JP7239086B1 - マルテンサイト系ステンレス鋼管 - Google Patents
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Abstract
１１０ｋｓｉ以上の降伏強度と、優れた被削性とを有するマルテンサイト系ステンレス鋼管を提供する。本開示によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、質量％で、Ｃ：０．０３０％未満、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．００１０～０．００５０％、Ｃｒ：１０．００～１４．００％、Ｎｉ：５．００～７．５０％、Ｍｏ：１．１０～３．５０％、Ｃｕ：１．００～３．５０％、Ａｌ：０．００５～０．０５０％、Ｎ：０．００３０～０．０５００％、Ｖ：０．０１～０．３０％、Ｔｉ：０．０２０～０．１５０％、Ｃｏ：０．０１～０．５０％、Ｃａ：０．００１０～０．００５０％、及び、残部：Ｆｅ及び不純物からなり、降伏強度が７５８ＭＰａ以上であり、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物が３個／ｍｍ2以上である。
Description
本開示は鋼管に関し、さらに詳しくは、マルテンサイト系ステンレス鋼管に関する。
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）は、腐食性を有する硫化水素（Ｈ2Ｓ）や炭酸ガス（ＣＯ2）等を含有する。ここで、鋼材の耐炭酸ガス腐食性の向上にはクロム（Ｃｒ）が有効であることが知られている。そのため、炭酸ガスを多く含む環境の油井では、炭酸ガスの分圧や温度に応じて、ＡＰＩ Ｌ８０ １３Ｃｒ鋼材（通常の１３Ｃｒ鋼材）や、Ｃ含有量を低減したスーパー１３Ｃｒ鋼材等に代表される、１３質量％程度のＣｒを含有するマルテンサイト系ステンレス鋼材が使用される。
近年、油井の深井戸化により、油井用鋼管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）の油井用鋼管が広く利用されている。最近ではさらに、１１０ｋｓｉ以上（降伏強度が７５８ＭＰａ以上）の油井用鋼管が求められ始めている。
特開２００２－２４１９０２号公報（特許文献１）、特開２００９－１２０９５４号公報（特許文献２）、及び、国際公開第２０１７／１６８８７４号（特許文献３）は、降伏強度を高めた鋼材を提案する。
特許文献１に開示される鋼材は、マルテンサイト系ステンレス鋼であって、質量％で、Ｃ：０．０８％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：０．１～２％、Ｃｒ：７～１５％、Ｎｉ：０．５～７％、Ｎｂ：０．００５～０．５％、Ａｌ：０．００１～０．１％、Ｎ：０．００１～０．０５％、Ｐ：０．０４％以下、Ｓ：０．００５％以下を含有し、残部は実質的にＦｅであり、Ｃｒ－１６．６Ｃ＋６Ｎｂ＋０．５Ｎｉ≧９．６を満たす。この鋼材はさらに、断面の鋼組織が大きさ０．２μｍ以下のクロム窒化物を１０2～１０8個／ｍｍ2含む。この鋼材は、降伏強度が７６０ＭＰａ以上である、と特許文献１には記載されている。
特許文献２に開示される鋼材は、マルテンサイト系ステンレス鋼であって、質量％で、Ｃ：０．０１～０．１％、Ｓｉ：０．０５～１％、Ｍｎ：０．０５～１．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：９～１５％、Ｎｉ：０．１～２．０％、Ａｌ：０．０５％以下及びＮ：０．１％以下を含むとともに、Ｃｕ：０．０５～４％、Ｍｏ：０．０５～３％、Ｖ：０．００５～０．５％、Ｎｂ：０．００５～０．５％、Ｂ：０．０００２～０．００５％、Ｃａ：０．０００３～０．００５％、Ｍｇ：０．０００３～０．００５％、及び、ＲＥＭ：０．０００３～０．００５％のうちの１元素以上を含有し、残部がＦｅ及び不純物である。この鋼材はさらに、鋼中の残留オーステナイト相の厚さが１００ｎｍ以下で、Ｘ線積分強度１１１γと１１０αが０．００５≦１１１γ／（１１１γ＋１１０α）≦０．０５を満たす。この鋼材は、降伏応力７５９ＭＰａ級以上でも適用できる、と特許文献２には記載されている。
特許文献３に開示される鋼材は、油井用高強度ステンレス継目無鋼管であって、質量％で、Ｃ：０．００５～０．０５％、Ｓｉ：０．０５～０．５０％、Ｍｎ：０．２０～１．８０％、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．００５％以下、Ｃｒ：１２．０～１７．０％、Ｎｉ：４．０～７．０％、Ｍｏ：０．５～３．０％、Ａｌ：０．００５～０．１０％、Ｖ：０．００５～０．２０％、Ｃｏ：０．０１～１．０％、Ｎ：０．００５～０．１５％、Ｏ：０．０１０％以下を含有し、かつ、Ｃｒ＋０．６５Ｎｉ＋０．６Ｍｏ＋０．５５Ｃｕ－２０Ｃ≧１５．０、及び、Ｃｒ＋Ｍｏ＋０．３Ｓｉ－４３．５Ｃ－０．４Ｍｎ－Ｎｉ－０．３Ｃｕ－９Ｎ≦１１を満たす。この鋼材は、降伏強さが６５５ＭＰａ以上である、と特許文献３には記載されている。
上記特許文献１～３は、鋼材の降伏強度を高める技術を提案する。しかしながら、上記特許文献１～３に提案される技術以外の他の技術によって、７５８ＭＰａ以上（１１０ｋｓｉ以上）の降伏強度を有するマルテンサイト系ステンレス鋼管が得られてもよい。
ところで、油井用鋼管としての使用が想定されたマルテンサイト系ステンレス鋼管には、切削加工が実施される場合がある。たとえば、マルテンサイト系ステンレス鋼管に切削加工を実施して、鋼管の寸法を整える場合がある。たとえばさらに、マルテンサイト系ステンレス鋼管に切削加工を実施して、鋼管同士を連結するためのねじ継手が管端部に形成される場合がある。そのため、マルテンサイト系ステンレス鋼管には、強度が高いだけではなく、被削性も優れている方が好ましい。しかしながら、上記特許文献１～３では、マルテンサイト系ステンレス鋼管の被削性について、検討されていない。
本開示の目的は、高い降伏強度と、優れた被削性とを有するマルテンサイト系ステンレス鋼管を提供することである。
本開示によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、
質量％で、
Ｃ：０．０３０％未満、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．００１０～０．００５０％、
Ｃｒ：１０．００～１４．００％、
Ｎｉ：５．００～７．５０％、
Ｍｏ：１．１０～３．５０％、
Ｃｕ：１．００～３．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．０５０％、
Ｎ：０．００３０～０．０５００％、
Ｖ：０．０１～０．３０％、
Ｔｉ：０．０２０～０．１５０％、
Ｃｏ：０．０１～０．５０％、
Ｃａ：０．００１０～０．００５０％、
Ｎｂ：０～０．１５％、
Ｗ：０～１．５０％、
Ｓｎ：０～０．０１００％、
Ａｓ：０～０．０１００％、
Ｓｂ：０～０．０１００％、
Ｂ：０～０．００５０％、
Ｍｇ：０～０．００５０％、
希土類元素：０～０．０１００％、及び、
残部：Ｆｅ及び不純物からなり、
ミクロ組織が、体積％で、０～１５％の残留オーステナイト、０～５％のフェライト、及び、残部が焼戻しマルテンサイトからなり、
降伏強度が７５８ＭＰａ以上であり、
Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上であり、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物が３個／ｍｍ2以上である。
質量％で、
Ｃ：０．０３０％未満、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．００１０～０．００５０％、
Ｃｒ：１０．００～１４．００％、
Ｎｉ：５．００～７．５０％、
Ｍｏ：１．１０～３．５０％、
Ｃｕ：１．００～３．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．０５０％、
Ｎ：０．００３０～０．０５００％、
Ｖ：０．０１～０．３０％、
Ｔｉ：０．０２０～０．１５０％、
Ｃｏ：０．０１～０．５０％、
Ｃａ：０．００１０～０．００５０％、
Ｎｂ：０～０．１５％、
Ｗ：０～１．５０％、
Ｓｎ：０～０．０１００％、
Ａｓ：０～０．０１００％、
Ｓｂ：０～０．０１００％、
Ｂ：０～０．００５０％、
Ｍｇ：０～０．００５０％、
希土類元素：０～０．０１００％、及び、
残部：Ｆｅ及び不純物からなり、
ミクロ組織が、体積％で、０～１５％の残留オーステナイト、０～５％のフェライト、及び、残部が焼戻しマルテンサイトからなり、
降伏強度が７５８ＭＰａ以上であり、
Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上であり、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物が３個／ｍｍ2以上である。
本開示によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、高い降伏強度と、優れた被削性とを有する。
まず、本発明者らは、高い降伏強度と、優れた被削性とを両立できるマルテンサイト系ステンレス鋼管について、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：０．０３０％未満、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．００１０～０．００５０％、Ｃｒ：１０．００～１４．００％、Ｎｉ：５．００～７．５０％、Ｍｏ：１．１０～３．５０％、Ｃｕ：１．００～３．５０％、Ａｌ：０．００５～０．０５０％、Ｎ：０．００３０～０．０５００％、Ｖ：０．０１～０．３０％、Ｔｉ：０．０２０～０．１５０％、Ｃｏ：０．０１～０．５０％、Ｃａ：０．００１０～０．００５０％、Ｎｂ：０～０．１５％、Ｗ：０～１．５０％、Ｓｎ：０～０．０１００％、Ａｓ：０～０．０１００％、Ｓｂ：０～０．０１００％、Ｂ：０～０．００５０％、Ｍｇ：０～０．００５０％、希土類元素：０～０．０１００％、及び、残部：Ｆｅ及び不純物からなるマルテンサイト系ステンレス鋼管であれば、１１０ｋｓｉ以上（７５８ＭＰａ以上）の降伏強度と、優れた被削性とを両立できる可能性があると考えた。
次に本発明者らは、上述の化学組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼管のミクロ組織について検討した。その結果、上述の化学組成を有するマルテンサイト系ステンレス鋼管のミクロ組織が、０～１５体積％の残留オーステナイト、０～５体積％のフェライト、及び、残部が焼戻しマルテンサイトからなる場合、鋼管の降伏強度を１１０ｋｓｉ以上に高められることを知見した。なお、本明細書において「残留オーステナイト、フェライト、及び、焼戻しマルテンサイトからなる」とは、残留オーステナイト、フェライト、及び、焼戻しマルテンサイト以外の相が、無視できるほど少ないことを意味する。
すなわち、上述の化学組成とミクロ組織とを有するマルテンサイト系ステンレス鋼管であれば、１１０ｋｓｉ以上の降伏強度を得られる可能性がある。ここで、鋼材の強度を高めれば、鋼材の被削性は低下しやすい傾向がある。つまり、上述の化学組成とミクロ組織とを有するマルテンサイト系ステンレス鋼管は、降伏強度を１１０ｋｓｉ以上にまで高めた結果、被削性が低下する懸念がある。ここで、鋼管の被削性が低下すれば、切削加工時に用いる切削工具が摩耗しやすくなる。この場合、切削加工に用いる切削工具の交換頻度が高まり、生産性が低下する。そこで本発明者らは、上述の化学組成とミクロ組織とを有するマルテンサイト系ステンレス鋼管において、降伏強度を維持したまま、被削性を高める手法を種々検討した。なお、本明細書において「被削性が高い」とは、切削工具の工具寿命が長いことを意味する。
上述の化学組成とミクロ組織とを有するマルテンサイト系ステンレス鋼管に残存した介在物のうち、特にカルシウム（Ｃａ）と硫黄（Ｓ）とを主体とするＣａ硫化物であれば、上述のマルテンサイト系ステンレス鋼管の降伏強度を維持したまま、被削性に寄与することを、本発明者らは知見した。ここで、Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上である粒子を「Ｃａ硫化物」と定義する。この知見に基づいて、本発明者らは、上述の化学組成とミクロ組織とを有するマルテンサイト系ステンレス鋼管の被削性を高められるＣａ硫化物のサイズと個数密度について、詳細に検討した。
その結果、上述の化学組成とミクロ組織とを有するマルテンサイト系ステンレス鋼管では、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物が３個／ｍｍ2以上であれば、１１０ｋｓｉ以上の降伏強度と、優れた被削性とを両立できることを、本発明者らは見出した。したがって、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管では、上述の化学組成を満たし、０～１５体積％の残留オーステナイト、０～５体積％のフェライト、及び、残部が焼戻しマルテンサイトからなるミクロ組織を有し、Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上であり、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物を３個／ｍｍ2以上とする。その結果、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、１１０ｋｓｉ以上の降伏強度と、優れた被削性とを有する。
以上の知見に基づいて完成した本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の要旨は、次のとおりである。
［１］
質量％で、
Ｃ：０．０３０％未満、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．００１０～０．００５０％、
Ｃｒ：１０．００～１４．００％、
Ｎｉ：５．００～７．５０％、
Ｍｏ：１．１０～３．５０％、
Ｃｕ：１．００～３．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．０５０％、
Ｎ：０．００３０～０．０５００％、
Ｖ：０．０１～０．３０％、
Ｔｉ：０．０２０～０．１５０％、
Ｃｏ：０．０１～０．５０％、
Ｃａ：０．００１０～０．００５０％、
Ｎｂ：０～０．１５％、
Ｗ：０～１．５０％、
Ｓｎ：０～０．０１００％、
Ａｓ：０～０．０１００％、
Ｓｂ：０～０．０１００％、
Ｂ：０～０．００５０％、
Ｍｇ：０～０．００５０％、
希土類元素：０～０．０１００％、及び、
残部：Ｆｅ及び不純物からなり、
ミクロ組織が、体積％で、０～１５％の残留オーステナイト、０～５％のフェライト、及び、残部が焼戻しマルテンサイトからなり、
降伏強度が７５８ＭＰａ以上であり、
Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上であり、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物が３個／ｍｍ2以上である、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
質量％で、
Ｃ：０．０３０％未満、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．００１０～０．００５０％、
Ｃｒ：１０．００～１４．００％、
Ｎｉ：５．００～７．５０％、
Ｍｏ：１．１０～３．５０％、
Ｃｕ：１．００～３．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．０５０％、
Ｎ：０．００３０～０．０５００％、
Ｖ：０．０１～０．３０％、
Ｔｉ：０．０２０～０．１５０％、
Ｃｏ：０．０１～０．５０％、
Ｃａ：０．００１０～０．００５０％、
Ｎｂ：０～０．１５％、
Ｗ：０～１．５０％、
Ｓｎ：０～０．０１００％、
Ａｓ：０～０．０１００％、
Ｓｂ：０～０．０１００％、
Ｂ：０～０．００５０％、
Ｍｇ：０～０．００５０％、
希土類元素：０～０．０１００％、及び、
残部：Ｆｅ及び不純物からなり、
ミクロ組織が、体積％で、０～１５％の残留オーステナイト、０～５％のフェライト、及び、残部が焼戻しマルテンサイトからなり、
降伏強度が７５８ＭＰａ以上であり、
Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上であり、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物が３個／ｍｍ2以上である、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
［２］
［１］に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管であって、
Ｎｂ：０．０１～０．１５％、
Ｗ：０．０１～１．５０％、
Ｓｎ：０．０００１～０．０１００％、
Ａｓ：０．０００１～０．０１００％、
Ｓｂ：０．０００１～０．０１００％、
Ｂ：０．０００１～０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００１～０．００５０％、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、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
［１］に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管であって、
Ｎｂ：０．０１～０．１５％、
Ｗ：０．０１～１．５０％、
Ｓｎ：０．０００１～０．０１００％、
Ａｓ：０．０００１～０．０１００％、
Ｓｂ：０．０００１～０．０１００％、
Ｂ：０．０００１～０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００１～０．００５０％、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、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
［３］
［１］又は［２］に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管であって、
Ｃｕ：１．５０～３．５０％を含有し、
