JP2015110828A - Duplex stainless steel material and duplex stainless steel tube - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a duplex stainless steel material and duplex stainless steel tube, having excellent corrosion resistance and also hot workability in an environment including corrosive substances, such as chloride, hydrogen sulfide and carbon dioxide.SOLUTION: The duplex stainless steel material comprises a ferrite phase and an austenite phase. The component composition of the duplex stainless steel material contains predetermined amounts of C, Si, Mn, P, S, Al, Cr, Ni, Mo, N, Ta, O and the remainder consisting of Fe and inevitable impurities. Sulfide/oxide based composite inclusions including Ta and having a major axis of 1 μm or more out of the inclusions of the duplex stainless steel material are 500 or less pieces per 1 mmof a cross section vertical to a processing direction. The Ta content of the sulfide/oxide based composite inclusions is 5 atom% or more.

Description

本発明は、塩化物、硫化水素(HS)、炭酸ガス(CO)などの腐食性物質を含有する環境(以下、腐食環境と称することがある)において使用される二相ステンレス鋼材および二相ステンレス鋼管に関するものである。 The present invention relates to a duplex stainless steel material used in an environment containing a corrosive substance such as chloride, hydrogen sulfide (H 2 S), carbon dioxide (CO 2 ) (hereinafter sometimes referred to as a corrosive environment), and It relates to a duplex stainless steel pipe.

ステンレス鋼材は、腐食環境において不働態皮膜と呼ばれるCrの酸化物を主体とする安定な表面皮膜を自然に形成し、耐食性を発現する材料である。特に、フェライト相とオーステナイト相からなる二相ステンレス鋼材は、強度特性がオーステナイト系ステンレス鋼やフェライト系ステンレス鋼に対して優れ、耐孔食性と耐応力腐食割れ性が良好である。このような特徴のため、二相ステンレス鋼材は、アンビリカル、海水淡水化プラント、LNG気化器などの海水環境の構造材料をはじめとして、油井管や各種化学プラントなどの腐食性が厳しい環境の構造材料として使用されている。   Stainless steel is a material that naturally forms a stable surface film mainly composed of a Cr oxide called a passive film in a corrosive environment and exhibits corrosion resistance. In particular, a duplex stainless steel material composed of a ferrite phase and an austenite phase is superior in strength characteristics to austenitic stainless steel and ferritic stainless steel, and has good pitting corrosion resistance and stress corrosion cracking resistance. Due to these characteristics, duplex stainless steel materials are used in structural materials for seawater environments such as umbilicals, seawater desalination plants, and LNG vaporizers, as well as in highly corrosive environments such as oil well pipes and various chemical plants. It is used as

しかしながら、使用環境に塩化物(塩化物イオン)などの腐食性物質が多量に含有される場合には、二相ステンレス鋼材中の介在物や不働態皮膜の欠陥などを起点として、二相ステンレス鋼材に局部腐食、いわゆる孔食が発生する場合がある。また、二相ステンレス鋼材の配管やフランジ等の構造的にすきまを形成する部分においては、すきま内部では塩化物イオンなどの腐食性物質が濃縮してより厳しい腐食環境となり、さらにすきま外部と内部との間で酸素濃淡電池を形成して、すきま内部の局部腐食がより促進され、いわゆるすきま腐食が発生する場合がある。さらに、孔食やすきま腐食などの局部腐食は、応力腐食割れ(SCC)の起点となる場合が多く、安全性の観点から耐食性、特に耐局部腐食特性のさらなる向上が求められている。   However, when a corrosive substance such as chloride (chloride ion) is contained in a large amount in the usage environment, the duplex stainless steel material starts from inclusions in the duplex stainless steel material or defects in the passive film. In some cases, local corrosion, so-called pitting corrosion, may occur. In addition, in parts that form structural gaps such as pipes and flanges of duplex stainless steel materials, corrosive substances such as chloride ions are concentrated inside the gap, resulting in a more severe corrosive environment. In some cases, an oxygen concentration cell is formed between them, and local corrosion inside the crevice is further promoted, so-called crevice corrosion may occur. Furthermore, local corrosion such as pitting corrosion and crevice corrosion is often the starting point of stress corrosion cracking (SCC), and further improvement in corrosion resistance, particularly local corrosion resistance, is required from the viewpoint of safety.

また、石油や天然ガスの掘削に用いられる油井管材料においては、近年、より深層の油井やガス井の開発が進められており、従来よりも高温で、かつ、硫化水素、炭酸ガス、塩化物などの腐食性物質を多量に含む環境に曝される場合が多くなっているため、従来よりもさらに優れた耐食性が要求されている。   In addition, in oil well pipe materials used for drilling of oil and natural gas, development of deeper oil wells and gas wells has been progressing in recent years, and at a higher temperature than before, hydrogen sulfide, carbon dioxide, chlorides. In many cases, it is exposed to an environment containing a large amount of corrosive substances such as the above, and therefore, further superior corrosion resistance is required.

ステンレス鋼の耐孔食性は、Cr量(質量%)を[Cr]、Mo量(質量%)を[Mo]、W量(質量%)を[W]、N量(質量%)を[N]とした際、“[Cr]+3.3[Mo]+16[N]”で計算される孔食指数PRE(Pitting Resistance Equivalent)や、Wを含む場合は“[Cr]+3.3([Mo]+0.5[W])+16[N]”で計算されるPREWで表され、Cr、Mo、Nの含有量を多くすれば優れた耐孔食性が得られることが知られている。通常の二相ステンレス鋼ではPRE(またはPREW)を35以上となるように、さらにスーパー二相ステンレス鋼では40以上になるようにCr、Mo、N(またはW)の含有量が調整されている。また、Cr、Mo、Nの含有量の増加は、耐すきま腐食性の向上にも寄与することが知られている。   The pitting corrosion resistance of stainless steel is as follows: Cr amount (% by mass) is [Cr], Mo amount (% by mass) is [Mo], W amount (% by mass) is [W], and N amount (% by mass) is [N]. ], A pitting corrosion index PRE (Pitting Resistance Equivalent) calculated by “[Cr] +3.3 [Mo] +16 [N]” or “[Cr] +3.3 ([Mo] ] +0.5 [W]) + 16 [N] ″, and it is known that if the content of Cr, Mo, N is increased, excellent pitting corrosion resistance can be obtained. The content of Cr, Mo, N (or W) is adjusted so that PRE (or PREW) is 35 or more in normal duplex stainless steel, and 40 or more in super duplex stainless steel. . Further, it is known that an increase in the content of Cr, Mo, and N contributes to an improvement in crevice corrosion resistance.

例えば、特許文献1には、Cr、Mo、N、Wの含有量の制御によりPREW値が40以上である耐食性に優れる二相ステンレス鋼が開示されている。また、特許文献2にはCr、Mo、W、Nの含有量の制御に加え、BやTa等の含有量を制御することによって、耐食性および熱間加工性に優れる二相ステンレス鋼が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a duplex stainless steel excellent in corrosion resistance having a PREW value of 40 or more by controlling the contents of Cr, Mo, N, and W. Patent Document 2 discloses a duplex stainless steel having excellent corrosion resistance and hot workability by controlling the contents of B, Ta, etc. in addition to controlling the contents of Cr, Mo, W, and N. ing.

また、非特許文献1では、ステンレス鋼において鋼中介在物のMnSが局部腐食(孔食)の起点になっていることを実験的に示している。また、特許文献3では、熱間加工性や耐食性に悪影響を及ぼす鋼中の硫化物系介在物を低減するため、真空溶解炉でCaOるつぼとCaO−CaF−Al系のスラグを用いて、S量を3ppm以下まで低減させている。 Further, Non-Patent Document 1 experimentally shows that MnS, which is an inclusion in steel, is the starting point of local corrosion (pitting corrosion) in stainless steel. Further, in Patent Document 3, in order to reduce sulfide inclusions in steel that adversely affect hot workability and corrosion resistance, a CaO crucible and a CaO—CaF 2 —Al 2 O 3 slag are added in a vacuum melting furnace. The amount of S is reduced to 3 ppm or less.

また、特許文献4には、孔食の起点となる酸化物系介在物を制御する技術として、酸化物系介在物でのCaとMgとの合計含有量、S含有量を制御し、さらに介在物形態や密度を調整した二相ステンレス鋼が開示されている。そして、特許文献4には、不溶性のAl酸化物でもCa、Mg、Sを一定量以上含むものは局部腐食起点になるため、還元処理時のスラグ塩基度、取鍋でのキリング温度と時間、鋳造後の総加工比を最適に組み合わせることで上記介在物の大きさと個数を制御し、局部腐食の発生を抑制した二相ステンレス鋼が開示されている。   In Patent Document 4, as a technique for controlling oxide inclusions as a starting point of pitting corrosion, the total content of Ca and Mg in the oxide inclusions, S content is controlled, and further interposed A duplex stainless steel having an adjusted form and density is disclosed. And in patent document 4, since insoluble Al oxide containing Ca, Mg, S more than a certain amount becomes a local corrosion starting point, slag basicity at the time of reduction treatment, killing temperature and time in a ladle, A duplex stainless steel is disclosed in which the size and number of the inclusions are controlled by optimally combining the total processing ratio after casting and the occurrence of local corrosion is suppressed.

