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公開番号2024125075
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-13
出願番号2023033165
出願日2023-03-03
発明の名称鋼材
出願人日本製鉄株式会社
代理人アセンド弁理士法人
主分類C22C 38/28 20060101AFI20240906BHJP(冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理)
要約【課題】高強度と、優れた破壊靭性とを両立する鋼材を提供する。
【解決手段】本開示による鋼材は、明細書に記載の化学組成を有し、式(1)を満たし、降伏強度が862MPa以上である。本開示による鋼材中において、円相当径が50nm以下のTi含有粒子の個数密度をNDT個/μm²と定義し、円相当径が100nm以下のMo含有粒子の個数密度をNDM個/100μm²と定義したとき、NDTが50個/μm²以上であり、NDTと、NDMとが、式(2)を満たす。
Mn×Sp≦27.0 (1)
NDM/NDT≧0.30 (2)
ここで、式(1)中の「Mn」には、Mn含有量が質量%で代入され、「Sp」には、S含有量がppmで代入される。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
鋼材であって、
質量％で、
Ｃ：０．２０～０．４５％、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．０１～１．００％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ａｌ：０．００１～０．１００％、
Ｃｒ：０．１～２．０％、
Ｍｏ：０．２０～１．００％、
Ｔｉ：０．００１～０．３００％、
Ｎ：０．００１～０．２００％、
Ｎｂ：０～０．３００％、
Ｖ：０～０．５０％、
Ｗ：０～０．５０％、
Ｃｏ：０～０．５０％、
Ｎｉ：０～０．５０％、
希土類元素：０～０．０２０％、
Ｃｕ：０～０．５０％、及び、
Ｂ：０～０．０１００％を含有し、
Ｃａ：０．０００５～０．０２００％、及び、
Ｍｇ：０．０００５～０．０２００％からなる群から選択される１元素以上を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１）を満たし、
降伏強度が８６２ＭＰａ以上であり、
前記鋼材中において、
円相当径が５０ｎｍ以下のＴｉ含有粒子の個数密度をＮＤＴ個／μｍ
2
と定義し、
円相当径が１００ｎｍ以下のＭｏ含有粒子の個数密度をＮＤＭ個／１００μｍ
2
と定義したとき、
前記ＮＤＴが５０個／μｍ
2
以上であり、
前記ＮＤＴと、前記ＮＤＭとが、式（２）を満たす、
鋼材。
Ｍｎ×Ｓｐ≦２７．０（１）
ＮＤＭ／ＮＤＴ≧０．３０（２）
ここで、式（１）中の「Ｍｎ」には、Ｍｎ含有量が質量％で代入され、「Ｓｐ」には、Ｓ含有量がｐｐｍで代入される。
続きを表示（約 280 文字）【請求項２】
請求項１に記載の鋼材であって、
Ｎｂ：０．００１～０．３００％、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｗ：０．０１～０．５０％、
Ｃｏ：０．０１～０．５０％、
Ｎｉ：０．０１～０．５０％、
希土類元素：０．００１～０．０２０％、
Ｃｕ：０．０１～０．５０％、及び、
Ｂ：０．０００１～０．０１００％からなる群から選択される１元素以上を含有する、
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、
前記鋼材は継目無鋼管である、
鋼材。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は鋼材に関し、さらに詳しくは、油井での使用に適した鋼材に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【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）の深井戸化により、油井用鋼管に代表される油井用鋼材の高強度化が要求されている。具体的には、８０ｋｓｉ級（降伏強度が８０～９５ｋｓｉ未満、つまり、５５２～６５５ＭＰａ未満）や、９５ｋｓｉ級（降伏強度が９５～１１０ｋｓｉ未満、つまり、６５５～７５８ＭＰａ未満）の油井用鋼材が広く利用されており、最近ではさらに、１１０ｋｓｉ級（降伏強度が７５８～８６２ＭＰａ未満）の油井用鋼材が求められ始めている。
【０００３】
油井ではさらに、腐食性を有する硫化水素ガス（Ｈ
2
Ｓ）や炭酸ガス（ＣＯ
2