面積が０．２０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が０．１０超～０．５０％である、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
［１］又は［２］に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管であって、
Ｃｕ：１．５０～３．５０％を含有し、
面積が０．２０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が０．１０超～０．５０％である、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
［４］
［１］～［３］のいずれか１項に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管であって、
Ｎｂ：０．０１～０．１５％、及び、
Ｗ：０．０１～１．５０％、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
［１］～［３］のいずれか１項に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管であって、
Ｎｂ：０．０１～０．１５％、及び、
Ｗ：０．０１～１．５０％、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
［５］
［１］～［４］のいずれか１項に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管であって、
Ｓｎ：０．０００１～０．０１００％、
Ａｓ：０．０００１～０．０１００％、及び、
Ｓｂ：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、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
［１］～［４］のいずれか１項に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管であって、
Ｓｎ：０．０００１～０．０１００％、
Ａｓ：０．０００１～０．０１００％、及び、
Ｓｂ：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、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
［６］
［１］～［５］のいずれか１項に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管であって、
Ｂ：０．０００１～０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００１～０．００５０％、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、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
［１］～［５］のいずれか１項に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管であって、
Ｂ：０．０００１～０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００１～０．００５０％、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、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
以下、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管について詳述する。なお、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］
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の化学組成は、次の元素を含有する。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の化学組成は、次の元素を含有する。
Ｃ：０．０３０％未満
炭素（Ｃ）は、不可避に含有される。つまり、Ｃ含有量の下限は０％超である。Ｃは鋼材の焼入れ性を高めて、鋼材の強度を高める。しかしながら、Ｃ含有量が０．０３０％を超えれば、ＣはＣｒと結合してＣｒ炭化物を生成しやすくなる。その結果、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、Ｃ含有量は０．０３０％未満である。Ｃ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％である。Ｃ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％である。Ｃ含有量はなるべく低い方が好ましい。
炭素（Ｃ）は、不可避に含有される。つまり、Ｃ含有量の下限は０％超である。Ｃは鋼材の焼入れ性を高めて、鋼材の強度を高める。しかしながら、Ｃ含有量が０．０３０％を超えれば、ＣはＣｒと結合してＣｒ炭化物を生成しやすくなる。その結果、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、Ｃ含有量は０．０３０％未満である。Ｃ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％である。Ｃ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％である。Ｃ含有量はなるべく低い方が好ましい。
Ｓｉ：１．００％以下
ケイ素（Ｓｉ）は、不可避に含有される。つまり、Ｓｉ含有量の下限は０％超である。Ｓｉは鋼を脱酸する。しかしながら、Ｓｉ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、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は１．００％以下である。Ｓｉ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。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．７０％であり、さらに好ましくは０．５０％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％である。
ケイ素（Ｓｉ）は、不可避に含有される。つまり、Ｓｉ含有量の下限は０％超である。Ｓｉは鋼を脱酸する。しかしながら、Ｓｉ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、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は１．００％以下である。Ｓｉ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。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．７０％であり、さらに好ましくは０．５０％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％である。
Ｍｎ：１．００％以下
マンガン（Ｍｎ）は、不可避に含有される。つまり、Ｍｎ含有量の下限は０％超である。Ｍｎは鋼材の焼入れ性を高めて、鋼材の強度を高める。しかしながら、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は粗大な介在物を形成して、鋼材の靭性を低下させる。したがって、Ｍｎ含有量は１．００％以下である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．１０％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．２５％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は０．８０％であり、さらに好ましくは０．６０％であり、さらに好ましくは０．５０％である。
マンガン（Ｍｎ）は、不可避に含有される。つまり、Ｍｎ含有量の下限は０％超である。Ｍｎは鋼材の焼入れ性を高めて、鋼材の強度を高める。しかしながら、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は粗大な介在物を形成して、鋼材の靭性を低下させる。したがって、Ｍｎ含有量は１．００％以下である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．１０％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．２５％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は０．８０％であり、さらに好ましくは０．６０％であり、さらに好ましくは０．５０％である。
Ｐ：０．０３０％以下
燐（Ｐ）は、不可避に含有される不純物である。つまり、Ｐ含有量の下限は０％超である。Ｐ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、Ｐが結晶粒界に偏析して、鋼材の靭性を顕著に低下させる。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、さらに好ましくは０．０２０％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含有量の過剰な低減は、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、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１％である。
燐（Ｐ）は、不可避に含有される不純物である。つまり、Ｐ含有量の下限は０％超である。Ｐ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、Ｐが結晶粒界に偏析して、鋼材の靭性を顕著に低下させる。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、さらに好ましくは０．０２０％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含有量の過剰な低減は、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、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１％である。
Ｓ：０．００１０～０．００５０％以下
硫黄（Ｓ）は、鋼材中のＣａと結合してＣａ硫化物を形成して、鋼材の被削性を高める。Ｓ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、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が結晶粒界に過剰に偏析して、鋼材の靭性及び熱間加工性が顕著に低下する。したがって、Ｓ含有量は０．００１０～０．００５０％以下である。Ｓ含有量の好ましい下限は０．００１２％であり、さらに好ましくは０．００１５％である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３５％である。
硫黄（Ｓ）は、鋼材中のＣａと結合してＣａ硫化物を形成して、鋼材の被削性を高める。Ｓ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、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が結晶粒界に過剰に偏析して、鋼材の靭性及び熱間加工性が顕著に低下する。したがって、Ｓ含有量は０．００１０～０．００５０％以下である。Ｓ含有量の好ましい下限は０．００１２％であり、さらに好ましくは０．００１５％である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３５％である。
Ｃｒ：１０．００～１４．００％
クロム（Ｃｒ）は、鋼材の耐食性を高める。Ｃｒ含有量が１０．００％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１４．００％を超えれば、Ｃｒ炭化物、Ｃｒを含有する金属間化合物、及び、Ｃｒ酸化物が過剰に形成される。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐食性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は１０．００～１４．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は１０．０５％であり、さらに好ましくは１０．１０％であり、さらに好ましくは１０．５０％であり、さらに好ましくは１１．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は１３．７０％であり、さらに好ましくは１３．５０％であり、さらに好ましくは１３．４０％であり、さらに好ましくは１３．３０％である。
クロム（Ｃｒ）は、鋼材の耐食性を高める。Ｃｒ含有量が１０．００％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１４．００％を超えれば、Ｃｒ炭化物、Ｃｒを含有する金属間化合物、及び、Ｃｒ酸化物が過剰に形成される。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐食性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は１０．００～１４．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は１０．０５％であり、さらに好ましくは１０．１０％であり、さらに好ましくは１０．５０％であり、さらに好ましくは１１．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は１３．７０％であり、さらに好ましくは１３．５０％であり、さらに好ましくは１３．４０％であり、さらに好ましくは１３．３０％である。
Ｎｉ：５．００～７．５０％
ニッケル（Ｎｉ）は、鋼材の耐食性を高める。Ｎｉはさらに、オーステナイト形成元素であり、焼入れ後の鋼材のミクロ組織をマルテンサイト化する。Ｎｉ含有量が５．００％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７．５０％を超えれば、上記効果が飽和し、製造コストが高くなる。したがって、Ｎｉ含有量は５．００～７．５０％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は５．１０％であり、さらに好ましくは５．１５％であり、さらに好ましくは５．２０％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は７．００％であり、さらに好ましくは６．８０％であり、さらに好ましくは６．６０％であり、さらに好ましくは６．４０％である。
ニッケル（Ｎｉ）は、鋼材の耐食性を高める。Ｎｉはさらに、オーステナイト形成元素であり、焼入れ後の鋼材のミクロ組織をマルテンサイト化する。Ｎｉ含有量が５．００％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７．５０％を超えれば、上記効果が飽和し、製造コストが高くなる。したがって、Ｎｉ含有量は５．００～７．５０％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は５．１０％であり、さらに好ましくは５．１５％であり、さらに好ましくは５．２０％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は７．００％であり、さらに好ましくは６．８０％であり、さらに好ましくは６．６０％であり、さらに好ましくは６．４０％である。
Ｍｏ：１．１０～３．５０％
モリブデン（Ｍｏ）は、鋼材の耐食性を高める。Ｍｏ含有量が１．１０％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、この効果が十分に得られない。一方、Ｍｏ含有量が３．５０％を超えれば、上記効果が飽和し、製造コストが高くなる。したがって、Ｍｏ含有量は１．１０～３．５０％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は１．２０％であり、さらに好ましくは１．５０％であり、さらに好ましくは１．６５％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は３．３０％であり、さらに好ましくは３．１０％であり、さらに好ましくは２．９０％であり、さらに好ましくは２．７０％である。
モリブデン（Ｍｏ）は、鋼材の耐食性を高める。Ｍｏ含有量が１．１０％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、この効果が十分に得られない。一方、Ｍｏ含有量が３．５０％を超えれば、上記効果が飽和し、製造コストが高くなる。したがって、Ｍｏ含有量は１．１０～３．５０％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は１．２０％であり、さらに好ましくは１．５０％であり、さらに好ましくは１．６５％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は３．３０％であり、さらに好ましくは３．１０％であり、さらに好ましくは２．９０％であり、さらに好ましくは２．７０％である。
Ｃｕ：１．００～３．５０％
銅（Ｃｕ）は、Ｎｉと同様にオーステナイト形成元素であり、焼入れ後の組織をマルテンサイト化する。Ｃｕ含有量が１．００％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３．５０％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、Ｃｕ含有量は１．００～３．５０％である。Ｃｕはさらに、鋼材中に析出して、鋼材の被削性を高める。上記効果を有効に得るためのＣｕ含有量の好ましい下限は１．５０％であり、さらに好ましくは１．７５％であり、さらに好ましくは２．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は３．３０％であり、さらに好ましくは３．１０％であり、さらに好ましくは３．００％である。
