(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
C ：0.04〜0.50％、                        Si：0.5〜2.0％、
Mn：0.5〜2.0％、                          P ：0.05％以下、
S ：0.010％以下、                         N ：0.0005〜0.0080％、
Al：0.5％〜2.0％、           O ：0.0100％以下、
Cu：0.5〜2.0％、
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、
引張強さ：560MPa以上を有し、室温（20±10℃）、115MPaの高圧水素ガス雰囲気中で、2.5μm／minの一定変位速度で試験を実施して求めた高圧水素ガス雰囲気中の破壊靭性値KIHが40MPa・m1/2以上である高圧水素ガス環境用鋼材。
【請求項２】
前記組成に加えてさらに、質量％で、Ni：0.05〜2.00％、Cr：0.10〜2.50％、Mo：0.05〜2.00％、W：0.05〜2.00％、Nb：0.005〜0.100％、V：0.005〜0.200％、Ti：0.005〜0.100％、B：0.0005〜0.0050％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する請求項１に記載の高圧水素ガス環境用鋼材。
【請求項３】
前記組成に加えてさらに、質量％で、Nd：0.005〜1.000％、Ca：0.0005〜0.0050％、Mg：0.0005〜0.0050％、REM：0.0005〜0.0050％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する請求項１または２に記載の高圧水素ガス環境用鋼材。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の高圧水素ガス環境用鋼材製である高圧水素ガス環境用鋼構造物。
【請求項５】
前記鋼構造物が蓄圧器またはラインパイプである請求項４に記載の高圧水素ガス環境用鋼構造物。
【請求項６】
質量％で、
C ：0.04〜0.50％、                        Si：0.5〜2.0％、
Mn：0.5〜2.0％、                          P ：0.05％以下、
S ：0.010％以下、                         N ：0.0005〜0.0080％、
Al：0.5％〜2.0％、        O ：0.0100％以下、
Cu：0.5〜2.0％、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する鋼素材を、Ａc3変態点以上に加熱し、熱間圧延を施して所定形状の鋼材とし、引続き（Ａr3変態点−50℃）以上の温度から冷却速度：1〜200℃／ｓで、600℃以下の冷却停止温度まで冷却する加速冷却処理を施し、引張強さ：560MPa以上で、室温（20±10℃）、115MPaの高圧水素ガス雰囲気中で、2.5μm／minの一定変位速度で試験を実施して求めた高圧水素ガス雰囲気中の破壊靭性値KIHが40MPa・m1/2以上である高圧水素ガス環境用鋼材の製造方法。
【請求項７】
質量％で、
C ：0.04〜0.50％、                        Si：0.5〜2.0％、
Mn：0.5〜2.0％、                          P ：0.05％以下、
S ：0.010％以下、                         N ：0.0005〜0.0080％、
Al：0.5％〜2.0％、        O ：0.0100％以下、
Cu：0.5〜2.0％、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する鋼素材を、Ａc3変態点以上に加熱して、熱間圧延を施し所定形状の鋼材とし、引続き（Ａr3変態点−50℃）以上の温度から冷却速度1〜200℃／ｓで、250℃以下の冷却停止温度まで冷却し、さらにＡc1変態点以下の温度で焼戻しする直接焼入れ焼戻し処理を施し、引張強さ：560MPa以上で、室温（20±10℃）、115MPaの高圧水素ガス雰囲気中で、2.5μm／minの一定変位速度で試験を実施して求めた高圧水素ガス雰囲気中の破壊靭性値KIHが40MPa・m1/2以上である高圧水素ガス環境用鋼材の製造方法。
【請求項８】
質量％で、
C ：0.04〜0.50％、                        Si：0.5〜2.0％、
Mn：0.5〜2.0％、                          P ：0.05％以下、
S ：0.010％以下、                         N ：0.0005〜0.0080％、
Al：0.5％〜2.0％、        O ：0.0100％以下、
Cu：0.5〜2.0％、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、所定形状に成形した鋼材を、Ａc3変態点以上に加熱したのち、水焼入れまたは油焼入れし、さらにＡc1変態点以下の温度で焼戻しする再加熱焼入れ焼戻し処理を施し、引張強さ：560MPa以上で、室温（20±10℃）、115MPaの高圧水素ガス雰囲気中で、2.5μm／minの一定変位速度で試験を実施して求めた高圧水素ガス雰囲気中の破壊靭性値KIHが40MPa・m1/2以上である高圧水素ガス環境用鋼材の製造方法。
【請求項９】
前記組成に加えてさらに、質量％で、Ni：0.05〜2.00％、Cr：0.10〜2.50％、Mo：0.05〜2.00％、W：0.05〜2.00％、Nb：0.005〜0.100％、V：0.005〜0.200％、Ti：0.005〜0.100％、B：0.0005〜0.0050％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する請求項６ないし８のいずれかに記載の高圧水素ガス環境用鋼材の製造方法。
【請求項１０】
前記組成に加えてさらに、質量％で、Nd：0.005〜1.000％、Ca：0.0005〜0.0050％、Mg：0.0005〜0.0050％、REM：0.0005〜0.0050％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する請求項６ないし９のいずれかに記載の高圧水素ガス環境用鋼材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧水素ガス環境用として好適な鋼材および鋼構造物ならびに高圧水素ガス環境用鋼材の製造方法に係り、とくに高圧水素ガス環境下における鋼材の耐水素脆化特性の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンなエネルギー源として、また、エネルギーの多様化の観点から、世界的に水素が大きく注目されている。特に、高圧水素ガスを燃料源とする燃料電池自動車に対する期待は大きく、燃料電池自動車の開発が世界的に広く進められており、一部では、すでに実用化されている。【０００３】