特開平5−132741号公報JP-A-5-132741 特開平8−170153号公報JP-A-8-170153 特開平3−291358号公報JP-A-3-291358 国際公開第2005/014872号パンフレットInternational Publication No. 2005/014872 Pamphlet

武藤泉ら、ふぇらむVol.17(2012),No.12,858−Muto Izumi et al, Ferum Vol. 17 (2012), no. 12,858-

二相ステンレス鋼は強度特性に優れる反面、圧延や引抜などの加工が通常のステンレス鋼よりも難しい場合が多い。また近年開発が進んでいる高深度の油井など、硫化水素や炭酸ガス、塩化物イオンを多量に含む厳しい腐食環境で二相ステンレス鋼を適用するには、耐食性の向上が必要である。しかしながらCr、Mo、N、およびWの含有量の調整だけでは耐食性の改善が不十分な場合がある。さらに耐食性向上目的で添加するCr、Moの増加によりσ相析出が助長されるため、靱性や加工性を劣化させる懸念がある。また介在物を起点とした局部腐食を抑制するためには鋼中のSやO量を制御する必要があるが、これらの低減には工業的な観点から限度がある。   While duplex stainless steel is excellent in strength characteristics, it is often more difficult to process such as rolling and drawing than ordinary stainless steel. In addition, in order to apply duplex stainless steel in severe corrosive environments containing a large amount of hydrogen sulfide, carbon dioxide and chloride ions, such as deep oil wells that have been developed in recent years, it is necessary to improve corrosion resistance. However, the improvement of corrosion resistance may be insufficient only by adjusting the contents of Cr, Mo, N, and W. Furthermore, since sigma phase precipitation is promoted by an increase in Cr and Mo added for the purpose of improving corrosion resistance, there is a concern that toughness and workability are deteriorated. In order to suppress local corrosion starting from inclusions, it is necessary to control the amount of S and O in the steel, but there is a limit from the industrial viewpoint in reducing these.

そして、特許文献1では、昨今求められる厳しい腐食環境においては、必ずしも十分な耐食性を確保できるとは言えない。また、特許文献2では、鋼中にBを添加しているが、Bは鋼中のNと結合してBNを生成することで、耐食性に寄与するN濃度を低下させてしまうおそれがある。また、特許文献2では、W添加量が5〜10質量%と高くコスト上昇を招いて経済的に不利である。   And in patent document 1, it cannot necessarily be said that sufficient corrosion resistance is always securable in the severe corrosive environment calculated | required nowadays. Moreover, in patent document 2, although B is added in steel, there exists a possibility that B may combine with N in steel and produces | generates BN, and may reduce N density | concentration which contributes to corrosion resistance. Moreover, in patent document 2, W addition amount is as high as 5-10 mass%, and raises cost, and is economically disadvantageous.

また、特許文献3では、Sを3ppm以下とするのは工業的に負荷が大きくコスト高になることや、臨界孔食発生温度が35℃以上のものを耐食性に優れると評価しており、昨今の厳しい腐食環境で使用するには不十分と考えられる。   Further, in Patent Document 3, it is evaluated that S is 3 ppm or less because the industrial load is large and the cost is high, and that the critical pitting corrosion occurrence temperature is 35 ° C. or more is excellent in corrosion resistance. This is considered insufficient for use in severe corrosive environments.

また、特許文献4では、CaやMgを添加して介在物を制御しても、これらが凝集することで局部腐食や割れ起点になることが懸念されること、また特許文献4に記載の発明は基本的に従来の孔食起点となる介在物を低減させる方向であり、その形成源であるOやSを過剰に低減するのは工業的に負荷が大きくコスト高になる。   Further, in Patent Document 4, even if Ca and Mg are added and inclusions are controlled, there is a concern that these may aggregate to cause local corrosion and crack initiation, and the invention described in Patent Document 4 Is basically a direction to reduce the inclusions that become the conventional pitting corrosion starting point, and excessively reducing O and S that are the source of formation thereof is industrially expensive and expensive.

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その課題は、塩化物、硫化水素、炭酸ガスなどの腐食性物質を含有する環境において、優れた耐食性を発現すると共に、熱間加工性にも優れた二相ステンレス鋼材および二相ステンレス鋼管を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a situation, and the problem is that, in an environment containing corrosive substances such as chloride, hydrogen sulfide, and carbon dioxide gas, the present invention exhibits excellent corrosion resistance and is hot. The object is to provide a duplex stainless steel material and a duplex stainless steel pipe excellent in workability.

前記のようにステンレス鋼材は、鋼材表面にCrの酸化物を主体とする不働態皮膜により耐食性を発現する材料である。二相ステンレス鋼材は一般的にフェライト相とオーステナイト相から構成されているため、これら異相界面で不連続性を有しており、フェライト相とオーステナイト相との界面、また鋼中に不可避的に形成される介在物(酸化物、硫化物)と母材金属との界面においては不働態皮膜の連続性が低下することで不安定になる傾向が強いため、塩化物イオンの不働態皮膜破壊作用を受けやすく、局部腐食が発生しやすくなる。本発明者らは、これら局部腐食の原因となる介在物について鋭意検討を行った。   As described above, the stainless steel material is a material that exhibits corrosion resistance by a passive film mainly composed of Cr oxide on the surface of the steel material. Since duplex stainless steel is generally composed of a ferrite phase and an austenite phase, it has a discontinuity at the interface between these different phases and is inevitably formed in the interface between the ferrite phase and the austenite phase. Since the continuity of the passive film decreases at the interface between the inclusions (oxides, sulfides) and the base metal, the tendency to become unstable is strong, so the chloride ion has a destructive effect on the passive film. Susceptible to local corrosion. The inventors of the present invention have intensively studied the inclusions that cause local corrosion.

特に鋼中介在物として鋼材の特性、耐食性に悪影響を与える代表的なものとしてMnSが挙げられるが、MnSは非特許文献1に記載の様に他の酸化物系介在物と比較して水溶性が高く溶出しやすいことから局部腐食の起点になりやすいことが知られている。しかしMnはオーステナイト形成元素であること、また鋼材強度を高める効果があるために一定量含有させなければならない。またSは鋼中の不純物元素として含有されるため出来るだけ含有量は低い方が好ましいが、前述の通りその低減には工業的に限度がある。そのため本発明者らは鋼中のMnやSを低減することなく局部腐食の起点となる介在物(酸化物、硫化物)を無害化することを着想した。その結果、Taの添加、および鋼中のO量を適切に制御し、さらに適切な製造条件(加熱温度、冷却速度、圧延条件など)を取ることにより、介在物を改質することで耐食性を向上させられることを見出した。   In particular, MnS is a typical example of inclusions in steel that adversely affect the properties and corrosion resistance of steel materials. MnS is more soluble in water than other oxide inclusions as described in Non-Patent Document 1. It is known that it is likely to become a starting point of local corrosion because it is high and easily eluted. However, since Mn is an austenite forming element and has an effect of increasing the strength of the steel material, it must be contained in a certain amount. Further, since S is contained as an impurity element in steel, the content is preferably as low as possible. However, as described above, the reduction has an industrial limit. For this reason, the present inventors have conceived of detoxifying inclusions (oxides and sulfides) that become the starting point of local corrosion without reducing Mn and S in the steel. As a result, the corrosion resistance is improved by modifying the inclusions by appropriately controlling the addition of Ta and the amount of O in the steel, and taking appropriate production conditions (heating temperature, cooling rate, rolling conditions, etc.). I found that it could be improved.

本発明に係る二相ステンレス鋼材は、フェライト相とオーステナイト相とからなる二相ステンレス鋼材であって、前記二相ステンレス鋼材の成分組成は、C:0.10%質量以下、Si:0.1〜2.0質量%、Mn:0.1〜2.0質量%、P:0.05質量%以下、S:0.01質量%以下、Al:0.001〜0.050質量%、Cr:22.0〜28.0質量%、Ni:1.0〜10.0質量%、Mo:2.0〜6.0質量%、N:0.2〜0.5質量%、Ta:0.01〜0.50質量%、O:0.030質量%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、前記二相ステンレス鋼材の介在物のうち、長径が1μm以上であるTaを含有する硫・酸化物系複合介在物が、加工方向に垂直な断面1mmあたり500個以下であり、前記硫・酸化物系複合介在物のTa含有量が5原子%以上であることを特徴とする。 The duplex stainless steel material according to the present invention is a duplex stainless steel material composed of a ferrite phase and an austenite phase. The component composition of the duplex stainless steel material is C: 0.10% by mass or less, Si: 0.1 -2.0 mass%, Mn: 0.1-2.0 mass%, P: 0.05 mass% or less, S: 0.01 mass% or less, Al: 0.001-0.050 mass%, Cr : 22.0 to 28.0 mass%, Ni: 1.0 to 10.0 mass%, Mo: 2.0 to 6.0 mass%, N: 0.2 to 0.5 mass%, Ta: 0 0.01 to 0.50% by mass, O: 0.030% by mass or less, with the balance being Fe and inevitable impurities, and among the inclusions of the duplex stainless steel material, Ta having a major axis of 1 μm or more vulcanization-oxide composite inclusions containing found 500 cross section perpendicular 1 mm 2 per the working direction A lower, wherein the Ta content of the vulcanization-oxide composite inclusions is 5 atomic% or more.

