JP7741396B2 - 鋼材 - Google Patents

Description

本開示は鋼材に関し、さらに詳しくは、サワー環境で使用される鋼材に関する。

油井やガス井（以下、油井及びガス井を総称して「油井」という）の中には、腐食性物質を多く含有する環境がある。腐食性物質は例えば、硫化水素等の腐食性ガス等である。本明細書において、硫化水素を含有する環境を「サワー環境」という。サワー環境の温度は、井戸の深さにもよるが、常温～２００℃程度である。本明細書において、常温とは、２４±３℃を意味する。

このようなサワー環境で使用される鋼材として、例えば、油井管として適用される、油井用鋼管がある。サワー環境で使用される鋼材では、腐食性物質との接触により、電気化学反応が起こり、鋼材表面に水素が発生する。この水素に起因して、鋼材に、硫化物応力腐食割れ（ＳＳＣ）に代表される水素脆化割れが発生しやすい。特に、サワー環境のうち、Ｈ_２Ｓ分圧が１ｂａｒ以上の環境を、本明細書では「高腐食サワー環境」と定義する。

高腐食サワー環境では、次のプロセスにより、鋼材中で水素脆化が発生すると考えられている。図１は、鋼材の表面から鋼材の内部に水素が侵入するプロセスを説明するための模式図である。図１を参照して、初めに、鋼材１が高腐食サワー環境中で腐食すると、鋼材１中のＦｅがＦｅ^２＋となって、環境中に溶解する。このとき、電子ｅ^－が鋼材１の外部に放出される（Ａ：腐食の発生）。環境中に存在する水素イオンＨ^＋が、鋼材１から放出された電子ｅ^－を受け取って還元され、吸着水素原子Ｈ_ａｄとして鋼材１の表面に吸着する（Ｂ：水素イオンの吸着反応）。以上のメカニズムにより、鋼材１の表面には、複数の吸着水素原子Ｈ_ａｄが存在する。これらの吸着水素原子Ｈ_ａｄのほとんどは、吸着水素原子Ｈ_ａｄ同士で結合して水素ガスＨ_２となり、鋼材１の表面から環境中に離脱する。しかしながら、鋼材１の表面に存在する複数の吸着水素原子Ｈ_ａｄのうち、ごく一部の吸着水素原子Ｈ_ａｄは、鋼材１の表面から鋼材１の内部に侵入して、侵入水素原子Ｈ_ａｂとなる（Ｃ：水素の侵入）。そして、侵入水素原子Ｈ_ａｂにより、鋼材中で水素脆化が発生する。

高腐食サワー環境では、上述の水素の鋼材への侵入（侵入水素原子Ｈ_ａｂ）がより顕著になり、水素脆化割れが発生しやすい。そのため、高腐食サワー環境下で使用される鋼材では、水素の鋼材への侵入を抑制できる方が好ましい。

高腐食サワー環境においても優れた耐ＳＳＣ性が得られる鋼材が、国際公開第２０１７／１５０２５１号（特許文献１）、国際公開第２０１７／１５０２５２号（特許文献２）、及び、国際公開第２０１８／０４３５７０号（特許文献３）に提案されている。

特許文献１及び特許文献２に開示された鋼材は、質量％で、Ｃ：０．１５～０．４５％又は０．４５超～０．６５％、Ｓｉ：０．１０～１．０％、Ｍｎ：０．１０～０．９０％未満、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０１～０．１％、Ｎ：０．０１０％以下、Ｃｒ：０．１～２．５％、Ｍｏ：０．３５～３．０％、Ｃｏ：０．５０～３．０％又は０．０５～５．０％、Ｃｕ：０～０．５％、Ｎｉ：０～０．５％、Ｔｉ：０～０．０３％、Ｎｂ：０～０．１５％、Ｖ：０～０．５％、Ｂ：０～０．００３％、Ｃａ：０～０．００４％、Ｍｇ：０～０．００４％、Ｚｒ：０～０．００４％、及び、希土類元素：０～０．００４％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）及び式（２）を満たす化学組成を有し、ミクロ組織が体積率で９０％以上の焼戻しマルテンサイトを含有する。式（１）及び式（２）は次のとおりである。
Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５－Ｃｏ／６＋α≧０．５０ （１）
（３Ｃ＋Ｍｏ＋３Ｃｏ）／（３Ｍｎ＋Ｃｒ）≧１．０ （２）
有効Ｂ＝Ｂ－１１（Ｎ－Ｔｉ／３．４）／１４ （３）
ここで、式（１）のαは、式（３）で定義される有効Ｂ（質量％）が０．０００３％以上の場合は０．２５０であり、有効Ｂが０．０００３％未満の場合は０である。式（１）～式（３）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。

特許文献１及び２では、高腐食サワー環境において高い強度と優れた耐ＳＳＣ性とを得ることを目的とする。Ｃｏを含有し、かつ、上述の式（１）及び式（２）を満たすことにより、高腐食サワー環境下における高い強度と優れた耐ＳＳＣ性とを両立できる、とこれらの文献には記載されている。

特許文献３に開示された鋼材は、質量％で、Ｃ：０．１５～０．４５％、Ｓｉ：０．１０～１．０％、Ｍｎ：０．１０～０．８％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．０１～０．１％、Ｎ：０．０１０％以下、Ｃｒ：０．１～２．５％、Ｍｏ：０．３５～３．０％、Ｃｏ：０．０５～２．０％、Ｔｉ：０．００３～０．０４０％、Ｎｂ：０．００３～０．０５０％、Ｃｕ：０．０１～０．５０％、Ｎｉ：０．０１～０．５０％、Ｖ：０～０．５％、Ｂ：０～０．００３％、Ｗ：０～１．０％、Ｃａ：０～０．００４％、Ｍｇ：０～０．００４％、及び、希土類元素：０～０．００４％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）及び式（２）を満たす化学組成を有する。ミクロ組織の旧オーステナイト粒径は５μｍ未満である。ミクロ組織のブロック径は２μｍ未満である。ミクロ組織は合計で９０体積％以上の焼戻しマルテンサイト及び焼戻しベイナイトを含有する。式（１）及び式（２）は次のとおりである。
Ｃ＋Ｍｎ／６＋（Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｖ）／５＋（Ｃｕ＋Ｎｉ）／１５－Ｃｏ／６＋α≧０．７０ （１）
（３Ｃ＋Ｍｏ＋３Ｃｏ）／（３Ｍｎ＋Ｃｒ）≧１．０ （２）
有効Ｂ＝Ｂ－１１（Ｎ－Ｔｉ／３．４）／１４ （３）
ここで、式（１）のαは、式（３）で定義される有効Ｂ（質量％）が０．０００３％以上の場合は０．２５０であり、有効Ｂが０．０００３％未満の場合は０である。式（１）～式（３）中の各元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。

特許文献３では、特許文献１の発明に対してさらに、旧オーステナイト粒とブロックとを微細化する。これにより、高腐食サワー環境下において優れた耐ＳＳＣ性が得られる、と特許文献３には記載されている。

国際公開第２０１７／１５０２５１号 国際公開第２０１７／１５０２５２号 国際公開第２０１８／０４３５７０号

上述の特許文献１～３に開示された鋼材は、高腐食サワー環境下において、優れた耐ＳＳＣ性を示す。ところで、上述の特許文献１～３では、耐ＳＳＣ性について検討しているものの、高腐食サワー環境下における水素の鋼材への侵入の観点からの鋼材設計をしていない。上述のとおり、高腐食サワー環境においては、水素の鋼材への侵入をなるべく抑制できる方が好ましい。

ところで、高腐食サワー環境下の鋼材では、時間の経過とともに、鋼材表面に腐食生成物皮膜が形成される。腐食生成物皮膜は、水素の鋼材への侵入を抑制する。ここで、高腐食サワー環境下において、鋼材の表面全体に腐食生成物皮膜が十分に形成されている状態を「定常状態」という。一方、高腐食サワー環境下において、鋼材の表面全体に腐食生成物皮膜が形成されていない状態、又は、腐食生成物皮膜の一部が剥がれた状態を、「非定常状態」という。

上述のとおり、鋼材表面に腐食生成物皮膜が十分に形成された定常状態の場合、腐食生成物皮膜が、水素の鋼材への侵入を抑制する。一方、鋼材が非定常状態である場合、鋼材表面全体に腐食生成物皮膜が十分に形成されていない。鋼材が非定常状態である場合であっても、水素の鋼材への侵入を抑制できる方が好ましい。