燃料電池自動車は、従来のガソリンの代わりに水素をタンクに詰めて走行する。そのため、ガソリンスタンドに代わって燃料補給を行う水素ステーションが必要となる。燃料電池自動車の普及のためには、燃料補給を行う水素ステーションを一般市街地に数多く建設することが肝要となる。【０００４】
水素ステーションでは、高圧で貯蔵する水素蓄圧器から車載の水素燃料タンクへ水素を、差圧式で直接充填する形式が一般的である。車載の水素燃料タンクへの充填圧力は、航続距離をガソリン車並とするために、70MPa級とすることが目標とされている。そのため、水素ステーションの蓄圧器の圧力は、それより高い82MPa級とする必要があるとされている。このようなことから、水素ステーションの蓄圧器には、高圧水素ガス環境下で、水素を安全に貯蔵、供給できることが要求されることになる。【０００５】
また、水素ガスを大量に輸送するために、パイプラインを利用することも考えられる。この場合、輸送圧力は10MPa級となり、ラインパイプは、10MPa級の水素ガス圧に晒されることになる。【０００６】
このように、高圧水素ガスを貯蔵、供給するための水素ステーションの蓄圧器や、水素ガスの大量輸送に利用されるラインパイプ等の水素用鋼構造物は、高圧水素ガス環境に晒されながら使用される。【０００７】
鋼構造物用の材料としては、まず、低価格でかつ高強度であるという利点を有する低合金系鋼材が考えられる。しかし、低合金系鋼材は、水素が侵入すると脆化する、いわゆる「水素脆化」しやすいという問題がある。【０００８】
このため、高圧水素ガス環境下で使用される鋼構造物には、従来から、低合金鋼より水素脆化し難い、SUS316L等のオーステナイト系ステンレス鋼が利用されてきた。しかし、SUS316L等のオーステナイト系ステンレス鋼は鋼材のコストが高いことに加えて、強度が低いため、高い水素圧に耐えうるように設計すると、肉厚が厚くなり、水素用構造物自体の価格も高価となる。そのため、水素用鋼構造物向けとして、より低コストで、かつ高圧水素ガス環境にも耐えうる低合金系鋼材が強く要望されてきた。【０００９】
このような要望に対し、例えば、特許文献１には、高圧水素環境用鋼が提案されている。特許文献１に記載された高圧水素環境用鋼は、高圧水素環境下で使用される鋼であって、質量％で、C：0.03〜0.18％、Si：0.1〜0.5％、Mn：0.2〜1.8％、P：0.025％以下、S：0.002〜0.02％、sol.Al：0.01〜0.10％、Ca：0.001〜0.10％、あるいはさらにV：0.03〜0.3％を含み、Ca/S：1.5未満または11以上で、残部Feおよび不純物からなる化学組成を有する鋼である。特許文献１に記載された技術では、拡散性水素のトラップサイトとして、MnSやCa系複合介在物、さらにはVCを形成して、拡散性水素を非拡散性水素として、拡散性水素濃度比を低減し拡散性水素による脆化を抑制する、としている。【００１０】
また、特許文献２には、耐高圧水素環境脆化特性に優れた低合金高強度鋼が提案されている。特許文献２に記載された低合金高強度鋼は、質量％で、C：0.10〜0.20％、Si：0.10〜0.40％、Mn：0.50〜1.20％、P：0.005％以下、S：0.005％以下、Cr：0.20〜0.80％、Cu：0.10〜0.50％、Mo：0.10〜1.00％、V：0.01〜0.10％、B：0.0005〜0.005％、N：0.01％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する高強度鋼であり、920℃以上での焼き入れを行ったのち、600〜640℃の範囲という比較的高い温度で焼戻処理を行い、引張強さ：900〜950MPaの極めて狭い範囲に調整することが好ましいとしている。これにより、45MPa水素雰囲気中でも、優れた伸び、絞り特性を示す、耐高圧水素環境脆化特性に優れた低合金高強度鋼となるとしている。【００１１】
また、特許文献３には、耐高圧水素環境脆化特性に優れた低合金高強度鋼が提案されている。特許文献３に記載された低合金高強度鋼は、質量％で、C：0.10〜0.20％、Si：0.10〜0.40％、Mn：0.50〜1.20％、P：0.005％以下、S：0.002％以下、Ni:0.75〜1.75％、Cr：0.20〜0.80％、Cu：0.10〜0.50％、Mo：0.10〜1.00％、V：0.01〜0.10％、B：0.0005〜0.005％、N：0.01％以下を含有し、さらに、Nb：0.01〜0.10％及びTi：0.005〜0.050％のうち１種または２種を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有するCr−Mo系高強度低合金鋼であり、1000〜1100℃で焼ならし、880〜900℃の温度範囲から焼入れを行い、その後560〜580℃という比較的高い温度で焼戻処理を行い、調質後の結晶粒度番号が8.4以上の粒度で、引張強さ：900〜950MPaの極めて狭い範囲に調整することが好ましいとしている。これにより、45MPa水素雰囲気中でも、優れた伸び、絞り特性を示す、耐高圧水素環境脆化特性に優れた低合金高強度鋼となるとしている。【００１２】
また、特許文献４には、高圧水素ガス環境用低合金鋼が提案されている。特許文献４に記載された低合金鋼は、質量％で、C：0.15〜0.60％、Si：0.05〜0.5％、Mn：0.05〜3.0％、P：0.025％以下、S：0.010％以下、Al：0.005〜0.10％、Mo：0.5〜3.0％、V：0.05〜0.30％、O（酸素）：0.01％以下、N：0.03％以下を含有し、残部Feおよび不純物からなる組成を有し、かつ引張強さ：900MPa以上である高圧水素ガス環境用低合金鋼である。なお、上記した組成に加えてさらに、B：0.0003〜0.003％を含有してもよいとしている。その際、N：0.010％以下に調整することが好ましいとしている。特許文献４に記載された技術によれば、Vを添加し、さらに既存の鋼よりもMo含有量を増加させ、焼戻温度を高めて、V−Mo系炭化物を活用することで、粒界の炭化物形態が改善され、耐水素環境脆化特性が大きく向上するとしている。【００１３】