前記のように、二相ステンレス鋼材は、所定量のC、Si、Mn、P、S、Al、Cr、Ni、Mo、N、Ta、Oを含有することによって、耐食性が向上すると共に、熱間加工性の低下が抑制される。Cは、所定値以下とすることによって、不要な炭化物が形成せず、耐食性の低下を抑制する効果がある。Si、Mn、Alは、脱酸のために効果がある。P、Sは、所定値以下とすることによって、耐食性および熱間加工性の低下を抑制する効果がある。特に、Sは、耐食性、靱性を損なうMnSを形成する原因となる。Cr、Mo、Nは、耐孔食性の向上に効果がある。Niは、耐食性の向上とオーステナイト相安定化に効果がある。Taは、孔食の起点となる硫化物系介在物をTa含有硫・酸化物系複合介在物に改質する効果がある。そして、そのTaを含有する硫・酸化物系複合介在物の長径、個数密度およびTa含有量を規定することによって、耐局部腐食性、熱間加工性が向上する。   As described above, the duplex stainless steel material contains a predetermined amount of C, Si, Mn, P, S, Al, Cr, Ni, Mo, N, Ta, and O, thereby improving corrosion resistance and heat. A decrease in hot workability is suppressed. By setting C to a predetermined value or less, unnecessary carbides are not formed, and there is an effect of suppressing a decrease in corrosion resistance. Si, Mn, and Al are effective for deoxidation. By making P and S below a predetermined value, there exists an effect which suppresses the fall of corrosion resistance and hot workability. In particular, S causes formation of MnS that impairs corrosion resistance and toughness. Cr, Mo, and N are effective in improving pitting corrosion resistance. Ni is effective in improving the corrosion resistance and stabilizing the austenite phase. Ta has the effect of modifying the sulfide inclusions that are the starting point of pitting corrosion into Ta-containing sulfur / oxide composite inclusions. And by defining the major axis, number density and Ta content of the sulfur / oxide composite inclusions containing Ta, local corrosion resistance and hot workability are improved.

本発明に係る二相ステンレス鋼材は、前記成分組成が、さらにCu:0.1〜2.0質量%、Co:0.1〜2.0質量%、V:0.01〜0.5質量%、Ti:0.01〜0.5質量%、Nb:0.01〜0.5質量%よりなる群から選ばれる1種以上を含有することが好ましい。   In the duplex stainless steel material according to the present invention, the component composition is further Cu: 0.1 to 2.0 mass%, Co: 0.1 to 2.0 mass%, V: 0.01 to 0.5 mass%. %, Ti: 0.01 to 0.5 mass%, Nb: It is preferable to contain one or more selected from the group consisting of 0.01 to 0.5 mass%.

前記のように、二相ステンレス鋼材は、所定量のCu、Co、V、Ti、Nbよりなる群から選ばれる1種以上をさらに含有することによって、耐食性がさらに向上する。Cu、Coは、耐食性の向上、およびオーステナイト相の安定化に効果がある。V、Ti、Nbは、耐食性の向上、強度特性や加工性の向上に効果がある。   As described above, the duplex stainless steel material further improves the corrosion resistance by further containing one or more selected from the group consisting of a predetermined amount of Cu, Co, V, Ti, and Nb. Cu and Co are effective in improving the corrosion resistance and stabilizing the austenite phase. V, Ti, and Nb are effective in improving corrosion resistance, strength characteristics, and workability.

本発明に係る二相ステンレス鋼材は、前記成分組成が、さらにMg:0.0005〜0.020質量%、Ca:0.0005〜0.020質量%の1種または2種を含有することが好ましい。   In the duplex stainless steel material according to the present invention, the component composition may further contain one or two of Mg: 0.0005 to 0.020 mass% and Ca: 0.0005 to 0.020 mass%. preferable.

前記のように、二相ステンレス鋼材は、所定量のMg、Caの1種または2種をさらに含有することによって、熱間加工性がさらに向上する。CaおよびMgは、鋼中に不純物として含まれるSやOと結合して粒界に偏析するのを抑制し、熱間加工性の向上に効果がある。   As described above, the duplex stainless steel material further improves the hot workability by further containing a predetermined amount of one or two of Mg and Ca. Ca and Mg are effective in improving hot workability by suppressing S and O contained as impurities in steel and segregating at the grain boundaries.

本発明に係る二相ステンレス鋼管は、前記の二相ステンレス鋼材からなることを特徴とする。
前記のように、二相ステンレス鋼管は、鋼菅を二相ステンレス鋼材で構成することによって、局部腐食の起点となる介在物が改質され、耐食性が向上する。
The duplex stainless steel pipe according to the present invention is made of the duplex stainless steel material described above.
As described above, in the duplex stainless steel pipe, by forming the steel plate with a duplex stainless steel material, inclusions that are the starting point of local corrosion are modified, and the corrosion resistance is improved.

本発明の二相ステンレス鋼材によれば、塩化物、硫化水素、炭酸ガスなどの腐食性物質を含有する環境において、優れた耐食性を発現すると共に、熱間加工性にも優れる。また、本発明の二相ステンレス鋼管によれば、優れた耐食性を発現するので、アンビリカル、海水淡水化プラント、LNG気化器などの海水環境の構造材料をはじめとして、油井菅や各種化学プラントなどの腐食性が厳しい環境の構造材料として使用が可能となる。   The duplex stainless steel material of the present invention exhibits excellent corrosion resistance and excellent hot workability in an environment containing corrosive substances such as chloride, hydrogen sulfide, and carbon dioxide. In addition, according to the duplex stainless steel pipe of the present invention, since excellent corrosion resistance is expressed, structural materials for seawater environments such as umbilicals, seawater desalination plants, LNG vaporizers, oil wells, various chemical plants, etc. It can be used as a structural material for corrosive environments.

<二相ステンレス鋼材>
本発明に係る二相ステンレス鋼材の実施形態について説明する。
本発明の二相ステンレス鋼材は、フェライト相とオーステナイト相とからなる二相ステンレス鋼材であって、二相ステンレス鋼材の成分組成が、所定量のC、Si、Mn、P、S、Al、Cr、Ni、Mo、N、Ta、Oを含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。
また、二相ステンレス鋼材は、成分組成が、所定量のCu、Co、V、Ti、Nbよりなる群から選ばれる1種以上をさらに含有することが好ましい。
さらに、二相スレンレス鋼材は、成分組成が、所定量のMg、Caの1種または2種をさらに含有することが好ましい。
そして、二相ステンレス鋼材は、鋼材中の介在物のうちの、所定のTa含有量および長径を有する硫・酸化物系複合介在物が、所定の個数密度であることが特徴である。
以下、各構成について説明する。
<Duplex stainless steel>
An embodiment of the duplex stainless steel material according to the present invention will be described.
The duplex stainless steel material of the present invention is a duplex stainless steel material comprising a ferrite phase and an austenite phase, and the component composition of the duplex stainless steel material is a predetermined amount of C, Si, Mn, P, S, Al, Cr. , Ni, Mo, N, Ta, and O, with the balance being Fe and inevitable impurities.
Moreover, it is preferable that a duplex stainless steel material further contains 1 or more types by which a component composition is chosen from the group which consists of predetermined amount Cu, Co, V, Ti, and Nb.
Furthermore, it is preferable that the duplex stainless steel material further contains one or two kinds of Mg and Ca having a predetermined composition.
The duplex stainless steel material is characterized in that, among the inclusions in the steel material, the sulfur / oxide composite inclusions having a predetermined Ta content and a major axis have a predetermined number density.
Each configuration will be described below.

(鋼材組織)
本発明の二相系ステンレス鋼材は、フェライト相とオーステナイト相の二相からなるものである。フェライト相とオーステナイト相からなる二相系ステンレス鋼材においては、CrやMoなどのフェライト相安定化元素はフェライト相に濃縮し、NiやNなどのオーステナイト相安定化元素はオーステナイト相に濃縮する傾向にある。このとき、フェライト相のオーステナイト相に対する面積率が30%未満または70%を超える場合には、Cr、Mo、Ni、Nなどの耐食性に寄与する元素のフェライト相とオーステナイト相における濃度差異が大きくなりすぎて、フェライト相とオーステナイト相のいずれか耐食性に劣る側が選択腐食されて耐食性が劣化する傾向が大きくなる。したがって、フェライト相とオーステナイト相との比率も最適化することが推奨され、フェライト相のオーステナイト相に対する面積率は、耐食性の観点から30〜70%が好ましく、40〜60%がさらに好ましい。このようなフェライト相とオーステナイト相の面積率は、フェライト相安定化元素とオーステナイト相安定化元素の含有量を調整することによって適正化することが可能である。
(Steel structure)
The duplex stainless steel material of the present invention is composed of two phases of a ferrite phase and an austenite phase. In a duplex stainless steel material composed of a ferrite phase and an austenite phase, ferrite phase stabilizing elements such as Cr and Mo concentrate in the ferrite phase, and austenite phase stabilizing elements such as Ni and N tend to concentrate in the austenite phase. is there. At this time, when the area ratio of the ferrite phase to the austenite phase is less than 30% or more than 70%, the concentration difference between the ferrite phase and the austenite phase of elements contributing to the corrosion resistance such as Cr, Mo, Ni, and N becomes large. Too much, either the ferrite phase or the austenite phase, which is inferior in corrosion resistance, is selectively corroded, and the tendency of the corrosion resistance to deteriorate increases. Therefore, it is recommended to optimize the ratio of the ferrite phase to the austenite phase, and the area ratio of the ferrite phase to the austenite phase is preferably 30 to 70%, more preferably 40 to 60% from the viewpoint of corrosion resistance. Such an area ratio of the ferrite phase and the austenite phase can be optimized by adjusting the contents of the ferrite phase stabilizing element and the austenite phase stabilizing element.

