(57)【要約】【課題】降伏強度のばらつきを低減した鋼材の製造方法、及び、その製造方法を実施できる焼戻し設備を提供する。【解決手段】本開示による鋼材の製造方法は、準備工程と、焼入れ工程と、焼戻し工程とを備える。準備工程では、明細書に記載の化学組成を有する中間鋼材を準備する。焼入れ工程では、準備工程後、８５０〜１０００℃の中間鋼材を、８００℃から５００℃の間の平均冷却速度を３００℃／分以上で冷却する。焼戻し工程では、焼入れ工程後、中間鋼材を、１００℃から６００℃の間の平均加熱速度を１０超〜５０℃／秒で加熱して、６５０〜７２０℃で１０〜１８０分保持する。【選択図】図５
2020147800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．２０〜０．５０％、
Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、
Ｍｎ：０．０１〜１．００％、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０１０％以下、
Ａｌ：０．００５〜０．１００％、
Ｃｒ：０．２０〜１．２０％、
Ｍｏ：０．３０〜１．５０％、
Ｔｉ：０．００１〜０．０３０％、
Ｖ：０．０１〜０．５０％、
Ｎｂ：０．００２〜０．１００％、
Ｂ：０．０００１〜０．００５０％、
Ｃｕ：０．０１〜０．５０％、
Ｎｉ：０．０１〜０．５０％、
Ｎ：０．０１００％以下、
Ｏ：０．００５０％未満、
Ｃａ：０〜０．０１００％、
Ｍｇ：０〜０．０１００％、
希土類元素：０〜０．０５０％、及び、
Ｗ：０〜２．００％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する中間鋼材を準備する準備工程と、
前記準備工程後、８５０〜１０００℃の前記中間鋼材を、８００℃から５００℃の間の平均冷却速度を３００℃／分以上で冷却する焼入れ工程と、
前記焼入れ工程後、前記中間鋼材を、１００℃から６００℃の間の平均加熱速度を１０超〜５０℃／秒で加熱して、６５０〜７２０℃で１０〜１８０分保持する焼戻し工程とを備える、鋼材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼材の製造方法であって、
前記化学組成は、
Ｃａ：０．０００１〜０．０１００％、
Ｍｇ：０．０００１〜０．０１００％、及び、
希土類元素：０．００１〜０．０５０％からなる群から選択される１種以上を含有する、鋼材の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の鋼材の製造方法であって、
前記化学組成は、
Ｗ：０．０１〜２．００％を含有する、鋼材の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の鋼材の製造方法であって、
前記焼戻し工程は、６５０〜７２０℃で１０〜１８０分保持された前記中間鋼材を、６００℃から２００℃の間の平均冷却速度を１００℃／分以上で冷却する、鋼材の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の鋼材の製造方法であって、
前記準備工程は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の化学組成を有する素材を準備する素材準備工程と、
前記素材を熱間加工して、前記中間鋼材を製造する熱間加工工程とを含む、鋼材の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の鋼材の製造方法であって、
前記鋼材は油井用鋼材である、鋼材の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の鋼材の製造方法であって、
前記鋼材は継目無鋼管である、鋼材の製造方法。
【請求項８】
鋼材に焼戻しを実施するための焼戻し設備であって、
鋼材を１００℃から６００℃の間の平均加熱速度で１０超〜５０℃／秒で加熱可能な急速加熱装置と、
前記急速加熱装置の下流に配置され、前記急速加熱装置によって加熱された前記鋼材を装入可能であり、装入された前記鋼材に対して熱処理を実施可能な焼戻し炉とを備える、焼戻し設備。
【請求項９】
請求項８に記載の焼戻し設備であってさらに、
前記焼戻し炉の下流に配置され、前記焼戻し炉によって熱処理を実施された前記鋼材を、６００℃から２００℃の間の平均冷却速度を１００℃／分以上で冷却可能な冷却装置を含む、焼戻し設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材の製造方法、及び、焼戻し設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
油井やガス井（以下、油井及びガス井を総称して、単に「油井」という）の深井戸化により、油井用鋼材の高強度化が要求されている。深井戸の多くは、腐食性を有する硫化水素を含有するサワー環境である。本明細書において、サワー環境とは、硫化水素を含み、酸性化した環境を意味する。なお、サワー環境では、二酸化炭素を含む場合もある。このようなサワー環境で使用される油井用鋼材は、高強度だけでなく、耐硫化物応力割れ性（耐Ｓｕｌｆｉｄｅ  Ｓｔｒｅｓｓ  Ｃｒａｃｋｉｎｇ性：以下、耐ＳＳＣ性という）も要求される。
【０００３】
一方、鋼材の強度を高めた場合、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する場合がある。具体的に、鋼材中の転位密度を高めれば、鋼材の降伏強度（Ｙｉｅｌｄ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）が高まる。しかしながら、転位は水素を吸蔵する可能性がある。そのため、鋼材の転位密度が増加すれば、鋼材が吸蔵する水素量も増加する可能性がある。転位密度を高めた結果、鋼材中の水素濃度が高まれば、高強度は得られても、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。
【０００４】
このように、鋼材の強度が高まった場合、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する傾向がある。そのため、鋼材の強度が局所的に高まれば、耐ＳＳＣ性が局所的に低下する可能性がある。すなわち、一つの鋼材中に強度が高い部分を含む場合、その鋼材は安定した耐ＳＳＣ性を得られない。したがって、サワー環境で用いられる鋼材においては、安定した耐ＳＳＣ性を得るため、鋼材中の強度のばらつきを低減した方が好ましい。
【０００５】
油井用鋼材に代表される鋼材の強度ばらつきを低減させる技術が、特開２０００−２１９９１４号公報（特許文献１）、特開２０１３−１２９８７９号公報（特許文献２）、国際公開第２０１６／０３５３１６号（特許文献３）、及び、特開２０１７−１６６０５９号公報（特許文献４）に開示されている。
【０００６】
特許文献１に開示された継目無鋼管の製造方法は、Ｃ：０．１５〜０．３５％、Ｓｉ：０．１〜１．５％、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００５％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００１〜０．１％以下、Ｃｒ：０．１〜１．５％、Ｍｏ：０〜１．０％、Ｎ：０．００７０％以下、Ｖ：０〜０．１５％、Ｂ：０〜０．００３０％、Ｔｉ：０〜Ａ％、ここでＡ＝３．４×Ｎ（％）、さらにＮｂ：０．００５〜０．０１２％を含む組成のビレットに、熱間で穿孔、圧延を行い、最終圧延温度９００〜１１００℃の条件で製管して継目無鋼管とし、Ａr3点以上の温度域に保持したまま焼入れし、焼戻しをする。その結果、鋼の組成および最終圧延温度を調整することにより、オーステナイト粒度がＡＳＴＭ規格でＮｏ．６以上の微細組織が得られ、強度ばらつきが小さくなる、と特許文献１には記載されている。
【０００７】
特許文献２に開示された継目無鋼管は、質量％で、Ｃ：０．１５〜０．５０％、Ｓｉ：０．１〜１．０％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ａｌ：０．０１〜０．１％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ｃｒ：０．１〜１．７％、Ｍｏ：０．４０〜１．１％、Ｖ：０．０１〜０．０８％、Ｎｂ：０．０１〜０．０８％、Ｔｉ：０．０３％以下、Ｂ：０．０００５〜０．００３％を含有する組成と、焼戻マルテンサイト相を主相とし、旧オーステナイト粒が粒度番号で８．５以上である組織とを有し、管内表面から２．５４〜３．８１ｍｍの領域である内面側、管外表面から同じ距離離れた外面側、及び板厚中心で、かつ円周方向で互いに９０°離れた４位置で、いずれも２９５ＨＶが１０以下となる硬さ分布を有する、と特許文献２には記載されている。
