JP2023160582A - Steel - Google Patents

Steel Download PDF

Info

Publication number
JP2023160582A
JP2023160582A JP2022071028A JP2022071028A JP2023160582A JP 2023160582 A JP2023160582 A JP 2023160582A JP 2022071028 A JP2022071028 A JP 2022071028A JP 2022071028 A JP2022071028 A JP 2022071028A JP 2023160582 A JP2023160582 A JP 2023160582A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
steel material
hydrogen
content
steel
test
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022071028A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
浩行 富士
Hiroyuki Fuji
泰志 藤城
Yasushi Fujishiro
卓也 原
Takuya Hara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP2022071028A priority Critical patent/JP2023160582A/en
Publication of JP2023160582A publication Critical patent/JP2023160582A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

To provide a steel that can prevent hydrogen from infiltrating steel under highly corrosive sour environments.SOLUTION: A steel disclosed herein has a chemical composition comprising, in mass%, C: 0.20-0.45%, Si: 0.60-1.30%, Mn: 0.02-1.00%, P: 0.050% or less, S: 0.0050% or less, Al: 0.010-0.100%, N: 0.0100% or less, Cr: 0.10-3.00%, Mo: 0.35-3.00%, Cu: 0.01-0.50%, Ni: 0.01-0.50%, Zr: 0.0010-0.1000%, O: 0.0050% or less, with the balance being Fe and impurities.SELECTED DRAWING: Figure 3

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に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION This disclosure relates to steel, and more particularly to steel used in sour environments.

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。腐食性物質は例えば、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。本明細書において、常温とは、24±3℃を意味する。 Some oil wells and gas wells (hereinafter, oil wells and gas wells are collectively referred to as "oil wells") have environments that contain many corrosive substances. The corrosive substance is, for example, a corrosive gas such as hydrogen sulfide. In this specification, an environment containing hydrogen sulfide is referred to as a "sour environment." The temperature of the sour environment ranges from room temperature to about 200°C, depending on the depth of the well. In this specification, normal temperature means 24±3°C.

このようなサワー環境で使用される鋼材として、例えば、油井管として適用される、油井用鋼管がある。サワー環境で使用される鋼材では、腐食性物質との接触により、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)に代表される水素脆化割れが発生しやすい。特に、サワー環境のうち、HS分圧が1bar以上の環境を、本明細書では「高腐食サワー環境」と定義する。 An example of a steel material used in such a sour environment is steel pipes for oil wells, which are used as oil country tubular goods. When steel materials used in sour environments come into contact with corrosive substances, an electrochemical reaction occurs and hydrogen is generated on the surface of the steel material. Due to this hydrogen, hydrogen embrittlement cracking, typified by sulfide stress corrosion cracking (SSC), is likely to occur in steel materials. In particular, among sour environments, an environment in which the partial pressure of H 2 S is 1 bar or more is defined herein as a "highly corrosive sour environment."

高腐食サワー環境では、次のプロセスにより、鋼材中で水素脆化が発生すると考えられている。図1は、鋼材の表面から鋼材の内部に水素が侵入するプロセスを説明するための模式図である。図1を参照して、初めに、鋼材1が高腐食サワー環境中で腐食すると、鋼材1中のFeがFe2+となって、環境中に溶解する。このとき、電子eが鋼材1の外部に放出される(A:腐食の発生)。環境中に存在する水素イオンHが、鋼材1から放出された電子eを受け取って還元され、吸着水素原子Hadとして鋼材1の表面に吸着する(B:水素イオンの吸着反応)。以上のメカニズムにより、鋼材1の表面には、複数の吸着水素原子Hadが存在する。これらの吸着水素原子Hadのほとんどは、吸着水素原子Had同士で結合して水素ガスHとなり、鋼材1の表面から環境中に離脱する。しかしながら、鋼材1の表面に存在する複数の吸着水素原子Hadのうち、ごく一部の吸着水素原子Hadは、鋼材1の表面から鋼材1の内部に侵入して、侵入水素原子Habとなる(C:水素の侵入)。そして、侵入水素原子Habにより、鋼材中で水素脆化が発生する。 In a highly corrosive sour environment, hydrogen embrittlement is thought to occur in steel materials through the following process. FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a process in which hydrogen penetrates into the interior of a steel material from the surface of the steel material. Referring to FIG. 1, first, when steel material 1 corrodes in a highly corrosive sour environment, Fe in steel material 1 becomes Fe 2+ and dissolves in the environment. At this time, electrons e - are released to the outside of the steel material 1 (A: occurrence of corrosion). Hydrogen ions H + present in the environment receive electrons e emitted from the steel material 1, are reduced, and are adsorbed on the surface of the steel material 1 as adsorbed hydrogen atoms H ad (B: adsorption reaction of hydrogen ions). Due to the above mechanism, a plurality of adsorbed hydrogen atoms Had exist on the surface of the steel material 1. Most of these adsorbed hydrogen atoms H ad combine with each other to become hydrogen gas H 2 and are released from the surface of the steel material 1 into the environment. However, among the plurality of adsorbed hydrogen atoms H ad existing on the surface of the steel material 1, a small portion of the adsorbed hydrogen atoms H ad enters into the interior of the steel material 1 from the surface of the steel material 1, and becomes the invading hydrogen atoms H ab . (C: Invasion of hydrogen). Hydrogen embrittlement occurs in the steel material due to the intruding hydrogen atoms H ab .

高腐食サワー環境では、上述の水素の鋼材への侵入(侵入水素原子Hab)がより顕著になり、水素脆化割れが発生しやすい。そのため、高腐食サワー環境下で使用される鋼材では、水素の鋼材への侵入を抑制できる方が好ましい。 In a highly corrosive sour environment, the above-mentioned penetration of hydrogen into the steel material (invading hydrogen atoms H ab ) becomes more pronounced, and hydrogen embrittlement cracking is likely to occur. Therefore, for steel materials used in highly corrosive sour environments, it is preferable to be able to suppress hydrogen from penetrating into the steel materials.

高腐食サワー環境においても優れた耐SSC性が得られる鋼材が、国際公開第2017/150251号(特許文献1)、国際公開第2017/150252号(特許文献2)、及び、国際公開第2018/043570号(特許文献3)に提案されている。 Steel materials that can obtain excellent SSC resistance even in highly corrosive sour environments are disclosed in International Publication No. 2017/150251 (Patent Document 1), International Publication No. 2017/150252 (Patent Document 2), and International Publication No. 2018/ This is proposed in No. 043570 (Patent Document 3).

特許文献1及び特許文献2に開示された鋼材は、質量%で、C:0.15~0.45%又は0.45超~0.65%、Si:0.10~1.0%、Mn:0.10~0.90%未満、P:0.05%以下、S:0.01%以下、Al:0.01~0.1%、N:0.010%以下、Cr:0.1~2.5%、Mo:0.35~3.0%、Co:0.50~3.0%又は0.05~5.0%、Cu:0~0.5%、Ni:0~0.5%、Ti:0~0.03%、Nb:0~0.15%、V:0~0.5%、B:0~0.003%、Ca:0~0.004%、Mg:0~0.004%、Zr:0~0.004%、及び、希土類元素:0~0.004%を含有し、残部がFe及び不純物からなり、式(1)及び式(2)を満たす化学組成を有し、ミクロ組織が体積率で90%以上の焼戻しマルテンサイトを含有する。式(1)及び式(2)は次のとおりである。
C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15-Co/6+α≧0.50 (1)
(3C+Mo+3Co)/(3Mn+Cr)≧1.0 (2)
有効B=B-11(N-Ti/3.4)/14 (3)
ここで、式(1)のαは、式(3)で定義される有効B(質量%)が0.0003%以上の場合は0.250であり、有効Bが0.0003%未満の場合は0である。式(1)~式(3)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
The steel materials disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 have, in mass%, C: 0.15 to 0.45% or more than 0.45 to 0.65%, Si: 0.10 to 1.0%, Mn: 0.10 to less than 0.90%, P: 0.05% or less, S: 0.01% or less, Al: 0.01 to 0.1%, N: 0.010% or less, Cr: 0 .1 to 2.5%, Mo: 0.35 to 3.0%, Co: 0.50 to 3.0% or 0.05 to 5.0%, Cu: 0 to 0.5%, Ni: 0-0.5%, Ti: 0-0.03%, Nb: 0-0.15%, V: 0-0.5%, B: 0-0.003%, Ca: 0-0.004 %, Mg: 0 to 0.004%, Zr: 0 to 0.004%, and rare earth elements: 0 to 0.004%, with the remainder consisting of Fe and impurities, and formula (1) and formula ( It has a chemical composition that satisfies 2), and has a microstructure containing tempered martensite with a volume fraction of 90% or more. Equations (1) and (2) are as follows.
C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15-Co/6+α≧0.50 (1)
(3C+Mo+3Co)/(3Mn+Cr)≧1.0 (2)
Effective B=B-11(N-Ti/3.4)/14 (3)
Here, α in formula (1) is 0.250 when effective B (mass%) defined by formula (3) is 0.0003% or more, and when effective B is less than 0.0003% is 0. The content (mass %) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formulas (1) to (3).

特許文献1及び2では、高腐食サワー環境において高い強度と優れた耐SSC性とを得ることを目的とする。Coを含有し、かつ、上述の式(1)及び式(2)を満たすことにより、高腐食サワー環境下における高い強度と優れた耐SSC性とを両立できる、とこれらの文献には記載されている。 Patent Documents 1 and 2 aim to obtain high strength and excellent SSC resistance in a highly corrosive sour environment. These documents state that by containing Co and satisfying formulas (1) and (2) above, it is possible to achieve both high strength and excellent SSC resistance in a highly corrosive sour environment. ing.

特許文献3に開示された鋼材は、質量%で、C:0.15~0.45%、Si:0.10~1.0%、Mn:0.10~0.8%、P:0.050%以下、S:0.010%以下、Al:0.01~0.1%、N:0.010%以下、Cr:0.1~2.5%、Mo:0.35~3.0%、Co:0.05~2.0%、Ti:0.003~0.040%、Nb:0.003~0.050%、Cu:0.01~0.50%、Ni:0.01~0.50%、V:0~0.5%、B:0~0.003%、W:0~1.0%、Ca:0~0.004%、Mg:0~0.004%、及び、希土類元素:0~0.004%を含有し、残部がFe及び不純物からなり、式(1)及び式(2)を満たす化学組成を有する。ミクロ組織の旧オーステナイト粒径は5μm未満である。ミクロ組織のブロック径は2μm未満である。ミクロ組織は合計で90体積%以上の焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトを含有する。式(1)及び式(2)は次のとおりである。
C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15-Co/6+α≧0.70 (1)
(3C+Mo+3Co)/(3Mn+Cr)≧1.0 (2)
有効B=B-11(N-Ti/3.4)/14 (3)
ここで、式(1)のαは、式(3)で定義される有効B(質量%)が0.0003%以上の場合は0.250であり、有効Bが0.0003%未満の場合は0である。式(1)~式(3)中の各元素記号には、対応する元素の含有量(質量%)が代入される。
The steel material disclosed in Patent Document 3 has, in mass%, C: 0.15 to 0.45%, Si: 0.10 to 1.0%, Mn: 0.10 to 0.8%, and P: 0. .050% or less, S: 0.010% or less, Al: 0.01 to 0.1%, N: 0.010% or less, Cr: 0.1 to 2.5%, Mo: 0.35 to 3 .0%, Co: 0.05-2.0%, Ti: 0.003-0.040%, Nb: 0.003-0.050%, Cu: 0.01-0.50%, Ni: 0.01-0.50%, V: 0-0.5%, B: 0-0.003%, W: 0-1.0%, Ca: 0-0.004%, Mg: 0-0 0.004% and rare earth elements: 0 to 0.004%, with the remainder consisting of Fe and impurities, and has a chemical composition that satisfies formulas (1) and (2). The prior austenite grain size of the microstructure is less than 5 μm. The block size of the microstructure is less than 2 μm. The microstructure contains a total of 90% or more by volume of tempered martensite and tempered bainite. Equations (1) and (2) are as follows.
C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Cu+Ni)/15-Co/6+α≧0.70 (1)
(3C+Mo+3Co)/(3Mn+Cr)≧1.0 (2)
Effective B=B-11(N-Ti/3.4)/14 (3)
Here, α in formula (1) is 0.250 when effective B (mass%) defined by formula (3) is 0.0003% or more, and when effective B is less than 0.0003% is 0. The content (mass %) of the corresponding element is substituted for each element symbol in formulas (1) to (3).

特許文献3では、特許文献1の発明に対してさらに、旧オーステナイト粒とブロックとを微細化する。これにより、高腐食サワー環境下において優れた耐SSC性が得られる、と特許文献3には記載されている。 In Patent Document 3, prior austenite grains and blocks are further refined compared to the invention of Patent Document 1. Patent Document 3 states that this provides excellent SSC resistance in a highly corrosive sour environment.

国際公開第2017/150251号International Publication No. 2017/150251 国際公開第2017/150252号International Publication No. 2017/150252 国際公開第2018/043570号International Publication No. 2018/043570

上述の特許文献1~3に開示された鋼材は、高腐食サワー環境下において、優れた耐SSC性を示す。ところで、上述の特許文献1~3では、耐SSC性について検討しているものの、高腐食サワー環境下における水素の鋼材への侵入の観点からの鋼材設計をしていない。上述のとおり、高腐食サワー環境においては、水素の鋼材への侵入をなるべく抑制できる方が好ましい。 The steel materials disclosed in Patent Documents 1 to 3 mentioned above exhibit excellent SSC resistance in a highly corrosive sour environment. Incidentally, although the above-mentioned Patent Documents 1 to 3 discuss SSC resistance, they do not design steel materials from the viewpoint of hydrogen penetration into the steel materials under a highly corrosive sour environment. As mentioned above, in a highly corrosive sour environment, it is preferable to suppress hydrogen from entering the steel material as much as possible.

ところで、高腐食サワー環境下の鋼材では、時間の経過とともに、鋼材表面に腐食生成物皮膜が形成される。腐食生成物皮膜は、水素の鋼材への侵入を抑制する。ここで、高腐食サワー環境下において、鋼材の表面全体に腐食生成物皮膜が十分に形成されている状態を「定常状態」という。一方、高腐食サワー環境下において、鋼材の表面全体に腐食生成物皮膜が形成されていない状態、又は、腐食生成物皮膜の一部が剥がれた状態を、「非定常状態」という。 By the way, in a steel material under a highly corrosive sour environment, a corrosion product film is formed on the surface of the steel material over time. The corrosion product film inhibits hydrogen from entering the steel material. Here, a state in which a corrosion product film is sufficiently formed on the entire surface of a steel material under a highly corrosive sour environment is referred to as a "steady state." On the other hand, in a highly corrosive sour environment, a state in which a corrosion product film is not formed on the entire surface of a steel material, or a state in which a part of the corrosion product film is peeled off, is referred to as an "unsteady state."

上述のとおり、鋼材表面に腐食生成物皮膜が十分に形成された定常状態の場合、腐食生成物皮膜が、水素の鋼材への侵入を抑制する。一方、鋼材が非定常状態である場合、鋼材表面全体に腐食生成物皮膜が十分に形成されていない。鋼材が非定常状態である場合であっても、水素の鋼材への侵入を抑制できる方が好ましい。 As described above, in a steady state in which a corrosion product film is sufficiently formed on the surface of the steel material, the corrosion product film suppresses hydrogen from penetrating into the steel material. On the other hand, when the steel material is in an unsteady state, a corrosion product film is not sufficiently formed on the entire surface of the steel material. Even when the steel material is in an unsteady state, it is preferable to be able to suppress hydrogen from entering the steel material.

本開示の目的は、高腐食サワー環境下で非定常状態であっても、水素の侵入を抑制できる鋼材を提供することである。 An object of the present disclosure is to provide a steel material that can suppress hydrogen penetration even in an unsteady state under a highly corrosive sour environment.

本開示による鋼材は、次の構成を有する。 A steel material according to the present disclosure has the following configuration.

