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JP7564498B1 - Steel - Google Patents

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JP7564498B1
JP7564498B1 JP2024529961A JP2024529961A JP7564498B1 JP 7564498 B1 JP7564498 B1 JP 7564498B1 JP 2024529961 A JP2024529961 A JP 2024529961A JP 2024529961 A JP2024529961 A JP 2024529961A JP 7564498 B1 JP7564498 B1 JP 7564498B1
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Abstract

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。The present disclosure provides a steel material having high strength and excellent hydrogen embrittlement resistance even when the crystal grain size of the prior austenite grains exceeds 5.0 μm. The steel material according to the present disclosure has a chemical composition, in mass %, of C: 0.20% to 0.45%, Si: 0.05 to 1.50%, Mn: 0.01 to 1.00%, P: 0.030% or less, S: 0.0100% or less, Cr: 0.40 to 1.10%, Mo: 0.40 to 1.30%, V: 0.01 to 0.30%, Nb: 0.005 to 0.100%, Ti: 0.001 to 0.030%, Al: 0.10 to 0.20%, and Mn: 0.05 to 0.10%. : 0.005 to 0.100%, B: 0.0005 to 0.0050%, N: 0.0100% or less, O: 0.0050% or less, and the balance being Fe and impurities, the crystal grain size GS of the prior austenite grains is more than 5.0 to 30.0 μm, the yield strength σ is 862 to 965 MPa, the yield point drop Δσ is 40 MPa or more, and the yield point elongation Δε is 1.5% or more.

Description

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。 This disclosure relates to steel materials, and more specifically to steel materials used in sour environments and steel materials utilized in high-pressure hydrogen containers.

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。Some oil wells and gas wells (hereinafter, oil wells and gas wells are collectively referred to as "oil wells") contain environments that contain a large amount of corrosive substances. Examples of corrosive substances include corrosive gases such as hydrogen sulfide. In this specification, an environment that contains hydrogen sulfide is referred to as a "sour environment." The temperature of a sour environment ranges from room temperature to approximately 200°C, depending on the depth of the well.

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。 Steel materials used in such sour environments include, for example, oil well steel materials used as oil well tubular goods, and line pipe steel materials used as line pipes. In recent years, as oil wells have become deeper, there has been a demand for higher strength oil well steel materials.

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。On the other hand, when steel is used in a sour environment, the surface of the steel comes into contact with a corrosive substance, causing an electrochemical reaction and generating hydrogen on the surface of the steel. This hydrogen makes the steel susceptible to hydrogen embrittlement cracking, typified by sulfide stress corrosion cracking (SSC). Therefore, steel used in a sour environment is required to have not only high strength but also excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。 Technology for improving hydrogen embrittlement resistance in steel materials used in sour environments is disclosed in JP 2011-246798 A (Patent Document 1) and JP 2015-38247 A (Patent Document 2).

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、MC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。 In Patent Document 1, a predetermined amount of dissolved Mo is secured, prior austenite grains are refined, and M2C type precipitates are dispersed in an oil well steel pipe made of low alloy steel, thereby improving SSC resistance. Patent Document 1 further improves hydrogen embrittlement resistance by forming Mo segregation regions at prior austenite grain boundaries.

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。In Patent Document 2, in an oil well steel pipe made of low alloy steel, the hydrogen embrittlement resistance is improved by minimizing Mo segregation regions.

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。 More recently, progress has been made in the development of fuel cell vehicles that run on hydrogen as fuel, and in the commercialization of hydrogen stations that supply hydrogen to fuel cell vehicles. High-pressure hydrogen gas is stored in high-pressure hydrogen pressure vessels installed at hydrogen stations. In addition, development of fuel cell vehicles equipped with high-pressure hydrogen cylinders is also underway. The steel materials used in such high-pressure hydrogen pressure vessels and high-pressure hydrogen containers, such as high-pressure hydrogen cylinders, are required to have high strength as well as excellent resistance to hydrogen embrittlement.

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。 A technology for improving hydrogen embrittlement resistance in steel materials used in high-pressure hydrogen containers is proposed in JP 2009-74122 A (Patent Document 3). In Patent Document 3, in a steel material made of low alloy steel, the V content and Mo content are increased from conventional values to improve the morphology of carbides in the prior austenite grain boundaries and improve hydrogen embrittlement resistance.

特開2011-246798号公報JP 2011-246798 A 特開2015-38247号公報JP 2015-38247 A 特開2009-74122号公報JP 2009-74122 A 特開2017-210645号公報JP 2017-210645 A

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。 The techniques disclosed in the above Patent Documents 1 to 3 can improve the hydrogen embrittlement resistance of steel materials intended for use in sour environments and for use in high-pressure hydrogen containers. However, steel materials having high strength and excellent hydrogen embrittlement resistance may be obtained by means other than those described in the above Patent Documents 1 to 3.

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。Incidentally, techniques have been proposed to improve the hydrogen embrittlement resistance of steel materials by refining prior austenite grains in the steel material. For example, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2017-210645 (Patent Document 4) specifically discloses that "by making prior austenite grains fine with a grain size of 6 μm or less, it is possible to reduce hydrogen embrittlement fracture originating from prior austenite grain boundaries" (paragraph [0012] of Patent Document 4). In this way, techniques have been considered to improve the hydrogen embrittlement resistance of steel materials by refining prior austenite grains.

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。On the other hand, for steel materials intended for use in sour environments or for high-pressure hydrogen containers, excessive refinement of the prior austenite grains is undesirable in consideration of industrial production. Specifically, for steel materials intended for use in sour environments or for high-pressure hydrogen containers, if the crystal grain size of the prior austenite grains is 5.0 μm or less, the manufacturing costs will be extremely high. Therefore, for steel materials intended for use in sour environments or for high-pressure hydrogen containers, it is preferable to achieve both high strength and excellent hydrogen embrittlement resistance, even if the crystal grain size of the prior austenite grains exceeds 5.0 μm.

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。 The objective of the present disclosure is to provide a steel material having high strength and excellent resistance to hydrogen embrittlement even when the crystal grain size of the prior austenite grains exceeds 5.0 μm.

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。
The steel material according to the present disclosure is
The chemical composition, in mass%, is
C: 0.20% to 0.45%,
Si: 0.05-1.50%,
Mn: 0.01-1.00%,
P: 0.030% or less,
S: 0.0100% or less,
Cr: 0.40-1.10%,
Mo: 0.40-1.30%,
V: 0.01-0.30%,
Nb: 0.005-0.100%,
Ti: 0.001 to 0.030%,
Al: 0.005-0.100%,
B: 0.0005-0.0050%,
N: 0.0100% or less,
O: 0.0050% or less,
W: 0-2.00%,
Co: 0 to 0.20%,
Mg: 0 to 0.0100%,
Ca: 0-0.0100%,
Rare earth elements: 0 to 0.0100%,
Cu: 0 to 0.40%,
Ni: 0 to 0.20%,
Sn: 0 to 0.10%; and
The balance is Fe and impurities,
The grain size GS of the prior austenite grains is more than 5.0 to 30.0 μm,
The yield strength σ is 862 to 965 MPa,
The yield point drop Δσ is 40 MPa or more,
The yield point elongation Δε is 1.5% or more.

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。The steel material disclosed herein has high strength and excellent resistance to hydrogen embrittlement even when the crystal grain size of the prior austenite grains exceeds 5.0 μm.

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。FIG. 1 is a diagram showing a stress-strain curve of the steel material according to the present embodiment. 図2は、本実施形態と化学組成、降伏強度、及び、旧γ粒径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。FIG. 2 is a diagram showing the stress-strain curve of a steel material that has the same chemical composition, yield strength, and prior γ grain size as the present embodiment but does not have excellent hydrogen embrittlement resistance. 図3は、図1の一部を拡大した図である。FIG. 3 is an enlarged view of a portion of FIG. 図4は、図1の一部を拡大した図である。FIG. 4 is an enlarged view of a portion of FIG.

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。 The inventors first investigated obtaining a high-strength steel material with a yield strength of 862 to 965 MPa (125 to 140 ksi, hereinafter also referred to as "125 ksi class"), assuming use in sour environments and for high-pressure hydrogen containers. In other words, the inventors investigated and examined a method for improving hydrogen embrittlement resistance for steel materials assumed to be used in sour environments and for high-pressure hydrogen containers, even when the yield strength is 125 ksi class and the crystal grain size GS of the prior austenite grains (hereinafter the crystal grain size GS of the prior austenite grains is also referred to as "prior gamma grain size GS") is greater than 5.0 μm. As a result, the inventors obtained the following findings.

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。The inventors first focused on the chemical composition. As a result, the following components were found to be present in mass percent: C: 0.20%-0.45%, Si: 0.05-1.50%, Mn: 0.01-1.00%, P: 0.030% or less, S: 0.0100% or less, 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% or less, O: 0. It was considered that if a steel material had a chemical composition of 0.0050% or less, W: 0-2.00%, Co: 0-0.20%, Mg: 0-0.0100%, Ca: 0-0.0100%, rare earth elements: 0-0.0100%, Cu: 0-0.40%, Ni: 0-0.20%, Sn: 0-0.10%, and the balance being Fe and impurities, it would be possible to obtain a 125 ksi-class yield strength and excellent hydrogen embrittlement resistance even if the prior gamma grain size GS exceeds 5.0 μm.

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。Therefore, the inventors manufactured various steel materials having the above-mentioned chemical composition, 125 ksi-class yield strength, and prior gamma grain size GS of more than 5.0 μm, and evaluated their hydrogen embrittlement resistance. As a result of detailed investigation by the inventors, it was revealed that in steel materials having the above-mentioned chemical composition, 125 ksi-class yield strength, and prior gamma grain size GS of more than 5.0 μm, when the stress-strain curve has a characteristic shape, the hydrogen embrittlement resistance is significantly improved. This point will be specifically explained using the drawings.

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。 Figure 1 is a diagram showing the stress-strain curve of the steel material according to this embodiment. Figure 2 is a diagram showing the stress-strain curve of a steel material that has the same chemical composition, yield strength, and prior gamma grain size GS as this embodiment but does not have excellent hydrogen embrittlement resistance. Both Figures 1 and 2 were obtained by the tensile test described below. Both of the steel materials shown in Figures 1 and 2 had the above-mentioned chemical composition and a yield strength of 125 ksi class, and a prior gamma grain size GS of more than 5.0 μm. On the other hand, the steel material shown in Figure 1 had excellent hydrogen embrittlement resistance, while the steel material shown in Figure 2 did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。 With reference to FIG. 1, the stress-strain curve shown in FIG. 1 can be divided into three regions. With reference to FIG. 1, first, a region (elastic deformation region) in which the stress increases monotonically from 0 MPa as the strain increases from 0% can be confirmed. With further increase in strain after the stress reaches its maximum value, a region (Luders deformation region) in which the stress drops sharply and the stress remains almost constant even if the strain increases further can be confirmed. With further increase in strain thereafter, a region (plastic deformation region) in which the stress increases again and then drops can be confirmed. On the other hand, with reference to FIG. 2, the stress-strain curve shown in FIG. 2 can be divided into two regions. With reference to FIG. 2, first, a region (elastic deformation region) in which the stress increases monotonically from 0 MPa as the strain increases from 0% can be confirmed. With further increase in strain thereafter, a region (plastic deformation region) in which the stress increases and then drops can be confirmed.