【０００８】
特許文献３に開示された肉厚油井用鋼管は、質量％で、Ｃ：０．４０〜０．６５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．１０〜１．０％、Ｐ：０．０２０％以下、Ｓ：０．００２０％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｃｒ：０．４０超〜２．０％、Ｍｏ：１．１５超〜５．０％、Ｃｕ：０．５０％以下、Ｎｉ：０．５０％以下、Ｎ：０．００７％以下、Ｏ：０．００５％以下、Ｖ：０〜０．２５％、Ｎｂ：０〜０．１０％、Ｔｉ：０〜０．０５％、Ｚｒ：０〜０．１０％、Ｗ：０〜１．５％、Ｂ：０〜０．００５％、Ｃａ：０〜０．００３％、Ｍｇ：０〜０．００３％、及び、希土類元素：０〜０．００３％、を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する。この肉厚油井用鋼管は、１００ｎｍ以上の円相当径を有し、Ｍｏを２０質量％以上含有する炭化物が、２個／１００μｍ2以下である。この厚肉油井用鋼管はさらに、８２７ＭＰａ以上の降伏強度を有し、かつ、肉厚方向における降伏強度の最大値と最小値との差が４５ＭＰａ以内である。その結果、この肉厚油井用鋼管は、４０ｍｍ以上の肉厚を有し、優れた耐ＳＳＣ性と、高い強度（８２７ＭＰａ以上）とを有し、肉厚方向の強度ばらつきが少ないと特許文献３には記載されている。
【０００９】
特許文献４に開示された高強度油井用鋼管用素材は、質量％で、Ｃ：０．２０〜０．５０％、Ｓｉ：０．０５〜０．４０％、Ｍｎ：０．３〜０．９％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ａｌ：０．００５〜０．１０％、Ｎ：０．００１〜０．００６％、Ｃｒ：０．１〜０．８％、Ｍｏ：０．１〜２．０％、Ｖ：０．０２〜０．３％、Ｎｂ：０．００１〜０．０４％、Ｂ：０．０００３〜０．００３０％、Ｏ（酸素）：０．００３０％以下、を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有し、ロックウェル硬さが式（１５．６×［％Ｃ］＋２９．２≦ＨＲＣ＜６０．５×［％Ｃ］＋３１．１）を満たす。この高強度油井用鋼管用素材によれば、降伏強度が８６２ＭＰａ以上９６３ＭＰａ未満を満たす鋼管にした場合に、耐ＳＳＣ性に優れ、かつ、焼戻し条件に対する強度変化を抑制することが可能である、と特許文献４には記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−２１９９１４号公報
【特許文献２】特開２０１３−１２９８７９号公報
【特許文献３】国際公開第２０１６／０３５３１６号
【特許文献４】特開２０１７−１６６０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１〜４に開示された技術を適用しても、鋼材（たとえば油井用鋼材）においては、降伏強度のばらつきを低減できない場合がある。さらに、上記特許文献１〜４に開示された技術以外の他の技術によって、鋼材の降伏強度のばらつきを低減できた方が好ましい。
【００１２】
本開示の目的は、降伏強度のばらつきを低減した鋼材の製造方法と、その製造方法を実施できる焼戻し設備とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本開示による鋼材の製造方法は、準備工程と、焼入れ工程と、焼戻し工程とを備える。準備工程では、質量％で、Ｃ：０．２０〜０．５０％、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．０１〜１．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．００５〜０．１００％、Ｃｒ：０．２０〜１．２０％、Ｍｏ：０．３０〜１．５０％、Ｔｉ：０．００１〜０．０３０％、Ｖ：０．０１〜０．５０％、Ｎｂ：０．００２〜０．１００％、Ｂ：０．０００１〜０．００５０％、Ｃｕ：０．０１〜０．５０％、Ｎｉ：０．０１〜０．５０％、Ｎ：０．０１００％以下、Ｏ：０．００５０％未満、Ｃａ：０〜０．０１００％、Ｍｇ：０〜０．０１００％、希土類元素：０〜０．０５０％、及び、Ｗ：０〜２．００％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する中間鋼材を準備する。焼入れ工程では、準備工程後、８５０〜１０００℃の中間鋼材を、８００℃から５００℃の間の平均冷却速度を３００℃／分以上で冷却する。焼戻し工程では、焼入れ工程後、中間鋼材を、１００℃から６００℃の間の平均加熱速度を１０超〜５０℃／秒で加熱して、６５０〜７２０℃で１０〜１８０分保持する。
【００１４】
本開示による鋼材に焼戻しを実施するための焼戻し設備は、急速加熱装置と、焼戻し炉とを備える。急速加熱装置は、鋼材を１００℃から６００℃の間の平均加熱速度で１０超〜５０℃／秒で加熱可能である。焼戻し炉は、急速加熱装置の下流に配置され、急速加熱装置によって加熱された鋼材を装入可能であり、装入された鋼材に対して熱処理を実施可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本開示による鋼材の製造方法は、降伏強度のばらつきを低減した鋼材を製造することができる。本開示による焼戻し設備は、本開示による鋼材の製造方法を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本実施形態による鋼材の製造方法の一例を示すフロー図である。
【図２】図２は、本実施形態による焼入れ工程と、焼戻し工程とに用いられる製造設備ラインの一例を示す機能ブロック図である。
【図３】図３は、従前の焼戻し設備の一例を示す平面図である。
【図４】図４は、焼戻し工程における中間鋼材のヒートパターンを示す図である。
【図５】図５は、焼戻し工程における加熱速度（℃／秒）と、鋼材の降伏強度のばらつき（ＭＰａ）との関係を示す図である。
【図６】図６は、本実施形態による鋼材の製造方法の他の一例を示すフロー図である。
【図７】図７は、本実施形態による焼戻し設備の平面図である。
【図８】図８は、本実施形態の他の一例による焼戻し設備の平面図である。
【図９】図９は、本実施形態による焼戻し工程の他の一例おける中間鋼材のヒートパターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明者らは、サワー環境で用いられる鋼材として、質量％で、Ｃ：０．２０〜０．５０％、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．０１〜１．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．００５〜０．１００％、Ｃｒ：０．２０〜１．２０％、Ｍｏ：０．３０〜１．５０％、Ｔｉ：０．００１〜０．０３０％、Ｖ：０．０１〜０．５０％、Ｎｂ：０．００２〜０．１００％、Ｂ：０．０００１〜０．００５０％、Ｃｕ：０．０１〜０．５０％、Ｎｉ：０．０１〜０．５０％、Ｎ：０．０１００％以下、Ｏ：０．００５０％未満、Ｃａ：０〜０．０１００％、Ｍｇ：０〜０．０１００％、希土類元素：０〜０．０５０％、及び、Ｗ：０〜２．００％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する鋼材に着目し、鋼材の強度ばらつきを低減させる方法について調査及び検討し、次の知見を得た。
【００１８】
図１は、本実施形態による鋼材の製造方法の一例を示すフロー図である。図１を参照して、上述の化学組成を有する、サワー環境での使用が想定された鋼材を製造する場合、準備工程（Ｓ１）によって準備された中間鋼材に対して、焼入れ工程（Ｓ２）が実施される。焼入れ工程（Ｓ２）が実施された中間鋼材に対して、焼戻し工程（Ｓ３）が実施される。
【００１９】
なお、本明細書において「焼入れ」とは、Ａ3点以上の中間鋼材を急冷することを意味する。本明細書において「焼戻し」とは、焼入れ後の中間鋼材をＡc1点以下で再加熱して保持した後、常温まで冷却することを意味する。本明細書において、「中間鋼材」とは、最終製品が鋼板の場合は板状の鋼材であり、最終製品が鋼管の場合は素管である。本明細書において「常温」とは、鋼材が製造される環境における平常の温度を意味し、たとえば、０〜４０℃である。
