(57)【要約】【課題】７５８ＭＰａ以上の降伏強度と優れた低温靭性とを有する鋼材を提供する。【解決手段】本実施形態による鋼材は、化学組成が質量％で、Ｃ：０．０２０超〜０．０６０％、Ｓｉ：０．０５〜１．００％、Ｍｎ：０．８０〜６．００％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０２００％以下、Ｃｒ：９．００〜１２．００％未満、Ｎｉ：０．２０〜１．５０％、Ｎｂ：０．２０超〜０．５０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．１００％、Ｎ：０．００２〜０．０５０％、Ｏ：０．０２０％以下、及び、残部：Ｆｅ及び不純物、からなり、かつ、式（１）を満たし、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の個数密度が１．００×１０８〜２．００×１０１０個／ｍ２である。降伏強度は７５８ＭＰａ以上であり、−６０℃における吸収エネルギーは１００Ｊ以上である。【選択図】図１
2020063494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学組成が質量％で、
Ｃ：０．０２０超〜０．０６０％、
Ｓｉ：０．０５〜１．００％、
Ｍｎ：０．８０〜６．００％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．０２００％以下、
Ｃｒ：９．００〜１２．００％未満、
Ｎｉ：０．２０〜１．５０％、
Ｎｂ：０．２０超〜０．５０％、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．１００％、
Ｎ：０．００２〜０．０５０％、
Ｏ：０．０２０％以下、
Ｖ：０〜０．５０％、
Ｃｕ：０〜２．００％、
Ｍｏ：０〜１．００％、
Ｃａ：０〜０．０１００％、
Ｍｇ：０〜０．０１００％、
Ｂ：０〜０．００５０％、及び、
残部：Ｆｅ及び不純物、からなり、かつ、式（１）を満たし、
円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の個数密度が１．００×１０８〜２．００×１０１０個／ｍ２であり、
降伏強度が７５８ＭＰａ以上であり、
−６０℃における吸収エネルギーが１００Ｊ以上である、
鋼材。
５．７≦Ｎｂ／Ｃ≦９．７  （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼材であって、
前記化学組成は、
Ｖ：０．０１〜０．５０％を含有する、
鋼材。
【請求項３】
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、
Ｃｕ：０．１０〜２．００％、及び、
Ｍｏ：０．１０〜１．００％からなる群から選択される１種以上を含有する、
鋼材。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の鋼材であって、
Ｃａ：０．０００５〜０．０１００％、
Ｍｇ：０．０００５〜０．０１００％、及び、
Ｂ：０．０００５〜０．００５０％からなる群から選択される１種又は２種以上を含有する、
鋼材。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の鋼材であって、
前記鋼材は、油井用鋼管である、
鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材に関し、さらに詳しくは、炭酸ガス（ＣＯ２ガス）を含有する環境であるスイート環境での使用に適したスイート環境用鋼材に関する。
【背景技術】
【０００２】
油井及びガス井（以下、油井及びガス井を総称して、単に「油井」という）には、油井用継目無鋼管に代表される油井用鋼材が利用されている。油井のうち、炭酸ガスを含有する１８０℃以下のスイート環境の油井では、油井用鋼材として、ＡＰＩ（全米石油協会）で規定されたＡＰＩ−１３Ｃｒ鋼材が多用されている。ＡＰＩ−１３Ｃｒ鋼材は、Ｃｒ含有量が１３％程度の鋼材であり、優れた耐炭酸ガス腐食性を有する。最近では、鋼材中のＣ含有量をＡＰＩ−１３Ｃｒ鋼材よりもさらに低減することにより耐食性がさらに高められた、スーパー１３Ｃｒ鋼材もスイート環境に利用されている。
【０００３】
ところで、油井の深井戸化により、油井用鋼材には従来よりも高い降伏強度が要求されている。上述のＡＰＩ−１３Ｃｒ鋼材、及び、スーパー１３Ｃｒ鋼材の降伏強度は８０ｋｓｉ級（５５２〜６５５ＭＰａ未満）であるが、最近では、１１０ｋｓｉ以上（７５８ＭＰａ以上）の降伏強度が要求されている。
【０００４】
最近ではさらに、寒冷地や海底等での油井開発が進んでいるため、油井用鋼材には、高い降伏強度だけなく、優れた低温靭性も要求されている。
【０００５】
特開２００２−３６３７０８号公報（特許文献１）、特開２００９−７６５８号公報（特許文献２）、及び、特開２０１０−１６８６４６号公報（特許文献３）は、高い降伏強度と優れた低温靭性とを備えた油井用鋼材を提案している。
【０００６】
特許文献１に開示されたマルテンサイト系ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｃｒ：９〜１５％、Ｎ：０．１％以下、Ｓｉ：０．０５〜１％、Ｍｎ：０．０５〜１．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｎｉ：０．１〜７．０％、Ａｌ：０．０００５〜０．０５％を含有し、必要に応じてさらに、Ｍｏ：０．０５〜５％、Ｃｕ：０．０５〜３％、Ｔｉ：０．００５〜０．５％、Ｖ：０．００５〜０．５％、Ｎｂ：０．００５〜０．５％、Ｂ：０．０００２〜０．００５％、Ｃａ：０．０００３〜０．００５％、Ｍｇ：０．０００３〜０．００５％、及び、ＲＥＭ：０．０００３〜０．００５％のうちの１種以上を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる。このマルテンサイト系ステンレス鋼ではさらに、旧オーステナイト粒界に析出している炭化物の量が０．５体積％以下である。この文献では、粒界に析出しているＭ２３Ｃ６型の炭化物が靭性低下の原因であり、Ｍ２３Ｃ６型の炭化物に代えて、Ｍ２３Ｃ６型の炭化物よりも微細なＭ３Ｃ型の炭化物を析出させることで、鋼材のＣ含有量を極度に下げることなく、良好な靭性が得られると記載されている（段落［００１１］及び［００１２］参照）。
【０００７】
特許文献２に開示された油井管用マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管は、ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．０１０％未満、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．１０％以下、Ｃｒ：１０〜１４％、Ｎｉ：０．１〜４．０％、Ｎ：０．０５％以下を含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有する。この化学組成を有する鋼に対して焼入れ処理後に４５０〜５５０℃での焼戻しを実施することにより、降伏強度が１１０ｋｓｉ級の高強度とシャルピー衝撃試験の破面遷移温度ｖＴｒｓが−６０℃以下の優れた低温靭性とを兼備することができる、と特許文献２には記載されている（特許文献２の段落［０００８］参照）。
【０００８】
特許文献３に開示された油井用マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管は、ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．０２０％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：０．１〜２．０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．１０％以下、Ｃｒ：１０〜１４％、Ｎｉ：３％以下、Ｎｂ：０．０３〜０．２％、Ｎ：０．０５％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる組成を有する。この継目無鋼管はさらに、析出Ｎｂ量がＮｂ換算で０．０２０％以上である組織を有する。析出Ｎｂは、主としてＮｂ炭窒化物であり、平均粒径が３〜１５ｎｍの球形状の析出物である（特許文献３の段落［００３７］）。この文献では、Ｎｂを含有して平均粒径が３〜１５ｎｍ程度の微細なＮｂ炭窒化物を析出することにより、Ｍ２３Ｃ６型炭化物の粒界析出を抑制し、その結果、靭性が向上すると記載されている（特許文献３の段落［００３６］及び［００３７］参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−３６３７０８号公報
【特許文献２】特開２００９−７６５８号公報
【特許文献３】特開２０１０−１６８６４６号公報
【００１０】
上述の特許文献１〜３の油井用鋼材は、ＡＰＩ−１３Ｃｒ鋼材及びスーパー１３Ｃｒ鋼材と比較して、優れた強度及び低温靭性を有する。しかしながら、特許文献１のマルテンサイト系ステンレス鋼では、１１０ｋｓｉ（７５８ＭＰａ）以上の高強度が得られるものの、さらに優れた低温靭性が求められる場合がある。
【００１１】