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。 In other words, comparing Figures 1 and 2, the stress-strain curve shown in Figure 1 has a region (Luders deformation region) between the elastic deformation region and the plastic deformation region where the stress suddenly drops and remains almost constant even as the strain increases. Here, the magnitude of the drop in stress when the stress suddenly drops from the elastic deformation region is called the yield point drop Δσ (MPa). Furthermore, the magnitude of strain in the region where the stress remains almost constant even as the strain increases is called the yield point elongation Δε (%). These will be explained in more detail using the drawings.

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。 Figures 3 and 4 are enlarged views of a portion of Figure 1. Figure 3 is an enlarged view of the region of Figure 1 where the strain is 0 to 2.0% and the stress is 850 to 1050 MPa. Referring to Figure 3, the point where the stress in the elastic deformation region of the stress-strain curve is the maximum value is defined as P0, and the stress at point P0 is defined as σ0 (MPa). Furthermore, referring to Figure 3, the intersection point of the stress-strain curve and the straight line L is defined as P, and the stress at point P is defined as σ (MPa). The straight line L is parallel to the elastic deformation region of the stress-strain curve and is a straight line that is translated 0.2% in the positive direction of the strain. In other words, the stress σ at point P corresponds to the so-called 0.2% offset yield strength. In this specification, the difference between the stress σ0 (MPa) at point P0 and the stress σ (MPa) at point P is defined as the yield point drop Δσ (MPa). In this specification, the yield strength (MPa) is defined as the stress σ (MPa) at point P.

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。 Figure 4 is an enlarged view of the 0-4.0% strain region of Figure 1. Referring to Figure 4, the point on the stress-strain curve where the plastic deformation region begins is designated as Q. Here, the strain (%) at point Q is defined as the yield point elongation Δε (%). Point Q is the inflection point of the stress-strain curve, and can be identified by a person skilled in the art.

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。The present inventors further studied the yield point drop Δσ (MPa) and yield point elongation Δε (%) defined above. As a result of further detailed study by the present inventors, it was revealed that in a steel material having the above-mentioned chemical composition and 125 ksi-class yield strength σ and a prior γ grain size GS of more than 5.0 μm, if the yield point drop Δσ is 40 MPa or more and the yield point elongation Δε is 1.5% or more, excellent hydrogen embrittlement resistance can be obtained.

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。 Details of why excellent hydrogen embrittlement resistance can be obtained in steel having the above-mentioned chemical composition, 125 ksi-class yield strength σ, and prior γ grain size GS exceeding 5.0 μm, if the yield point drop Δσ is 40 MPa or more and the yield point elongation Δε is 1.5% or more, are not clear. However, the inventors speculate as follows. The stress limit at which hydrogen embrittlement fracture occurs in steel may be closely related to plastic deformation. Although details are not clear, the more difficult it is for the steel to undergo plastic deformation, the higher the stress limit at which hydrogen embrittlement fracture occurs.

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。 Now, referring to Figure 1, in steel materials for which a yield point drop Δσ has been confirmed, elastic deformation is maintained even at stresses higher than the yield strength σ. In other words, the larger the yield point drop Δσ, the less likely plastic deformation will occur, and the higher the stress limit at which hydrogen embrittlement fracture occurs. In other words, the larger the yield point drop Δσ, the higher the hydrogen embrittlement resistance.

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。 Referring further to Figure 1, the larger the yield point elongation Δε, the less likely plastic deformation will occur even if the amount of strain introduced into the steel increases. Therefore, the larger the yield point elongation Δε, the higher the potential stress limit for hydrogen embrittlement fracture. In other words, the larger the yield point elongation Δε, the higher the potential for hydrogen embrittlement resistance.

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。The inventors speculate that the hydrogen embrittlement resistance of a steel material having the above-mentioned chemical composition, 125 ksi-grade yield strength σ, and a prior γ grain size GS of more than 5.0 μm is improved by setting the yield point drop Δσ to 40 MPa or more and the yield point elongation Δε to 1.5% or more. It is possible that the hydrogen embrittlement resistance of the steel material is improved by a mechanism different from the above mechanism. However, it has been proven by the examples described below that a steel material having the above-mentioned chemical composition, a yield point drop Δσ of 40 MPa or more, and a yield point elongation Δε of 1.5% or more can obtain a high 125 ksi-grade yield strength σ and excellent hydrogen embrittlement resistance even if the prior γ grain size GS is 5.0 μm or more.

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。The steel material of this embodiment, completed based on the above findings, has the following configuration.

[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。
[1]
A steel material,
The chemical composition, in mass%, is
C: 0.20% to 0.45%,
Si: 0.05-1.50%,
Mn: 0.01-1.00%,
P: 0.030% or less,
S: 0.0100% or less,
Cr: 0.40-1.10%,
Mo: 0.40-1.30%,
V: 0.01-0.30%,
Nb: 0.005-0.100%,
Ti: 0.001 to 0.030%,
Al: 0.005-0.100%,
B: 0.0005-0.0050%,
N: 0.0100% or less,
O: 0.0050% or less,
W: 0-2.00%,
Co: 0 to 0.20%,
Mg: 0 to 0.0100%,
Ca: 0-0.0100%,
Rare earth elements: 0 to 0.0100%,
Cu: 0 to 0.40%,
Ni: 0 to 0.20%,
Sn: 0 to 0.10%; and
The balance is Fe and impurities,
The grain size GS of the prior austenite grains is more than 5.0 to 30.0 μm,
The yield strength σ is 862 to 965 MPa,
The yield point drop Δσ is 40 MPa or more,
The yield point elongation Δε is 1.5% or more.
Steel.

[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。
[2]
The steel material according to [1],
The chemical composition is
W: 0.01-2.00%,
Co: 0.01-0.20%,
Mg: 0.0001 to 0.0100%,
Ca: 0.0001-0.0100%,
Rare earth elements: 0.0001 to 0.0100%,
Cu: 0.01-0.40%,
Ni: 0.01 to 0.20%, and
Sn: 0.01 to 0.10%,
Contains one or more elements selected from the group consisting of
Steel.

[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/GS≧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。
[3]
The steel material according to [1],
The grain size GS of the prior austenite grains, the yield strength σ, and the yield point elongation Δε satisfy the following formula (1):
Steel.
σ×Δε/GS 2 ≧12 (1)
Here, the yield strength of the steel material is substituted in MPa in σ in formula (1), the yield point elongation of the steel material is substituted in %, and the grain size of prior austenite grains of the steel material is substituted in μm in GS in formula (1).

[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/GS≧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。
[4]
The steel material according to [2],
The grain size GS of the prior austenite grains, the yield strength σ, and the yield point elongation Δε satisfy the following formula (1):
Steel.
σ×Δε/GS 2 ≧12 (1)
Here, the yield strength of the steel material is substituted in MPa in σ in formula (1), the yield point elongation of the steel material is substituted in %, and the grain size of prior austenite grains of the steel material is substituted in μm in GS in formula (1).

[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。
[5]
The steel material according to any one of [1] to [4],
The steel material is any one of a steel pipe for oil wells, a steel pipe for line pipes, and a steel pipe for high-pressure hydrogen containers.
Steel.

[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。
[6]
The steel material according to any one of [1] to [4],
The steel material is any one of a seamless steel pipe for oil wells, a seamless steel pipe for line pipes, and a seamless steel pipe for high-pressure hydrogen containers.
Steel.

[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。
[7]
The steel material according to [5],
The steel pipe for a high-pressure hydrogen container is either a steel pipe for a high-pressure hydrogen storage tank or a steel pipe for a high-pressure hydrogen cylinder.
Steel.

[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。
[8]
The steel material according to [6],
The seamless steel pipe for a high-pressure hydrogen container is either a seamless steel pipe for a high-pressure hydrogen storage tank or a seamless steel pipe for a high-pressure hydrogen cylinder.
Steel.

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。In this specification, "oil well steel pipe" means steel pipe used as oil well tubular goods. Oil well tubular goods is a general term for casing, tubing, and drill pipe used for drilling oil wells or gas wells, extracting crude oil or natural gas, etc. "Seamless oil well steel pipe" means that the oil well steel pipe is a seamless steel pipe.

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。In this specification, "steel pipe for line pipe" means steel pipe for line pipe use constituting a pipeline for transporting produced fluid (crude oil or natural gas) extracted from an oil well or gas well. Examples of pipelines include flow lines that transport produced fluid from oil wells or gas wells, gathering lines that collect the produced fluid transported by the flow lines and transport it to a primary treatment facility, trunk lines that transport produced fluid that has undergone primary treatment such as dehydration to the vicinity of the market, and distribution lines that transport it to consumers. "Seamless steel pipe for line pipe" means that the steel pipe for line pipe is a seamless steel pipe.

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。In this specification, "steel pipe for high-pressure hydrogen containers" refers to steel pipe that is standardized by ISO11439, ANSI/NGV, the High Pressure Gas Safety Act, Illustrative Standards for Container Safety Regulations, etc. and is used for high-pressure hydrogen containers in which high-pressure hydrogen gas is stored. Examples of high-pressure hydrogen containers are high-pressure hydrogen accumulators installed at hydrogen stations and high-pressure hydrogen cylinders mounted on fuel cell vehicles. "Seamless steel pipe for high-pressure hydrogen containers" means that the steel pipe for high-pressure hydrogen containers is a seamless steel pipe.

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。The steel material according to this embodiment will be described in detail below. "%" for elements means mass % unless otherwise specified.

[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。
[Chemical composition]
The chemical composition of the steel material according to this embodiment contains the following elements.

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。
C: 0.20% to 0.45%
Carbon (C) improves hardenability and makes the microstructure of the steel mainly composed of tempered martensite and tempered bainite. As a result, the hydrogen embrittlement resistance of the steel is improved. C also forms carbides or carbonitrides. If the C content is too low, the above effects cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. For example, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, the amount of carbides in the steel material will be excessively large. In this case, the strength of the steel material will be too high, and the hydrogen embrittlement resistance of the steel material will be reduced. Therefore, the C content is 0.20% to 0.45%. The lower limit of the C content is preferably 0.21%, more preferably 0.22%, and further preferably 0.24%. The upper limit of the C content is preferably 0.40%, more preferably 0.38%, and further preferably 0.36%.