本開示の目的は、高腐食サワー環境下で非定常状態であっても、水素の侵入を抑制できる鋼材を提供することである。

本開示による鋼材は、次の構成を有する。

化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．２０～０．４５％、
Ｓｉ：０．６０～１．３０％、
Ｍｎ：０．０２～１．００％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ａｌ：０．０１０～０．１００％、
Ｎ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：０．１０～３．００％、
Ｍｏ：０．３５～３．００％、
Ｃｕ：０．０１～０．５０％、
Ｎｉ：０．０１～０．５０％、
Ｚｒ：０．００１０～０．１０００％、
Ｏ：０．００５０％以下、
Ｓｂ：０～０．５０％、
Ｃｏ：０～０．５０％、
Ｗ：０～０．５０％、
Ｔｉ：０～０．０３０％、
Ｎｂ：０～０．１５０％、
Ｖ：０～０．５００％、
Ｂ：０～０．００３０％、
Ｃａ：０～０．００４０％、
Ｍｇ：０～０．００４０％、及び、
希土類元素：０～０．００４０％、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなる、
鋼材。

本開示による鋼材は、高腐食サワー環境下で非定常状態であっても、水素の侵入を抑制できる。

図１は、鋼材の表面から鋼材の内部に水素が侵入するプロセスを説明するための模式図である。 図２は、水素透過試験により得られる水素透過係数の経過グラフのイメージ図である。 図３は表１中の各鋼材のＺｒ含有量と、水素透過係数の最大値Ｐｅｒ_ｍａｘとの関係を示す図である。 図４は表１中の各鋼材のＺｒ含有量と、水素透過係数の最大値Ｐｅｒ_ｍａｘから水素透過係数Ｐｅｒ_９０を差し引いた値である差分ΔＰｅｒとの関係を示す図である。 図５は、水素透過試験に用いられる陰極チャージ水素透過試験装置の構成図である。 図６は、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である鋼材における、Ｆｎ１と水素透過係数の最大値Ｐｅｒ_ｍａｘとの関係を示す図である。 図７は、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である鋼材における、Ｆｎ１と水素透過係数の差分ΔＰｅｒとの関係を示す図である。

本発明者らは、Ｈ_２Ｓ分圧が１ｂａｒ以上の高腐食サワー環境においても、水素の侵入を抑制できる鋼材について、検討を行った。

本発明者らは、初めに、高腐食サワー環境用途の鋼材として、化学組成の観点から検討した。その結果、本発明者らは、質量％で、Ｃ：０．２０～０．４５％、Ｓｉ：０．６０～１．３０％、Ｍｎ：０．０２～１．００％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．００５０％以下、Ａｌ：０．０１０～０．１００％、Ｎ：０．０１００％以下、Ｃｒ：０．１０～３．００％、Ｍｏ：０．３５～３．００％、Ｃｕ：０．０１～０．５０％、Ｎｉ：０．０１～０．５０％、Ｏ：０．００５０％以下、Ｓｂ：０～０．５０％、Ｃｏ：０～０．５０％、Ｗ：０～０．５０％、Ｔｉ：０～０．０３０％、Ｎｂ：０～０．１５０％、Ｖ：０～０．５００％、Ｂ：０～０．００３０％、Ｃａ：０～０．００４０％、Ｍｇ：０～０．００４０％、希土類元素：０～０．００４０％、及び、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成の鋼材が適切であると考えた。以下、上述の化学組成を「基本化学組成」という。

そこで、本発明者らは、基本化学組成の鋼材をベースとして、非定常状態の鋼材への水素の侵入をさらに抑制できる元素について検討を行った。その結果、本発明者らは、基本化学組成のＦｅの一部に代えて、Ｚｒを含有すれば、非定常状態の鋼材への水素の侵入をさらに抑制できることを見出した。以下、この知見について説明する。

［鋼材にＺｒを含有する効果について］
表１に示す化学組成の鋼材を準備した。

表１中の試験番号１は、上述の基本化学組成を満たす鋼材である。試験番号４、６及び８は、上述の基本化学組成を満たし、かつ、Ｆｅの一部に代えて、Ｚｒを含有した鋼材である。試験番号１、４、６、８は、後述の実施例に記載の製造方法により製造した。試験番号１、４、６、８の鋼材に対して、後述の電気化学的水素透過法による水素透過係数の測定試験（以下、水素透過試験という）を実施して、試験開始からの水素透過係数の経時変化を求めた。なお、水素透過試験では、高腐食サワー環境での鋼材の使用を想定して、１ｂａｒのＨ_２Ｓガスを飽和した５．０質量％のＮａＣｌと０．５質量％のＣＨ_３ＣＯＯＨとの混合水溶液であってｐＨを２．７とした試験液を用いた。

水素透過係数が低いほど、鋼材への水素の侵入が抑制される。図２は、水素透過試験により得られる水素透過係数の経時グラフのイメージ図である。図２を参照して、通常、試験開始直後から、水素透過係数Ｐｅｒは急激に上昇する。そして、所定時間が経過した後、水素透過係数Ｐｅｒが時間の経過とともに低下する。つまり、水素透過係数Ｐｅｒの経時グラフでは、水素透過係数Ｐｅｒの最大値（ピーク値）が存在する。ここで、水素透過係数Ｐｅｒの経時グラフにおける水素透過係数Ｐｅｒの最大値を「Ｐｅｒ_ｍａｘ」と定義する。

水素透過試験において、試験開始後９０時間経過時点の水素透過係数を「Ｐｅｒ_９０」と定義する。水素透過係数Ｐｅｒ_９０は、上述の「定常状態」における水素透過係数を意味する。つまり、鋼材表面全体に腐食生成物皮膜が十分に形成された状態での、水素透過係数を意味する。一方、水素透過係数Ｐｅｒの最大値Ｐｅｒ_ｍａｘは、上述の「非定常状態」における水素透過係数Ｐｅｒを意味する。つまり、鋼材表面全体に腐食生成物皮膜が十分に形成されていない状態での、水素透過係数を意味する。さらに、水素透過係数の最大値Ｐｅｒ_ｍａｘから水素透過係数Ｐｅｒ_９０を差し引いた値を、差分ΔＰｅｒと定義する。

最大値Ｐｅｒ_ｍａｘ及び差分ΔＰｅｒが小さければ、高腐食サワー環境下において、鋼材が非定常状態であっても、水素の侵入を十分に抑制できていることを意味する。例えば、油井管の施工で鋼管同士をねじ締めするとき、鋼管同士が接触して、鋼管の内面及び／又は内面に疵が生成し、腐食生成物皮膜の一部が剥離する場合がある。この場合、鋼管の表面が非定常状態となる。鋼管の表面が非定常状態となった場合であっても、最大値Ｐｅｒ_ｍａｘ及び差分ΔＰｅｒが小さければ、水素の鋼材への侵入を有効に抑制することができる。

高腐食サワー環境下で使用される鋼材には、定常状態での水素の鋼材への侵入を抑制できるだけでなく、何らかの要因で腐食生成物皮膜の一部が剥がれて非定常状態となった場合であっても、水素の鋼材への侵入を抑制できる方が好ましい。つまり、高腐食サワー環境下で使用される鋼材では、水素透過係数の最大値Ｐｅｒ_ｍａｘ及び差分ΔＰｅｒが小さい方が好ましい。

図３は、表１の各試験番号の鋼材でのＺｒ含有量と、最大値Ｐｅｒ_ｍａｘとの関係を示す図である。図４は、表１の各試験番号の鋼材でのＺｒ含有量と、差分ΔＰｅｒとの関係を示す図である。図３及び図４を参照して、化学組成中のＺｒ以外の元素含有量が上述の範囲内である場合、Ｚｒ含有量の増加とともに、最大値Ｐｅｒ_ｍａｘ及び差分ΔＰｅｒが顕著に低下する。

以上の知見に基づいて、本発明者らは基本化学組成を有する鋼材において、Ｚｒをさらに含有すれば、最大値Ｐｅｒ_ｍａｘ及び差分ΔＰｅｒを顕著に低下できると考えた。この理由は定かではないが、本発明者らは次のとおり考えている。Ｚｒは腐食生成物皮膜を安定化させるというよりは、鋼材表面の吸着した水素の離脱の促進に寄与していると考えられる。そのため、Ｚｒは特に、非定常状態の鋼材での水素の侵入を抑制し、その結果、最大値Ｐｅｒ_ｍａｘ及び差分ΔＰｅｒが低下すると考えられる。

以上の知見に基づいて、本発明者らはさらに、上述の基本化学組成にさらにＺｒを含有する場合の、適切なＺｒ含有量について検討を行った。その結果、上述の化学組成に、さらにＺｒを０．００１０～０．１０００％含有することにより、定常状態での水素の鋼材への侵入を抑制できるだけでなく、非定常状態においても、水素の鋼材への侵入を十分に抑制できることを見出した。