また、特許文献２及び特許文献３の油井用マルテンサイト系ステンレス継目無鋼管では、炭化物の析出量を少なくするために、Ｃ含有量を０．０２０％以下と低く抑えている。Ｃはオーステナイト生成元素であるため、Ｃ含有量が低くなれば、マルテンサイトが安定して得られず、降伏強度が低下してしまう。Ｃ含有量を低くする場合、オーステナイト生成元素であるＮｉ含有量を高めれば、マルテンサイトを安定して得ることができる。しかしながら、Ｎｉは高価であるため、Ｎｉ含有量を高めれば、製造コストが高くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本開示の目的は、Ｃ含有量が０．０２０％よりも高くても、７５８ＭＰａ以上の降伏強度と優れた低温靭性とを両立可能な鋼材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本開示による鋼材は、化学組成が質量％で、Ｃ：０．０２０超〜０．０６０％、Ｓｉ：０．０５〜１．００％、Ｍｎ：０．８０〜６．００％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０２００％以下、Ｃｒ：９．００〜１２．００％未満、Ｎｉ：０．２０〜１．５０％、Ｎｂ：０．２０超〜０．５０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．１００％、Ｎ：０．００２〜０．０５０％、Ｏ：０．０２０％以下、Ｖ：０〜０．５０％、Ｃｕ：０〜２．００％、Ｍｏ：０〜１．００％、Ｃａ：０〜０．０１００％、Ｍｇ：０〜０．０１００％、Ｂ：０〜０．００５０％、及び、残部：Ｆｅ及び不純物、からなり、かつ、式（１）を満たし、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の個数密度が１．００×１０８〜２．００×１０１０個／ｍ２であり、降伏強度が７５８ＭＰａ以上であり、−６０℃における吸収エネルギーが１００Ｊ以上である。
５．７≦Ｎｂ／Ｃ≦９．７  （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【発明の効果】
【００１４】
本開示による鋼材は、Ｃ含有量が０．０２０％よりも高くても、７５８ＭＰａ以上の降伏強度と優れた低温靭性とを両立可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、Ｃ含有量及びＮｂ含有量以外が本実施形態の化学組成の範囲内の鋼材における、Ｎｂ含有量及びＣ含有量と、降伏強度及び低温靭性との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明者らは、１８０℃以下のスイート環境での使用を想定された鋼材において、７５８ＭＰａ以上（１１０ｋｓｉ以上）の降伏強度と、優れた低温靭性とを両立させる方法について調査検討し、次の知見を得た。なお、本明細書において、スイート環境とは、０．２ｂａｒよりも高い分圧のＣＯ２ガスを含有し、Ｈ２Ｓ分圧が０．００３ｂａｒ未満の環境を意味する。
【００１７】
従前のＡＰＩ−１３Ｃｒ鋼材やスーパー１３Ｃｒ鋼材（以下、ＡＰＩ−１３Ｃｒ鋼材及びスーパー１３Ｃｒ鋼材を纏めて「従前の１３Ｃｒ鋼材」という）では、焼戻し温度を高めるほど、吸収エネルギーが高くなり、優れた低温靭性が得られる。一方、降伏強度については、焼戻し温度を高めるほど低下するものの、焼戻し温度がＡｃ１変態点を超えると、鋼中にオーステナイトが生成してオーステナイトとマルテンサイトとの二相組織となり、降伏強度が上昇する。そのため、従前の１３Ｃｒ鋼材ではＡｃ１変態点を超える高温域（たとえば、６５０℃よりも高い温度）で焼戻しを実施することにより、高い降伏強度と優れた低温靭性とを確保していた。
【００１８】
しかしながら、従前の１３Ｃｒ鋼材で適用していた、高温焼戻し処理では、降伏強度を８０ｋｓｉ級（５５２〜６５５ＭＰａ未満）よりも高めることができないことが判明した。
【００１９】
そこで、本発明者らは、上述の従前の１３Ｃｒ鋼材で適用したアプローチ（高温焼戻し処理）とは異なるアプローチで、１８０℃以下のスイート環境において、７５８ＭＰａ以上の高い降伏強度と、−６０℃での吸収エネルギーが１００Ｊ以上となる優れた低温靭性との両立を試みた。
【００２０】
本発明者らは、１８０℃以下のスイート環境での油井用途に適した鋼材の化学組成として、質量％で、Ｃ：０．０２０超〜０．０６０％、Ｓｉ：０．０５〜１．００％、Ｍｎ：０．８０〜６．００％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０２００％以下、Ｃｒ：９．００〜１２．００％未満、Ｎｉ：０．２０〜１．５０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．１００％、Ｎ：０．００２〜０．０５０％、Ｏ：０．０２０％以下、Ｖ：０〜０．５０％、Ｃｕ：０〜２．００％、Ｍｏ：０〜１．００％、Ｃａ：０〜０．０１００％、Ｍｇ：０〜０．０１００％、Ｂ：０〜０．００５０％、及び、残部：Ｆｅ及び不純物、からなる化学組成が適切であると考えた。
【００２１】
本発明者らはさらに、上述の化学組成の鋼材にさらに０．２０％を超えるＮｂを含有することにより、Ｎｂを、鋼材の強度を高める析出強化因子として利用するだけでなく、ピンニング粒子として鋼材の旧オーステナイト結晶粒を微細化して低温靭性を高める因子としても利用できるのではないかと考えた。
【００２２】
そこで、本発明者らは、化学組成が質量％で、Ｃ：０．０２０超〜０．０６０％、Ｓｉ：０．０５〜１．００％、Ｍｎ：０．８０〜６．００％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０２００％以下、Ｃｒ：９．００〜１２．００％未満、Ｎｉ：０．２０〜１．５０％、Ｎｂ：０．２０超〜０．５０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．１００％、Ｎ：０．００２〜０．０５０％、Ｏ：０．０２０％以下、Ｖ：０〜０．５０％、Ｃｕ：０〜２．００％、Ｍｏ：０〜１．００％、Ｃａ：０〜０．０１００％、Ｍｇ：０〜０．０１００％、Ｂ：０〜０．００５０％、及び、残部：Ｆｅ及び不純物、からなる鋼材の、降伏強度及び低温靭性について調査及び検討を行った。その結果、本発明者らは次の知見を得た。
【００２３】
上述の化学組成を有する鋼材では、焼戻し処理時において円相当径が１００ｎｍ未満の微細なＮｂ含有析出物が析出する。ここで、円相当径とは、後述のＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）による組織観察により得られたＮｂ含有析出物の面積を円の面積と仮定した場合の直径（ｎｍ）を意味する。以下、円相当径が１００ｎｍ未満の微細なＮｂ含有析出物を、「微細Ｎｂ含有析出物」ともいう。微細Ｎｂ含有析出物は、Ｎｂ炭化物、Ｎｂ窒化物、Ｎｂ炭窒化物、又は、Ｎｂ炭窒化物等（Ｎｂ炭化物、Ｎｂ窒化物、Ｎｂ炭窒化物の総称）と他の析出物との複合析出物である。微細Ｎｂ含有析出物は、析出強化により、鋼材の降伏強度を引き上げる。
【００２４】
一方、上述の化学組成の鋼材の場合、鋼材中に、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物も存在する。円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物は、ピンニング粒子として機能し、鋼材の旧オーステナイト粒を微細化する。以下、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物を「ピンニングＮｂ含有析出物」という。ピンニングＮｂ含有析出物は、Ｎｂ炭化物、Ｎｂ窒化物、Ｎｂ炭窒化物、又は、Ｎｂ炭窒化物等と他の析出物との複合析出物である。ピンニングＮｂ含有析出物の特定方法については後述する。
【００２５】
微細Ｎｂ含有析出物は鋼材の強化には寄与するものの、鋼材の旧オーステナイト粒の微細化には寄与しない。一方、ピンニングＮｂ含有析出物は、鋼材の旧オーステナイト粒の微細化には大きく寄与するものの、鋼材の強化には寄与しにくい。そのため、Ｎｂを０．２０％よりも高く含有する本実施形態の鋼材では、微細Ｎｂ含有析出物と、ピンニングＮｂ含有析出物とが共存することにより、高い降伏強度と優れた低温靭性との両立ができる。
【００２６】
しかしながら、本発明者らのさらなる調査の結果、上述の化学組成において、単に０．２０％超のＮｂを含有するだけでは、高い降伏強度と優れた低温靭性との両立が得られない場合があることが分かった。この原因について、本発明者らは、上述の化学組成において、Ｃ含有量に対するＮｂ含有量の比に適切な範囲が存在するのではないかと考えた。そこで、本発明者らは、上述の化学組成をベースとして、Ｎｂ含有量及びＣ含有量を変化させ、降伏強度及び低温靭性についてさらに調査を行った。
【００２７】
図１は、Ｃ含有量及びＮｂ含有量以外の元素含有量が上述の化学組成の範囲内の鋼材における、Ｎｂ含有量及びＣ含有量と、降伏強度及び低温靭性との関係を示す図である。図１中の「○」印は、鋼材の降伏強度が７５８ＭＰａ以上であり、かつ、−６０℃での吸収エネルギーが１００Ｊ以上であることを示す。図１中の「×」印は、鋼材の降伏強度が７５８ＭＰａ未満である、又は、−６０℃での吸収エネルギーが１００Ｊ未満であることを示す。
【００２８】
図１を参照して、Ｎｂ含有量が０．２０％を超える範囲において、７５８ＭＰａ以上の降伏強度と、１００Ｊ以上の−６０℃での吸収エネルギーとを両立させるためには、Ｃ含有量に対するＮｂ含有量の比が式（１）を満たす必要があることが分かった。
５．７≦Ｎｂ／Ｃ≦９．７  （１）
【００２９】
そして、式（１）を満たす化学組成の鋼材を適切な条件で製造することにより、鋼材中のピンニングＮｂ含有析出物の個数密度が１．００×１０８〜２．００×１０１０個／ｍ２となり、その結果、７５８ＭＰａ以上の降伏強度と１００Ｊ以上の−６０℃での吸収エネルギーとを両立できることが分かった。