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。
Si: 0.05-1.50%
Silicon (Si) deoxidizes steel and reduces inclusions in the steel, which increases the hydrogen embrittlement resistance of the steel. If the Si content is too low, the other element contents will be On the other hand, if the Si content is too high, the hydrogen resistance of the steel material may be poor even if the contents of other elements are within the ranges of the present embodiment. The embrittlement resistance is deteriorated. Therefore, the Si content is 0.05 to 1.50%. The lower limit of the Si content is preferably 0.06%, more preferably 0.08%, and further preferably The upper limit of the Si content is preferably 1.45%, more preferably 1.42%, and even more preferably 1.40%. %, more preferably 1.38%, and even more preferably 1.35%.

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。
Mn: 0.01-1.00%
Manganese (Mn) deoxidizes the steel. Mn also improves the hardenability and strength of the steel. If the Mn content is too low, the other element contents may be within the range of this embodiment. On the other hand, if the Mn content is too high, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, coarse sulfide-based inclusions are generated, The hydrogen embrittlement resistance of the steel material is deteriorated. Therefore, the Mn content is 0.01 to 1.00%. The lower limit of the Mn content is preferably 0.02%, and more preferably 0.04%. The upper limit of the Mn content is preferably 0.97%, more preferably 0.95%, even more preferably 0.90%, and still more preferably 0. . 80%.

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。
P: 0.030% or less Phosphorus (P) is an unavoidably contained impurity. That is, the lower limit of the P content is more than 0%. If the P content is too high, even if the contents of other elements are within the range of this embodiment, P will segregate at the grain boundaries, and the hydrogen embrittlement resistance of the steel material will decrease. Therefore, the P content is 0.030% or less. It is preferable that the P content is as low as possible. However, an extreme reduction in the P content significantly increases the manufacturing cost. Therefore, in consideration of industrial production, the preferred lower limit of the P content is 0.001%, more preferably 0.002%, and even more preferably 0.003%. The preferred upper limit of the P content is 0.025%, more preferably 0.023%, even more preferably 0.021%, and even more preferably 0.020%.

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。
S: 0.0100% or less Sulfur (S) is an impurity that is inevitably contained. That is, the lower limit of the S content is more than 0%. If the S content is too high, even if the contents of other elements are within the range of this embodiment, S will segregate at the grain boundaries, and the hydrogen embrittlement resistance of the steel material will decrease. Therefore, the S content is 0.0100% or less. It is preferable that the S content is as low as possible. However, an extreme reduction in the S content significantly increases the manufacturing cost. Therefore, in consideration of industrial production, the preferred lower limit of the S content is 0.0001%, more preferably 0.0002%, even more preferably 0.0003%, and even more preferably 0.0005%. The preferred upper limit of the S content is 0.0090%, more preferably 0.0080%, and even more preferably 0.0070%.

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。
Cr:0.40~1.10%
Chromium (Cr) enhances the hardenability of steel and improves its hydrogen embrittlement resistance. Cr also enhances the tempering softening resistance of steel, making high-temperature tempering possible. As a result, the hydrogen embrittlement resistance of steel is improved. If the Cr content is too low, the above effects cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Even if the content of Cr is within the range of this embodiment, coarse carbides are generated, and the hydrogen embrittlement resistance of the steel material is reduced. Therefore, the Cr content is set to 0.40 to 1.10%. The lower limit of the Cr content is preferably 0.43%, more preferably 0.44%, further preferably 0.46%, and further preferably 0.50%. The upper limit is preferably 1.08%, more preferably 1.05%, further preferably 0.99%, and further preferably 0.95%.

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。
Mo: 0.40~1.30%
Molybdenum (Mo) improves the hardenability of steel. Mo also improves the temper softening resistance of steel, making high-temperature tempering possible. As a result, the hydrogen embrittlement resistance of steel is improved. Mo also improves the hardenability of steel. It segregates at the austenite grain boundaries and improves the hydrogen embrittlement resistance of the steel material. If the Mo content is too low, the above effect cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. On the other hand, if the Mo content is too high, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, coarse carbides are generated, and the hydrogen embrittlement resistance of the steel material is reduced. The Mo content is 0.40 to 1.30%. The lower limit of the Mo content is preferably 0.43%, more preferably 0.44%, and even more preferably 0.48%. The upper limit of the Mo content is preferably 1.25%, more preferably 1.24%, further preferably 1.20%, and further preferably 1.17%. It is.

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。
V:0.01~0.30%
Vanadium (V) forms carbides, nitrides, or carbonitrides (hereinafter referred to as "carbonitrides, etc.") and increases the strength of steel. If the V content is too low, the contents of other elements will be too high. Even if the V content is within the range of the embodiment, the above-mentioned effects cannot be sufficiently obtained. On the other hand, if the V content is too high, even if the contents of other elements are within the range of the embodiment, carbonitrides, etc. As a result, the strength of the steel becomes too high, and the hydrogen embrittlement resistance of the steel deteriorates. Therefore, the V content is 0.01 to 0.30%. The lower limit is 0.02%, more preferably 0.03%, further preferably 0.04%, further preferably 0.06%, and further preferably 0.08%. The upper limit of the content is preferably 0.28%, more preferably 0.24%, and further preferably 0.22%.

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。
Nb: 0.005-0.100%
Niobium (Nb) forms carbonitrides and the like, and during austenitizing heat treatment before quenching, it refines the crystal grains of the steel material by the pinning effect of the austenite grain boundaries, thereby increasing the yield point drop Δσ of the steel material. Nb also forms fine carbides during tempering to increase the temper softening resistance of the steel, thereby increasing the strength of the steel. If the Nb content is too low, the steel will not be able to withstand the effects of other elements. On the other hand, if the Nb content is too high, the carbon nanotube may not be able to obtain the above-mentioned effects even if the contents of the other elements are within the ranges of the present embodiment. If excessive amounts of nitrides are formed, the hydrogen embrittlement resistance of the steel material will be reduced. Therefore, the Nb content is 0.005 to 0.100%. The preferred lower limit of the Nb content is 0.006 %, more preferably 0.007%, even more preferably 0.010%, and even more preferably 0.015%. The upper limit of the Nb content is preferably 0.097%, more preferably 0.095%, further preferably 0.090%, and further preferably 0.085%.

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。
Ti: 0.001-0.030%
Titanium (Ti) forms fine precipitates such as Ti nitrides, and during the austenitizing heat treatment before quenching, it refines the austenite grains through a pinning effect, thereby improving the hydrogen embrittlement resistance of the steel. If the Ti content is too low, the above-mentioned effects cannot be sufficiently obtained even if the contents of the other elements are within the ranges of this embodiment. Even if the Ti content is within the range of the morphology, coarse Ti nitrides are generated. The coarse Ti nitrides become the starting points of cracks. As a result, the hydrogen embrittlement resistance of the steel material is reduced. Therefore, the Ti content is The Ti content is preferably 0.001 to 0.030%. The lower limit of the Ti content is preferably 0.002%, more preferably 0.003%, and further preferably 0.005%. The upper limit is 0.029%, more preferably 0.028%, further preferably 0.027%, and further preferably 0.025%.

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。
Al: 0.005-0.100%
Aluminum (Al) deoxidizes steel. Furthermore, Al combines with N to form Al nitrides, which refines the crystal grains through a pinning effect and improves the hydrogen embrittlement resistance of steel. If the content of Al is too low, the above-mentioned effect cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Even if the Al content is within the range of the form, coarse oxides are generated, and the hydrogen embrittlement resistance of the steel material is deteriorated. Therefore, the Al content is 0.005 to 0.100%. The lower limit of the Al content is preferably 0.006%, more preferably 0.008%, and further preferably 0.012%. The upper limit of the Al content is preferably 0.095%, and more preferably 0.090%. %, and more preferably 0.085%. In this specification, the "Al" content means the content of "acid-soluble Al", that is, "sol. Al".

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。
B: 0.0005-0.0050%
Boron (B) improves the hardenability of steel and increases its strength. B also suppresses the grain boundary segregation of P and improves the hydrogen embrittlement resistance of steel. If the B content is too low, If the B content is too high, the above effect cannot be sufficiently obtained even if the other element contents are within the range of this embodiment. Even if the B content is 0.0005 to 0.5%, coarse B nitrides are formed. The coarse B nitrides become the starting points of cracks. As a result, the hydrogen embrittlement resistance of the steel material is reduced. Therefore, the B content should be 0.0005 to 0.5%. The preferred lower limit of the B content is 0.0006%, more preferably 0.0008%, and further preferably 0.0010%. The preferred upper limit of the B content is 0. The content of the manganese oxide is preferably 0.0045%, more preferably 0.0040%, even more preferably 0.0035%, and even more preferably 0.0030%.

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。
N: 0.0100% or less Nitrogen (N) is inevitably contained. That is, the lower limit of the N content is more than 0%. N combines with Ti to form nitrides, and during austenitizing heat treatment before quenching, the austenite grains of the steel are refined by the pinning effect, thereby increasing the strength of the steel. On the other hand, if the N content is too high, even if the contents of other elements are within the range of this embodiment, coarse nitrides are formed, and the hydrogen embrittlement resistance of the steel is reduced. Therefore, the N content is 0.0100% or less. The preferred lower limit of the N content to more effectively obtain the above effect is 0.0001%, more preferably 0.0005%, and even more preferably 0.0010%. The preferred upper limit of the N content is 0.0096%, more preferably 0.0090%, even more preferably 0.0080%, and even more preferably 0.0070%.

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。
O: 0.0050% or less Oxygen (O) is an impurity that is inevitably contained. That is, the lower limit of the O content is more than 0%. If the O content is too high, even if the contents of other elements are within the range of this embodiment, coarse oxides are formed, and the hydrogen embrittlement resistance of the steel material is reduced. Therefore, the O content is 0.0050% or less. It is preferable that the O content is as low as possible. However, an extreme reduction in the O content significantly increases the manufacturing cost. Therefore, in consideration of industrial production, the preferred lower limit of the O content is 0.0001%, more preferably 0.0005%, and even more preferably 0.0010%. The preferred upper limit of the O content is 0.0045%, more preferably 0.0040%, and even more preferably 0.0035%.

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。The remainder of the chemical composition of the steel material according to this embodiment is composed of Fe and impurities. Here, impurities in the chemical composition refer to substances that are mixed in from raw materials such as ore, scrap, or the manufacturing environment when the steel material is industrially manufactured, and are not intentionally contained, but are permissible within a range that does not adversely affect the steel material according to this embodiment.