また、本発明の二相系ステンレス鋼材は、フェライト相とオーステナイト相以外にσ相やCrの炭窒化物などの異相も耐食性や機械特性などの諸特性を害さない程度に許容できる。フェライト相とオーステナイト相との面積率の合計は、鋼材の全相(全組織)に対して95%以上とすることが好ましく、97%以上とすることがさらに好ましい。   Further, in the duplex stainless steel material of the present invention, other phases such as σ phase and Cr carbonitride as well as ferrite phase and austenite phase can be tolerated to such an extent that various properties such as corrosion resistance and mechanical properties are not harmed. The total area ratio of the ferrite phase and the austenite phase is preferably 95% or more, and more preferably 97% or more with respect to the total phase (total structure) of the steel material.

二相ステンレス鋼材の成分組成の数値範囲とその限定理由について説明する。
(C:0.10質量%以下)
Cは、鋼材中でCr等との炭化物を形成して耐食性を低下させる有害な元素である。そのために、C含有量を、0.10質量%以下とする。なお、C含有量は、できる限り少ない方が良いため、好ましくは0.08質量%以下、より好ましくは0.06質量%以下とする。また、Cは鋼材中に含有されていない、すなわち、0質量%であっても良い。
The numerical range of the component composition of the duplex stainless steel material and the reason for the limitation will be described.
(C: 0.10 mass% or less)
C is a harmful element that reduces the corrosion resistance by forming carbides with Cr or the like in the steel material. Therefore, C content shall be 0.10 mass% or less. In addition, since it is better that the C content is as small as possible, it is preferably 0.08% by mass or less, more preferably 0.06% by mass or less. C may not be contained in the steel material, that is, 0% by mass.

(Si:0.1〜2.0質量%)
Siは、脱酸とフェライト相の安定化のために必要な元素である。このような効果を得るために、Si含有量を、0.1質量%以上、好ましくは0.15質量%以上、より好ましくは0.2質量%以上とする。しかし、過剰にSiを含有させると加工性が劣化することから、Si含有量を、2.0質量%以下、好ましくは1.5質量%以下、より好ましくは1.0質量%以下とする。
(Si: 0.1 to 2.0% by mass)
Si is an element necessary for deoxidation and stabilization of the ferrite phase. In order to obtain such an effect, the Si content is 0.1% by mass or more, preferably 0.15% by mass or more, more preferably 0.2% by mass or more. However, since the workability deteriorates when Si is excessively contained, the Si content is 2.0% by mass or less, preferably 1.5% by mass or less, more preferably 1.0% by mass or less.

(Mn:0.1〜2.0質量%)
Mnは、Siと同様に脱酸効果があり、さらに強度確保のために必要な元素である。このような効果を得るために、Mn含有量を、0.1質量%以上、好ましくは0.15質量%以上、より好ましくは0.20質量%以上とする。しかし、過剰にMnを含有させると粗大なMnSを形成して耐食性が劣化する。また、過剰にMnを含有させると酸化物系介在物の生成を助長し、熱間加工性を劣化させることから、Mn含有量を、2.0質量%以下、好ましくは1.5質量%以下、より好ましくは1.0質量%以下とする。
(Mn: 0.1 to 2.0% by mass)
Mn has a deoxidizing effect like Si, and is an element necessary for ensuring strength. In order to obtain such an effect, the Mn content is 0.1% by mass or more, preferably 0.15% by mass or more, and more preferably 0.20% by mass or more. However, if Mn is excessively contained, coarse MnS is formed and the corrosion resistance is deteriorated. Further, when Mn is excessively contained, the formation of oxide inclusions is promoted and hot workability is deteriorated. Therefore, the Mn content is 2.0% by mass or less, preferably 1.5% by mass or less. More preferably, the content is 1.0% by mass or less.

(P:0.05質量%以下)
Pは、不純物として不可避的に混入し、耐食性に有害な元素であり、溶接性や加工性も劣化させる元素である。そのために、P含有量を、0.05質量%以下とする。なお、P含有量は、できる限り少ない方がよく、好ましくは0.04質量%以下、より好ましくは0.03質量%以下とする。なお、Pは、鋼材中に含有されていない、すなわち、0質量%であっても良いが、P含有量の過度の低減は、製造コストの上昇をもたらすので、P含有量の実操業上の下限は、0.010質量%程度である。
(P: 0.05% by mass or less)
P is an element that is inevitably mixed in as an impurity, is harmful to corrosion resistance, and deteriorates weldability and workability. Therefore, the P content is 0.05% by mass or less. The P content is preferably as small as possible, preferably 0.04% by mass or less, and more preferably 0.03% by mass or less. In addition, although P may not be contained in the steel material, that is, 0% by mass, excessive reduction of the P content causes an increase in manufacturing cost. The lower limit is about 0.010% by mass.

(S:0.01質量%以下)
Sは、Pと同様に不純物として不可避的に混入し、Mn等と結合して硫化物系介在物(MnS)を形成して、耐食性や熱間加工性を劣化させる元素である。そして、Sを過剰に含有させると、硫・酸化物系複合介在物のTaによる改質が不十分となり、耐食性が低下する。そのために、S含有量を、0.01質量%以下、好ましくは0.005質量%以下、より好ましくは0.003質量%以下とする。なお、Sは、背景技術に記載のように、その含有量が低ければ低いほど好ましく、鋼材中に含有されていない、すなわち、0質量%であっても良いが、S含有量の過度の低減は、製造コストの上昇をもたらすので、適切なTa含有量およびO含有量の制御を伴えば、S含有量は、0.001質量%を超えて含有されていても問題は無い。
(S: 0.01% by mass or less)
S, like P, is inevitably mixed as an impurity, and combines with Mn to form sulfide inclusions (MnS), thereby deteriorating corrosion resistance and hot workability. And when S is contained excessively, the modification | reformation by Ta of a sulfur and oxide type composite inclusion will become inadequate, and corrosion resistance will fall. Therefore, the S content is 0.01% by mass or less, preferably 0.005% by mass or less, more preferably 0.003% by mass or less. In addition, as described in the background art, S is preferably as low as possible, and S is not contained in the steel material, that is, it may be 0% by mass, but the S content is excessively reduced. Causes an increase in production cost, so that there is no problem even if the S content exceeds 0.001% by mass with appropriate control of the Ta content and the O content.

(Al:0.001〜0.05質量%)
Alは、脱酸元素であり、溶製時の酸素量の低減に必要な元素である。このような効果を得るために、Al含有量を、0.001質量%以上とする。しかし、過剰にAlを含有させると酸化物系介在物を生成して耐孔食性に悪影響を及ぼすことから、Al含有量を0.05質量%以下、好ましくは0.02質量%以下とする。
(Al: 0.001 to 0.05 mass%)
Al is a deoxidizing element and is an element necessary for reducing the amount of oxygen during melting. In order to acquire such an effect, Al content shall be 0.001 mass% or more. However, if Al is excessively contained, oxide inclusions are generated and the pitting corrosion resistance is adversely affected, so the Al content is 0.05% by mass or less, preferably 0.02% by mass or less.

(Cr:22.0〜28.0質量%)
Crは、不働態皮膜の主要成分であり、ステンレス鋼材の耐食性発現の基本元素である。また、Crは、フェライト相を安定化させる元素である。そのため、フェライト相とオーステナイト相の二相組織を維持して、耐食性、強度を両立させるためには、Cr含有量を、22.0質量%以上、好ましくは23.0質量%以上、より好ましくは24.0質量%以上とする。しかし、過剰にCrを含有させると、加工性を劣化させることから、Cr含有量を、28.0質量%以下、好ましくは27.5質量%以下、より好ましくは27.0質量%以下とする。
(Cr: 22.0-28.0 mass%)
Cr is a main component of the passive film, and is a basic element for developing the corrosion resistance of the stainless steel material. Cr is an element that stabilizes the ferrite phase. Therefore, in order to maintain the two-phase structure of the ferrite phase and the austenite phase and achieve both corrosion resistance and strength, the Cr content is 22.0% by mass or more, preferably 23.0% by mass or more, more preferably It shall be 24.0 mass% or more. However, if Cr is excessively contained, workability is deteriorated, so the Cr content is 28.0% by mass or less, preferably 27.5% by mass or less, more preferably 27.0% by mass or less. .

(Ni:1.0〜10.0質量%)
Niは、耐食性向上に必要な元素であり、特に、塩化物環境における局部腐食抑制に効果が大きい。また、Niは、低温靱性を向上させるのにも有効であり、さらにオーステナイト相を安定化させるためにも必要な元素である。こうした効果を得るためには、Ni含有量を、1.0質量%以上、好ましくは2.0質量%以上、より好ましくは3.0質量%以上とする。しかし、過剰にNiを含有させると、オーステナイト相が多くなりすぎて、強度が低下することから、Ni含有量を、10.0質量%以下、好ましくは9.5質量%以下、より好ましくは9.0質量%以下とする。
(Ni: 1.0-10.0 mass%)
Ni is an element necessary for improving corrosion resistance, and is particularly effective for suppressing local corrosion in a chloride environment. Ni is also an element that is effective for improving low-temperature toughness and is also necessary for stabilizing the austenite phase. In order to obtain such an effect, the Ni content is set to 1.0% by mass or more, preferably 2.0% by mass or more, more preferably 3.0% by mass or more. However, when Ni is excessively contained, the austenite phase is excessively increased and the strength is lowered. Therefore, the Ni content is 10.0% by mass or less, preferably 9.5% by mass or less, more preferably 9%. 0.0 mass% or less.

