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公開番号2025080085
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-23
出願番号2023193093
出願日2023-11-13
発明の名称サワー環境での使用に適した鋼材
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 38/00 20060101AFI20250516BHJP(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】高い降伏強度と、低温サワー環境における優れた破壊靭性とを有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)で定義されるFn1が2.80以上を満たし、式(2)で定義されるFn2が41.0～150.0を満たし、降伏強度が862～965MPa未満であり、鋼材中において、円相当径20nm以上の析出物のうち、円相当径20～100nmの析出物の個数割合をNRと定義したとき、式(3)で定義されるFn3が0.74以上を満たす。
Fn1=3.3×Si-1.4×Mn+1.1×Mo (1)
Fn2=390×C-57.5×Cr-21.4×Mo-114.1×V (2)
Fn3=NR×(C+4×Si-1.5×Mn-0.5×Cr+0.2×Mo-0.5×V-Ti)^1/2 (3)
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
鋼材であって、
質量％で、
Ｃ：０．３５～０．５０％、
Ｓｉ：０．８０～１．５０％、
Ｍｎ：０．０２～０．５０％未満、
Ｐ：０．０２５％以下、
Ｓ：０．０１００％以下、
Ａｌ：０．００５～０．１００％、
Ｃｒ：０．２０～１．５０％、
Ｍｏ：０．３５～３．００％、
Ｖ：０．０１～０．６０％、
Ｔｉ：０．００２～０．０５０％、
Ｂ：０．０００１～０．００５０％、
Ｎ：０．０１００％以下、
Ｏ：０．０１００％以下、
Ｎｂ：０～０．０３０％、
Ｃｏ：０～０．５０％、
Ｗ：０～０．５０％、
Ｎｉ：０～１．２０％、
Ｃｕ：０～０．５０％、
Ｃａ：０～０．０１００％、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
Ｚｒ：０～０．０１００％、
希土類元素：０～０．０１００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１）で定義されるＦｎ１が２．８０以上を満たし、
式（２）で定義されるＦｎ２が４１．０～１５０．０を満たし、
降伏強度が８６２～９６５ＭＰａ未満であり、
前記鋼材中において、
円相当径２０ｎｍ以上の析出物のうち、円相当径２０～１００ｎｍの析出物の個数割合をＮＲと定義したとき、
式（３）で定義されるＦｎ３が０．７４以上を満たす、
鋼材。
Ｆｎ１＝３．３×Ｓｉ－１．４×Ｍｎ＋１．１×Ｍｏ（１）
Ｆｎ２＝３９０×Ｃ－５７．５×Ｃｒ－２１．４×Ｍｏ－１１４．１×Ｖ（２）
Ｆｎ３＝ＮＲ×（Ｃ＋４×Ｓｉ－１．５×Ｍｎ－０．５×Ｃｒ＋０．２×Ｍｏ－０．５×Ｖ－Ｔｉ）
1/2
（３）
ここで、式（１）～（３）中の元素記号には、対応する元素の含有量が、単位：質量％で代入される。また、式（３）中のＮＲには、円相当径２０ｎｍ以上の析出物のうち、円相当径２０～１００ｎｍの析出物の個数割合が代入される。
続きを表示（約 310 文字）【請求項２】
請求項１に記載の鋼材であって、
Ｎｂ：０．００１～０．０３０％、
Ｃｏ：０．０１～０．５０％、
Ｗ：０．０１～０．５０％、
Ｎｉ：０．０１～１．２０％、
Ｃｕ：０．０１～０．５０％、
Ｃａ：０．０００１～０．０１００％、
Ｍｇ：０．０００１～０．０１００％、
Ｚｒ：０．０００１～０．０１００％、及び、
希土類元素：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、油井用鋼管である、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、サワー環境での使用に適した鋼材に関する。
続きを表示（約 2,100 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求められている。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１１０～１２５ｋｓｉ未満、つまり、７５８～８６２ＭＰａ未満）、及び、１２５ｋｓｉ級（降伏強度が１２５～１４０ｋｓｉ未満、つまり、８６２～９６５ＭＰａ未満）の油井用鋼管が求められ始めている。
【０００３】
一方、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管は、高強度だけでなく、耐硫化物応力割れ性（耐ＳｕｌｆｉｄｅＳｔｒｅｓｓＣｒａｃｋｉｎｇ性：以下、耐ＳＳＣ性という）も要求される。
【０００４】
油井用鋼管に代表される鋼材の耐ＳＳＣ性を高める技術が、特開２０００－２９７３４４号公報（特許文献１）、特開２００１－２７１１３４号公報（特許文献２）、及び、国際公開第２００８／１２３４２２号（特許文献３）に提案されている。
【０００５】
特許文献１に開示されている油井用鋼は、質量％で、Ｃ：０．１５～０．３％、Ｃｒ：０．２～１．５％、Ｍｏ：０．１～１％、Ｖ：０．０５～０．３％、Ｎｂ：０．００３～０．１％を含有する。この油井用鋼は、析出している炭化物の総量が１．５～４質量％、炭化物の総量に占めるＭＣ型炭化物の割合が５～４５質量％、Ｍ
23
Ｃ
6
型炭化物の割合が製品の肉厚をｔ（ｍｍ）とした時（２００／ｔ）質量％以下である。この油井用鋼は、耐ＳＳＣ性に優れる、と特許文献１には記載されている。
【０００６】
特許文献２に開示されている低合金鋼材は、質量％で、Ｃ：０．２～０．３５％、Ｓｉ：０．０５～０．５％、Ｍｎ：０．１～１％、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：０．１～１．２％、Ｍｏ：０．１～１％、Ｂ：０．０００１～０．００５％、Ａｌ：０．００５～０．１％、Ｎ：０．０１％以下、Ｖ：０．０５～０．５％、Ｎｉ：０．１％以下、Ｗ：１．０％以下、Ｏ：０．０１％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不純物からなり、式（０．０３≦Ｍｏ×Ｖ≦０．３）、及び、式（０．５×Ｍｏ－Ｖ＋ＧＳ／１０≧１）を満たし、降伏強度が１０６０ＭＰａ以上である。なお、式中のＧＳとは、旧オーステナイト粒のＡＳＴＭ粒度番号を意味する。この低合金鋼材は、耐ＳＳＣ性に優れる、と特許文献２には記載されている。
【０００７】
特許文献３に開示されている低合金鋼は、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、Ｐ：０．０２５％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｎ：０．００７％以下、Ｂ：０．０００３％未満である。この低合金鋼は、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。この低合金鋼は、耐ＳＳＣ性が向上されている、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２０００－２９７３４４号公報
特開２００１－２７１１３４号公報
国際公開第２００８／１２３４２２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、近年、耐ＳＳＣ性のうち、サワー環境において、鋼材に形成されたき裂の伝播の抑制について、着目されてきている。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、き裂が伝播する懸念がある。一方、き裂の伝播が抑制できれば、破壊に対する優れた抵抗力（すなわち、優れた破壊靭性）を有すると考えられる。そのため、高強度であり、さらにサワー環境において優れた破壊靭性を有する油井用鋼材が求められてきている。
【００１０】
さらに近年、海面下の深井戸についても、開発が活発になってきている。たとえば、水深２０００ｍ以上のいわゆる深海の海底油田では、水温が低い。また、通常、環境の温度が低下するほど、破壊靭性が低下しやすい傾向がある。したがって、高強度であり、さらに低温サワー環境においても優れた破壊靭性を有する、油井用鋼管に代表される油井用鋼材が求められ始めている。
（【００１１】以降は省略されています）

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