銅（Ｃｕ）は、Ｎｉと同様にオーステナイト形成元素であり、焼入れ後の組織をマルテンサイト化する。Ｃｕ含有量が１．００％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３．５０％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、Ｃｕ含有量は１．００～３．５０％である。Ｃｕはさらに、鋼材中に析出して、鋼材の被削性を高める。上記効果を有効に得るためのＣｕ含有量の好ましい下限は１．５０％であり、さらに好ましくは１．７５％であり、さらに好ましくは２．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は３．３０％であり、さらに好ましくは３．１０％であり、さらに好ましくは３．００％である。
Ａｌ：０．００５～０．０５０％
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。Ａｌ含有量が０．００５％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、Ａｌ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、粗大なＡｌ酸化物が生成し、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．００５～０．０５０％である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．００６％であり、さらに好ましくは０．００８％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０４７％であり、さらに好ましくは０．０４３％であり、さらに好ましくは０．０４０％である。なお、本明細書におけるＡｌ含有量は、ｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶Ａｌ）の含有量を意味する。
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。Ａｌ含有量が０．００５％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、Ａｌ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、粗大なＡｌ酸化物が生成し、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．００５～０．０５０％である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．００６％であり、さらに好ましくは０．００８％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０４７％であり、さらに好ましくは０．０４３％であり、さらに好ましくは０．０４０％である。なお、本明細書におけるＡｌ含有量は、ｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶Ａｌ）の含有量を意味する。
Ｎ：０．００３０～０．０５００％
窒素（Ｎ）は、鋼材の耐食性を高める。Ｎ含有量が０．００３０％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、Ｎ含有量が０．０５００％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ＴｉＮが生成して、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．００３０～０．０５００％である。Ｎ含有量の好ましい下限は０．００３３％であり、さらに好ましくは０．００３５％であり、さらに好ましくは０．００３８％である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．０４５０％であり、さらに好ましくは０．０４００％であり、さらに好ましくは０．０３５０％であり、さらに好ましくは０．０３００％である。
窒素（Ｎ）は、鋼材の耐食性を高める。Ｎ含有量が０．００３０％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、Ｎ含有量が０．０５００％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ＴｉＮが生成して、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．００３０～０．０５００％である。Ｎ含有量の好ましい下限は０．００３３％であり、さらに好ましくは０．００３５％であり、さらに好ましくは０．００３８％である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．０４５０％であり、さらに好ましくは０．０４００％であり、さらに好ましくは０．０３５０％であり、さらに好ましくは０．０３００％である。
Ｖ：０．０１～０．３０％
バナジウム（Ｖ）は、鋼材中で炭化物、窒化物、及び炭窒化物等の析出物（以下、Ｖ析出物という）を形成して、鋼材の強度を高める。Ｖ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、Ｖ含有量が０．３０％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、Ｖ析出物が過剰に生成して、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０．０１～０．３０％である。Ｖ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％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．２５％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．１５％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．０８％である。
バナジウム（Ｖ）は、鋼材中で炭化物、窒化物、及び炭窒化物等の析出物（以下、Ｖ析出物という）を形成して、鋼材の強度を高める。Ｖ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、Ｖ含有量が０．３０％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、Ｖ析出物が過剰に生成して、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０．０１～０．３０％である。Ｖ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％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．２５％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．１５％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．０８％である。
Ｔｉ：０．０２０～０．１５０％
チタン（Ｔｉ）は、Ｃ又はＮと結合して、炭化物又は窒化物を形成する。この場合、ピンニング効果により結晶粒の粗大化が抑制され、鋼材の強度が高まる。さらに、Ｔｉが炭化物又は窒化物を形成することにより、Ｖ析出物（炭化物、窒化物、炭窒化物）の過剰な生成による強度の過剰な上昇を抑制する。その結果、鋼材の耐食性が高まる。Ｔｉ含有量が０．０２０％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、Ｔｉ含有量が０．１５０％を超えれば、上記効果が飽和する。Ｔｉ含有量が０．１５０％を超えればさらに、Ｔｉ炭化物又はＴｉ窒化物が過剰に生成して、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０．０２０～０．１５０％である。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．１４０％であり、さらに好ましくは０．１３０％である。
チタン（Ｔｉ）は、Ｃ又はＮと結合して、炭化物又は窒化物を形成する。この場合、ピンニング効果により結晶粒の粗大化が抑制され、鋼材の強度が高まる。さらに、Ｔｉが炭化物又は窒化物を形成することにより、Ｖ析出物（炭化物、窒化物、炭窒化物）の過剰な生成による強度の過剰な上昇を抑制する。その結果、鋼材の耐食性が高まる。Ｔｉ含有量が０．０２０％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、Ｔｉ含有量が０．１５０％を超えれば、上記効果が飽和する。Ｔｉ含有量が０．１５０％を超えればさらに、Ｔｉ炭化物又はＴｉ窒化物が過剰に生成して、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０．０２０～０．１５０％である。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．１４０％であり、さらに好ましくは０．１３０％である。
Ｃｏ：０．０１～０．５０％
コバルト（Ｃｏ）は、鋼材の耐食性を高める。Ｃｏはさらに、残留オーステナイトの生成を抑制し、鋼材の強度のばらつきを抑制する。Ｃｏ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、Ｃｏ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、鋼材の靱性が低下する。したがって、Ｃｏ含有量は０．０１～０．５０％である。Ｃｏ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％であり、さらに好ましくは０．１０％である。Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．４５％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３５％である。
コバルト（Ｃｏ）は、鋼材の耐食性を高める。Ｃｏはさらに、残留オーステナイトの生成を抑制し、鋼材の強度のばらつきを抑制する。Ｃｏ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、Ｃｏ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、鋼材の靱性が低下する。したがって、Ｃｏ含有量は０．０１～０．５０％である。Ｃｏ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％であり、さらに好ましくは０．１０％である。Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．４５％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３５％である。
Ｃａ：０．００１０～０．００５０％
カルシウム（Ｃａ）は、鋼材中のＳと結合してＣａ硫化物を形成して、鋼材の被削性を高める。Ｃａ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、Ｃａ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て、鋼材の靱性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０．００１０～０．００５０％である。Ｃａ含有量の好ましい下限は０．００１２％であり、さらに好ましくは０．００１５％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３５％である。
カルシウム（Ｃａ）は、鋼材中のＳと結合してＣａ硫化物を形成して、鋼材の被削性を高める。Ｃａ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、Ｃａ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て、鋼材の靱性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０．００１０～０．００５０％である。Ｃａ含有量の好ましい下限は０．００１２％であり、さらに好ましくは０．００１５％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３５％である。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管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、マルテンサイト系ステンレス鋼管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、意図的に含有させるものではなく、本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼管の効果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］
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｂ、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り、いずれも鋼材の耐食性を高める。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｂ、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り、いずれも鋼材の耐食性を高める。
Ｎｂ：０～０．１５％
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は微細な析出物（炭化物、窒化物、炭窒化物、以下、Ｎｂ析出物という）を生成して、結晶粒を微細化して鋼材の耐食性を高める。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０．１５％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析出物が過剰に形成して、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０～０．１５％である。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．１４％であり、さらに好ましくは０．１３％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
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は微細な析出物（炭化物、窒化物、炭窒化物、以下、Ｎｂ析出物という）を生成して、結晶粒を微細化して鋼材の耐食性を高める。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０．１５％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析出物が過剰に形成して、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０～０．１５％である。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．１４％であり、さらに好ましくは０．１３％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
Ｗ：０～１．５０％
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。つまり、Ｗ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｗは不働態皮膜を安定化して、鋼材の耐食性を高める。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１．５０％を超えれば、ＷはＣと結合して、粗大な炭化物を生成する。この場合、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。したがって、Ｗ含有量は０～１．５０％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０．０３％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、さらに好ましくは１．２０％である。
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。つまり、Ｗ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｗは不働態皮膜を安定化して、鋼材の耐食性を高める。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１．５０％を超えれば、ＷはＣと結合して、粗大な炭化物を生成する。この場合、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。したがって、Ｗ含有量は０～１．５０％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０．０３％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、さらに好ましくは１．２０％である。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｓｎ、Ａｓ、及び、Ｓｂ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り、いずれも鋼材の耐食性を高める。
Ｓｎ：０～０．０１００％