(Mo:2.0〜6.0質量%)
Moは、溶解時にモリブデン酸を生成して、インヒビター作用により耐局部腐食性を向上させる効果を発揮し、耐食性を向上させる元素である。また、Moは、フェライト相を安定化させる元素であり、鋼材の耐孔食性・耐割れ性を改善させる効果がある。このような効果を得るためには、Mo含有量を、2.0質量%以上、好ましくは2.2質量%以上、より好ましくは2.5質量%以上とする。しかし、過剰にMoを含有させると、σ相等の金属間化合物の生成を助長し、耐食性および熱間加工性が低下することから、Mo含有量を、6.0質量%以下、好ましくは5.5質量%以下、より好ましくは5.0質量%以下とする。
(Mo: 2.0 to 6.0 mass%)
Mo is an element that generates molybdic acid at the time of dissolution and exhibits an effect of improving local corrosion resistance by an inhibitor action, thereby improving the corrosion resistance. Mo is an element that stabilizes the ferrite phase, and has the effect of improving the pitting corrosion resistance and crack resistance of the steel material. In order to obtain such an effect, the Mo content is set to 2.0 mass% or more, preferably 2.2 mass% or more, more preferably 2.5 mass% or more. However, if Mo is excessively contained, the formation of intermetallic compounds such as σ phase is promoted, and the corrosion resistance and hot workability are reduced. Therefore, the Mo content is 6.0 mass% or less, preferably 5. It is 5 mass% or less, More preferably, it is 5.0 mass% or less.

(N:0.2〜0.5質量%)
Nは、強力なオーステナイト相を安定化させる元素であり、σ相の生成感受性を増加させずに耐食性を向上させる効果がある。さらに、Nは、鋼の高強度化にも有効な元素であるため、本発明では積極的に活用する。このような効果を得るためには、N含有量を、0.2質量%以上、好ましくは0.22質量%以上、より好ましくは0.25質量%以上とする。しかし、過剰にNを含有させると、窒化物が形成され靭性や耐食性が低下する。また、熱間加工性を劣化させ、鍛造・圧延時に耳割れや表面欠陥を生じさせる。そのため、N含有量を、0.5質量%以下、好ましくは0.45質量%以下、より好ましくは0.40質量%以下とする。
(N: 0.2-0.5% by mass)
N is an element that stabilizes a strong austenite phase, and has an effect of improving corrosion resistance without increasing the formation sensitivity of the σ phase. Furthermore, since N is an element effective for increasing the strength of steel, it is actively used in the present invention. In order to obtain such an effect, the N content is 0.2% by mass or more, preferably 0.22% by mass or more, more preferably 0.25% by mass or more. However, if N is contained excessively, nitrides are formed and toughness and corrosion resistance are lowered. In addition, hot workability is deteriorated, and ear cracks and surface defects are generated during forging and rolling. Therefore, the N content is 0.5% by mass or less, preferably 0.45% by mass or less, more preferably 0.40% by mass or less.

(Ta:0.01〜0.50質量%)
Taは、耐食性に悪影響を及ぼす硫化物系介在物(MnS)を、Taを含有する硫・酸化物系複合介在物に改質することで、耐食性を向上させる元素である。また、Taは、Oと結合することで、Cr系酸化物の生成を抑制する元素であり、鋼材の実質的なCr濃度向上に寄与する効果がある。このような効果を得るためには、Ta含有量を、0.01質量%以上、好ましくは0.02質量%以上、より好ましくは0.03質量%以上とする。しかし、過剰にTaを含有させると、鋼中のNと結合することで窒化物として析出してしまい、靱性、熱間加工性を低下させ、Nの有効濃度を低減させてしまい、耐食性が低下する。また、Taで改質された硫・酸化物系複合介在物が多数析出してしまい、熱間加工性を低下させる。そのため、Ta含有量を、0.50質量%以下、好ましくは0.40質量%以下、より好ましくは0.30質量%以下とする。
(Ta: 0.01 to 0.50 mass%)
Ta is an element that improves corrosion resistance by modifying sulfide-based inclusions (MnS) that adversely affect corrosion resistance to sulfur-oxide-based complex inclusions containing Ta. Ta is an element that suppresses the formation of Cr-based oxides by combining with O, and has an effect of contributing to a substantial improvement in Cr concentration of the steel material. In order to obtain such an effect, the Ta content is set to 0.01% by mass or more, preferably 0.02% by mass or more, more preferably 0.03% by mass or more. However, if Ta is excessively contained, it will precipitate as a nitride by combining with N in the steel, reducing toughness and hot workability, reducing the effective concentration of N, and reducing the corrosion resistance. To do. In addition, a large number of sulfur-oxide composite inclusions modified with Ta are deposited, which deteriorates hot workability. Therefore, the Ta content is 0.50% by mass or less, preferably 0.40% by mass or less, more preferably 0.30% by mass or less.

(O:0.030質量%以下)
Oは、溶製時に混入する不純物であり、SiやAl等の脱酸元素と結合することで鋼中に酸化物として析出し、二相ステンレス鋼の加工性および耐食性を低下させる元素である。そして、Oを過剰に含有させると、硫・酸化物系複合介在物のTaによる改質が不十分となると共に、硫・酸化物系複合介在物が多数析出するため、耐食性および熱間加工性が低下する。そのため、O含有量を、0.030質量%以下、好ましくは0.028質量%以下、より好ましくは0.025質量%以下、さらに好ましくは0.024質量%以下とする。なお、O含有量は、低ければ低いほど好ましいが、過剰にOを低減するのはコストアップに繋がるため、その下限は、おおよそ0.0005質量%程度である。
(O: 0.030% by mass or less)
O is an impurity mixed during melting, and is an element that precipitates as an oxide in the steel by combining with a deoxidizing element such as Si or Al, and lowers the workability and corrosion resistance of the duplex stainless steel. And if O is contained excessively, the modification of the sulfur / oxide composite inclusions with Ta becomes insufficient, and a large number of sulfur / oxide composite inclusions precipitate, so that the corrosion resistance and hot workability are increased. Decreases. Therefore, the O content is 0.030% by mass or less, preferably 0.028% by mass or less, more preferably 0.025% by mass or less, and further preferably 0.024% by mass or less. The lower the O content, the better. However, excessive reduction of O leads to an increase in cost, so the lower limit is about 0.0005% by mass.

(Cu:0.1〜2.0質量%、Co:0.1〜2.0質量%、V:0.01〜0.5質量%、Ti:0.01〜0.5質量%、Nb:0.01〜0.5質量%よりなる群から選ばれる1種以上)
CuおよびCoは、耐食性の向上およびオーステナイト相を安定化させる元素である。そのため、Cu含有量、Co含有量を、それぞれ0.1質量%以上、好ましくは0.2質量%以上とする。しかし、これらの元素を過剰に含有させると、熱間加工性を劣化させることから、Cu含有量、Co含有量を、それぞれ2.0質量%以下、好ましくは1.5質量%以下とする。
(Cu: 0.1-2.0 mass%, Co: 0.1-2.0 mass%, V: 0.01-0.5 mass%, Ti: 0.01-0.5 mass%, Nb : One or more selected from the group consisting of 0.01 to 0.5% by mass)
Cu and Co are elements that improve the corrosion resistance and stabilize the austenite phase. Therefore, the Cu content and the Co content are each 0.1% by mass or more, preferably 0.2% by mass or more. However, when these elements are contained excessively, the hot workability deteriorates, so the Cu content and the Co content are each 2.0% by mass or less, preferably 1.5% by mass or less.

V、Ti、Nbは、耐食性を向上させ、強度特性や熱間加工性を向上させる元素である。このような効果を得るため、V含有量、Ti含有量、Nb含有量を、それぞれ0.01質量%以上、好ましくは0.05質量%以上とする。しかし、これらの元素を過剰に含有させると、粗大な炭化物や窒化物を形成し靱性を劣化させる。そのため、V含有量、Ti含有量、Nb含有量を、それぞれ0.5質量%以下、好ましくは0.4質量%以下とする。また、Cu、Co、V、Ti、Nbの含有量の合計は、耐食性および熱間加工性を考慮して、0.02〜1.00質量%が好ましい。   V, Ti, and Nb are elements that improve corrosion resistance and improve strength characteristics and hot workability. In order to obtain such an effect, the V content, the Ti content, and the Nb content are each 0.01% by mass or more, preferably 0.05% by mass or more. However, when these elements are contained excessively, coarse carbides and nitrides are formed and the toughness is deteriorated. Therefore, the V content, the Ti content, and the Nb content are each 0.5% by mass or less, preferably 0.4% by mass or less. Further, the total content of Cu, Co, V, Ti, and Nb is preferably 0.02 to 1.00% by mass in consideration of corrosion resistance and hot workability.