）等を含有する場合がある。そのため、油井用鋼材としての使用が想定される鋼材には、高強度だけでなく、優れた耐食性も求められる。また、油井用鋼材では、使用中の鋼材には応力が負荷される。そのため、油井用鋼材の優れた耐食性の指標として耐硫化物応力割れ性（耐ＳｕｌｆｉｄｅＳｔｒｅｓｓＣｒａｃｋｉｎｇ性：以下、耐ＳＳＣ性という）が用いられてきた。
【０００４】
鋼材の強度と耐ＳＳＣ性とを高める技術が、特開２００６－２８６１２号公報（特許文献１）、国際公開第２００８／１２３４２２号（特許文献２）、及び、特開２０１７－１６６０６０号公報（特許文献３）に提案されている。
【０００５】
特許文献１に開示される鋼材は、鋼管用鋼であって、質量％で、Ｃ：０．２～０．７％、Ｓｉ：０．０１～０．８％、Ｍｎ：０．１～１．５％、Ｓ：０．００５％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ａｌ：０．０００５～０．１％、Ｔｉ：０．００５～０．０５％、Ｃａ：０．０００４～０．００５％、Ｎ：０．００７％以下、Ｃｒ：０．１～１．５％、Ｍｏ：０．２～１．０％、残部がＦｅ及び不純物からなる。この鋼材はさらに、Ｃａ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎ、Ｏ及びＳを含む非金属介在物の介在物中の（Ｃａ％）／（Ａｌ％）が０．５５～１．７２、かつ、（Ｃａ％）／（Ｔｉ％）が０．７～１９である。この鋼材は、７５８ＭＰａを超える高い降伏強度と、優れた耐ＳＳＣ性とを有する、と特許文献１には記載されている。
【０００６】
特許文献２に開示される鋼材は、低合金鋼であって、質量％で、Ｃ：０．１０～０．２０％、Ｓｉ：０．０５～１．０％、Ｍｎ：０．０５～１．５％、Ｃｒ：１．０～２．０％、Ｍｏ：０．０５～２．０％、Ａｌ：０．１０％以下、及び、Ｔｉ：０．００２～０．０５％を含有し、かつ、Ｃｅｑ（＝Ｃ＋（Ｍｎ／６）＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５）が０．６５以上であり、残部がＦｅ及び不純物からなり、不純物中において、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｎ：０．００７％以下、Ｂ：０．０００３％未満である。この鋼材はさらに、粒径が１μｍ以上のＭ
23
Ｃ
6
型析出物が０．１個／ｍｍ
2
以下である。この鋼材は、６５４～７９３ＭＰａの降伏強度を有し、高圧の硫化水素環境でも優れた耐ＳＳＣ性を有する、と特許文献２には記載されている。
【０００７】
特許文献３に開示される鋼材は、高強度油井用鋼管用素材であって、質量％で、Ｃ：０．２０～０．４５％、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：０．１～１．６％、Ｖ：０．０２～０．２％、Ｎｂ：０．００１～０．０４％、Ｂ：０．０００３～０．００３０％、Ｏ（酸素）：０．００３０％以下、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。この鋼材はさらに、ロックウェル硬さＨＲＣが式（１５．６×［％Ｃ］＋２９．２≦ＨＲＣ＜６０．５×［％Ｃ］＋３１．１）を満たす。この鋼材によれば、７５８～８６２ＭＰａ未満の降伏強度と、優れた耐ＳＳＣ性とを有する鋼管が得られる、と特許文献３には記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２００６－２８６１２号公報
国際公開第２００８／１２３４２２号
特開２０１７－１６６０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、油井用鋼材では、輸送中や掘削中において、鋼材の表面に微小な疵が形成される場合がある。油井用鋼材ではさらに、上述のとおり、使用中の鋼材に応力が負荷される。そのため、表面に微小な疵が形成された鋼材に応力が負荷されると、微小な疵がき裂の起点となり、き裂が伝播する可能性がある。したがって、油井用鋼材には、微小な疵が形成されていても、破壊に対する抵抗力を有していることが求められる。
【００１０】
本明細書において、鋼材に微小な疵が形成され、応力が負荷された場合において、破壊に対する抵抗力が高いことを、優れた破壊靭性を有するという。すなわち、破壊靭性が優れるほど、微小な疵が形成された鋼材に応力が負荷されても、破壊が生じにくい。一方、一般に、鋼材の降伏強度が高いほど、破壊靭性が低下しやすい傾向がある。そのため、油井用鋼材には、高い降伏強度と、優れた破壊靭性との両立が求められる。しかしながら、上記特許文献１～３では、鋼材の破壊靭性について、検討されていない。
（【００１１】以降は省略されています）

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