【００２０】
ここで、上述の化学組成を有する中間鋼材に焼入れ工程（Ｓ２）が実施されると、ミクロ組織はマルテンサイト及びベイナイト主体となる。焼入れ工程（Ｓ２）が実施された中間鋼材に対して焼戻し工程（Ｓ３）が実施され、所望の降伏強度を有する、上述の化学組成を有する鋼材が製造される。
【００２１】
このように、上述の化学組成を有する鋼材では、焼戻し工程（Ｓ３）によってその降伏強度が決定される。すなわち、鋼材の製造方法において、焼戻し工程（Ｓ３）をより精密に制御することで、製造された鋼材の降伏強度を、より精密に制御できるのではないかと考えられる。そこで本発明者らは、焼戻し工程（Ｓ３）に着目し、上述の化学組成を有する鋼材の、焼戻し工程（Ｓ３）における製造条件と、降伏強度のばらつきとについて詳細に検討した。
【００２２】
図２は、本実施形態による焼入れ工程（Ｓ２）と、焼戻し工程（Ｓ３）とに用いられる製造設備ラインの一例を示す機能ブロック図である。図２を参照して、製造設備ラインは、上流から下流に向かって順に、焼入れ設備２０と、焼戻し設備１０とを備える。焼入れ設備２０と焼戻し設備１０との間には、搬送路１５が配置される。
【００２３】
図３は、従前の焼戻し設備１０の一例を示す平面図である。図３に示すように、従前の焼戻し設備１０では、搬送路によって搬送された中間鋼材Ｍが、焼戻し炉１１へ装入される。焼戻し炉１１内は、焼戻し温度に加熱され、温度が維持されている。そのため、焼戻し炉１１へ装入された中間鋼材Ｍは、焼戻し温度まで加熱され、焼戻し温度で保持される。その後、焼戻し炉１１から抽出された中間鋼材Ｍは、常温まで空冷される。
【００２４】
図４は、焼戻し工程（Ｓ３）における中間鋼材Ｍのヒートパターンを示す図である。図４中の破線は、従前の焼戻し工程（Ｓ３）における、中間鋼材Ｍの熱履歴である。図４を参照して、従前の焼戻し工程（Ｓ３）では、中間鋼材Ｍの温度は次のとおりに変化する。常温Ｐ（℃）の中間鋼材Ｍは、焼戻し温度Ｑ（℃）に加熱された焼戻し炉１１へ装入される。そのため、時間ｔ1から加熱が開始された中間鋼材Ｍは、時間ｔ3までに焼戻し炉１１内の温度Ｑ（℃）に加熱される。続いて、中間鋼材Ｍは、時間ｔ3からｔ4の間、焼戻し温度Ｑ（℃）で保持される。その後、時間ｔ4に焼戻し炉１１から抽出された中間鋼材Ｍは、時間ｔ4からｔ5の間、常温Ｐになるまで放冷される。
【００２５】
なお、従前の焼戻し炉１１とは、内部に所望の温度の雰囲気ガスが充満している。要するに、従前の焼戻し工程（Ｓ３）では、中間鋼材Ｍは焼戻し温度Ｑ（℃）に至るまで、焼戻し炉１１内の雰囲気ガスによって加熱される。すなわち、中間鋼材Ｍが焼戻し炉１１へ装入されてから、中間鋼材Ｍの温度が焼戻し温度Ｑ（℃）に至るまでの時間（すなわち、時間ｔ1からｔ3の間）が、長い。そのため、中間鋼材Ｍ中の位置によって、焼戻し温度Ｑ（℃）に至るまでの時間にずれが生じる可能性がある。特に、中間鋼材Ｍがある程度以上の大きさを有する場合や、複雑な形状を有する場合、中間鋼材Ｍの位置によって、焼戻し温度Ｑ（℃）に至るまでの時間にずれが生じやすい。
【００２６】
このように、従前の焼戻し工程（Ｓ３）では、中間鋼材Ｍ中の位置によって、焼戻し温度Ｑ（℃）まで加熱される時間が短時間となる部位と、長時間となる部位とが混在することになる。その結果、焼戻し工程（Ｓ３）後の鋼材では、各位置での降伏強度にばらつきが生じる可能性がある。
【００２７】
そこで本発明者らは、中間鋼材Ｍ中の位置によって焼戻し温度Ｑ（℃）に至るまでの時間に生じるずれを低減する手法について、種々検討した。上述のとおり、従前の焼戻し工程（Ｓ３）では、中間鋼材Ｍの温度が焼戻し温度Ｑ（℃）に至るまでの時間が長い。そのため、中間鋼材Ｍの位置によって、焼戻し温度Ｑ（℃）に至るまでの時間に生じるずれが大きくなりやすい。そこで本発明者らは、中間鋼材Ｍが焼戻し温度Ｑ（℃）まで加熱される速度を速めれば、中間鋼材Ｍ中の位置によって焼戻し温度Ｑ（℃）に至るまでの時間に生じるずれを低減できるのではないかと考えた。
【００２８】
一方、上述のとおり、従前の焼戻し工程（Ｓ３）では、中間鋼材Ｍは焼戻し温度Ｑ（℃）に至るまで、焼戻し炉１１内の雰囲気ガスによって加熱される。そこで本発明者らは、焼戻し炉１１へ装入される前の中間鋼材Ｍを、前もって加熱することで、中間鋼材Ｍが焼戻し温度Ｑ（℃）まで加熱される速度を速めることができるのではないかと考えた。
【００２９】
具体的に、焼戻し炉１１へ装入される前の中間鋼材Ｍを急速に加熱することで、中間鋼材Ｍが焼戻し温度Ｑ（℃）まで加熱される速度が速まる。この場合、中間鋼材Ｍ中の位置によって焼戻し温度Ｑ（℃）に至るまでの時間に生じるずれを低減できる可能性がある。その結果、焼戻し工程（Ｓ３）後の鋼材の降伏強度のばらつきが低減できる可能性がある。そこで本発明者らは、焼戻し工程（Ｓ３）における加熱速度と、焼戻し工程（Ｓ３）後の鋼材の降伏強度のばらつきについて、詳細に調査した。
【００３０】
図５は、焼戻し工程（Ｓ３）における加熱速度（℃／秒）と、鋼材の降伏強度のばらつき（ＭＰａ）との関係を示す図である。図５は次の方法で得られた。後述する実施例のうち、焼戻し工程（Ｓ３）における加熱速度以外の条件が本実施形態の範囲を満たす鋼材について、焼戻し工程（Ｓ３）における加熱速度（℃／秒）と、得られた降伏強度の差の最大値（ＭＰａ）とを用いて作成された。なお、図５に示す鋼材の降伏強度は、いずれも７５８〜８６２ＭＰａ（１１０ｋｓｉ級）であった。
【００３１】
図５を参照して、上述の化学組成を有する中間鋼材Ｍについては、焼戻し工程（Ｓ３）における加熱速度が１０℃／秒を超えれば、鋼材の降伏強度のばらつきが大幅に低減できることが明らかになった。この点について、本発明者らは次のように考えている。
【００３２】
サワー環境での使用が想定された鋼材の製造方法では、転位密度を低減させる目的で、焼戻し温度Ｑ（℃）は他の技術分野と比較して高く設定される。具体的に、サワー環境での使用が想定された鋼材は、６５０〜７２０℃という高温領域で焼戻しが実施される。このような高温領域での焼戻しでは、低温領域での焼戻しよりも、温度の微差による降伏強度のずれが生じやすい。そのため、サワー環境での使用が想定された鋼材では、降伏強度のばらつきが生じやすいのではないかと考えられる。
【００３３】
一方、焼戻し炉１１へ装入される前の中間鋼材Ｍを急速に加熱することで、中間鋼材Ｍ中の位置によって焼戻し温度Ｑ（℃）に至るまでの時間（ｔ1からｔ3の間）に生じるずれを低減できる。その結果、焼戻し工程（Ｓ３）後の鋼材の降伏強度に、ばらつきが生じにくくなるものと考えられる。
【００３４】
以上の知見に基づいて完成した本実施形態による鋼材の製造方法は、準備工程と、焼入れ工程と、焼戻し工程とを備える。準備工程では、質量％で、Ｃ：０．２０〜０．５０％、Ｓｉ：０．０５〜０．５０％、Ｍｎ：０．０１〜１．００％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．００５〜０．１００％、Ｃｒ：０．２０〜１．２０％、Ｍｏ：０．３０〜１．５０％、Ｔｉ：０．００１〜０．０３０％、Ｖ：０．０１〜０．５０％、Ｎｂ：０．００２〜０．１００％、Ｂ：０．０００１〜０．００５０％、Ｃｕ：０．０１〜０．５０％、Ｎｉ：０．０１〜０．５０％、Ｎ：０．０１００％以下、Ｏ：０．００５０％未満、Ｃａ：０〜０．０１００％、Ｍｇ：０〜０．０１００％、希土類元素：０〜０．０５０％、及び、Ｗ：０〜２．００％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する中間鋼材を準備する。焼入れ工程では、準備工程後、８５０〜１０００℃の中間鋼材を、８００℃から５００℃の間の平均冷却速度を３００℃／分以上で冷却する。焼戻し工程では、焼入れ工程後、中間鋼材を、１００℃から６００℃の間の平均加熱速度を１０超〜５０℃／秒で加熱して、６５０〜７２０℃で１０〜１８０分保持する。
【００３５】
本明細書において、鋼材とは、特に限定されないが、たとえば、鋼管、鋼板、棒鋼である。
【００３６】
本実施形態による鋼材の製造方法によれば、降伏強度のばらつきが低減された鋼材を製造することができる。
【００３７】
上記化学組成は、Ｃａ：０．０００１〜０．０１００％、Ｍｇ：０．０００１〜０．０１００％、及び、希土類元素：０．００１〜０．０５０％からなる群から選択される１種以上を含有してもよい。
【００３８】
上記化学組成は、Ｗ：０．０１〜２．００％を含有してもよい。
【００３９】
上記焼戻し工程は、６５０〜７２０℃で１０〜１８０分保持された中間鋼材を、６００℃から２００℃の間の平均冷却速度を１００℃／分以上で冷却してもよい。
【００４０】
