JP2018059157A - 二相ステンレス鋼 - Google Patents
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Abstract
【課題】微量硫化水素環境において優れた耐食性を有する二相ステンレス鋼を提供する。【解決手段】二相ステンレス鋼は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．２〜１％、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．００１〜０．０４０％、Ｎｉ：４％以上７％未満、Ｃｒ：２４％を超えて２８％以下、Ｍｏ：０．５〜４．０％、Ｃｕ：２．０％を超えて４．０％以下、Ｃｏ：０．００１〜０．３％、Ｎ：０．１％を超えて０．３５％以下、Ｏ：０．０１０％以下、等を含油し、オーステナイト相及びフェライト相を含む組織を有し、電子線マイクロアナライザを用いて測定して得られる前記フェライト相中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ含有量が、下記の式（１）を満たす。（０．３×Ｃｒ）２＋（０．２×Ｎｉ）２＋（０．４×Ｍｏ）２＋（２．１×Ｃｕ）２≧８６．０ （１）【選択図】図１
Description
本発明は、二相ステンレス鋼に関する。
油田・ガス田から産出される石油・天然ガスは、二酸化炭素ガス（ＣＯ２）、硫化水素ガス（Ｈ２Ｓ）等の腐食性ガスを随伴ガスとして含有する。このような腐食性ガスを含有する石油・天然ガスの輸送に用いられるラインパイプには、二相ステンレス鋼等の高耐食性材料が使用される。石油・天然ガスの採掘に用いられる油井管についても同様である。
特許第５０７２２８５号公報には、塩化物環境をはじめとする腐食環境で使用される耐食性に優れた二相ステンレス鋼が開示されている。
特許第５８７０２０１号公報には、良好な耐全面腐食性及び高強度が必要な硝酸環境のための化学工業等のフェライト・オーステナイト系二相ステンレス鋼が記載されている。
特許第５８７０２０１号公報では、全面腐食性について検討されているが、耐硫化物応力腐食割れ性は検討されていない。
本発明の目的は、微量硫化水素環境において優れた耐食性を有する二相ステンレス鋼を提供することである。
本発明の一実施形態による二相ステンレス鋼は、化学組成が、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．２〜１％、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ａｌ：０．００１〜０．０４０％、Ｎｉ：４％以上７％未満、Ｃｒ：２４％を超えて２８％以下、Ｍｏ：０．５〜４．０％、Ｃｕ：２．０％を超えて４．０％以下、Ｃｏ：０．００１〜０．３％、Ｎ：０．１％を超えて０．３５％以下、Ｏ：０．０１０％以下、Ｖ：０〜１．５％、Ｃａ：０〜０．０２％、Ｍｇ：０〜０．０２％、Ｂ：０〜０．０２％、ＲＥＭ：０〜０．２％、残部：Ｆｅ及び不純物であり、オーステナイト相及びフェライト相を含む組織を有し、電子線マイクロアナライザを用いて測定して得られる前記フェライト相中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ含有量が、下記の式（１）を満たす。
（０．３×Ｃｒ）２＋（０．２×Ｎｉ）２＋（０．４×Ｍｏ）２＋（２．１×Ｃｕ）２≧８６．０ （１）
式（１）のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕには、前記フェライト相中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ含有量が質量％で代入される。
式（１）のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕには、前記フェライト相中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ含有量が質量％で代入される。
本発明によれば、微量硫化水素環境において優れた耐食性を有する二相ステンレス鋼が得られる。
本発明者等は、０．３ｂａｒ以下の微量硫化水素環境における二相ステンレス鋼の耐硫化物応力腐食割れ性について検討した。その結果、以下の知見を得た。
二相ステンレス鋼は、オーステナイト相とフェライト相を含む金属組織を有する。鋼中の各合金元素は、オーステナイト相とフェライト相とに分配される。具体的には、鋼全体の化学組成と比較して、オーステナイト相中ではＮｉ、Ｃｕ、Ｎ等の含有量が高くなり、フェライト相中ではＣｒ、Ｍｏ等の含有量が高くなる。この成分分配は、鋼の化学組成の他に、熱処理条件によっても変化する。
分配された各元素の含有量は、それぞれの相の耐食性を決める因子となる。微量硫化水素環境での耐食性は、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕの含有量の影響を受ける。また、二相ステンレス鋼の微量硫化水素環境での応力腐食割れは、基本的にフェライト相を伝播する。そのため、二相ステンレス鋼の耐硫化物応力腐食割れ性を向上させるためには、フェライト相中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ含有量を高くする必要がある。