また、特許文献５には、耐水素性に優れた高圧水素ガス貯蔵容器用鋼が提案されている。特許文献５に記載された高圧水素ガス貯蔵容器用鋼は、質量％で、C：0.12〜0.15％、Si：0.01〜0.10％、Mn：0.30〜0.60％、P：0.02％以下、S：0.005％以下、Cr：2.00〜2.50％、Mo：0.90〜1.20％、V：0.20〜0.35％、Nb：0.01〜0.06％、Ti：0.002〜0.030％を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなり、MC系炭化物析出指数MCI＝（0.24V＋0.06Mo）/Cが0.70以上を満足する組成を有する鋼である。特許文献５に記載された技術によれば、上記した組成を有する鋼に、鋼板製造時に、焼準処理の後に長時間の応力除去焼鈍を施すことで、MC系炭化物（Mo,V）Cが微細かつ高密度に分散析出し、鋼の耐水素脆化特性等の耐水素性が向上するとしている。【００１４】
また、特許文献６には、高圧水素貯蔵用鋼材が提案されている。特許文献６に記載された鋼材は、質量％で、C：0.05〜0.12％、Si：0.01〜0.50％、Mn：0.6超〜1.8％、P：0.02％以下、S：0.003％以下、Al：0.01〜0.08％を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなり、金属組織が面積分率90％以上のベイナイト主体組織で、ベイナイト中に平均粒径50nm以下で、平均アスペクト比3以下のセメンタイトが分散析出している鋼材である。特許文献６に記載された技術によれば、アスペクト比が小さく微細なセメンタイトを分散させることにより、高圧水素雰囲気からの水素侵入量を低減することができ、さらに母材靭性も向上し、水素による脆化が抑制されるとしている。【００１５】
また、特許文献７には、高圧水素貯蔵容器用高強度鋼材が提案されている。特許文献７に記載された高強度鋼材は、質量％で、C：0.05〜0.15％、Si：0.01〜0.50％、Mn：0.6超〜2.5％、P：0.02％以下、S：0.003％以下、Al：0.01〜0.08％を含有し、且つPcmが0.19以上で、残部Fe及び不可避的不純物からなり、金属組織が面積分率70％以上の下部ベイナイトと面積分率3％以下の島状マルテンサイトを備え、引張強さが780Mpa以上を有する高強度鋼材である。特許文献７に記載された技術によれば、下部ベイナイト組織としセメンタイトを微細析出させて、また粗大セメンタイトおよび島状マルテンサイトの生成を抑制して、水素侵入を抑制し、高圧水素環境下での脆化や延性低下を防止させるとしている。【００１６】
また、特許文献８には、高圧水素環境中での耐疲労き裂進展特性に優れる鋼材が記載されている。特許文献８に記載された鋼材は、質量％で、C：0.05〜0.60％、Si：0.01〜2.0％、Mn：0.3〜3.0％、P：0.001〜0.040％、S：0.0001〜0.010％、N：0.0001〜0.0060％、Al：0.01〜1.5％を含有し、さらにTi：0.01〜0.20％、Nb：0.01〜0.20％、V：0.01％以上0.05％未満の１種または２種以上を含有し、かつ、B：0.0001〜0.01％、Mo：0.005〜2.0％、Cr：0.005〜3.0％の１種または２種以上を含有する成分組成と、体積率で95％以上が焼戻しマルテンサイトであり、Ti、Nb、Vのいずれか１種以上と炭素、窒素のいずれか１種以上とを有する直径100nm以下の析出物の密度が50個/μm２以上であり、旧オーステナイト粒径が3μm以上である組織を有する鋼材である。特許文献８に記載された技術によれば、80MPa以上の高圧水素環境下で疲労き裂進展速度を従来鋼より飛躍的に低減でき、高圧水素環境下で使用される水素用蓄圧器等の使用寿命を改善でき、高圧水素環境下で使用される水素貯蔵容器の安全性を向上できるとしている。【００１７】
なお、非特許文献１、非特許文献２には、低合金鋼の破壊靭性値が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開2005−2386号公報
【特許文献２】特開2009−46737号公報
【特許文献３】特開2009−275249号公報
【特許文献４】特開2009−74122号公報
【特許文献５】特開2010−37655号公報
【特許文献６】特開2012−107332号公報
【特許文献７】特開2012−107333号公報
【特許文献８】特許第5633664号公報
【非特許文献】
【００１９】
【非特許文献１】松本拓哉ら：日本機械学会論文集（Ａ編）、79巻804号（2013）、ｐ．1210〜1225
【非特許文献２】松岡三郎ら：Ｍ＆Ｍ2016材料力学コンフェレンス、OS16−10、（2016）、ｐ．813〜815
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
特に、高圧水素ガス環境下で使用する水素用蓄圧器のような鋼構造物では、水素の充填を繰り返し行うため、構造物(容器)に繰返し応力が負荷される。そのため、水素用蓄圧器のような鋼構造物を設計する際には、疲労破壊を考慮することが必須となる。高圧水素ガス環境下で使用する鋼構造物の疲労破壊の限界点は、鋼材の水素ガス中の破壊靱性値KIHに関係する、といわれている。水素用鋼構造物の長寿命化、安全性向上という観点から、鋼材の水素ガス中の破壊靱性値KIHを高くすることが、一つの有効な指針とされている。【００２１】
鋼材の水素ガス中の破壊靱性値KIHを高くするためには、例えば、粗大な炭化物を含む上部ベイナイトを低減させたほうがよい。【００２２】
しかしながら、上記した従来技術では、鋼材の水素ガス中の破壊靱性値KIHを充分に高くすることができない、という問題があった。【００２３】
本発明は、上記した従来技術の問題に鑑み、水素用蓄圧器、水素用ラインパイプ等の、高圧水素ガス環境下で使用される鋼構造物用として好適な、高圧水素ガス環境下における耐水素脆化特性に優れた鋼材および鋼構造物ならびに高圧水素ガス環境用鋼材の製造方法を提供することを目的とする。【００２４】
なお、ここでいう「高圧水素ガス環境下における耐水素脆化特性に優れた」とは、室温（20±10℃）、圧力：115MPaの水素ガス雰囲気中で、日本圧力容器研究会議材料研究部会水素脆化専門委員会TASK Group V編（1991年）に準拠して破壊靭性試験を実施して求めた破壊靭性値KIHが、40MPa・m1/2以上である場合をいうものとする。【００２５】
なお、破壊靭性値KIHが、40MPa・m1/2以上であれば、継目無鋼管やＵＯＥなどの鋼管を製造するプロセスで製造可能な板厚範囲で、ＬＢＢ（Leak Before Break；破裂前漏洩）が成立する蓄圧器、ラインパイプなどの水素用鋼構造物の設計を行うことが可能になる。【００２６】