【００３０】
以上の知見により完成した本実施形態の鋼材は、化学組成が質量％で、Ｃ：０．０２０超〜０．０６０％、Ｓｉ：０．０５〜１．００％、Ｍｎ：０．８０〜６．００％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０２００％以下、Ｃｒ：９．００〜１２．００％未満、Ｎｉ：０．２０〜１．５０％、Ｎｂ：０．２０超〜０．５０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．１００％、Ｎ：０．００２〜０．０５０％、Ｏ：０．０２０％以下、Ｖ：０〜０．５０％、Ｃｕ：０〜２．００％、Ｍｏ：０〜１．００％、Ｃａ：０〜０．０１００％、Ｍｇ：０〜０．０１００％、Ｂ：０〜０．００５０％、及び、残部：Ｆｅ及び不純物、からなり、かつ、式（１）を満たす。そして、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の個数密度が１．００×１０８〜２．００×１０１０個／ｍ２である。この鋼材の降伏強度は７５８ＭＰａ以上であり、−６０℃における吸収エネルギーが１００Ｊ以上である。
５．７≦Ｎｂ／Ｃ≦９．７  （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【００３１】
上述のＮｂ含有析出物とは、析出物中のＮｂ含有量が質量％で５０％以上の析出物である。Ｎｂ含有析出物はたとえば、Ｎｂ炭化物、Ｎｂ窒化物、Ｎｂ炭窒化物、又は、Ｎｂ炭窒化物等（Ｎｂ炭化物、Ｎｂ窒化物、Ｎｂ炭窒化物の総称）と他の析出物との複合析出物である。
【００３２】
上述の「降伏強度が７５８ＭＰａ以上」とは、ＡＳＴＭ  Ｅ８に準拠した常温（２５℃）大気中での引張試験により得られた０．２％耐力が、７５８ＭＰａ以上であることを意味する。より具体的には、鋼材の厚さ中心位置から採取した直径６．３５ｍｍ、平行部長さ３５ｍｍの丸棒試験片を用いてＡＳＴＭ  Ｅ８に準拠した常温（２５℃）大気中での引張試験により得られた０．２％耐力が、７５８ＭＰａ以上であることを意味する。
【００３３】
上述の「−６０℃における吸収エネルギーが１００Ｊ以上」とは、ＡＳＴＭ  Ｅ２３に準拠したシャルピー衝撃試験において、−６０℃における吸収エネルギーが１００Ｊ以上であることを意味する。より具体的には、鋼材の厚さ中心位置から採取した、１０ｍｍ×１０ｍｍ×５５ｍｍのＶノッチ試験片は、Ｖノッチ試験片の長手方向（Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）は鋼材の幅方向に平行であり、Ｖノッチ角度が４５°であり、ノッチ深さが２ｍｍであり、ノッチ底半径が０．２５ｍｍであり、ノッチが鋼材の軸方向に延びており、このＶノッチ試験片を用いて、ＡＳＴＭ  Ｅ２３に準拠したシャルピー衝撃試験を実施して得られた−６０℃における吸収エネルギーが１００Ｊ以上であることを意味する。
【００３４】
鋼材の厚さ中心位置とは、鋼材が鋼板である場合、鋼板の板厚中心位置に相当し、鋼材が棒鋼である場合、棒鋼の軸方向に垂直な断面での中心位置に相当し、鋼材が鋼管である場合、肉厚中心位置に相当する。鋼材の幅方向とは、鋼材が鋼板である場合、鋼板の圧延方向及び板厚方向に垂直な方向（鋼板の幅方向）に相当し、鋼材が棒鋼である場合、棒鋼の径方向に相当し、鋼材が鋼管である場合、鋼管の軸方向（長手方向）及び肉厚方向に垂直な方向に相当する。鋼材の軸方向とは、鋼材が鋼板である場合、圧延方向に相当し、鋼材が棒鋼又は鋼管である場合、鋼管又は棒鋼の中心軸に平行な方向に相当する。
【００３５】
上記鋼材の化学組成は、Ｖ：０．０１〜０．５０％を含有してもよい。
【００３６】
上記鋼材の化学組成は、Ｃｕ：０．１０〜２．００％、及び、Ｍｏ：０．１０〜１．００％からなる群から選択される１種以上を含有してもよい。
【００３７】
上記鋼材の化学組成は、Ｃａ：０．０００５〜０．０１００％、Ｍｇ：０．０００５〜０．０１００％、及び、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％からなる群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。
【００３８】
上記鋼材は、油井用鋼管であってもよい。ここで、油井用鋼管とは、油井及び／又はガス井の掘削、原油及び／又は天然ガスの採取に用いられる鋼管を意味する。油井用鋼管とはたとえば、ケーシング、チュービング、ドリルパイプ等である。油井用鋼管は好ましくは継目無鋼管である。
【００３９】
上記鋼材は特に、１８０℃以下のスイート環境での油井用途に適する。ここで、スイート環境とは、０．２ｂａｒよりも高い分圧のＣＯ２ガスを含有し、Ｈ２Ｓ分圧が０．００３ｂａｒ未満の環境を意味する。ただし、上記鋼材は、１８０℃以下のスイート環境での油井用途に限定されない。上記鋼材は、高い降伏強度と優れた低温靭性が要求される用途に広く適用可能である。なお、ここでいう「油井」とは、油井及びガス井の総称である。
【００４０】
以下、本実施形態による鋼材について詳述する。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
【００４１】
［化学組成］
本実施形態による鋼材は、油井用途に適しており、さらに具体的には、１８０℃以下のスイート環境の油井用途に適している。本実施形態による鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。
【００４２】
Ｃ：０．０２０超〜０．０６０％
炭素（Ｃ）は、鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の強度を高める。Ｃはさらに、熱間加工工程及び焼入れ処理工程において５００ｎｍ以上の円相当径のＮｂ含有析出物（ピンニングＮｂ含有析出物）を形成し、ピンニング効果により鋼材の結晶粒を微細化する。これにより、鋼材の低温靭性が高まる。Ｃはさらに、焼戻し処理工程において１００ｎｍ未満の円相当径のＮｂ含有析出物（微細Ｎｂ含有析出物）を形成して、析出強化により鋼材の強度を高める。Ｃ含有量が０．０２０％以下であれば、Ｃ以外の他の元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃ含有量が０．０６０％を超えれば、Ｃ以外の他の元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、鋼材の低温靭性が低下してしまう。したがって、Ｃ含有量は０．０２０超〜０．０６０％である。Ｃ含有量の好ましい下限は０．０２１％であり、さらに好ましくは０．０２３％である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．０５５％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。
【００４３】
Ｓｉ：０．０５〜１．００％
ケイ素（Ｓｉ）は、鋼を脱酸する。Ｓｉ含有量が０．０５％未満であれば、Ｓｉ以外の他の元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｓｉ含有量が１．００％を超えれば、Ｓｉ以外の他の元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、鋼材の靭性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．０５〜１．００％である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０７％であり、さらに好ましくは０．１０％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．９８％であり、さらに好ましくは０．９０％である。
【００４４】
Ｍｎ：０．８０〜６．００％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼を脱酸する。Ｍｎはさらに、鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の強度を高める。Ｍｎ含有量が０．８０％未満であれば、Ｍｎ以外の他の元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、これらの効果が十分に得られない。一方、Ｍｎ含有量が６．００％を超えれば、Ｍｎ以外の他の元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．８０〜６．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．８５％であり、さらに好ましくは０．９０％であり、さらに好ましくは０．９５％であり、さらに好ましくは１．００％であり、さらに好ましくは１．５０％超である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は５．９５％であり、さらに好ましくは５．５０％である。
【００４５】
Ｐ：０．０５０％以下
燐（Ｐ）は不純物である。すなわち、Ｐ含有量は０％超である。Ｐは、粒界に偏析して鋼材の耐炭酸ガス腐食性を低下する。粒界に偏析したＰはさらに、鋼材の低温靭性を低下する。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％である。Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｐ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｐ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、より好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。