具体的には、電子線マイクロアナライザ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ Ａｎａｌｙｚｅｒ、以下「ＥＰＭＡ」という。）を用いて測定して得られるフェライト相中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ含有量が、下記の式（１）を満たす必要がある。
（０．３×Ｃｒ）２＋（０．２×Ｎｉ）２＋（０．４×Ｍｏ）２＋（２．１×Ｃｕ）２≧８６．０ （１）
式（１）のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕには、フェライト相中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ含有量が質量％で代入される。
式（１）のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕには、フェライト相中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ含有量が質量％で代入される。
Ｃｏは、硫化物の皮膜を作り、鋼の耐硫化物応力腐食割れ性を顕著に向上させる。Ｃｏを所定量含有し、かつ、ＥＰＭＡを用いて測定して得られるフェライト相中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ及びＣｕ含有量が上記の式（１）を満たすようにすれば、優れた耐硫化物応力腐食割れ性が得られる。
以上の知見に基づいて、本発明は完成された。以下、本発明の一実施形態による二相ステンレス鋼を詳述する。
［化学組成］
本実施形態による二相ステンレス鋼は、以下に説明する化学組成を有する。以下の説明において、元素の含有量の「％」は、質量％を意味する。
本実施形態による二相ステンレス鋼は、以下に説明する化学組成を有する。以下の説明において、元素の含有量の「％」は、質量％を意味する。
Ｃ：０．０３％以下
炭素（Ｃ）は、オーステナイトを安定化する。しかし、Ｃ含有量が０．０３％を超えると炭化物が析出しやすくなり、耐食性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．０３％以下である。Ｃ含有量の下限は、好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｃ含有量の上限は、好ましくは０．０２５％であり、さらに好ましくは０．０２％である。
炭素（Ｃ）は、オーステナイトを安定化する。しかし、Ｃ含有量が０．０３％を超えると炭化物が析出しやすくなり、耐食性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．０３％以下である。Ｃ含有量の下限は、好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｃ含有量の上限は、好ましくは０．０２５％であり、さらに好ましくは０．０２％である。
Ｓｉ：０．２〜１％
シリコン（Ｓｉ）は、溶接時の溶融金属の流動性を向上させるため、溶接欠陥を防止するのに有効な元素である。Ｓｉ含有量が０．２％未満では、この効果が十分に得られない。一方、Ｓｉ含有量が１％を超えると、σ相等の析出相が生成しやすくなる。σ相等の析出相は、材料の靱性や耐孔食性を劣化させる。したがって、Ｓｉ含有量は０．２〜１％である。Ｓｉ含有量の下限は、好ましくは０．３％であり、さらに好ましくは０．４％である。Ｓｉ含有量の上限は、好ましくは０．８％であり、さらに好ましくは０．７％である。
シリコン（Ｓｉ）は、溶接時の溶融金属の流動性を向上させるため、溶接欠陥を防止するのに有効な元素である。Ｓｉ含有量が０．２％未満では、この効果が十分に得られない。一方、Ｓｉ含有量が１％を超えると、σ相等の析出相が生成しやすくなる。σ相等の析出相は、材料の靱性や耐孔食性を劣化させる。したがって、Ｓｉ含有量は０．２〜１％である。Ｓｉ含有量の下限は、好ましくは０．３％であり、さらに好ましくは０．４％である。Ｓｉ含有量の上限は、好ましくは０．８％であり、さらに好ましくは０．７％である。
Ｍｎ：１．５％以下
マンガン（Ｍｎ）は、脱硫及び脱酸効果によって熱間加工性を向上させる。また、Ｍｎは、Ｎの溶解度を大きくする。しかし、Ｍｎ含有量が１．５％を超えると、耐食性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は１．５％以下である。Ｍｎ含有量の下限は、好ましくは０．１％であり、さらに好ましくは０．５％である。Ｍｎ含有量の上限は、好ましくは１．２％であり、さらに好ましくは１．０％である。
マンガン（Ｍｎ）は、脱硫及び脱酸効果によって熱間加工性を向上させる。また、Ｍｎは、Ｎの溶解度を大きくする。しかし、Ｍｎ含有量が１．５％を超えると、耐食性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は１．５％以下である。Ｍｎ含有量の下限は、好ましくは０．１％であり、さらに好ましくは０．５％である。Ｍｎ含有量の上限は、好ましくは１．２％であり、さらに好ましくは１．０％である。
Ｐ：０．０４０％以下
リン（Ｐ）は、鋼中に不純物として混入し、鋼の耐食性及び靱性を低下させる。そのため、Ｐ含有量は０．０４０％以下である。Ｐ含有量は、好ましくは０．０３０％以下であり、さらに好ましくは０．０２５％以下である。
リン（Ｐ）は、鋼中に不純物として混入し、鋼の耐食性及び靱性を低下させる。そのため、Ｐ含有量は０．０４０％以下である。Ｐ含有量は、好ましくは０．０３０％以下であり、さらに好ましくは０．０２５％以下である。