化学組成が、質量%で、
C:0.20~0.45%、
Si:0.60~1.30%、
Mn:0.02~1.00%、
P:0.050%以下、
S:0.0050%以下、
Al:0.010~0.100%、
N:0.0100%以下、
Cr:0.10~3.00%、
Mo:0.35~3.00%、
Cu:0.01~0.50%、
Ni:0.01~0.50%、
Zr:0.0010~0.1000%、
O:0.0050%以下、
Sb:0~0.50%、
Co:0~0.50%、
W:0~0.50%、
Ti:0~0.030%、
Nb:0~0.150%、
V:0~0.500%、
B:0~0.0030%、
Ca:0~0.0040%、
Mg:0~0.0040%、及び、
希土類元素:0~0.0040%、を含有し、
残部がFe及び不純物からなる、
鋼材。
The chemical composition is in mass%,
C: 0.20-0.45%,
Si: 0.60-1.30%,
Mn: 0.02-1.00%,
P: 0.050% or less,
S: 0.0050% or less,
Al: 0.010-0.100%,
N: 0.0100% or less,
Cr: 0.10-3.00%,
Mo: 0.35-3.00%,
Cu: 0.01 to 0.50%,
Ni: 0.01-0.50%,
Zr: 0.0010-0.1000%,
O: 0.0050% or less,
Sb: 0 to 0.50%,
Co: 0 to 0.50%,
W: 0-0.50%,
Ti: 0 to 0.030%,
Nb: 0 to 0.150%,
V: 0 to 0.500%,
B: 0 to 0.0030%,
Ca: 0-0.0040%,
Mg: 0 to 0.0040%, and
Contains rare earth elements: 0 to 0.0040%,
The remainder consists of Fe and impurities,
Steel material.

本開示による鋼材は、高腐食サワー環境下で非定常状態であっても、水素の侵入を抑制できる。 The steel material according to the present disclosure can suppress the intrusion of hydrogen even in an unsteady state under a highly corrosive sour environment.

図1は、鋼材の表面から鋼材の内部に水素が侵入するプロセスを説明するための模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a process in which hydrogen penetrates into the interior of a steel material from the surface of the steel material. 図2は、水素透過試験により得られる水素透過係数の経過グラフのイメージ図である。FIG. 2 is an image diagram of a progress graph of the hydrogen permeability coefficient obtained by the hydrogen permeation test. 図3は表1中の各鋼材のZr含有量と、水素透過係数の最大値Permaxとの関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the Zr content of each steel material in Table 1 and the maximum value Per max of the hydrogen permeability coefficient. 図4は表1中の各鋼材のZr含有量と、水素透過係数の最大値Permaxから水素透過係数Per90を差し引いた値である差分ΔPerとの関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the Zr content of each steel material in Table 1 and the difference ΔPer, which is the value obtained by subtracting the hydrogen permeability coefficient Per 90 from the maximum value Per max of the hydrogen permeability coefficient. 図5は、水素透過試験に用いられる陰極チャージ水素透過試験装置の構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram of a cathode-charged hydrogen permeation test device used in the hydrogen permeation test. 図6は、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である鋼材における、Fn1と水素透過係数の最大値Permaxとの関係を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between Fn1 and the maximum value Per max of the hydrogen permeability coefficient in a steel material in which the content of each element in the chemical composition is within the range of this embodiment. 図7は、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である鋼材における、Fn1と水素透過係数の差分ΔPerとの関係を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the relationship between Fn1 and the difference ΔPer in hydrogen permeability coefficient in a steel material whose chemical composition contains each element within the range of this embodiment.

本発明者らは、HS分圧が1bar以上の高腐食サワー環境においても、水素の侵入を抑制できる鋼材について、検討を行った。 The present inventors investigated steel materials that can suppress hydrogen penetration even in a highly corrosive sour environment where the H 2 S partial pressure is 1 bar or more.

本発明者らは、初めに、高腐食サワー環境用途の鋼材として、化学組成の観点から検討した。その結果、本発明者らは、質量%で、C:0.20~0.45%、Si:0.60~1.30%、Mn:0.02~1.00%、P:0.050%以下、S:0.0050%以下、Al:0.010~0.100%、N:0.0100%以下、Cr:0.10~3.00%、Mo:0.35~3.00%、Cu:0.01~0.50%、Ni:0.01~0.50%、O:0.0050%以下、Sb:0~0.50%、Co:0~0.50%、W:0~0.50%、Ti:0~0.030%、Nb:0~0.150%、V:0~0.500%、B:0~0.0030%、Ca:0~0.0040%、Mg:0~0.0040%、希土類元素:0~0.0040%、及び、残部がFe及び不純物からなる化学組成の鋼材が適切であると考えた。以下、上述の化学組成を「基本化学組成」という。 The present inventors first investigated the steel material for use in highly corrosive sour environments from the viewpoint of chemical composition. As a result, the present inventors found that in mass %, C: 0.20-0.45%, Si: 0.60-1.30%, Mn: 0.02-1.00%, P: 0. 050% or less, S: 0.0050% or less, Al: 0.010 to 0.100%, N: 0.0100% or less, Cr: 0.10 to 3.00%, Mo: 0.35 to 3. 00%, Cu: 0.01 to 0.50%, Ni: 0.01 to 0.50%, O: 0.0050% or less, Sb: 0 to 0.50%, Co: 0 to 0.50% , W: 0-0.50%, Ti: 0-0.030%, Nb: 0-0.150%, V: 0-0.500%, B: 0-0.0030%, Ca: 0- A steel material having a chemical composition of 0.0040%, Mg: 0 to 0.0040%, rare earth elements: 0 to 0.0040%, and the balance consisting of Fe and impurities was considered appropriate. Hereinafter, the above chemical composition will be referred to as a "basic chemical composition."

そこで、本発明者らは、基本化学組成の鋼材をベースとして、非定常状態の鋼材への水素の侵入をさらに抑制できる元素について検討を行った。その結果、本発明者らは、基本化学組成のFeの一部に代えて、Zrを含有すれば、非定常状態の鋼材への水素の侵入をさらに抑制できることを見出した。以下、この知見について説明する。 Therefore, the present inventors investigated elements that can further suppress the penetration of hydrogen into the steel material in an unsteady state, based on the steel material having the basic chemical composition. As a result, the present inventors found that if Zr was included in place of a part of Fe in the basic chemical composition, it was possible to further suppress the intrusion of hydrogen into the steel material in an unsteady state. This finding will be explained below.

[鋼材にZrを含有する効果について]
表1に示す化学組成の鋼材を準備した。
[About the effect of containing Zr in steel]
Steel materials having the chemical composition shown in Table 1 were prepared.

Figure 2023160582000002
Figure 2023160582000002

表1中の試験番号1は、上述の基本化学組成を満たす鋼材である。試験番号4、6及び8は、上述の基本化学組成を満たし、かつ、Feの一部に代えて、Zrを含有した鋼材である。試験番号1、4、6、8は、後述の実施例に記載の製造方法により製造した。試験番号1、4、6、8の鋼材に対して、後述の電気化学的水素透過法による水素透過係数の測定試験(以下、水素透過試験という)を実施して、試験開始からの水素透過係数の経時変化を求めた。なお、水素透過試験では、高腐食サワー環境での鋼材の使用を想定して、1barのHSガスを飽和した5.0質量%のNaClと0.5質量%のCHCOOHとの混合水溶液であってpHを2.7とした試験液を用いた。 Test number 1 in Table 1 is a steel material that satisfies the above-mentioned basic chemical composition. Test numbers 4, 6, and 8 are steel materials that satisfy the above-mentioned basic chemical composition and contain Zr in place of a portion of Fe. Test numbers 1, 4, 6, and 8 were manufactured by the manufacturing method described in Examples below. A hydrogen permeability coefficient measurement test (hereinafter referred to as hydrogen permeation test) was conducted on steel materials with test numbers 1, 4, 6, and 8 using the electrochemical hydrogen permeation method described below, and the hydrogen permeability coefficient from the start of the test was determined. The changes over time were determined. In addition, in the hydrogen permeation test, assuming the use of steel materials in a highly corrosive sour environment, a mixture of 5.0 mass% NaCl and 0.5 mass% CH 3 COOH saturated with 1 bar H 2 S gas was used. A test solution that was an aqueous solution and had a pH of 2.7 was used.

水素透過係数が低いほど、鋼材への水素の侵入が抑制される。図2は、水素透過試験により得られる水素透過係数の経時グラフのイメージ図である。図2を参照して、通常、試験開始直後から、水素透過係数Perは急激に上昇する。そして、所定時間が経過した後、水素透過係数Perが時間の経過とともに低下する。つまり、水素透過係数Perの経時グラフでは、水素透過係数Perの最大値(ピーク値)が存在する。ここで、水素透過係数Perの経時グラフにおける水素透過係数Perの最大値を「Permax」と定義する。 The lower the hydrogen permeability coefficient, the more suppressed is the penetration of hydrogen into the steel material. FIG. 2 is an image diagram of a graph of the hydrogen permeability coefficient over time obtained by the hydrogen permeation test. Referring to FIG. 2, the hydrogen permeability coefficient Per usually rises rapidly immediately after the start of the test. After a predetermined period of time has elapsed, the hydrogen permeability coefficient Per decreases over time. That is, in the graph of the hydrogen permeability coefficient Per over time, there is a maximum value (peak value) of the hydrogen permeability coefficient Per. Here, the maximum value of the hydrogen permeability coefficient Per in the graph of the hydrogen permeability coefficient Per over time is defined as "Per max ".

水素透過試験において、試験開始後90時間経過時点の水素透過係数を「Per90」と定義する。水素透過係数Per90は、上述の「定常状態」における水素透過係数を意味する。つまり、鋼材表面全体に腐食生成物皮膜が十分に形成された状態での、水素透過係数を意味する。一方、水素透過係数Perの最大値Permaxは、上述の「非定常状態」における水素透過係数Perを意味する。つまり、鋼材表面全体に腐食生成物皮膜が十分に形成されていない状態での、水素透過係数を意味する。さらに、水素透過係数の最大値Permaxから水素透過係数Per90を差し引いた値を、差分ΔPerと定義する。 In the hydrogen permeation test, the hydrogen permeability coefficient after 90 hours from the start of the test is defined as "Per 90 ". The hydrogen permeability coefficient Per 90 means the hydrogen permeability coefficient in the above-mentioned "steady state". In other words, it means the hydrogen permeability coefficient in a state where a corrosion product film is sufficiently formed on the entire surface of the steel material. On the other hand, the maximum value Per max of the hydrogen permeability coefficient Per means the hydrogen permeability coefficient Per in the above-mentioned "unsteady state". In other words, it means the hydrogen permeability coefficient in a state where a corrosion product film is not sufficiently formed on the entire surface of the steel material. Furthermore, the value obtained by subtracting the hydrogen permeability coefficient Per 90 from the maximum value Per max of the hydrogen permeability coefficient is defined as the difference ΔPer.

最大値Permax及び差分ΔPerが小さければ、高腐食サワー環境下において、鋼材が非定常状態であっても、水素の侵入を十分に抑制できていることを意味する。例えば、油井管の施工で鋼管同士をねじ締めするとき、鋼管同士が接触して、鋼管の内面及び/又は内面に疵が生成し、腐食生成物皮膜の一部が剥離する場合がある。この場合、鋼管の表面が非定常状態となる。鋼管の表面が非定常状態となった場合であっても、最大値Permax及び差分ΔPerが小さければ、水素の鋼材への侵入を有効に抑制することができる。 If the maximum value Per max and the difference ΔPer are small, it means that hydrogen penetration can be sufficiently suppressed in a highly corrosive sour environment even if the steel material is in an unsteady state. For example, when steel pipes are screwed together in the construction of oil country tubular goods, the steel pipes may come into contact with each other, causing flaws on the inner surface and/or inner surface of the steel pipe, and causing part of the corrosion product film to peel off. In this case, the surface of the steel pipe is in an unsteady state. Even if the surface of the steel pipe is in an unsteady state, if the maximum value Per max and the difference ΔPer are small, it is possible to effectively suppress hydrogen from entering the steel material.

高腐食サワー環境下で使用される鋼材には、定常状態での水素の鋼材への侵入を抑制できるだけでなく、何らかの要因で腐食生成物皮膜の一部が剥がれて非定常状態となった場合であっても、水素の鋼材への侵入を抑制できる方が好ましい。つまり、高腐食サワー環境下で使用される鋼材では、水素透過係数の最大値Permax及び差分ΔPerが小さい方が好ましい。 For steel materials used in highly corrosive sour environments, it is possible to not only prevent hydrogen from entering the steel material in a steady state, but also to prevent hydrogen from entering the steel material in an unsteady state due to part of the corrosion product film peeling off for some reason. Even if hydrogen exists, it is preferable to be able to suppress hydrogen from entering the steel material. That is, for steel materials used in a highly corrosive sour environment, it is preferable that the maximum value Per max and the difference ΔPer of the hydrogen permeability coefficient are small.

図3は、表1の各試験番号の鋼材でのZr含有量と、最大値Permaxとの関係を示す図である。図4は、表1の各試験番号の鋼材でのZr含有量と、差分ΔPerとの関係を示す図である。図3及び図4を参照して、化学組成中のZr以外の元素含有量が上述の範囲内である場合、Zr含有量の増加とともに、最大値Permax及び差分ΔPerが顕著に低下する。 FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the Zr content and the maximum value Per max in the steel materials of each test number in Table 1. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the Zr content and the difference ΔPer in the steel materials of each test number in Table 1. Referring to FIGS. 3 and 4, when the content of elements other than Zr in the chemical composition is within the above range, the maximum value Per max and the difference ΔPer decrease significantly as the Zr content increases.

以上の知見に基づいて、本発明者らは基本化学組成を有する鋼材において、Zrをさらに含有すれば、最大値Permax及び差分ΔPerを顕著に低下できると考えた。この理由は定かではないが、本発明者らは次のとおり考えている。Zrは腐食生成物皮膜を安定化させるというよりは、鋼材表面の吸着した水素の離脱の促進に寄与していると考えられる。そのため、Zrは特に、非定常状態の鋼材での水素の侵入を抑制し、その結果、最大値Permax及び差分ΔPerが低下すると考えられる。 Based on the above findings, the present inventors considered that the maximum value Per max and the difference ΔPer can be significantly reduced by further containing Zr in the steel material having the basic chemical composition. Although the reason for this is not clear, the present inventors think as follows. It is thought that Zr contributes to promoting the release of hydrogen adsorbed on the surface of the steel material rather than stabilizing the corrosion product film. Therefore, it is thought that Zr particularly suppresses the intrusion of hydrogen into the steel material in an unsteady state, and as a result, the maximum value Per max and the difference ΔPer decrease.

以上の知見に基づいて、本発明者らはさらに、上述の基本化学組成にさらにZrを含有する場合の、適切なZr含有量について検討を行った。その結果、上述の化学組成に、さらにZrを0.0010~0.1000%含有することにより、定常状態での水素の鋼材への侵入を抑制できるだけでなく、非定常状態においても、水素の鋼材への侵入を十分に抑制できることを見出した。 Based on the above findings, the present inventors further investigated the appropriate Zr content when Zr is further included in the above-mentioned basic chemical composition. As a result, by further containing 0.0010 to 0.1000% Zr in the above chemical composition, it is possible to not only suppress hydrogen from entering the steel material in a steady state, but also prevent hydrogen from entering the steel material in an unsteady state. It was found that the intrusion can be sufficiently suppressed.

上述したZrの作用とは異なる作用により、最大値Permax及び差分ΔPerが低下している可能性もある。しかしながら、上述の基本化学組成に、0.0010~0.1000%のZrを含有することにより、高腐食サワー環境下で非定常状態の場合に水素の鋼材への侵入が十分に抑制できることは、後述の実施例でも証明されている。 There is also a possibility that the maximum value Per max and the difference ΔPer are reduced due to an effect different from the effect of Zr described above. However, by including 0.0010 to 0.1000% Zr in the basic chemical composition mentioned above, it is possible to sufficiently suppress hydrogen from entering the steel material in an unsteady state under a highly corrosive sour environment. This is also proven in the examples described later.

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 according to this embodiment, which was completed based on the above knowledge, has the following configuration.