[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。
[Optional element]
The chemical composition of the steel material according to the present embodiment may further contain, instead of a part of Fe, one or more elements selected from the group consisting of W and Co. All of these elements are optional elements and may not be contained. When contained, W and Co enhance the hydrogen embrittlement resistance of the steel material.

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。
W: 0 to 2.00%
Tungsten (W) is an optional element and may not be contained. That is, the W content may be 0%. When W is contained, W forms a corrosion film on the surface of the steel material in a sour environment. As a result, hydrogen penetration into the steel material is suppressed, and the hydrogen embrittlement resistance of the steel material is improved. If even a small amount of W is contained, the above effect can be obtained to a certain extent. However, if the W content is too high, even if the contents of other elements are within the range of this embodiment, coarse carbides are generated, and the hydrogen embrittlement resistance of the steel material is reduced. Therefore, the W content is 0 to 2.00%. The preferred lower limit of the W content is 0.01%, more preferably 0.05%, and even more preferably 0.08%. The preferred upper limit of the W content is 1.50%, more preferably 1.20%, and even more preferably 1.00%.

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。
Co: 0-0.20%
Cobalt (Co) is an optional element and may not be contained. In other words, the Co content may be 0%. When contained, Co enhances the hydrogen embrittlement resistance of the steel material. Furthermore, Co dissolves in the steel material to improve the hardenability of the steel material and increase the strength of the steel material. If even a small amount of Co is contained, the above effects can be obtained to a certain extent. However, if the Co content is too high, the effects are not obtained. Therefore, the Co content is 0 to 0.20%. The lower limit of the Co content is preferably 0.01%, more preferably 0.02%, and further preferably 0.04%. The upper limit of the Co content is preferably 0.18%, more preferably 0.15%, further preferably 0.12%, and further preferably 0.10%.

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。The chemical composition of the steel material according to this embodiment may further contain, in place of a portion of Fe, one or more elements selected from the group consisting of Mg, Ca, and rare earth elements (REM). All of these elements are optional elements and do not have to be contained. When contained, Mg, Ca, and rare earth elements (REM) enhance the hydrogen embrittlement resistance of the steel material.

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。
Mg: 0-0.0100%
Magnesium (Mg) is an optional element and may not be contained. In other words, the Mg content may be 0%. If magnesium is contained, it combines with S in the steel material to form fine Mg sulfides. As a result, Mg reduces Mn sulfides. Both of these effects improve the hydrogen embrittlement resistance of steel. Even if only a small amount of Mg is included, the above effects can be obtained to some extent. However, if the Mg content is too high, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, the oxides in the steel material will become coarse, and the hydrogen embrittlement resistance of the steel material will deteriorate. The Mg content is 0 to 0.0100%. The lower limit of the Mg content is preferably 0.0001%, more preferably 0.0003%, further preferably 0.0006%, and further preferably is 0.0010%. The upper limit of the Mg content is preferably 0.0090%, more preferably 0.0080%, further preferably 0.0070%, further preferably 0.0060%, and further preferably 0.0050%. %, more preferably 0.0040%, and even more preferably 0.0030%.

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。
Ca: 0~0.0100%
Calcium (Ca) is an optional element and may not be contained. In other words, the Ca content may be 0%. When calcium is contained, calcium bonds with sulfur in the steel material to form fine calcium sulfides. Ca precipitates as manganese sulfides. In addition, Ca reduces manganese sulfides. Both of these effects improve the hydrogen embrittlement resistance of the steel. Even if the content of Ca is even a small amount, the above effects can be obtained to a certain extent. However, if the Ca content is too high, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, the oxides in the steel material will become coarse, and the hydrogen embrittlement resistance of the steel material will deteriorate. The Ca content is 0 to 0.0100%. The lower limit of the Ca content is preferably 0.0001%, more preferably 0.0003%, further preferably 0.0005%, and further preferably It is 0.0007%. The upper limit of the Ca content is preferably 0.0080%, more preferably 0.0060%, further preferably 0.0050%, and further preferably 0.0040%.

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。
Rare earth elements (REM): 0 to 0.0100%
Rare earth elements (REM) are optional elements and may not be contained. In other words, the REM content may be 0%. When contained, REM combines with S in the steel material to form fine REM sulfides. In addition, REM reduces Mn sulfides. Both of these effects improve the hydrogen embrittlement resistance of steel. Even if only a small amount of REM is included, the above effects can be achieved to some extent. However, if the REM content is too high, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, the oxides in the steel material will become coarse, and the hydrogen embrittlement resistance of the steel material will deteriorate. The REM content is 0 to 0.0100%. The lower limit of the REM content is preferably 0.0001%, more preferably 0.0003%, even more preferably 0.0005%, and even more preferably is 0.0010%. The upper limit of the REM content is preferably 0.0090%, more preferably 0.0080%, further preferably 0.0070%, further preferably 0.0060%, and further preferably 0.0050%. %, and more preferably 0.0040%.

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。In this specification, REM refers to one or more elements selected from the group consisting of scandium (Sc), atomic number 21, yttrium (Y), atomic number 39, and the lanthanides lanthanum (La), atomic number 57, to lutetium (Lu), atomic number 71. In addition, the REM content in this specification refers to the total content of these elements.

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。The chemical composition of the steel material according to this embodiment may further contain, in place of a portion of Fe, one or more elements selected from the group consisting of Cu, Ni, and Sn. All of these elements are optional elements and do not have to be contained. When contained, Cu, Ni, and Sn all increase the hydrogen embrittlement resistance of the steel material.

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。
Cu: 0-0.40%
Copper (Cu) is an optional element and may not be contained. In other words, the Cu content may be 0%. When contained, Cu enhances the hydrogen embrittlement resistance of the steel material. Cu Furthermore, Cu dissolves in the steel material to improve the hardenability of the steel material and increase its strength. Even if even a small amount of Cu is contained, the above effects can be obtained to a certain extent. However, if the Cu content is too high, other Even if the element content is within the range of this embodiment, the hot workability of the steel material is reduced. Therefore, the Cu content is 0 to 0.40%. The preferable lower limit of the Cu content is 0.01 %, more preferably 0.02%, further preferably 0.03%, further preferably 0.05%, and further preferably 0.07%. is 0.38%, more preferably 0.36%, and further preferably 0.34%.

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。
Ni: 0-0.20%
Nickel (Ni) is an optional element and may not be contained. In other words, the Ni content may be 0%. When contained, Ni enhances the hydrogen embrittlement resistance of the steel material. Ni Ni also dissolves in the steel material to improve the hardenability and strength of the steel material. Even if even a small amount of Ni is contained, the above effects can be obtained to a certain extent. However, if the Ni content is too high, other Even if the element content is within the range of this embodiment, the manufacturing cost will be extremely high. Therefore, the Ni content is 0 to 0.20%. The preferable lower limit of the Ni content is 0.01%. The upper limit of the Ni content is preferably 0.19%, more preferably 0.02%, further preferably 0.03%, and further preferably 0.05%. 18%, and more preferably 0.17%.

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。
Sn: 0-0.10%
Tin (Sn) is an optional element and may not be contained. In other words, the Sn content may be 0%. When contained, Sn enhances the hydrogen embrittlement resistance of the steel material. Sn However, if the Sn content is too high, the hot workability of the steel material is deteriorated even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Therefore, the Sn content is 0 to 0.10%. The lower limit of the Sn content is preferably 0.01%, more preferably 0.02%, and further preferably 0.03%. The upper limit of the Sn content is preferably 0.09%, more preferably 0.08%, and further preferably 0.07%.

[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。
[Grain size GS of prior austenite grains]
In the steel material according to the present embodiment, the grain size GS of the prior austenite grains is more than 5.0 to 30.0 μm. In this specification, the grain size GS of the prior austenite grains (prior γ grain size GS) means the grain size of the prior austenite grains determined in accordance with the measurement method of the average intercept method specified in JIS G0551:2020.

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。Hydrogen embrittlement is likely to occur when hydrogen accumulates at grain boundaries. In a steel material having the above-mentioned chemical composition, if the prior austenite grains are fine, the area of the prior austenite grain boundaries increases. In this case, even if the amount of hydrogen absorbed in the steel material is the same, the amount of hydrogen accumulated per unit area of the prior austenite grain boundaries decreases. Therefore, if the prior austenite grains are fine, the hydrogen embrittlement resistance of the steel material can be improved. Specifically, if the prior γ grain size GS of the steel material having the above-mentioned chemical composition is 30.0 μm or less, it is possible to achieve both a high yield strength of 125 ksi class and excellent hydrogen embrittlement resistance even if the prior γ grain size GS is more than 5.0 μm, provided that the other configurations of this embodiment are satisfied.

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。The value of the prior gamma grain size GS varies depending on the chemical composition of the steel and the manufacturing method. Specifically, as described above, Ti and Nb form fine precipitates such as Ti nitrides and Nb carbonitrides during the austenitizing heat treatment before quenching, and refine the crystal grains by the pinning effect of the austenite grain boundaries. Also, as described later, if the quenching temperature in the quenching process is too high, the crystal grains may become coarse, and the prior gamma grain size GS of the manufactured steel may become large. In this way, it is possible for a person skilled in the art to control the prior gamma grain size GS to some extent by adjusting the chemical composition of the steel and the manufacturing method.

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。In the steel material according to the present embodiment, the preferred upper limit of the prior γ grain size GS is 28.0 μm, more preferably 26.0 μm, even more preferably 24.0 μm, and even more preferably 20.0 μm. In the steel material according to the present embodiment, the prior γ grain size GS is preferably small. However, as described above, in the steel material intended for use in sour environments or for use in high-pressure hydrogen containers, if the prior γ grain size GS is 5.0 μm or less, the manufacturing cost increases extremely. Therefore, in the steel material according to the present embodiment, the lower limit of the prior γ grain size GS is set to more than 5.0 μm. Furthermore, in the steel material according to the present embodiment, even if the prior γ grain size GS is 5.5 μm or more or 6.0 μm or more, there are cases in which the high yield strength of 125 ksi class and excellent hydrogen embrittlement resistance can be achieved at the same time.

[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。
[Method for measuring grain size GS of prior austenite grains]
In this embodiment, the prior γ grain size GS of the steel material can be determined by the following method. The grain size GS of the prior austenite grains is determined in accordance with the measurement method of the mean intercept method specified in JIS G0551:2020.