【００４６】
Ｓ：０．０２００％以下
硫黄（Ｓ）は不純物である。すなわち、Ｓ含有量は０％超である。Ｓは、粒界に偏析して鋼材の熱間加工性を低下する。したがって、Ｓ含有量は０．０２００％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０１００％であり、さらに好ましくは０．００５０％である。Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｓ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｓ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、より好ましくは０．０００２％であり、さらに好ましくは０．０００３％である。
【００４７】
Ｃｒ：９．００〜１２．００％未満
クロム（Ｃｒ）は、鋼材の耐食性を高め、特に、鋼材の耐炭酸ガス腐食性を高める。Ｃｒ含有量が９．００％未満であれば、Ｃｒ以外の他の元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、この効果が十分に得られない。一方、Ｃｒ含有量が１２．００％以上であれば、Ｃｒ以外の他の元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、フェライトが生成しやすくなり、マルテンサイトが安定して得られにくくなる。したがって、Ｃｒ含有量は９．００〜１２．００％未満である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は９．２０％であり、さらに好ましくは９．５０％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は１１．９５％であり、さらに好ましくは１１．９０％である。
【００４８】
Ｎｉ：０．２０〜１．５０％
ニッケル（Ｎｉ）は、鋼材の耐炭酸ガス腐食性、耐応力腐食割れ性（耐ＳＣＣ性）、及び、耐硫化物応力腐食割れ性（耐ＳＳＣ性）を高める。Ｎｉはさらに、オーステナイト生成元素であり、マルテンサイト組織を得られやすくする。Ｎｉ含有量が０．２０％未満であれば、Ｎｉ以外の他の元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、これらの効果が十分に得られない。一方、Ｎｉ含有量が１．５０％を超えれば、製造コストが高くなる。したがって、Ｎｉ含有量は０．２０〜１．５０％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．２５％であり、さらに好ましくは０．２８％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は１．４５％であり、さらに好ましくは１．４０％である。
【００４９】
Ｎｂ：０．２０超〜０．５０％
ニオブ（Ｎｂ）はＣ又はＮ等と結合してＮｂ含有析出物を形成する。Ｎｂ含有析出物のうち、円相当径が５００ｎｍ以上のピンニングＮｂ含有析出物は、ピンニング効果により鋼材の旧オーステナイト粒を微細化する。これにより、鋼材の低温靱性が高まる。さらに、Ｎｂ含有析出物のうち、円相当径が１００ｎｍ未満の微細Ｎｂ含有析出物は、析出強化により鋼材の降伏強度を高める。Ｎｂ含有量が０．２０％以下であれば、Ｎｂ以外の他の元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｎｂ含有量が０．５０％を超えれば、Ｎｂ以外の他の元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、Ｎｂ含有析出物が過剰に生成して鋼材の低温靱性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０．２０超〜０．５０％である。Ｎｂ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％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．４５％であり、さらに好ましくは０．４０％である。
【００５０】
ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．１００％
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。ｓｏｌ．Ａｌ含有量が０．００５％未満であれば、Ａｌ以外の他の元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、ｓｏｌ．Ａｌ含有量が０．１００％を超えれば、Ａｌ以外の他の元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、粗大な酸化物系介在物が生成して、鋼材の低温靱性が低下する。したがって、ｓｏｌ．Ａｌ含有量は０．００５〜０．１００％である。ｓｏｌ．Ａｌ含有量の好ましい下限は０．００８％であり、さらに好ましくは０．０１５％である。ｓｏｌ．Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０９５％であり、さらに好ましくは０．０８５％である。本明細書にいうｓｏｌ．Ａｌ含有量は、酸可溶Ａｌの含有量を意味する。
【００５１】
Ｎ：０．００２〜０．０５０％
窒素（Ｎ）はオーステナイト生成元素であり、マルテンサイトを安定して生成しやすくする。Ｎ含有量が０．００２％未満であれば、Ｎ以外の他の元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｎ含有量が０．０５０％を超えれば、Ｎ以外の他の元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、粗大な窒化物が生成してしまい、鋼材の低温靱性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．００２〜０．０５０％である。Ｎ含有量の好ましい下限は０．００５％であり、さらに好ましくは０．００８％である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４２％である。
【００５２】
Ｏ：０．０２０％以下
酸素（Ｏ）は不純物である。すなわち、Ｏ含有量は０％超である。Ｏは粗大な酸化物を形成し、鋼材の低温靱性を低下する。したがって、Ｏ含有量は０．０２０％以下である。Ｏ含有量の好ましい上限は０．０１０％であり、さらに好ましくは０．００５％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０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。
【００５３】
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、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。
【００５４】
［任意元素について］
上述の鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｖを含有してもよい。
【００５５】
Ｖ：０〜０．５０％
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。Ｖが含有される場合、Ｖは炭化物、窒化物、又は、炭窒化物（以下、炭化物、窒化物及び炭窒化物を纏めて「炭窒化物等」という）を形成する。Ｖ炭窒化物等は、ピンニング効果により鋼材の旧オーステナイト粒を微細化し、鋼材の低温靱性を高める。Ｖはさらに、焼戻し時に微細な炭化物を形成して、析出強化により鋼材の降伏強度を高める。Ｖ含有量が少しでも含有されれば、これらの効果がある程度得られる。しかしながら、Ｖ含有量が０．５０％を超えれば、Ｖ以外の他の元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、Ｖを含有する粗大な炭窒化物等が過剰に生成して、鋼材の低温靱性を低下する。したがって、Ｖ含有量は０〜０．５０％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．４０％であり、さらに好ましくは０．３０％であり、さらに好ましくは０．２０％である。
【００５６】
上述の鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｕ及びＭｏからなる群から選択される１種以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、鋼材の耐炭酸ガス腐食性を高める。
【００５７】
Ｃｕ：０〜２．００％
銅（Ｃｕ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｕ含有量は０％であってもよい。Ｃｕは鋼材の耐炭酸ガス腐食性を高める。Ｃｕ含有量が少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃｕ含有量が２．００％を超えれば、Ｃｕ以外の他の元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、鋼材の低温靱性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は０〜２．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．１５％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は１．５０％であり、さらに好ましくは１．００％である。