Ｓ：０．０１０％以下
硫黄（Ｓ）は、鋼中に不純物として混入し、鋼の熱間加工性を低下させる。また、硫化物は孔食の発生起点となり、鋼の耐孔食性を低下させる。そのため、Ｓ含有量は０．０１０％以下である。Ｓ含有量は、好ましくは０．００５％以下であり、さらに好ましくは０．００２％以下である。
硫黄（Ｓ）は、鋼中に不純物として混入し、鋼の熱間加工性を低下させる。また、硫化物は孔食の発生起点となり、鋼の耐孔食性を低下させる。そのため、Ｓ含有量は０．０１０％以下である。Ｓ含有量は、好ましくは０．００５％以下であり、さらに好ましくは０．００２％以下である。
Ａｌ：０．００１〜０．０４０％
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。一方、鋼中のＮ含有量が多い場合には、Ａｌは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）として析出し、鋼の靱性及び耐食性を低下させる。そのため、Ａｌ含有量は０．００１〜０．０４０％である。Ａｌ含有量の下限は、好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ａｌ含有量の上限は、好ましくは０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０２５％である。なお、本実施形態におけるＡｌ含有量とは、酸可溶Ａｌ（ｓｏｌ．Ａｌ）の含有量を指す。
アルミニウム（Ａｌ）は、鋼を脱酸する。一方、鋼中のＮ含有量が多い場合には、Ａｌは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）として析出し、鋼の靱性及び耐食性を低下させる。そのため、Ａｌ含有量は０．００１〜０．０４０％である。Ａｌ含有量の下限は、好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ａｌ含有量の上限は、好ましくは０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０２５％である。なお、本実施形態におけるＡｌ含有量とは、酸可溶Ａｌ（ｓｏｌ．Ａｌ）の含有量を指す。
Ｎｉ：４％以上７％未満
ニッケル（Ｎｉ）は、オーステナイトを安定化する。Ｎｉはまた、鋼の靱性を向上させる。Ｎｉ含有量が４％未満では、これらの効果が十分に得られない。一方、Ｎｉ含有量が７％以上になると、σ相等の析出相が生成しやすくなる。したがって、Ｎｉ含有量は４％以上７％未満である。Ｎｉ含有量の下限は、好ましくは４．２％であり、さらに好ましくは４．５％である。Ｎｉ含有量の上限は、好ましくは６．５％であり、さらに好ましくは６％である。
ニッケル（Ｎｉ）は、オーステナイトを安定化する。Ｎｉはまた、鋼の靱性を向上させる。Ｎｉ含有量が４％未満では、これらの効果が十分に得られない。一方、Ｎｉ含有量が７％以上になると、σ相等の析出相が生成しやすくなる。したがって、Ｎｉ含有量は４％以上７％未満である。Ｎｉ含有量の下限は、好ましくは４．２％であり、さらに好ましくは４．５％である。Ｎｉ含有量の上限は、好ましくは６．５％であり、さらに好ましくは６％である。
Ｃｒ：２４％を超えて２８％以下
クロム（Ｃｒ）は、鋼の耐食性を向上させる。Ｃｒ含有量が２４％以下では、この効果が十分に得られない。一方、Ｃｒ含有量が２８％を超えると、σ相等の析出相が生成しやすくなる。したがって、Ｃｒ含有量は２４％を超えて２８％以下である。Ｃｒ含有量の下限は、好ましくは２４．５％であり、さらに好ましくは２５％である。Ｃｒ含有量の上限は、好ましくは２７％であり、さらに好ましくは２６％である。
クロム（Ｃｒ）は、鋼の耐食性を向上させる。Ｃｒ含有量が２４％以下では、この効果が十分に得られない。一方、Ｃｒ含有量が２８％を超えると、σ相等の析出相が生成しやすくなる。したがって、Ｃｒ含有量は２４％を超えて２８％以下である。Ｃｒ含有量の下限は、好ましくは２４．５％であり、さらに好ましくは２５％である。Ｃｒ含有量の上限は、好ましくは２７％であり、さらに好ましくは２６％である。
Ｍｏ：０．５〜４．０％
モリブデン（Ｍｏ）は、鋼の耐食性を向上させる。Ｍｏ含有量が０．５％未満では、この効果が十分に得られない。一方、Ｍｏ含有量が４．０％を超えると、σ相等の析出相が生成しやすくなる。したがって、Ｍｏ含有量は０．５〜４．０％である。Ｍｏ含有量の下限は、好ましくは０．７％であり、さらに好ましくは１．０％である。Ｍｏ含有量の上限は、好ましくは３．０％であり、さらに好ましくは２．０％であり、さらに好ましくは１．５％である。
モリブデン（Ｍｏ）は、鋼の耐食性を向上させる。Ｍｏ含有量が０．５％未満では、この効果が十分に得られない。一方、Ｍｏ含有量が４．０％を超えると、σ相等の析出相が生成しやすくなる。したがって、Ｍｏ含有量は０．５〜４．０％である。Ｍｏ含有量の下限は、好ましくは０．７％であり、さらに好ましくは１．０％である。Ｍｏ含有量の上限は、好ましくは３．０％であり、さらに好ましくは２．０％であり、さらに好ましくは１．５％である。
Ｃｕ：２．０％を超えて４．０％以下
銅（Ｃｕ）は、腐食性の酸性ガスを含む塩化物環境において、Ｃｒを主成分とする不動態皮膜を強化する。Ｃｕはまた、大入熱溶接時にマトリックスに微細に析出し、フェライト相とオーステナイト相との界面でのσ相の生成を抑制する。Ｃｕ含有量が２．０％以下では、この効果が十分に得られない。一方、Ｃｕ含有量が４．０％を超えると、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は２．０％を超え４．０％以下である。Ｃｕ含有量の下限は、好ましくは２．１％であり、さらに好ましくは２．２％である。Ｃｕ含有量の上限は、好ましくは３．８％であり、さらに好ましくは３．５％である。