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。First, a test piece having an observation surface is taken from the steel material. When the steel material is a steel plate, a test piece having an observation surface parallel to the rolling direction is taken from the center of the plate width, including the plate thickness t/4 position, which is the observation target area. Here, the plate thickness t/4 position means a t/4 depth position from the surface of the steel plate, where the plate thickness of the steel plate is t. When the steel material is a steel pipe, a test piece having an observation surface parallel to the pipe axis direction is taken, including the wall thickness center, which is the observation target area. When the steel material is a round steel, a test piece having an observation surface parallel to the rolling direction is taken, including the R/2 position, which is the observation target area. In this specification, round steel means a steel bar having a circular cross section perpendicular to the axial direction. In addition, the R/2 position means the center position of the radius R in the cross section perpendicular to the axial direction of the round steel. The size of the test piece is not particularly limited. For example, the size of the test piece is 10 mm in the rolling direction length x 5 mm in the width direction x 10 mm in the thickness direction. The surface including the rolling direction and the thickness direction (the surface of 10 mm×10 mm in the case of the test piece size described above) is used as the observation surface.

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。The observation surface of the test piece is mirror-polished. After mirror-polishing, the observation surface is immersed in a picral etching solution for about 10 seconds to reveal the grain boundaries of the prior austenite grains by etching. Ten arbitrary fields of view of the observation target area of the etched observation surface are observed with a secondary electron image using a scanning electron microscope (SEM) to generate a photographic image. The area of each field of view is, for example, 500 μm × 500 μm (magnification 200 times).

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。Using the generated photographic image, the grain size number is evaluated in accordance with the measurement method of the average intercept method specified in JIS G0551:2020. The grain size of the prior austenite grains in each field of view is determined from the evaluated grain size number. The arithmetic average value of the grain size of the prior austenite grains determined in 10 fields of view is defined as the grain size GS of the prior austenite grains (prior γ grain size GS) (μm).

[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。
[Yield strength of steel σ]
In the steel material according to this embodiment, the yield strength σ is 862 to 965 MPa. In this specification, the yield strength σ means the 0.2% offset proof stress obtained by a tensile test performed according to a method in accordance with JIS Z2241:2011. The steel material according to this embodiment satisfies the other configurations of this embodiment, and therefore has excellent hydrogen embrittlement resistance even if the prior γ grain size GS is more than 5.0 μm and the yield strength σ is 862 to 965 MPa.

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。In this embodiment, the preferred lower limit of the yield strength σ is 865 MPa. In this embodiment, the preferred upper limit of the yield strength σ is less than 965 MPa, more preferably 960 MPa, and even more preferably 955 MPa. The method for measuring the yield strength σ will be described later.

[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)。
[Yield point drop of steel Δσ]
In the steel material according to this embodiment, the yield point drop Δσ is 40 MPa or more. In this specification, the yield point drop Δσ means the difference between the maximum value of the stress in the elastic deformation region (upper yield point) and the 0.2% offset yield strength, obtained by a tensile test performed according to a method conforming to JIS Z2241:2011. That is, in this embodiment, the yield point drop Δσ is defined as the difference between the stress σ0 (MPa) at point P0 shown in Figure 3 and the stress σ (MPa) at point P shown in Figure 3 (Δσ = σ0 - σ).

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。 With reference to Figure 2, the stress-strain curve shown in Figure 2 does not have an area where the stress drops suddenly. Therefore, in the case of such a stress-strain curve, it is not possible to define a point equivalent to point P0, and the yield point drop Δσ cannot be defined. On the other hand, in a steel material showing a stress-strain curve such as that shown in Figure 1, elastic deformation is maintained even at stresses higher than the yield strength σ. In other words, the larger the yield point drop Δσ, the less likely plastic deformation will occur, and the higher the stress limit at which hydrogen embrittlement fracture occurs. In other words, the larger the yield point drop Δσ, the higher the potential for hydrogen embrittlement resistance.

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。Here, in a steel material having the above-mentioned chemical composition, a prior γ grain size GS of more than 5.0 to 30.0 μm, and a yield strength σ of 862 to 965 MPa, if the yield point drop Δσ is 40 MPa or more, excellent hydrogen embrittlement resistance can be stably obtained, provided that the other configurations of this embodiment are satisfied. Therefore, in the steel material according to this embodiment, the yield point drop Δσ is set to 40 MPa or more.

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。In this embodiment, the preferred lower limit of the yield point drop Δσ is 44 MPa, more preferably 48 MPa, even more preferably 55 MPa, and even more preferably 60 MPa. In this embodiment, the upper limit of the yield point drop Δσ is not particularly limited. The upper limit of the yield point drop Δσ of the steel material according to this embodiment may be, for example, 200 MPa, 150 MPa, 130 MPa, or 120 MPa. The method for measuring the yield point drop Δσ will be described later.

[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。
[Yield point elongation of steel Δε]
In the steel material according to this embodiment, the yield point elongation Δε is 1.5% or more. In this specification, the yield point elongation Δε means the magnitude of strain at which the plastic deformation region starts, obtained by a tensile test performed according to a method in accordance with JIS Z2241:2011. That is, in this embodiment, the yield point elongation Δε is defined as the strain (%) at point Q shown in FIG.

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。 With reference to Figure 2, the stress-strain curve shown in Figure 2 does not have a region where the stress remains constant even as the strain increases. Therefore, in the case of such a stress-strain curve, it is not possible to define a point equivalent to point Q, and the yield point elongation Δε cannot be defined. On the other hand, in a steel material showing a stress-strain curve such as that shown in Figure 1, the larger the yield point elongation Δε, the less likely plastic deformation will occur even if the amount of strain introduced into the steel material increases. Therefore, the larger the yield point elongation Δε, the higher the potential for the occurrence of hydrogen embrittlement fracture stress limit. In other words, the larger the yield point elongation Δε, the higher the potential for hydrogen embrittlement resistance.

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。Here, in a steel material having the above-mentioned chemical composition, a prior γ grain size GS of more than 5.0 to 30.0 μm, a yield strength σ of 862 to 965 MPa, and a yield point drop Δσ of 40 MPa or more, if the yield point elongation Δε is 1.5% or more, excellent hydrogen embrittlement resistance can be stably obtained. Therefore, in the steel material according to this embodiment, the yield point elongation Δε is set to 1.5% or more.

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。In this embodiment, the preferred lower limit of the yield point elongation Δε is 1.6%, more preferably 1.8%, even more preferably 2.0%, and even more preferably 2.2%. In this embodiment, the upper limit of the yield point elongation Δε is not particularly limited. The upper limit of the yield point elongation Δε of the steel material according to this embodiment may be, for example, 4.0%, 3.8%, 3.6%, or 3.5%. The method for measuring the yield point drop Δσ will be described later.

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。 As shown in FIG. 2, even if a steel material has a chemical composition, prior γ grain size GS, and yield strength σ that overlap with this embodiment, there may be cases where the yield point drop Δσ and the yield point elongation Δε cannot be defined. Here, in a steel material having the above-mentioned chemical composition, the yield point drop Δσ and the yield point elongation Δε are determined by the microstructure (phases, precipitates, and inclusions) of the steel material, and/or the state of the precipitates (crystal structure, size, and volume fraction), and/or the state of dislocations in the steel material (dislocation density, dislocation arrangement, and the ratio of edge dislocations to screw dislocations, etc.), and the balance between these. Therefore, it is considered that the steel material according to this embodiment has a yield point drop Δσ of 40 MPa or more and a yield point elongation Δε of 1.5% or more as a result of appropriately controlling the microstructure of the steel material, and/or the state of the precipitates, the state of the dislocations in the steel material, and the balance between these.

[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。
[Method of measuring yield strength σ, yield point drop Δσ, and yield point elongation Δε]
The yield strength σ, yield point drop Δσ, and yield point elongation Δε of the steel material according to this embodiment can be obtained by the following method. A tensile test is performed according to the method of JIS Z2241:2011. A round bar test piece is prepared from the steel material according to this embodiment. When the steel material is a steel plate, the round bar test piece is prepared from the center of the plate width and the center of the plate thickness. When the steel material is a steel pipe, the round bar test piece is prepared from the center of the wall thickness. When the steel material is a round steel, the round bar test piece is prepared from the R/2 position. The size of the round bar test piece is, for example, a parallel part diameter of 6.0 mm and a parallel part length of 40 mm. The round bar test piece is prepared so that the axial direction of the round bar test piece is parallel to the rolling direction of the steel material.

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。A tensile test is carried out at room temperature (25°C) in air using the prepared round bar test piece. The elastic deformation region and the plastic deformation region are identified from the stress-strain curve obtained by the tensile test. The elastic deformation region and the plastic deformation region can be identified by a person skilled in the art. The point on the stress-strain curve where the stress shows the maximum value in the elastic deformation region is defined as P0, and the stress at point P0 is defined as σ0 (MPa). Furthermore, the intersection point between the stress-strain curve and a straight line L that is parallel to the elastic deformation region and is translated 0.2% in the positive direction of the strain is defined as P, and the stress at point P is defined as σ (MPa). In this specification, "strain" means the so-called nominal strain.

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。The stress σ at the obtained point P is defined as the yield strength σ (MPa). The yield strength σ (MPa) is obtained by rounding off the obtained numerical value to the nearest tenth. As described above, the yield strength σ corresponds to the 0.2% offset yield strength. The difference between the stress σ0 at the obtained point P0 and the stress σ at point P is defined as the yield point drop Δσ (MPa). The yield point drop Δσ (MPa) is obtained by rounding off the obtained numerical value to the nearest tenth. Furthermore, the point on the stress-strain curve where the plastic deformation region begins is defined as Q. The strain (%) at the obtained point Q is defined as the yield point elongation Δε (%). The yield point elongation Δε (%) is obtained by rounding off the obtained numerical value to the nearest tenth.

[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/GS≧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。
[Formula (1)]
In the steel material according to the present embodiment, the prior γ grain size GS, the yield strength σ, and the yield point elongation Δε preferably satisfy the following formula (1): If the steel material according to the present embodiment satisfies formula (1), it has even better hydrogen embrittlement resistance.
σ×Δε/GS 2 ≧12 (1)
Here, the yield strength of the steel material is substituted in the unit of MPa for σ in formula (1), the yield point elongation of the steel material is substituted in the unit of % for Δε in formula (1), and the crystal grain size of prior austenite grains of the steel material is substituted in the unit of μm for GS in formula (1).

Fn1=σ×Δε/GS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。 It is defined as Fn1=σ×Δε/ GS2 . Fn1 is an index of hydrogen embrittlement resistance. On the premise that the other configurations of this embodiment are satisfied, if Fn1 is 12 or more, the steel material has even better hydrogen embrittlement resistance. Therefore, it is preferable that the steel material according to this embodiment has the above-mentioned chemical composition, the prior γ grain size GS is more than 5.0 to 30.0 μm, the yield strength σ is 862 to 965 MPa, the yield point drop Δσ is 40 MPa or more, the yield point elongation Δε is 1.5% or more, and further, Fn1 is 12 or more.