[1]
化学組成が、質量%で、
C:0.20~0.45%、
Si:0.60~1.30%、
Mn:0.02~1.00%、
P:0.050%以下、
S:0.0050%以下、
Al:0.010~0.100%、
N:0.0100%以下、
Cr:0.10~3.00%、
Mo:0.35~3.00%、
Cu:0.01~0.50%、
Ni:0.01~0.50%、
Zr:0.0010~0.1000%、
O:0.0050%以下、
Sb:0~0.50%、
Co:0~0.50%、
W:0~0.50%、
Ti:0~0.030%、
Nb:0~0.150%、
V:0~0.500%、
B:0~0.0030%、
Ca:0~0.0040%、
Mg:0~0.0040%、及び、
希土類元素:0~0.0040%、を含有し、
残部がFe及び不純物からなる、
鋼材。
[1]
The chemical composition is in mass%,
C: 0.20-0.45%,
Si: 0.60-1.30%,
Mn: 0.02-1.00%,
P: 0.050% or less,
S: 0.0050% or less,
Al: 0.010-0.100%,
N: 0.0100% or less,
Cr: 0.10-3.00%,
Mo: 0.35-3.00%,
Cu: 0.01 to 0.50%,
Ni: 0.01-0.50%,
Zr: 0.0010-0.1000%,
O: 0.0050% or less,
Sb: 0 to 0.50%,
Co: 0 to 0.50%,
W: 0-0.50%,
Ti: 0 to 0.030%,
Nb: 0 to 0.150%,
V: 0 to 0.500%,
B: 0 to 0.0030%,
Ca: 0-0.0040%,
Mg: 0 to 0.0040%, and
Contains rare earth elements: 0 to 0.0040%,
The remainder consists of Fe and impurities,
Steel material.

[2]
[1]に記載の鋼材であってさらに、
次の式(1)で定義されるFn1が4.00以上である、
鋼材。
Fn1=(2.0×Si+0.3×Cu+0.9×Ni+Cr+1.2×Mo+8.0×Zr+5.0×Sb+5.0×Co)-(2.0×C+2.0×Mn) (1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、対応する元素の質量%での含有量が代入される。
[2]
The steel material according to [1], further comprising:
Fn1 defined by the following formula (1) is 4.00 or more,
Steel material.
Fn1=(2.0×Si+0.3×Cu+0.9×Ni+Cr+1.2×Mo+8.0×Zr+5.0×Sb+5.0×Co)−(2.0×C+2.0×Mn) (1)
Here, each element symbol in formula (1) is substituted with the content in mass % of the corresponding element.

[3]
[1]又は[2]に記載の鋼材であって、
前記化学組成は、
Sb:0.01~0.50%、
Co:0.01~0.50%、
W:0.01~0.50%、
Ti:0.003~0.030%、
Nb:0.003~0.150%、
V:0.005~0.500%、
B:0.0003~0.0030%、
Ca:0.0003~0.0040%、
Mg:0.0003~0.0040%及び、
希土類元素:0.0003~0.0040%、
からなる群から選択される1種以上を含有する、
鋼材。
[4]
[1]に記載の鋼材であって、
前記鋼材は、油井用鋼管である、
鋼材。
[3]
The steel material according to [1] or [2],
The chemical composition is
Sb: 0.01 to 0.50%,
Co: 0.01 to 0.50%,
W: 0.01-0.50%,
Ti: 0.003 to 0.030%,
Nb: 0.003 to 0.150%,
V: 0.005-0.500%,
B: 0.0003 to 0.0030%,
Ca: 0.0003-0.0040%,
Mg: 0.0003 to 0.0040% and
Rare earth elements: 0.0003 to 0.0040%,
Containing one or more selected from the group consisting of
Steel material.
[4]
The steel material according to [1],
The steel material is a steel pipe for oil wells,
Steel material.

本明細書において、「油井用鋼管」は、油井用途に利用される鋼管を意味する。油井用鋼管は例えば、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、ドリルパイプの総称を意味する。本実施形態の鋼材が鋼管である場合、好ましくは、継目無鋼管である。 In this specification, "oil well steel pipe" means a steel pipe used for oil well applications. Oil well steel pipe is a general term for casings, tubing, and drill pipes used for, for example, drilling oil or gas wells, extracting crude oil or natural gas, and the like. When the steel material of this embodiment is a steel pipe, it is preferably a seamless steel pipe.

以下、本実施形態の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。 Hereinafter, the steel material of this embodiment will be explained in detail. "%" with respect to elements means mass % unless otherwise specified.

[化学組成]
本実施形態の鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。
[Chemical composition]
The chemical composition of the steel material of this embodiment contains the following elements.

C:0.20~0.45%
炭素(C)は、焼入れ性を高め、鋼材の強度を高める。Cはさらに、炭化物又は炭窒化物(炭窒化物等)を形成し、鋼材の強度を高める。C含有量が0.20%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、C含有量が0.45%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の靱性が低下する。また、Cは水素侵入促進元素である。そのため、C含有量が0.45%を超えればさらに、過剰な炭窒化物等が生成しやすくなる。腐食サワー環境下において、炭窒化物等が鋼材の表層に存在すれば、炭窒化物等が存在する領域の電気抵抗は、炭窒化物等が存在しない領域よりも低くなる。そのため、鋼材表面が電気化学的に活性となり、鋼材表面に水素が発生しやすくなる。その結果、水素の鋼材への侵入が促進される。
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、さらに好ましくは0.22%であり、さらに好ましくは0.23%であり、さらに好ましくは0.24%であり、さらに好ましくは0.25%である。
C含有量の好ましい上限は0.40%であり、さらに好ましくは0.38%であり、さらに好ましくは0.36%であり、さらに好ましくは0.34%である。
C: 0.20-0.45%
Carbon (C) improves hardenability and increases the strength of steel materials. C further forms carbides or carbonitrides (carbonitrides, etc.) and increases the strength of the steel material. If the C content is less than 0.20%, the above effects cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the range of this embodiment.
On the other hand, if the C content exceeds 0.45%, the toughness of the steel material will decrease even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Further, C is an element that promotes hydrogen penetration. Therefore, if the C content exceeds 0.45%, excessive carbonitrides and the like are more likely to be produced. In a corrosive sour environment, if carbonitrides and the like exist in the surface layer of the steel material, the electrical resistance of the region where the carbonitrides and the like are present will be lower than that of the region where the carbonitrides and the like are not present. Therefore, the surface of the steel material becomes electrochemically active, and hydrogen is likely to be generated on the surface of the steel material. As a result, penetration of hydrogen into the steel material is promoted.
Therefore, the C content is 0.20-0.45%.
The preferable lower limit of the C content is 0.21%, more preferably 0.22%, even more preferably 0.23%, still more preferably 0.24%, even more preferably 0.25%. %.
A preferable upper limit of the C content is 0.40%, more preferably 0.38%, still more preferably 0.36%, and still more preferably 0.34%.

Si:0.60~1.30%
シリコン(Si)は鋼を脱酸する。Siはさらに、水素侵入抑制元素であり、鋼材の耐水素脆性を高める。Si含有量が0.60%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Si含有量が1.30%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の延性が低下する。
したがって、Si含有量は0.60~1.30%である。
Si含有量の好ましい下限は0.65%であり、さらに好ましくは0.68%であり、さらに好ましくは0.72%であり、さらに好ましくは0.76%である。
Si含有量の好ましい上限は1.28%であり、さらに好ましくは1.26%であり、さらに好ましくは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1.18%であり、さらに好ましくは1.16%である。
Si: 0.60-1.30%
Silicon (Si) deoxidizes steel. Furthermore, Si is an element that suppresses hydrogen penetration and increases the hydrogen embrittlement resistance of steel materials. If the Si content is less than 0.60%, the above effects cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the range of this embodiment.
On the other hand, if the Si content exceeds 1.30%, the ductility of the steel material will decrease even if the contents of other elements are within the range of this embodiment.
Therefore, the Si content is 0.60-1.30%.
The lower limit of the Si content is preferably 0.65%, more preferably 0.68%, even more preferably 0.72%, and still more preferably 0.76%.
A preferable upper limit of the Si content is 1.28%, more preferably 1.26%, even more preferably 1.24%, still more preferably 1.20%, and even more preferably 1.18%. %, more preferably 1.16%.

Mn:0.02~1.00%
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0.02%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Mnは水素侵入促進元素である。Mn含有量が1.00%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Mn硫化物が過剰に生成してしまう。Mn硫化物は孔食の起点となる。そのため、Mn硫化物が過剰に生成すれば、腐食速度が速まる。その結果、水素の鋼材への侵入が促進される。
したがって、Mn含有量は0.02~1.00%である。
Mn含有量の好ましい下限は0.05%であり、さらに好ましくは0.10%であり、さらに好ましくは0.15%であり、さらに好ましくは0.20%である。
Mn含有量の好ましい上限は0.90%であり、さらに好ましくは0.80%であり、好ましくは、0.70%であり、さらに好ましくは0.60%である。
Mn: 0.02-1.00%
Manganese (Mn) deoxidizes steel. Mn further improves the hardenability and increases the strength of the steel material. If the Mn content is less than 0.02%, the above effects cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the range of this embodiment.
On the other hand, Mn is an element that promotes hydrogen penetration. If the Mn content exceeds 1.00%, Mn sulfide will be excessively produced even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment. Mn sulfide becomes a starting point for pitting corrosion. Therefore, if excessive Mn sulfide is produced, the corrosion rate will increase. As a result, penetration of hydrogen into the steel material is promoted.
Therefore, the Mn content is 0.02-1.00%.
The preferable lower limit of the Mn content is 0.05%, more preferably 0.10%, even more preferably 0.15%, and still more preferably 0.20%.
A preferable upper limit of the Mn content is 0.90%, more preferably 0.80%, preferably 0.70%, and still more preferably 0.60%.

P:0.050%以下
燐(P)は、不可避に含有される不純物である。つまり、P含有量は0%超である。
Pは、Sと同様に、結晶粒界に偏析する。P含有量が0.050%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Pが結晶粒界に偏析して鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、P含有量は0.050%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含有量を過剰に低減すれば、製造コストが高くなる。したがって、工業生産を考慮すれば、P含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.002%であり、さらに好ましくは0.003%である。
P含有量の好ましい上限は0.040%であり、さらに好ましくは0.035%であり、さらに好ましくは0.030%であり、さらに好ましくは0.025%であり、さらに好ましくは0.020%である。
P: 0.050% or less Phosphorus (P) is an impurity that is inevitably contained. In other words, the P content is over 0%.
Like S, P segregates at grain boundaries. If the P content exceeds 0.050%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, P segregates at grain boundaries and the hydrogen embrittlement resistance of the steel material decreases.
Therefore, the P content is 0.050% or less.
It is preferable that the P content is as low as possible. However, if the P content is excessively reduced, manufacturing costs will increase. Therefore, in consideration of industrial production, the preferable lower limit of the P content is 0.001%, more preferably 0.002%, and still more preferably 0.003%.
A preferable upper limit of the P content is 0.040%, more preferably 0.035%, even more preferably 0.030%, still more preferably 0.025%, and even more preferably 0.020%. %.

S:0.0050%以下
硫黄(S)は、不可避に含有される不純物である。つまり、S含有量は0%超である。
SはPと同様に、結晶粒界に偏析する。S含有量が0.0050%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Sが結晶粒界に偏析して鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、S含有量は0.0050%以下である。
S含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、S含有量を過剰に低減すれば、製造コストが高くなる。したがって、工業生産を考慮すれば、S含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0002%である。
S含有量の好ましい上限は0.0040%であり、さらに好ましくは0.0030%であり、さらに好ましくは0.0025%であり、さらに好ましくは0.0020%である。
S: 0.0050% or less Sulfur (S) is an impurity that is inevitably contained. In other words, the S content is over 0%.
Like P, S segregates at grain boundaries. If the S content exceeds 0.0050%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, S segregates at grain boundaries and the hydrogen embrittlement resistance of the steel material decreases.
Therefore, the S content is 0.0050% or less.
It is preferable that the S content is as low as possible. However, if the S content is excessively reduced, manufacturing costs will increase. Therefore, in consideration of industrial production, the preferable lower limit of the S content is 0.0001%, more preferably 0.0002%.
A preferable upper limit of the S content is 0.0040%, more preferably 0.0030%, still more preferably 0.0025%, and still more preferably 0.0020%.

Al:0.010~0.100%
アルミニウム(Al)は鋼を脱酸する。Al含有量が0.010%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が得られない。
一方、Al含有量が0.100%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な酸化物が生成する。その結果、鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、Al含有量は0.010~0.100%である。
Al含有量の好ましい下限は0.015%であり、さらに好ましくは0.020%であり、さらに好ましくは0.025%である。
Al含有量の好ましい上限は0.080%であり、さらに好ましくは0.070%であり、さらに好ましくは0.065%であり、さらに好ましくは0.040%である。
本明細書でいうAl含有量は、sol.Al(酸可溶Al)の含有量を意味する。
Al: 0.010-0.100%
Aluminum (Al) deoxidizes steel. If the Al content is less than 0.010%, this effect cannot be obtained even if the content of other elements is within the range of this embodiment.
On the other hand, if the Al content exceeds 0.100%, coarse oxides will be produced even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. As a result, the hydrogen embrittlement resistance of the steel material decreases.
Therefore, the Al content is 0.010 to 0.100%.
The preferable lower limit of the Al content is 0.015%, more preferably 0.020%, and still more preferably 0.025%.
A preferable upper limit of the Al content is 0.080%, more preferably 0.070%, still more preferably 0.065%, and still more preferably 0.040%.
The Al content referred to in this specification is sol. It means the content of Al (acid-soluble Al).

N:0.0100%以下
窒素(N)は、不可避に含有される。つまり、N含有量は0%超である。N含有量が0.0100%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、窒化物が粗大になり、鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、N含有量は0.0100%以下である。
N含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、N含有量を過剰に低減すれば、製造コストが高くなる。したがって、工業生産を考慮すれば、N含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0002%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0020%である。
N含有量の好ましい上限は0.0080%であり、さらに好ましくは0.0070%であり、さらに好ましくは0.0065%であり、さらに好ましくは0.0060%である。
N: 0.0100% or less Nitrogen (N) is unavoidably contained. That is, the N content is more than 0%. If the N content exceeds 0.0100%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, nitrides will become coarse and the hydrogen embrittlement resistance of the steel material will decrease.
Therefore, the N content is 0.0100% or less.
It is preferable that the N content is as low as possible. However, if the N content is reduced excessively, manufacturing costs will increase. Therefore, considering industrial production, the preferable lower limit of the N content is 0.0001%, more preferably 0.0002%, still more preferably 0.0005%, and still more preferably 0.0020%. It is.
A preferable upper limit of the N content is 0.0080%, more preferably 0.0070%, still more preferably 0.0065%, and still more preferably 0.0060%.

Cr:0.10~3.00%
クロム(Cr)は、鋼材の焼入れ性を高める。Crはさらに、水素侵入抑制元素である。具体的には、Crは腐食生成物皮膜を安定化して、水素の侵入を抑制する。その結果、鋼材の耐水素脆性を高める。Cr含有量が0.10%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Cr含有量が3.00%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の硬さが過剰に高くなり、鋼材の耐水素脆性が低下する。また、鋼材の溶接性も低下する。
したがって、Cr含有量は0.10~3.00%である。
Cr含有量の好ましい下限は0.30%であり、さらに好ましくは0.45%であり、さらに好ましくは0.60%であり、さらに好ましくは0.80%であり、さらに好ましくは0.90%である。
Cr含有量の好ましい上限は2.50%であり、さらに好ましくは2.00%であり、さらに好ましくは1.90%であり、さらに好ましくは1.80%であり、さらに好ましくは1.70%であり、さらに好ましくは1.50%である。
Cr:0.10~3.00%
Chromium (Cr) improves the hardenability of steel materials. Cr is further an element that suppresses hydrogen penetration. Specifically, Cr stabilizes the corrosion product film and suppresses the intrusion of hydrogen. As a result, the hydrogen embrittlement resistance of the steel material is increased. If the Cr content is less than 0.10%, the above effects cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the range of this embodiment.
On the other hand, if the Cr content exceeds 3.00%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, the hardness of the steel material becomes excessively high, and the hydrogen embrittlement resistance of the steel material decreases. Furthermore, the weldability of the steel material also deteriorates.
Therefore, the Cr content is between 0.10 and 3.00%.
The preferable lower limit of the Cr content is 0.30%, more preferably 0.45%, even more preferably 0.60%, still more preferably 0.80%, even more preferably 0.90%. %.
The preferable upper limit of the Cr content is 2.50%, more preferably 2.00%, even more preferably 1.90%, still more preferably 1.80%, and even more preferably 1.70%. %, more preferably 1.50%.