銅（Ｃｕ）は、腐食性の酸性ガスを含む塩化物環境において、Ｃｒを主成分とする不動態皮膜を強化する。Ｃｕはまた、大入熱溶接時にマトリックスに微細に析出し、フェライト相とオーステナイト相との界面でのσ相の生成を抑制する。Ｃｕ含有量が２．０％以下では、この効果が十分に得られない。一方、Ｃｕ含有量が４．０％を超えると、鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は２．０％を超え４．０％以下である。Ｃｕ含有量の下限は、好ましくは２．１％であり、さらに好ましくは２．２％である。Ｃｕ含有量の上限は、好ましくは３．８％であり、さらに好ましくは３．５％である。
Ｃｏ：０．００１〜０．３％
コバルト（Ｃｏ）は、硫化物の皮膜を作り、鋼の耐硫化物応力腐食割れ性を向上させる。Ｃｏ含有量が０．００１％以上であれば、この効果が顕著に得られる。一方、Ｃｏは高価であること及び多量に添加すると鋼材の相バランス（オーステナイト相とフェライト相の割合）が変化して、性能に影響を及ぼしうる。そこでＣｏ含有量を０．３％以下とする。Ｃｏ含有量の下限は、より好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１％である。Ｃｏ含有量の上限は、好ましくは０．２％であり、さらに好ましくは０．１％である。
コバルト（Ｃｏ）は、硫化物の皮膜を作り、鋼の耐硫化物応力腐食割れ性を向上させる。Ｃｏ含有量が０．００１％以上であれば、この効果が顕著に得られる。一方、Ｃｏは高価であること及び多量に添加すると鋼材の相バランス（オーステナイト相とフェライト相の割合）が変化して、性能に影響を及ぼしうる。そこでＣｏ含有量を０．３％以下とする。Ｃｏ含有量の下限は、より好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１％である。Ｃｏ含有量の上限は、好ましくは０．２％であり、さらに好ましくは０．１％である。
Ｎ：０．１％を超えて０．３５％以下
窒素（Ｎ）は、強力なオーステナイト形成元素であり、二相ステンレス鋼の熱的安定性及び耐食性を向上させる。本実施形態による二相ステンレス鋼は、フェライト形成元素であるＣｒ及びＭｏを多量に含有するので、フェライト相とオーステナイト相とのバランスを適正なものとするため、Ｎ含有量を０．１％よりも多くする。一方、Ｎ含有量が０．３５％を超えると、溶接時にブローホールが発生する。また、溶接時に生成される窒化物によって、溶接金属の靱性や耐食性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．１％を超えて０．３５％以下である。Ｎ含有量の下限は、好ましくは０．１２％であり、さらに好ましくは０．１５％である。Ｎ含有量の上限は、好ましくは０．３％であり、さらに好ましくは０．２５％である。
窒素（Ｎ）は、強力なオーステナイト形成元素であり、二相ステンレス鋼の熱的安定性及び耐食性を向上させる。本実施形態による二相ステンレス鋼は、フェライト形成元素であるＣｒ及びＭｏを多量に含有するので、フェライト相とオーステナイト相とのバランスを適正なものとするため、Ｎ含有量を０．１％よりも多くする。一方、Ｎ含有量が０．３５％を超えると、溶接時にブローホールが発生する。また、溶接時に生成される窒化物によって、溶接金属の靱性や耐食性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．１％を超えて０．３５％以下である。Ｎ含有量の下限は、好ましくは０．１２％であり、さらに好ましくは０．１５％である。Ｎ含有量の上限は、好ましくは０．３％であり、さらに好ましくは０．２５％である。
Ｏ：０．０１０％以下
酸素（Ｏ）は、非金属介在物である酸化物を形成し、二相ステンレス鋼の靱性を低下させる。そのため、Ｏ含有量は０．０１０％以下である。Ｏ含有量は、好ましくは０．００８％以下であり、さらに好ましくは０．００５％以下である。
酸素（Ｏ）は、非金属介在物である酸化物を形成し、二相ステンレス鋼の靱性を低下させる。そのため、Ｏ含有量は０．０１０％以下である。Ｏ含有量は、好ましくは０．００８％以下であり、さらに好ましくは０．００５％以下である。
本実施形態による二相ステンレス鋼の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物である。ここでいう不純物は、鋼の原料として利用される鉱石やスクラップから混入される元素、あるいは製造過程の環境等から混入される元素をいう。
本実施形態による二相ステンレス鋼の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、以下に説明する元素を含有してもよい。以下に説明する元素は、すべて選択元素である。すなわち、本実施形態による二相ステンレス鋼の化学組成は、以下の元素の一部又は全部を含有していなくてもよい。
Ｖ：０〜１．５％