上述したＺｒの作用とは異なる作用により、最大値Ｐｅｒ_ｍａｘ及び差分ΔＰｅｒが低下している可能性もある。しかしながら、上述の基本化学組成に、０．００１０～０．１０００％のＺｒを含有することにより、高腐食サワー環境下で非定常状態の場合に水素の鋼材への侵入が十分に抑制できることは、後述の実施例でも証明されている。

以上の知見に基づいて完成した本実施形態による鋼材は、次の構成を有する。

［１］
化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．２０～０．４５％、
Ｓｉ：０．６０～１．３０％、
Ｍｎ：０．０２～１．００％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ａｌ：０．０１０～０．１００％、
Ｎ：０．０１００％以下、
Ｃｒ：０．１０～３．００％、
Ｍｏ：０．３５～３．００％、
Ｃｕ：０．０１～０．５０％、
Ｎｉ：０．０１～０．５０％、
Ｚｒ：０．００１０～０．１０００％、
Ｏ：０．００５０％以下、
Ｓｂ：０～０．５０％、
Ｃｏ：０～０．５０％、
Ｗ：０～０．５０％、
Ｔｉ：０～０．０３０％、
Ｎｂ：０～０．１５０％、
Ｖ：０～０．５００％、
Ｂ：０～０．００３０％、
Ｃａ：０～０．００４０％、
Ｍｇ：０～０．００４０％、及び、
希土類元素：０～０．００４０％、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなる、
鋼材。

［２］
［１］に記載の鋼材であってさらに、
次の式（１）で定義されるＦｎ１が４．００以上である、
鋼材。
Ｆｎ１＝（２．０×Ｓｉ＋０．３×Ｃｕ＋０．９×Ｎｉ＋Ｃｒ＋１．２×Ｍｏ＋８．０×Ｚｒ＋５．０×Ｓｂ＋５．０×Ｃｏ）－（２．０×Ｃ＋２．０×Ｍｎ） （１）
ここで、式（１）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。

［３］
［１］又は［２］に記載の鋼材であって、
前記化学組成は、
Ｓｂ：０．０１～０．５０％、
Ｃｏ：０．０１～０．５０％、
Ｗ：０．０１～０．５０％、
Ｔｉ：０．００３～０．０３０％、
Ｎｂ：０．００３～０．１５０％、
Ｖ：０．００５～０．５００％、
Ｂ：０．０００３～０．００３０％、
Ｃａ：０．０００３～０．００４０％、
Ｍｇ：０．０００３～０．００４０％及び、
希土類元素：０．０００３～０．００４０％、
からなる群から選択される１種以上を含有する、
鋼材。
［４］
［１］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。

本明細書において、「油井用鋼管」は、油井用途に利用される鋼管を意味する。油井用鋼管は例えば、油井又はガス井の掘削、原油又は天然ガスの採取等に用いられるケーシング、チュービング、ドリルパイプの総称を意味する。本実施形態の鋼材が鋼管である場合、好ましくは、継目無鋼管である。

以下、本実施形態の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。

［化学組成］
本実施形態の鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。

Ｃ：０．２０～０．４５％
炭素（Ｃ）は、焼入れ性を高め、鋼材の強度を高める。Ｃはさらに、炭化物又は炭窒化物（炭窒化物等）を形成し、鋼材の強度を高める。Ｃ含有量が０．２０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｃ含有量が０．４５％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の靱性が低下する。また、Ｃは水素侵入促進元素である。そのため、Ｃ含有量が０．４５％を超えればさらに、過剰な炭窒化物等が生成しやすくなる。腐食サワー環境下において、炭窒化物等が鋼材の表層に存在すれば、炭窒化物等が存在する領域の電気抵抗は、炭窒化物等が存在しない領域よりも低くなる。そのため、鋼材表面が電気化学的に活性となり、鋼材表面に水素が発生しやすくなる。その結果、水素の鋼材への侵入が促進される。
したがって、Ｃ含有量は０．２０～０．４５％である。
Ｃ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％であり、さらに好ましくは０．２３％であり、さらに好ましくは０．２４％であり、さらに好ましくは０．２５％である。
Ｃ含有量の好ましい上限は０．４０％であり、さらに好ましくは０．３８％であり、さらに好ましくは０．３６％であり、さらに好ましくは０．３４％である。

Ｓｉ：０．６０～１．３０％
シリコン（Ｓｉ）は鋼を脱酸する。Ｓｉはさらに、水素侵入抑制元素であり、鋼材の耐水素脆性を高める。Ｓｉ含有量が０．６０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｓｉ含有量が１．３０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の延性が低下する。
したがって、Ｓｉ含有量は０．６０～１．３０％である。
Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．６５％であり、さらに好ましくは０．６８％であり、さらに好ましくは０．７２％であり、さらに好ましくは０．７６％である。
Ｓｉ含有量の好ましい上限は１．２８％であり、さらに好ましくは１．２６％であり、さらに好ましくは１．２４％であり、さらに好ましくは１．２０％であり、さらに好ましくは１．１８％であり、さらに好ましくは１．１６％である。

Ｍｎ：０．０２～１．００％
マンガン（Ｍｎ）は鋼を脱酸する。Ｍｎはさらに、焼入れ性を高めて鋼材の強度を高める。Ｍｎ含有量が０．０２％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｍｎは水素侵入促進元素である。Ｍｎ含有量が１．００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｍｎ硫化物が過剰に生成してしまう。Ｍｎ硫化物は孔食の起点となる。そのため、Ｍｎ硫化物が過剰に生成すれば、腐食速度が速まる。その結果、水素の鋼材への侵入が促進される。
したがって、Ｍｎ含有量は０．０２～１．００％である。
Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．０５％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％であり、さらに好ましくは０．２０％である。
Ｍｎ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、好ましくは、０．７０％であり、さらに好ましくは０．６０％である。

Ｐ：０．０５０％以下
燐（Ｐ）は、不可避に含有される不純物である。つまり、Ｐ含有量は０％超である。
Ｐは、Ｓと同様に、結晶粒界に偏析する。Ｐ含有量が０．０５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｐが結晶粒界に偏析して鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、Ｐ含有量は０．０５０％以下である。
Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｐ含有量を過剰に低減すれば、製造コストが高くなる。したがって、工業生産を考慮すれば、Ｐ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％であり、さらに好ましくは０．００３％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％であり、さらに好ましくは０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０２５％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。

Ｓ：０．００５０％以下
硫黄（Ｓ）は、不可避に含有される不純物である。つまり、Ｓ含有量は０％超である。
ＳはＰと同様に、結晶粒界に偏析する。Ｓ含有量が０．００５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｓが結晶粒界に偏析して鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、Ｓ含有量は０．００５０％以下である。
Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｓ含有量を過剰に低減すれば、製造コストが高くなる。したがって、工業生産を考慮すれば、Ｓ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００２％である。
Ｓ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０．００２５％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。

Ａｌ：０．０１０～０．１００％
アルミニウム（Ａｌ）は鋼を脱酸する。Ａｌ含有量が０．０１０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、この効果が得られない。
一方、Ａｌ含有量が０．１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な酸化物が生成する。その結果、鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、Ａｌ含有量は０．０１０～０．１００％である。
Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０１５％であり、さらに好ましくは０．０２０％であり、さらに好ましくは０．０２５％である。
Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％であり、さらに好ましくは０．０６５％であり、さらに好ましくは０．０４０％である。
本明細書でいうＡｌ含有量は、ｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶Ａｌ）の含有量を意味する。

Ｎ：０．０１００％以下
窒素（Ｎ）は、不可避に含有される。つまり、Ｎ含有量は０％超である。Ｎ含有量が０．０１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、窒化物が粗大になり、鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、Ｎ含有量は０．０１００％以下である。
Ｎ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｎ含有量を過剰に低減すれば、製造コストが高くなる。したがって、工業生産を考慮すれば、Ｎ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００２％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。
Ｎ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％であり、さらに好ましくは０．００６５％であり、さらに好ましくは０．００６０％である。