Mo:0.35~3.00%
モリブデン(Mo)は、高腐食サワー環境において、鋼材表面に形成される腐食生成物皮膜を安定化して、水素が鋼材に侵入するのを抑制する。Moはさらに、微細な析出物を生成して、鋼の焼戻し軟化抵抗を高め、鋼の強度を高める。Mo含有量が0.35%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Mo含有量が3.00%を超えれば、上記効果が飽和する。
したがって、Mo含有量は0.35~3.00%である。
Mo含有量の好ましい下限は0.37%であり、さらに好ましくは0.40%であり、さらに好ましくは0.42%である。
Mo含有量の好ましい上限は2.50%であり、さらに好ましくは2.00%であり、さらに好ましくは1.50%である。
Mo: 0.35-3.00%
Molybdenum (Mo) stabilizes the corrosion product film formed on the surface of steel materials in a highly corrosive sour environment and suppresses hydrogen from penetrating into the steel materials. Mo further forms fine precipitates to increase the temper softening resistance of the steel and increase the strength of the steel. If the Mo content is less than 0.35%, the above effects 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 exceeds 3.00%, the above effects will be saturated.
Therefore, the Mo content is 0.35-3.00%.
The lower limit of the Mo content is preferably 0.37%, more preferably 0.40%, and still more preferably 0.42%.
A preferable upper limit of the Mo content is 2.50%, more preferably 2.00%, and still more preferably 1.50%.

Cu:0.01~0.50%
銅(Cu)は高腐食サワー環境下において、腐食生成物皮膜と母材との界面に濃化して、母材の表面活性を抑制し、水素が鋼材に侵入するのを抑制する。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含有量が0.01%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Cu含有量が0.50%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Cuが鋼材中に析出する。析出したCuは水素をトラップしやすい。そのため、鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、Cu含有量は0.01~0.50%である。
Cu含有量の好ましい下限は0.02%であり、さらに好ましくは0.03%であり、さらに好ましくは0.05%である。
Cu含有量の好ましい上限は0.49%であり、さらに好ましくは0.45%であり、さらに好ましくは0.40%であり、さらに好ましくは0.35%である。
Cu: 0.01~0.50%
In a highly corrosive sour environment, copper (Cu) concentrates at the interface between the corrosion product film and the base metal, suppresses the surface activity of the base metal, and suppresses hydrogen from penetrating into the steel material. Furthermore, Cu is dissolved in the steel material to improve the hardenability of the steel material, thereby increasing the strength of the steel material. If the Cu content is less than 0.01%, the above effects cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the range of this embodiment.
On the other hand, if the Cu content exceeds 0.50%, Cu will precipitate in the steel material even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Precipitated Cu tends to trap hydrogen. Therefore, the hydrogen embrittlement resistance of the steel material decreases.
Therefore, the Cu content is 0.01-0.50%.
The lower limit of the Cu content is preferably 0.02%, more preferably 0.03%, and still more preferably 0.05%.
A preferable upper limit of the Cu content is 0.49%, more preferably 0.45%, still more preferably 0.40%, and still more preferably 0.35%.

Ni:0.01~0.50%
ニッケル(Ni)は、高腐食サワー環境下において、腐食生成物皮膜と母材との界面に濃化して、母材の表面活性を抑制し、水素が鋼材に侵入するのを抑制する。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含有量が0.01%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ni含有量が0.50%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、局部腐食が進行しやすくなり、鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、Ni含有量は0.01~0.50%である。
Ni含有量の好ましい下限は0.02%であり、さらに好ましくは0.03%であり、さらに好ましくは0.05%である。
Ni含有量の好ましい上限は0.49%であり、さらに好ましくは0.48%であり、さらに好ましくは0.45%である。
Ni: 0.01~0.50%
In a highly corrosive sour environment, nickel (Ni) concentrates at the interface between the corrosion product film and the base metal, suppresses the surface activity of the base metal, and suppresses hydrogen from penetrating into the steel material. Ni further improves the hardenability of the steel material by forming a solid solution in the steel material, thereby increasing the strength of the steel material. If the Ni content is less than 0.01%, the above effects cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the range of this embodiment.
On the other hand, if the Ni content exceeds 0.50%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, local corrosion tends to progress and the hydrogen embrittlement resistance of the steel material decreases.
Therefore, the Ni content is 0.01 to 0.50%.
The preferable lower limit of the Ni content is 0.02%, more preferably 0.03%, and still more preferably 0.05%.
A preferable upper limit of the Ni content is 0.49%, more preferably 0.48%, and still more preferably 0.45%.

Zr:0.0010~0.1000%
ジルコニウム(Zr)は、水素の鋼材への侵入を抑制し、鋼材の耐水素脆性を高める。Zrは特に、非定常状態の鋼材への水素の侵入を抑制する。Zr含有量が0.0010%未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Zr含有量が0.1000%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐水素脆性が飽和する。さらに、製造コストが高くなる。
したがって、Zr含有量は0.0010~0.1000%である。
Zr含有量の好ましい下限は0.0030%であり、さらに好ましくは0.0050%であり、さらに好ましくは0.0060%であり、さらに好ましくは0.0080%であり、さらに好ましくは0.0100%である。
Zr含有量の好ましい上限は0.0800%であり、さらに好ましくは0.0700%であり、さらに好ましくは0.0600%であり、さらに好ましくは0.0550%である。
Zr: 0.0010-0.1000%
Zirconium (Zr) suppresses hydrogen from entering the steel material and increases the hydrogen embrittlement resistance of the steel material. Zr particularly suppresses hydrogen from entering the steel material in an unsteady state. If the Zr content is less than 0.0010%, the above effects cannot be sufficiently obtained even if the contents of other elements are within the range of this embodiment.
On the other hand, if the Zr content exceeds 0.1000%, the hydrogen embrittlement resistance of the steel material will be saturated even if the other element contents are within the ranges of this embodiment. Furthermore, manufacturing costs are increased.
Therefore, the Zr content is 0.0010-0.1000%.
The lower limit of the Zr content is preferably 0.0030%, more preferably 0.0050%, even more preferably 0.0060%, even more preferably 0.0080%, and even more preferably 0.0100%. %.
A preferable upper limit of the Zr content is 0.0800%, more preferably 0.0700%, still more preferably 0.0600%, and still more preferably 0.0550%.

O:0.0050%以下
酸素(O)は不純物である。すなわち、O含有量の下限は0%超である。O含有量が0.0050%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な酸化物が形成し、鋼材の耐水素脆性が低下する。
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。ただし、O含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、O含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0002%であり、さらに好ましくは0.0003%である。
O含有量の好ましい上限は0.0040%であり、さらに好ましくは0.0030%であり、さらに好ましくは0.0025%であり、さらに好ましくは0.0020%である。
O: 0.0050% or less Oxygen (O) is an impurity. That is, the lower limit of the O content is over 0%. If the O content exceeds 0.0050%, even if the contents of other elements are within the ranges of this embodiment, coarse oxides will be formed and the hydrogen embrittlement resistance of the steel material will deteriorate.
Therefore, the O content is 0.0050% or less.
It is preferable that the O content is as low as possible. However, extreme reduction in O content significantly increases manufacturing costs. Therefore, when considering industrial production, the preferable lower limit of the O content is 0.0001%, more preferably 0.0002%, and still more preferably 0.0003%.
A preferable upper limit of the O content is 0.0040%, more preferably 0.0030%, still more preferably 0.0025%, and still more preferably 0.0020%.

本実施形態による鋼材の化学組成の残部は、Fe及び不純物からなる。ここで、化学組成における不純物とは、鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、本実施形態による鋼材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。 The remainder of the chemical composition of the steel material according to this embodiment consists of Fe and impurities. Here, impurities in the chemical composition are those that are mixed in from ores used as raw materials, scrap, or the manufacturing environment when steel products are manufactured industrially, and do not have a negative effect on the steel products according to this embodiment. means permissible within range.

[任意元素(Optional Elements)]
本実施形態の鋼材の化学組成はさらに、
Feの一部に代えて、
Sb:0~0.50%、
Co:0~0.50%、
W:0~0.50%、
Ti:0~0.030%、
Nb:0~0.150%、
V:0~0.500%、
B:0~0.0030%、
Ca:0~0.0040%、
Mg:0~0.0040%、及び、
希土類元素:0~0.0040%、
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。
以下、これらの任意元素について説明する。
[Optional Elements]
The chemical composition of the steel material of this embodiment further includes:
In place of a part of Fe,
Sb: 0 to 0.50%,
Co: 0 to 0.50%,
W: 0-0.50%,
Ti: 0 to 0.030%,
Nb: 0 to 0.150%,
V: 0 to 0.500%,
B: 0 to 0.0030%,
Ca: 0-0.0040%,
Mg: 0 to 0.0040%, and
Rare earth elements: 0 to 0.0040%,
It may contain one or more elements selected from the group consisting of.
These arbitrary elements will be explained below.

[第1群(Sb、Co及びW)について]
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、Sb、Co及びWからなる群から選択される1元素以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素である。これらの元素はいずれも、鋼材に水素が侵入するのを抑制する。以下、Sb、Co及びWについて説明する。
[About the first group (Sb, Co and W)]
The chemical composition of the steel material according to the present embodiment may further contain one or more elements selected from the group consisting of Sb, Co, and W in place of a part of Fe. These elements are optional elements. All of these elements suppress hydrogen from entering the steel material. Hereinafter, Sb, Co and W will be explained.

Sb:0~0.50%
アンチモン(Sb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Sb含有量は0%であってもよい。含有される場合、Sbは、水素侵入抑制元素として機能する。具体的には、Sbは、高腐食サワー環境下において水素の鋼材への侵入を抑制し、耐水素脆性を高める。Sbが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Sb含有量が0.50%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、Sb含有量は0~0.50%である。
Sb含有量の好ましい下限は、0.01%であり、さらに好ましくは0.03%であり、さらに好ましくは0.05%である。
Sb含有量の好ましい上限は、0.48%であり、さらに好ましくは0.45%であり、さらに好ましくは0.43%であり、さらに好ましくは0.40%である。
Sb: 0-0.50%
Antimony (Sb) is an optional element and may not be included. That is, the Sb content may be 0%. When contained, Sb functions as a hydrogen penetration suppressing element. Specifically, Sb suppresses hydrogen from penetrating into the steel material in a highly corrosive sour environment and increases hydrogen embrittlement resistance. If even a small amount of Sb is contained, the above effects can be obtained to some extent.
However, if the Sb content exceeds 0.50%, the hot workability of the steel material will decrease even if the contents of other elements are within the range of this embodiment.
Therefore, the Sb content is 0 to 0.50%.
The preferable lower limit of the Sb content is 0.01%, more preferably 0.03%, and still more preferably 0.05%.
A preferable upper limit of the Sb content is 0.48%, more preferably 0.45%, still more preferably 0.43%, and still more preferably 0.40%.

Co:0~0.50%
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、水素侵入抑制元素として機能する。具体的には、Coは、高腐食サワー環境下において、腐食生成物皮膜と母材との界面に濃化して、母材の表面活性を抑制し、水素が鋼材に侵入するのを抑制する。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0.50%を超えれば、その効果は飽和する。
したがって、Co含有量は0~0.50%である。
Co含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.08%である。
Co含有量の好ましい上限は0.48%であり、さらに好ましくは0.45%であり、さらに好ましくは0.43%である。
Co: 0-0.50%
Cobalt (Co) is an optional element and may not be included. That is, the Co content may be 0%. When contained, Co functions as a hydrogen penetration inhibiting element. Specifically, in a highly corrosive sour environment, Co concentrates at the interface between the corrosion product film and the base metal, suppresses the surface activity of the base metal, and suppresses hydrogen from penetrating into the steel material. Furthermore, Co dissolves in the steel material, improves the hardenability of the steel material, and increases the strength of the steel material. If even a small amount of Co is contained, the above effects can be obtained to some extent.
However, if the Co content exceeds 0.50%, the effect is saturated.
Therefore, the Co content is 0-0.50%.
The preferable lower limit of the Co content is 0.01%, more preferably 0.05%, and even more preferably 0.08%.
A preferable upper limit of the Co content is 0.48%, more preferably 0.45%, and still more preferably 0.43%.

W:0~0.50%
タングステン(W)は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、W含有量は
0%であってもよい。含有される場合、Wは、水素侵入抑制元素として機能する。具体的には、Wは、鋼材の表面の腐食被膜を形成する。これにより、鋼材の水素の侵入が抑制される。そのため、鋼材の耐水素脆性が高まる。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0.50%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な炭化物が生成する。そのため、鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、W含有量は0~0.50%である。
W含有量の好ましい下限は0.01%であり、さらに好ましくは0.05%であり、さらに好ましくは0.08%である。
W含有量の好ましい上限は0.45%であり、さらに好ましくは0.35%であり、さらに好ましくは0.25%であり、さらに好ましくは0.20%である。
W: 0-0.50%
Tungsten (W) is an optional element and may not be included. That is, the W content may be 0%. When contained, W functions as a hydrogen penetration suppressing element. Specifically, W forms a corrosion film on the surface of the steel material. This suppresses hydrogen from entering the steel material. Therefore, the hydrogen embrittlement resistance of the steel material increases. If even a small amount of W is contained, the above effects can be obtained to some extent.
However, if the W content exceeds 0.50%, coarse carbides will be produced even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Therefore, the hydrogen embrittlement resistance of the steel material decreases.
Therefore, the W content is 0 to 0.50%.
The lower limit of the W content is preferably 0.01%, more preferably 0.05%, and still more preferably 0.08%.
The upper limit of the W content is preferably 0.45%, more preferably 0.35%, even more preferably 0.25%, and still more preferably 0.20%.

[第2群(Ti、Nb、V)について]
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、Ti、Nb、Vからなる群から選択される1元素以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素である。これらの元素はいずれも、析出物を生成して、鋼の強度を高める。以下、Ti、Nb及びVについて説明する。
[About the second group (Ti, Nb, V)]
The chemical composition of the steel material according to the present embodiment may further contain one or more elements selected from the group consisting of Ti, Nb, and V in place of a part of Fe. These elements are optional elements. All of these elements form precipitates that increase the strength of the steel. Ti, Nb and V will be explained below.

Ti:0~0.030%
チタン(Ti)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ti含有量は0%であってもよい。含有される場合、Tiは、C及び/又はNと結合して炭窒化物等を形成する。これらの炭窒化物等は、ピンニング効果により結晶粒を微細化して、鋼材の強度を高める。Ti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、Ti含有量が0.030%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ti窒化物等が粗大化する。そのため、鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、Ti含有量は0~0.030%である。
Ti含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.002%である。
Ti含有量の好ましい上限は0.025%であり、さらに好ましくは0.020%であり、さらに好ましくは0.015%であり、さらに好ましくは0.010%である。
Ti: 0-0.030%
Titanium (Ti) is an optional element and may not be included. That is, the Ti content may be 0%. When contained, Ti combines with C and/or N to form carbonitrides and the like. These carbonitrides etc. refine the crystal grains due to the pinning effect and increase the strength of the steel material. If even a small amount of Ti is contained, the above effects can be obtained to some extent.
However, if the Ti content exceeds 0.030%, the Ti nitride etc. will become coarse even if the content of other elements is within the range of this embodiment. Therefore, the hydrogen embrittlement resistance of the steel material decreases.
Therefore, the Ti content is 0 to 0.030%.
The lower limit of the Ti content is preferably 0.001%, more preferably 0.002%.
A preferable upper limit of the Ti content is 0.025%, more preferably 0.020%, still more preferably 0.015%, and still more preferably 0.010%.