バナジウム（Ｖ）は、選択元素である。Ｖは、二相ステンレス鋼の耐食性を向上させる。Ｖはより具体的には、Ｍｏ及びＣｕと複合して含有させることにより、耐隙間腐食性を向上させる。Ｖが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Ｖ含有量が１．５％を超えると、フェライト相が過剰になり、靱性及び耐食性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０〜１．５％である。Ｖ含有量の下限は、好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０３％である。Ｖ含有量の上限は、好ましくは１．２％であり、さらに好ましくは１．０％である。
バナジウム（Ｖ）は、選択元素である。Ｖは、二相ステンレス鋼の耐食性を向上させる。Ｖはより具体的には、Ｍｏ及びＣｕと複合して含有させることにより、耐隙間腐食性を向上させる。Ｖが少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Ｖ含有量が１．５％を超えると、フェライト相が過剰になり、靱性及び耐食性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０〜１．５％である。Ｖ含有量の下限は、好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０３％である。Ｖ含有量の上限は、好ましくは１．２％であり、さらに好ましくは１．０％である。
Ｃａ：０〜０．０２％
Ｍｇ：０〜０．０２％
Ｂ ：０〜０．０２％
ＲＥＭ：０〜０．２％
カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、硼素（Ｂ）、及び希土類元素（ＲＥＭ）は、いずれも選択元素である。これらの元素はいずれも、ＳやＯを固定して、熱間加工性を向上させる。これらの元素が少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Ｃａ、Ｍｇ、及びＢの各々の含有量が０．０２％を超えると、非金属介在物が増加して靱性や耐食性が低下する。したがって、Ｃａ、Ｍｇ、及びＢの各々の含有量は、０〜０．０２％である。同様に、ＲＥＭ含有量が０．２％を超えると、非金属介在物が増加して靱性や耐食性が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０〜０．２％である。
Ｍｇ：０〜０．０２％
Ｂ ：０〜０．０２％
ＲＥＭ：０〜０．２％
カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、硼素（Ｂ）、及び希土類元素（ＲＥＭ）は、いずれも選択元素である。これらの元素はいずれも、ＳやＯを固定して、熱間加工性を向上させる。これらの元素が少しでも含有されていれば、この効果が得られる。一方、Ｃａ、Ｍｇ、及びＢの各々の含有量が０．０２％を超えると、非金属介在物が増加して靱性や耐食性が低下する。したがって、Ｃａ、Ｍｇ、及びＢの各々の含有量は、０〜０．０２％である。同様に、ＲＥＭ含有量が０．２％を超えると、非金属介在物が増加して靱性や耐食性が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０〜０．２％である。
Ｃａ含有量の下限は、好ましくは０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％である。Ｃａ含有量の上限は、好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｍｇ含有量の下限は、好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。Ｍｇ含有量の上限は、好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｂ含有量の下限は、好ましくは０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％である。Ｂ含有量の上限は、好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．００５％である。
なお、ＲＥＭとは、ランタノイドの１５元素にＹ及びＳｃを合わせた１７元素の総称であり、これらの元素のうちの１種以上を含有させることができる。ＲＥＭ含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。ＲＥＭ含有量の下限は、好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１％である。ＲＥＭ含有量の上限は、好ましくは０．１％であり、さらに好ましくは０．０５％である。
［組織］
本実施形態による二相ステンレス鋼は、オーステナイト相及びフェライト相からなり、残部は析出物と介在物である。
本実施形態による二相ステンレス鋼は、オーステナイト相及びフェライト相からなり、残部は析出物と介在物である。
本実施形態による二相ステンレス鋼は、ＥＰＭＡを用いて測定して得られるフェライト相中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ含有量が、下記の式（１）を満たす。
（０．３×Ｃｒ）２＋（０．２×Ｎｉ）２＋（０．４×Ｍｏ）２＋（２．１×Ｃｕ）２≧８６．０ （１）
式（１）のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕには、フェライト相中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ含有量が質量％で代入される。