(Mg:0.0005〜0.020質量%、Ca:0.0005〜0.020質量%の1種または2種)
MgおよびCaは、鋼中に不純物として含まれるSと結合して局部腐食の起点となりやすいMnSの形成を抑制して、耐局部腐食性を向上させる元素である。また、MgおよびCaは、鋼中のSやOと結合して、これらの介在物が粒界に偏析するのを抑制して熱間加工性を向上させる元素である。このような効果を得るためには、Mg含有量、Ca含有量を、0.0005質量%以上、好ましくは0.0020質量%以上とする。しかし、これらの元素を過剰に含有させると、酸化物系介在物の増加を招き、耐食性、加工性が劣化する。そのため、Mg含有量、Ca含有量を、0.020質量%以下とする。また、MgおよびCaの含有量の合計は、耐食性および熱間加工性を考慮して、0.001〜0.02質量%が好ましい。
(Mg: 0.0005 to 0.020 mass%, Ca: 0.0005 to 0.020 mass%, one or two)
Mg and Ca are elements that improve the local corrosion resistance by suppressing the formation of MnS that is likely to be a starting point of local corrosion by combining with S contained as an impurity in steel. Mg and Ca are elements that combine with S and O in steel to suppress the segregation of these inclusions at grain boundaries and improve hot workability. In order to obtain such an effect, the Mg content and the Ca content are set to 0.0005 mass% or more, preferably 0.0020 mass% or more. However, when these elements are excessively contained, the oxide inclusions increase, and the corrosion resistance and workability deteriorate. Therefore, Mg content and Ca content shall be 0.020 mass% or less. In addition, the total content of Mg and Ca is preferably 0.001 to 0.02% by mass in consideration of corrosion resistance and hot workability.

(Feおよび不可避的不純物)
二相ステンレス鋼材を構成する成分組成の基本成分は前記のとおりであり、残部成分はFeおよび不可避的不純物である。不可避的不純物は、溶製時に不可避的に混入する不純物であり、鋼材の諸特性を害さない範囲で含有される。
また、鋼材の成分組成は、本発明の鋼材の効果に悪影響を与えない範囲で、前記成分に加えて、さらに他の元素を積極的に含有させても良い。
(Fe and inevitable impurities)
The basic components of the component composition constituting the duplex stainless steel material are as described above, and the remaining components are Fe and inevitable impurities. Inevitable impurities are impurities that are inevitably mixed during melting, and are contained within a range that does not impair various properties of the steel material.
Moreover, in addition to the said component, you may actively contain another element in the component composition of steel materials in the range which does not have a bad influence on the effect of the steel materials of this invention.

(硫・酸化物系複合介在物)
本発明では、Taを添加し精錬することで、通常のステンレス鋼に含有される硫化物系介在物(MnS)を、Taを含有する硫・酸化物系複合介在物に改質する。そして、このTaを含有する硫・酸化物系複合介在物によって、耐局部腐食性を向上させている。
(Sulfur / oxide composite inclusions)
In the present invention, by adding and refining Ta, sulfide inclusions (MnS) contained in ordinary stainless steel are modified to sulfur / oxide composite inclusions containing Ta. Further, the local corrosion resistance is improved by the sulfur / oxide composite inclusions containing Ta.

そのためには、このTaを含有する硫・酸化物系複合介在物のTa含有量を、5原子%以上、好ましくは7原子%以上、より好ましくは10原子%以上とする。なお、Ta含有量の上限は、特に定めないが、おおよそ50原子%程度である。   For this purpose, the Ta content of the sulfur / oxide composite inclusions containing Ta is 5 atomic% or more, preferably 7 atomic% or more, more preferably 10 atomic% or more. In addition, although the upper limit of Ta content is not specifically defined, it is about 50 atomic%.

また、Ta添加により介在物の改質を行ったとしても、鋼中に粗大な介在物が多数存在する場合は熱間加工性の低下を招くため、長径が1μm以上のTaを含有する硫・酸化物系複合酸化物が加工方向に垂直な断面1mmあたり500個以下、好ましくは450個以下、より好ましくは400個以下とする。なお、Taを含有する硫・酸化物系複合介在物の個数密度の下限は、特に定めないが、1mmあたり20個程度である。そして、長径が1μmを下回るような微細な介在物は、耐局部腐食性に悪影響を及ぼす度合いが低いため対象から除外した。
また、このような硫・酸化物系複合介在物のTa含有量および個数密度は、二相ステンレス鋼材のTa含有量およびO含有量を制御し、かつ、鋼材製造の際の熱加工条件を制御することによって達成される。
Further, even if the inclusions are modified by addition of Ta, if a large number of coarse inclusions are present in the steel, the hot workability is deteriorated. The number of oxide-based composite oxides is 500 or less, preferably 450 or less, more preferably 400 or less per 1 mm 2 in cross section perpendicular to the processing direction. The lower limit of the number density of the sulfur / oxide composite inclusions containing Ta is not particularly defined, but is about 20 per 1 mm 2 . And the fine inclusion whose major axis is less than 1 μm is excluded from the object because it has a low degree of adverse effect on local corrosion resistance.
In addition, the Ta content and number density of such sulfur / oxide composite inclusions control the Ta content and O content of the duplex stainless steel, and also control the thermal processing conditions during steel production. Is achieved by doing

本発明に係る二相ステンレス鋼材は、前記成分組成が、Cr含有量(Cr量)を[Cr]、Mo含有量(Mo量)を[Mo]、N含有量(N量)を[N]とした際に、[Cr]+3.3[Mo]+16[N]≧40であることが好ましい。
[Cr]+3.3[Mo]+16[N]は、鋼材の耐食性を表す指標として従来知られている孔食性指数(PRE:Pitting Resistance Equivalent)である。本発明では、PRE≧40とすることによって、組織中のCr量、Mo量、N量のバランスが適切なものとなり、鋼材の耐食性および強度が向上する。
In the duplex stainless steel material according to the present invention, the component composition is such that the Cr content (Cr content) is [Cr], the Mo content (Mo content) is [Mo], and the N content (N content) is [N]. It is preferable that [Cr] +3.3 [Mo] +16 [N] ≧ 40.
[Cr] +3.3 [Mo] +16 [N] is a pitting resistance index (PRE) that is conventionally known as an index representing the corrosion resistance of steel. In the present invention, by setting PRE ≧ 40, the balance of Cr content, Mo content, and N content in the structure becomes appropriate, and the corrosion resistance and strength of the steel material are improved.

<二相ステンレス鋼材の製造方法>
本発明の二相系ステンレス鋼材は、通常のステンレス鋼の量産に用いられている製造設備および製造方法によって製造することができる。鋼中の不純物としてのOを低減するためには、SiやAl等のOとの親和力の大きい元素を多めに添加して脱酸を行い、さらに、真空脱ガスやアルゴンガス攪拌などの二次精錬の時間を長時間化したり、複数回行ったりすることにより酸化物系介在物を除去する。
<Method for producing duplex stainless steel>
The duplex stainless steel material of the present invention can be manufactured by a manufacturing facility and a manufacturing method used for mass production of ordinary stainless steel. In order to reduce O as an impurity in steel, deoxidation is performed by adding a large amount of elements having high affinity with O, such as Si and Al, and further, secondary degassing such as vacuum degassing and argon gas stirring is performed. Oxide inclusions are removed by increasing the refining time or by performing the refining time a plurality of times.

例えば、転炉あるいは電気炉にて溶解した溶鋼に対して、AOD法やVOD法などによる精錬を行って成分調整した後、連続鋳造法や造塊法などの鋳造方法で鋼塊とする。得られた鋼塊を1000〜1200℃程度の温度域にて熱間加工を行い、次いで冷間加工を行って所望の寸法形状にすることができる。また、熱間加工時の総加工比(元鋼塊の断面積/加工後の断面積)は、通常通り10〜50程度とする。ここで、所望のTaを含有する硫・酸化物系複合介在物の存在状態にするためには、熱間加工時において、1100〜1200℃の温度域での加工比(加工前の断面積/加工後の断面積)が、総加工比のうちの50%を超える加工比となるように熱間加工することが好ましい。   For example, a molten steel melted in a converter or an electric furnace is refined by an AOD method, a VOD method, or the like to adjust the components, and then formed into a steel ingot by a casting method such as a continuous casting method or an ingot-making method. The obtained steel ingot can be hot-worked in a temperature range of about 1000 to 1200 ° C., and then cold-worked to obtain a desired dimensional shape. Moreover, the total processing ratio (cross-sectional area of the original steel ingot / cross-sectional area after processing) at the time of hot working is set to about 10 to 50 as usual. Here, in order to obtain a desired state of sulfur-oxide composite inclusions containing Ta, during hot working, the working ratio in the temperature range of 1100 to 1200 ° C. (cross-sectional area before working / It is preferable to perform hot working so that the cross-sectional area after working) becomes a working ratio exceeding 50% of the total working ratio.

なお、従来の二相系ステンレス鋼材の製造においても、鋼塊を1000〜1200℃程度の温度域にて熱間加工を行なっているが、特に意識した制御を行なっていない。そのため、加工時の温度低下の影響から、1100〜1200℃の温度域での加工比よりも、1000〜1100℃の温度域での加工比の方が高くなっている。その結果、従来の製造においては、1100〜1200℃の温度域での加工比は、総加工比のうちの50%以下となっている。本発明では、前記のとおり、1100〜1200℃の温度域での加工比をあえて高めることで、所望のTaを含有する硫・酸化物系複合介在物の存在状態が得られる。   In the production of the conventional duplex stainless steel material, the steel ingot is hot-worked in a temperature range of about 1000 to 1200 ° C., but no particular control is performed. For this reason, the processing ratio in the temperature range of 1000 to 1100 ° C. is higher than the processing ratio in the temperature range of 1100 to 1200 ° C. due to the influence of the temperature drop during processing. As a result, in the conventional manufacturing, the processing ratio in the temperature range of 1100 to 1200 ° C. is 50% or less of the total processing ratio. In the present invention, as described above, the existence state of the desired sulfur / oxide composite inclusion containing Ta can be obtained by deliberately increasing the processing ratio in the temperature range of 1100 to 1200 ° C.