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。A more preferred lower limit for Fn1 is greater than 12, and even more preferably 13. The upper limit for Fn1 is not particularly limited, but may be, for example, 148, 135, 130, or 125. Fn1 is calculated by rounding off the obtained numerical value to one decimal place.

[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。
[Hydrogen embrittlement resistance]
The steel material according to this embodiment has the above-mentioned chemical composition, a prior γ grain size GS of more than 5.0 to 30.0 μm, a yield strength σ of 862 to 965 MPa, a yield point drop Δσ of 40 MPa or more, and a yield point elongation Δε of 1.5% or more. As a result, the steel material according to this embodiment has high strength and excellent hydrogen embrittlement resistance even if the prior γ grain size GS is more than 5.0 μm. In this embodiment, the excellent hydrogen embrittlement resistance can be evaluated by the following method.

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。A test piece for evaluating hydrogen embrittlement resistance is prepared from the steel material according to this embodiment. The test piece is a round bar test piece with an annular notch. For example, the parallel part of the test piece has a diameter of 4.0 mm and a length of 25 mm, and an annular notch is formed at the longitudinal center position of the parallel part. At this time, the notch shape has a notch depth of 0.3 mm, a notch angle of 60°, and a curvature radius of the notch bottom of 0.125 mm. When the steel material is a steel plate, a round bar test piece is prepared from the center of the plate width and the plate thickness t/4 position. When the steel material is a steel pipe, a round bar test piece is prepared from the center of the wall thickness. When the steel material is a round steel, a round bar test piece is prepared from the R/2 position.

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NHSCN、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。 Hydrogen was charged to the prepared circular notched round bar test specimen by cathodic hydrogen charging. Specifically, a cathodic hydrogen charging solution at room temperature was prepared. The cathodic hydrogen charging solution was an aqueous solution containing 5 mass% sodium chloride solution at room temperature, 30 g/L NH 4 SCN, and acetate buffer, and the pH before the test was adjusted to pH 3.5 using the acetate buffer.

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。 With the annular notched round bar test specimen immersed in the cathodic hydrogen charging solution, hydrogen is charged into the annular notched round bar test specimen at a potential of -1.5 V for a charging time of 24 hours. At this time, a zinc plating film is preferably formed on the surface of the annular notched round bar test specimen that has been charged with hydrogen, to prevent hydrogen from leaking out from within the annular notched round bar test specimen.

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。 A tensile test is performed on the hydrogen-charged annular notched round bar test piece in air at room temperature (25°C) using a slow strain rate testing machine (SSRT). At this time, the strain rate is set to 4.2 x 10-6 /sec to determine the breaking stress BS1. The breaking stress BS1 is determined by rounding the obtained value to the nearest tenth. In this embodiment, if the breaking stress BS1 obtained under the above conditions is 950 MPa or more, it is determined that the specimen has excellent hydrogen embrittlement resistance. Furthermore, in this embodiment, if the breaking stress BS1 obtained under the above conditions is 970 MPa or more, it is determined that the specimen has even more excellent hydrogen embrittlement resistance.

[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。
[Microstructure]
In the microstructure of the steel material according to this embodiment, the total area ratio of tempered martensite and tempered bainite is 90% or more. The remainder of the microstructure is, for example, ferrite and/or pearlite. In this embodiment, when the steel material has the above-mentioned chemical composition, the prior γ grain size GS is more than 5.0 to 30.0 μm, the yield strength σ is 862 to 965 MPa, the yield point drop Δσ is 40 MPa or more, and the yield point elongation Δε is 1.5% or more, the steel material can be determined to have a total area ratio of tempered martensite and tempered bainite of 90% or more.

[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。
[Method for measuring total area ratio of tempered martensite and tempered bainite]
The total area ratio of tempered martensite and tempered bainite in the microstructure of the steel material of this embodiment can also be obtained by the following method. A test piece having an observation surface is prepared from the steel material. When the steel material is a steel plate, a test piece having an observation surface parallel to the rolling direction, including the plate thickness t/4 position, which is the observation target region, is taken from the plate width center. When the steel material is a steel pipe, a test piece having an observation surface parallel to the tube axis direction, including the wall thickness center, which is the observation target region, is prepared. When the steel material is a round steel, a test piece having an observation surface parallel to the rolling direction, including the R/2 position, which is the observation target region. The size of the test piece is not particularly limited. The size of the test piece is, for example, 10 mm in the length in the rolling direction x 5 mm in the width direction x 10 mm in the thickness direction. When the steel material is a steel plate, the thickness direction corresponds to the plate thickness direction, and the width direction corresponds to the plate width direction. When the steel material is a steel pipe, the rolling direction corresponds to the pipe axis direction, the thickness direction corresponds to the wall thickness direction, and the width direction corresponds to the direction perpendicular to the pipe axis direction and the wall thickness direction (circumferential direction). When the steel material is a round steel, the rolling direction corresponds to the pipe axis direction, the thickness direction corresponds to the radial direction, and the width direction corresponds to the direction perpendicular to the rolling direction and the radial direction (circumferential direction). The surface including the rolling direction and the thickness direction (the surface of 10 mm x 10 mm in the case of the test piece size described above) is the observation surface.

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、400μm(倍率5000倍)である。 After the observation surface of the test piece is polished to a mirror finish, it is immersed in a nital etching solution for about 10 seconds to reveal the structure by etching. Any 10 fields of view within the observation area of the etched observation surface are observed as secondary electron images using a scanning electron microscope (SEM). When the steel material is a steel plate, the observation area is at the plate thickness t/4 position. When the steel material is a steel pipe, the observation area is at the center of the wall thickness. When the steel material is a round bar, the observation area is at the R/2 position. The area of each of the 10 fields of view within the observation area is, for example, 400 μm 2 (magnification 5000 times).

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。 In each field, tempered martensite and tempered bainite are identified. In each field, tempered martensite and tempered bainite can be distinguished from other structures (ferrite, pearlite, etc.) based on their morphology. Specifically, structures with lamellar structures can be identified as pearlite. Structures containing laths and lenses can be identified as tempered martensite and tempered bainite. Structures without substructures within the grains can be identified as ferrite.

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。The total area ratio of the identified tempered martensite and tempered bainite is determined. The method for determining the total area ratio is not particularly limited, and any well-known method may be used. For example, the total area ratio of tempered martensite and tempered bainite can be determined by image analysis. In this embodiment, the arithmetic average value of the total area ratio of tempered martensite and tempered bainite determined in all fields of view (10 fields of view) is defined as the total area ratio (%) of tempered martensite and tempered bainite.

[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。
[Shapes and uses of steel materials]
The shape of the steel material according to the present embodiment is not particularly limited. The steel material according to the present embodiment may be a steel pipe, a steel plate, or a round bar.

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。 Preferably, the steel material of this embodiment is any one of steel pipes for oil wells, steel pipes for line pipes, and steel pipes for high-pressure hydrogen containers. Steel pipes for oil wells refer to steel pipes for use as oil well pipes. Oil well pipes are, for example, casings, tubing, drill pipes, etc. used for drilling oil wells or gas wells, extracting crude oil or natural gas, etc. Steel pipes for line pipes refer to steel pipes for use as line pipes that constitute pipelines for transporting production fluids (crude oil or natural gas) extracted from oil wells or gas wells. Pipelines include, for example, flow lines that transport production fluids from oil wells or gas wells, gathering lines that collect the production fluids transported by the flow lines and transport them to primary treatment facilities, trunk lines that transport production fluids that have been subjected to primary treatment such as dehydration to the vicinity of the market, and distribution lines that transport them to consumers. The steel pipe for high-pressure hydrogen containers is standardized by ISO11439, ANSI/NGV, the High Pressure Gas Safety Act, the Container Safety Regulations Exemplary Standards, etc., and refers to a steel pipe used for high-pressure hydrogen containers in which high-pressure hydrogen gas is stored. The steel material of this embodiment may be a steel pipe for high-pressure hydrogen containers, a steel pipe for high-pressure hydrogen accumulators, or a steel pipe for high-pressure hydrogen cylinders.

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。More preferably, the steel material of this embodiment is any one of seamless steel pipes for oil wells, seamless steel pipes for line pipes, and seamless steel pipes for high-pressure hydrogen containers. Seamless steel pipes for oil wells means that the steel pipes for oil wells are seamless steel pipes. Seamless steel pipes for line pipes means that the steel pipes for line pipes are seamless steel pipes. Seamless steel pipes for high-pressure hydrogen containers means that the steel pipes for high-pressure hydrogen containers are seamless steel pipes. The steel material of this embodiment may be seamless steel pipes for high-pressure hydrogen containers, or may be seamless steel pipes for high-pressure hydrogen storage tanks or seamless steel pipes for high-pressure hydrogen cylinders.

[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。
[Production method]
An example of a method for manufacturing a steel material according to this embodiment will be described below. Note that the manufacturing method described below is just one example, and the manufacturing method for a steel material according to this embodiment is not limited to this. In other words, as long as a steel material according to this embodiment having the above-mentioned configuration can be manufactured, the manufacturing method is not limited to the manufacturing method described below. However, the manufacturing method described below is a suitable manufacturing method for manufacturing a steel material according to this embodiment.

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。
An example of a method for manufacturing a steel material according to this embodiment includes the following steps.
(Step 1) Material preparation step (Step 2) Hot working step (Step 3) Quenching and tempering step (Step 4) Low-temperature heat treatment step In this manufacturing method, the following conditions are satisfied in step 4, the low-temperature heat treatment step.
(Condition 1) Hold at 150 to 250° C. for 10 minutes or more.
Each step will be described below.

[(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。
[(Process 1) Material preparation process]
In the material preparation process, first, molten steel having the above-mentioned chemical composition is produced by a known refining method. The produced molten steel is then used to produce a cast piece by a continuous casting method. Here, the cast piece is called a slab. Instead of the cast piece, an ingot may be produced by an ingot casting method using the above molten steel. If necessary, the slab, bloom or ingot may be hot-rolled to produce a billet. Through the above-described manufacturing process, a material (slab, bloom, or billet) is manufactured.

[(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。
[(Step 2) Hot working step]
In the hot working process, the prepared material is hot worked to produce an intermediate steel material. When the final product is a steel pipe, the material is first heated in a heating furnace. The heating temperature is not particularly limited, but is, for example, 1100 to 1300°C. The material extracted from the heating furnace is hot worked to produce a mother pipe (seamless steel pipe). For example, the Mannesmann process is carried out as the hot working to produce a mother pipe. In this case, the billet is pierced and rolled using a piercing machine. The billet after piercing and rolling is subjected to elongation rolling using a mandrel mill. Furthermore, as necessary, the billet after elongation rolling is subjected to sizing rolling using a reducer or a sizing mill. Through the above steps, a mother pipe is produced.