Nb:0~0.150%
ニオブ(Nb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Nb含有量は0%であってもよい。含有される場合、Nbは、C及び/又はNと結合して炭窒化物等を形成する。これらの炭窒化物等は、ピンニング効果により結晶粒を微細化して、鋼材の強度を高める。Nbが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Nb含有量が0.150%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Nb炭窒化物等が粗大化する。そのため、鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、Nb含有量は0~0.150%である。
Nb含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.003%であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.007%である。
Nb含有量の好ましい上限は0.120%であり、さらに好ましくは0.090%であり、さらに好ましくは0.060%であり、さらに好ましくは0.050%であり、さらに好ましくは0.030%であり、さらに好ましくは0.020%である。
Nb: 0-0.150%
Niobium (Nb) is an optional element and may not be included. That is, the Nb content may be 0%. When contained, Nb combines with C and/or N to form carbonitrides and the like. These carbonitrides etc. refine the crystal grains due to the pinning effect and increase the strength of the steel material. If even a small amount of Nb is contained, the above effects can be obtained to some extent.
However, if the Nb content exceeds 0.150%, Nb carbonitrides etc. will become coarse even if the content of other elements is within the range of this embodiment. Therefore, the hydrogen embrittlement resistance of the steel material decreases.
Therefore, the Nb content is between 0 and 0.150%.
The preferable lower limit of the Nb content is 0.001%, more preferably 0.003%, still more preferably 0.005%, and still more preferably 0.007%.
A preferable upper limit of the Nb content is 0.120%, more preferably 0.090%, even more preferably 0.060%, still more preferably 0.050%, and even more preferably 0.030%. %, more preferably 0.020%.

V:0~0.500%
バナジウム(V)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、V含有量は0%であってもよい。含有される場合、Vは、C及び/又はNと結合して炭窒化物等を形成する。これらの炭窒化物は、ピンニング効果により結晶粒を微細化して、鋼材の強度を高める。Vが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、V含有量が0.500%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の靭性が低下する。
したがって、V含有量は0~0.500%である。
V含有量の好ましい下限は0.001%であり、さらに好ましくは0.005%であり、さらに好ましくは0.010%であり、さらに好ましくは0.015%であり、さらに好ましくは0.020%である。
V含有量の好ましい上限は0.400%であり、さらに好ましくは0.300%であり、さらに好ましくは0.200%であり、さらに好ましくは0.150%であり、さらに好ましくは0.120%である。
V: 0-0.500%
Vanadium (V) is an optional element and may not be included. That is, the V content may be 0%. When contained, V combines with C and/or N to form carbonitrides and the like. These carbonitrides refine the crystal grains due to the pinning effect and increase the strength of the steel material. If even a small amount of V is contained, the above effects can be obtained to some extent.
However, if the V content exceeds 0.500%, the toughness of the steel material will decrease even if the contents of other elements are within the range of this embodiment.
Therefore, the V content is 0-0.500%.
The lower limit of the V content is preferably 0.001%, more preferably 0.005%, even more preferably 0.010%, even more preferably 0.015%, and still more preferably 0.020%. %.
A preferable upper limit of the V content is 0.400%, more preferably 0.300%, even more preferably 0.200%, still more preferably 0.150%, and even more preferably 0.120%. %.

[第3群(B)について]
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、Bを含有してもよい。
B:0~0.0030%
ボロン(B)は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、B含有量は0%であってもよい。含有される場合、Bは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。Bが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、B含有量が0.0030%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大なB窒化物が生成する。そのため、鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、B含有量は0~0.0030%である。
B含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0003%であり、さらに好ましくは0.0005%であり、さらに好ましくは0.0008%である。
B含有量の好ましい上限は0.0028%であり、さらに好ましくは0.0025%であり、さらに好ましくは0.0023%である。
[About the third group (B)]
The chemical composition of the steel material according to this embodiment may further contain B in place of a part of Fe.
B: 0-0.0030%
Boron (B) is an optional element and may not be included. That is, the B content may be 0%. When contained, B forms a solid solution in the steel material, improves the hardenability of the steel material, and increases the strength of the steel material. If even a small amount of B is contained, the above effects can be obtained to some extent.
However, if the B content exceeds 0.0030%, coarse B nitrides will be produced even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Therefore, the hydrogen embrittlement resistance of the steel material decreases.
Therefore, the B content is 0 to 0.0030%.
The lower limit of the B content is preferably 0.0001%, more preferably 0.0003%, even more preferably 0.0005%, and still more preferably 0.0008%.
A preferable upper limit of the B content is 0.0028%, more preferably 0.0025%, and still more preferably 0.0023%.

[第4群(Ca、Mg、希土類元素(REM)について)]
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、Ca、Mg、希土類元素(REM)からなる群から選択される1元素以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素である。これらの元素はいずれも、Mn硫化物を微細化して鋼材の耐水素脆性を高める。
[Group 4 (Ca, Mg, rare earth elements (REM))]
The chemical composition of the steel material according to this embodiment may further contain one or more elements selected from the group consisting of Ca, Mg, and rare earth elements (REM) in place of a part of Fe. These elements are optional elements. All of these elements refine the Mn sulfide and improve the hydrogen embrittlement resistance of the steel material.

Ca:0~0.0040%
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、鋼中のSと結合してMn硫化物を微細化する。これにより、鋼材の耐水素脆性が高まる。Caが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ca含有量が0.0040%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化する。そのため、鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、Ca含有量は0~0.0040%である。
Ca含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0002%であり、さらに好ましくは0.0003%である。
Ca含有量の好ましい上限は0.0030%であり、さらに好ましくは0.0025%であり、さらに好ましくは0.0020%であり、さらに好ましくは0.0015%である。
Ca: 0-0.0040%
Calcium (Ca) is an optional element and may not be included. That is, the Ca content may be 0%. When contained, Ca combines with S in the steel to refine Mn sulfides. This increases the hydrogen embrittlement resistance of the steel material. If even a small amount of Ca is contained, the above effects can be obtained to some extent.
However, if the Ca content exceeds 0.0040%, the oxides in the steel material will become coarse even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Therefore, the hydrogen embrittlement resistance of the steel material decreases.
Therefore, the Ca content is 0 to 0.0040%.
The lower limit of the Ca content is preferably 0.0001%, more preferably 0.0002%, and still more preferably 0.0003%.
A preferable upper limit of the Ca content is 0.0030%, more preferably 0.0025%, still more preferably 0.0020%, and still more preferably 0.0015%.

Mg:0~0.0040%
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Mn硫化物を微細化して、鋼材の耐水素脆性を高める。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0.0040%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化する。そのため、鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、Mg含有量は0~0.0040%である。
Mg含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0002%であり、さらに好ましくは0.0003%である。
Mg含有量の好ましい上限は0.0030%であり、さらに好ましくは0.0025%であり、さらに好ましくは0.0020%であり、さらに好ましくは0.0015%である。
Mg: 0-0.0040%
Magnesium (Mg) is an optional element and may not be included. That is, the Mg content may be 0%. When contained, Mg refines Mn sulfide in the steel material and increases the hydrogen embrittlement resistance of the steel material. If even a small amount of Mg is contained, the above effects can be obtained to some extent.
However, if the Mg content exceeds 0.0040%, the oxides in the steel material will become coarse even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Therefore, the hydrogen embrittlement resistance of the steel material decreases.
Therefore, the Mg content is 0 to 0.0040%.
The preferable lower limit of the Mg content is 0.0001%, more preferably 0.0002%, and still more preferably 0.0003%.
The upper limit of the Mg content is preferably 0.0030%, more preferably 0.0025%, even more preferably 0.0020%, and still more preferably 0.0015%.

希土類元素:0~0.0040%
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Mn硫化物を微細化して、鋼材の耐水素脆性を高める。REMが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、REM含有量が0.0040%を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化する。そのため、鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、REM含有量は0~0.0040%である。
REM含有量の好ましい下限は0.0001%であり、さらに好ましくは0.0003%であり、さらに好ましくは0.0005%である。
REM含有量の好ましい上限は0.0032%であり、さらに好ましくは0.0028%であり、さらに好ましくは0.0026%であり、さらに好ましくは0.0024%である。
Rare earth elements: 0-0.0040%
Rare earth elements (REM) are optional elements and may not be included. That is, the REM content may be 0%. When contained, REM refines Mn sulfide in the steel material and increases the hydrogen embrittlement resistance of the steel material. If even a small amount of REM is contained, the above effects can be obtained to some extent.
However, if the REM content exceeds 0.0040%, the oxides in the steel material will become coarse even if the contents of other elements are within the range of this embodiment. Therefore, the hydrogen embrittlement resistance of the steel material decreases.
Therefore, the REM content is between 0 and 0.0040%.
The lower limit of the REM content is preferably 0.0001%, more preferably 0.0003%, and even more preferably 0.0005%.
A preferable upper limit of the REM content is 0.0032%, more preferably 0.0028%, still more preferably 0.0026%, and still more preferably 0.0024%.

本明細書におけるREMは、原子番号21のスカンジウム(Sc)、原子番号39のイットリウム(Y)、及び、ランタノイド(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))の少なくとも1元素以上を含有し、REM含有量は、これらの元素の合計含有量を意味する。 REM in this specification refers to scandium (Sc) with atomic number 21, yttrium (Y) with atomic number 39, and lanthanoids (lanthanum (La) with atomic number 57 to lutetium (Lu) with atomic number 71). It contains at least one element, and the REM content means the total content of these elements.

[本実施形態の鋼材の効果]
本実施形態の鋼材では、高腐食サワー環境下で非定常状態であっても、水素の鋼材への侵入を抑制できる。ここで、「高腐食サワー環境下で非定常状態であっても、水素の鋼材への侵入を抑制できる」とは、1barのHSガスを飽和した5.0質量%のNaClと0.5質量%のCHCOOHとの混合水溶液であってpHを2.7とした試験液を用いた水素透過試験で得られた、水素透過係数の最大値Permaxが8.25μA/cm以下であり、さらに、差分ΔPerが2.70μA/cm以下であることを意味する。
[Effects of steel material of this embodiment]
In the steel material of this embodiment, even in an unsteady state under a highly corrosive sour environment, it is possible to suppress hydrogen from penetrating into the steel material. Here, "it is possible to suppress the intrusion of hydrogen into the steel material even in an unsteady state in a highly corrosive sour environment" means that 5.0% by mass of NaCl saturated with 1 bar of H 2 S gas and 0.0% by mass of NaCl saturated with 1 bar of H 2 S gas are used. The maximum value Per max of the hydrogen permeability coefficient obtained in a hydrogen permeation test using a test liquid that is a mixed aqueous solution with 5% by mass of CH 3 COOH and whose pH is 2.7 is 8.25 μA/cm or less. Yes, which also means that the difference ΔPer is 2.70 μA/cm or less.

[水素透過係数の測定方法]
高腐食サワー環境下での水素の鋼材への侵入量の指標である、水素透過係数Per90及び、差分ΔPerは、次の方法で測定できる。
水素透過係数Per90の測定には、図5に示すダブルセル型の陰極チャージ水素透過試験装置10を用いる。
[Method of measuring hydrogen permeability coefficient]
The hydrogen permeability coefficient Per 90 and the difference ΔPer, which are indicators of the amount of hydrogen penetrating into the steel material under a highly corrosive sour environment, can be measured by the following method.
To measure the hydrogen permeability coefficient Per 90 , a double-cell type cathode-charged hydrogen permeation test device 10 shown in FIG. 5 is used.

鋼材が鋼管である場合、肉厚中央部から試験片11を採取する。鋼材が鋼板である場合、板厚中央部から試験片11を採取する。鋼材が丸鋼(棒鋼)である場合、圧延方向に垂直な断面における中心部から試験片11を採取する。試験片11のサイズは特に限定されない。例えば、厚さL11が0.1cm(1mm)、直径25mmの円板状の試験片11であってもよいし、板状の試験片であってもよい。 When the steel material is a steel pipe, a test piece 11 is taken from the center of the wall thickness. When the steel material is a steel plate, a test piece 11 is taken from the center of the plate thickness. When the steel material is a round steel (steel bar), a test piece 11 is taken from the center of the cross section perpendicular to the rolling direction. The size of the test piece 11 is not particularly limited. For example, it may be a disk-shaped test piece 11 with a thickness L11 of 0.1 cm (1 mm) and a diameter of 25 mm, or it may be a plate-like test piece.

図5の陰極チャージ水素透過試験装置10は、水素侵入側セル20と、水素検出側セル30とを備える。試験片11を、水素侵入側セル20と、水素検出側セル30との間に挟み、固定する。5.0質量%のNaClと0.5質量%のCHCOOHとの混合水溶液(NACE A液)であって、pHを2.7に調整した試験液21を準備する。水素侵入側セル20に、試験液21を注入する。このとき、試験液21の液面が、ガス供給排出装置22のガス排出配管222の下端よりも低い位置となるようにし、かつ、ガス供給排出装置22のガス供給配管221の下端よりも高い位置となるようにする。試験液21を水素侵入側セル20に注入した後、水素侵入側セル20内を、高純度のArで1時間以上脱気する。脱気後、ガス供給排出装置22のガス供給配管221から、試験ガス(1barのHSガス)を試験液21に30分以上通気し、飽和させる。1barのHSが飽和した試験液21を、「高腐食試験液」21という。試験時の高腐食試験液21を常温(24±3℃)に保持し、水素侵入側セル20を密閉状態とする。水素侵入側セル20の参照電極REを飽和KCl銀塩化銀参照電極とする。また、水素検出側セル30に、0.1N(0.1規定)のNaOH水溶液31を注入する。水素検出側セル30の対極CEを白金とし、参照電極REを飽和KCl銀塩化銀参照電極とする。なお、試験片11において、高腐食試験液21と接触している面積A11を、試験面積A11と定義する。試験面積A11は例えば、2.3cmである。試験片11において、0.1N(0.1規定)のNaOH水溶液31に接している面積は、試験面積A11以上とする。また、水素侵入側セル20、水素検出側セル30ともに、比液量は30mL/cm以上とする。 The cathode charge hydrogen permeation test device 10 in FIG. 5 includes a hydrogen entry cell 20 and a hydrogen detection cell 30. The test piece 11 is sandwiched between the hydrogen entry side cell 20 and the hydrogen detection side cell 30 and fixed. Test liquid 21, which is a mixed aqueous solution (NACE A solution) of 5.0 mass% NaCl and 0.5 mass% CH 3 COOH and whose pH is adjusted to 2.7, is prepared. A test liquid 21 is injected into the hydrogen entry cell 20. At this time, the liquid level of the test liquid 21 should be at a position lower than the lower end of the gas exhaust piping 222 of the gas supply and exhaust device 22 and higher than the lower end of the gas supply piping 221 of the gas supply and exhaust device 22. Make it so that After the test liquid 21 is injected into the hydrogen entry cell 20, the inside of the hydrogen entry cell 20 is degassed with high-purity Ar for one hour or more. After degassing, test gas (1 bar H 2 S gas) is passed through the test liquid 21 for 30 minutes or more from the gas supply piping 221 of the gas supply/discharge device 22 to saturate it. The test liquid 21 saturated with 1 bar of H2S is referred to as the "highly corrosive test liquid" 21. The highly corrosive test liquid 21 during the test is maintained at room temperature (24±3° C.), and the hydrogen entry side cell 20 is sealed. The reference electrode RE of the hydrogen entry cell 20 is a saturated KCl silver silver chloride reference electrode. Further, a 0.1 N (0.1 normal) NaOH aqueous solution 31 is injected into the hydrogen detection side cell 30 . The counter electrode CE of the hydrogen detection side cell 30 is made of platinum, and the reference electrode RE is made of a saturated KCl silver silver chloride reference electrode. In addition, in the test piece 11, the area A11 in contact with the highly corrosive test liquid 21 is defined as the test area A11. The test area A11 is, for example, 2.3 cm 2 . In the test piece 11, the area in contact with the 0.1 N (0.1 normal) NaOH aqueous solution 31 is equal to or larger than the test area A11. Further, the specific liquid volume of both the hydrogen entry side cell 20 and the hydrogen detection side cell 30 is set to 30 mL/cm 2 or more.