スズ（Ｓｎ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｓｎ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｓｎは鋼材の耐食性を高める。Ｓｎが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。一方、Ｓｎ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、Ｓｎが粒界に偏析して、かえって鋼材の耐食性が低下する。したがって、Ｓｎ含有量は０～０．０１００％である。Ｓｎ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。Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％である。
スズ（Ｓｎ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｓｎ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｓｎは鋼材の耐食性を高める。Ｓｎが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。一方、Ｓｎ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、Ｓｎが粒界に偏析して、かえって鋼材の耐食性が低下する。したがって、Ｓｎ含有量は０～０．０１００％である。Ｓｎ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。Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％である。
Ａｓ：０～０．０１００％
ヒ素（Ａｓ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ａｓ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ａｓは鋼材の耐食性を高める。Ａｓが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。一方、Ａｓ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、Ａｓが粒界に偏析して、かえって鋼材の耐食性が低下する。したがって、Ａｓ含有量は０～０．０１００％である。Ａｓ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。Ａｓ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％である。
ヒ素（Ａｓ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ａｓ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ａｓは鋼材の耐食性を高める。Ａｓが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。一方、Ａｓ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、Ａｓが粒界に偏析して、かえって鋼材の耐食性が低下する。したがって、Ａｓ含有量は０～０．０１００％である。Ａｓ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。Ａｓ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％である。
Ｓｂ：０～０．０１００％
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は鋼材の耐食性を高める。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。一方、Ｓｂ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、Ｓｂが粒界に偏析して、かえって鋼材の耐食性が低下する。したがって、Ｓｂ含有量は０～０．０１００％である。Ｓｂ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。Ｓｂ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％である。
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は鋼材の耐食性を高める。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。一方、Ｓｂ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、Ｓｂが粒界に偏析して、かえって鋼材の耐食性が低下する。したがって、Ｓｂ含有量は０～０．０１００％である。Ｓｂ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。Ｓｂ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％である。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｂ、Ｍｇ、及び、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り、いずれも鋼材の熱間加工性を高める。
Ｂ：０～０．００５０％
ホウ素（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はオーステナイト粒界に偏析して粒界を強化して、鋼材の熱間加工性を高める。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０．００５０％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、Ｃｒ炭硼化物が生成して、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｂ含有量は０～０．００５０％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０．０００２％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３５％であり、さらに好ましくは０．００３０％である。
ホウ素（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はオーステナイト粒界に偏析して粒界を強化して、鋼材の熱間加工性を高める。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０．００５０％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、Ｃｒ炭硼化物が生成して、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｂ含有量は０～０．００５０％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０．０００２％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３５％であり、さらに好ましくは０．００３０％である。
Ｍｇ：０～０．００５０％
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は介在物の形態を制御して、鋼材の熱間加工性を高める。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０．００５０％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され、鋼材の靱性が低下する。したがって、Ｍｇ含有量は０～０．００５０％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０．０００５％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０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３５％である。
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は介在物の形態を制御して、鋼材の熱間加工性を高める。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０．００５０％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され、鋼材の靱性が低下する。したがって、Ｍｇ含有量は０～０．００５０％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０．０００５％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０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３５％である。
希土類元素（ＲＥＭ）：０～０．０１００％
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Ｍｇと同様に、介在物の形態を制御して、鋼材の熱間加工性を高める。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０．０１００％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、粗大な酸化物が形成され、鋼材の靱性が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．０１００％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０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００５０％である。
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Ｍｇと同様に、介在物の形態を制御して、鋼材の熱間加工性を高める。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０．０１００％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、粗大な酸化物が形成され、鋼材の靱性が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．０１００％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０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００５０％である。
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元素以上を意味する。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。
［ミクロ組織］
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管のミクロ組織は、体積％で、０～１５％の残留オーステナイト、０～５％のフェライト、及び、残部が焼戻しマルテンサイトからなる。本明細書において、「残留オーステナイト、フェライト、及び、焼戻しマルテンサイトからなる」とは、残留オーステナイト、フェライト、及び、焼戻しマルテンサイト以外の相が無視できるほど少ないことを意味する。たとえば、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の化学組成においては、析出物や介在物の体積率は、残留オーステナイト、フェライト、及び、焼戻しマルテンサイトの体積率と比較して、無視できるほど小さい。すなわち、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管のミクロ組織には、残留オーステナイト、フェライト、及び、焼戻しマルテンサイト以外に、析出物や介在物等を微小量含んでもよい。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管のミクロ組織は、体積％で、０～１５％の残留オーステナイト、０～５％のフェライト、及び、残部が焼戻しマルテンサイトからなる。本明細書において、「残留オーステナイト、フェライト、及び、焼戻しマルテンサイトからなる」とは、残留オーステナイト、フェライト、及び、焼戻しマルテンサイト以外の相が無視できるほど少ないことを意味する。たとえば、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の化学組成においては、析出物や介在物の体積率は、残留オーステナイト、フェライト、及び、焼戻しマルテンサイトの体積率と比較して、無視できるほど小さい。すなわち、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管のミクロ組織には、残留オーステナイト、フェライト、及び、焼戻しマルテンサイト以外に、析出物や介在物等を微小量含んでもよい。
上述のとおり、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管のミクロ組織において、残留オーステナイトの体積率は０～１５％であり、かつ、フェライトの体積率は０～５％であり、残部は焼戻しマルテンサイトからなる。すなわち、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管のミクロ組織において、焼戻しマルテンサイトの体積率は８０～１００％である。残留オーステナイト及びフェライトの体積率が高すぎれば、鋼材の機械的特性の制御が困難になる。一方、残留オーステナイト及びフェライトの体積率の下限は、０％であってもよい。すなわち、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、焼戻しマルテンサイトのみからなるミクロ組織を有していてもよい。
本実施形態では、ミクロ組織において、残留オーステナイトの体積率の下限は１％であってもよく、２％であってもよい。さらに、ミクロ組織において、残留オーステナイトの体積率の上限は１３％であってもよく、１０％であってもよい。本実施形態では、ミクロ組織において、フェライトの体積率の下限は１％であってもよく、２％であってもよい。さらに、ミクロ組織において、フェライトの体積率の上限は４％であってもよく、３％であってもよい。
［残留オーステナイトの体積率の測定方法］
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼管のミクロ組織における、残留オーステナイトの体積率（％）は、以下に示す方法で求めることができる。
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼管のミクロ組織における、残留オーステナイトの体積率（％）は、以下に示す方法で求めることができる。
残留オーステナイトの体積率を、Ｘ線回折法により求める。具体的には、マルテンサイト系ステンレス鋼管の肉厚中央部から試験片を作製する。試験片の大きさは特に限定されないが、たとえば、１５ｍｍ×１５ｍｍ×厚さ２ｍｍである。この場合、試験片の厚さ方向は、肉厚（管径）方向と平行である。作製した試験片を用いて、α相（フェライト及びマルテンサイト）の（２００）面、α相の（２１１）面、γ相（残留オーステナイト）の（２００）面、γ相の（２２０）面、γ相の（３１１）面の各々のＸ線回折強度を測定し、各面の積分強度を算出する。
Ｘ線回折強度の測定において、Ｘ線回折装置のターゲットをＭｏとする（ＭｏＫα線）。算出後、α相の各面と、γ相の各面との組合せ（２×３＝６組）ごとに式（Ｉ）を用いて残留オーステナイトの体積率Ｖγ（％）を算出する。そして、６組の残留オーステナイトの体積率Ｖγの平均値を、残留オーステナイトの体積率（％）と定義する。
Ｖγ＝１００／｛１＋（Ｉα×Ｒγ）／（Ｉγ×Ｒα）｝ （Ｉ）
ここで、Ｉαはα相の積分強度である。Ｒαはα相の結晶学的理論計算値である。Ｉγはγ相の積分強度である。Ｒγはγ相の結晶学的理論計算値である。なお、本明細書において、α相の（２００）面でのＲαを１５．９、α相の（２１１）面でのＲαを２９．２、γ相の（２００）面でのＲγを３５．５、γ相の（２２０）面でのＲγを２０．８、γ相の（３１１）面でのＲγを２１．８とする。なお、残留オーステナイトの体積率は、得られた数値の小数第一位を四捨五入する。
Ｖγ＝１００／｛１＋（Ｉα×Ｒγ）／（Ｉγ×Ｒα）｝ （Ｉ）
ここで、Ｉαはα相の積分強度である。Ｒαはα相の結晶学的理論計算値である。Ｉγはγ相の積分強度である。Ｒγはγ相の結晶学的理論計算値である。なお、本明細書において、α相の（２００）面でのＲαを１５．９、α相の（２１１）面でのＲαを２９．２、γ相の（２００）面でのＲγを３５．５、γ相の（２２０）面でのＲγを２０．８、γ相の（３１１）面でのＲγを２１．８とする。なお、残留オーステナイトの体積率は、得られた数値の小数第一位を四捨五入する。
［フェライトの体積率の測定方法］
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼管のミクロ組織における、フェライトの体積率（％）は、以下に示す方法で求めることができる。
本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼管のミクロ組織における、フェライトの体積率（％）は、以下に示す方法で求めることができる。
フェライトの体積率を、ＪＩＳ Ｇ ０５５５（２０１５）に準拠した点算法により求める。具体的には、マルテンサイト系ステンレス鋼管の肉厚中央部から試験片を作製する。試験片は、圧延（管軸）方向に垂直な観察面を有していればよく、特に限定されない。試験片を樹脂に埋め込み、鏡面に研磨した観察面を、ビレラ腐食液（エタノール、塩酸、ピクリン酸の混合液）に６０秒間程度浸漬して、エッチングによる組織現出を行う。エッチングされた観察面を、光学顕微鏡を用いて３０視野観察する。視野面積は特に限定されないが、たとえば、１視野あたり０．０３ｍｍ2（倍率４００倍）である。