式（１）のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕには、フェライト相中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ含有量が質量％で代入される。
二相ステンレス鋼の硫化水素環境中での応力腐食割れは、相対的に耐食性の低いフェライト相を伝搬する。そのため、硫化水素環境中での耐食性を高めるためには、フェライト相中に硫化水素環境に対して耐食性を示す元素が多く分配されている必要がある。
フェライト相中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ含有量は、より具体的には、次のようにして求める。まず、二相ステンレス鋼から試験片を採取する。採取した試験片を機械研磨し、続いて電解研磨する。ＥＰＭＡを用いて、研磨した試験片を分析する。具体的には、加速電圧１５ｋＶの電子線を用いて、２００μｍ×２００μｍの領域を、０．４μｍ間隔で格子状に測定する。すなわち、５００点×５００点の２５０，０００点を測定する。
図１は、後述する実施例で製造したＮｏ．５の鋼板から採取した試験片をＥＰＭＡで測定して得られたＮｉ含有量のマップである。図１において、紙面左右方向が圧延方向、紙面上下方向は幅方向（圧延方向と厚さ方向とに垂直な方向）である。また、明るい領域がＮｉ含有量の高い領域であり、暗い領域がＮｉ含有量の低い領域である。
Ｎｉ含有量の高い領域がオーステナイト相に対応し、Ｎｉ含有量の低い領域がフェライト相に対応する。図１に示すように、二相ステンレス鋼の組織は、素地がフェライト相で、島状にオーステナイト相が生成するのが一般的である。
測定した２５０，０００点のデータから、明らかにフェライト相であると判断できる測定点を２００点以上選択する。図２は、図１からフェライト相として選択した領域を白抜きで示したものである。
選択した２００点以上の測定点でのＮｉ含有量の平均値を、フェライト相中のＮｉ含有量と定義する。同様に、選択した２００点以上の測定点でのＣｒ含有量の平均値、Ｍｏ含有量の平均値、及びＣｕ含有量の平均値をそれぞれ、フェライト相中のＣｒ含有量、Ｍｏ含有量、及びＣｕ含有量と定義する。
なお、式（１）では用いないが、オーステナイト相中の各合金元素の含有量も、同様の方法で求めることができる。
フェライト相中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ含有量は、二相ステンレス鋼の化学組成の他、熱処理条件によっても変化する。具体的には、二相ステンレス鋼中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ含有量が高いほど、フェライト相中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ含有量も高くなる傾向がある。また、熱処理温度が高いほど、金属組織に占めるフェライト相の体積の割合が高くなり、Ｃｒ、Ｍｏ（フェライト形成元素）は濃度が低下し、Ｎｉ、Ｃｕ（オーステナイト形成元素）は濃度が上昇する。
フェライト相中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ含有量を式（１）の左辺に代入して得られる値を、ＣＩ−Ｆ値と定義する。ＣＩ−Ｆ値が８６．０以上であれば、優れた耐硫化物応力腐食割れ性が得られる。ＣＩ−Ｆ値は、好ましくは８６．５以上であり、さらに好ましくは８７．０以上である。
［製造方法］
以下、本実施形態による二相ステンレス鋼の製造方法の一例を説明する。ただし、本実施形態による二相ステンレス鋼の製造方法は、これに限定されない。
以下、本実施形態による二相ステンレス鋼の製造方法の一例を説明する。ただし、本実施形態による二相ステンレス鋼の製造方法は、これに限定されない。
上述した化学組成を有する素材を準備する。例えば、電気炉、Ａｒ−Ｏ２混合ガス底吹き脱炭炉（ＡＯＤ炉）、真空脱炭炉（ＶＯＤ炉）等を用いて鋼を溶製する。溶製された溶湯は例えば、インゴットに鋳造してもよいし、連続鋳造法によって棒状のビレットに鋳造してもよい。
準備した素材を所定の形状に熱間加工する。熱間加工は例えば、熱間圧延や熱間鍛造、穿孔圧延、熱間押出である。インゴットを鍛造して鋼板としてもよいし、ビレットを穿孔圧延して継目無鋼管としてもよい。
熱間加工された素材を固溶化熱処理する。具体的には、素材を所定の温度に加熱して所定の時間保持した後、急冷する。熱間加工後の高温の素材を固溶化熱処理してもよいし、熱間加工された素材を室温付近まで冷却した後、再加熱して固溶化熱処理してもよい。
固溶化熱処理の温度は、好ましくは９５０℃〜１０７０℃である。固溶化熱処理の温度が９５０℃より低くても１０７０℃を超えても、ＣＩ−Ｆ値を８６．０以上にすることが困難になる。また、固溶化熱処理の温度が低すぎると、σ相等の析出相が生成する場合がある。固溶化熱処理の温度の下限は、好ましくは９６０℃であり、さらに好ましくは９７０℃である。固溶化熱処理の温度の上限は、好ましくは１０４０℃であり、さらに好ましくは１０３０℃である。
保持時間は特に限定されないが、好ましくは均熱時間で５分以上、より好ましくは均熱時間で１０分以上である。さらに長時間均熱しても効果はほとんど飽和する。製造コストの観点から、均熱時間は好ましくは３０分以下、より好ましくは２０分以下である。保持後の急冷は、例えば水冷である。