Ｃｒ：０．１０～３．００％
クロム（Ｃｒ）は、鋼材の焼入れ性を高める。Ｃｒはさらに、水素侵入抑制元素である。具体的には、Ｃｒは腐食生成物皮膜を安定化して、水素の侵入を抑制する。その結果、鋼材の耐水素脆性を高める。Ｃｒ含有量が０．１０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｃｒ含有量が３．００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の硬さが過剰に高くなり、鋼材の耐水素脆性が低下する。また、鋼材の溶接性も低下する。
したがって、Ｃｒ含有量は０．１０～３．００％である。
Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．３０％であり、さらに好ましくは０．４５％であり、さらに好ましくは０．６０％であり、さらに好ましくは０．８０％であり、さらに好ましくは０．９０％である。
Ｃｒ含有量の好ましい上限は２．５０％であり、さらに好ましくは２．００％であり、さらに好ましくは１．９０％であり、さらに好ましくは１．８０％であり、さらに好ましくは１．７０％であり、さらに好ましくは１．５０％である。

Ｍｏ：０．３５～３．００％
モリブデン（Ｍｏ）は、高腐食サワー環境において、鋼材表面に形成される腐食生成物皮膜を安定化して、水素が鋼材に侵入するのを抑制する。Ｍｏはさらに、微細な析出物を生成して、鋼の焼戻し軟化抵抗を高め、鋼の強度を高める。Ｍｏ含有量が０．３５％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｍｏ含有量が３．００％を超えれば、上記効果が飽和する。
したがって、Ｍｏ含有量は０．３５～３．００％である。
Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．３７％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．４２％である。
Ｍｏ含有量の好ましい上限は２．５０％であり、さらに好ましくは２．００％であり、さらに好ましくは１．５０％である。

Ｃｕ：０．０１～０．５０％
銅（Ｃｕ）は高腐食サワー環境下において、腐食生成物皮膜と母材との界面に濃化して、母材の表面活性を抑制し、水素が鋼材に侵入するのを抑制する。Ｃｕはさらに、鋼材に固溶して鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の強度を高める。Ｃｕ含有量が０．０１％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｃｕ含有量が０．５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｃｕが鋼材中に析出する。析出したＣｕは水素をトラップしやすい。そのため、鋼材の耐水素脆性が低下する。
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０．０３％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０．４９％であり、さらに好ましくは０．４５％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３５％である。

Ｎｉ：０．０１～０．５０％
ニッケル（Ｎｉ）は、高腐食サワー環境下において、腐食生成物皮膜と母材との界面に濃化して、母材の表面活性を抑制し、水素が鋼材に侵入するのを抑制する。Ｎｉはさらに、鋼材に固溶して鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の強度を高める。Ｎｉ含有量が０．０１％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｎｉ含有量が０．５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、局部腐食が進行しやすくなり、鋼材の耐水素脆性が低下する。
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、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。
Ｎｉ含有量の好ましい上限は０．４９％であり、さらに好ましくは０．４８％であり、さらに好ましくは０．４５％である。

Ｚｒ：０．００１０～０．１０００％
ジルコニウム（Ｚｒ）は、水素の鋼材への侵入を抑制し、鋼材の耐水素脆性を高める。Ｚｒは特に、非定常状態の鋼材への水素の侵入を抑制する。Ｚｒ含有量が０．００１０％未満であれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｚｒ含有量が０．１０００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐水素脆性が飽和する。さらに、製造コストが高くなる。
したがって、Ｚｒ含有量は０．００１０～０．１０００％である。
Ｚｒ含有量の好ましい下限は０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００５０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．０１００％である。
Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．０８００％であり、さらに好ましくは０．０７００％であり、さらに好ましくは０．０６００％であり、さらに好ましくは０．０５５０％である。

Ｏ：０．００５０％以下
酸素（Ｏ）は不純物である。すなわち、Ｏ含有量の下限は０％超である。Ｏ含有量が０．００５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な酸化物が形成し、鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、Ｏ含有量は０．００５０％以下である。
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、さらに好ましくは０．０００２％であり、さらに好ましくは０．０００３％である。
Ｏ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０．００２５％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。

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、化学組成における不純物とは、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。

［任意元素（Ｏｐｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）］
本実施形態の鋼材の化学組成はさらに、
Ｆｅの一部に代えて、
Ｓｂ：０～０．５０％、
Ｃｏ：０～０．５０％、
Ｗ：０～０．５０％、
Ｔｉ：０～０．０３０％、
Ｎｂ：０～０．１５０％、
Ｖ：０～０．５００％、
Ｂ：０～０．００３０％、
Ｃａ：０～０．００４０％、
Ｍｇ：０～０．００４０％、及び、
希土類元素：０～０．００４０％、
からなる群から選択される１元素以上を含有してもよい。
以下、これらの任意元素について説明する。

［第１群（Ｓｂ、Ｃｏ及びＷ）について］
本実施形態による鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｓｂ、Ｃｏ及びＷからなる群から選択される１元素以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素である。これらの元素はいずれも、鋼材に水素が侵入するのを抑制する。以下、Ｓｂ、Ｃｏ及びＷについて説明する。

Ｓｂ：０～０．５０％
アンチモン（Ｓｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｓｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｓｂは、水素侵入抑制元素として機能する。具体的には、Ｓｂは、高腐食サワー環境下において水素の鋼材への侵入を抑制し、耐水素脆性を高める。Ｓｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｓｂ含有量が０．５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。
したがって、Ｓｂ含有量は０～０．５０％である。
Ｓｂ含有量の好ましい下限は、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。
Ｓｂ含有量の好ましい上限は、０．４８％であり、さらに好ましくは０．４５％であり、さらに好ましくは０．４３％であり、さらに好ましくは０．４０％である。

Ｃｏ：０～０．５０％
コバルト（Ｃｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｃｏ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃｏは、水素侵入抑制元素として機能する。具体的には、Ｃｏは、高腐食サワー環境下において、腐食生成物皮膜と母材との界面に濃化して、母材の表面活性を抑制し、水素が鋼材に侵入するのを抑制する。Ｃｏはさらに、鋼材に固溶して鋼材の焼入れ性を高め、鋼材の強度を高める。Ｃｏが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｃｏ含有量が０．５０％を超えれば、その効果は飽和する。
したがって、Ｃｏ含有量は０～０．５０％である。
Ｃｏ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．０８％である。
Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．４８％であり、さらに好ましくは０．４５％であり、さらに好ましくは０．４３％である。

Ｗ：０～０．５０％
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、水素侵入抑制元素として機能する。具体的には、Ｗは、鋼材の表面の腐食被膜を形成する。これにより、鋼材の水素の侵入が抑制される。そのため、鋼材の耐水素脆性が高まる。Ｗが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｗ含有量が０．５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な炭化物が生成する。そのため、鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、Ｗ含有量は０～０．５０％である。
Ｗ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．０８％である。
Ｗ含有量の好ましい上限は０．４５％であり、さらに好ましくは０．３５％であり、さらに好ましくは０．２５％であり、さらに好ましくは０．２０％である。

［第２群（Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ）について］
本実施形態による鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖからなる群から選択される１元素以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素である。これらの元素はいずれも、析出物を生成して、鋼の強度を高める。以下、Ｔｉ、Ｎｂ及びＶについて説明する。

Ｔｉ：０～０．０３０％
チタン（Ｔｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｔｉ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｔｉは、Ｃ及び／又はＮと結合して炭窒化物等を形成する。これらの炭窒化物等は、ピンニング効果により結晶粒を微細化して、鋼材の強度を高める。Ｔｉが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｔｉ含有量が０．０３０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｔｉ窒化物等が粗大化する。そのため、鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、Ｔｉ含有量は０～０．０３０％である。
Ｔｉ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。
Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０２５％であり、さらに好ましくは０．０２０％であり、さらに好ましくは０．０１５％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。

Ｎｂ：０～０．１５０％
ニオブ（Ｎｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｎｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｎｂは、Ｃ及び／又はＮと結合して炭窒化物等を形成する。これらの炭窒化物等は、ピンニング効果により結晶粒を微細化して、鋼材の強度を高める。Ｎｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｎｂ含有量が０．１５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ｎｂ炭窒化物等が粗大化する。そのため、鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、Ｎｂ含有量は０～０．１５０％である。
Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．００７％である。
Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．１２０％であり、さらに好ましくは０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０６０％であり、さらに好ましくは０．０５０％であり、さらに好ましくは０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。

Ｖ：０～０．５００％
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。含有される場合、Ｖは、Ｃ及び／又はＮと結合して炭窒化物等を形成する。これらの炭窒化物は、ピンニング効果により結晶粒を微細化して、鋼材の強度を高める。Ｖが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｖ含有量が０．５００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の靭性が低下する。
したがって、Ｖ含有量は０～０．５００％である。
Ｖ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０１５％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。
Ｖ含有量の好ましい上限は０．４００％であり、さらに好ましくは０．３００％であり、さらに好ましくは０．２００％であり、さらに好ましくは０．１５０％であり、さらに好ましくは０．１２０％である。