【００５８】
Ｍｏ：０〜１．００％
モリブデン（Ｍｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｍｏ含有量は０％であってもよい。Ｍｏは鋼材の耐炭酸ガス腐食性を高める。Ｍｏ含有量が少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Ｍｏ含有量が１．００％を超えれば、Ｍｏ以外の他の元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、鋼材の低温靱性が低下する。したがって、Ｍｏ含有量は０〜１．００％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．１５％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は０．９０％であり、さらに好ましくは０．８０％であり、さらに好ましくは０．７０％である。
【００５９】
上述の鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃａ、Ｍｇ、及び、Ｂからなる群から選択される１種又は２種以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、鋼材の熱間加工性を高める。
【００６０】
Ｃａ：０〜０．０１００％
カルシウム（Ｃａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃａ含有量は０％であってもよい。Ｃａが含有される場合、Ｃａは、鋼材中の硫化物を微細化し、鋼材の熱間加工性を高める。Ｃａが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃａ含有量が０．０１００％を超えれば、Ｃａ以外の他の元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の低温靱性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０〜０．０１００％である。Ｃａ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％であり、さらに好ましくは０．００１５％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％である。
【００６１】
Ｍｇ：０〜０．０１００％
マグネシウム（Ｍｇ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｍｇ含有量は０％であってもよい。Ｍｇが含有される場合、Ｍｇは、鋼材中のＳを硫化物として無害化し、鋼材の熱間加工性を高める。Ｍｇが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Ｍｇ含有量が０．０１００％を超えれば、Ｍｇ以外の他の元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｍｇ含有量は０〜０．０１００％である。Ｍｇ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％であり、さらに好ましくは０．００１２％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、より好ましくは０．００５０％である。
【００６２】
Ｂ：０〜０．００５０％
硼素（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。Ｂが含有される場合、Ｂは、鋼材の熱間加工性を高める。Ｂが少しでも含有されれば、この効果がある程度得られる。しかしながら、Ｂ含有量が０．００５０％を超えれば、Ｂ以外の他の元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、鋼材中に粗大なＢ窒化物が生成して、鋼材の低温靱性が低下する。したがって、Ｂ含有量は０〜０．００５０％である。Ｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．０００６％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。
【００６３】
［式（１）について］
本実施形態の鋼材の化学組成はさらに、上述の各元素の含有量が上述の範囲内であり、かつ、式（１）を満たす。
５．７≦Ｎｂ／Ｃ≦９．７  （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
【００６４】
Ｆ１＝Ｎｂ／Ｃと定義する。Ｆ１が５．７未満であれば、各元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、Ｃ含有量に対してＮｂ含有量が少なすぎる。この場合、円相当径が５００ｎｍ以上のピンニングＮｂ含有析出物が十分に析出しにくく、鋼材の旧オーステナイト粒を十分に微細化できない。その結果、鋼材の低温靭性が低下する。一方、Ｆ１が９．７を超えれば、各元素の含有量が本実施形態で説明する範囲内であっても、Ｃ含有量に対してＮｂ含有量が多すぎる。この場合、円相当径が５００ｎｍ以上のピンニングＮｂ含有析出物が過剰に析出し、特に、粗大なＮｂ含有析出物が多く析出する。その結果、旧オーステナイト粒径の微細化による靱性の向上よりも、粗大なＮｂ含有析出物による靱性劣化が顕著となり、結果として、鋼材の低温靭性が低下する。Ｆ１が５．７〜９．７であれば、Ｃ含有量に対するＮｂ含有量が適切である。そのため、後述の適切な製造条件で製造することを前提として、円相当径が５００ｎｍのピンニングＮｂ含有析出物の個数密度が１．００×１０８〜２．００×１０１０個／ｍ２となり、優れた低温靭性（−６０℃での吸収エネルギーが１００Ｊ以上）が得られる。さらに、円相当径が１００ｎｍ未満の微細Ｎｂ含有析出物も十分に形成されているため、７５８ＭＰａ以上の高い降伏強度が得られる。
【００６５】
なお、Ｆ１は、算出された値の小数点第２位の数値を四捨五入して得られる値である。
【００６６】
［ピンニングＮｂ含有析出物の個数密度について］
本実施形態の鋼材ではさらに、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物（ピンニングＮｂ含有析出物）の個数密度が１．００×１０８〜２．００×１０１０個／ｍ２である。ここで、Ｎｂ含有析出物とは、析出物中のＮｂ含有量が質量％で５０％以上の析出物であり、具体的には、Ｎｂ炭化物、Ｎｂ窒化物、Ｎｂ炭窒化物、又は、Ｎｂ炭窒化物等（Ｎｂ炭化物、Ｎｂ窒化物、Ｎｂ炭窒化物の総称）と他の析出物との複合析出物である。
【００６７】
Ｎｂ含有析出物の個数密度（個／ｍ２）は次の方法で求めることができる。鋼材の厚さ中央位置から組織観察用サンプルを採取する。鋼材の厚さ中央位置とは、鋼材が鋼板の場合、鋼板の板厚中央位置を意味する。鋼材が鋼管である場合、肉厚中央位置を意味する。鋼材が棒鋼である場合、中心軸を含む位置を意味する。組織観察用サンプルの被検面は鋼材の軸方向に垂直な面とする。鋼材の軸方向とは、鋼材が鋼板である場合、圧延方向を意味し、鋼材が鋼管又は棒鋼である場合、鋼管又は棒鋼の中心軸に平行な方向を意味する。
【００６８】
組織観察用サンプルの被検面中の任意の５視野（各視野面積は１２０μｍ×９０μｍ）に対して、１０００倍の倍率でＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）による反射電子による組織観察を実施し、各視野から、コントラストに基づいて析出物を特定する。特定された各析出物に対して、ＳＥＭのエネルギー分散型Ｘ線分析法（Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：以下、「ＥＤＳ」ともいう。）による成分分析を実施する。ＥＤＳによる成分分析の結果、質量％で５０％以上のＮｂを含有する析出物を、Ｎｂ含有析出物と特定する。５視野で特定された各Ｎｂ含有析出物の円相当径を、画像処理により求める。そして、５視野で特定されたＮｂ含有析出物のうち、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の個数をカウントする。５視野で特定された、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の個数と、５視野の総面積とに基づいて、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の個数密度（個／ｍ２）を求める。
【００６９】
円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の個数密度が１．００×１０８未満であれば、ピンニングに寄与するＮｂ含有析出物が少なすぎる。この場合、式（１）を満たす化学組成を有する鋼材であっても、十分な低温靱性が得られない。具体的には、−６０℃における吸収エネルギーが１００Ｊ未満になる。一方、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の個数密度が２．００×１０１０を超えれば、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物が過剰に多く生成されてしまい、ピンニング効果に寄与しない粗大なＮｂ含有量析出物が多く存在する。この場合、式（１）を満たす化学組成を有する鋼材であっても、十分な低温靱性が得られず、−６０℃における吸収エネルギーが１００Ｊ未満になる。