また、ここでいう「鋼材」には、薄鋼板、厚鋼板、継目無鋼管、電縫鋼管、形鋼、棒鋼等が含まれる。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
本発明者は、上記した目的を達成するため、炭素系および低合金系鋼材の耐水素脆化特性に及ぼす各種要因について、鋭意検討した。その結果、SiおよびCu、あるいはさらにAlを、それぞれ、質量％で、0.5％以上複合して含有させることにより、高圧水素ガス雰囲気中における鋼材の耐水素脆化特性が顕著に向上することを新規に、見出した。また、鋼材を均一に冷却させることにより、変態のタイミングを均一化することで変態発熱の局所化による局所的な温度上昇を抑制しマルテンサイトもしくは下部ベイナイトを得やすくし、その結果、鋼材の水素ガス中の破壊靱性値KIHを高くすることができることを見出した。【００２８】
本発明は、かかる知見に基づき、さらに検討を加えて完成されたものである。すなわち、本発明の要旨はつぎのとおりである。
（１）質量％で、C：0.04〜0.50％、Si：0.5〜2.0％、Mn：0.5〜2.0％、P：0.05％以下、S：0.010％以下、N：0.0005〜0.0080％、Al：0.010％〜2.0％、O：0.0100％以下、Cu：0.5〜2.0％、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、引張強さ：560MPa以上を有し、高圧水素ガス雰囲気中の破壊靭性値KIHが40MPa・m1/2以上である高圧水素ガス環境用鋼材。
（２）（１）において、質量％で、Al：0.5〜2.0％である高圧水素ガス環境用鋼材。
（３）（１）または（２）において、前記組成に加えてさらに、質量％で、Ni：0.05〜2.00％、Cr：0.10〜2.50％、Mo：0.05〜2.00％、W：0.05〜2.00％、Nb：0.005〜0.100％、V：0.005〜0.200％、Ti：0.005〜0.100％、B：0.0005〜0.0050％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する高圧水素ガス環境用鋼材。
（４）（１）ないし（３）のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量％で、Nd：0.005〜1.000％、Ca：0.0005〜0.0050％、Mg：0.0005〜0.0050％、REM：0.0005〜0.0050％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する高圧水素ガス環境用鋼材。
（５）（１）ないし（４）のいずれかに記載の高圧水素ガス環境用鋼材製である高圧水素ガス環境用鋼構造物。
（６）（５）において、前記鋼構造物が蓄圧器またはラインパイプである高圧水素ガス環境用鋼構造物。
（７）質量％で、C：0.04〜0.50％、Si：0.5〜2.0％、Mn：0.5〜2.0％、P：0.05％以下、S：0.010％以下、N：0.0005〜0.0080％、Al：0.010％〜2.0％、O：0.0100％以下、Cu：0.5〜2.0％、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する鋼素材を、Ａc3変態点以上に加熱し、熱間圧延を施して所定形状の鋼材とし、引続き（Ａr3変態点−50℃）以上の温度から冷却速度：1〜200℃／ｓで、600℃以下の冷却停止温度まで冷却する加速冷却処理を施し、引張強さ：560MPa以上で、高圧水素ガス雰囲気中の破壊靭性値KIHが40MPa・m1/2以上である高圧水素ガス環境用鋼材の製造方法。
（８）質量％で、C：0.04〜0.50％、Si：0.5〜2.0％、Mn：0.5〜2.0％、P：0.05％以下、S：0.010％以下、N：0.0005〜0.0080％、Al：0.010％〜2.0％、O：0.010％以下、Cu：0.5〜2.0％、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する鋼素材を、Ａc3変態点以上に加熱して、熱間圧延を施し所定形状の鋼材とし、引続き（Ａr3変態点−50℃）以上の温度から冷却速度1〜200℃／ｓで、250℃以下の冷却停止温度まで冷却し、さらにＡc1変態点以下の温度で焼戻しする直接焼入れ焼戻し処理を施し、引張強さ：560MPa以上で、高圧水素ガス雰囲気中の破壊靭性値KIHが40MPa・m1/2以上である高圧水素ガス環境用鋼材の製造方法。
（９）質量％で、C：0.04〜0.50％、Si：0.5〜2.0％、Mn：0.5〜2.0％、P：0.05％以下、S：0.010％以下、N：0.0005〜0.0080％、Al：0.010％〜2.0％、O：0.0100％以下、Cu：0.5〜2.0％、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、所定形状に成形した鋼材を、Ａc3変態点以上に加熱したのち、水焼入れまたは油焼入れし、さらにＡc1変態点以下の温度で焼戻しする再加熱焼入れ焼戻し処理を施し、引張強さ：560MPa以上で、高圧水素ガス雰囲気中の破壊靭性値KIHが40MPa・m1/2以上である高圧水素ガス環境用鋼材の製造方法。
（１０）（７）ないし（９）のいずれかにおいて、質量％で、Al：0.5〜2.0％である高圧水素ガス環境用鋼材の製造方法。
（１１）（７）ないし（１０）のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量％で、Ni：0.05〜2.00％、Cr：0.10〜2.50％、Mo：0.05〜2.00％、W：0.05〜2.00％、Nb：0.005〜0.100％、V：0.005〜0.200％、Ti：0.005〜0.100％、B：0.0005〜0.0050％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する高圧水素ガス環境用鋼材の製造方法。
（１２）（７）ないし（１１）のいずれかにおいて、前記組成に加えてさらに、質量％で、Nd：0.005〜1.000％、Ca：0.0005〜0.0050％、Mg：0.0005〜0.0050％、REM：0.0005〜0.0050％のうちから選ばれた１種または２種以上を含有する高圧水素ガス環境用鋼材の製造方法。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、高圧水素ガス環境下での耐水素脆化特性が極めて向上した鋼材を、容易にかつ簡便に製造でき、産業上格段の効果を奏する。また、本発明によれば、高圧水素ガス用蓄圧器や高圧水素ガス用ラインパイプ等の鋼構造物の耐水素脆化特性を顕著に向上でき、耐疲労特性が向上して、鋼構造物の寿命延長に大きく寄与するという効果もある。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明の鋼材は、基本組成として、質量％で、C：0.04〜0.50％、Si：0.5〜2.0％、Mn：0.5〜2.0％、P：0.05％以下、S：0.010％以下、N：0.0005〜0.0080％、Al：0.010％〜2.0％、O：0.0100％以下、Cu：0.5〜2.0％、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する。