以上、本発明の一実施形態にかかる二相ステンレス鋼を説明した。本実施形態による二相ステンレス鋼は、優れた耐硫化物応力腐食割れ性を有する。
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明する。本発明は、これらの実施例に限定されない。
表１に示す化学組成を有する鋼を溶製し、熱間鍛造及び熱間圧延して鋼板を製造した。表１において、「−」は該当する元素の含有量が不純物レベルであることを示す。
製造した鋼板を所定の温度で固溶化熱処理した。固溶化熱処理後の各鋼板の板厚中心部から試験片を採取し、実施形態で説明した方法によってフェライト相中及びオーステナイト相中の合金元素（Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ）の含有量を測定した。
各鋼板に対して、硫化物応力腐食割れ試験を以下のように実施した。固溶化熱処理後の各鋼板の板厚中心部から、厚さ２ｍｍ、幅１０ｍｍ、長さ７５ｍｍの試験片を採取した。採取した試験片に対して、４点曲げによって１００％の実降伏応力を付与した。０．０３ｂａｒのＨ２Ｓ及び０．９７ｂａｒのＣＯ２が封入されたオートクレーブを準備した。オートクレーブ中で、質量％で１０％のＮａＣｌ水溶液に、上述した１００％の実降伏応力が付与された試験片を１ヶ月間浸漬した。１ヶ月浸漬した後、各試験片に硫化物応力割れ（Ｓｕｆｉｄｅ Ｓｔｒｅｓｓ Ｃｒａｃｋｉｎｇ、以下「ＳＳＣ」という。）が発生しているかを調査した。具体的には、各試験片の長手方向に垂直な断面を倍率１００倍の光学顕微鏡で観察して、ＳＳＣの有無を判断した。
固溶化熱処理の温度、フェライト相中及びオーステナイト相中の合金元素の含有量、並びに硫化物応力腐食割れ試験の結果を表２に示す。
表２の「Ｃｒ−Ａ」、「Ｎｉ−Ａ」、「Ｍｏ−Ａ」、及び「Ｃｕ−Ａ」の欄にはそれぞれ、ＥＰＭＡを用いて測定して得られたオーステナイト相中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ含有量が記載されている。同様に、「Ｃｒ−Ｆ」、「Ｎｉ−Ｆ」、「Ｍｏ−Ｆ」、及び「Ｃｕ−Ｆ」の欄にはそれぞれ、ＥＰＭＡを用いて測定して得られたフェライト相中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ含有量が記載されている。
「ＣＩ−Ｆ値」の欄には、ＥＰＭＡを用いて測定して得られたフェライト相中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ含有量を式（１）の左辺に代入した値が記載されている。
「ＳＳＣ試験結果」の欄には、硫化物応力腐食割れ試験の結果が記載されている。
Ｎｏ．４〜８及び１６の鋼板は、ＣＩ−Ｆ値が８６．０以上であった。Ｎｏ．４〜８及び１６の鋼板は、硫化物応力腐食割れ試験でＳＳＣが発生しなかった。
Ｎｏ．１〜３の鋼板は、ＣＩ−Ｆ値が８６．０未満であり、硫化物応力腐食割れ試験でＳＳＣが発生した。これは、熱処理温度が低すぎたためと考えられる。
Ｎｏ．９の鋼板は、ＣＩ−Ｆ値が８６．０未満であり、硫化物応力腐食割れ試験でＳＳＣが発生した。これは、鋼材ＣのＣｒ含有量が低すぎたためと考えられる。
Ｎｏ．１０の鋼板は、ＣＩ−Ｆ値が８６．０未満であり、硫化物応力腐食割れ試験でＳＳＣが発生した。これは、鋼材ＤのＣｕ含有量が低すぎたためと考えられる。
Ｎｏ．１１〜１４の鋼板は、ＣＩ−Ｆ値が８６．０未満であり、硫化物応力腐食割れ試験でＳＳＣが発生した。これは、熱処理温度が高すぎたためと考えられる。
Ｎｏ．１５の鋼板は、ＣＩ−Ｆ値が適正であったにもかかわらず、硫化物応力腐食割れ試験でＳＳＣが発生した。これは、鋼材ＥがＣｏを含有していなかったためと考えられる。
以上、本発明の実施の形態を説明した。上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明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形して実施することが可能である。
Claims (3)
- 化学組成が、質量％で、
Ｃ ：０．０３％以下、
Ｓｉ：０．２〜１％、
Ｍｎ：１．５％以下、
Ｐ ：０．０４０％以下、
Ｓ ：０．０１０％以下、
Ａｌ：０．００１〜０．０４０％、
Ｎｉ：４％以上７％未満、
Ｃｒ：２４％を超えて２８％以下、
Ｍｏ：０．５〜４．０％、
Ｃｕ：２．０％を超えて４．０％以下、
Ｃｏ：０．００１〜０．３％、
Ｎ ：０．１％を超えて０．３５％以下、
Ｏ ：０．０１０％以下、
Ｖ ：０〜１．５％、
Ｃａ：０〜０．０２％、
Ｍｇ：０〜０．０２％、
Ｂ ：０〜０．０２％、
ＲＥＭ：０〜０．２％、
残部：Ｆｅ及び不純物であり、
オーステナイト相及びフェライト相を含む組織を有し、
電子線マイクロアナライザを用いて測定して得られる前記フェライト相中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ含有量が、下記の式（１）を満たす、二相ステンレス鋼。
（０．３×Ｃｒ）２＋（０．２×Ｎｉ）２＋（０．４×Ｍｏ）２＋（２．１×Ｃｕ）２≧８６．０ （１）
式（１）のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕには、前記フェライト相中のＣｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、及びＣｕ含有量が質量％で代入される。 - 請求項１に記載の二相ステンレス鋼であって、