【００７０】
円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の個数密度が１．００×１０８〜２．００×１０１０であれば、ピンニングに寄与する５００ｎｍ以上の円相当径のＮｂ含有析出物が適切な数だけ存在している。そのため、式（１）を満たす化学組成を有する鋼材の旧オーステナイト粒が適切に微細化されており、十分な低温靱性が得られる。つまり、−６０℃における吸収エネルギーが１００Ｊ以上になる。また、この場合、円相当径が１００ｎｍ未満の微細Ｎｂ含有析出物も適切な量が存在しているため、式（１）を満たす化学組成を有する鋼材の降伏強度が７５８ＭＰａ以上になる。
【００７１】
円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の個数密度の好ましい下限は、１．２０×１０８であり、さらに好ましくは１．３０×１０８であり、さらに好ましくは１．５０×１０８である。円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の個数密度の好ましい上限は１．５０×１０１０であり、さらに好ましくは１．００×１０１０であり、さらに好ましくは９．００×１０９であり、さらに好ましくは８．００×１０９である。なお、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の円相当径の上限は特に限定されないが、たとえば、２０００ｎｍである。
【００７２】
［鋼材の降伏強度ＹＳ］
本実施形態による鋼材の降伏強度ＹＳは７５８ＭＰａ以上（１１０ｋｓｉ以上）である。上述の式（１）を満たす化学組成を有し、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の個数密度が１．００×１０８〜２．００×１０１０個／ｍ２であれば、降伏強度は７５８ＭＰａ以上となる。
【００７３】
降伏強度はＡＳＴＭ  Ｅ８に準拠した引張試験により得られる。具体的には、鋼材の厚さ中央位置から、丸棒試験片を採取する。ここで、鋼材の厚さ中央位置とは、鋼材が鋼板の場合、鋼板の板厚中央位置を意味する。鋼材が鋼管である場合、肉厚中央位置を意味する。鋼材が棒鋼である場合、中心軸を含む位置を意味する。丸棒試験片の直径は６．３５ｍｍとし、平行部の長さは３５ｍｍとする。丸棒試験片の軸方向は、鋼材の軸方向と平行とする。ここで、鋼材の軸方向とは、鋼材が鋼板である場合、圧延方向を意味し、鋼材が鋼管又は棒鋼である場合、中心軸と平行な方向を意味する。丸棒試験片を用いて、常温（２５℃）、大気中にて引張試験を実施して、降伏強度（ＭＰａ）を求める。本明細書では、上述の引張試験で得られた０．２％耐力を、降伏強度（ＭＰａ）と定義する。
【００７４】
本実施形態の鋼材の降伏強度は８００ＭＰａ以上であってもよく、８１０ＭＰａ以上であってもよく、８３０ＭＰａ以上であってもよい。しかしながら、低温靭性を考慮すれば、降伏強度の下限はなるべく低い方が好ましく、７５８ＭＰａ以上が好ましい。本実施形態の鋼材の降伏強度の上限は特に限定されないが、たとえば、９００ＭＰａである。
【００７５】
［鋼材の低温靭性］
本実施形態の鋼材は優れた低温靭性を有し、具体的には、−６０℃における吸収エネルギーが１００Ｊ以上である。
【００７６】
鋼材の低温靭性は次の方法で求めることができる。鋼材の厚さ中央位置から、ＡＳＴＭ  Ｅ２３に準拠したＶノッチ試験片を採取する。鋼材の厚さ中央位置とは、鋼材が鋼板の場合、鋼板の板厚中央位置を意味する。鋼材が鋼管である場合、肉厚中央位置を意味する。鋼材が棒鋼である場合、中心軸を含む位置を意味する。Ｖノッチ試験片の長手方向（Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）に垂直な断面は１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形とし、Ｖノッチ試験片の長手方向の長さは５５ｍｍとする。つまり、Ｖノッチ試験片は、いわゆるフルサイズ試験片である。Ｖノッチ試験片の長手方向は、鋼材の幅方向と平行である。ここで、鋼材の幅方向とは、鋼材が鋼板である場合、鋼板の圧延方向及び板厚方向に垂直な方向（つまり、鋼板の幅方向）を意味する。鋼材が鋼管である場合、鋼材の幅方向は、鋼管の中心軸方向及び肉厚方向に垂直な方向を意味する。鋼材が棒鋼である場合、鋼材の幅方向は、棒鋼の径方向を意味する。Ｖノッチ試験片の長さ中央位置（つまり、長さ５５ｍｍの中央位置）に、Ｖノッチを形成する。Ｖノッチ角度を４５°とし、ノッチ深さを２ｍｍとし、ノッチ底半径を０．２５ｍｍとする。Ｖノッチの延びる方向は鋼材の軸方向に平行とする。ここで、鋼材の軸方向とは、鋼材が鋼板である場合、圧延方向を意味する。鋼材が鋼管又は棒鋼である場合、中心軸に平行な方向を意味する。ＡＳＴＭ  Ｅ２３に準拠して、−６０℃に冷却したＶノッチ試験片に対してシャルピー衝撃試験を実施する。５個のＶノッチ試験片に対して上述のシャルピー衝撃試験を実施し、得られた吸収エネルギーの算術平均値を、−６０℃での吸収エネルギー（Ｊ）と定義する。本実施形態の鋼材では、上述のとおり、−６０℃での吸収エネルギーが１００Ｊ以上である。
【００７７】
［ミクロ組織］
本実施形態による鋼材のミクロ組織は、主としてマルテンサイトからなる。本明細書において「マルテンサイト」とは、フレッシュマルテンサイトおよび焼戻しマルテンサイトの両方を含む。「主としてマルテンサイトからなる」とは、ミクロ組織中のマルテンサイトの体積率が９０％以上であることを意味する。組織の残部は、残留オーステナイトである。つまり、残留オーステナイトの体積率は０〜１０％である。残留オーステナイトの体積率はなるべく低い方が好ましい。組織中のマルテンサイトの体積率の好ましい下限は９０％であり、さらに好ましくは９５％である。さらに好ましくは、金属組織は、マルテンサイト単相である。
【００７８】
上述の組織において、少量の残留オーステナイトは、著しい強度の低下を招かず、かつ、鋼の靭性を顕著に高める。しかしながら、残留オーステナイトの体積率が高すぎれば、鋼の強度が顕著に低下する。したがって、残留オーステナイトの体積率は０〜１０％である。強度確保の観点から、より好ましい残留オーステナイトの体積率は０〜５％である。上述のとおり、本実施形態の鋼材の組織は、マルテンサイト単相でもよい。したがって、この場合、残留オーステナイトの体積率は０％になる。一方、少しでも残留オーステナイトが存在する場合、残留オーステナイトの体積率は０超〜１０％以下であり、さらに好ましくは０超〜５％である。
【００７９】
なお、マルテンサイトの体積率を求める場合、次のＸ線回折法を用いて求める。具体的には、鋼材の厚さ中央位置から、Ｘ線回折用サンプルを採取する。鋼材の厚さ中央位置とは、鋼材が鋼板の場合、鋼板の板厚中央位置を意味する。鋼材が鋼管である場合、肉厚中央位置を意味する。鋼材が棒鋼である場合、中心軸を含む位置を意味する。Ｘ線回折用サンプルのサイズは、Ｘ線回折を実施できれば、特に限定されない。Ｘ線回折用サンプルのサイズはたとえば、１５ｍｍ×１５ｍｍ×２ｍｍである。採取された試験片を用いて、α相（フェライト又はマルテンサイト）の（２００）面、α相の（２１１）面、γ相（オーステナイト）の（２００）面、γ相の（２２０）面、及び、γ相の（３１１）面の各々のＸ線強度を測定し、各面の積分強度を算出する。Ｘ線回折強度の測定において、Ｘ線回折装置のターゲットをＣｏとし、出力を２０ｋＶ−１０ｍＡとする。算出後、α相の各面と、γ相の各面との組み合わせ（２×３＝合計６組）ごとに、次式を用いて残留オーステナイト体積率Ｖγを求める。
Ｖγ＝１００／｛１＋（Ｉα×Ｒγ）／（Ｉγ×Ｒα）｝
ここで、式中の「Ｉα」はα相の積分強度であり、「Ｉγ」はγ相の積分強度である。「Ｒα」はα相の結晶学的理論計算値であり、「Ｒγ」はγ相の結晶学的理論計算値である。上記各面の体積率Ｖγの算術平均値を、残留オーステナイトの体積率（ｖｏｌ．％）と定義する。得られた残留オーステナイトの体積率から、次の式を用いて、マルテンサイトの体積率（ｖｏｌ．％）を求める。
マルテンサイトの体積率＝１００−残留オーステナイトの体積率Ｖγ
【００８０】
なお、式（１）を満たす上述の化学組成の鋼材において、降伏強度が７５８ＭＰａ以上であれば、少なくとも、マルテンサイトの体積率が９０％以上である。
【００８１】
［鋼材の形状及び用途］
本実施形態による鋼材の形状は、特に限定されない。鋼材はたとえば鋼管、鋼板、棒鋼等である。本実施形態の鋼材は、高い降伏強度と優れた低温靭性が要求される用途に広く適用可能であり、特に、スイート環境の油井用鋼材に好適である。油井用鋼材とは、油井及び／又はガス井の掘削、原油及び／又は天然ガスの採取に用いられる鋼材を意味する。鋼材が鋼管である場合、油井用鋼管とはたとえば、ケーシング、チュービング、ドリルパイプ等である。本実施形態の鋼材が油井用鋼管である場合、油井用鋼管は溶接鋼管であってもよいし、継目無鋼管であってもよい。好ましくは、油井用鋼管は継目無鋼管である。本実施形態の鋼材が油井用鋼管である場合、鋼管の外径、肉厚は特に限定されない。
【００８２】
［製造方法］
本実施形態による鋼材の製造方法は、熱間加工工程と、焼入れ工程と、焼戻し工程とを備える。本実施形態では、鋼材の製造方法の一例として、鋼管の製造方法を説明し、より具体的には、鋼管の一例である継目無鋼管の製造方法を説明する。以下、各工程について詳述する。