［第３群（Ｂ）について］
本実施形態による鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｂを含有してもよい。
Ｂ：０～０．００３０％
ボロン（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。含有される場合、Ｂは鋼材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が少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｂ含有量が０．００３０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大なＢ窒化物が生成する。そのため、鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、Ｂ含有量は０～０．００３０％である。
Ｂ含有量の好ましい下限は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０．０００５％であり、さらに好ましくは０．０００８％である。
Ｂ含有量の好ましい上限は０．００２８％であり、さらに好ましくは０．００２５％であり、さらに好ましくは０．００２３％である。

［第４群（Ｃａ、Ｍｇ、希土類元素（ＲＥＭ）について）］
本実施形態による鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃａ、Ｍｇ、希土類元素（ＲＥＭ）からなる群から選択される１元素以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素である。これらの元素はいずれも、Ｍｎ硫化物を微細化して鋼材の耐水素脆性を高める。

Ｃａ：０～０．００４０％
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。含有される場合、Ｃａは、鋼中のＳと結合してＭｎ硫化物を微細化する。これにより、鋼材の耐水素脆性が高まる。Ｃａが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｃａ含有量が０．００４０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化する。そのため、鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、Ｃａ含有量は０～０．００４０％である。
Ｃａ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００２％であり、さらに好ましくは０．０００３％である。
Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００２５％であり、さらに好ましくは０．００２０％であり、さらに好ましくは０．００１５％である。

Ｍｇ：０～０．００４０％
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。含有される場合、Ｍｇは、鋼材中のＭｎ硫化物を微細化して、鋼材の耐水素脆性を高める。Ｍｇが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、Ｍｇ含有量が０．００４０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化する。そのため、鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、Ｍｇ含有量は０～０．００４０％である。
Ｍｇ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００２％であり、さらに好ましくは０．０００３％である。
Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００２５％であり、さらに好ましくは０．００２０％であり、さらに好ましくは０．００１５％である。

希土類元素：０～０．００４０％
希土類元素（ＲＥＭ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、ＲＥＭ含有量は０％であってもよい。含有される場合、ＲＥＭは、鋼材中のＭｎ硫化物を微細化して、鋼材の耐水素脆性を高める。ＲＥＭが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。
しかしながら、ＲＥＭ含有量が０．００４０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化する。そのため、鋼材の耐水素脆性が低下する。
したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．００４０％である。
ＲＥＭ含有量の好ましい下限は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０．０００５％である。
ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．００３２％であり、さらに好ましくは０．００２８％であり、さらに好ましくは０．００２６％であり、さらに好ましくは０．００２４％である。

本明細書におけるＲＥＭは、原子番号２１のスカンジウム（Ｓｃ）、原子番号３９のイットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイド（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））の少なくとも１元素以上を含有し、ＲＥＭ含有量は、これらの元素の合計含有量を意味する。

［本実施形態の鋼材の効果］
本実施形態の鋼材では、高腐食サワー環境下で非定常状態であっても、水素の鋼材への侵入を抑制できる。ここで、「高腐食サワー環境下で非定常状態であっても、水素の鋼材への侵入を抑制できる」とは、１ｂａｒのＨ_２Ｓガスを飽和した５．０質量％のＮａＣｌと０．５質量％のＣＨ_３ＣＯＯＨとの混合水溶液であってｐＨを２．７とした試験液を用いた水素透過試験で得られた、水素透過係数の最大値Ｐｅｒ_ｍａｘが８．２５μＡ／ｃｍ以下であり、さらに、差分ΔＰｅｒが２．７０μＡ／ｃｍ以下であることを意味する。

［水素透過係数の測定方法］
高腐食サワー環境下での水素の鋼材への侵入量の指標である、水素透過係数Ｐｅｒ_９０及び、差分ΔＰｅｒは、次の方法で測定できる。
水素透過係数Ｐｅｒ_９０の測定には、図５に示すダブルセル型の陰極チャージ水素透過試験装置１０を用いる。

鋼材が鋼管である場合、肉厚中央部から試験片１１を採取する。鋼材が鋼板である場合、板厚中央部から試験片１１を採取する。鋼材が丸鋼（棒鋼）である場合、圧延方向に垂直な断面における中心部から試験片１１を採取する。試験片１１のサイズは特に限定されない。例えば、厚さＬ１１が０．１ｃｍ（１ｍｍ）、直径２５ｍｍの円板状の試験片１１であってもよいし、板状の試験片であってもよい。

図５の陰極チャージ水素透過試験装置１０は、水素侵入側セル２０と、水素検出側セル３０とを備える。試験片１１を、水素侵入側セル２０と、水素検出側セル３０との間に挟み、固定する。５．０質量％のＮａＣｌと０．５質量％のＣＨ_３ＣＯＯＨとの混合水溶液（ＮＡＣＥ Ａ液）であって、ｐＨを２．７に調整した試験液２１を準備する。水素侵入側セル２０に、試験液２１を注入する。このとき、試験液２１の液面が、ガス供給排出装置２２のガス排出配管２２２の下端よりも低い位置となるようにし、かつ、ガス供給排出装置２２のガス供給配管２２１の下端よりも高い位置となるようにする。試験液２１を水素侵入側セル２０に注入した後、水素侵入側セル２０内を、高純度のＡｒで１時間以上脱気する。脱気後、ガス供給排出装置２２のガス供給配管２２１から、試験ガス（１ｂａｒのＨ_２Ｓガス）を試験液２１に３０分以上通気し、飽和させる。１ｂａｒのＨ_２Ｓが飽和した試験液２１を、「高腐食試験液」２１という。試験時の高腐食試験液２１を常温（２４±３℃）に保持し、水素侵入側セル２０を密閉状態とする。水素侵入側セル２０の参照電極ＲＥを飽和ＫＣｌ銀塩化銀参照電極とする。また、水素検出側セル３０に、０．１Ｎ（０．１規定）のＮａＯＨ水溶液３１を注入する。水素検出側セル３０の対極ＣＥを白金とし、参照電極ＲＥを飽和ＫＣｌ銀塩化銀参照電極とする。なお、試験片１１において、高腐食試験液２１と接触している面積Ａ１１を、試験面積Ａ１１と定義する。試験面積Ａ１１は例えば、２．３ｃｍ^２である。試験片１１において、０．１Ｎ（０．１規定）のＮａＯＨ水溶液３１に接している面積は、試験面積Ａ１１以上とする。また、水素侵入側セル２０、水素検出側セル３０ともに、比液量は３０ｍＬ／ｃｍ^２以上とする。

試験片１１を自然浸漬中に自発的に進行する腐食反応により、試験片１１の表面のうち、水素侵入側セル２０側の表面において水素を発生させる。発生した水素の一部は、侵入水素原子Ｈ_ａｂとして試験片１１を透過して、水素検出側セル３０内で水素イオンに酸化される。このときの酸化電流値をポテンショスタッド４０で測定する。水素検出側セル３０では、試験片１１を参照電極（飽和ＫＣｌ銀塩化銀参照電極）ＲＥに対して＋０．１４８Ｖに定電位保持して、透過した水素元素（侵入水素原子Ｈ_ａｂ）を水素イオンに酸化する。測定された酸化電流値を試験面積Ａ１１（２．３ｃｍ^２）で除して、水素透過電流Ｊ（μＡ／ｃｍ^２）を求める。そして、水素透過電流Ｊに試験片の厚さＬ１１（０．１ｃｍ）を乗じて、水素透過係数Ｐｅｒ（μＡ／ｃｍ）を求める。なお、試験の間、高腐食試験液２１にガス供給排出装置２２のガス供給配管２２１から試験ガス（１ｂａｒのＨ_２Ｓガス）を１０ｍＬ／分程度の流量で通気して、飽和を維持する。

試験片１１に高腐食試験液２１及びＮａＯＨ水溶液３１を接触させた後、試験開始からの水素透過係数Ｐｅｒを経時的に測定し、図２に示す水素透過係数Ｐｅｒの経時グラフを作成する。試験開始から９０時間経過後、試験を終了する。

作成された水素透過係数の経時グラフにおいて、試験開始から９０時間経過時点の水素透過係数Ｐｅｒ_９０（μＡ／ｃｍ）を求める。さらに、水素透過係数Ｐｅｒの最大値Ｐｅｒ_ｍａｘ（μＡ／ｃｍ）を求める。求めた最大値Ｐｅｒ_ｍａｘから水素透過係数Ｐｅｒ_９０を差し引いて、差分ΔＰｅｒ（μＡ／ｃｍ）を求める。