【００３１】
まず、本発明の鋼材の組成限定理由について説明する。なお、以下、組成における質量％は、単に％で記す。
【００３２】
本発明者の検討によれば、SiおよびCu、あるいはさらにAlは、水素ガス中で材料を変形させた際に、生成する転位の構造をベイン化して、水素ガス中での破壊靭性値KIHを高くする作用を有することを見出した。これにより、耐水素脆化特性が向上する。このような効果は、少なくともSiとCuをともに0.5％以上含有させた場合に顕著となり、あるいはさらにAlを、0.5％以上含有させた場合にさらに顕著となる。このようなことから、本発明では、Si：0.5〜2.0％、Cu：0.5〜2.0％、あるいはさらにAl：0.5〜2.0％を含有させることにした。
【００３３】
Si：0.5〜2.0％
Siは、Cu、Alと同様に、耐水素脆化特性を向上させる元素であり、本発明では0.5％以上含有させる。一方、2.0％を超えるSiの多量含有は、結晶粒界を脆化させ、靭性の低下を招く。このため、Siは0.5〜2.0％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.75％以上であり、好ましくは2.00％以下である。より好ましくは1.00％以上である。
【００３４】
Cu：0.5〜2.0％
Cuは、Si、Alと同様に、耐水素脆化特性を向上させる元素であり、本発明では0.5％以上含有させる。一方、2.0％を超えるCuの多量含有は、加熱時や溶接時に、熱間での割れを発生させ易くする。このため、Cuは0.5〜2.0％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.75％以上であり、好ましくは2.00％以下である。より好ましくは1.00％以上である。
【００３５】
Al： 0.010〜2.0％
Alは、Si、Cuと同様に、耐水素脆化特性の向上に寄与する元素である。Alは、比較的少量の含有で、脱酸剤として作用するとともに、窒化物AlNを形成し、加熱時の結晶粒の粗大化を抑制し、組織の微細化に寄与する。このような効果を得るために、本発明では、Alを0.010％以上とする。一方、2.0％を超えるAlの多量含有は、鋼材の表面疵が発生しやすくなる。なお、耐水素脆化特性の顕著な向上のためには、Alは0.5％以上であることが好ましく、2.0％以下とすることが好ましい。より好ましくは0.75％以上であり、さらに好ましくは1.00％以上である。
【００３６】
なお、Si、Cu、Al以外の成分の限定理由は以下のとおりである。
【００３７】
C：0.04〜0.50％
Cは、強度増加に寄与するとともに、焼入れ性を向上させる元素であり、所望の強度、焼入れ性を確保するために、0.04％以上含有する必要がある。一方、0.50％を超える含有は、溶接性が著しく低下するとともに、母材および溶接熱影響部の靭性低下を招く。このため、Cは0.04〜0.50％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.10％以上であり、好ましくは0.45％以下である。
【００３８】
Mn：0.5〜2.0％
Mnは、焼入れ性向上を介して強度増加に寄与する元素である。このような効果を得るためには、0.5％以上含有する必要があるが、2.0％を超えて含有すると、粒界強度が低下し、低温靭性が低下する。このため、Mnは0.5〜2.0％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.8％以上であり、好ましくは1.5％以下である。
【００３９】
P：0.05％以下
Pは、結晶粒界等に偏析しやすく、結晶粒の接合強度を低下させ、靭性を低下させる。このため、Pはできるだけ低減することが望ましいが、0.05％までは許容できる。このようなことから、Pは0.05％以下に限定した。
【００４０】
S：0.010％以下
Sは、結晶粒界に偏析しやすく、また、非金属介在物であるMnSを生成しやすく、延性、靭性の低下を招く。このため、Sはできるだけ低減することが望ましいが、0.010％までは許容できる。このようなことから、Sは0.010％以下に限定した。
【００４１】
N：0.0005〜0.0080％
Nは、Nb、Ti、Al等の窒化物形成元素と結合し、窒化物を形成し、加熱時にオーステナイト粒をピンニングし、結晶粒の粗大化を抑制し、組織を微細化する効果を有する。このような組織微細化効果を得るためには、0.0005％以上の含有を必要とする。一方、0.0080％を超える含有は、固溶N量が増加し、母材、溶接熱影響部の靭性低下を招く。このため、Nは0.0005〜0.0080％の範囲に限定した。なお、好ましくは0.0020％以上であり、好ましくは0.0050％以下である。
【００４２】
O：0.0100％以下
O（酸素）は、アルミナ等の酸化物を形成し、非金属介在物量を増加させ、延性の低下など、加工性の低下を招くため、できるだけ低減することが望ましいが、0.0100％までは許容できる。このため、O（酸素）は0.0100％以下に限定した。なお、好ましくは0.0050％以下である。
【００４３】
上記した成分が基本の組成であるが、上記した基本の組成に加えてさらに、選択元素として、Ni：0.05〜2.00％、Cr：0.10〜2.50％、Mo：0.05〜2.00％、W：0.05〜2.00％、Nb：0.005〜0.100％、V：0.005〜0.200％、Ti：0.005〜0.100％、B：0.0005〜0.0050％のうちから選ばれた１種または２種以上、および／または、Nd：0.005〜1.000％、Ca：0.0005〜0.0050％、Mg：0.0005〜0.0050％、REM：0.0005〜0.0050％のうちから選ばれた１種または２種以上、を選択して含有してもよい。
【００４４】
Ni、Cr、Mo、W、Nb、V、Ti、Bはいずれも、焼入れ性の向上に寄与する元素であり、必要に応じて選択して、１種または２種以上含有できる。
【００４５】
Ni：0.05〜2.00％