各観察視野において、フェライトと、その他の相（残留オーステナイトや焼戻しマルテンサイト）とは、当業者であればコントラストから区別することができる。そのため、各観察視野におけるフェライトを、コントラストに基づいて特定する。特定されたフェライトの面積率を、ＪＩＳ Ｇ ０５５５（２０１５）に準拠した点算法によって求める。求めた１０視野におけるフェライトの面積率の算術平均値を、フェライトの体積率（％）と定義する。なお、フェライトの体積率は、得られた数値の小数第一位を四捨五入する。
［焼戻しマルテンサイトの体積率の測定方法］
焼戻しマルテンサイトの体積率（％）を求める場合、次の方法で求めることができる。具体的に、上述のＸ線回折法で得られた残留オーステナイトの体積率（％）と、上述の点算法で得られたフェライトの体積率（％）とを用いて、マルテンサイト系ステンレス鋼管における、ミクロ組織の焼戻しマルテンサイトの体積率（％）を次の式により求める。
焼戻しマルテンサイトの体積率（％）＝１００－｛残留オーステナイトの体積率（％）＋フェライトの体積率（％）｝
焼戻しマルテンサイトの体積率（％）を求める場合、次の方法で求めることができる。具体的に、上述のＸ線回折法で得られた残留オーステナイトの体積率（％）と、上述の点算法で得られたフェライトの体積率（％）とを用いて、マルテンサイト系ステンレス鋼管における、ミクロ組織の焼戻しマルテンサイトの体積率（％）を次の式により求める。
焼戻しマルテンサイトの体積率（％）＝１００－｛残留オーステナイトの体積率（％）＋フェライトの体積率（％）｝
［降伏強度］
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、７５８ＭＰａ以上（１１０ｋｓｉ以上）の降伏強度を有する。本明細書でいう降伏強度は、引張試験で得られた０．２％オフセット耐力を意味する。本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、１１０ｋｓｉ以上の降伏強度を有していても、上述の化学組成及びミクロ組織と、後述のＣａ硫化物とを有することで、優れた被削性を有する。本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管において、降伏強度の上限は特に限定されないが、たとえば、１０６８ＭＰａである。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、７５８ＭＰａ以上（１１０ｋｓｉ以上）の降伏強度を有する。本明細書でいう降伏強度は、引張試験で得られた０．２％オフセット耐力を意味する。本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、１１０ｋｓｉ以上の降伏強度を有していても、上述の化学組成及びミクロ組織と、後述のＣａ硫化物とを有することで、優れた被削性を有する。本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管において、降伏強度の上限は特に限定されないが、たとえば、１０６８ＭＰａである。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の降伏強度は、次の方法で求めることができる。本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管から、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）に準拠して、引張試験片を作製する。具体的には、鋼管の肉厚中央部から、丸棒試験片を作製する。丸棒試験片の大きさは、たとえば、平行部の直径８．９ｍｍ、標点距離３５．６ｍｍである。鋼管から丸棒試験片を作製できない場合、円弧状試験片を作製する。円弧状試験片の大きさは、たとえば、厚さは全肉厚であって、幅２５．４ｍｍ、標点距離５０．８ｍｍである。なお、引張試験片の軸方向は、鋼管の圧延（管軸）方向と平行である。引張試験片を用いて、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）に準拠して、常温（２４±３℃）で引張試験を実施して、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。本実施形態において、降伏強度（ＭＰａ）は、得られた数値の小数第一位を四捨五入して求める。
［Ｃａ硫化物］
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物が３個／ｍｍ2以上である。本明細書では、マルテンサイト系ステンレス鋼管の粒子のうち、粒子の質量％を１００％とした場合に、質量％で、Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上である粒子を、「Ｃａ硫化物」と定義する。本明細書ではさらに、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物を、「粗大Ｃａ硫化物」ともいう。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物が３個／ｍｍ2以上である。本明細書では、マルテンサイト系ステンレス鋼管の粒子のうち、粒子の質量％を１００％とした場合に、質量％で、Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上である粒子を、「Ｃａ硫化物」と定義する。本明細書ではさらに、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物を、「粗大Ｃａ硫化物」ともいう。
上述のとおり、強度を高めたマルテンサイト系ステンレス鋼管では、被削性が低下しやすい。そのため、上述の化学組成と上述のミクロ組織とを有し、１１０ｋｓｉ以上にまで降伏強度を高めたマルテンサイト系ステンレス鋼管では、被削性が低下して、切削加工時の工具摩耗が増加しやすい。そこで本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管では、粗大Ｃａ硫化物を３個／ｍｍ2以上含有する。その結果、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、１１０ｋｓｉ以上の降伏強度を維持しながら、優れた被削性を有する。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管において、粗大Ｃａ硫化物の個数密度の好ましい下限は４個／ｍｍ2であり、さらに好ましくは５個／ｍｍ2であり、さらに好ましくは６個／ｍｍ2である。本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管において、粗大Ｃａ硫化物の個数密度の上限は特に限定されないが、たとえば、２５個／ｍｍ2である。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管において、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物の個数密度は、次の方法で求めることができる。具体的には、マルテンサイト系ステンレス鋼管の肉厚中央部から試験片を作製する。作製した試験片のうち、圧延（管軸）方向及び肉厚（管径）方向を含む面が観察面となるように、試験片を樹脂埋めする。樹脂埋めされた試験片の観察面を研磨する。研磨後の観察面のうち、任意の１０視野を観察する。各視野の面積は、たとえば、７５ｍｍ2（１５ｍｍ×５ｍｍ）とする。
各視野において、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物の個数を求める。具体的には、まず各視野における粒子をコントラストから特定する。特定した各粒子について、元素濃度分析（ＥＤＳ分析）を実施する。ＥＤＳ分析では、加速電圧を２０ｋＶとし、対象元素をＮ、Ｏ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｂとして定量する。各粒子のＥＤＳ分析結果に基づいて、質量％で、Ｃａ含有量が２０％以上であり、Ｓ含有量が１０％以上である粒子を「Ｃａ硫化物」と特定する。
１０視野で特定されたＣａ硫化物のうち、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物（粗大Ｃａ硫化物）の総個数を求める。円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物の総個数と、１０視野の総面積とに基づいて、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物の個数密度（個／ｍｍ2）を求める。本実施形態では、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物の個数密度（個／ｍｍ2）を求める際は、得られた数値の小数第一位を四捨五入する。なお、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物の個数密度の測定は、走査電子顕微鏡に組成分析機能を付与された装置（ＳＥＭ－ＥＤＳ装置）を用いて行うことができる。ＳＥＭ－ＥＤＳ装置としてたとえば、ＦＥＩ（ＡＳＰＥＸ）社製の介在物自動分析装置である商品名：Ｍｅｔａｌｓ Ｑｕａｌｉｔｙ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いることができる。
［Ｃｕ析出物］
好ましくは、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管のミクロ組織において、面積が０．２０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が０．１０超～０．５０％である。本明細書においてＣｕ析出物とは、Ｃｕ及び不純物からなる析出物を意味する。また、本実施形態では、電界放出型電子線マイクロアナライザ（ＦＥ－ＥＰＭＡ）による元素分析において、対象元素をＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｏ、及び、Ｓｉとして定量する。ＦＥ－ＥＰＭＡによる元素分析によって、Ｃｕが６．００質量％以上検出される領域は、Ｃｕ析出物が存在すると判断する。すなわち、本実施形態では、「面積が０．２０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が０．１０超～０．５０％である」とは、ＦＥ－ＥＰＭＡによる元素分析において、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｏ、及び、Ｓｉの合計を１００質量％とした場合、Ｃｕが６．００質量％以上検出され、かつ、連続的に０．２０μｍ2以上を占める領域の面積率が、０．１０超～０．５０％であることを意味する。
好ましくは、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管のミクロ組織において、面積が０．２０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が０．１０超～０．５０％である。本明細書においてＣｕ析出物とは、Ｃｕ及び不純物からなる析出物を意味する。また、本実施形態では、電界放出型電子線マイクロアナライザ（ＦＥ－ＥＰＭＡ）による元素分析において、対象元素をＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｏ、及び、Ｓｉとして定量する。ＦＥ－ＥＰＭＡによる元素分析によって、Ｃｕが６．００質量％以上検出される領域は、Ｃｕ析出物が存在すると判断する。すなわち、本実施形態では、「面積が０．２０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が０．１０超～０．５０％である」とは、ＦＥ－ＥＰＭＡによる元素分析において、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｏ、及び、Ｓｉの合計を１００質量％とした場合、Ｃｕが６．００質量％以上検出され、かつ、連続的に０．２０μｍ2以上を占める領域の面積率が、０．１０超～０．５０％であることを意味する。
本明細書において、面積が０．２０μｍ2以上のＣｕ析出物を「粗大Ｃｕ析出物」ともいう。上述のとおり、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、粗大Ｃａ硫化物を３個／ｍｍ2以上含有し、鋼管の被削性を高める。本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管がさらに、粗大Ｃｕ析出物を含有すれば、切削加工時の工具摩耗がさらに抑制される。具体的には、粗大Ｃｕ析出物の面積率が０．１０％を超えれば、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、さらに優れた被削性を有する。一方、粗大Ｃｕ析出物の面積率が０．５０％を超えれば、鋼管の靭性が顕著に低下する。
したがって、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、上述の化学組成と、上述のミクロ組織とを有し、粗大Ｃａ硫化物を３個／ｍｍ2以上含有し、さらに、粗大Ｃｕ析出物の面積率を０．１０超～０．５０％とするのが好ましい。この場合、１１０ｋｓｉ以上の降伏強度を維持しつつ、鋼管はさらに優れた被削性を有する。本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管において、粗大Ｃｕ析出物の面積率のさらに好ましい下限は０．１１％であり、さらに好ましくは０．１５％である。本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管において、粗大Ｃｕ析出物の面積率のさらに好ましい上限は０．４８％であり、さらに好ましくは０．４５％である。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管において、面積が０．２０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率は、次の方法で求めることができる。本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管から、粗大Ｃｕ析出物観察用の試験片を作製する。具体的に、肉厚中央部から管軸方向５ｍｍ、管径方向５ｍｍの観察面を有する試験片を作製する。なお、上記観察面が得られれば、試験片の大きさは特に限定されない。
得られた観察面のうち、任意の６０μｍ×６０μｍの視野を４視野特定する。特定した各視野を０．１２μｍピッチで５００×５００のピクセルに分割する。各ピクセルの面積は、０．０１４４μｍ2である。各ピクセルに対して、ＦＥ－ＥＰＭＡによる元素分析を行う。ＦＥ－ＥＰＭＡによる元素分析では、加速電圧を１５ｋＶとする。なお、対象元素はＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｏ、及び、Ｓｉとする。
ここで、ＦＥ－ＥＰＭＡでは、装置の特性上、一定の体積を有する範囲について元素分析が実施される。すなわち、観察面に析出物が存在する場合でも、析出物のみの元素分析を実施することはできず、母材も同時に元素分析が実施される。したがって、観察面にＣｕ析出物が存在する領域において、ＦＥ－ＥＰＭＡによる元素分析を行った場合、Ｃｕ以外に母材由来の元素（Ｆｅ等）も検出される。
一方、本実施形態では、母材におけるＣｕ含有量は、上述のとおり、１．００～３．５０％である。そのため、ＦＥ－ＥＰＭＡによる元素分析において、Ｃｕ濃度が６．００質量％以上のピクセルは、少なくともＣｕの濃化が生じている。そこで、本実施形態では、ＦＥ－ＥＰＭＡによる元素分析によって得られたＣｕ濃度が６．００質量％以上のピクセルはＣｕ析出物が存在すると判断する。
具体的に、ＦＥ－ＥＰＭＡによって得られた元素分析結果から、Ｃｕ濃度が６．００質量％以上であるピクセルを「特定ピクセル」ともいう。ここで、複数の特定ピクセルが連続的に隣接する場合、当該複数の特定ピクセルが占める領域（以下、「特定領域」ともいう）には、１個体のＣｕ析出物が存在すると判断する。具体的に、まず、１つの特定ピクセルに着目し、「第１特定ピクセル」とする。次に、第１特定ピクセルに隣接する特定ピクセルを、「第２特定ピクセル」とする。続いて、第２特定ピクセルに隣接し、第１特定ピクセル以外の特定ピクセルを、「第３特定ピクセル」とする。続いて、第３特定ピクセルに隣接し、第１特定ピクセル及び第２特定ピクセル以外の特定ピクセルを、「第４特定ピクセル」とする。このように、隣接する特定ピクセルを連続的に判断する。第ｎ特定ピクセル（ｎは自然数）に該当する特定ピクセルが存在しない場合、第１特定ピクセル～第ｎ－１特定ピクセルまでが占める領域を、特定領域と判断する。
上述のとおり、このようにして特定した、連続的に隣接する特定ピクセルが占める領域（特定領域）には、１個体のＣｕ析出物が存在する。すなわち、特定領域が１４個のピクセル（０．２０μｍ2）以上を含む場合、特定領域には面積０．２０μｍ2以上の１個体のＣｕ析出物が存在する。したがって、本明細書では、特定領域として１４個のピクセル（０．２０μｍ2）以上が含まれる場合、「粗大Ｃｕ析出物」が存在すると判断する。粗大Ｃｕ析出物が存在するとして判断された面積を、各視野においてそれぞれ求める。４視野において求めた粗大Ｃｕ析出物の面積の合計と、４視野の総面積とに基づいて、粗大Ｃｕ析出物の面積率（％）を求めることができる。本実施形態において、粗大Ｃｕ析出物の面積（％）は、得られた数値の小数第三位を四捨五入して求める。
［被削性］
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、上述の化学組成と、上述のミクロ組織とを有し、かつ、粗大Ｃａ硫化物が３個／ｍｍ2以上である。その結果、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、降伏強度が１１０ｋｓｉ以上であっても、優れた被削性を有する。本実施形態において、優れた被削性を有するとは、以下の方法で評価できる。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、上述の化学組成と、上述のミクロ組織とを有し、かつ、粗大Ｃａ硫化物が３個／ｍｍ2以上である。その結果、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、降伏強度が１１０ｋｓｉ以上であっても、優れた被削性を有する。本実施形態において、優れた被削性を有するとは、以下の方法で評価できる。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管に対して、外周旋削加工を実施して、工具寿命を評価する。具体的には、ＪＩＳ Ｂ ４０５３（２０１３）に規定のＰ１０に相当する超硬合金を切削工具として用いる。切削速度を１００ｍ／分とし、送り速度を０．１５ｍｍ／ｒｅｖとし、切り込み量を０．７５ｍｍとし、潤滑剤を使用せずに外周旋削加工を実施する。