上述のとおり、本実施形態における鋼材では、１ｂａｒのＨ_２Ｓガスを飽和した５．０質量％のＮａＣｌと０．５質量％のＣＨ_３ＣＯＯＨとの混合水溶液であってｐＨを２．７とした試験液を用いた水素透過試験で得られた、水素透過係数の最大値Ｐｅｒｍａｘが８．２５μＡ／ｃｍ以下であり、差分ΔＰｅｒが２．７０μＡ／ｃｍ以下である。

［本実施形態の好ましい形態］
好ましくは、本実施形態の鋼材の化学組成ではさらに、次の式（１）で定義されるＦｎ１が４．００以上である。
Ｆｎ１＝（２．０×Ｓｉ＋０．３×Ｃｕ＋０．９×Ｎｉ＋Ｃｒ＋１．２×Ｍｏ＋８．０×Ｚｒ＋５．０×Ｓｂ＋５．０×Ｃｏ）－（２．０×Ｃ＋２．０×Ｍｎ） （１）

図６は、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である鋼材における、Ｆｎ１と水素透過係数の最大値Ｐｅｒ_ｍａｘとの関係を示す図である。図７は、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である鋼材における、Ｆｎ１と水素透過係数の差分ΔＰｅｒとの関係を示す図である。図６及び図７は、後述の実施例で得られた結果により作成した。

図６及び図７を参照して、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である場合、Ｆｎ１の増加とともに、最大値Ｐｅｒ_ｍａｘ及び差分ΔＰｅｒが顕著に低下する。そして、Ｆｎ１が４．００以上であれば、最大値Ｐｅｒ_ｍａｘが６．５０μＡ／ｃｍ以下になり、差分ΔＰｅｒが１．００μＡ／ｃｍ以下になる。そのため、Ｆｎ１が４．００以上であれば、高腐食サワー環境下で非定常状態であっても、水素の鋼材への侵入をさらに抑制できる。

Ｆｎ１のさらに好ましい下限は、４．５０である。図６及び図７を参照して、Ｆｎ１が４．５０以上になると、Ｆｎ１が増加しても、最大値Ｐｅｒ_ｍａｘ及び差分ΔＰｅｒはそれほど低下しない。つまり、図６及び図７のグラフでは、Ｆｎ１＝４．５０近傍に変曲点が存在する。したがって、さらに好ましくは、本実施形態の鋼材の化学組成では、Ｆｎ１が４．５０以上である。この場合、水素透過係数の最大値Ｐｅｒ_ｍａｘは６．１０μＡ／ｃｍ以下になり、差分ΔＰｅｒは０．７５μＡ／ｃｍ以下になる。そのため、高腐食サワー環境下で非定常状態であっても、水素の鋼材への侵入をさらに抑制できる。

Ｆｎ１のさらに好ましい下限は４．６０である。この場合、水素透過係数の最大値Ｐｅｒ_ｍａｘは６．００μＡ／ｃｍ以下になり、差分ΔＰｅｒは０．６０μＡ／ｃｍ以下になる。そのため、高腐食サワー環境下で非定常状態であっても、水素の鋼材への侵入を顕著に抑制できる。Ｆｎ１のさらに好ましい下限は４．７０であり、さらに好ましくは４．８０であり、さらに好ましくは４．９０である。

［ミクロ組織（Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）について］
本実施形態の鋼材のミクロ組織は、特に限定されない。本実施形態の鋼材の化学組成の各元素含有量が上述の範囲内であれば、電気化学的作用に基づいて、水素の鋼材への侵入を抑制することができる。

なお、本実施形態の化学組成の鋼材のミクロ組織は例えば、主として、フェライト、パーライト、マルテンサイト及びベイナイトの１種以上からなり、残部は残留オーステナイト、及び／又はＭ－Ａ（Ｍａｒｔｅｎｓｉｔｅ－Ａｕｓｔｅｎｉｔｅ Ｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔ）である。ここで、マルテンサイトは焼戻しマルテンサイトも含む。また、ベイナイトは焼戻しベイナイトも含む。主としてフェライト、パーライト、マルテンサイト及びベイナイトの１種以上からなるとは、フェライト、パーライト、マルテンサイト及びベイナイトの総面積率が８０％以上であることを意味する。

ただし、本実施形態の鋼材における特徴である、水素の鋼材への侵入の抑制は、上述のとおり化学組成に大きく依存し、ミクロ組織はほとんど影響しない。そのため、本実施形態の鋼材のミクロ組織は特に限定されない。

なお、本実施形態の鋼材が高い強度を求められる場合、好ましくは、鋼材のミクロ組織では、マルテンサイト及びベイナイトの総面積率が８０％であり、さらに好ましくは９０％であり、さらに好ましくは９５％である。

［マルテンサイト及びベイナイトの総面積率の測定方法について］
ミクロ組織中のマルテンサイト及びベイナイトの総面積率は、周知のミクロ組織観察により求めることができる。
鋼材の厚さ中央部から、試験片を採取する。厚さ中央部とは、鋼材が鋼管である場合、肉厚中央部であり、鋼材が鋼板である場合、板厚中央部であり、鋼材が丸鋼（棒鋼）である場合、圧延方向に垂直な断面における中心部である。試験片の観察面は例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍとする。観察面は鋼材の圧延方向に垂直な断面とする。

試験片の観察面を鏡面に研磨する。研磨後の観察面をナイタール腐食液に１０秒程度浸漬して、エッチングによる組織現出を行う。エッチングした観察面を、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）を用いて、二次電子像にて１０視野観察する。視野面積は、例えば、１００００μｍ^２（倍率１０００倍）である。

各視野において、マルテンサイト及びベイナイトと、その他の組織（フェライト、パーライト等）とは、形態から区別できる。具体的には、ラメラ組織を有する組織はパーライトと特定でき、ラスやレンズを含む組織はマルテンサイト及びベイナイトと特定でき、粒内に下部組織がない組織はフェライトと特定できる。各視野において、マルテンサイト及びベイナイトを特定する。１０視野の総面積と、特定されたマルテンサイト及びベイナイトの総面積とに基づいて、マルテンサイト及びベイナイトの総面積率（％）を求める。

［降伏強度］
本実施形態の鋼材の降伏強度は特に限定されない。
好ましい降伏強度は６５５ＭＰａ以上（９５ｋｓｉ以上）である。降伏強度の好ましい下限は７５８ＭＰａ（１１０ｋｓｉ）である。降伏強度の上限は特に限定されないが、上述の化学組成の場合、降伏強度の上限は例えば、８６２ＭＰａ未満である。

本明細書において、降伏強度は、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）に準拠した常温（２４±３℃）での引張試験により得られた、０．２％オフセット耐力（ＭＰａ）を意味する。

［降伏強度の測定方法］
降伏強度は、次の方法で測定する。具体的には、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）に準拠して、引張試験を行う。具体的には、鋼材から、引張試験片を採取する。引張試験片のサイズは特に限定されない。引張試験片は例えば、平行部径が６．０ｍｍ、標点距離が３０．０ｍｍの丸棒引張試験片とする。
鋼材が鋼管である場合、肉厚中央部から引張試験片を採取する。この場合、引張試験片の長手方向は、鋼管の管軸方向と平行とする。鋼材が鋼板である場合、板厚中央部から引張試験片を採取する。この場合、引張試験片の長手方向は、鋼板の圧延方向と平行とする。鋼材が丸鋼である場合、Ｒ／２部から引張試験片を採取する。本明細書において、丸鋼とは、軸方向に垂直な断面が円形状の棒鋼を意味する。Ｒ／２部とは、丸鋼の圧延方向に垂直な断面における半径Ｒの中心部を意味する。引張試験片の長手方向は、丸鋼の軸方向と平行である。
採取した引張試験片を用いて、常温（２４±３℃）、大気中で引張試験を実施する。得られた０．２％オフセット耐力（ＭＰａ）を、降伏強度（ＭＰａ）と定義する。

［鋼材の形状］
本実施形態の鋼材の形状は特に限定されない。本実施形態の鋼材は、鋼管であってもよいし、鋼板であってもよいし、丸鋼であってもよい。

好ましくは、本実施形態の鋼材は、油井用鋼管である。油井用鋼管は例えば、油井又はガス井の掘削、原油又は天然ガスの採取等に用いられるケーシング、チュービング、ドリルパイプ等である。さらに好ましくは、本実施形態の油井用鋼管は、継目無鋼管である。