Niは、焼入れ性の向上に加えてさらに、靭性をも向上させる作用も有する元素である。このような効果を得るためには、0.05％以上の含有を必要とする。一方、2.00％を超える含有は、材料コストを上昇させ、経済性が低下する。このため、含有する場合には、Niは0.05〜2.00％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.50％以上であり、より好ましくは1.50％以下である。
【００４６】
Cr：0.10〜2.50％
Crは、焼入れ性の向上を介して、強度確保に寄与する元素であり、このような効果を得るためには、0.10％以上の含有を必要とする。一方、2.50％を超えて多量に含有すると、溶接性が低下する。このため、含有するには、Crは0.10〜2.50％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.50％以上であり、より好ましくは1.50％以下である。
【００４７】
Mo：0.05〜2.00％
Moは、焼入れ性の向上を介して、強度確保に寄与する元素であり、このような効果を得るためには、0.05％以上の含有を必要とする。一方、2.00％を超えて多量に含有すると、材料コストの高騰を招き、経済性が低下する。このため、含有する場合には、Moは0.05〜2.00％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.20％以上であり、より好ましくは1.50％以下である。
【００４８】
W：0.05〜2.00％
Wは、焼入れ性の向上を介して、強度確保に寄与する元素であり、このような効果を得るためには、0.05％以上の含有を必要とする。一方、2.00％を超えて多量に含有すると、溶接性が低下する。このため、含有する場合には、Wは0.05〜2.00％に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.20％以上であり、より好ましくは1.50％以下である。
【００４９】
Nb：0.005〜0.100％
Nbは、焼入れ性の向上に加えてさらに、加熱時に炭窒化物を微細析出させ、オーステナイト粒をピンニングして、結晶粒の粗大化を抑制する作用を有する元素である。このような効果は0.005％以上の含有で認められる。一方、0.100％を超える含有は、溶接熱影響部の靭性を低下させる。このため、含有する場合には、Nbは0.005〜0.100％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.010％以上であり、より好ましくは0.050％以下である。
【００５０】
V：0.005〜0.200％
Vは、焼入れ性の向上に加えてさらに、加熱時に炭窒化物を微細析出させ、オーステナイト粒をピンニングして、結晶粒の粗大化を抑制する作用を有する元素である。このような効果は0.005％以上の含有で認められる。一方、0.200％を超える含有は、溶接熱影響部の靭性を低下させる。このため、含有する場合には、Vは0.005〜0.200％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.010％以上であり、より好ましくは0.150％以下である。
【００５１】
Ti：0.005〜0.100％
Tiは、焼入れ性の向上に加えてさらに、加熱時に炭窒化物を微細析出させ、オーステナイト粒をピンニングして、結晶粒の粗大化を抑制する作用を有する元素である。このような効果は0.005％以上の含有で認められる。一方、0.100％を超える含有は、溶接熱影響部の靭性を低下させる。このため、含有する場合には、Tiは0.005〜0.100％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.010％以上であり、より好ましくは0.050％以下である。
【００５２】
B：0.0005〜0.0050％
Bは、微量の含有で焼入れ性の向上に寄与する元素である。このような効果を得るためには、0.0005％以上の含有を必要とする。一方、0.0050％を超えて含有すると、靭性が低下する。このため、含有する場合には、Bは0.0005〜0.0050％の範囲に限定することがこのましい。なお、より好ましくは0.0010％以上であり、より好ましくは0.0020％以下である。
【００５３】
また、Nd、Ca、Mg、REMはいずれも、介在物の形態制御を介して、延性、靭性、さらには耐水素脆化特性の向上に寄与する元素であり、必要に応じて選択して、１種または２種以上含有してもよい。
【００５４】
Nd：0.005〜1.000％
Ndは、Sと結合し硫化物系介在物を形成し、Sの粒界偏析量を低減して、靭性および耐水素脆性の向上に寄与する元素である。このような効果を得るためには、0.005％以上の含有を必要とする。一方、1.000％を超える含有は、溶接熱影響部の靭性を低下させる。このため、含有する場合には、Ndは0.005〜1.000％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.010％以上であり、より好ましくは0.500％以下である。
【００５５】
Ca：0.0005〜0.0050％
Caは、Sとの親和力が強く、圧延によって展伸しやすい硫化物系介在物であるMnSに代えて、圧延により展伸しにくい球状の硫化物系介在物であるCaSを形成し、硫化物系介在物の形態制御に寄与する元素であり、延性、靭性を向上させる作用を有する。このような効果を得るためには、0.0005％以上の含有を必要とする。一方、0.0050％を超えて含有すると、清浄度が低下し、延性、靭性等が低下する。このため、含有する場合には、Caは0.0005〜0.0050％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.0010％以上であり、より好ましくは0.0020％以下である。
【００５６】
Mg：0.0005〜0.0050％
Mgは、Caと同様に、Sとの親和力が強く、硫化物系介在物を形成し、延性、靭性を向上させる。このような効果を得るためには、0.0005％以上の含有を必要とする。一方、0.0050％を超えて含有すると、清浄度の低下を招く。このため、含有する場合には、Mgは0.0005〜0.0050％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.0010％以上であり、より好ましくは0.0020％以下である。
【００５７】
REM：0.0005〜0.0050％
REMは、REM（O,S）等の硫化物系介在物を形成し、結晶粒界の固溶S量を低減して、耐SR割れ性の改善に寄与する元素である。このような効果を得るためには、REMは0.0005％以上含有する必要がある。一方、0.0050％を超える含有は、鋳造時に沈殿晶帯にREM系硫化物が多量に集積し、延性、靭性等材質の低下を招く。このため、含有する場合には、REMは0.0005〜0.0050％の範囲に限定することが好ましい。なお、より好ましくは0.0010％以上であり、より好ましくは0.0020％以下である。なお、ここでいう「REM」は、Rare Earth Metal（希土類元素）の略である。