鋼管の表面のうち、外周旋削加工が実施された面を、鋼管の仕上げ面とも称する。本実施形態では、工具が寿命を迎えると鋼管の仕上げ面の品位が低下することに着目し、鋼管の仕上げ面の品位を指標として、工具寿命を評価する。具体的に、鋼管の仕上げ面を目視で確認しながら、外周旋削加工を実施する。目視による確認の結果、鋼管の仕上げ面の品位の低下が確認された領域について、最大高さＲｚを測定する。具体的には、最大高さＲｚは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２０１３）に準拠して、表面粗さ計を用いて測定する。最大高さＲｚの測定では、基準長さを２．５ｍｍ、評価長さを１２．５ｍｍとする。
得られた最大高さＲｚが３０μｍを超えている場合、外周旋削加工を終了する。得られた最大高さＲｚが３０μｍ以下である場合、引き続き外周旋削加工を実施する。本実施形態では、新品の工具を用いて外周旋削加工を開始してから、鋼管の仕上げ面の最大高さＲｚが３０μｍを超えるまでに外周旋削加工した距離を、工具寿命と定義する。
なお、外周旋削加工を実施すると、鋼管の仕上げ面には、Ｃａ硫化物に代表される介在物起因の疵が形成される場合がある。鋼管の仕上げ面に形成された疵が介在物起因であることは、当業者であれば目視で特定できる。本実施形態では、鋼管の仕上げ面の品位の評価において、介在物起因の疵は無視する。すなわち、最大高さＲｚを測定する場合も、介在物起因の疵が形成されていない領域において、最大高さＲｚを測定する。
さらに、ＡＰＩ ５ＣＴのＰ１１０に相当し、具体的には、Ｃ：０．２０～０．３０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１．５％以下、及び、Ｍｏ：１．０％以下を含有する鋼管について、同様の外周旋削加工を実施した際の工具寿命を１．０として、工具寿命の相対値を求める。本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、上述の方法で求めた工具寿命（相対値）が０．３以上であれば、優れた被削性を有すると評価する。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管では、上述の化学組成と、上述のミクロ組織とを有し、かつ、粗大Ｃａ硫化物が５個／ｍｍ2以上であるのが好ましい。この場合、マルテンサイト系ステンレス鋼管は、降伏強度が１１０ｋｓｉ以上であっても、さらに優れた被削性を有する。ここで、本実施形態において、上述の方法で求めた工具寿命（相対値）が０．５以上であれば、さらに優れた被削性を有すると評価する。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管では、上述の化学組成と、上述のミクロ組織とを有し、粗大Ｃａ硫化物が３個／ｍｍ2以上であり、さらに、粗大Ｃｕ析出物の面積率が０．１０超～０．５０％であるのが好ましい。この場合、マルテンサイト系ステンレス鋼管は、降伏強度が１１０ｋｓｉ以上であっても、さらに優れた被削性を有する。ここで、本実施形態において、上述の方法で求めた工具寿命（相対値）が０．５以上であれば、さらに優れた被削性を有すると評価する。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管では、上述の化学組成と、上述のミクロ組織とを有し、粗大Ｃａ硫化物が５個／ｍｍ2以上であり、さらに、粗大Ｃｕ析出物の面積率が０．１０超～０．５０％であるのが好ましい。この場合、マルテンサイト系ステンレス鋼管は、降伏強度が１１０ｋｓｉ以上であっても、非常に優れた被削性を有する。ここで、本実施形態において、上述の方法で求めた工具寿命（相対値）が０．７以上であれば、非常に優れた被削性を有すると評価する。
［靭性］
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管では、上述の化学組成と、上述のミクロ組織とを有し、粗大Ｃａ硫化物が３個／ｍｍ2以上であり、さらに、粗大Ｃｕの面積率が０．１０超～０．５０％であるのが好ましい。この場合、マルテンサイト系ステンレス鋼管は、降伏強度が１１０ｋｓｉ以上であっても、優れた靭性を有する。本実施形態において、優れた靭性を有するとは、以下の方法で評価できる。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管では、上述の化学組成と、上述のミクロ組織とを有し、粗大Ｃａ硫化物が３個／ｍｍ2以上であり、さらに、粗大Ｃｕの面積率が０．１０超～０．５０％であるのが好ましい。この場合、マルテンサイト系ステンレス鋼管は、降伏強度が１１０ｋｓｉ以上であっても、優れた靭性を有する。本実施形態において、優れた靭性を有するとは、以下の方法で評価できる。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の靭性は、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１８）に準拠したシャルピー衝撃試験によって評価する。本実施形態による鋼管から、Ｖノッチ試験片を作製する。具体的に、ＡＰＩ ５ＣＲＡ（２０１０）に準拠して、フルサイズ又はサブサイズのＶノッチ試験片を作製する。作製されたＶノッチ試験片に対して、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１８）に準拠したシャルピー衝撃試験を実施して、－１０℃における吸収エネルギー（Ｊ）を求める。なお、サブサイズのＶノッチ試験片を用いた場合、得られた吸収エネルギーをＡＰＩ ５ＣＲＡ（２０１０）に記載された低減率（Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｆａｃｔｏｒ）で除して、フルサイズのＶノッチ試験片での吸収エネルギーに換算する。また、－１０℃における吸収エネルギー（Ｊ）は、得られた数値の小数第一位を四捨五入する。本実施形態では、－１０℃における吸収エネルギーが４０Ｊ以上である場合、優れた靭性を有すると評価する。
［形状及び用途］
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、継目無鋼管であってもよく、溶接鋼管であってもよい。鋼管とは、たとえば、油井管用鋼管である。油井管用鋼管は、油井管用途の鋼管を意味する。油井管はたとえば、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。好ましくは、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、油井管用継目無鋼管である。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、継目無鋼管であってもよく、溶接鋼管であってもよい。鋼管とは、たとえば、油井管用鋼管である。油井管用鋼管は、油井管用途の鋼管を意味する。油井管はたとえば、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。好ましくは、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、油井管用継目無鋼管である。
以上の説明のとおり、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管では、化学組成中の各元素が本実施形態の範囲内であり、体積％で、０～１５％の残留オーステナイト、０～５％のフェライト、及び、残部が焼戻しマルテンサイトからなるミクロ組織を有し、かつ、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物が３個／ｍｍ2以上である。その結果、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、１１０ｋｓｉ以上の降伏強度と、優れた被削性とを有する。
［製造方法］
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法の一例として、継目無鋼管の製造方法を説明する。なお、以下に説明する製造方法は一例であって、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管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によるマルテンサイト系ステンレス鋼管が製造できれば、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、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管を製造する好適な製造方法である。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法の一例として、継目無鋼管の製造方法を説明する。なお、以下に説明する製造方法は一例であって、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管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によるマルテンサイト系ステンレス鋼管が製造できれば、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、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管を製造する好適な製造方法である。
本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法の一例は、素材を製造する工程（製鋼工程）と、素材を熱間加工して素管を製造する工程（熱間加工工程）と、素管に対して焼入れ及び焼戻しを実施する工程（熱処理工程）とを含む。以下、各工程について説明する。
［製鋼工程］
製鋼工程では、溶鋼を製造する工程（精錬工程）と、溶鋼を用いて鋳造法により素材を製造する工程（素材製造工程）とを含む。
製鋼工程では、溶鋼を製造する工程（精錬工程）と、溶鋼を用いて鋳造法により素材を製造する工程（素材製造工程）とを含む。
［精錬工程］
精錬工程では初めに、Ｃｒを含有する溶鋼を取鍋に収納して、取鍋内の溶鋼に対して、大気圧下で脱炭処理を実施する（粗脱炭精錬工程）。粗脱炭精錬工程での脱炭処理により、スラグが生成する。粗脱炭精錬工程後の溶鋼の液面には、脱炭処理により生成したスラグが浮上している。粗脱炭精錬工程において、溶鋼中のＣｒが酸化してＣｒ2Ｏ3が生成する。Ｃｒ2Ｏ3はスラグ中に吸収される。そこで、取鍋に脱酸剤を添加して、スラグ中のＣｒ2Ｏ3を還元し、Ｃｒを溶鋼中に回収する（Ｃｒ還元処理工程）。粗脱炭精錬工程及びＣｒ還元処理工程はたとえば、電気炉法、転炉法、又は、ＡＯＤ（Ａｒｇｏｎ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）法により実施する。Ｃｒ還元処理工程後、溶鋼からスラグを除滓する（除滓処理工程）。
精錬工程では初めに、Ｃｒを含有する溶鋼を取鍋に収納して、取鍋内の溶鋼に対して、大気圧下で脱炭処理を実施する（粗脱炭精錬工程）。粗脱炭精錬工程での脱炭処理により、スラグが生成する。粗脱炭精錬工程後の溶鋼の液面には、脱炭処理により生成したスラグが浮上している。粗脱炭精錬工程において、溶鋼中のＣｒが酸化してＣｒ2Ｏ3が生成する。Ｃｒ2Ｏ3はスラグ中に吸収される。そこで、取鍋に脱酸剤を添加して、スラグ中のＣｒ2Ｏ3を還元し、Ｃｒを溶鋼中に回収する（Ｃｒ還元処理工程）。粗脱炭精錬工程及びＣｒ還元処理工程はたとえば、電気炉法、転炉法、又は、ＡＯＤ（Ａｒｇｏｎ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）法により実施する。Ｃｒ還元処理工程後、溶鋼からスラグを除滓する（除滓処理工程）。
Ｃｒ含有鋼の場合、ＣｒによりＣ活量が低下するため、脱炭反応が抑制されてしまう。そこで、除滓処理工程後の溶鋼に対してさらに、仕上げの脱炭処理を実施する（仕上げ脱炭精錬工程）。仕上げ脱炭精錬工程では、減圧下において脱炭処理を実施する。減圧下で脱炭処理を実施すれば、雰囲気中のＣＯガス分圧（ＰCO）が低くなり、溶鋼中のＣｒの酸化が抑制される。そのため、減圧下で脱炭処理を実施すれば、Ｃｒの酸化を抑制しつつ、溶鋼中のＣ濃度をさらに下げることができる。仕上げ脱炭精錬工程後、溶鋼に脱酸剤を添加して、スラグ中のＣｒ2Ｏ3を還元するＣｒ還元処理を再び実施する（Ｃｒ還元処理工程）。仕上げ脱炭精錬工程、及び、仕上げ脱炭精錬工程後のＣｒ還元処理工程はたとえば、ＶＯＤ（Ｖａｃｕｕｍ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）法により実施してもよく、ＲＨ（Ｒｕｈｒｓｔａｈｌ－Ｈｅｒａｅｕｓ）法により実施してもよい。
Ｃｒ還元処理工程後、取鍋中の溶鋼に対して最終の成分調整と素材製造工程前の溶鋼の温度調整とを実施する（成分調整工程）。成分調整工程はたとえば、ＬＴ（Ｌａｄｌｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）により実施する。成分調整工程の後半で、溶鋼中にＣａを添加する。ここで、Ｃａを添加してから溶鋼内にＣａが均一に分散するまでの時間を「均一混合時間」τと定義する。均一混合時間τは次の式（Ａ）により求めることができる。
τ＝８００×ε-0.4 （Ａ）
ここで、εはＬＴにおける溶鋼の撹拌動力密度であり、式（Ｂ）により定義される。
ε＝２８．５（Ｑ／Ｗ）×Ｔ×ｌｏｇ（１＋Ｈ／１．４８） （Ｂ）
ここで、Ｑは上吹きガス流量（Ｎｍ3／ｍｉｎ）である。Ｗは溶鋼質量（ｔ）である。Ｔは溶鋼温度（Ｋ）である。Ｈは取鍋内の溶鋼の深さ（鋼浴深さ）（ｍ）である。
τ＝８００×ε-0.4 （Ａ）
ここで、εはＬＴにおける溶鋼の撹拌動力密度であり、式（Ｂ）により定義される。
ε＝２８．５（Ｑ／Ｗ）×Ｔ×ｌｏｇ（１＋Ｈ／１．４８） （Ｂ）
ここで、Ｑは上吹きガス流量（Ｎｍ3／ｍｉｎ）である。Ｗは溶鋼質量（ｔ）である。Ｔは溶鋼温度（Ｋ）である。Ｈは取鍋内の溶鋼の深さ（鋼浴深さ）（ｍ）である。
成分調整工程において、取鍋中の溶鋼温度を１５００～１７００℃に保持する。さらに、Ｃａを溶鋼内に投入し、均一混合時間が経過してからの保持時間を「保持時間ｔ」（秒）と定義する。この場合、本実施形態では、均一混合時間が経過してからの保持時間ｔを６０秒未満とする。
保持時間ｔが６０秒以上である場合、溶鋼に添加したＣａが、溶鋼中の介在物を改質し、サイズの大きいＣａ硫化物を鋼材中に残存させることができない。そのため、製造されたマルテンサイト系ステンレス鋼管において、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物（粗大Ｃａ硫化物）の個数密度が３個／ｍｍ2未満となる。その結果、鋼管の被削性が低下する。一方、保持時間ｔが６０秒未満であれば、溶鋼に添加したＣａが硫化物を形成して、粗大Ｃａ硫化物としてマルテンサイト系ステンレス鋼管に残存する。そのため、粗大Ｃａ硫化物の個数密度を３個／ｍｍ2以上にすることができる。その結果、鋼管の被削性が高まる。
以上のとおり、本実施形態の成分調整工程では、均一混合時間が経過してからの保持時間ｔを６０秒未満とするのが好ましい。さらに好ましくは、本実施形態の成分調整工程において、均一混合時間が経過してからの保持時間ｔを３０秒以下とする。この場合、粗大Ｃａ硫化物の個数密度を５個／ｍｍ2以上にまで高めることができる。その結果、製造されたマルテンサイト系ステンレス鋼管は、さらに優れた被削性が得られる。なお、本実施形態の成分調整工程において、均一混合時間が経過してからの保持時間ｔの下限は特に限定されないが、たとえば、１０秒である。
［素材製造工程］
上述の精錬工程により製造された溶鋼を用いて、素材（鋳片又はインゴット）を製造する。具体的には、溶鋼を用いて連続鋳造法により鋳片を製造する。鋳片はスラブでもよいし、ブルームでもよいし、ビレットでもよい。又は、溶鋼を用いて造塊法によりインゴットとしてもよい。鋳片又はインゴットに対してさらに、分塊圧延等を実施して、ビレットを製造してもよい。以上の工程により、素材を製造する。
上述の精錬工程により製造された溶鋼を用いて、素材（鋳片又はインゴット）を製造する。具体的には、溶鋼を用いて連続鋳造法により鋳片を製造する。鋳片はスラブでもよいし、ブルームでもよいし、ビレットでもよい。又は、溶鋼を用いて造塊法によりインゴットとしてもよい。鋳片又はインゴットに対してさらに、分塊圧延等を実施して、ビレットを製造してもよい。以上の工程により、素材を製造する。
［熱間加工工程］
熱間加工工程では、素材を熱間加工して素管を製造する。上述のとおり、本実施形態では、製造方法の一例として、継目無鋼管の製造方法を説明する。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、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。熱間加工の方法は、特に限定されず、周知の方法でよい。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。
熱間加工工程では、素材を熱間加工して素管を製造する。上述のとおり、本実施形態では、製造方法の一例として、継目無鋼管の製造方法を説明する。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、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。熱間加工の方法は、特に限定されず、周知の方法でよい。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。
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。
熱間加工により製造された素管は空冷されてもよい（Ａｓ－Ｒｏｌｌｅｄ）。熱間加工により製造された素管はまた、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。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、次工程の熱処理工程（焼入れ及び焼戻し）前に、応力除去焼鈍（ＳＲ処理）を実施してもよい。