【００８３】
［熱間加工工程］
熱間加工工程では、準備された素材を熱間加工して中間鋼材を製造する。鋼材が継目無鋼管である場合、中間鋼材は素管（Ｈｏｌｌｏｗ  Ｓｈｅｌｌ）に相当する。
【００８４】
素材は第三者から購入して準備してもよい。また、素材を製造して準備してもよい。素材を製造して準備する場合、たとえば、次の方法により素材を製造する。
【００８５】
上述の化学組成を有する溶鋼を用いて素材を製造する。具体的には、溶鋼を用いて連続鋳造法により鋳片（スラブ、ブルーム、又は、ビレット）を製造する。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分塊圧延して、ビレットを製造してもよい。以上の工程により素材（スラブ、ブルーム、又は、ビレット）を準備する。なお、本例では、継目無鋼管の製造方法を例に、本実施形態の鋼材の製造方法を説明するが、素材としてビレットを用いた場合の鋼材（継目無鋼管）の製造方法を以下に説明する。
【００８６】
熱間加工工程では、始めに、ビレットを加熱炉で加熱する。加熱温度は特に限定されないが、たとえば、１１００〜１３００℃である。加熱炉から抽出されたビレットに対して熱間加工を実施して、素管（継目無鋼管）を製造する。たとえば、熱間加工方法としてマンネスマン法を実施して、素管を製造する。この場合、穿孔機により丸ビレットを穿孔圧延して素管を製造する。穿孔圧延する場合、穿孔比は特に限定されないが、たとえば、１．０〜４．０である。穿孔圧延されたビレットをさらに、マンドレルミル、レデューサー、サイジングミル等により延伸圧延して素管を製造する。熱間加工工程での累積の減面率は特に限定さないが、たとえば、２０〜７０％である。
【００８７】
マンネスマン法以外の他の熱間加工方法により、ビレットから素管を製造してもよい。たとえば、本実施形態の鋼材がカップリングのように短尺の厚肉の鋼管である場合、エルハルト・プッシュベンチ法等の熱間鍛造により素管を製造してもよい。また、ユジーンセジュルネ法等の熱間押出により素管を製造してもよい。
【００８８】
熱間加工により製造された素管を放冷する。熱間加工により製造された素管は、常温まで放冷せずに、熱間製管後に補熱（再加熱）した後、焼入れを実施してもよい。
【００８９】
補熱による焼入れ後、焼入れ工程を再度実施してもよい。焼入れ工程及び焼戻し工程は１回実施してもよいし、複数回実施してもよい。熱間製管後に補熱した後焼入れを実施した場合、残留応力を除去することを目的として、焼入れ後であって次工程の熱処理前に、応力除去焼鈍し処理（ＳＲ処理）を実施してもよい。
【００９０】
［焼入れ工程］
焼入れ工程では、熱間加工工程で製造された中間鋼材に対して、焼入れを実施する。本明細書において、「焼入れ」とは、中間鋼材をＡｃ３点以上の焼入れ温度に加熱し、その後、急冷することを意味する。好ましい焼入れ温度は７５０〜９５０℃である。焼入れ温度は、補熱、又は加熱を実施する熱処理炉の炉温に相当する。
【００９１】
焼入れ温度が高すぎれば、旧オーステナイト粒の結晶粒が粗大になり、鋼材の低温靭性が低下する。一方、焼入れ温度が低すぎれば、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物（ピンニングＮｂ含有析出物）が十分に生成せず、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の個数密度が１．００×１０８未満となる。焼入れ温度がＡｃ３点〜９５０℃であれば、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物が十分に生成して、個数密度が１．００×１０８〜２．００×１０１０個／ｍ２となり、旧オーステナイト粒を微細化できる。そのため、鋼材の低温靭性を高めることができる。焼入れ温度の好ましい下限は７５０℃であり、さらに好ましくは８００℃であり、さらに好ましくは８２０℃である。焼入れ温度の好ましい上限は９４０℃であり、さらに好ましくは９３０℃であり、さらに好ましくは９１０℃である。
【００９２】
さらに、焼入れ温度での中間鋼材の保持時間は５〜６０分である。保持時間が５分未満であれば、焼入れ温度が７５０〜９５０℃であっても、５００ｎｍ以上の円相当径のＮｂ含有析出物が十分に生成しない。そのため、旧オーステナイト粒が十分に微細にならず、中間鋼材の低温靭性が低下する。一方、保持時間が６０分を超えれば、焼入れ温度がＡｃ３点〜９５０℃であっても、オーステナイト粒が粗大になる。そのため、鋼材の低温靭性が低下する。式（１）を満たす化学組成の中間鋼材のＡｃ３点〜９５０℃の焼入れ温度での保持時間が５〜６０分であれば、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物が十分に生成して、個数密度が１．００×１０８〜２．００×１０１０個／ｍ２となり、旧オーステナイト粒を微細化できる。そのため、鋼材の低温靭性を高めることができる。
【００９３】
上記焼入れ温度で上記時間保持した後、鋼材を焼入れ（急冷）する。焼入れ方法はたとえば、焼入れ温度から中間鋼材（素管）を連続的に冷却し、素管の表面温度を連続的に低下させる。連続冷却処理の方法は特に限定されず、周知の方法でよい。連続冷却処理の方法はたとえば、水冷である。水冷方法はたとえば、水槽に素管を浸漬して冷却する方法や、シャワー水冷又はミスト冷却により素管を加速冷却する方法である。焼入れでの平均冷却速度はたとえば、３００℃／分以上である。
【００９４】
［焼戻し工程］
焼戻し工程では、上述の焼入れ工程を実施した後、焼戻しを実施する。本明細書において、「焼戻し」とは、焼入れ後の中間鋼材を再加熱して、Ａｃ１変態点以下の焼戻し温度で中間鋼材を保持することを意味する。
【００９５】
焼戻し温度は、鋼材の化学組成、及び、得ようとする降伏強度ＹＳに応じて適宜調整する。つまり、本実施形態の化学組成を有する中間鋼材（素管）に対して、焼戻し温度を調整して、鋼材の降伏強度ＹＳを７５８ＭＰａ以上に調整する。ここで、焼戻し温度とは、焼入れ後の中間鋼材を加熱して、保持する際の熱処理炉の温度に相当する。
【００９６】
本実施形態の式（１）を満たす上述の化学組成の鋼材の場合、従来の１３Ｃｒ鋼材と異なり、焼戻し温度の低下とともに低温靭性も連続的に低下していくのではなく、焼戻し温度が５００〜６５０℃未満となる温度域において、低温靭性が再び上昇する。この原因については定かではないが、０．２０％超のＮｂを含有する本実施形態の化学組成の鋼材で特有の現象である。したがって、焼戻し温度を５００〜６５０℃とする。
【００９７】
焼戻し温度が５００℃未満であれば、十分な低温靭性が得られない。一方、焼戻し温度が６５０℃を超えれば、本実施形態の化学組成の鋼材において、７５８ＭＰａ以上の降伏強度が得られない。
【００９８】
焼戻し温度が５００〜６５０℃であれば、他の製造条件を満たすことを前提として、本実施形態の化学組成を有する鋼材において、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の個数密度が１．００×１０８〜２．００×１０１０個／ｍ２となり、かつ、微細Ｎｂ含有析出物も十分に生成する。そのため、鋼材の降伏強度が７５８ＭＰａ以上となり、−６０℃での吸収エネルギーが１００Ｊ以上になる。焼戻し温度のより好ましい下限は５４０℃であり、さらに好ましくは５６０℃である。焼戻し温度のより好ましい上限は６４０℃であり、さらに好ましくは６３０℃である。
【００９９】
焼戻し温度での保持時間は５〜６０分である。焼戻し温度での保持時間が短すぎれば、十分な低温靭性が得られない。一方、焼戻し温度での保持時間が長すぎれば、本実施形態の化学組成の鋼材において、７５８ＭＰａ以上の降伏強度が得られない。焼戻し温度での保持時間が５〜６０分であれば、他の製造条件を満たすことを前提として、本実施形態の化学組成を有する鋼材において、降伏強度が７５８ＭＰａ以上となり、優れた低温靭性が得られる。
【０１００】
［温間矯正工程］
上述の焼戻し処理を実施した後、中間鋼材（素管）に対して、必要に応じて、温間での矯正加工（温間矯正）を実施してもよい。つまり、温間矯正工程は実施しなくてもよい。温間矯正工程を実施する場合、上述のとおり、焼戻し温度が５００〜６５０℃であれば、温間矯正を実施するときの中間鋼材の温度が適切であり、温間矯正により過度のひずみが導入されにくい。そのため、上述の焼戻し温度は、温間矯正を実施する場合においても適切である。なお、中間鋼材に曲がりが発生していない場合、温間矯正工程を実施する必要はない。
【０１０１】
以上の製造方法により、本実施形態による鋼材を製造することができる。上述の製造方法では、一例として鋼管（継目無鋼管）の製造方法を説明した。しかしながら、本実施形態による鋼材は、鋼板や他の形状であってもよい。鋼板や他の形状の製造方法も、上述の製造方法と同様に、たとえば、熱間加工工程と、焼入れ工程と、焼戻し工程とを備える。
【０１０２】
なお、上述の製造方法は一例であり、他の製造方法によって製造されてもよい。つまり、式（１）を満たす上述の化学組成を有し、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の個数密度が１．００×１０８〜２．００×１０１０個／ｍ２となる本実施形態の鋼材を製造できれば、製造方法は特に限定されない。上記製造方法は、本実施形態の鋼材を製造する好ましい一例である。
【実施例】
【０１０３】
表１に示す化学組成を有する、溶鋼を製造した。表１中の「−」は、該当する元素含有量が検出限界未満であったことを示す。
【０１０４】
【表１】
2020063494.tif 000003
【０１０５】