［製造方法］
本実施形態の鋼材の製造方法の一例を説明する。なお、以下に説明する製造方法は一例であって、本実施形態の鋼材の製造方法はこれに限定されない。つまり、上述の構成を有する本実施形態の鋼材が製造できれば、以下に説明する製造方法に限定されない。ただし、以下に説明する製造方法は、本実施形態の鋼材を製造する好適な製造方法である。

本実施形態の鋼材の製造方法の一例は、素材準備工程と、熱間加工工程と、熱処理工程とを備える。以下、各工程について詳述する。

［素材準備工程］
素材準備工程では、始めに、上記化学組成を有する溶鋼を、周知の精錬方法により製造する。製造された溶鋼を用いて連続鋳造法により鋳片を製造する。ここで、鋳片とは、スラブ、ブルーム、又はビレットである。鋳片に代えて、上記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熱間圧延して、ビレットを製造してもよい。以上の製造工程により、素材（スラブ、ブルーム、又は、ビレット）を製造する。

［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する。最終製品が鋼管である場合、初めに、素材を加熱炉で加熱する。加熱温度は特に限定されないが、例えば、１１００～１３００℃である。加熱炉から抽出された素材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。例えば、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、例えば、１．０～４．０である。穿孔圧延後のビレットに対して、マンドレルミルを用いた延伸圧延を実施する。さらに、必要に応じて、延伸圧延後のビレットに対して、レデューサ又はサイジングミルを用いた定径圧延を実施する。以上の工程により、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れないが、例えば、２０～７０％である。

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。例えば、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し、熱間押出法により素管を製造してもよい。

最終製品が鋼板である場合、例えば、一対のロール群を含む１又は複数の圧延機を用いて、素材（スラブ）に対して熱間圧延を実施して、鋼板を製造する。熱間圧延前の加熱温度は特に限定されないが、例えば、１１００～１３００℃である。

最終製品が丸鋼である場合、例えば、素材（ブルーム）に対して、分塊圧延機を用いた分塊圧延及び／又は連続圧延機を用いた熱間圧延を実施する。つまり、素材に対して分塊圧延を実施して丸鋼としてもよい。素材に対して分塊圧延を実施せず、連続圧延機を用いた熱間圧延を実施して丸鋼としてもよい。素材に対して分塊圧延機を用いた分塊圧延及び連続圧延機を用いた熱間圧延を実施して、丸鋼としてもよい。連続圧延機は複数の圧延スタンドが一列に並んでおり、各スタンドは一対の圧延ロールを含む。分塊圧延を実施する場合、分塊圧延前の加熱温度は特に限定されないが、例えば１１００～１３００℃である。連続圧延機を用いた熱間圧延を実施する場合、熱間圧延前の加熱温度は特に限定されないが、例えば、１１００～１３００℃である。

［熱処理工程］
熱処理工程は実施してもよいし、実施しなくてもよい。つまり、本実施形態の鋼材は、圧延まま（Ａｓ－Ｒｏｌｌｅｄ）材であってもよい。熱処理工程を実施する場合、熱処理工程は、焼入れ工程及び焼戻し工程を含む。

［焼入れ工程］
熱処理工程でははじめに、熱間加工工程で製造された鋼材に対して、焼入れ工程を実施する。焼入れは周知の方法で実施する。具体的には、熱間加工後の鋼材を熱処理炉に装入し、焼入れ温度で保持する。焼入れ温度はＡ_Ｃ３変態点以上であり、例えば、９００～１０００℃である。鋼材を焼入れ温度で保持した後、急冷（焼入れ）する。焼入れ温度での保持時間は特に限定されないが、例えば、１０～６０分である。焼入れ方法は例えば、水冷である。焼入れ方法は特に制限されない。鋼材が鋼管である場合、水槽又は油槽に浸漬して素管を急冷してもよいし、シャワー冷却又はミスト冷却により、鋼管の外面及び／又は内面に対して冷却水を注いだり、噴射したりして、鋼管を急冷してもよい。

なお、熱間加工後、鋼材を常温まで冷却することなく、熱間加工直後に焼入れ（直接焼入れ）を実施してもよいし、熱間加工後の鋼材の温度が低下する前に補熱炉に装入して焼入れ温度に保持した後、焼入れを実施してもよい。

上記に説明する焼入れ温度は、熱処理炉又は補熱炉を用いる場合は炉温を意味し、直接焼入れの場合は鋼材の温度を意味する。保持時間は、在炉時間（熱処理炉又は補熱炉に装入してから抽出されるまでの時間）を意味する。

［焼戻し工程］
焼入れ後の鋼材に対してさらに、焼戻し工程を実施する。焼戻し工程では、鋼材の降伏強度を調整する。本実施形態の鋼材においては、焼戻し温度を例えば、５００℃～Ａ_Ｃ１変態点とする。焼戻し温度での保持時間は特に限定されないが、例えば、１０～１８０分である。化学組成に応じて焼戻し温度を適宜調整することにより、式（１）を満たす上述の化学組成の鋼材の降伏強度を調整する。好ましくは、鋼材の降伏強度を６５５ＭＰａ以上に調整する。

上記に説明する焼戻し温度は熱処理炉での炉温（℃）を意味し、焼戻し温度での保持時間は在炉時間（熱処理炉に装入してから抽出されるまでの時間）を意味する。

なお、焼入れ及び焼戻しは１回ずつ実施してもよいし、複数回実施してもよい。例えば、焼入れ及び焼戻しを実施した後、再び焼入れ及び焼戻しを実施してもよい。焼入れ及び焼戻しは１回のみ実施してもよいし、上述のとおり、焼入れ及び焼戻しを実施しなくてもよい。

以上の製造工程を実施することにより、本実施形態の鋼材を製造できる。

実施例により本実施形態の鋼材の効果をさらに具体的に説明する。以下の実施例での条件は、本実施形態の鋼材の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。したがって、本実施形態の鋼材はこの一条件例に限定されない。

表２－１及び表２－２に示す化学組成を有する鋼材（継目無鋼管）を製造した。

表２－１及び表２－２中の「－」部分は、該当する元素の含有量が、表２－１及び表２－２に記載されている数値の端数を四捨五入したときに、０％であったことを意味する。例えば、試験番号１のＺｒ含有量は、小数第五位で四捨五入して、０％であったことを意味する。試験番号１のＳｂ含有量は、小数第三位で四捨五入して、０％であったことを意味する。試験番号１のＴｉ有量は、小数第四位で四捨五入して、０％であったことを意味する。試験番号１のＢ含有量は、小数第五位で四捨五入して、０％であったことを意味する。

上記溶鋼を５０ｋｇ真空炉で溶製し、造塊法によりインゴットを製造した。インゴットを１２５０℃で３時間加熱した。加熱後のインゴットに対して熱間鍛造を実施してブロックを製造した。熱間鍛造後のブロックを１２３０℃で１５分均熱し、熱間圧延を実施して１５ｍｍの厚さを有する鋼材（鋼板）を製造した。

鋼材に対して、焼入れを実施した。焼入れ温度はいずれの試験番号においても９５０℃であり、焼入れ温度での保持時間はいずれの試験番号においても１５分であった。焼入れ後の鋼材に対して、５６０℃の焼戻し温度（℃）で３０分保持する焼戻しを実施して、鋼材（鋼板）を製造した。以上の製造工程により鋼材を製造した。

［マルテンサイト及びベイナイトの総面積率の測定方法について］に記載の方法により、各試験番号のマルテンサイト及びベイナイトの総面積率を求めた。なお、鋼材（鋼板）の板厚中央部から試験片を採取した。試験片の観察面は１０ｍｍ×１０ｍｍであった。また、視野面積は１００００μｍ^２であった。その結果、いずれの試験番号においても、マルテンサイト及びベイナイトの総面積率が９０％以上であった。

さらに、［降伏強度の測定方法］に記載の方法により、各試験番号の降伏強度を測定した。なお、丸棒試験片の大きさは、平行部直径６．０ｍｍ、標点距離３０．０ｍｍとした。丸棒試験片の長手方向は、鋼材（継目無鋼管）の管軸方向と平行とした。その結果、いずれの試験番号においても、降伏強度は６５５～８６２ＭＰａ未満であった。