［熱処理工程］
熱処理工程では、素管に対して熱処理を実施する。具体的に、熱処理工程は、焼入れ工程及び焼戻し工程を含む。
熱処理工程では、素管に対して熱処理を実施する。具体的に、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、初めに、熱間加工工程で製造された素管に対して、焼入れを実施する（焼入れ工程）。焼入れは周知の方法で実施する。具体的には、たとえば、熱間加工工程後の素管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ＡC3変態点以上であり、たとえば、９００～１０００℃である。素管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、たとえば、１０～６０分である。焼入れ方法はたとえば、水冷である。焼入れ方法は特に制限されない。たとえば、水槽又は油槽に浸漬して素管を急冷してもよい。シャワー冷却又はミスト冷却により、素管の外面及び／又は内面に対して冷却水を注いだり、噴射したりして、素管を急冷してもよい。
熱処理工程では、初めに、熱間加工工程で製造された素管に対して、焼入れを実施する（焼入れ工程）。焼入れは周知の方法で実施する。具体的には、たとえば、熱間加工工程後の素管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ＡC3変態点以上であり、たとえば、９００～１０００℃である。素管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、たとえば、１０～６０分である。焼入れ方法はたとえば、水冷である。焼入れ方法は特に制限されない。たとえば、水槽又は油槽に浸漬して素管を急冷してもよい。シャワー冷却又はミスト冷却により、素管の外面及び／又は内面に対して冷却水を注いだり、噴射したりして、素管を急冷してもよい。
なお、上述のとおり、熱間加工工程後、素管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。熱間加工後の素管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。
［焼戻し工程］
焼入れ後の素管に対してさらに、焼戻しを実施する（焼戻し工程）。焼戻し工程では、鋼材の化学組成、及び、得ようとする降伏強度に応じて、焼戻し温度及び焼戻し時間を調整する。本実施形態の焼戻し工程では、焼戻し温度は、たとえば、５００～６５０℃である。本実施形態の焼戻し工程では、焼戻し時間は、たとえば、３０～１８０分である。なお、本明細書において、焼戻し温度とは、焼戻しを実施するための熱処理炉の温度を意味する。本明細書においてさらに、焼戻し時間とは、素管が焼戻し温度で保持される時間を意味する。
焼入れ後の素管に対してさらに、焼戻しを実施する（焼戻し工程）。焼戻し工程では、鋼材の化学組成、及び、得ようとする降伏強度に応じて、焼戻し温度及び焼戻し時間を調整する。本実施形態の焼戻し工程では、焼戻し温度は、たとえば、５００～６５０℃である。本実施形態の焼戻し工程では、焼戻し時間は、たとえば、３０～１８０分である。なお、本明細書において、焼戻し温度とは、焼戻しを実施するための熱処理炉の温度を意味する。本明細書においてさらに、焼戻し時間とは、素管が焼戻し温度で保持される時間を意味する。
本実施形態の焼戻し工程ではさらに、好ましくは、焼戻し温度及び焼戻し時間を調整することにより、素管中に粗大Ｃｕ析出物を析出させる。具体的には、上述の化学組成を有する素管のうち、Ｃｕ含有量が１．５０～３．５０％の素管に対して焼戻しを実施する場合、焼戻しにおけるＬａｒｓｏｎ－ＭｉｌｌｅｒパラメータＬＭＰ（＝（焼戻し温度（℃）＋２７３）×（ｌｏｇ（焼戻し時間（分）／６０）＋２０））を１７０００～１７８００に調整するのが好ましい。
本実施形態の焼戻し工程では、焼戻しにおけるＬａｒｓｏｎ－ＭｉｌｌｅｒパラメータＬＭＰが１７０００未満であれば、粗大Ｃｕ析出物の面積率が０．１０％以下になる場合がある。一方、焼戻しにおけるＬａｒｓｏｎ－ＭｉｌｌｅｒパラメータＬＭＰが１７８００超であれば、１１０ｋｓｉ以上の降伏強度が得られない場合がある。この場合さらに、粗大Ｃｕ析出物の面積率が０．５０％超になる場合がある。
そこで、本実施形態の焼戻し工程では、好ましくは、Ｃｕ含有量が１．５０～３．５０％の素管に対する焼戻しにおけるＬａｒｓｏｎ－ＭｉｌｌｅｒパラメータＬＭＰを１７０００～１７８００に調整する。この場合、焼戻し中に粗大Ｃｕ析出物を適切に析出させることができる。その結果、製造されたマルテンサイト系ステンレス鋼管のミクロ組織において、粗大Ｃｕ析出物の面積率を０．１０超～０．５０％にすることができる。この場合、鋼管はさらに優れた被削性を有する。
本実施形態の焼戻し工程ではさらに、好ましくは、焼戻しを実施した後の冷却速度を調整することにより、素管中の粗大Ｃｕ析出物の面積率を調整する。具体的には、上述の化学組成のうち、Ｃｕ含有量が１．５０～３．５０％の素管であれば、焼戻し後の冷却速度を１５℃／分以上とするのが好ましい。ここで、焼戻し後の冷却速度とは、素管の温度が焼戻し温度～３００℃になるまでの冷却速度を意味する。なお、素管は、３００℃以下まで素管を冷却されるのが好ましい。本実施形態の焼戻し工程では、焼戻し後の冷却速度が１５℃／分未満であれば、粗大Ｃｕ析出物の面積率が０．５０％超になる場合がある。
そこで、本実施形態の焼戻し工程では、好ましくは、焼戻し後の冷却速度を１５℃／分以上にする。この場合、焼戻し後の冷却中に粗大Ｃｕ析出物が析出しすぎるのを抑制することができる。その結果、製造されたマルテンサイト系ステンレス鋼管のミクロ組織において、粗大Ｃｕ析出物の面積率を０．１０超～０．５０％にすることができる。この場合、鋼管は優れた被削性に加えて、優れた靭性も有する。なお、冷却速度の上限は、特に限定されない。
以上の工程により、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管を製造することができる。なお、上述のとおり、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管は、上述の製造方法に限定されない。具体的には、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、体積％で、０～１５％の残留オーステナイト、０～５％のフェライト、及び、残部が焼戻しマルテンサイトからなるミクロ組織を有し、１１０ｋｓｉ以上の降伏強度を有し、さらに、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物が３個／ｍｍ2以上であるマルテンサイト系ステンレス鋼管を製造できれば、本実施形態のマルテンサイト系ステンレス鋼管の製造方法は上述の製造方法に限定されない。以下、実施例によって本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管を、さらに具体的に説明する。
表１及び表２に示す化学組成を有する溶鋼を製造した。なお、表１及び表２中の「－」は、該当する元素の含有量が、表１及び表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。たとえば、試験番号１のＮｂ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Ｗ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Ｓｎ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Ａｓ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。試験番号１のＭｇ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ＲＥＭ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。
各試験番号の溶鋼は次のとおり製造した。Ｃｒを含有する溶鋼を取鍋に収納して、ＡＯＤ法により周知の粗脱炭精錬工程及びＣｒ還元処理工程を実施した。Ｃｒ還元処理工程後、溶鋼からスラグを除滓する除滓処理工程を実施した。さらに、ＶＯＤ法により、周知の仕上げ脱炭精錬工程及びＣｒ還元処理工程を実施した。
ＶＯＤ法によるＣｒ還元処理工程後、ＬＴにより、取鍋中の溶鋼に対して最終の成分調整と素材製造工程前の溶鋼の温度調整とを実施した。溶鋼温度はいずれも１５００～１７００℃であった。さらに、溶鋼中にＣａを添加した。Ｃａを添加した後均一混合時間経過後の保持時間ｔ（秒）を表３に示すとおり調整した。以上の工程により、表１及び表２に示す化学組成の溶鋼を製造した。
各試験番号の溶鋼を用いて、外径３１０ｍｍのビレットを製造した。製造したビレットを１２５０℃に加熱した後、マンネスマン法により熱間圧延を実施して、外径２４４．４８ｍｍ、肉厚１３．８４ｍｍの素管（継目無鋼管）を製造した。
各試験番号の素管に対して、焼入れ及び焼戻しを実施した。焼入れは、いずれも焼入れ温度９２０℃で１０分保持した後、急冷することにより実施した。焼入れ後の各試験番号の素管に対して、焼戻しを実施した。焼戻し後の鋼管（継目無鋼管）の降伏強度が１１０ｋｓｉ以上（７５８ＭＰａ以上）となるように、各試験番号について、焼戻し温度を５００～６５０℃の範囲で、焼戻し時間を３０～１８０分の範囲で調整した。各試験番号の素管に対して実施した焼戻しについて、焼戻し温度と焼戻し時間とから求めたＬａｒｓｏｎ－ＭｉｌｌｅｒパラメータＬＭＰ（＝（焼戻し温度（℃）＋２７３）×（ｌｏｇ（焼戻し時間（分）／６０）＋２０））を「ＬＭＰ」として表３に示す。
各試験番号の素管について、焼戻し後に室温（２５℃）まで冷却した。各試験番号における、焼戻し後の冷却速度を表３に示す。具体的に、表３中の「冷却速度」欄において、「Ｆ」（Ｆａｓｔ）は、焼戻し温度～３００℃までの冷却速度が１５℃／分以上であったことを意味する。表３中の「冷却速度」欄において、「Ｓ」（Ｓｌｏｗ）は、焼戻し温度～３００℃までの冷却速度が１５℃／分未満であったことを意味する。
以上の製造工程により、試験番号１～４１の継目無鋼管を製造した。
［評価試験］
製造された各試験番号の継目無鋼管に対して、引張試験、ミクロ組織観察試験、粗大Ｃａ硫化物個数密度測定試験、粗大Ｃｕ析出物面積率測定試験、被削性評価試験、及び、靭性評価試験を実施した。
製造された各試験番号の継目無鋼管に対して、引張試験、ミクロ組織観察試験、粗大Ｃａ硫化物個数密度測定試験、粗大Ｃｕ析出物面積率測定試験、被削性評価試験、及び、靭性評価試験を実施した。
［引張試験］
各試験番号の継目無鋼管に対して、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）に準拠して、引張試験を実施した。具体的には、各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部から、丸棒引張試験片を作製した。丸棒引張試験片の平行部の直径は８．９ｍｍであり、平行部の長さは３５．６ｍｍであった。丸棒引張試験片の長手方向は、継目無鋼管の圧延方向（管軸方向）と平行であった。各試験番号の丸棒引張試験片を用いて、常温（２５℃）、大気中にて引張試験を実施して、０．２％オフセット耐力（ＭＰａ）を求めた。求めた０．２％オフセット耐力を降伏強度（ＭＰａ）と定義した。得られた各試験番号の降伏強度を、表３の「ＹＳ（ＭＰａ）」欄に示す。
各試験番号の継目無鋼管に対して、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）に準拠して、引張試験を実施した。具体的には、各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部から、丸棒引張試験片を作製した。丸棒引張試験片の平行部の直径は８．９ｍｍであり、平行部の長さは３５．６ｍｍであった。丸棒引張試験片の長手方向は、継目無鋼管の圧延方向（管軸方向）と平行であった。各試験番号の丸棒引張試験片を用いて、常温（２５℃）、大気中にて引張試験を実施して、０．２％オフセット耐力（ＭＰａ）を求めた。求めた０．２％オフセット耐力を降伏強度（ＭＰａ）と定義した。得られた各試験番号の降伏強度を、表３の「ＹＳ（ＭＰａ）」欄に示す。
［ミクロ組織観察試験］
各試験番号の継目無鋼管に対して、ミクロ組織観察試験を実施して、残留オーステナイト及びフェライトの体積率を求めた。各試験番号の継目無鋼管について、上述のＸ線回折法により、残留オーステナイトの体積率（％）を求めた。得られた各試験番号の継目無鋼管における残留オーステナイトの体積率（％）を、表３の「残留γ（％）」欄に示す。さらに、各試験番号の継目無鋼管について、上述のＪＩＳ Ｇ ０５５５（２０１５）に準拠した点算法により、フェライトの体積率（％）を求めた。得られた各試験番号のフェライトの体積率（％）を、表３の「フェライト（％）」欄に示す。
各試験番号の継目無鋼管に対して、ミクロ組織観察試験を実施して、残留オーステナイト及びフェライトの体積率を求めた。各試験番号の継目無鋼管について、上述のＸ線回折法により、残留オーステナイトの体積率（％）を求めた。得られた各試験番号の継目無鋼管における残留オーステナイトの体積率（％）を、表３の「残留γ（％）」欄に示す。さらに、各試験番号の継目無鋼管について、上述のＪＩＳ Ｇ ０５５５（２０１５）に準拠した点算法により、フェライトの体積率（％）を求めた。得られた各試験番号のフェライトの体積率（％）を、表３の「フェライト（％）」欄に示す。
［粗大Ｃａ硫化物個数密度測定試験］
各試験番号の継目無鋼管に対して、粗大Ｃａ硫化物個数密度測定試験を実施して、円相当径１．０μｍ以上のＣａ硫化物（粗大Ｃａ硫化物）の個数密度を求めた。各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部から作製した試験片を用いて、上述の方法で、粗大Ｃａ硫化物の個数密度を求めた。得られた各試験番号の粗大Ｃａ硫化物の個数密度（個／ｍｍ2）を、表３の「粗大Ｃａ硫化物（個／ｍｍ2）」欄に示す。
各試験番号の継目無鋼管に対して、粗大Ｃａ硫化物個数密度測定試験を実施して、円相当径１．０μｍ以上のＣａ硫化物（粗大Ｃａ硫化物）の個数密度を求めた。各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部から作製した試験片を用いて、上述の方法で、粗大Ｃａ硫化物の個数密度を求めた。得られた各試験番号の粗大Ｃａ硫化物の個数密度（個／ｍｍ2）を、表３の「粗大Ｃａ硫化物（個／ｍｍ2）」欄に示す。
［粗大Ｃｕ析出物面積率測定試験］
各試験番号の継目無鋼管に対して、粗大Ｃｕ析出物面積率測定試験を実施して、面積が０．２０μｍ2以上のＣｕ析出物（粗大Ｃｕ析出物）の面積率を求めた。各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部から作製した試験片を用いて、上述の方法で、粗大Ｃｕ析出物の面積率を求めた。得られた各試験番号の粗大Ｃｕ析出物の面積率（％）を、表３の「粗大Ｃｕ析出物（％）」欄に示す。
各試験番号の継目無鋼管に対して、粗大Ｃｕ析出物面積率測定試験を実施して、面積が０．２０μｍ2以上のＣｕ析出物（粗大Ｃｕ析出物）の面積率を求めた。各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部から作製した試験片を用いて、上述の方法で、粗大Ｃｕ析出物の面積率を求めた。得られた各試験番号の粗大Ｃｕ析出物の面積率（％）を、表３の「粗大Ｃｕ析出物（％）」欄に示す。
［被削性評価試験］
各試験番号の継目無鋼管に対して、上述の方法で外周旋削加工を実施して、被削性を評価した。本実施例では、被削性の評価指標として、工具寿命を用いた。具体的には、ＪＩＳ Ｂ ４０５３（２０１３）に規定のＰ１０に相当する超硬合金を切削工具として用いた。切削の条件は、切削速度：１００ｍ／分、送り速度：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み量：０．７５ｍｍ、及び、潤滑剤：不使用とした。上述の方法で、鋼管の仕上げ面を目視及びＪＩＳ Ｂ ０６０１（２０１３）に準拠した表面粗さ計による最大高さＲｚによって、各試験番号の鋼管の仕上げ面の品位を評価した。
各試験番号の継目無鋼管に対して、上述の方法で外周旋削加工を実施して、被削性を評価した。本実施例では、被削性の評価指標として、工具寿命を用いた。具体的には、ＪＩＳ Ｂ ４０５３（２０１３）に規定のＰ１０に相当する超硬合金を切削工具として用いた。切削の条件は、切削速度：１００ｍ／分、送り速度：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、切り込み量：０．７５ｍｍ、及び、潤滑剤：不使用とした。上述の方法で、鋼管の仕上げ面を目視及びＪＩＳ Ｂ ０６０１（２０１３）に準拠した表面粗さ計による最大高さＲｚによって、各試験番号の鋼管の仕上げ面の品位を評価した。
上述のとおり、鋼管の仕上げ面の最大高さＲｚが３０μｍを超えていれば、外周旋削加工を終了した。本実施例では、新品の工具を用いて外周旋削加工を開始してから、鋼管の仕上げ面の最大高さＲｚが３０μｍを超えるまでに外周旋削加工した距離を、各試験番号の工具寿命と定義した。さらに、ＡＰＩ ５ＣＴのＰ１１０に相当し、具体的には、Ｃ：０．２０～０．３０％、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：２．０％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｃｒ：１．５％以下、及び、Ｍｏ：１．０％以下を含有する鋼管に対して同様の外周旋削加工を実施した際の工具寿命を１．０として、工具寿命（相対値）を求めた。得られた各試験番号の工具寿命（相対値）を、表３の「工具寿命（相対値）」欄に示す。
［靭性評価試験］
各試験番号の継目無鋼管に対して、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１８）に準拠したシャルピー衝撃試験を実施して、靭性を評価した。各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部から、ＡＰＩ ５ＣＲＡ（２０１０）に準拠して、シャルピー衝撃試験用のフルサイズの２ｍｍＶノッチ試験片を作製した。試験片の長さ方向は、継目無鋼管の圧延方向（管軸方向）と垂直であった。また、ノッチ面は、継目無鋼管の圧延方向（管軸方向）と垂直であった。作製された各試験番号の３本の試験片を－１０℃に冷却し、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１６）に準拠したシャルピー衝撃試験を実施して、吸収エネルギー（Ｊ）を求めた。求めた吸収エネルギーの算術平均値を、吸収エネルギー（Ｊ）と定義した。得られた吸収エネルギー（Ｊ）が４０Ｊ以上の場合、優れた靭性を有する（表３中の「Ｅ」（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ））と評価した。得られた吸収エネルギー（Ｊ）が４０Ｊ未満の場合、優れた靭性を有さない（表３中の「ＮＡ」（Ｎｏｔ Ａｃｃｅｐｔａｂｌｅ））と評価した。各試験番号の靭性の評価結果を、表３の「靭性」欄に示す。