上記準備工程は、上記化学組成を有する素材を準備する素材準備工程と、素材を熱間加工して、中間鋼材を製造する熱間加工工程とを含んでもよい。
【００４１】
上記鋼材は、油井用鋼材であってもよい。
【００４２】
本明細書において、油井用鋼材とは、油井用途に広く用いられる鋼材を意味する。たとえば、ダウンホール部材用棒鋼であってもよく、ラインパイプ用鋼管であってもよく、油井管であってもよい。油井用鋼材の形状は限定されず、たとえば、棒鋼であってもよく、鋼板であってもよく、継目無鋼管であってもよく、溶接鋼管であってもよい。油井管とは、たとえば、ケーシングやチュービング用途で用いられる鋼管である。
【００４３】
上記鋼材は、継目無鋼管であってもよい。
【００４４】
本実施形態による鋼材が継目無鋼管であれば、他の形状と比較して、さらに安定した耐ＳＳＣ性が得られる。
【００４５】
本実施形態による鋼材に焼戻しを実施するための焼戻し設備は、急速加熱装置と、焼戻し炉とを備える。急速加熱装置は、鋼材を１００℃から６００℃の間の平均加熱速度で１０超〜５０℃／秒で加熱可能である。焼戻し炉は、急速加熱装置の下流に配置され、急速加熱装置によって加熱された鋼材を装入可能であり、装入された鋼材に対して熱処理を実施可能である。
【００４６】
上記焼戻し設備は、冷却装置を備えてもよい。冷却装置は、焼戻し炉の下流に配置され、焼戻し炉によって熱処理を実施された鋼材を、６００℃から２００℃の間の平均冷却速度を１００℃／分以上で冷却可能である。
【００４７】
以下、本実施形態による鋼材の製造方法、及び、焼戻し設備について詳述する。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
【００４８】
［鋼材の形状］
本実施形態によって製造される鋼材の形状は特に限定されない。鋼材はたとえば鋼管、鋼板である。鋼材は、中実材（棒鋼）であってもよく、中空材（鋼管）であってもよい。鋼材が油井用鋼管である場合、好ましい肉厚は９〜６０ｍｍである。本実施形態による鋼材は、厚肉の継目無鋼管であってもよい。
【００４９】
［鋼材の製造方法フロー］
上述のとおり、図１は、本実施形態による鋼材の製造方法の一例を示すフロー図である。図１を参照して、本実施形態による鋼材の製造方法は、準備工程（Ｓ１）と、焼入れ工程（Ｓ２）と、焼戻し工程（Ｓ３）とを備える。他の工程は任意の工程である。
【００５０】
［準備工程（Ｓ１）］
準備工程（Ｓ１）は、次の化学組成を有する中間鋼材Ｍを準備する。
【００５１】
［中間鋼材Ｍの化学組成］
本実施形態による中間鋼材Ｍの化学組成は、次の元素を含有する。
【００５２】
Ｃ：０．２０〜０．５０％
炭素（Ｃ）は、鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の降伏強度を高める。Ｃはさらに、製造工程中の焼戻し時において、炭化物の球状化を促進し、鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。炭化物が分散されればさらに、鋼材の降伏強度が高まる。Ｃ含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ｃ含有量が高すぎれば、鋼材の靭性が低下し、焼割れが発生しやすくなる。Ｃ含有量が高すぎればさらに、鋼材中に粗大な炭化物が生成し、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．２０〜０．５０％である。Ｃ含有量の好ましい下限は０．２２％であり、より好ましくは０．２４％である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．４５％であり、より好ましくは０．４０％である。
【００５３】
Ｓｉ：０．０５〜０．５０％
シリコン（Ｓｉ）は、鋼を脱酸する。Ｓｉ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｓｉ含有量が高すぎれば、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．０５〜０．５０％である。好ましいＳｉ含有量の下限は０．１０％であり、より好ましくは０．１５％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．４５％であり、より好ましくは０．４０％である。
【００５４】
Ｍｎ：０．０１〜１．００％
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、鋼材の降伏強度を高める。Ｍｎ含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ｍｎ含有量が高すぎれば、Ｍｎは、Ｐ及びＳ等の不純物とともに、粒界に偏析する。この場合、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．０１〜１．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、より好ましくは０．０３％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は０．９０％であり、より好ましくは０．８０％である。
【００５５】
Ｐ：０．０３０％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ＳＳＣ性を低下する。したがって、Ｐ含有量は０．０３０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０２５％であり、より好ましくは０．０１５％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０．０００１％であり、より好ましくは０．０００３％である。
【００５６】
Ｓ：０．０１０％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、鋼材の耐ＳＳＣ性を低下する。したがって、Ｓ含有量は０．０１０％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．００８％であり、より好ましくは０．００５％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０．０００３％である。
【００５７】
Ａｌ：０．００５〜０．１００％
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。Ａｌ含有量が低すぎれば、この効果が得られず、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。一方、Ａｌ含有量が高すぎれば、粗大な酸化物系介在物が生成して、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．００５〜０．１００％である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０１０％であり、より好ましくは０．０２０％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、より好ましくは０．０６０％である。本明細書にいう「Ａｌ」含有量は「酸可溶Ａｌ」、つまり、「ｓｏｌ．Ａｌ」の含有量を意味する。
【００５８】
Ｃｒ：０．２０〜１．２０％
クロム（Ｃｒ）は、鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の降伏強度を高める。Ｃｒはさらに、焼戻し軟化抵抗を高め、高温焼戻しを可能にする。その結果、鋼材の耐ＳＳＣ性が高まる。Ｃｒ含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ｃｒ含有量が高すぎれば、鋼材中に粗大な炭化物が生成し、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は０．２０〜１．２０％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．２５％であり、より好ましくは０．３０％であり、さらに好ましくは０．４０％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は１．１５％であり、より好ましくは１．１０％である。
【００５９】
Ｍｏ：０．３０〜１．５０％