本発明においては、機械特性に有害な析出物をなくすため、必要に応じて固溶化熱処理を施して急冷することが好ましい。固溶化熱処理の温度は、1000〜1100℃が好ましく、保持時間は10〜30分が好ましく、急冷は10℃/秒以上の冷却速度で冷却することが好ましい。また、必要に応じてスケール除去などの表面調整のための酸洗を行うことができる。   In the present invention, in order to eliminate precipitates detrimental to mechanical properties, it is preferable to quench by applying a solution heat treatment as necessary. The temperature of the solution heat treatment is preferably 1000 to 1100 ° C., the holding time is preferably 10 to 30 minutes, and the rapid cooling is preferably performed at a cooling rate of 10 ° C./second or more. Moreover, the pickling for surface adjustments, such as scale removal, can be performed as needed.

<二相ステンレス鋼管>
本発明に係る二相ステンレス鋼管の実施形態について説明する。
二相ステンレス鋼管は、前記二相ステンレス鋼材からなるもので、通常のステンレス鋼管の量産に用いられる製造設備および製造方法によって製造することができる。例えば、丸棒を素材とした押出製管やマンネスマン製管、板材を素材として成形後に継ぎ目を溶接する溶接製管などによって、所望の寸法にすることができる。また、二相ステンレス鋼管の寸法は、鋼管が使用される油井管、化学プラント、アンビリカルチューブ等に応じて適宜設定することができる。なお、二相ステンレス鋼管は、海水淡水化プラント、LNG気化器等にも使用できる。
<Duplex stainless steel pipe>
An embodiment of a duplex stainless steel pipe according to the present invention will be described.
The duplex stainless steel pipe is made of the duplex stainless steel material, and can be manufactured by a manufacturing facility and a manufacturing method used for mass production of a normal stainless steel pipe. For example, the desired dimensions can be obtained by an extruded pipe or Mannesmann pipe made of a round bar, or a weld pipe made by welding a seam after forming a plate material. Moreover, the dimension of a duplex stainless steel pipe can be suitably set according to the oil well pipe, chemical plant, umbilical tube, etc. in which the steel pipe is used. The duplex stainless steel pipe can also be used for seawater desalination plants, LNG vaporizers, and the like.

以下、本発明を実施例によって、更に詳細に説明する。
(鋼材の作製)
電極アーク加熱機能を備える溶鋼処理設備によって、表1に示す成分組成の鋼(鋼記号:A1〜A23、B1〜B11)をそれぞれ溶製し、50kgの丸鋳型(本体:約φ140×320mm)を用いて鋳造した。また、各鋼について、PRE=[Cr]+3.3[Mo]+16[N]の算出結果についても表1に示す。なお、表1の成分組成欄において、空欄は該当成分が含有されていないことを示し、残部はFeおよび不可避的不純物である。凝固した鋼塊を1200℃まで加熱し同温度で熱間鍛造(鍛造温度:1000〜1200℃)を施し、その後切断した。次に冷間圧延と1100℃で30分保持の固溶化熱処理を施し、冷速12℃/秒で水冷後に切断し、300×120×10mmの鋼材(No.1〜34)に仕上げた。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
(Production of steel)
By using molten steel processing equipment equipped with an electrode arc heating function, steels having the composition shown in Table 1 (steel symbols: A1 to A23, B1 to B11) are respectively melted, and a 50 kg round mold (main body: about φ140 × 320 mm) is prepared. Used to cast. Table 1 also shows the calculation results of PRE = [Cr] +3.3 [Mo] +16 [N] for each steel. In the component composition column of Table 1, a blank indicates that the corresponding component is not contained, and the balance is Fe and inevitable impurities. The solidified steel ingot was heated to 1200 ° C., subjected to hot forging (forging temperature: 1000 to 1200 ° C.) at the same temperature, and then cut. Next, cold rolling and a solution heat treatment held at 1100 ° C. for 30 minutes were performed, and after cooling with water at a cooling rate of 12 ° C./second, the steel was cut into 300 × 120 × 10 mm steel materials (No. 1 to 34).

なお、鋼(鋼記号:A11〜A23)については、低O量とするために、通常よりも溶製時の脱酸工程を強めに行った。また、鋼材(No.1〜23、25〜34)については、1100〜1200℃における熱間鍛造を、熱間鍛造の総加工比のうちの50%を超える加工比で行った。鋼材(No.24)については、1100〜1200℃における熱間鍛造を、熱間鍛造の総加工比のうちの50%以下の加工比で行った。   In addition, about steel (steel symbol: A11-A23), in order to make it low O amount, the deoxidation process at the time of melting was performed more strongly than usual. Moreover, about steel materials (No. 1-23, 25-34), the hot forging in 1100-1200 degreeC was performed by the processing ratio exceeding 50% of the total processing ratio of hot forging. For steel (No. 24), hot forging at 1100 to 1200 ° C. was performed at a processing ratio of 50% or less of the total processing ratio of hot forging.

(試料の採取)
次に、前記鋼材から加工方向に平行に採取した試料(20mm×30mm×2mmt)を用いて、以下に示す手順で、硫・酸化物系複合介在物の個数密度およびTa含有量を測定すると共に、耐孔食性および熱間加工性を評価した。その結果を表2に示す。
(Sample collection)
Next, using a sample (20 mm × 30 mm × 2 mmt) taken from the steel material in parallel with the processing direction, the number density and Ta content of the sulfur / oxide composite inclusions are measured by the following procedure. The pitting corrosion resistance and hot workability were evaluated. The results are shown in Table 2.

また、前記試料を加工方向と垂直な断面を埋め込み、鏡面研磨し、シュウ酸水溶液中で電解エッチングを行った後、倍率100倍の光学顕微鏡観察を行い、各試料の組織を観察した。その結果、いずれの試料もフェライト相とオーステナイト相の二相からなるものであった。   Further, the sample was embedded in a cross section perpendicular to the processing direction, mirror-polished, subjected to electrolytic etching in an aqueous oxalic acid solution, and then observed with an optical microscope at a magnification of 100 to observe the structure of each sample. As a result, all samples consisted of two phases of a ferrite phase and an austenite phase.

(硫・酸化物系複合介在物の個数密度およびTa含有量の測定)
介在物の長径(円相当直径)、個数密度およびTa含有量は、次の手順で測定できる。即ち、上記組織観察に用いた試料に対し、試料の表面について、SEM−EPMA(走査型電子顕微鏡−電子線プローブマイクロアナライザー、日本電子株式会社製「JXA−8900RL」、「XM−Z0043T」、「XM−87562」)による画像解析を行い、観察される介在物の成分組成をEDX(エネルギー分散型X線検出器)で分析する。EDXによる成分組成の分析は、長径が1μm以上の介在物を対象として行い、介在物の重心位置を1点につき10秒程度で自動分析すればよい。長径が1μm未満の介在物は、耐局部腐食性に悪影響を及ぼす度合いが低い。したがって、本発明では、測定効率を向上させるために、長径が1μm未満の介在物は測定対象から除外する。
(Measurement of number density and Ta content of sulfur / oxide composite inclusions)
The major axis (equivalent circle diameter), number density and Ta content of inclusions can be measured by the following procedure. That is, with respect to the sample used for the tissue observation, the surface of the sample was subjected to SEM-EPMA (scanning electron microscope-electron probe microanalyzer, “JXA-8900RL”, “XM-Z0043T”, “JM Corporation”, “ XM-87562 "), and the composition of the observed inclusions is analyzed with an EDX (energy dispersive X-ray detector). The component composition analysis by EDX may be performed for inclusions having a major axis of 1 μm or more, and the center of gravity of the inclusions may be automatically analyzed in about 10 seconds per point. Inclusions whose major axis is less than 1 μm have a low adverse effect on local corrosion resistance. Therefore, in the present invention, in order to improve measurement efficiency, inclusions whose major axis is less than 1 μm are excluded from the measurement target.

硫・酸化物系複合介在物の個数密度およびTa含有量の測定については、上記の手順で自動EPMAにて観察し、測定面積3mmにおいて観察される長径が1μm以上の硫化物系介在物および酸化物系介在物について、個数密度およびそれぞれの介在物のTa含有量を測定し、その平均値として求めた。 Regarding the measurement of the number density and Ta content of the sulfur / oxide composite inclusions, the sulfide inclusions having a major axis of 1 μm or more observed in an automatic EPMA according to the above procedure and observed in a measurement area of 3 mm 2 and For the oxide inclusions, the number density and the Ta content of each inclusion were measured and determined as the average value.