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。A blank pipe may be manufactured from the billet by a hot working method other than the Mannesmann process. For example, in the case of a short, thick-walled steel material such as a coupling, the blank pipe may be manufactured by forging such as the Erhardt process, or by hot extrusion.

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。When the final product is a steel plate, for example, the raw material (slab) is hot-rolled using one or more rolling mills including a pair of roll groups to produce an intermediate steel material (steel material). The heating temperature before hot rolling is not particularly limited, but is, for example, 1100 to 1300°C.

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。 When the final product is round steel, for example, the raw material (bloom) is subjected to blooming using a blooming mill and/or hot rolling using a continuous rolling mill to produce intermediate steel (round steel). In other words, the raw material may be bloomed to produce round steel, or the raw material may not be bloomed but hot rolled using a continuous rolling mill to produce round steel, or the raw material may be bloomed using a blooming mill and hot rolled using a continuous rolling mill to produce round steel. A continuous rolling mill has multiple rolling stands lined up in a row, and each stand includes a pair of rolling rolls. When blooming is performed, the heating temperature before blooming is not particularly limited, but is, for example, 1100 to 1300°C. When hot rolling is performed using a continuous rolling mill, the heating temperature before hot rolling is not particularly limited, but is, for example, 1100 to 1300°C.

[(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。
[(Step 3) Quenching and tempering step]
In the quenching and tempering process, the intermediate steel material after the hot working process is subjected to the quenching and tempering processes.

[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。
[Quenching process]
In the quenching process, the intermediate steel material produced in the hot working process is quenched. Quenching is performed by a well-known method. Specifically, the intermediate steel material after hot working is loaded into a heat treatment furnace and held at the quenching temperature. The quenching temperature is equal to or higher than the A C3 transformation point, for example, 900 to 1000°C. After holding the intermediate steel material at the quenching temperature, it is rapidly cooled (quenched).

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。 If the quenching temperature is too high, the crystal grains may become coarse, and the prior γ grain size GS may become too large in the manufactured steel material. On the other hand, if the quenching temperature is too low, coarse carbides may remain in the manufactured steel material. In this case, a yield strength σ of 862 MPa or more cannot be obtained. Therefore, in the quenching process according to this embodiment, the quenching temperature is equal to or higher than the A C3 transformation point, and specifically, it is preferable that the quenching temperature is 900 to 1000°C.

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。The holding time at the quenching temperature is not particularly limited, but is, for example, 10 to 60 minutes. The quenching method is, for example, water cooling. The quenching method is not particularly limited. When the steel material is a steel pipe, the blank pipe may be quenched by immersing it in a water tank or an oil tank, or the blank pipe may be quenched by pouring cooling water onto the outer and/or inner surface of the blank pipe or by spraying cooling water from a nozzle.

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。After hot working, the steel may be quenched (direct quenching) immediately after hot working without being cooled to room temperature, or the steel may be loaded into a reheating furnace before the temperature of the hot worked steel drops and held at the quenching temperature before quenching is performed.

[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。
[Tempering process]
In the tempering process, the steel material after the quenching process is tempered. In the tempering process, the yield strength σ of the steel material is adjusted to 862 to 965 MPa. Note that a person skilled in the art can adjust the yield strength σ of the steel material to 862 to 965 MPa by adjusting the conditions of the tempering process.

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。 The tempering temperature and holding time are not particularly limited as long as the yield strength σ of the produced steel material is 862 to 965 MPa. Specifically, the tempering temperature is, for example, 650°C to the A C1 transformation point. The holding time at the tempering temperature is not particularly limited, but is, for example, 10 to 180 minutes. The yield strength of the steel material having the above-mentioned chemical composition is adjusted by appropriately adjusting the tempering temperature according to the chemical composition. Here, the tempering temperature means the furnace temperature (°C) in the heat treatment furnace, and the holding time at the tempering temperature means the in-furnace time (the time from charging into the heat treatment furnace to being extracted).

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。The quenching and tempering processes may be performed once each, or multiple times. For example, after performing the quenching and tempering processes, the quenching and tempering processes may be performed again. When the quenching and tempering processes are performed multiple times, the prior gamma grain size GS may become smaller in the manufactured steel material.

[(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。
[(Step 4) Low-temperature heat treatment step]
In the low-temperature heat treatment step, the steel material after the quenching and tempering steps is subjected to a low-temperature heat treatment under the conditions described in Condition 1 below.

[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。
[Regarding Condition 1]
(Condition 1) Hold at 150 to 250° C. for 10 minutes or more.
In this embodiment, the steel material after the tempering process is held at 150 to 250° C. for 10 minutes or more. Here, the heat treatment temperature in the low-temperature heat treatment process means the furnace temperature (° C.) in the heat treatment furnace, and the heat treatment time means the time spent in the furnace (the time from when the steel material is charged into the heat treatment furnace until when the steel material is extracted).

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。Heat treatment at 150 to 250°C may stabilize dislocations. If dislocations are stabilized, plastic deformation is less likely to occur. As a result, the yield point drop Δσ becomes 40 MPa or more, and the yield point elongation Δε becomes 1.5% or more. Therefore, in the low-temperature heat treatment process according to this embodiment, heat treatment is performed at 150 to 250°C for 10 minutes or more.

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。If the heat treatment temperature is too low, the above effect cannot be sufficiently obtained. In other words, the dislocations are not sufficiently stabilized, and the yield point drop Δσ cannot be defined in the manufactured steel, or the yield point drop Δσ may be less than 40 MPa. In this case, the yield point elongation Δε may not be defined, or the yield point elongation Δε may be less than 1.5%. On the other hand, if the heat treatment temperature is too high, the dislocations may not be sufficiently stabilized. Therefore, in the manufactured steel, the yield point drop Δσ may not be defined, or the yield point drop Δσ may be less than 40 MPa. In this case, the yield point elongation Δε may not be defined, or the yield point elongation Δε may be less than 1.5%.

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。If the heat treatment time is too short, the above effects are not fully achieved. In other words, the dislocations are not sufficiently stabilized, and the yield point drop Δσ in the manufactured steel may not be defined, or the yield point drop Δσ may be less than 40 MPa. In this case, the yield point elongation Δε may not be defined, or the yield point elongation Δε may be less than 1.5%. On the other hand, if the heat treatment time is too long, the above effects will saturate. Therefore, the upper limit of the heat treatment time is not particularly limited, but is, for example, 60 minutes.

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。 By carrying out the above manufacturing process, the steel material according to this embodiment can be manufactured. Below, the effects of the steel material according to this embodiment will be explained in more detail using examples. The various conditions in the examples described below are one example of conditions adopted to confirm the feasibility and effects of the steel material according to this embodiment. Therefore, the steel material according to this embodiment is not limited to the one example of conditions described in the examples.

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。 Steel materials (steel plates) were manufactured having the chemical compositions shown in Tables 1-1 and 1-2. Note that "-" in Tables 1-1 and 1-2 indicates that the content of the corresponding element is below the impurity level.

Figure 0007564498000001
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Figure 0007564498000002
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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。 The steel materials with each sample code were manufactured by the following method. Ingots having the chemical compositions shown in Tables 1-1 and 1-2 were manufactured by casting. The ingots were hot forged to produce blocks of material 50 mm thick.

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。The block material was subjected to a hot working process. Specifically, the block material was heated to 1250°C. After heating, the block material was hot rolled to produce a steel material (steel plate) having a thickness of 15 mm. The produced steel material was allowed to cool to room temperature.

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。 The steel material that had been allowed to cool to room temperature was subjected to quenching and tempering processes. Specifically, the steel material was quenched by holding it at the temperature (°C) in the "Quenching process" column shown in Table 2 for the time (minutes), and then water-cooling. The steel material after quenching was tempered. It was held at the temperature (°C) in the "Tempering process" column shown in Table 2 for the time (minutes). Then, the tempered steel material was subjected to a low-temperature heat treatment process. It was held at the temperature (°C) in the "Low-temperature heat treatment process" column shown in Table 2 for the time (minutes). Note that the low-temperature heat treatment process was not performed on the steel material with sample code ZR. Steel materials (steel plates) with each sample code were manufactured using the above manufacturing process.

Figure 0007564498000003
Figure 0007564498000003

[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。
[Evaluation test]
The manufactured steel was subjected to a prior-γ grain size measurement test, a tensile test, and a hydrogen embrittlement resistance evaluation test.

[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。
[Old gamma particle size measurement test]
A test piece was prepared from the center of the sheet width of each sample steel material, including the sheet thickness t/4 position, which is the observation target region, and including the rolling direction and the sheet thickness direction as the observation surface. The size of the test piece was 10 mm in the rolling direction, 5 mm in the sheet width direction, and 10 mm in the sheet thickness direction. The observation surface was 10 mm in the rolling direction x 10 mm in the sheet thickness direction. The prior γ grain size GS (μm) of the collected test piece was determined according to the above-mentioned method. At this time, the field area was 500 μm x 500 μm (magnification 200 times). The obtained prior γ grain size GS (μm) is shown in the "prior γ grain size GS (μm)" column in Table 3.

Figure 0007564498000004
Figure 0007564498000004

[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/GS)を得た。得られたFn1を表3中の「Fn1」欄に示す。
[Tensile test]
A round bar test piece was taken from the center of the plate thickness of the steel material of each sample code. The diameter of the parallel part of the round bar test piece was 6.0 mm, and the length of the parallel part was 40 mm. The axial direction of the round bar test piece was parallel to the rolling direction of the steel material. Using the round bar test piece, the yield strength σ (MPa), yield point drop Δσ (MPa), and yield point elongation Δε (%) were obtained according to the above-mentioned method. The maximum stress during uniform elongation in the tensile test was defined as the tensile strength (MPa). The obtained yield strength σ is shown in the "Yield strength σ (MPa)" column in Table 3. The obtained tensile strength is shown in the "Tensile strength (MPa)" column in Table 3. The obtained yield point drop Δσ is shown in the "Yield point drop Δσ (MPa)" column in Table 3. The obtained yield point elongation Δε is shown in the "Yield point elongation Δε (%)" column in Table 3. In addition, when the yield point drop Δσ and the yield point elongation Δε cannot be defined, they are indicated as "-" in Table 3. Furthermore, Fn1 (=σ×Δε/GS 2 ) was obtained from the obtained prior γ grain size GS (μm), yield strength σ (MPa), and yield point elongation Δε (%), as well as the above definitions. The obtained Fn1 is shown in the "Fn1" column in Table 3.