モリブデン（Ｍｏ）は、鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の降伏強度を高める。Ｍｏはさらに、微細な炭化物を生成し、鋼材の焼戻し軟化抵抗を高める。その結果、鋼材の耐ＳＳＣ性が高まる。Ｍｏ含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ｍｏ含有量が高すぎれば、上記効果が飽和する。したがって、Ｍｏ含有量は０．３０〜１．５０％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．４０％であり、より好ましくは０．５０％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は１．４０％であり、より好ましくは１．３０％である。
【００６０】
Ｔｉ：０．００１〜０．０３０％
チタン（Ｔｉ）は、窒化物を形成し、ピンニング効果により、結晶粒を微細化する。これにより、鋼材の降伏強度が高まる。Ｔｉ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｔｉ含有量が高すぎれば、Ｔｉ窒化物が多量に形成され、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０．００１〜０．０３０％である。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．００３％であり、より好ましくは０．００５％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０２５％であり、より好ましくは０．０２０％である。
【００６１】
Ｖ：０．０１〜０．５０％
バナジウム（Ｖ）は、Ｃ及び／又はＮと結合して、炭化物、窒化物又は炭窒化物（以下、「炭窒化物等」という）を形成する。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、鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。Ｖはさらに、焼戻し時に微細な炭化物を形成する。微細な炭化物は鋼材の焼戻し軟化抵抗を高め、鋼材の降伏強度を高める。Ｖが低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ｖ含有量が高すぎれば、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０．０１〜０．５０％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、より好ましくは０．０４％であり、さらに好ましくは０．０６％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．４５％であり、より好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３５％である。
【００６２】
Ｎｂ：０．００２〜０．１００％
ニオブ（Ｎｂ）は、Ｃ及び／又はＮと結合して、炭窒化物等を形成する。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、鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。Ｎｂはさらに、Ｃと結合して微細な炭化物を形成する。その結果、鋼材の降伏強度が高まる。Ｎｂ含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ｎｂ含有量が高すぎれば、炭窒化物等が過剰に生成して、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０．００２〜０．１００％である。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．００５％であり、より好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、より好ましくは０．０６０％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。
【００６３】
Ｂ：０．０００１〜０．００５０％
ホウ素（Ｂ）は、鋼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含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｂ含有量が高すぎれば、粗大な窒化物が生成して鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。したがって、Ｂ含有量は０．０００１〜０．００５０％である。Ｂ含有量の好ましい下限は０．０００３％であり、より好ましくは０．０００７％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．００３０％であり、より好ましくは０．００２５％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。
【００６４】
Ｃｕ：０．０１〜０．５０％
銅（Ｃｕ）は、鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の降伏強度を高める。Ｃｕ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｃｕ含有量が高すぎれば、鋼材の焼入れ性が高くなりすぎ、鋼材の耐ＳＳＣ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０．０５％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は０．３５％であり、より好ましくは０．２５％である。
【００６５】
Ｎｉ：０．０１〜０．５０％
ニッケル（Ｎｉ）は、鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の降伏強度を高める。Ｎｉ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｎｉ含有量が高すぎれば、局部的な腐食を促進させ、鋼材の耐ＳＳＣ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、より好ましくは０．０５％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は０．３０％であり、より好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
【００６６】
Ｎ：０．０１００％以下
窒素（Ｎ）は不可避に含有される。すなわち、Ｎ含有量は０％超である。ＮはＴｉと結合して微細窒化物を形成し、結晶粒を微細化する。一方、Ｎ含有量が高すぎれば、Ｎは粗大な窒化物を形成して、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．０１００％以下である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、より好ましくは０．００５０％である。上記効果をより有効に得るためのＮ含有量の好ましい下限は０．００１０％であり、より好ましくは０．００２０％である。
【００６７】
Ｏ：０．００５０％未満
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、鋼材の耐食性を低下する。したがって、Ｏ含有量は０．００５０％未満である。Ｏ含有量の好ましい上限は０．００４０％であり、より好ましくは０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００２０％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、より好ましくは０．０００３％である。
【００６８】
本実施形態による中間鋼材Ｍ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。
【００６９】
［任意元素について］
上述の中間鋼材Ｍの化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃａ、Ｍｇ及び希土類元素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ＳＳＣ性を高める。
【００７０】