各試験番号の継目無鋼管に対して、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１８）に準拠したシャルピー衝撃試験を実施して、靭性を評価した。各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部から、ＡＰＩ ５ＣＲＡ（２０１０）に準拠して、シャルピー衝撃試験用のフルサイズの２ｍｍＶノッチ試験片を作製した。試験片の長さ方向は、継目無鋼管の圧延方向（管軸方向）と垂直であった。また、ノッチ面は、継目無鋼管の圧延方向（管軸方向）と垂直であった。作製された各試験番号の３本の試験片を－１０℃に冷却し、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１６）に準拠したシャルピー衝撃試験を実施して、吸収エネルギー（Ｊ）を求めた。求めた吸収エネルギーの算術平均値を、吸収エネルギー（Ｊ）と定義した。得られた吸収エネルギー（Ｊ）が４０Ｊ以上の場合、優れた靭性を有する（表３中の「Ｅ」（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ））と評価した。得られた吸収エネルギー（Ｊ）が４０Ｊ未満の場合、優れた靭性を有さない（表３中の「ＮＡ」（Ｎｏｔ Ａｃｃｅｐｔａｂｌｅ））と評価した。各試験番号の靭性の評価結果を、表３の「靭性」欄に示す。
［評価結果］
表１～表３を参照して、試験番号１～３４の継目無鋼管は、化学組成が適切であり、製造方法も上述の好ましい製造方法の条件を満たしていた。その結果、これらの継目無鋼管は、降伏強度が７５８ＭＰａ以上であった。これらの継目無鋼管はさらに、ミクロ組織において、残留オーステナイトが０～１５体積％であり、フェライトが０～５体積％であった。これらの継目無鋼管はさらに、粗大Ｃａ硫化物の個数密度が３個／ｍｍ2以上であった。その結果、これらの継目無鋼管は、工具寿命（相対値）が０．３以上となり、優れた被削性を有していた。すなわち、試験番号１～３４の継目無鋼管は、１１０ｋｓｉ以上の降伏強度と、優れた被削性とを有していた。
表１～表３を参照して、試験番号１～３４の継目無鋼管は、化学組成が適切であり、製造方法も上述の好ましい製造方法の条件を満たしていた。その結果、これらの継目無鋼管は、降伏強度が７５８ＭＰａ以上であった。これらの継目無鋼管はさらに、ミクロ組織において、残留オーステナイトが０～１５体積％であり、フェライトが０～５体積％であった。これらの継目無鋼管はさらに、粗大Ｃａ硫化物の個数密度が３個／ｍｍ2以上であった。その結果、これらの継目無鋼管は、工具寿命（相対値）が０．３以上となり、優れた被削性を有していた。すなわち、試験番号１～３４の継目無鋼管は、１１０ｋｓｉ以上の降伏強度と、優れた被削性とを有していた。
試験番号１～３２の継目無鋼管はさらに、粗大Ｃａ硫化物の個数密度が５個／ｍｍ2以上であった。その結果、これらの継目無鋼管は、工具寿命（相対値）が０．５以上となり、さらに優れた被削性を有していた。
試験番号１～２８及び３３の継目無鋼管はさらに、Ｃｕ含有量が１．５０～３．５０％であり、粗大Ｃｕ析出物の面積率が０．１０超～０．５０％であった。その結果、これらの継目無鋼管は、工具寿命（相対値）が０．５以上となり、さらに優れた被削性を有していた。その結果さらに、これらの継目無鋼管は、靭性の評価結果が「Ｅ」であり、優れた靭性を有していた。
試験番号１～２８の継目無鋼管はさらに、Ｃｕ含有量が１．５０～３．５０％であり、粗大Ｃａ硫化物の個数密度が５個／ｍｍ2以上であり、粗大Ｃｕ析出物の面積率が０．１０超～０．５０％であった。その結果、これらの継目無鋼管は、工具寿命（相対値）が０．７以上となり、非常に優れた被削性を有していた。その結果さらに、これらの継目無鋼管は、靭性の評価結果が「Ｅ」であり、優れた靭性を有していた。
一方、試験番号３５及び３６の継目無鋼管は、保持時間ｔが長すぎた。その結果、これらの継目無鋼管は、粗大Ｃａ硫化物の個数密度が３個／ｍｍ2未満であった。その結果、これらの継目無鋼管は、工具寿命（相対値）が０．３未満となり、優れた被削性を有していなかった。
試験番号３７の継目無鋼管は、保持時間ｔが長すぎ、さらに、焼戻しのＬＭＰが１７８００を超えた。その結果、この継目無鋼管は、降伏強度が７５８ＭＰａ未満となり、１１０ｋｓｉ以上の降伏強度を有していなかった。この継目無鋼管はさらに、粗大Ｃａ硫化物の個数密度が３個／ｍｍ2未満であった。その結果、この継目無鋼管は、工具寿命（相対値）が０．３未満となり、優れた被削性を有していなかった。
試験番号３８の継目無鋼管は、保持時間ｔが長すぎ、さらに、焼戻しのＬＭＰが１７８００を超えた。その結果、この継目無鋼管は、降伏強度が７５８ＭＰａ未満となり、１１０ｋｓｉ以上の降伏強度を有していなかった。この継目無鋼管はさらに、粗大Ｃａ硫化物の個数密度が３個／ｍｍ2未満であった。その結果、この継目無鋼管は、工具寿命（相対値）が０．３未満となり、優れた被削性を有していなかった。この継目無鋼管はさらに、粗大Ｃｕ析出物面積率が０．５０％を超えた。その結果さらに、この継目無鋼管は、靭性の評価結果が「ＮＡ」であり、優れた靭性を有していなかった。
試験番号３９の継目無鋼管は、Ｓ含有量が低すぎた。その結果、この継目無鋼管は、粗大Ｃａ硫化物の個数密度が３個／ｍｍ2未満であった。その結果、この継目無鋼管は、工具寿命（相対値）が０．３未満となり、優れた被削性を有していなかった。
試験番号４０の継目無鋼管は、Ｃａ含有量が低すぎた。その結果、この継目無鋼管は、粗大Ｃａ硫化物の個数密度が３個／ｍｍ2未満であった。その結果、この継目無鋼管は、工具寿命（相対値）が０．３未満となり、優れた被削性を有していなかった。
試験番号４１の継目無鋼管は、Ｃ含有量が高すぎた。その結果、この継目無鋼管は、靭性の評価結果が「ＮＡ」であり、優れた靭性を有していなかった。
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。
なお、本実施形態によるマルテンサイト系ステンレス鋼管の要旨は、以下のとおりに記載することもできる。
［１］
質量％で、
Ｃ：０．０３０％未満、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．００１０～０．００５０％、
Ｃｒ：１０．００～１４．００％、
Ｎｉ：５．００～７．５０％、
Ｍｏ：１．１０～３．５０％、
Ｃｕ：１．００～３．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．０５０％、
Ｎ：０．００３０～０．０５００％、
Ｖ：０．０１～０．３０％、
Ｔｉ：０．０２０～０．１５０％、
Ｃｏ：０．０１～０．５０％、
Ｃａ：０．００１０～０．００５０％、及び、
残部：Ｆｅ及び不純物からなり、
ミクロ組織が、体積％で、０～１５％の残留オーステナイト、０～５％のフェライト、及び、残部が焼戻しマルテンサイトからなり、
降伏強度が７５８ＭＰａ以上であり、
Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上であり、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物が３個／ｍｍ2以上である、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
質量％で、
Ｃ：０．０３０％未満、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．００１０～０．００５０％、
Ｃｒ：１０．００～１４．００％、
Ｎｉ：５．００～７．５０％、
Ｍｏ：１．１０～３．５０％、
Ｃｕ：１．００～３．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．０５０％、
Ｎ：０．００３０～０．０５００％、
Ｖ：０．０１～０．３０％、
Ｔｉ：０．０２０～０．１５０％、
Ｃｏ：０．０１～０．５０％、
Ｃａ：０．００１０～０．００５０％、及び、
残部：Ｆｅ及び不純物からなり、
ミクロ組織が、体積％で、０～１５％の残留オーステナイト、０～５％のフェライト、及び、残部が焼戻しマルテンサイトからなり、
降伏強度が７５８ＭＰａ以上であり、
Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上であり、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物が３個／ｍｍ2以上である、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
［２］
質量％で、
Ｃ：０．０３０％未満、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．００１０～０．００５０％、
Ｃｒ：１０．００～１４．００％、
Ｎｉ：５．００～７．５０％、
Ｍｏ：１．１０～３．５０％、
Ｃｕ：１．００～３．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．０５０％、
Ｎ：０．００３０～０．０５００％、
Ｖ：０．０１～０．３０％、
Ｔｉ：０．０２０～０．１５０％、
Ｃｏ：０．０１～０．５０％、
Ｃａ：０．００１０～０．００５０％、を含有し、さらに、
Ｎｂ：０．１５％以下、
Ｗ：１．５０％以下、
Ｓｎ：０．０１００％以下、
Ａｓ：０．０１００％以下、
Ｓｂ：０．０１００％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．００５０％以下、
希土類元素：０．０１００％以下、からなる群から選択される１元素以上を含有し、
残部：Ｆｅ及び不純物からなり、
ミクロ組織が、体積％で、０～１５％の残留オーステナイト、０～５％のフェライト、及び、残部が焼戻しマルテンサイトからなり、
降伏強度が７５８ＭＰａ以上であり、
Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上であり、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物が３個／ｍｍ2以上である、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
質量％で、
Ｃ：０．０３０％未満、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．００１０～０．００５０％、
Ｃｒ：１０．００～１４．００％、
Ｎｉ：５．００～７．５０％、
Ｍｏ：１．１０～３．５０％、
Ｃｕ：１．００～３．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．０５０％、
Ｎ：０．００３０～０．０５００％、
Ｖ：０．０１～０．３０％、
Ｔｉ：０．０２０～０．１５０％、
Ｃｏ：０．０１～０．５０％、
Ｃａ：０．００１０～０．００５０％、を含有し、さらに、
Ｎｂ：０．１５％以下、
Ｗ：１．５０％以下、
Ｓｎ：０．０１００％以下、
Ａｓ：０．０１００％以下、
Ｓｂ：０．０１００％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．００５０％以下、
希土類元素：０．０１００％以下、からなる群から選択される１元素以上を含有し、
残部：Ｆｅ及び不純物からなり、
ミクロ組織が、体積％で、０～１５％の残留オーステナイト、０～５％のフェライト、及び、残部が焼戻しマルテンサイトからなり、
降伏強度が７５８ＭＰａ以上であり、
Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上であり、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物が３個／ｍｍ2以上である、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
［３］
［２］に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管であって、
Ｎｂ：０．１５％以下、及び、
Ｗ：１．５０％以下、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
［２］に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管であって、
Ｎｂ：０．１５％以下、及び、
Ｗ：１．５０％以下、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
［４］
［２］又は［３］に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管であって、
Ｓｎ：０．０１００％以下、
Ａｓ：０．０１００％以下、及び、
Ｓｂ：０．０１００％以下、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
［２］又は［３］に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管であって、
Ｓｎ：０．０１００％以下、
Ａｓ：０．０１００％以下、及び、
Ｓｂ：０．０１００％以下、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
［５］
［２］～［４］のいずれか１項に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管であって、
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．００５０％以下、及び、
希土類元素：０．０１００％以下、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
［２］～［４］のいずれか１項に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管であって、
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．００５０％以下、及び、
希土類元素：０．０１００％以下、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
［６］
［１］～［５］のいずれか１項に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管であって、
Ｃｕ：１．５０～３．５０％を含有し、
面積が０．２０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が０．１０超～０．５０％である、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
［１］～［５］のいずれか１項に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管であって、
Ｃｕ：１．５０～３．５０％を含有し、
面積が０．２０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が０．１０超～０．５０％である、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
Claims (3)
- 質量％で、
Ｃ：０．０３０％未満、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：１．００％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．００１０～０．００５０％、
Ｃｒ：１０．００～１４．００％、
Ｎｉ：５．００～７．５０％、
Ｍｏ：１．１０～３．５０％、
Ｃｕ：１．００～３．５０％、
Ａｌ：０．００５～０．０５０％、
Ｎ：０．００３０～０．０５００％、
Ｖ：０．０１～０．３０％、
Ｔｉ：０．０２０～０．１５０％、
Ｃｏ：０．０１～０．５０％、
Ｃａ：０．００１０～０．００５０％、
Ｎｂ：０～０．１５％、
Ｗ：０～１．５０％、
Ｓｎ：０～０．０１００％、
Ａｓ：０～０．０１００％、
Ｓｂ：０～０．０１００％、
Ｂ：０～０．００５０％、
Ｍｇ：０～０．００５０％、
希土類元素：０～０．０１００％、及び、
残部：Ｆｅ及び不純物からなり、
ミクロ組織が、体積％で、０～１５％の残留オーステナイト、０～５％のフェライト、及び、残部が焼戻しマルテンサイトからなり、
降伏強度が７５８ＭＰａ以上であり、
Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上であり、円相当径が１．０μｍ以上のＣａ硫化物が３個／ｍｍ2以上である、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。 - 請求項１に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管であって、
Ｎｂ：０．０１～０．１５％、
Ｗ：０．０１～１．５０％、
Ｓｎ：０．０００１～０．０１００％、
Ａｓ：０．０００１～０．０１００％、
Ｓｂ：０．０００１～０．０１００％、
Ｂ：０．０００１～０．００５０％、
Ｍｇ：０．０００１～０．００５０％、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、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。 - 請求項１又は請求項２に記載のマルテンサイト系ステンレス鋼管であって、
Ｃｕ：１．５０～３．５０％を含有し、
面積が０．２０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が０．１０超～０．５０％である、
マルテンサイト系ステンレス鋼管。
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-
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