試験片11を自然浸漬中に自発的に進行する腐食反応により、試験片11の表面のうち、水素侵入側セル20側の表面において水素を発生させる。発生した水素の一部は、侵入水素原子Habとして試験片11を透過して、水素検出側セル30内で水素イオンに酸化される。このときの酸化電流値をポテンショスタッド40で測定する。水素検出側セル30では、試験片11を参照電極(飽和KCl銀塩化銀参照電極)REに対して+0.148Vに定電位保持して、透過した水素元素(侵入水素原子Hab)を水素イオンに酸化する。測定された酸化電流値を試験面積A11(2.3cm)で除して、水素透過電流J(μA/cm)を求める。そして、水素透過電流Jに試験片の厚さL11(0.1cm)を乗じて、水素透過係数Per(μA/cm)を求める。なお、試験の間、高腐食試験液21にガス供給排出装置22のガス供給配管221から試験ガス(1barのHSガス)を10mL/分程度の流量で通気して、飽和を維持する。 Due to the corrosion reaction that spontaneously progresses while the test piece 11 is naturally immersed, hydrogen is generated on the surface of the test piece 11 on the hydrogen entry side cell 20 side. A part of the generated hydrogen passes through the test piece 11 as interstitial hydrogen atoms H ab and is oxidized into hydrogen ions in the hydrogen detection cell 30 . The oxidation current value at this time is measured using the potentio stud 40. In the hydrogen detection side cell 30, the test piece 11 is kept at a constant potential of +0.148 V with respect to the reference electrode (saturated KCl silver silver chloride reference electrode) RE, and the permeated hydrogen element (intruded hydrogen atom H ab ) is converted into hydrogen ion. oxidizes to The hydrogen permeation current J (μA/cm 2 ) is determined by dividing the measured oxidation current value by the test area A11 (2.3 cm 2 ). Then, the hydrogen permeation coefficient Per (μA/cm) is determined by multiplying the hydrogen permeation current J by the thickness L11 (0.1 cm) of the test piece. During the test, a test gas (H 2 S gas at 1 bar) is passed through the highly corrosive test liquid 21 from the gas supply piping 221 of the gas supply/discharge device 22 at a flow rate of about 10 mL/min to maintain saturation.

試験片11に高腐食試験液21及びNaOH水溶液31を接触させた後、試験開始からの水素透過係数Perを経時的に測定し、図2に示す水素透過係数Perの経時グラフを作成する。試験開始から90時間経過後、試験を終了する。 After the test piece 11 is brought into contact with the highly corrosive test liquid 21 and the NaOH aqueous solution 31, the hydrogen permeability coefficient Per is measured over time from the start of the test, and a graph of the hydrogen permeability coefficient Per over time shown in FIG. 2 is created. The test is terminated after 90 hours have passed from the start of the test.

作成された水素透過係数の経時グラフにおいて、試験開始から90時間経過時点の水素透過係数Per90(μA/cm)を求める。さらに、水素透過係数Perの最大値Permax(μA/cm)を求める。求めた最大値Permaxから水素透過係数Per90を差し引いて、差分ΔPer(μA/cm)を求める。 In the created graph of the hydrogen permeability coefficient over time, the hydrogen permeability coefficient Per 90 (μA/cm) at the time point of 90 hours from the start of the test is determined. Furthermore, the maximum value Per max (μA/cm) of the hydrogen permeability coefficient Per is determined. The hydrogen permeability coefficient Per 90 is subtracted from the obtained maximum value Per max to obtain the difference ΔPer (μA/cm).

上述のとおり、本実施形態における鋼材では、1barのHSガスを飽和した5.0質量%のNaClと0.5質量%のCHCOOHとの混合水溶液であってpHを2.7とした試験液を用いた水素透過試験で得られた、水素透過係数の最大値Permaxが8.25μA/cm以下であり、差分ΔPerが2.70μA/cm以下である。 As mentioned above, the steel material in this embodiment is a mixed aqueous solution of 5.0 mass% NaCl and 0.5 mass% CH 3 COOH saturated with 1 bar of H 2 S gas, and has a pH of 2.7. The maximum value Permax of the hydrogen permeability coefficient obtained in a hydrogen permeation test using the test liquid obtained is 8.25 μA/cm or less, and the difference ΔPer is 2.70 μA/cm or less.

[本実施形態の好ましい形態]
好ましくは、本実施形態の鋼材の化学組成ではさらに、次の式(1)で定義されるFn1が4.00以上である。
Fn1=(2.0×Si+0.3×Cu+0.9×Ni+Cr+1.2×Mo+8.0×Zr+5.0×Sb+5.0×Co)-(2.0×C+2.0×Mn) (1)
[Preferred form of this embodiment]
Preferably, in the chemical composition of the steel material of this embodiment, Fn1 defined by the following formula (1) is 4.00 or more.
Fn1=(2.0×Si+0.3×Cu+0.9×Ni+Cr+1.2×Mo+8.0×Zr+5.0×Sb+5.0×Co)−(2.0×C+2.0×Mn) (1)

図6は、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である鋼材における、Fn1と水素透過係数の最大値Permaxとの関係を示す図である。図7は、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である鋼材における、Fn1と水素透過係数の差分ΔPerとの関係を示す図である。図6及び図7は、後述の実施例で得られた結果により作成した。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between Fn1 and the maximum value Per max of the hydrogen permeability coefficient in a steel material in which the content of each element in the chemical composition is within the range of this embodiment. FIG. 7 is a diagram showing the relationship between Fn1 and the difference ΔPer in hydrogen permeability coefficient in a steel material whose chemical composition contains each element within the range of this embodiment. FIGS. 6 and 7 were created based on the results obtained in the examples described later.

図6及び図7を参照して、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である場合、Fn1の増加とともに、最大値Permax及び差分ΔPerが顕著に低下する。そして、Fn1が4.00以上であれば、最大値Permaxが6.50μA/cm以下になり、差分ΔPerが1.00μA/cm以下になる。そのため、Fn1が4.00以上であれば、高腐食サワー環境下で非定常状態であっても、水素の鋼材への侵入をさらに抑制できる。 Referring to FIGS. 6 and 7, when the content of each element in the chemical composition is within the range of this embodiment, the maximum value Per max and the difference ΔPer decrease significantly as Fn1 increases. If Fn1 is 4.00 or more, the maximum value Per max will be 6.50 μA/cm or less, and the difference ΔPer will be 1.00 μA/cm or less. Therefore, if Fn1 is 4.00 or more, even in an unsteady state in a highly corrosive sour environment, it is possible to further suppress hydrogen from penetrating into the steel material.

Fn1のさらに好ましい下限は、4.50である。図6及び図7を参照して、Fn1が4.50以上になると、Fn1が増加しても、最大値Permax及び差分ΔPerはそれほど低下しない。つまり、図6及び図7のグラフでは、Fn1=4.50近傍に変曲点が存在する。したがって、さらに好ましくは、本実施形態の鋼材の化学組成では、Fn1が4.50以上である。この場合、水素透過係数の最大値Permaxは6.10μA/cm以下になり、差分ΔPerは0.75μA/cm以下になる。そのため、高腐食サワー環境下で非定常状態であっても、水素の鋼材への侵入をさらに抑制できる。 A more preferable lower limit of Fn1 is 4.50. Referring to FIGS. 6 and 7, when Fn1 becomes 4.50 or more, even if Fn1 increases, the maximum value Per max and the difference ΔPer do not decrease much. That is, in the graphs of FIGS. 6 and 7, there is an inflection point near Fn1=4.50. Therefore, more preferably, in the chemical composition of the steel material of this embodiment, Fn1 is 4.50 or more. In this case, the maximum value Per max of the hydrogen permeability coefficient becomes 6.10 μA/cm or less, and the difference ΔPer becomes 0.75 μA/cm or less. Therefore, even in an unsteady state in a highly corrosive sour environment, it is possible to further suppress hydrogen from entering the steel material.

Fn1のさらに好ましい下限は4.60である。この場合、水素透過係数の最大値Permaxは6.00μA/cm以下になり、差分ΔPerは0.60μA/cm以下になる。そのため、高腐食サワー環境下で非定常状態であっても、水素の鋼材への侵入を顕著に抑制できる。Fn1のさらに好ましい下限は4.70であり、さらに好ましくは4.80であり、さらに好ましくは4.90である。 A more preferable lower limit of Fn1 is 4.60. In this case, the maximum value Per max of the hydrogen permeability coefficient becomes 6.00 μA/cm or less, and the difference ΔPer becomes 0.60 μA/cm or less. Therefore, even in an unsteady state under a highly corrosive sour environment, hydrogen penetration into the steel material can be significantly suppressed. A more preferable lower limit of Fn1 is 4.70, still more preferably 4.80, and still more preferably 4.90.

[ミクロ組織(Microstructure)について]
本実施形態の鋼材のミクロ組織は、特に限定されない。本実施形態の鋼材の化学組成の各元素含有量が上述の範囲内であれば、電気化学的作用に基づいて、水素の鋼材への侵入を抑制することができる。
[About microstructure]
The microstructure of the steel material of this embodiment is not particularly limited. If the content of each element in the chemical composition of the steel material of this embodiment is within the above-mentioned range, it is possible to suppress hydrogen from penetrating into the steel material based on electrochemical action.

なお、本実施形態の化学組成の鋼材のミクロ組織は例えば、主として、フェライト、パーライト、マルテンサイト及びベイナイトの1種以上からなり、残部は残留オーステナイト、及び/又はM-A(Martensite-Austenite Constituent)である。ここで、マルテンサイトは焼戻しマルテンサイトも含む。また、ベイナイトは焼戻しベイナイトも含む。主としてフェライト、パーライト、マルテンサイト及びベイナイトの1種以上からなるとは、フェライト、パーライト、マルテンサイト及びベイナイトの総面積率が80%以上であることを意味する。 Note that the microstructure of the steel material having the chemical composition of the present embodiment is, for example, mainly composed of one or more of ferrite, pearlite, martensite, and bainite, and the remainder is retained austenite and/or MA (Martensite-Austenite Constituent). It is. Here, martensite also includes tempered martensite. Bainite also includes tempered bainite. "Mainly consisting of one or more of ferrite, pearlite, martensite, and bainite" means that the total area ratio of ferrite, pearlite, martensite, and bainite is 80% or more.

ただし、本実施形態の鋼材における特徴である、水素の鋼材への侵入の抑制は、上述のとおり化学組成に大きく依存し、ミクロ組織はほとんど影響しない。そのため、本実施形態の鋼材のミクロ組織は特に限定されない。 However, the suppression of hydrogen penetration into the steel material, which is a feature of the steel material of this embodiment, largely depends on the chemical composition as described above, and has little effect on the microstructure. Therefore, the microstructure of the steel material of this embodiment is not particularly limited.

なお、本実施形態の鋼材が高い強度を求められる場合、好ましくは、鋼材のミクロ組織では、マルテンサイト及びベイナイトの総面積率が80%であり、さらに好ましくは90%であり、さらに好ましくは95%である。 In addition, when the steel material of this embodiment is required to have high strength, preferably the total area ratio of martensite and bainite in the microstructure of the steel material is 80%, more preferably 90%, and still more preferably 95%. %.

[マルテンサイト及びベイナイトの総面積率の測定方法について]
ミクロ組織中のマルテンサイト及びベイナイトの総面積率は、周知のミクロ組織観察により求めることができる。
鋼材の厚さ中央部から、試験片を採取する。厚さ中央部とは、鋼材が鋼管である場合、肉厚中央部であり、鋼材が鋼板である場合、板厚中央部であり、鋼材が丸鋼(棒鋼)である場合、圧延方向に垂直な断面における中心部である。試験片の観察面は例えば、10mm×10mmとする。観察面は鋼材の圧延方向に垂直な断面とする。
[About the method of measuring the total area ratio of martensite and bainite]
The total area ratio of martensite and bainite in the microstructure can be determined by well-known microstructure observation.
A test piece is taken from the center of the thickness of the steel material. The center of thickness is the center of wall thickness when the steel material is a steel pipe, the center of thickness when the steel material is a steel plate, and the center of thickness perpendicular to the rolling direction when the steel material is a round steel (bar). This is the center of the cross section. The observation surface of the test piece is, for example, 10 mm x 10 mm. The observation plane is a cross section perpendicular to the rolling direction of the steel material.

試験片の観察面を鏡面に研磨する。研磨後の観察面をナイタール腐食液に10秒程度浸漬して、エッチングによる組織現出を行う。エッチングした観察面を、走査電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いて、二次電子像にて10視野観察する。視野面積は、例えば、10000μm(倍率1000倍)である。 Polish the observation surface of the test piece to a mirror surface. The surface to be observed after polishing is immersed in a nital corrosive solution for about 10 seconds to reveal the structure by etching. The etched observation surface is observed in 10 fields of view using a secondary electron image using a scanning electron microscope (SEM). The field of view area is, for example, 10000 μm 2 (1000x magnification).

各視野において、マルテンサイト及びベイナイトと、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、ラスやレンズを含む組織はマルテンサイト及びベイナイトと特定でき、粒内に下部組織がない組織はフェライトと特定できる。各視野において、マルテンサイト及びベイナイトを特定する。10視野の総面積と、特定されたマルテンサイト及びベイナイトの総面積とに基づいて、マルテンサイト及びベイナイトの総面積率(%)を求める。 In each field of view, martensite and bainite can be distinguished from other structures (ferrite, pearlite, etc.) based on their morphology. Specifically, a structure having a lamellar structure can be identified as pearlite, a structure including laths or lenses can be identified as martensite and bainite, and a structure without a substructure within the grains can be identified as ferrite. Identify martensite and bainite in each field. The total area ratio (%) of martensite and bainite is determined based on the total area of the 10 visual fields and the specified total area of martensite and bainite.

[降伏強度]
本実施形態の鋼材の降伏強度は特に限定されない。
好ましい降伏強度は655MPa以上(95ksi以上)である。降伏強度の好ましい下限は758MPa(110ksi)である。降伏強度の上限は特に限定されないが、上述の化学組成の場合、降伏強度の上限は例えば、862MPa未満である。
[Yield strength]
The yield strength of the steel material of this embodiment is not particularly limited.
A preferred yield strength is 655 MPa or more (95 ksi or more). A preferred lower limit of yield strength is 758 MPa (110 ksi). The upper limit of the yield strength is not particularly limited, but in the case of the above chemical composition, the upper limit of the yield strength is, for example, less than 862 MPa.

本明細書において、降伏強度は、ASTM E8/E8M(2021)に準拠した常温(24±3℃)での引張試験により得られた、0.2%オフセット耐力(MPa)を意味する。 In this specification, yield strength means 0.2% offset yield strength (MPa) obtained by a tensile test at room temperature (24±3° C.) in accordance with ASTM E8/E8M (2021).

[降伏強度の測定方法]
降伏強度は、次の方法で測定する。具体的には、ASTM E8/E8M(2021)に準拠して、引張試験を行う。具体的には、鋼材から、引張試験片を採取する。引張試験片のサイズは特に限定されない。引張試験片は例えば、平行部径が6.0mm、標点距離が30.0mmの丸棒引張試験片とする。
鋼材が鋼管である場合、肉厚中央部から引張試験片を採取する。この場合、引張試験片の長手方向は、鋼管の管軸方向と平行とする。鋼材が鋼板である場合、板厚中央部から引張試験片を採取する。この場合、引張試験片の長手方向は、鋼板の圧延方向と平行とする。鋼材が丸鋼である場合、R/2部から引張試験片を採取する。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。R/2部とは、丸鋼の圧延方向に垂直な断面における半径Rの中心部を意味する。引張試験片の長手方向は、丸鋼の軸方向と平行である。
採取した引張試験片を用いて、常温(24±3℃)、大気中で引張試験を実施する。得られた0.2%オフセット耐力(MPa)を、降伏強度(MPa)と定義する。
[Method of measuring yield strength]
Yield strength is measured by the following method. Specifically, a tensile test is performed in accordance with ASTM E8/E8M (2021). Specifically, a tensile test piece is taken from the steel material. The size of the tensile test piece is not particularly limited. The tensile test piece is, for example, a round bar tensile test piece with a parallel part diameter of 6.0 mm and a gage length of 30.0 mm.
If the steel material is a steel pipe, take a tensile test piece from the center of the wall thickness. In this case, the longitudinal direction of the tensile test piece is parallel to the axial direction of the steel pipe. If the steel material is a steel plate, take a tensile test piece from the center of the plate thickness. In this case, the longitudinal direction of the tensile test piece is parallel to the rolling direction of the steel plate. When the steel material is round steel, a tensile test piece is taken from section R/2. In this specification, round steel means a steel bar whose cross section perpendicular to the axial direction is circular. The R/2 section means the center of the radius R in the cross section perpendicular to the rolling direction of the round steel. The longitudinal direction of the tensile test piece is parallel to the axial direction of the round steel.
Using the collected tensile test piece, a tensile test is conducted in the atmosphere at room temperature (24±3°C). The obtained 0.2% offset proof stress (MPa) is defined as yield strength (MPa).