【００５８】
上記した成分以外の残部は、Feおよび不可避的不純物からなる。
【００５９】
本発明の高圧水素ガス環境用鋼材は、上記した組成を有し、フェライトとパーライトの組合せ、または下部ベイナイト、マルテンサイト、焼戻し下部ベイナイト、焼戻しマルテンサイト、あるいはその組合せからなる組織を有する鋼材である。
【００６０】
また、本発明の高圧水素ガス環境用鋼材は、上記した組成と、上記した組織とを有し、引張強さ：560MPa以上の高強度を有し、高圧水素ガス雰囲気中での破壊靭性値KIH：40MPa・m1/2以上を有する耐水素脆化特性に優れた鋼材である。
【００６１】
つぎに、本発明の高圧水素ガス環境用鋼材の好ましい製造方法について説明する。
【００６２】
まず、上記した組成の溶鋼を、転炉、電気炉等の常用の溶製炉で溶製し、連続鋳造法で所定形状のスラブ等の鋳片、あるいは造塊法等で鋳片（鋼塊）を熱間圧延して所定形状のスラブ等の鋼片とし、鋼素材とする。
【００６３】
得られた鋼素材は、ついで、加熱炉に装入される。加熱温度は、Ａc3変態点以上とする。加熱温度がＡc3変態点未満では、被圧延材の変形抵抗が高くなり圧延装置への負荷が多大となるうえ、一部未変態組織が残存するため、その後の処理によっても、所望の特性を確保できなくなる。なお、加熱温度としては、1100〜1300℃とすることが好ましい。加熱温度が1100℃未満では、変形抵抗が高く、圧延機への負荷が大きくなりすぎる。一方、加熱温度が1300℃を超えると、結晶粒が粗大化し、靭性が低下する。
【００６４】
所定の温度に加熱された鋼素材は、ついで、熱間圧延を施され、所定の寸法形状の鋼材とされる。ここでいう「鋼材」は、薄板、厚板、鋼管、形鋼、棒鋼等を含むものとする。また、ここでいう「熱間圧延」は、所定寸法形状の鋼材とすることができればよく、とくにその圧延条件については限定されない。鋼材が継目無鋼管である場合には、熱間圧延は穿孔圧延を含む圧延とする。
【００６５】
所定の寸法形状に圧延された鋼材は、そのまま室温まで放冷し、冷却後、再加熱し焼入れ焼戻しする再加熱焼入れ焼戻し処理を施されるか、あるいは熱間圧延に引続き、加速冷却処理を施されるか、あるいは、熱間圧延に引続き、直接焼入れ焼戻し処理を施されることが好ましい。
【００６６】
つぎに、加速冷却処理、直接焼入れ焼戻し処理、再加熱焼入れ焼戻し処理について、それぞれ説明する。
【００６７】
なお、製造条件における温度の規定は鋼材中心部とする。鋼材が、薄板、厚板、鋼管、形鋼である場合は板厚（肉厚）中心、棒鋼では径方向の中心とする。但し、中心部近傍はほぼ同様の温度履歴となるので、温度の規定は中心そのものに限定するものではない。
（加速冷却処理）
所定寸法形状に圧延された鋼材は、室温に冷却されることなく、引続き、（Ａr3変態点−50℃）以上の冷却開始温度から、冷却速度：1〜200℃／ｓで冷却停止温度：600℃以下の冷却停止温度まで冷却する加速冷却処理を施される。冷却開始温度が（Ａr3変態点−50℃）未満では、冷却開始前にオーステナイトの変態量が多くなり、加速冷却後に所望の特性を確保できなくなる。このため、冷却開始温度は（Ａr3変態点−50℃）以上の温度に限定した。また、加速冷却の冷却速度が1℃／ｓ未満では冷却が遅すぎ、所望の特性を確保できない。一方、通常の冷却方法では、200℃／ｓを超えることはない。このため、加速冷却処理の冷却速度は1〜200℃／ｓの範囲に限定した。なお、冷却速度は、板厚(肉厚)中心での平均冷却速度である。冷却手段は特に限定する必要はなく、水冷等とすることが好ましい。また、加速冷却の冷却停止温度が600℃超えの高温では、所望の変態が完了しないため、所望の特性を確保できない。このため、加速冷却の冷却停止温度は600℃以下の温度に限定した。
（直接焼入れ焼戻し処理）
上記鋼素材を、Ａc3変態点以上に加熱し、所定寸法形状の鋼材に熱間圧延されたのち、引続き（Ａr3変態点−50℃）以上の温度から1〜200℃／ｓの範囲の冷却速度で250℃以下の冷却停止温度まで冷却する焼入れ処理と、引続きＡc1変態点以下の焼戻し温度で焼戻しする焼戻し処理を施される。鋼素材の加熱温度がＡc3変態点未満では、一部未変態組織が残存するため、熱間圧延および焼入れ、焼戻し後に所望の鋼組織を得ることができない。このため、熱間圧延前の加熱温度はＡc3変態点以上とする。また、熱間圧延後の焼入れの開始温度が（Ａr3変態点−50℃）未満であると、焼入れ前のオーステナイトの変態量が多く、焼入れ、焼戻し後に所望の鋼組織を得ることができない。このため、熱間圧延後、（Ａr3変態点−50℃）以上から冷却を開始し、焼入れを行う。（Ａr3変態点−50℃）以上から焼入れる際の冷却速度は、所望の組織を得るため、1〜200℃／ｓとする。なお、該冷却速度は、板厚中心での平均冷却速度である。冷却手段は特に限定する必要はなく、水冷等により行えばよい。また、焼入れの冷却速度が1℃／ｓ未満では冷却が遅すぎ、所望の特性を確保できない。一方、通常の冷却方法では、200℃／ｓを超えることはない。また、該焼入れを250℃超えの温度で停止すると、所望のマルテンサイト変態、ベイナイト変態が完了しないため、焼戻し後に所望の特性を得ることができない。このため、焼入れ処理は、250℃以下の温度まで冷却する焼入れとすることとする。焼入れ後は、引き続きＡc1変態点以下の温度で焼戻す。焼戻し温度がＡc1変態点を超えると、一部オーステナイトに変態するため、焼戻し後に所望の特性を得ることができなくなる。
（再加熱焼入れ焼戻し処理）
所定寸法形状に圧延され、一旦、室温まで冷却された鋼材は、ついで、Ａc3変態点以上の焼入れ加熱温度で加熱されたのち、引続き（Ａr3変態点−50℃）以上の焼入れ開始温度から、冷却速度：0.5〜100℃／ｓで250℃以下の温度まで冷却する焼入れ処理を施され、ついで、Ａc1変態点以下の温度で焼戻しする、再加熱焼入れ焼戻し処理を施す。
【００６８】
なお、焼入れ処理は、冷媒を例えば水あるいは油とし、被冷却材である高温に加熱された鋼材に、冷却速度：0.5〜100℃／ｓとなるように、冷媒を吹き付けるか、あるいは加熱された鋼材を、冷媒を貯めた浴槽中に浸漬することにより、行うことが好ましい。均一冷却の観点から、冷媒を貯めた浴槽中で、所定寸法形状の鋼材は回転しながら冷媒のジェット噴流を吹き付けながら冷却することが好ましい。また、焼戻し処理は、焼戻し加熱炉等で加熱された鋼材を大気中あるいは保護雰囲気中で放冷すればよい。
【００６９】