上記溶鋼を用いて連続鋳造法により、外径３１０ｍｍの丸ビレットを鋳造した。製造された丸ビレットを１２５０℃に加熱した後、熱間加工（マンネスマン法による穿孔圧延及び延伸圧延）を実施して、外径２４４．４８ｍｍ、肉厚１３．８４ｍｍの継目無鋼管を製造した。製造した継目無鋼管から、後述する評価試験に用いる試験片が採取できる大きさで、かつ、厚さ１３．８４ｍｍの湾曲した板状（断面が円弧状）の供試材を採取した。
【０１０６】
採取した各試験番号の供試材について、焼入れ処理及び焼戻し処理を実施した。具体的には、焼入れ処理では、各試験番号の供試材に対して、表２に示す焼入れ温度Ｔ１℃で、保持時間ｔ１分保持した後、水槽に浸漬して水冷を実施した。焼戻し処理では、焼入れ処理後の供試材に対して、表２に示す焼戻し温度Ｔ２℃で保持時間ｔ２分保持した後、常温まで放冷した。なお、焼入れ処理を行った熱処理炉の炉温を焼入れ温度Ｔ１（℃）とし、焼戻し処理を行った熱処理の炉温を焼戻し温度Ｔ２（℃）とした。
【０１０７】
【表２】
2020063494.tif 000004
【０１０８】
［評価試験］
上記の焼戻し処理後の各試験番号の供試材に対して、Ｎｂ析出物個数密度測定試験、降伏強度評価試験、及び、低温靭性評価試験を実施した。
【０１０９】
［Ｎｂ析出物個数密度測定試験］
各試験番号の供試材の板幅中央位置であって、かつ、板厚（肉厚）中央位置から、組織観察用サンプルを採取した。組織観察用サンプルの被検面は、各試験番号の供試材を採取した継目無鋼管の軸方向に垂直な面とした。組織観察用サンプルの被検面を鏡面研磨した後、被検面中の任意の５視野（各視野面積は１２０μｍ×９０μｍ）に対して、１０００倍の倍率でＳＥＭによる組織観察を実施した。そして、各視野において、コントラストに基づいて析出物を特定した。特定された各析出物に対して、ＳＥＭに付属したＥＤＳによる成分分析を実施した。ＥＤＳによる成分分析の結果、質量％で５０％以上のＮｂを含有する析出物を、Ｎｂ含有析出物と特定した。５視野で特定された各Ｎｂ含有析出物の円相当径を、画像処理により求めた。そして、５視野で特定されたＮｂ含有析出物のうち、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物（ピンニングＮｂ含有析出物）の個数をカウントした。５視野で特定された、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物（ピンニングＮｂ含有析出物）の個数と、５視野の総面積とに基づいて、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の個数密度（個／ｍ２）を求めた。求めた個数密度を表２中の「ピンニングＮｂ含有析出物個数密度」欄に示す。
【０１１０】
［降伏強度評価試験］
各試験番号の供試材の板幅中央位置であって、かつ、板厚（肉厚）中央位置から、丸棒試験片を採取した。丸棒試験片の直径は６．３５ｍｍとし、平行部の長さは３５ｍｍとした。平行部は、供試材を採取した継目無鋼管の軸方向に平行であった。採取した丸棒試験片を用いて、ＡＳＴＭ  Ｅ８に準拠して、常温（２５℃）、大気中での引張試験を実施した。引張試験で得られた０．２％耐力を、降伏強度（ＭＰａ）とした。
【０１１１】
［低温靭性評価試験］
各試験番号の供試材の板幅中央位置であって、かつ、板厚（肉厚）中央位置から、ＡＳＴＭ  Ｅ２３に準拠したＶノッチ試験片を採取した。Ｖノッチ試験片の長手方向に垂直な断面は１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形とし、Ｖノッチ試験片の長手方向の長さは５５ｍｍとした。つまり、フルサイズのＶノッチ試験片を準備した。Ｖノッチ試験片の長手方向は、供試材を採取した継目無鋼管の中心軸方向と肉厚方向とに垂直な方向（つまり、供試材を採取した継目無鋼管の円周方向の接線方向）とした。Ｖノッチ試験片の長さ中央位置でＶノッチを形成した。Ｖノッチ角度を４５°とし、ノッチ深さを２ｍｍとし、ノッチ底半径を０．２５ｍｍとした。Ｖノッチの延びる方向は、供試材を採取した継目無鋼管の中心軸と平行な方向とした。ＡＳＴＭ  Ｅ２３に準拠して、−６０℃に冷却したＶノッチ試験片に対してシャルピー衝撃試験を実施した。５個のＶノッチ試験片に対して上述のシャルピー衝撃試験を実施し、得られた吸収エネルギーの算術平均値を、−６０℃での吸収エネルギー（Ｊ）と定義した。
【０１１２】
なお、各試験番号の供試材のマルテンサイトの体積率を次の方法で求めた。供試材の肉厚中央位置から、Ｘ線回折用サンプルを採取した。Ｘ線回折用サンプルのサイズは、１５ｍｍ×１５ｍｍ×２ｍｍとした。採取されたＸ線回折用サンプルを用いて、Ｘ線回折法により、α相（フェライト又はマルテンサイト）の（２００）面、α相の（２１１）面、γ相（オーステナイト）の（２００）面、γ相の（２２０）面、及び、γ相の（３１１）面の各々のＸ線強度を測定し、各面の積分強度を算出した。Ｘ線回折法におけるＸ線回折強度の測定において、Ｘ線回折装置のターゲットをＣｏとし、出力を２０ｋＶ−１０ｍＡとした。算出後、α相の各面と、γ相の各面との組み合わせ（２×３＝合計６組）ごとに、次式を用いて残留オーステナイト体積率Ｖγを求めた。
Ｖγ＝１００／｛１＋（Ｉα×Ｒγ）／（Ｉγ×Ｒα）｝
ここで、式中の「Ｉα」はα相の積分強度であり、「Ｉγ」はγ相の積分強度である。「Ｒα」はα相の結晶学的理論計算値であり、「Ｒγ」はγ相の結晶学的理論計算値である。上記各面の体積率Ｖγの算術平均値を、残留オーステナイトの体積率（ｖｏｌ．％）と定義した。得られた残留オーステナイトの体積率から、次の式を用いて、マルテンサイトの体積率（ｖｏｌ．％）を求めた。
マルテンサイトの体積率＝１００−残留オーステナイトの体積率Ｖγ
測定の結果、いずれの試験番号においても、マルテンサイトの体積率は９０％以上であった。
【０１１３】
［試験結果］
試験結果を表２に示す。表２を参照して、試験番号１〜２０の化学組成はいずれも適切であり、Ｆ１が式（１）を満たした。さらに、製造条件（焼入れ温度Ｔ１、保持時間ｔ１、焼戻し温度Ｔ２、保持時間ｔ２）も適切であった。そのため、これらの試験番号において、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の個数密度は、１．００×１０８〜２．００×１０１０個／ｍ２であった。その結果、これらの試験番号の降伏強度は７５８ＭＰａ以上であった。さらに、−６０℃での吸収エネルギーは１００Ｊ以上であり、優れた低温靭性を示した。
【０１１４】
一方、試験番号２１及び２２では、化学組成は適切であったものの、Ｆ１が低すぎて、式（１）を満たさなかった。そのため、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の個数密度は、１．００×１０８個／ｍ２未満であった。その結果、−６０℃での吸収エネルギーが１００Ｊ未満であった。
【０１１５】
試験番号２３及び２４では、化学組成は適切であったものの、Ｆ１が高すぎて、式（１）を満たさなかった。そのため、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の個数密度は、２．００×１０１０個／ｍ２を超えた。その結果、−６０℃での吸収エネルギーが１００Ｊ未満であった。
【０１１６】
試験番号２５では、Ｎｂ含有量が低すぎた。その結果、降伏強度が７５８ＭＰａ未満であった。微細Ｎｂ含有析出物の生成量が不足し、その結果、降伏強度が低かったと考えられる。
【０１１７】
試験番号２６では、化学組成が適切であり、Ｆ１が式（１）を満たしたものの、焼入れ温度が低すぎた。そのため、熱処理中にオーステナイトへの逆変態が完全には生じなかった。その結果、降伏強度が７５８ＭＰａ未満となった。
【０１１８】
試験番号２７では、化学組成が適切であり、Ｆ１が式（１）を満たしたものの、焼入れ温度が高すぎた。そのため、円相当径が５００ｎｍ以上のＮｂ含有析出物の個数密度が１．００×１０８個／ｍ２未満となった。その結果、−６０℃での吸収エネルギーが１００Ｊ未満であった。焼入れ温度が高すぎたため、ピンニングＮｂ含有析出物の個数密度が不十分となり、その結果、旧オーステナイト粒を十分に微細化できなかったと考えられる。
【０１１９】
試験番号２８では、化学組成が適切であり、Ｆ１が式（１）を満たしたものの、焼戻し温度が低すぎた。そのため、化学組成が適切であり、Ｆ１が式（１）を満たしていても、−６０℃での吸収エネルギーが１００Ｊ未満であった。
【０１２０】
試験番号２９では、化学組成が適切であり、Ｆ１が式（１）を満たしたものの、焼戻し温度が高すぎた。そのため、化学組成が適切であり、Ｆ１が式（１）を満たしていても、降伏強度が７５８ＭＰａ未満であった。
【０１２１】
以上、本発明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発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明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。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本実施形態による鋼材は、高い降伏強度と優れた低温靭性が要求される用途に広く適用可能であり、特に、スイート環境の油井用鋼材に好適である。より具体的には、本実施形態による鋼材は、１８０℃以下のスイート環境の油井用途のケーシング、チュービング、ドリルパイプ等の油井用鋼管として好適である。
【図１】
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