(耐孔食性の評価)
耐孔食性の評価は、JIS G 0577:2005に記載の方法を参考にして評価した。試料表面をSiC#600研磨紙で湿式研磨し、超音波洗浄した後、スポット溶接で試料に導線の取り付けを行い、試料表面の試験面(10mm×10mm)の部分以外をエポキシ樹脂で被覆した。その試料を80℃に保持した20%NaCl水溶液中に10分間浸漬した後、20mV/minの掃引速度でアノード分極を行い、電流密度が0.1mA/cmを超えた時点の電位を孔食電位(V100)とした。耐孔食性の評価は孔食電位が500mV(vs.SCE(飽和カロメル電極))を超えるものを良好(○)、100〜500mV(vs.SCE)までのものをやや不良(△)、100mV(vs.SCE)未満のものを不良(×)として評価した。
(Evaluation of pitting corrosion resistance)
The pitting corrosion resistance was evaluated with reference to the method described in JIS G 0577: 2005. The sample surface was wet-polished with SiC # 600 abrasive paper and subjected to ultrasonic cleaning, and then a lead wire was attached to the sample by spot welding, and the portion other than the test surface (10 mm × 10 mm) portion of the sample surface was coated with an epoxy resin. After immersing the sample in a 20% NaCl aqueous solution maintained at 80 ° C. for 10 minutes, anodic polarization was performed at a sweep rate of 20 mV / min, and the potential when the current density exceeded 0.1 mA / cm 2 was pitting corrosion. A potential (V C ' 100 ) was used. The evaluation of pitting corrosion resistance is good (◯) when the pitting potential exceeds 500 mV (vs. SCE (saturated calomel electrode)), slightly poor (Δ), 100 mV (100 mV (vs. SCE)) (vs. SCE) was evaluated as defective (x).

(熱間加工性の評価)
前記試料の表面を目視にて観察し、表面欠陥の有無(◎:欠陥なし、○:わずかに欠陥あり、△:欠陥多発、×:割れ発生)を観察した。その結果を表2に示す。
(Evaluation of hot workability)
The surface of the sample was visually observed, and the presence or absence of surface defects (◎: no defects, ○: slight defects, Δ: frequent defects, x: occurrence of cracks) was observed. The results are shown in Table 2.

Figure 2015110828
Figure 2015110828

Figure 2015110828
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表1、表2の結果から、本発明の要件を満たす実施例(鋼材No.1〜23)については、いずれも優れた耐孔食性および熱間加工性を有していることが分かる。
それに対して、本発明の要件を満たさない比較例(鋼材No.24〜34)については、以下の不具合を有している。
From the results of Tables 1 and 2, it can be seen that Examples (Steel Nos. 1 to 23) satisfying the requirements of the present invention have excellent pitting corrosion resistance and hot workability.
On the other hand, the comparative example (steel materials No. 24-34) which does not satisfy the requirements of the present invention has the following problems.

比較例(鋼材No.24)は、成分組成は本発明の要件を満足するが、1100〜1200℃での熱間鍛造の加工比が総加工比のうちの50%以下であるため、硫・酸化物系複合介在物のTa含有量が下限未満となり、耐孔食性に劣っていた。   In the comparative example (steel No. 24), the component composition satisfies the requirements of the present invention, but the processing ratio of hot forging at 1100 to 1200 ° C. is 50% or less of the total processing ratio. The Ta content of the oxide composite inclusions was less than the lower limit, and the pitting corrosion resistance was poor.

比較例(鋼材No.25および26)は、Taが含有されてないため、硫・酸化物系複合介在物の改質がなされず、耐孔食性に劣っていた。
比較例(鋼材No.27)は、Ta含有量が上限を超えるため、硫・酸化物系複合介在物の改質はなされたものの、個数密度が上限を超え、同時に粗大な窒化物も析出したため、耐孔食性および熱間加工性に劣っていた。
Since the comparative examples (steel materials No. 25 and 26) did not contain Ta, the sulfur / oxide composite inclusions were not modified, and the pitting corrosion resistance was poor.
In the comparative example (steel material No. 27), since the Ta content exceeds the upper limit, the sulfur / oxide composite inclusions were modified, but the number density exceeded the upper limit, and at the same time coarse nitrides were precipitated. The pitting corrosion resistance and hot workability were inferior.

比較例(鋼材No.28)は、Cr含有量が下限未満であるため、耐孔食性に劣っていた。
比較例(鋼材No.29)は、S含有量が上限を超えるため、硫・酸化物系複合介在物のTa含有量が下限未満となり、同時に、硫化物系介在物(MnS)が多数析出したため、耐孔食性および熱間加工性に劣っていた。
比較例(鋼材No.30)は、Mn含有量が上限を超えるため、MnSの析出抑制が不十分となり、耐孔食性および熱間加工性に劣っていた。
The comparative example (steel material No. 28) had poor pitting corrosion resistance because the Cr content was less than the lower limit.
In the comparative example (steel material No. 29), since the S content exceeds the upper limit, the Ta content of the sulfur / oxide composite inclusion is less than the lower limit, and at the same time, a large number of sulfide inclusions (MnS) are precipitated. The pitting corrosion resistance and hot workability were inferior.
In the comparative example (steel material No. 30), since the Mn content exceeded the upper limit, the precipitation suppression of MnS was insufficient, and the pitting corrosion resistance and hot workability were inferior.

比較例(鋼材No.31)は、Mo含有量が上限を超えたため、鋼中に多数のσ相が析出し、耐孔食性および熱間加工性に劣っていた。
比較例(鋼材No.32)は、Mo含有量が下限未満であるため、耐孔食性に劣っていた。
比較例(鋼材No.33)は、N含有量が下限未満であるため、耐孔食性に劣っていた。
比較例(鋼材No.34)は、O含有量が上限を超えたため、耐孔食性および熱間加工性に劣っていた。
In the comparative example (steel material No. 31), since the Mo content exceeded the upper limit, many σ phases were precipitated in the steel, and the pitting corrosion resistance and hot workability were inferior.
Since comparative example (steel material No. 32) had Mo content less than a minimum, it was inferior to pitting corrosion resistance.
Since the N content was less than the lower limit, the comparative example (steel material No. 33) was inferior in pitting corrosion resistance.
Since the O content exceeded the upper limit, the comparative example (steel material No. 34) was inferior in pitting corrosion resistance and hot workability.

以上のように、本発明の二相ステンレス鋼材および二相ステンレス鋼管について説明したが、本発明は実施形態および実施例によって制限を受けるものではなく、本発明の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含されるものである。   As described above, the duplex stainless steel material and duplex stainless steel pipe of the present invention have been described. However, the present invention is not limited by the embodiments and examples, and is appropriately within a range that can meet the spirit of the present invention. It is also possible to carry out with modification, and they are all included in the technical scope of the present invention.

Claims (4)

フェライト相とオーステナイト相とからなる二相ステンレス鋼材であって、前記二相ステンレス鋼材の成分組成は、
C:0.10%質量以下、
Si:0.1〜2.0質量%、
Mn:0.1〜2.0質量%、
P:0.05質量%以下、
S:0.01質量%以下、
Al:0.001〜0.050質量%、
Cr:22.0〜28.0質量%、
Ni:1.0〜10.0質量%、
Mo:2.0〜6.0質量%、
N:0.2〜0.5質量%、
Ta:0.01〜0.50質量%、
O:0.030質量%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、
前記二相ステンレス鋼材の介在物のうち、長径が1μm以上であるTaを含有する硫・酸化物系複合介在物が、加工方向に垂直な断面1mmあたり500個以下であり、前記硫・酸化物系複合介在物のTa含有量が5原子%以上であることを特徴とする二相ステンレス鋼材。
It is a duplex stainless steel material composed of a ferrite phase and an austenite phase, and the component composition of the duplex stainless steel material is:
C: 0.10% by mass or less,
Si: 0.1 to 2.0% by mass,
Mn: 0.1 to 2.0% by mass,
P: 0.05 mass% or less,
S: 0.01% by mass or less,
Al: 0.001 to 0.050 mass%,
Cr: 22.0-28.0 mass%,
Ni: 1.0-10.0 mass%,
Mo: 2.0 to 6.0 mass%,
N: 0.2-0.5% by mass
Ta: 0.01 to 0.50 mass%,
O: 0.030% by mass or less, with the balance being Fe and inevitable impurities,
Among the inclusions of the duplex stainless steel material, the sulfur / oxide composite inclusions containing Ta having a major axis of 1 μm or more is 500 or less per 1 mm 2 in cross section perpendicular to the processing direction. A duplex stainless steel material characterized in that the Ta content of a physical composite inclusion is 5 atomic% or more.
前記成分組成が、さらにCu:0.1〜2.0質量%、Co:0.1〜2.0質量%、V:0.01〜0.5質量%、Ti:0.01〜0.5質量%、Nb:0.01〜0.5質量%よりなる群から選ばれる1種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の二相ステンレス鋼材。   The component composition is further Cu: 0.1-2.0% by mass, Co: 0.1-2.0% by mass, V: 0.01-0.5% by mass, Ti: 0.01-0. The duplex stainless steel material according to claim 1, comprising at least one selected from the group consisting of 5% by mass and Nb: 0.01 to 0.5% by mass. 前記成分組成が、さらにMg:0.0005〜0.020質量%、Ca:0.0005〜0.020質量%の1種または2種を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の二相ステンレス鋼材。   The said component composition contains 1 type or 2 types of Mg: 0.0005-0.020 mass% and Ca: 0.0005-0.020 mass% further, The Claim 1 or Claim 2 characterized by the above-mentioned. The duplex stainless steel material described in 1. 請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載された前記二相ステンレス鋼材からなることを特徴とする二相ステンレス鋼管。   A duplex stainless steel pipe comprising the duplex stainless steel material according to any one of claims 1 to 3.
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