[鋼材の形状]
本実施形態の鋼材の形状は特に限定されない。本実施形態の鋼材は、鋼管であってもよいし、鋼板であってもよいし、丸鋼であってもよい。
[Shape of steel material]
The shape of the steel material of this embodiment is not particularly limited. The steel material of this embodiment may be a steel pipe, a steel plate, or a round steel.

好ましくは、本実施形態の鋼材は、油井用鋼管である。油井用鋼管は例えば、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。さらに好ましくは、本実施形態の油井用鋼管は、継目無鋼管である。 Preferably, the steel material of this embodiment is a steel pipe for oil wells. Steel pipes for oil wells are, for example, casings, tubing, drill pipes, etc. used for drilling oil or gas wells, extracting crude oil or natural gas, and the like. More preferably, the oil well steel pipe of this embodiment is a seamless steel pipe.

[製造方法]
本実施形態の鋼材の製造方法の一例を説明する。なお、以下に説明する製造方法は一例であって、本実施形態の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の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、本実施形態の鋼材を製造する好適な製造方法である。
[Production method]
An example of the method for manufacturing steel materials of this embodiment will be described. Note that the manufacturing method described below is an example, and the method for manufacturing the steel material of this embodiment is not limited thereto. That is, as long as the steel material of 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 the steel material of this embodiment.

本実施形態の鋼材の製造方法の一例は、素材準備工程と、熱間加工工程と、熱処理工程とを備える。以下、各工程について詳述する。 An example of the method for manufacturing a steel material according to the present embodiment includes a material preparation step, a hot working step, and a heat treatment step. Each step will be explained in detail below.

[素材準備工程]
素材準備工程では、始めに、上記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。
[Material preparation process]
In the material preparation step, first, molten steel having the above chemical composition is produced by a well-known refining method. The produced molten steel is used to produce slabs by continuous casting. Here, the slab is a slab, bloom, or billet. Instead of the slab, an ingot may be manufactured using the above-mentioned molten steel by an ingot forming method. If necessary, the slab, bloom or ingot may be hot rolled to produce a billet. Through the above manufacturing process, a material (slab, bloom, or billet) is manufactured.

[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、例えば、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。例えば、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。穿孔圧延する場合、穿孔比は特に限定されないが、例えば、1.0~4.0である。穿孔圧延後のビレットに対して、マンドレルミルを用いた延伸圧延を実施する。さらに、必要に応じて、延伸圧延後のビレットに対して、レデューサ又はサイジングミルを用いた定径圧延を実施する。以上の工程により、素管を製造する。熱間加工工程での累積の減面率は特に限定されないが、例えば、20~70%である。
[Hot processing process]
In the hot working step, the prepared material is hot worked. 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. Hot processing is performed on the material extracted from the heating furnace to produce raw pipes (seamless steel pipes). For example, the Mannesmann method is performed as hot working to produce a blank pipe. In this case, the billet is pierced and rolled using a piercer. In the case of piercing rolling, the piercing ratio is not particularly limited, but is, for example, 1.0 to 4.0. The billet after piercing and rolling is subjected to elongation rolling using a mandrel mill. Furthermore, if necessary, the billet after elongation rolling is subjected to sizing rolling using a reducer or a sizing mill. Through the above steps, a raw pipe is manufactured. The cumulative area reduction rate in the hot working process is not particularly limited, but is, for example, 20 to 70%.

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。例えば、カップリングのように短尺の厚肉鋼材である場合、エルハルト法等の鍛造により素管を製造してもよいし、熱間押出法により素管を製造してもよい。 A raw pipe may be manufactured from a billet by a hot working method other than the Mannesmann method. For example, in the case of a short thick-walled steel material such as a coupling, the raw tube may be manufactured by forging such as the Erhard method, or the raw tube may be manufactured by hot extrusion.

最終製品が鋼板である場合、例えば、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、鋼板を製造する。熱間圧延前の加熱温度は特に限定されないが、例えば、1100~1300℃である。 When the final product is a steel plate, the steel plate is manufactured by hot rolling the material (slab) using, for example, one or more rolling mills including a pair of roll groups. 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、例えば、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い。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い。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、例えば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、例えば、1100~1300℃である。 When the final product is a round steel, for example, the material (bloom) is subjected to blooming using a blooming mill and/or hot rolling using a continuous rolling mill. In other words, the raw material may be subjected to blooming rolling to form a round steel. The raw material may not be subjected to blooming rolling, but may be hot rolled using a continuous rolling mill to form a round steel. The material may be subjected to blooming using a blooming mill and hot rolling using a continuous rolling mill to form a round steel. A continuous rolling mill has a plurality of rolling stands arranged in a row, and each stand includes a pair of rolling rolls. When performing blooming rolling, the heating temperature before blooming rolling is not particularly limited, but is, for example, 1100 to 1300°C. When performing hot rolling using a continuous rolling mill, the heating temperature before hot rolling is not particularly limited, but is, for example, 1100 to 1300°C.

[熱処理工程]
熱処理工程は実施してもよいし、実施しなくてもよい。つまり、本実施形態の鋼材は、圧延まま(As-Rolled)材であってもよい。熱処理工程を実施する場合、熱処理工程は、焼入れ工程及び焼戻し工程を含む。
[Heat treatment process]
A heat treatment step may or may not be performed. That is, the steel material of this embodiment may be an as-rolled material. When implementing a heat treatment process, the heat treatment process includes a quenching process and a tempering process.

[焼入れ工程]
熱処理工程でははじめに、熱間加工工程で製造された鋼材に対して、焼入れ工程を実施する。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、例えば、900~1000℃である。鋼材を焼入れ温度で保持した後、急冷(焼入れ)する。焼入れ温度での保持時間は特に限定されないが、例えば、10~60分である。焼入れ方法は例えば、水冷である。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いし、シャワー冷却又はミスト冷却により、鋼管の外面及び/又は内面に対して冷却水を注いだり、噴射したりして、鋼管を急冷してもよい。
[Quenching process]
In the heat treatment process, first, a quenching process is performed on the steel material manufactured in the hot working process. Hardening is carried out by a well-known method. Specifically, the steel material after hot working is charged into a heat treatment furnace and maintained at the quenching temperature. The quenching temperature is above the A C3 transformation point, for example, 900 to 1000°C. After holding the steel material at the quenching temperature, it is rapidly cooled (quenched). 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. If the steel material is a steel pipe, the raw pipe may be rapidly cooled by immersing it in a water tank or oil tank, or by pouring or spraying cooling water onto the outside and/or inside of the steel pipe using shower cooling or mist cooling. Then, the steel pipe may be rapidly cooled.

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)を実施してもよいし、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。 Note that after hot working, quenching (direct quenching) may be performed immediately after hot working without cooling the steel material to room temperature, or the steel material may be heated in a reheating furnace before the temperature of the steel material after hot working falls. The quenching may be carried out after charging the material to a quenching temperature and maintaining the quenching temperature.

上記に説明する焼入れ温度は、熱処理炉又は補熱炉を用いる場合は炉温を意味し、直接焼入れの場合は鋼材の温度を意味する。保持時間は、在炉時間(熱処理炉又は補熱炉に装入してから抽出されるまでの時間)を意味する。 The quenching temperature described above means the furnace temperature when a heat treatment furnace or reheating furnace is used, and the temperature of the steel material when direct quenching is used. Holding time means in-furnace time (time from charging to a heat treatment furnace or reheating furnace until extraction).

[焼戻し工程]
焼入れ後の鋼材に対してさらに、焼戻し工程を実施する。焼戻し工程では、鋼材の降伏強度を調整する。本実施形態の鋼材においては、焼戻し温度を例えば、500℃~AC1変態点とする。焼戻し温度での保持時間は特に限定されないが、例えば、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、式(1)を満たす上述の化学組成の鋼材の降伏強度を調整する。好ましくは、鋼材の降伏強度を655MPa以上に調整する。
[Tempering process]
The steel material after quenching is further subjected to a tempering step. In the tempering process, the yield strength of the steel material is adjusted. In the steel material of this embodiment, the tempering temperature is, for example, 500° 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. By appropriately adjusting the tempering temperature according to the chemical composition, the yield strength of the steel material having the above chemical composition that satisfies formula (1) is adjusted. Preferably, the yield strength of the steel material is adjusted to 655 MPa or more.

上記に説明する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 explained above means the furnace temperature (° C.) in the heat treatment furnace, and the holding time at the tempering temperature means the time in the furnace (the time from charging to the heat treatment furnace until extraction).

なお、焼入れ及び焼戻しは1回ずつ実施してもよいし、複数回実施してもよい。例えば、焼入れ及び焼戻しを実施した後、再び焼入れ及び焼戻しを実施してもよい。焼入れ及び焼戻しは1回のみ実施してもよいし、上述のとおり、焼入れ及び焼戻しを実施しなくてもよい。 Note that quenching and tempering may be performed once or multiple times. For example, after hardening and tempering, hardening and tempering may be performed again. Hardening and tempering may be performed only once, or as described above, hardening and tempering may not be performed.

以上の製造工程を実施することにより、本実施形態の鋼材を製造できる。 By carrying out the above manufacturing process, the steel material of this embodiment can be manufactured.

実施例により本実施形態の鋼材の効果をさらに具体的に説明する。以下の実施例での条件は、本実施形態の鋼材の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。したがって、本実施形態の鋼材はこの一条件例に限定されない。 The effects of the steel material of this embodiment will be explained in more detail with reference to Examples. The conditions in the following examples are examples of conditions adopted to confirm the feasibility and effects of the steel material of this embodiment. Therefore, the steel material of this embodiment is not limited to this one example condition.

表2-1及び表2-2に示す化学組成を有する鋼材(継目無鋼管)を製造した。 Steel materials (seamless steel pipes) having the chemical compositions shown in Tables 2-1 and 2-2 were manufactured.

Figure 2023160582000003
Figure 2023160582000003

Figure 2023160582000004
Figure 2023160582000004

表2-1及び表2-2中の「-」部分は、該当する元素の含有量が、表2-1及び表2-2に記載されている数値の端数を四捨五入したときに、0%であったことを意味する。例えば、試験番号1のZr含有量は、小数第五位で四捨五入して、0%であったことを意味する。試験番号1のSb含有量は、小数第三位で四捨五入して、0%であったことを意味する。試験番号1のTi有量は、小数第四位で四捨五入して、0%であったことを意味する。試験番号1のB含有量は、小数第五位で四捨五入して、0%であったことを意味する。 The "-" part in Tables 2-1 and 2-2 indicates that the content of the corresponding element is 0% when rounding off the numbers listed in Tables 2-1 and 2-2. It means that it was. For example, the Zr content of Test No. 1 was rounded to the fifth decimal place, meaning it was 0%. The Sb content of Test No. 1 was rounded to the second decimal place, meaning that it was 0%. The Ti content of Test No. 1 was rounded to the fourth decimal place, meaning that it was 0%. The B content of Test No. 1 was rounded to the fifth decimal place, meaning it was 0%.

上記溶鋼を50kg真空炉で溶製し、造塊法によりインゴットを製造した。インゴットを1250℃で3時間加熱した。加熱後のインゴットに対して熱間鍛造を実施してブロックを製造した。熱間鍛造後のブロックを1230℃で15分均熱し、熱間圧延を実施して15mmの厚さを有する鋼材(鋼板)を製造した。 The above-mentioned molten steel was melted in a 50 kg vacuum furnace, and an ingot was produced by an ingot forming method. The ingot was heated at 1250°C for 3 hours. Hot forging was performed on the heated ingot to produce a block. The block after hot forging was soaked at 1230° C. for 15 minutes and hot rolled to produce a steel material (steel plate) having a thickness of 15 mm.

鋼材に対して、焼入れを実施した。焼入れ温度はいずれの試験番号においても950℃であり、焼入れ温度での保持時間はいずれの試験番号においても15分であった。焼入れ後の鋼材に対して、560℃の焼戻し温度(℃)で30分保持する焼戻しを実施して、鋼材(鋼板)を製造した。以上の製造工程により鋼材を製造した。 Hardening was performed on the steel material. The quenching temperature was 950° C. in all test numbers, and the holding time at the quenching temperature was 15 minutes in all test numbers. The steel material after quenching was tempered by holding at a tempering temperature (° C.) of 560° C. for 30 minutes to produce a steel material (steel plate). A steel material was manufactured by the above manufacturing process.

[マルテンサイト及びベイナイトの総面積率の測定方法について]に記載の方法により、各試験番号のマルテンサイト及びベイナイトの総面積率を求めた。なお、鋼材(鋼板)の板厚中央部から試験片を採取した。試験片の観察面は10mm×10mmであった。また、視野面積は10000μmであった。その結果、いずれの試験番号においても、マルテンサイト及びベイナイトの総面積率が90%以上であった。 The total area ratio of martensite and bainite for each test number was determined by the method described in [Method for measuring the total area ratio of martensite and bainite]. Note that a test piece was taken from the center of the thickness of the steel material (steel plate). The observation surface of the test piece was 10 mm x 10 mm. Moreover, the visual field area was 10000 μm 2 . As a result, the total area ratio of martensite and bainite was 90% or more in all test numbers.

さらに、[降伏強度の測定方法]に記載の方法により、各試験番号の降伏強度を測定した。なお、丸棒試験片の大きさは、平行部直径6.0mm、標点距離30.0mmとした。丸棒試験片の長手方向は、鋼材(継目無鋼管)の管軸方向と平行とした。その結果、いずれの試験番号においても、降伏強度は655~862MPa未満であった。 Furthermore, the yield strength of each test number was measured by the method described in [Method of measuring yield strength]. The size of the round bar test piece was 6.0 mm in parallel part diameter and 30.0 mm in gage distance. The longitudinal direction of the round bar test piece was parallel to the pipe axis direction of the steel material (seamless steel pipe). As a result, the yield strength was 655 to less than 862 MPa in all test numbers.

[評価試験]
製造された鋼材に対して、次の評価試験を実施した。
[Evaluation test]
The following evaluation tests were conducted on the manufactured steel materials.

[水素透過試験]
各試験番号の鋼材の板厚中央部から試験片を採取した。試験片は、厚さが1mm(0.1cm)であって、直径が25mmの円板状とした。
[Hydrogen permeation test]
A test piece was taken from the center of the plate thickness of the steel material of each test number. The test piece had a disk shape with a thickness of 1 mm (0.1 cm) and a diameter of 25 mm.