[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。
[Hydrogen embrittlement resistance evaluation test]
Two round bar test pieces with an annular notch were prepared from the center of the plate width and the plate thickness t/4 position of each sample steel. The diameter of the parallel part of each test piece was 4.0 mm, the length of the parallel part was 25 mm, and an annular notch was formed at the center position in the longitudinal direction of the parallel part. The notch shape had a notch depth of 0.3 mm, a notch angle of 60°, and a curvature radius of the notch bottom of 0.125 mm.

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NHSCN、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。 Hydrogen was charged to one of the two annular notched round bar specimens by the cathodic hydrogen charging method. Specifically, a cathodic hydrogen charging solution was prepared at room temperature. The cathodic hydrogen charging solution was an aqueous solution containing 5 mass% sodium chloride solution at room temperature, 30 g/L NH 4 SCN, and an acetate buffer solution, and the pH of the solution before the test was adjusted to pH 3.5 using the acetate buffer solution.

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。 The annular notched round bar test specimens were immersed in the cathodic hydrogen charging solution and charged with hydrogen at a potential of -1.5 V for a charging time of 24 hours. In other words, a sour environment was simulated by charging with hydrogen. A zinc plating film was formed under the same conditions for each sample code on the surface of the hydrogen-charged annular notched round bar test specimens to prevent hydrogen from leaking out from within the annular notched round bar test specimens. Hydrogen was not charged to the other annular notched round bar test specimen.

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。 A tensile test was performed on the annular notched round bar specimens having the zinc plating coating at room temperature in air at a strain rate of 4.2 × 10 -6 /sec using a slow strain rate testing machine (SSRT), and the breaking stress BS1 (MPa) in a hydrogen environment was determined.

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。 Furthermore, a tensile test was carried out on annularly notched round bar test pieces of each sample code that had not been charged with hydrogen at room temperature in air at a strain rate of 4.2×10 −6 /sec using a slow strain rate testing machine (SSRT), and the breaking stress in air, BS0 (MPa), was determined.

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。The obtained breaking stress BS0 (MPa) in air is shown in the "Air (MPa)" column of the "Notched tensile test results" column in Table 3. The obtained breaking stress BS1 (MPa) in a hydrogen environment is shown in the "Hydrogen environment (MPa)" column of the "Notched tensile test results" column in Table 3.

[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。
[Evaluation Results]
With reference to Tables 1-1, 1-2, 2, and 3, the samples A to X had the above-mentioned chemical composition, the prior γ grain size GS was greater than 5.0 to 30.0 μm, the yield strength σ was 862 to 965 MPa, the yield point drop Δσ was 40 MPa or more, and the yield point elongation Δε was 1.5% or more. As a result, the fracture stress BS1 in a hydrogen environment was 950 MPa or more, and the steel had excellent hydrogen embrittlement resistance. In other words, even if the prior γ grain size GS was greater than 5.0 μm, these steel materials had high strength and excellent hydrogen embrittlement resistance. It was determined that the total area ratio of tempered martensite and tempered bainite in the microstructure of the samples A to X was 90% or more.

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。Furthermore, samples A to U had Fn1 of 12 or more. As a result, the fracture stress BS1 in a hydrogen environment was 970 MPa or more, and the samples had even better resistance to hydrogen embrittlement.

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。On the other hand, sample ZA had too low a C content. As a result, the rupture stress BS1 of this steel in a hydrogen environment was less than 950 MPa, and it did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。 Sample ZB had too high a C content. As a result, the yield strength σ of this steel exceeded 965 MPa. As a result, the fracture stress BS1 in a hydrogen environment was less than 950 MPa, and this steel did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。Sample ZC had too low a Si content. As a result, the steel had a fracture stress BS1 in a hydrogen environment of less than 950 MPa and did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。Sample ZD had too high a Si content. As a result, the steel had a fracture stress BS1 in a hydrogen environment of less than 950 MPa and did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。 Sample code ZE had too high a Mn content. As a result, the steel had a fracture stress BS1 in a hydrogen environment of less than 950 MPa and did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。 Sample code ZF had too low a Cr content. As a result, the steel had a fracture stress BS1 in a hydrogen environment of less than 950 MPa and did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。Sample ZG had too high a Cr content. As a result, the steel had a fracture stress BS1 in a hydrogen environment of less than 950 MPa and did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。Sample ZH had too low a Mo content. As a result, the steel had a fracture stress BS1 in a hydrogen environment of less than 950 MPa and did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。Sample ZI had too high a Mo content. As a result, the steel had a fracture stress BS1 in a hydrogen environment of less than 950 MPa and did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。 Sample ZJ had too low a V content. As a result, the yield strength σ of this steel was less than 862 MPa. As a result, the fracture stress BS1 in a hydrogen environment was less than 950 MPa, and this steel did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。 Sample ZK had too high a V content. As a result, the yield strength σ of this steel exceeded 965 MPa. As a result, the fracture stress BS1 in a hydrogen environment was less than 950 MPa, and this steel did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。 The Nb content of sample ZL was too low. As a result, the yield drop Δσ of this steel could not be defined. As a result, the fracture stress BS1 in a hydrogen environment was less than 950 MPa, and this steel did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。Sample ZM had too high a Nb content. As a result, the steel had a fracture stress BS1 in a hydrogen environment of less than 950 MPa and did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。Sample ZN had too high a Ti content. As a result, the steel had a fracture stress BS1 in a hydrogen environment of less than 950 MPa and did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。Sample code ZO had too low a B content. As a result, the steel had a fracture stress BS1 in a hydrogen environment of less than 950 MPa and did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。Sample ZP had too high a B content. As a result, the steel had a fracture stress BS1 in a hydrogen environment of less than 950 MPa and did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。Sample ZQ had too high a N content. As a result, the steel had a fracture stress BS1 in a hydrogen environment of less than 950 MPa and did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。 Sample ZR did not undergo a low-temperature heat treatment process. As a result, the yield point drop Δσ and yield point elongation Δε could not be defined for this steel. As a result, the rupture stress BS1 in a hydrogen environment was less than 950 MPa, and this steel did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。 For sample ZS, the heat treatment temperature in the low-temperature heat treatment process was too low. As a result, the yield point drop Δσ and yield point elongation Δε could not be defined for this steel. As a result, the fracture stress BS1 in a hydrogen environment was less than 950 MPa, and this steel did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。 For sample code ZT, the heat treatment temperature in the low-temperature heat treatment process was too high. As a result, the yield point drop Δσ of this steel could not be defined. As a result, the yield point elongation Δε of this steel was less than 1.5%. As a result, the fracture stress BS1 in a hydrogen environment was less than 950 MPa, and this steel did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。 For sample ZU, the heat treatment time in the low-temperature heat treatment step was too short. As a result, the yield point drop Δσ of this steel was less than 40 MPa. As a result, the fracture stress BS1 in a hydrogen environment was less than 950 MPa, and the steel did not have excellent hydrogen embrittlement resistance.

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。 The above describes the embodiments of the present disclosure. However, the above-described embodiments are merely examples for implementing the present disclosure. Therefore, the present disclosure is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented by modifying the above-described embodiments as appropriate within the scope of the spirit of the present disclosure.

Claims (8)

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。
A steel material,
The chemical composition, in mass%, is
C: 0.20% to 0.45%,
Si: 0.05-1.50%,
Mn: 0.01-1.00%,
P: 0.030% or less,
S: 0.0100% or less,
Cr: 0.40-1.10%,
Mo: 0.40-1.30%,
V: 0.01-0.30%,
Nb: 0.005-0.100%,
Ti: 0.001 to 0.030%,
Al: 0.005-0.100%,
B: 0.0005-0.0050%,
N: 0.0100% or less,
O: 0.0050% or less,
W: 0-2.00%,
Co: 0 to 0.20%,
Mg: 0 to 0.0100%,
Ca: 0-0.0100%,
Rare earth elements: 0 to 0.0100%,
Cu: 0 to 0.40%,
Ni: 0 to 0.20%,
Sn: 0 to 0.10%; and
The balance is Fe and impurities,
In the microstructure of the steel material, the total area ratio of tempered martensite and tempered bainite is 90% or more,
The grain size GS of the prior austenite grains is more than 5.0 to 30.0 μm,
The yield strength σ is 862 to 965 MPa,
The yield point drop Δσ is 40 MPa or more,
The yield point elongation Δε is 1.5% or more.
Steel.
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。
The steel material according to claim 1,
The chemical composition is
W: 0.01-2.00%,
Co: 0.01-0.20%,
Mg: 0.0001 to 0.0100%,
Ca: 0.0001-0.0100%,
Rare earth elements: 0.0001 to 0.0100%,
Cu: 0.01-0.40%,
Ni: 0.01 to 0.20%, and
Sn: 0.01 to 0.10%,
Contains one or more elements selected from the group consisting of
Steel.
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/GS≧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。
The steel material according to claim 1,
The grain size GS of the prior austenite grains, the yield strength σ, and the yield point elongation Δε satisfy the following formula (1):
Steel.
σ×Δε/GS 2 ≧12 (1)
Here, the yield strength of the steel material is substituted in the unit of MPa for σ in formula (1), the yield point elongation of the steel material is substituted in the unit of % for Δε in formula (1), and the crystal grain size of prior austenite grains of the steel material is substituted in the unit of μm for GS in formula (1).
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/GS≧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。
The steel material according to claim 2,
The grain size GS of the prior austenite grains, the yield strength σ, and the yield point elongation Δε satisfy the following formula (1):
Steel.
σ×Δε/GS 2 ≧12 (1)
Here, the yield strength of the steel material is substituted in MPa in σ in formula (1), the yield point elongation of the steel material is substituted in %, and the grain size of prior austenite grains of the steel material is substituted in μm in GS in formula (1).
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。
The steel material according to any one of claims 1 to 4,
The steel material is any one of a steel pipe for oil wells, a steel pipe for line pipes, and a steel pipe for high-pressure hydrogen containers.
Steel.
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。
The steel material according to any one of claims 1 to 4,
The steel material is any one of a seamless steel pipe for oil wells, a seamless steel pipe for line pipes, and a seamless steel pipe for high-pressure hydrogen containers.
Steel.
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。
The steel material according to claim 5,
The steel pipe for a high-pressure hydrogen container is either a steel pipe for a high-pressure hydrogen storage tank or a steel pipe for a high-pressure hydrogen cylinder.
Steel.
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。
The steel material according to claim 6,
The seamless steel pipe for a high-pressure hydrogen container is either a seamless steel pipe for a high-pressure hydrogen storage tank or a seamless steel pipe for a high-pressure hydrogen cylinder.
Steel.
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