降伏点伸びΔε（％）を求めた。引張試験における一様伸び中の最大応力を、引張強度（ＭＰａ）と定義した。得られた降伏強度σを、表３中の「降伏強度σ（ＭＰａ）」欄に示す。得られた引張強度を表３の「引張強度（ＭＰａ）」欄に示す。得られた降伏点降下Δσを、表３中の「降伏点降下Δσ（ＭＰａ）」欄に示す。得られた降伏点伸びΔεを、表３中の「降伏点伸びΔε（％）」欄に示す。なお、降伏点降下Δσ及び降伏点伸びΔεが定義できない場合、表３中には「－」を示す。さらに、得られた旧γ粒径ＧＳ（μｍ）と、降伏強度σ（ＭＰａ）と、降伏点伸びΔε（％）と、上述の定義とから、Ｆｎ１（＝σ×Δε／ＧＳ２）を得た。得られたＦｎ１を表３中の「Ｆｎ１」欄に示す。
各試料符号の鋼材の板厚中央部から、丸棒試験片を採取した。丸棒試験片の平行部の直径は６．０ｍｍであり、平行部の長さは４０ｍｍであった。丸棒試験片の軸方向は、鋼材の圧延方向と平行であった。丸棒試験片を用いて、上述の方法に準拠して、降伏強度σ（ＭＰａ）、降伏点降下Δσ（ＭＰａ）、及び、降伏点伸びΔε（％）を求めた。引張試験における一様伸び中の最大応力を、引張強度（ＭＰａ）と定義した。得られた降伏強度σを、表３中の「降伏強度σ（ＭＰａ）」欄に示す。得られた引張強度を表３の「引張強度（ＭＰａ）」欄に示す。得られた降伏点降下Δσを、表３中の「降伏点降下Δσ（ＭＰａ）」欄に示す。得られた降伏点伸びΔεを、表３中の「降伏点伸びΔε（％）」欄に示す。なお、降伏点降下Δσ及び降伏点伸びΔεが定義できない場合、表３中には「－」を示す。さらに、得られた旧γ粒径ＧＳ（μｍ）と、降伏強度σ（ＭＰａ）と、降伏点伸びΔε（％）と、上述の定義とから、Ｆｎ１（＝σ×Δε／ＧＳ２）を得た。得られたＦｎ１を表３中の「Ｆｎ１」欄に示す。
【0142】
［耐水素脆化特性評価試験］
各試料符号の鋼材の板幅中央部かつ板厚ｔ／４位置から、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直径は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。
各試料符号の鋼材の板幅中央部かつ板厚ｔ／４位置から、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直径は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。
【0143】
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。
【0144】
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、各試料符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。
【0145】
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。
【0146】
さらに、各試料符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。
【0147】
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（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（ＭＰａ）」欄に示す。
【0148】
［評価結果］
表１－１、表１－２、表２、及び、表３を参照して、試料符号Ａ～Ｘでは、上述の化学組成を有し、旧γ粒径ＧＳが５．０超～３０．０μｍを満たし、降伏強度σが８６２～９６５ＭＰａであり、降伏点降下Δσが４０ＭＰａ以上であり、降伏点伸びΔεが１．５％以上であった。その結果、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ以上となり、優れた耐水素脆化特性を有していた。つまり、これらの鋼材は、旧γ粒径ＧＳが５．０μｍ超であっても、高強度と、優れた耐水素脆化特性とを有していた。なお、試料符号Ａ～Ｘ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総面積率が９０％以上であると判断した。
表１－１、表１－２、表２、及び、表３を参照して、試料符号Ａ～Ｘでは、上述の化学組成を有し、旧γ粒径ＧＳが５．０超～３０．０μｍを満たし、降伏強度σが８６２～９６５ＭＰａであり、降伏点降下Δσが４０ＭＰａ以上であり、降伏点伸びΔεが１．５％以上であった。その結果、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ以上となり、優れた耐水素脆化特性を有していた。つまり、これらの鋼材は、旧γ粒径ＧＳが５．０μｍ超であっても、高強度と、優れた耐水素脆化特性とを有していた。なお、試料符号Ａ～Ｘ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総面積率が９０％以上であると判断した。
【0149】
試料符号Ａ～Ｕはさらに、Ｆｎ１が１２以上であった。その結果、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９７０ＭＰａ以上となり、さらに優れた耐水素脆化特性を有していた。
【0150】
一方、試料符号ＺＡは、Ｃ含有量が低すぎた。その結果、この鋼材は、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0151】
試料符号ＺＢは、Ｃ含有量が高すぎた。その結果、この鋼材は、降伏強度σが９６５ＭＰａを超えた。その結果さらに、この鋼材は、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0152】