前記化学組成が、質量％で、
Ｖ ：０．０１〜１．５％、
を含有する、二相ステンレス鋼。 - 請求項１又は２に記載の二相ステンレス鋼であって、
前記化学組成が、質量％で、
Ｃａ：０．０００１〜０．０２％、
Ｍｇ：０．００１〜０．０２％、
Ｂ ：０．０００１〜０．０２％、及び
ＲＥＭ：０．０００５〜０．２％、
からなる群から選択される１種又は２種以上を含有する、二相ステンレス鋼。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115287416A (zh) * | 2022-10-08 | 2022-11-04 | 太原科技大学 | 一种含铜不锈钢及其表面改性的方法 |
| JP7364955B1 (ja) | 2022-07-04 | 2023-10-19 | 日本製鉄株式会社 | 二相ステンレス鋼材 |
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| JP7518343B2 (ja) | 2020-04-10 | 2024-07-18 | 日本製鉄株式会社 | 二相ステンレス鋼材 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08120413A (ja) * | 1994-10-26 | 1996-05-14 | Yasuki Seisakusho:Kk | ２相ステンレス鋳造部材およびその製造方法 |
| JPH1060598A (ja) * | 1996-08-19 | 1998-03-03 | Nkk Corp | 耐海水性用析出強化型二相ステンレス鋼 |
| JP2002241838A (ja) * | 2001-02-13 | 2002-08-28 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 二相ステンレス鋼管の製造方法 |
| WO2011030709A1 (ja) * | 2009-09-10 | 2011-03-17 | 住友金属工業株式会社 | 二相ステンレス鋼 |
| WO2012111536A1 (ja) * | 2011-02-14 | 2012-08-23 | 住友金属工業株式会社 | 二相ステンレス鋼およびその製造方法 |
| WO2012111537A1 (ja) * | 2011-02-14 | 2012-08-23 | 住友金属工業株式会社 | 二相ステンレス鋼 |
| WO2012111535A1 (ja) * | 2011-02-14 | 2012-08-23 | 住友金属工業株式会社 | 二相ステンレス溶接継手 |
-
2016
- 2016-10-06 JP JP2016197737A patent/JP6780426B2/ja active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08120413A (ja) * | 1994-10-26 | 1996-05-14 | Yasuki Seisakusho:Kk | ２相ステンレス鋳造部材およびその製造方法 |
| JPH1060598A (ja) * | 1996-08-19 | 1998-03-03 | Nkk Corp | 耐海水性用析出強化型二相ステンレス鋼 |
| JP2002241838A (ja) * | 2001-02-13 | 2002-08-28 | Sumitomo Metal Ind Ltd | 二相ステンレス鋼管の製造方法 |
| WO2011030709A1 (ja) * | 2009-09-10 | 2011-03-17 | 住友金属工業株式会社 | 二相ステンレス鋼 |
| WO2012111536A1 (ja) * | 2011-02-14 | 2012-08-23 | 住友金属工業株式会社 | 二相ステンレス鋼およびその製造方法 |
| WO2012111537A1 (ja) * | 2011-02-14 | 2012-08-23 | 住友金属工業株式会社 | 二相ステンレス鋼 |
| WO2012111535A1 (ja) * | 2011-02-14 | 2012-08-23 | 住友金属工業株式会社 | 二相ステンレス溶接継手 |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7518342B2 (ja) | 2020-04-10 | 2024-07-18 | 日本製鉄株式会社 | 二相ステンレス鋼材 |
| JP7518343B2 (ja) | 2020-04-10 | 2024-07-18 | 日本製鉄株式会社 | 二相ステンレス鋼材 |
| JP7364955B1 (ja) | 2022-07-04 | 2023-10-19 | 日本製鉄株式会社 | 二相ステンレス鋼材 |
| JP2024006717A (ja) * | 2022-07-04 | 2024-01-17 | 日本製鉄株式会社 | 二相ステンレス鋼材 |
| CN115287416A (zh) * | 2022-10-08 | 2022-11-04 | 太原科技大学 | 一种含铜不锈钢及其表面改性的方法 |
| CN115287416B (zh) * | 2022-10-08 | 2022-12-20 | 太原科技大学 | 一种含铜不锈钢及其表面改性的方法 |
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