［評価試験］
製造された鋼材に対して、次の評価試験を実施した。

［水素透過試験］
各試験番号の鋼材の板厚中央部から試験片を採取した。試験片は、厚さが１ｍｍ（０．１ｃｍ）であって、直径が２５ｍｍの円板状とした。

図５に示す陰極チャージ水素透過試験装置１０を準備した。試験片１１を水素侵入側セル２０と、水素検出側セル３０との間に挟み、固定した。５．０質量％のＮａＣｌと０．５質量％のＣＨ_３ＣＯＯＨとの混合水溶液であってｐＨを２．７に調整した試験液を準備した。水素侵入側セル２０に、試験液２１を注入した。このとき、試験液２１の液面が、ガス供給排出装置２２のガス排出配管２２２の下端よりも低い位置となるようにし、かつ、ガス供給排出装置２２のガス供給配管２２１の下端よりも高い位置となるようにした。試験液２１を水素侵入側セル２０に注入した後、水素侵入側セル２０内を、高純度のＡｒで１時間以上脱気した。脱気後、ガス供給排出装置２２のガス供給配管２２１から、試験ガス（１ｂａｒのＨ_２Ｓガス）を試験液２１に３０分以上通気し、飽和させた。試験時の１ｂａｒのＨ_２Ｓが飽和した試験液（高腐食試験液）２１を常温（２４±３℃）に保持し、水素侵入側セル２０を密閉状態とした。水素侵入側セル２０の参照電極ＲＥを飽和ＫＣｌ銀塩化銀参照電極とした。また、水素検出側セル３０に、０．１Ｎ（０．１規定）のＮａＯＨ水溶液３１を注入した。水素検出側セル３０の対極ＣＥを白金とし、参照電極ＲＥを飽和ＫＣｌ銀塩化銀参照電極とした。なお、試験片１１において、高腐食試験液２１と接触している面積Ａ１１を、試験面積Ａ１１と定義した。試験面積Ａ１１は２．３ｃｍ^２であった。試験片１１において、０．１Ｎ（０．１規定）のＮａＯＨ水溶液３１に接している面積は、試験面積Ａ１１以上とした。また、水素侵入側セル２０、水素検出側セル３０ともに、比液量は１１０ｍＬ／ｃｍ^２とした。

試験片１１を自然浸漬中に自発的に進行する腐食反応により、試験片１１の表面のうち、水素侵入側セル２０側の表面に水素を発生させた。発生した水素の一部は、水素原子として試験片１１を透過して、水素検出側セル３０内で水素イオンに酸化されるため、このときの酸化電流値をポテンショスタッド４０で測定した。水素検出側セル３０では、試験片１１を参照電極（飽和ＫＣｌ銀塩化銀参照電極）ＲＥに対して＋０．１４８Ｖに定電位保持して、透過した水素元素を水素イオンに酸化した。測定された酸化電流値を試験面積Ａ１１（２．３ｃｍ^２）で除して、水素透過電流Ｊ（μＡ／ｃｍ^２）を求めた。そして、水素透過電流Ｊに試験片の厚さＬ１１（０．１ｃｍ）を乗じて、水素透過係数Ｐｅｒ（μＡ／ｃｍ）を求めた。なお、試験の間、高腐食試験液２１にガス供給排出装置２２のガス供給配管２２１から試験ガス（１ｂａｒのＨ_２Ｓガス）を１０ｍＬ／分程度の流量で通気して、飽和を維持した。

試験開始からの水素透過係数Ｐｅｒを経時的に測定し、図２に示す水素透過係数の経時グラフを作成した。試験開始から９０時間経過後、試験を終了した。作成された水素透過係数の経時グラフにおいて、試験開始から９０時間経過時点の水素透過係数Ｐｅｒ_９０を求めた。さらに、水素透過係数Ｐｅｒの最大値Ｐｅｒ_ｍａｘ（μＡ／ｃｍ）を求めた。求めた最大値Ｐｅｒ_ｍａｘから水素透過係数Ｐｅｒ_９０を差し引いて、差分ΔＰｅｒ（μＡ／ｃｍ）を求めた。

［試験結果］
試験結果を表３に示す。なお、表３には各試験番号のＦｎ１を「Ｆｎ１」欄に示す。

表２－１、表２－２及び表３を参照して、試験番号４～２４では、化学組成が適切であった。そのため、１ｂａｒのＨ_２Ｓガスを飽和した５．０質量％のＮａＣｌと０．５質量％のＣＨ_３ＣＯＯＨとの混合水溶液であってｐＨを２．７とした試験液を用いた水素透過試験で得られた、水素透過係数の最大値Ｐｅｒ_ｍａｘが８．２５μＡ／ｃｍ以下であり、差分ΔＰｅｒは２．７０μＡ／ｃｍ以下であった。そのため、非定常状態での水素の鋼材への侵入を十分に抑制できた。

さらに、試験番号４～２４のうち、試験番号８、１１～１６、１９～２４では、Ｆｎ１が４．００以上であった。そのため、これらの試験番号では、水素透過係数の最大値Ｐｅｒ_ｍａｘが６．５０μＡ／ｃｍ以下であり、差分ΔＰｅｒは１．００μＡ／ｃｍ以下であり、非定常状態での水素の鋼材への侵入をさらに抑制できた。

さらに、試験番号４～２４のうち、試験番号１１～１５、１９、２２～２４では、Ｆｎ１が４．５０以上であった。そのため、これらの試験番号では、水素透過係数の最大値Ｐｅｒ_ｍａｘが６．１０μＡ／ｃｍ以下であり、差分ΔＰｅｒは０．７５μＡ／ｃｍ以下であり、非定常状態での水素の鋼材への侵入をさらに抑制できた。

さらに、試験番号４～２４のうち、試験番号１１～１４、１９、２２～２４では、Ｆｎ１が４．６０以上であった。そのため、これらの試験番号では、水素透過係数の最大値Ｐｅｒ_ｍａｘが６．００μＡ／ｃｍ以下であり、差分ΔＰｅｒは０．６０μＡ／ｃｍ以下であり、非定常状態での水素の鋼材への侵入を顕著に抑制できた。

一方、試験番号１～３の鋼材では、Ｚｒ含有量が低すぎた。そのため、１ｂａｒのＨ_２Ｓガスを飽和した５．０質量％のＮａＣｌと０．５質量％のＣＨ_３ＣＯＯＨとの混合水溶液であってｐＨを２．７とした試験液を用いた水素透過試験の水素透過係数の最大値Ｐｅｒ_ｍａｘは８．２５μＡ／ｃｍを大きく超え、差分ΔＰｅｒは２．７０μＡ／ｃｍを大きく超えた。

以上、本開示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開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示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。

Claims (4)

1. 化学組成が、質量％で、
   Ｃ：０．２０～０．４５％、
   Ｓｉ：０．６０～１．３０％、
   Ｍｎ：０．０２～１．００％、
   Ｐ：０．０５０％以下、
   Ｓ：０．００５０％以下、
   Ａｌ：０．０１０～０．１００％、
   Ｎ：０．０１００％以下、
   Ｃｒ：０．１０～３．００％、
   Ｍｏ：０．３５～３．００％、
   Ｃｕ：０．０１～０．５０％、
   Ｎｉ：０．０１～０．５０％、
   Ｚｒ：０．００１０～０．１０００％、
   Ｏ：０．００５０％以下、
   Ｓｂ：０～０．５０％、
   Ｃｏ：０～０．５０％、
   Ｗ：０～０．５０％、
   Ｔｉ：０～０．０３０％、
   Ｎｂ：０～０．１５０％、
   Ｖ：０～０．５００％、
   Ｂ：０～０．００３０％、
   Ｃａ：０～０．００４０％、
   Ｍｇ：０～０．００４０％、及び、
   希土類元素：０～０．００４０％、を含有し、
   残部がＦｅ及び不純物からなる、
   鋼材。
2. 請求項１に記載の鋼材であってさらに、
   次の式（１）で定義されるＦｎ１が４．００以上である、
   鋼材。
   Ｆｎ１＝（２．０×Ｓｉ＋０．３×Ｃｕ＋０．９×Ｎｉ＋Ｃｒ＋１．２×Ｍｏ＋８．０×Ｚｒ＋５．０×Ｓｂ＋５．０×Ｃｏ）－（２．０×Ｃ＋２．０×Ｍｎ） （１）
   ここで、式（１）中の各元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
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、
   Ｓｂ：０．０１～０．５０％、
   Ｃｏ：０．０１～０．５０％、
   Ｗ：０．０１～０．５０％、
   Ｔｉ：０．００３～０．０３０％、
   Ｎｂ：０．００３～０．１５０％、
   Ｖ：０．００５～０．５００％、
   Ｂ：０．０００３～０．００３０％、
   Ｃａ：０．０００３～０．００４０％、
   Ｍｇ：０．０００３～０．００４０％及び、
   希土類元素：０．０００３～０．００４０％、
   からなる群から選択される１種以上を含有する、
   鋼材。
4. 請求項１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。