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。すなわち、Ｃａ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃａは、鋼材中の硫化物を微細化し、鋼材の耐ＳＳＣ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含有量が高すぎれば、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の耐ＳＳＣ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、より好ましくは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０．０００６％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、より好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。
【００７１】
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。すなわち、Ｍｇ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｍｇは、鋼材中のＳを硫化物として無害化し、鋼材の耐ＳＳＣ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含有量が高すぎれば、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の耐ＳＳＣ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０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００６％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、より好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。
【００７２】
希土類元素（ＲＥＭ）：０〜０．０５０％
希土類元素（ＲＥＭ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、ＲＥＭ含有量は０％であってもよい。ＲＥＭが含有される場合、ＲＥＭは鋼材中の硫化物を微細化し、鋼材の耐ＳＳＣ性を高める。ＲＥＭはさらに、鋼材中のＰと結合して、結晶粒界におけるＰの偏析を抑制する。そのため、Ｐの偏析に起因した、鋼材の耐ＳＳＣ性の低下が抑制される。ＲＥＭ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、ＲＥＭ含有量が高すぎれば、酸化物が粗大化して、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０〜０．０５０％である。ＲＥＭ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは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０．００６％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．０４５％であり、より好ましくは０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３５％である。
【００７３】
なお、本明細書におけるＲＥＭとは、原子番号２１番のスカンジウム（Ｓｃ）、原子番号３９番のイットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイドである原子番号５７番のランタン（Ｌａ）〜原子番号７１番のルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選択される１種以上の元素である。また、本明細書におけるＲＥＭ含有量とは、これら元素の合計含有量である。
【００７４】
上述の中間鋼材Ｍの化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｗを含有してもよい。
【００７５】
Ｗ：０〜２．００％
タングステン（Ｗ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｗ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｗは硫化水素環境中で保護性の腐食被膜を形成し、水素侵入を抑制する。その結果、鋼材の耐ＳＳＣ性が高まる。Ｗ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、Ｗ含有量が高すぎれば、鋼材中に粗大な炭化物が生成して、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する。したがって、Ｗ含有量は０〜２．００％である。Ｗ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは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。Ｗ含有量の好ましい上限は１．５０％であり、より好ましくは１．００％であり、さらに好ましくは０．８０％であり、さらに好ましくは０．５０％である。
【００７６】
中間鋼材Ｍは、上記化学組成を有していれば、製造方法は特に限定されない。なお、本明細書における中間鋼材Ｍとは、最終製品が鋼板の場合は板状の鋼材であり、最終製品が鋼管の場合は素管である。
【００７７】
図６は、本実施形態による鋼材の製造方法の他の一例を示すフロー図である。図６を参照して、本実施形態による鋼材の製造方法の準備工程（Ｓ１）は、素材を準備する工程（素材準備工程）と、素材を熱間加工して中間鋼材Ｍを製造する工程（熱間加工工程）とを含んでもよい。以下、素材準備工程と、熱間加工工程を含む場合について、詳述する。
【００７８】
［素材準備工程］
素材準備工程では、上述の化学組成を有する溶鋼を用いて素材を製造する。素材を製造する方法は特に限定されず、周知の方法でよい。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、鋼片（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）を製造する。
【００７９】
［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Ｍを製造する。鋼材が継目無鋼管である場合、中間鋼材Ｍは素管に相当する。以下、鋼材の製造方法の一例として、具体的に、素管を製造する方法について詳述する。
【００８０】
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、穿孔機により丸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、たとえば、１．０〜４．０である。穿孔圧延された丸ビレットをさらに、マンドレルミル、レデューサ、サイジングミル等により熱間圧延して素管にする。熱間加工工程での累積の減面率はたとえば、２０〜７０％である。
【００８１】
他の熱間加工方法により、ビレットから素管を製造してもよい。たとえば、カップリングのように短尺の厚肉鋼材である場合、エルハルト法等の鍛造により素管を製造してもよい。以上の工程により素管が製造される。素管の肉厚は特に限定されないが、たとえば、９〜６０ｍｍである。
【００８２】
上述のとおり、鋼材が鋼板である場合、中間鋼材Ｍは板状の鋼材を意味する。すなわち、本実施形態による鋼材の製造方法では、上述のように素管を製造してもよいし、他の方法で板状の鋼材を製造してもよい。さらに、他の方法で他の形状の中間鋼材Ｍを製造してもよい。
【００８３】
熱間加工により製造された中間鋼材Ｍは空冷されてもよい（Ａｓ−Ｒｏｌｌｅｄ）。熱間加工により製造された中間鋼材Ｍはまた、常温まで冷却せずに、熱間加工後に直接焼入れを実施してもよく、熱間加工後に補熱（再加熱）した後、焼入れを実施してもよい。ただし、直接焼入れ、又は、補熱後に焼入れを実施する場合、焼割れの抑制を目的として、焼入れ途中に冷却を停止したり、緩冷却を実施したりする方が好ましい。
【００８４】
熱間加工後に直接焼入れ、又は、熱間加工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の前に、応力除去焼鈍処理（ＳＲ処理）を実施することが好ましい。
【００８５】