図5に示す陰極チャージ水素透過試験装置10を準備した。試験片11を水素侵入側セル20と、水素検出側セル30との間に挟み、固定した。5.0質量%のNaClと0.5質量%のCHCOOHとの混合水溶液であってpHを2.7に調整した試験液を準備した。水素侵入側セル20に、試験液21を注入した。このとき、試験液21の液面が、ガス供給排出装置22のガス排出配管222の下端よりも低い位置となるようにし、かつ、ガス供給排出装置22のガス供給配管221の下端よりも高い位置となるようにした。試験液21を水素侵入側セル20に注入した後、水素侵入側セル20内を、高純度のArで1時間以上脱気した。脱気後、ガス供給排出装置22のガス供給配管221から、試験ガス(1barのHSガス)を試験液21に30分以上通気し、飽和させた。試験時の1barのHSが飽和した試験液(高腐食試験液)21を常温(24±3℃)に保持し、水素侵入側セル20を密閉状態とした。水素侵入側セル20の参照電極REを飽和KCl銀塩化銀参照電極とした。また、水素検出側セル30に、0.1N(0.1規定)のNaOH水溶液31を注入した。水素検出側セル30の対極CEを白金とし、参照電極REを飽和KCl銀塩化銀参照電極とした。なお、試験片11において、高腐食試験液21と接触している面積A11を、試験面積A11と定義した。試験面積A11は2.3cmであった。試験片11において、0.1N(0.1規定)のNaOH水溶液31に接している面積は、試験面積A11以上とした。また、水素侵入側セル20、水素検出側セル30ともに、比液量は110mL/cmとした。 A cathode charge hydrogen permeation test apparatus 10 shown in FIG. 5 was prepared. The test piece 11 was sandwiched between the hydrogen entry side cell 20 and the hydrogen detection side cell 30 and fixed. A test solution was prepared which was a mixed aqueous solution of 5.0% by mass of NaCl and 0.5% by mass of CH 3 COOH and whose pH was adjusted to 2.7. A test liquid 21 was injected into the cell 20 on the hydrogen entry side. At this time, the liquid level of the test liquid 21 should be at a position lower than the lower end of the gas exhaust piping 222 of the gas supply and exhaust device 22 and higher than the lower end of the gas supply piping 221 of the gas supply and exhaust device 22. I made it so that After the test liquid 21 was injected into the hydrogen entry cell 20, the inside of the hydrogen entry cell 20 was degassed with high-purity Ar for one hour or more. After degassing, test gas (1 bar H 2 S gas) was passed through the test liquid 21 for 30 minutes or more from the gas supply piping 221 of the gas supply/discharge device 22 to saturate it. The test liquid (highly corrosive test liquid) 21 saturated with 1 bar of H 2 S during the test was kept at room temperature (24±3° C.), and the hydrogen entry side cell 20 was kept in a sealed state. The reference electrode RE of the hydrogen entry cell 20 was a saturated KCl silver silver chloride reference electrode. Further, a 0.1N (0.1 normal) NaOH aqueous solution 31 was injected into the hydrogen detection side cell 30. The counter electrode CE of the hydrogen detection side cell 30 was made of platinum, and the reference electrode RE was made of a saturated KCl silver silver chloride reference electrode. In addition, in the test piece 11, the area A11 in contact with the highly corrosive test liquid 21 was defined as the test area A11. The test area A11 was 2.3 cm2 . In the test piece 11, the area in contact with the 0.1 N (0.1 normal) NaOH aqueous solution 31 was set to be equal to or larger than the test area A11. Further, the specific liquid volume of both the hydrogen entry side cell 20 and the hydrogen detection side cell 30 was set to 110 mL/cm 2 .

試験片11を自然浸漬中に自発的に進行する腐食反応により、試験片11の表面のうち、水素侵入側セル20側の表面に水素を発生させた。発生した水素の一部は、水素原子として試験片11を透過して、水素検出側セル30内で水素イオンに酸化されるため、このときの酸化電流値をポテンショスタッド40で測定した。水素検出側セル30では、試験片11を参照電極(飽和KCl銀塩化銀参照電極)REに対して+0.148Vに定電位保持して、透過した水素元素を水素イオンに酸化した。測定された酸化電流値を試験面積A11(2.3cm)で除して、水素透過電流J(μA/cm)を求めた。そして、水素透過電流Jに試験片の厚さL11(0.1cm)を乗じて、水素透過係数Per(μA/cm)を求めた。なお、試験の間、高腐食試験液21にガス供給排出装置22のガス供給配管221から試験ガス(1barのHSガス)を10mL/分程度の流量で通気して、飽和を維持した。 Due to the corrosion reaction that spontaneously progressed while the test piece 11 was naturally immersed, hydrogen was generated on the surface of the test piece 11 on the hydrogen entry side cell 20 side. A part of the generated hydrogen passed through the test piece 11 as hydrogen atoms and was oxidized to hydrogen ions in the hydrogen detection cell 30, so the oxidation current value at this time was measured using the potentio stud 40. In the hydrogen detection side cell 30, the test piece 11 was kept at a constant potential of +0.148 V with respect to the reference electrode (saturated KCl silver silver chloride reference electrode) RE, and the permeated hydrogen element was oxidized to hydrogen ions. The measured oxidation current value was divided by the test area A11 (2.3 cm 2 ) to determine the hydrogen permeation current J (μA/cm 2 ). Then, the hydrogen permeation coefficient Per (μA/cm) was determined by multiplying the hydrogen permeation current J by the thickness L11 (0.1 cm) of the test piece. During the test, a test gas (H 2 S gas at 1 bar) was passed through the gas supply piping 221 of the gas supply/discharge device 22 into the highly corrosive test liquid 21 at a flow rate of about 10 mL/min to maintain saturation.

試験開始からの水素透過係数Perを経時的に測定し、図2に示す水素透過係数の経時グラフを作成した。試験開始から90時間経過後、試験を終了した。作成された水素透過係数の経時グラフにおいて、試験開始から90時間経過時点の水素透過係数Per90を求めた。さらに、水素透過係数Perの最大値Permax(μA/cm)を求めた。求めた最大値Permaxから水素透過係数Per90を差し引いて、差分ΔPer(μA/cm)を求めた。 The hydrogen permeability coefficient Per was measured over time from the start of the test, and a graph of the hydrogen permeability coefficient over time shown in FIG. 2 was created. The test was terminated 90 hours after the start of the test. In the created graph of the hydrogen permeability coefficient over time, the hydrogen permeability coefficient Per 90 at the time point of 90 hours from the start of the test was determined. Furthermore, the maximum value Per max (μA/cm) of the hydrogen permeability coefficient Per was determined. The hydrogen permeability coefficient Per 90 was subtracted from the obtained maximum value Per max to obtain the difference ΔPer (μA/cm).

[試験結果]
試験結果を表3に示す。なお、表3には各試験番号のFn1を「Fn1」欄に示す。
[Test results]
The test results are shown in Table 3. In addition, in Table 3, Fn1 of each test number is shown in the "Fn1" column.

Figure 2023160582000005
Figure 2023160582000005

表2-1、表2-2及び表3を参照して、試験番号4~24では、化学組成が適切であった。そのため、1barのHSガスを飽和した5.0質量%のNaClと0.5質量%のCHCOOHとの混合水溶液であってpHを2.7とした試験液を用いた水素透過試験で得られた、水素透過係数の最大値Permaxが8.25μA/cm以下であり、差分ΔPerは2.70μA/cm以下であった。そのため、非定常状態での水素の鋼材への侵入を十分に抑制できた。 Referring to Table 2-1, Table 2-2, and Table 3, in test numbers 4 to 24, the chemical composition was appropriate. Therefore, a hydrogen permeation test was conducted using a test solution that was a mixed aqueous solution of 5.0% by mass NaCl and 0.5% by mass CH 3 COOH saturated with 1 bar of H 2 S gas and whose pH was 2.7. The maximum value Per max of the hydrogen permeability coefficient obtained was 8.25 μA/cm or less, and the difference ΔPer was 2.70 μA/cm or less. Therefore, it was possible to sufficiently suppress hydrogen from entering the steel material in an unsteady state.

さらに、試験番号4~24のうち、試験番号8、11~16、19~24では、Fn1が4.00以上であった。そのため、これらの試験番号では、水素透過係数の最大値Permaxが6.50μA/cm以下であり、差分ΔPerは1.00μA/cm以下であり、非定常状態での水素の鋼材への侵入をさらに抑制できた。 Furthermore, among test numbers 4 to 24, Fn1 was 4.00 or higher in test numbers 8, 11 to 16, and 19 to 24. Therefore, in these test numbers, the maximum value Per max of the hydrogen permeability coefficient is 6.50 μA/cm or less, and the difference ΔPer is 1.00 μA/cm or less, which prevents hydrogen from penetrating into the steel material in an unsteady state. I was able to suppress it further.

さらに、試験番号4~24のうち、試験番号11~15、19、22~24では、Fn1が4.50以上であった。そのため、これらの試験番号では、水素透過係数の最大値Permaxが6.10μA/cm以下であり、差分ΔPerは0.75μA/cm以下であり、非定常状態での水素の鋼材への侵入をさらに抑制できた。 Furthermore, among test numbers 4 to 24, Fn1 was 4.50 or higher in test numbers 11 to 15, 19, and 22 to 24. Therefore, in these test numbers, the maximum value Per max of the hydrogen permeability coefficient is 6.10 μA/cm or less, and the difference ΔPer is 0.75 μA/cm or less, which prevents hydrogen from penetrating into the steel material in an unsteady state. I was able to suppress it further.

さらに、試験番号4~24のうち、試験番号11~14、19、22~24では、Fn1が4.60以上であった。そのため、これらの試験番号では、水素透過係数の最大値Permaxが6.00μA/cm以下であり、差分ΔPerは0.60μA/cm以下であり、非定常状態での水素の鋼材への侵入を顕著に抑制できた。 Further, among test numbers 4 to 24, Fn1 was 4.60 or higher in test numbers 11 to 14, 19, and 22 to 24. Therefore, in these test numbers, the maximum value Per max of the hydrogen permeability coefficient is 6.00 μA/cm or less, and the difference ΔPer is 0.60 μA/cm or less, which prevents hydrogen from penetrating into the steel material in an unsteady state. It was significantly suppressed.

一方、試験番号1~3の鋼材では、Zr含有量が低すぎた。そのため、1barのHSガスを飽和した5.0質量%のNaClと0.5質量%のCHCOOHとの混合水溶液であってpHを2.7とした試験液を用いた水素透過試験の水素透過係数の最大値Permaxは8.25μA/cmを大きく超え、差分ΔPerは2.70μA/cmを大きく超えた。 On the other hand, in the steel materials of test numbers 1 to 3, the Zr content was too low. Therefore, a hydrogen permeation test was conducted using a test solution that was a mixed aqueous solution of 5.0% by mass NaCl and 0.5% by mass CH 3 COOH saturated with 1 bar of H 2 S gas and whose pH was 2.7. The maximum value Per max of the hydrogen permeability coefficient greatly exceeded 8.25 μA/cm, and the difference ΔPer greatly exceeded 2.70 μA/cm.

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 embodiments of the present disclosure have been described above. However, the embodiments described above are merely examples for implementing the present disclosure. Therefore, the present disclosure is not limited to the embodiments described above, and the embodiments described above can be modified and implemented as appropriate without departing from the spirit thereof.

Claims (4)

化学組成が、質量%で、
C:0.20~0.45%、
Si:0.60~1.30%、
Mn:0.02~1.00%、
P:0.050%以下、
S:0.0050%以下、
Al:0.010~0.100%、
N:0.0100%以下、
Cr:0.10~3.00%、
Mo:0.35~3.00%、
Cu:0.01~0.50%、
Ni:0.01~0.50%、
Zr:0.0010~0.1000%、
O:0.0050%以下、
Sb:0~0.50%、
Co:0~0.50%、
W:0~0.50%、
Ti:0~0.030%、
Nb:0~0.150%、
V:0~0.500%、
B:0~0.0030%、
Ca:0~0.0040%、
Mg:0~0.0040%、及び、
希土類元素:0~0.0040%、を含有し、
残部がFe及び不純物からなる、
鋼材。
The chemical composition is in mass%,
C: 0.20-0.45%,
Si: 0.60-1.30%,
Mn: 0.02-1.00%,
P: 0.050% or less,
S: 0.0050% or less,
Al: 0.010-0.100%,
N: 0.0100% or less,
Cr: 0.10-3.00%,
Mo: 0.35-3.00%,
Cu: 0.01 to 0.50%,
Ni: 0.01-0.50%,
Zr: 0.0010-0.1000%,
O: 0.0050% or less,
Sb: 0 to 0.50%,
Co: 0 to 0.50%,
W: 0-0.50%,
Ti: 0 to 0.030%,
Nb: 0 to 0.150%,
V: 0 to 0.500%,
B: 0 to 0.0030%,
Ca: 0-0.0040%,
Mg: 0 to 0.0040%, and
Contains rare earth elements: 0 to 0.0040%,
The remainder consists of Fe and impurities,
Steel material.
請求項1に記載の鋼材であってさらに、
次の式(1)で定義されるFn1が4.00以上である、
鋼材。
Fn1=(2.0×Si+0.3×Cu+0.9×Ni+Cr+1.2×Mo+8.0×Zr+5.0×Sb+5.0×Co)-(2.0×C+2.0×Mn) (1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、対応する元素の質量%での含有量が代入される。
The steel material according to claim 1, further comprising:
Fn1 defined by the following formula (1) is 4.00 or more,
Steel material.
Fn1=(2.0×Si+0.3×Cu+0.9×Ni+Cr+1.2×Mo+8.0×Zr+5.0×Sb+5.0×Co)−(2.0×C+2.0×Mn) (1)
Here, each element symbol in formula (1) is substituted with the content in mass % of the corresponding element.
請求項1又は請求項2に記載の鋼材であって、
前記化学組成は、
Sb:0.01~0.50%、
Co:0.01~0.50%、
W:0.01~0.50%、
Ti:0.003~0.030%、
Nb:0.003~0.150%、
V:0.005~0.500%、
B:0.0003~0.0030%、
Ca:0.0003~0.0040%、
Mg:0.0003~0.0040%及び、
希土類元素:0.0003~0.0040%、
からなる群から選択される1種以上を含有する、
鋼材。
The steel material according to claim 1 or claim 2,
The chemical composition is
Sb: 0.01 to 0.50%,
Co: 0.01 to 0.50%,
W: 0.01-0.50%,
Ti: 0.003 to 0.030%,
Nb: 0.003 to 0.150%,
V: 0.005-0.500%,
B: 0.0003 to 0.0030%,
Ca: 0.0003-0.0040%,
Mg: 0.0003 to 0.0040% and
Rare earth elements: 0.0003 to 0.0040%,
Containing one or more selected from the group consisting of
Steel material.
請求項1に記載の鋼材であって、
前記鋼材は、油井用鋼管である、
鋼材。
The steel material according to claim 1,
The steel material is a steel pipe for oil wells,
Steel material.
JP2022071028A 2022-04-22 2022-04-22 Steel Pending JP2023160582A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022071028A JP2023160582A (en) 2022-04-22 2022-04-22 Steel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022071028A JP2023160582A (en) 2022-04-22 2022-04-22 Steel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023160582A true JP2023160582A (en) 2023-11-02

Family

ID=88516059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022071028A Pending JP2023160582A (en) 2022-04-22 2022-04-22 Steel

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2023160582A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11834725B2 (en) Martensitic stainless steel material
EP2832881B1 (en) Stainless steel for oil wells and stainless steel pipe for oil wells
JP5124857B2 (en) Martensitic stainless steel
JPWO2018181404A1 (en) Martensitic stainless steel
JP7425360B2 (en) Martensitic stainless steel material and method for producing martensitic stainless steel material
JPWO2020071344A1 (en) Martensitic stainless seamless steel pipe
EP3208358A1 (en) Low alloy steel pipe for oil wells
JP6947012B2 (en) Steel materials, steel pipes for oil wells, and manufacturing methods for steel materials
JP6950518B2 (en) Steel materials, steel pipes for oil wells, and manufacturing methods for steel materials
JP6760530B1 (en) Seamless steel pipe
CN108431246B (en) Method for producing stainless steel pipe for oil well and stainless steel pipe for oil well
WO2020071348A1 (en) Martensite-based stainless steel seamless pipe
US11555232B2 (en) Austenitic stainless steel material
EP4134462A1 (en) Martensitic stainless seamless steel pipe
JP6315076B2 (en) Manufacturing method of high strength stainless steel seamless steel pipe for oil well
JP2021167446A (en) Duplex stainless steel
EP4286542A1 (en) Martensite stainless steel material
JP7173362B2 (en) Steel suitable for use in sour environments
US11905580B2 (en) Seamless steel pipe suitable for use in sour environment
JP2023160582A (en) Steel
JP6950519B2 (en) Steel materials, steel pipes for oil wells, and manufacturing methods for steel materials
JP7364993B1 (en) steel material
WO2023204294A1 (en) Steel material
JP7381983B2 (en) Martensitic seamless stainless steel pipe and method for manufacturing martensitic seamless stainless steel pipe
JP7417180B1 (en) steel material