焼入れ加熱温度が、Ａc3変態点未満では、一部未変態組織が残存するため、焼入れ、焼戻し後に所望の特性を確保できなくなる。このため、焼入れ加熱温度はＡc3変態点以上とする。また、焼入れ開始温度が（Ａr3変態点−50℃）未満では、焼入れ開始前にオーステナイトが変態を開始するため、焼入れ、焼戻し後に所望の特性を得ることができない。このため、焼入れ開始温度は、（Ａr3変態点−50℃）以上の温度に限定した。また、焼入れ冷却速度は、所望の特性を得るとともに、焼割れを防止するため、0.5〜100℃／ｓに限定した。焼入れ冷却停止温度が、250℃を超える高温では、所望の変態（マルテンサイト変態あるいはベイナイト変態）が完了しないため、焼戻し処理後に所望の特性を確保できない。そのため、焼入れ停止温度は250℃以下の温度に限定した。
【００７０】
焼入れ処理後は、引続き鋼材をＡc1変態点以下の焼戻し温度に加熱し、焼戻しする焼戻し処理を施す。焼戻し温度がＡc1変態点を超えると、一部オーステナイトに変態するため、焼戻し処理後に所望の特性を確保することができなくなる。
【００７１】
なお、上記した、Ａc3変態点（℃）、Ａr3変態点（℃）およびＡc1変態点（℃）は、次式を用いて算出したものを使用するものとする。
【００７２】
Ａc3（℃）＝854−180C＋44Si−14Mn−17.8Ni−1.7Cr、
Ａr3（℃）＝910−310C−80Mn−20Cu−15Cr−55Ni−80Mo、
Ａc1（℃）＝723−14Mn＋22Si−14.4Ni＋23.3Cr
ここで、各元素記号は、各元素の鋼中含有量（質量％）である。
【００７３】
上記した製造方法で製造された耐水素透過性能に優れた鋼材は、高圧水素ガス環境中で使用される水素用鋼構造物用として好適である。ここでいう「水素用鋼構造物」としては、水素ステーションなどで使用される蓄圧器（水素用蓄圧器）、水素ガス輸送用のラインパイプ（水素用ラインパイプ）等が例示できる。
【００７４】
水素ステーションなどで使用される蓄圧器としては、鋼材のみを用いるタイプ１、鋼材に炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced  Plastic）を巻く、タイプ２およびタイプ３が知られている。これらのタイプは、例えば、圧縮天然ガス自動車燃料容器に関する各規格、ISO 11439、ANSI／NGVや、高圧ガス保安法  容器保安規則例示基準別添９などに記載される容器の構造についての区分である。なお、蓄圧器は、例えば上記した組成を有する鋼材を、所定形状に成形後、再加熱焼入れ焼戻し処理を施すことにより製造することが好ましい。なお、蓄圧器に貯蔵される水素の設計圧力は、35MPa程度または70MPa程度である。
【００７５】
また、水素輸送用のラインパイプとしては、継目無鋼管、電縫鋼管、またはＵＯＥタイプの鋼管が好適である。なお、ラインパイプは、上記した組成を有する鋼材をそのまま用いてラインパイプ（鋼管）としても、あるいは上記した組成を有する鋼素材に、上記した加速冷却処理、直接焼入れ処理を施して、鋼管とすることが好ましい。なお、ラインパイプでは、使用する水素の設計圧力としては、10MPa程度である。
【００７６】
以下、実施例に基づいて、さらに本発明について説明する。
【実施例】
【００７７】
表１に示す組成の溶鋼を、転炉で溶製し、連続鋳造して鋳片（スラブ：肉厚250mm）とした。得られた鋳片を加熱し熱間圧延して、厚鋼板（板厚：38mm）とし一旦室温まで冷却したのち、表２に示す条件で再加熱焼入れ焼戻し処理を施した（鋼板No．1〜No．16、No．21〜No．23）。なお、焼入れ処理は水冷、あるいは油冷とした。【００７８】
また、得られた鋳片に、表２に示す条件で加熱し、熱間圧延して所定板厚（38mm）の厚鋼板としたのち、引続き、表２に示す条件で加速冷却処理を施した（鋼板No．17、No．18）。【００７９】
また、得られた鋳片に、表２に示す条件で加熱し、熱間圧延して所定板厚（38mm）の厚鋼板としたのち、引続き、表２に示す条件で直接焼入れし、その後、表２に示す焼戻し温度で焼戻す直接焼入れ焼戻し処理を施した（鋼板No．19、No.20）。なお、鋼板の温度測定は、板厚中心部に挿入した熱電対によって実施した。【００８０】
ここでは、再加熱焼入れ焼戻し処理は、水素用蓄圧器の製造を、加速冷却処理、直接焼入れ処理はともに、水素用ラインパイプ（鋼管）の製造を、それぞれシミュレイトするものとした。【００８１】
得られた鋼板について、引張試験、破壊靭性試験、さらには組織観察を実施した。試験方法は次のとおりとした。
（１）引張特性
得られた厚鋼板から、JIS Z 2201（1980）に準拠して、圧延方向を長手方向（引張方向）とする全厚引張試験片を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠して引張試験を行い、引張強さを測定した。
（２）破壊靱性試験
得られた各鋼板から、荷重負荷方向が圧延方向と平行になるように、CT試験片（板幅：50.8mm）を採取し、日本圧力容器研究会議材料部会水素脆化専門委員会TASKGroup V編（1991年）に準拠して、高圧水素ガス雰囲気中で破壊靭性試験を実施し、破壊靭性値KIHを求めた。なお、試験は、室温（20±10℃）、115MPaの高圧水素ガス雰囲気中で、2.5μm／minの一定変位速度で実施した。【００８２】
なお、一部では、ASTM E399またはASTM E1820の規定に準拠した破壊靱性試験も実施し破壊靭性値KIHを得たが、日本圧力容器研究会議材料部会水素脆化専門委員会TASKGroup V編（1991年）に準拠して実施した破壊靭性試験により得られた破壊靭性値KIHに対して、誤差5％以内のほぼ同等の値であったため、表２にはとくに記載していない。
（３）組織観察
得られた鋼板の板厚中央部から、組織観察用試験片を採取し、研磨し腐蝕（ナイタール液）し、光学顕微鏡（倍率：200倍）で観察し、組織の同定と、画像解析により組織分率を算出した。【００８３】
得られた結果を表２に示す。【００８４】
【表１】
0006989004.tif 000002
【００８５】
【表２】
0006989004.tif 000003
【００８６】
本発明例はいずれも、115MPa高圧水素ガス雰囲気中の破壊靭性値KIHが40MPa・m1/2以上を示し、耐水素脆化特性に優れているといえる。一方、組成が本発明の範囲を外れる比較例は、高圧水素ガス雰囲気中の破壊靭性値KIHが40MPa・m1/2未満と、耐水素脆化特性が低下している。なお、本発明例はいずれも、引張強さ：560MPa以上の高強度を有していた。【００８７】
このことから、本発明によれば、耐水素脆化特性に優れた製品（水素用鋼構造物）を製造することができることを確認できた。