以上のとおり、準備工程（Ｓ１）では中間鋼材Ｍを準備する。中間鋼材Ｍは、上述の好ましい工程により製造されてもよいし、第三者により製造された中間鋼材Ｍ、又は、後述の焼入れ工程（Ｓ２）及び焼戻し工程（Ｓ３）が実施される工場以外の他の工場や、他の事業所において製造された中間鋼材Ｍを準備してもよい。
【００８６】
［焼入れ工程（Ｓ２）］
焼入れ工程（Ｓ２）では、準備された中間鋼材Ｍに対して、焼入れを実施する。上述のとおり、本明細書において「焼入れ」とは、Ａ3点以上の中間鋼材Ｍを急冷することを意味する。
【００８７】
好ましい焼入れ温度は８５０〜１０００℃である。焼入れ温度とは、熱間加工後に直接焼入れを実施する場合、最終の熱間加工を実施する装置の出側に設置した温度計で測定された、中間鋼材Ｍの表面温度に相当する。焼入れ温度とはさらに、熱間加工後に補熱炉又は熱処理炉を用いて焼入れを実施する場合、補熱炉又は熱処理炉の温度に相当する。
【００８８】
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、鋼材の耐ＳＳＣ性が低下する場合がある。したがって、焼入れ温度は８５０〜１０００℃である。焼入れ温度のより好ましい上限は９５０℃である。
【００８９】
焼入れ方法はたとえば、焼入れ開始温度から中間鋼材Ｍを連続的に冷却し、中間鋼材Ｍの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、水槽に中間鋼材Ｍ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中間鋼材Ｍを加速冷却する方法である。
【００９０】
焼入れ時の冷却速度が遅すぎれば、焼入れ後の中間鋼材Ｍのミクロ組織がマルテンサイト及びベイナイト主体とならない。この場合、焼戻し後の鋼材の耐ＳＳＣ性が得られない場合がある。したがって、本実施形態による鋼材の製造方法では、焼入れ時に中間鋼材Ｍを急冷する。具体的には、焼入れ工程において、焼入れ時の中間鋼材Ｍの温度が８００℃から５００℃の間の平均冷却速度を、焼入れ時冷却速度ＣＲ800-500（℃／分）と定義する。より具体的には、焼入れ時冷却速度ＣＲ800-500は、焼入れされる中間鋼材Ｍの表面において測定された温度から決定される。
【００９１】
本実施形態による焼入れ工程（Ｓ２）では、焼入れ時冷却速度ＣＲ800-500は３００℃／分以上である。この場合、焼入れ後の中間鋼材Ｍのミクロ組織が、安定してマルテンサイト及びベイナイト主体となる。焼入れ時冷却速度ＣＲ800-500のより好ましい下限は５００℃／分である。焼入れ時冷却速度ＣＲ800-500の上限は特に限定されないが、たとえば、１２０００℃／分である。
【００９２】
また、好ましくは、素管に対してオーステナイト域での加熱を複数回実施した後、焼入れを実施する。この場合、焼入れ前のオーステナイト粒が微細化されるため、鋼材の耐ＳＳＣ性がさらに高まる。複数回焼入れを実施することにより、オーステナイト域での加熱を複数回繰り返してもよいし、焼準及び焼入れを実施することにより、オーステナイト域での加熱を複数回繰り返してもよい。
【００９３】
［焼戻し工程（Ｓ３）］
焼戻し工程（Ｓ３）では、上述の焼入れ工程（Ｓ２）が実施された中間鋼材Ｍに対して、焼戻しを実施する。上述のとおり、本明細書において「焼戻し」とは、焼入れ後の中間鋼材ＭをＡc1点以下で再加熱して、保持した後、常温まで冷却することを意味する。
【００９４】
本実施形態による焼戻し工程（Ｓ３）では、焼戻し温度Ｑ（℃）は６５０〜７２０℃である。上述のとおり、サワー環境での使用が想定された鋼材は、耐ＳＳＣ性を高める目的で、高温領域で焼戻しを実施する。その結果、焼戻し工程（Ｓ３）後の鋼材の各位置での降伏強度にばらつきが生じやすい。そこで、本実施形態による焼戻し工程（Ｓ３）では、焼戻し温度（６５０〜７２０℃）付近までの加熱速度を速くする。
【００９５】
［焼戻し設備１０について］
以下、焼戻し設備１０について、図面を用いて詳細に説明する。図７は、本実施形態による焼戻し設備１０の平面図である。図７を参照して、本実施形態による焼戻し設備１０は、急速加熱装置１２と、焼戻し炉１１とを備える。急速加熱装置１２は、焼戻し炉１１の上流に配置されている。
【００９６】
搬送路によって搬送された中間鋼材Ｍは、急速加熱装置１２によって、急速に加熱される。中間鋼材Ｍが急速加熱装置１２によって加熱される温度範囲は、１００〜６００℃を含み、かつ、Ａc1点未満である。中間鋼材Ｍは、急速加熱装置１２によって、たとえば、常温から焼戻し温度よりも１０℃低い温度まで加熱される。
【００９７】
上述のとおり、本実施形態による焼戻し工程では、焼戻し温度は６５０〜７２０℃である。このような高温領域まで、中間鋼材Ｍを急速に加熱した場合、中間鋼材Ｍの温度が目標温度を超えて高くなってしまう場合がある。そのため、本実施形態では、中間鋼材Ｍを急速加熱装置１２によって加熱する温度範囲は、１００℃以下から焼戻し温度よりも１０℃低い温度までとするのが好ましい。この場合、中間鋼材Ｍが、急速加熱装置１２によって、１００〜６００℃を含み、かつ、焼戻し温度よりも低い温度まで、安定して加熱することができる。
【００９８】
加熱された中間鋼材Ｍは、焼戻し温度Ｑ（℃）に維持された焼戻し炉１１内へ装入される。焼戻し炉１１へ装入された中間鋼材Ｍは、焼戻し炉１１内で、焼戻し温度Ｑ（６５０〜７２０℃）で保持される。その後、中間鋼材Ｍは、焼戻し炉１１から抽出され、空気に触れることにより、空冷される。
【００９９】
このように、本実施形態による焼戻し設備１０では、搬送路によって搬送された中間鋼材Ｍが、焼戻し炉１１へ装入される前に、急速加熱装置１２によって加熱される。ここで、急速加熱装置１２とは、たとえば、高周波誘導加熱装置である。急速加熱装置１２が高周波誘導加熱装置である場合、中間鋼材Ｍは加熱コイルに取り囲まれるように配置される。この場合、加熱コイルに電流が流されることにより、中間鋼材Ｍが急速に加熱される。
【０１００】
焼戻し設備１０によって焼戻しされた場合、中間鋼材Ｍのヒートパターンは、図４中の実線に示すとおりとなる。具体的に、図４を参照して、本実施形態による焼戻し工程（Ｓ３）では、中間鋼材Ｍの温度は、常温Ｐ（℃）から焼戻し温度Ｑ（℃）付近まで、時間ｔ2からｔ3の間、急速に加熱される。続いて、中間鋼材Ｍは焼戻し温度Ｑ（６５０〜７２０℃）で時間ｔ3からｔ4の間、保持される。その後、焼戻し温度Ｑ（℃）から常温Ｐ（℃）まで、時間ｔ4からｔ5の間、冷却される。
【０１０１】
より具体的には、本実施形態による焼戻し工程（Ｓ３）の加熱速度は、以下のとおりに制御される。焼戻し工程（Ｓ３）において、加熱時の中間鋼材Ｍの温度が１００〜６００℃の範囲における平均加熱速度を、焼戻し時加熱速度ＨＲ100-600と定義する。上述のとおり、焼戻し時加熱速度ＨＲ100-600が遅すぎれば、焼戻し工程（Ｓ３）の加熱時に、中間鋼材Ｍの温度のばらつきが生じやすい。その結果、焼戻し工程（Ｓ３）後の鋼材の降伏強度のばらつきが大きくなる。一方、焼戻し時昇温速度が速すぎても、上記効果は飽和する。したがって、焼戻し時加熱速度ＨＲ100-600は１０超〜５０℃／秒とする。
【０１０２】
焼戻し時加熱速度ＨＲ100-600の好ましい下限は１１℃／秒であり、より好ましくは１２℃／秒である。焼戻し時加熱速度ＨＲ100-600のより好ましい上限は４５℃／秒であり、さらに好ましくは４０℃／秒である。
【０１０３】
上述のとおり、加熱された中間鋼材Ｍは、焼戻し温度Ｑ（℃）に維持された焼戻し炉１１内へ装入され、焼戻し炉１１内で、焼戻し温度Ｑ（６５０〜７２０℃）で保持される。すなわち、本明細書において、焼戻し温度Ｑ（℃）での保持時間（焼戻し時間）とは、中間鋼材Ｍが焼戻し炉１１へ装入されてから、抽出されるまでの時間を意味する。本実施形態による中間鋼材Ｍは、焼戻し工程（Ｓ３）において、焼戻し温度Ｑ（℃）で１０〜１８０分保持される。要するに、本実施形態による焼戻し工程（Ｓ３）では、中間鋼材Ｍが焼戻し炉１１へ装入されてから抽出されるまでの時間が１０〜１８０分である。
【０１０４】
焼戻し工程（Ｓ３）において、焼戻し時間が短すぎれば、焼戻しマルテンサイト及び／又は焼戻しベイナイト主体のミクロ組織が得られない場合がある。一方、焼戻し時間が長すぎても、上記効果は飽和する。したがって、本実施形態において、焼戻し時間は１０〜１８０分である。焼戻し時間の好ましい下限は１５分である。焼戻し時間のより好ましい上限は１２０分であり、さらに好ましくは９０分である。
【０１０５】
焼戻し設備１０はさらに、他の構成を備えてもよい。具体的に、図８は、本実施形態の他の一例による焼戻し設備１０の平面図である。図８を参照して、焼戻し設備１０は、急速加熱装置１２と、焼戻し炉１１と、冷却装置１３とを備える。上述のとおり、急速加熱装置１２は、焼戻し炉１１の上流に配置されている。冷却装置１３は、焼戻し炉１１の下流に配置されている。