試料符号ＺＣは、Ｓｉ含有量が低すぎた。その結果、この鋼材は、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0153】
試料符号ＺＤは、Ｓｉ含有量が高すぎた。その結果、この鋼材は、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0154】
試料符号ＺＥは、Ｍｎ含有量が高すぎた。その結果、この鋼材は、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0155】
試料符号ＺＦは、Ｃｒ含有量が低すぎた。その結果、この鋼材は、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0156】
試料符号ＺＧは、Ｃｒ含有量が高すぎた。その結果、この鋼材は、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0157】
試料符号ＺＨは、Ｍｏ含有量が低すぎた。その結果、この鋼材は、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0158】
試料符号ＺＩは、Ｍｏ含有量が高すぎた。その結果、この鋼材は、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0159】
試料符号ＺＪは、Ｖ含有量が低すぎた。その結果、この鋼材は、降伏強度σが８６２ＭＰａ未満となった。その結果さらに、この鋼材は、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0160】
試料符号ＺＫは、Ｖ含有量が高すぎた。その結果、この鋼材は、降伏強度σが９６５ＭＰａを超えた。その結果さらに、この鋼材は、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0161】
試料符号ＺＬは、Ｎｂ含有量が低すぎた。その結果、この鋼材は、降伏点降下Δσが定義できなかった。その結果さらに、この鋼材は、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0162】
試料符号ＺＭは、Ｎｂ含有量が高すぎた。その結果、この鋼材は、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0163】
試料符号ＺＮは、Ｔｉ含有量が高すぎた。その結果、この鋼材は、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0164】
試料符号ＺＯは、Ｂ含有量が低すぎた。その結果、この鋼材は、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0165】
試料符号ＺＰは、Ｂ含有量が高すぎた。その結果、この鋼材は、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0166】
試料符号ＺＱは、Ｎ含有量が高すぎた。その結果、この鋼材は、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0167】
試料符号ＺＲは、低温熱処理工程を実施しなかった。その結果、この鋼材は、降伏点降下Δσ及び降伏点伸びΔεが定義できなかった。その結果さらに、この鋼材は、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0168】
試料符号ＺＳは、低温熱処理工程の熱処理温度が低すぎた。その結果、この鋼材は、降伏点降下Δσ及び降伏点伸びΔεが定義できなかった。その結果さらに、この鋼材は、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0169】
試料符号ＺＴは、低温熱処理工程の熱処理温度が高すぎた。その結果、この鋼材は、降伏点降下Δσが定義できなかった。その結果さらに、この鋼材は、降伏点伸びΔεが１．５％未満になった。その結果さらに、この鋼材は、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0170】
試料符号ＺＵは、低温熱処理工程の熱処理時間が短すぎた。その結果、この鋼材は、降伏点降下Δσが４０ＭＰａ未満になった。その結果さらに、この鋼材は、水素環境中の破断応力ＢＳ１が９５０ＭＰａ未満となり、優れた耐水素脆化特性を有していなかった。
【0171】
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。
【要約】
旧オーステナイト粒の結晶粒径が５．０μｍ超であっても、高強度と、優れた耐水素脆化特性とを有する鋼材を提供する。本開示による鋼材は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．２０％～０．４５％、Ｓｉ：０．０５～１．５０％、Ｍｎ：０．０１～１．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１００％以下、Ｃｒ：０．４０～１．１０％、Ｍｏ：０．４０～１．３０％、Ｖ：０．０１～０．３０％、Ｎｂ：０．００５～０．１００％、Ｔｉ：０．００１～０．０３０％、Ａｌ：０．００５～０．１００％、Ｂ：０．０００５～０．００５０％、Ｎ：０．０１００％以下、Ｏ：０．００５０％以下、及び、残部がＦｅ及び不純物からなり、旧オーステナイト粒の結晶粒径ＧＳが５．０超～３０．０μｍであり、降伏強度σが８６２～９６５ＭＰａであり、降伏点降下Δσが４０ＭＰａ以上であり、降伏点伸びΔεが１．５％以上である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】