【０１０６】
すなわち、本実施形態による焼戻し設備１０は、焼戻し炉１１の出側に、冷却装置１３を備えてもよい。冷却装置１３とは、焼戻し炉１１から抽出された中間鋼材Ｍを急速に冷却できればよく、特に限定されない。冷却装置１３は、たとえば、シャワー冷却装置であってもよく、鋼材を冷却液に浸漬させる冷却装置であってもよい。
【０１０７】
図８に図示される、本実施形態の他の例による焼戻し設備１０を用いた場合、中間鋼材Ｍのヒートパターンは、次のとおりになる。図９は、本実施形態による焼戻し工程（Ｓ３）の他の一例おける中間鋼材Ｍのヒートパターンを示す図である。図９を参照して、本実施形態による焼戻し工程（Ｓ３）では、常温Ｐ（℃）から焼戻し温度Ｑ（℃）まで、時間ｔ2からｔ3の間、急速に加熱される。続いて、焼戻し温度Ｑ（℃）で時間ｔ3からｔ4の間、保持される。その後、焼戻し温度Ｑ（℃）から常温Ｐ（℃）まで、時間ｔ4からｔ6の間、急速に冷却される。
【０１０８】
より具体的には、好ましくは、本実施形態による焼戻し工程（Ｓ３）の冷却速度は、以下のとおりに制御される。焼戻し工程（Ｓ３）において、冷却時の中間鋼材Ｍの温度が６００〜２００℃の範囲における平均冷却速度を、焼戻し時冷却速度ＣＲ600-200と定義する。上述のとおり、焼戻し時冷却速度ＣＲ600-200が速ければ、焼戻し工程（Ｓ３）の冷却時に、中間鋼材Ｍの温度のばらつきが低減されやすい。その結果、焼戻し工程（Ｓ３）後の鋼材の降伏強度のばらつきが低減される。したがって、焼戻し時冷却速度ＣＲ600-200は１００℃／分以上とするのが好ましい。
【０１０９】
焼戻し時冷却速度ＣＲ600-200のより好ましい下限は１１０℃／分であり、さらに好ましくは１２０℃／分である。焼戻し時冷却速度ＣＲ600-200のより好ましい上限は４００℃／分であり、さらに好ましくは２００℃／分である。
【０１１０】
以上、本実施形態による鋼材の製造方法を説明した。なお、上述の製造方法では、一例として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、準備工程と、焼入れ工程と、焼戻し工程とを備える。
【０１１１】
また、上述の焼戻し設備１０では、焼戻し炉１１の一例として、連続炉を用いて説明した。しかしながら、焼戻し炉１１は、バッチ炉であってもよい。焼戻し炉１１は特に限定されず、周知の焼戻し炉を用いればよい。
【実施例】
【０１１２】
表１に示す化学組成を有する、溶鋼を製造した。
【０１１３】
【表１】
2020147800.tif 000003
【０１１４】
上記溶鋼を用いて連続鋳造法によりビレットを製造した。製造されたビレットを１２５０℃に加熱した後、熱間圧延を実施して、表２に示す外径（ｍｍ）及び肉厚（ｍｍ）を有する、各試験番号の素管（継目無鋼管）を製造した。各試験番号の素管に用いた鋼種を、表２に示す。熱間圧延後の各試験番号の素管を放冷し、素管温度を常温（２５℃）とした。
【０１１５】
【表２】
2020147800.tif 000004
【０１１６】
放冷後の各試験番号の素管を加熱して、焼入れ温度（９２０℃）で２０分間保持した。ここで、再加熱を実施した炉の温度を、焼入れ温度（℃）とした。再加熱後の各試験番号の素管を水冷設備により水冷した。各試験番号の素管の焼入れ工程における冷却速度は、焼入れ温度（９２０℃）と、水冷設備の出側における、各試験番号の素管の表面温度と、水冷設備の入側から出側までの時間から求めた。求めた各試験番号の焼入れ工程における冷却速度は、いずれも３００℃／分以上であった。そのため、各試験番号の焼入れ時冷却速度ＣＲ800-500は、いずれも３００℃／分以上であるとみなした。
【０１１７】
各試験番号の素管に対して、焼戻しを実施した。各試験番号の素管を、２５℃から、表２に示す焼戻し温度（℃）よりも１０℃低い温度まで、表２に示す加熱速度（℃／秒）で加熱した。加熱速度は、急速加熱装置として、高周波加熱装置を用いて制御した。加熱速度は、急速加熱装置の入側と、出側とにおける、各試験番号の素管の表面温度と、急速加熱装置の入側から出側までの時間から求めた。求めた加熱速度ＨＲ100-600（℃／秒）を、表２に示す。
【０１１８】
加熱された各試験番号の素管を、表２に示す焼戻し温度（℃）に維持された焼戻し炉へ装入した。焼戻し炉内で表２に示す保持時間（分）保持された後、素管が焼戻し炉から抽出された。焼戻し炉から抽出された各試験番号の素管を、常温まで冷却した。
【０１１９】
冷却は、表２に示す冷却速度（℃／分）で実施された。冷却速度は、シャワー水冷設備を用いて制御した。冷却速度は、シャワー水冷設備の入側と、出側とにおける各試験番号の素管の表面温度と、シャワー水冷設備の入側から出側までの時間から求めた。求めた冷却速度ＣＲ600-200（℃／秒）を表２に示す。以上の工程により、各試験番号の鋼管（継目無鋼管）を製造した。
【０１２０】
［評価試験］
上記の工程によって製造された各試験番号の継目無鋼管に対して、以下に説明する引張試験を実施した。
【０１２１】
［引張試験］
各試験番号の継目無鋼管について、降伏強度を測定した。具体的に、引張試験をＡＳＴＭ  Ｅ８（２０１３）に準拠して実施した。各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部から、平行部直径４ｍｍ、平行部長さ３５ｍｍの丸棒引張試験片を９本ずつ作製した。まず、各試験番号の継目無鋼管のうち、最初に焼戻し炉に装入される部分を「鋼管先端部」、最後に焼戻し炉に装入される部分を「鋼管末端部」、長手方向における継目無鋼管の中央部を「鋼管中央部」と定義した。
【０１２２】
各試験番号の継目無鋼管の鋼管先端部において、周方向に３つの領域に分割した。分割された各領域から、上述の丸棒引張試験片を１本ずつ作製した。なお、丸棒引張試験片の軸方向は、継目無鋼管の軸方向と平行であった。同様に、各試験番号の継目無鋼管の鋼管末端部、及び、鋼管中央部において、周方向に３つの領域に分割し、各領域から上述の丸棒引張試験片を１本ずつ作製した。
【０１２３】
各試験番号の丸棒試験片を用いて、２５℃、大気中にて引張試験を実施して、各試験番号の丸棒引張試験片の降伏強度（ＭＰａ）を得た。なお、本実施例では、引張試験で得られた０．２％伸び時の応力（０．２％耐力）を、各試験番号の降伏強度と定義した。得られた降伏強度（ＭＰａ）を表２に示す。さらに、得られた降伏強度（ＭＰａ）のうち、最大値と最小値との差を求め、最大強度差（ＭＰａ）とした。最大強度差（ＭＰａ）を表２に示す。
【０１２４】
［試験結果］
表１及び表２を参照して、試験番号１〜２４の継目無鋼管の化学組成は適切であり、焼戻し時加熱速度ＨＲ100-600が１０超〜５０℃／秒であった。その結果、降伏強度の最大強度差が６０ＭＰａ以下であり、降伏強度のばらつきを低減することができた。
【０１２５】
試験番号１１と１６との継目無鋼管では、化学組成（鋼種Ａ）が同一であり、外径と肉厚が同一であり、さらに、焼戻し時加熱速度ＨＲ100-600（１６．７℃／秒）が同一であった。しかしながら、試験番号１６の継目無鋼管では、焼戻し時冷却速度ＣＲ600-200が１００℃／分以上であったが、試験番号１１の継目無鋼管では、焼戻し時冷却速度ＣＲ600-200が１００℃／分未満であった。その結果、試験番号１６の継目無鋼管の方が、試験番号１１の継目無鋼管よりも、降伏強度の最大強度差が小さくなった。
【０１２６】
試験番号１４と１８との継目無鋼管では、化学組成（鋼種Ｃ）が同一であり、外径と肉厚が同一であり、さらに、焼戻し時加熱速度ＨＲ100-600（１６．７℃／秒）が同一であった。しかしながら、試験番号１８の継目無鋼管では、焼戻し時冷却速度ＣＲ600-200が１００℃／分以上であったが、試験番号１４の継目無鋼管では、焼戻し時冷却速度ＣＲ600-200が１００℃／分未満であった。その結果、試験番号１８の継目無鋼管の方が、試験番号１４の継目無鋼管よりも、降伏強度の最大強度差が小さくなった。
【０１２７】
一方、試験番号２５〜２９の継目無鋼管では、焼戻し時加熱速度ＨＲ100-600が１０℃／秒以下であった。その結果、降伏強度の最大強度差が６０ＭＰａを超えた。すなわち、降伏強度のばらつきを低減することができなかった。
【０１２８】
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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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