JP2021167446A - 二相ステンレス鋼材 - Google Patents
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Abstract
【課題】６２１ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐孔食性とを有する、二相ステンレス鋼材を提供する。【解決手段】本開示による二相ステンレス鋼材は、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：０．２０〜１．００％、Ｍｎ：０．５０〜７．００％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．１００％以下、Ｎｉ：４．２０〜９．００％、Ｃｒ：２０．００〜３０．００％、Ｍｏ：０．５０〜２．００％、Ｃｕ：１．５０〜４．００％、Ｎ：０．１５０〜０．３５０％、Ｖ：０．０１〜１．５０％、及び、残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たす化学組成と、体積率で３０．０〜７０．０％のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなるミクロ組織とを有する。降伏強度が６２１ＭＰａ以上であり、面積が０．１０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が１．００％以上である。Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ≧３０．０ （１）【選択図】図１
Description
本開示は、二相ステンレス鋼材に関する。
油井やガス井（以下、油井及びガス井を総称して、単に「油井」という）は、腐食性ガスを含有した腐食環境となっている場合がある。ここで、腐食性ガスとは、炭酸ガス、及び／又は、硫化水素ガスを意味する。すなわち、油井で用いられる鋼材には、腐食環境における優れた耐食性が求められる。
これまでに、鋼材の耐食性を高める手法として、クロム（Ｃｒ）含有量を高め、Ｃｒ酸化物を主体とする不働態被膜を、鋼材の表面に形成する手法が知られている。そのため、優れた耐食性が求められる環境下では、Ｃｒ含有量を高めた二相ステンレス鋼材が用いられる場合がある。一方、フェライト相とオーステナイト相との二相組織を有する二相ステンレス鋼材は、塩化物を含有する水溶液中で問題となる、孔食及び／又はすきま腐食に対する耐食性（以下、「耐孔食性」という）に優れる。
近年さらに、海面下の深井戸についても、開発が活発になってきている。そのため、二相ステンレス鋼材の高強度化が求められてきている。すなわち、高強度と優れた耐孔食性とを両立する二相ステンレス鋼材が、求められてきている。
特開平５−１３２７４１号公報（特許文献１）、特開平９−１９５００３号公報（特許文献２）、特開２０１４−０４３６１６号公報（特許文献３）、及び、特開２０１６−００３３７７号公報（特許文献４）は、高強度と優れた耐食性とを有する二相ステンレス鋼を提案する。
特許文献１に開示されている二相ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．００８％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０４０％以下、Ｎｉ：５．０〜９．０％、Ｃｒ：２３．０〜２７．０％、Ｍｏ：２．０〜４．０％、Ｗ：１．５超〜５．０％、Ｎ：０．２４〜０．３２％、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる化学組成を有し、ＰＲＥＷ（＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ）が４０以上である。この二相ステンレス鋼は、優れた耐食性と高強度とを発揮する、と特許文献１には記載されている。
特許文献２に開示されている二相ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．１２％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｎｉ：３〜１２％、Ｃｒ：２０〜３５％、Ｍｏ：０．５〜１０％、Ｗ：３超〜８％、Ｃｏ：０．０１〜２％、Ｃｕ：０．１〜５％、Ｎ：０．０５〜０．５％を含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる。この二相ステンレス鋼は、強度を低下させることなく、さらに優れた耐食性を備える、と特許文献２には記載されている。
特許文献３に開示されている二相ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．３％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．００８％以下、Ｃｕ：０．２〜２．０％、Ｎｉ：５．０〜６．５％、Ｃｒ：２３．０〜２７．０％、Ｍｏ：２．５〜３．５％、Ｗ：１．５〜４．０％、Ｎ：０．２４〜０．４０％、及び、Ａｌ：０．０３％以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、σ相感受性指数Ｘ（＝２．２Ｓｉ＋０．５Ｃｕ＋２．０Ｎｉ＋Ｃｒ＋４．２Ｍｏ＋０．２Ｗ）が５２．０以下であり、強度指数Ｙ（＝Ｃｒ＋１．５Ｍｏ＋１０Ｎ＋３．５Ｗ）が４０．５以上であり、耐孔食性指数ＰＲＥＷ（＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ）が４０以上である化学組成を有する。鋼の組織は、圧延方向に平行な厚さ方向断面において、表層から１ｍｍ深さまでの厚さ方向に平行な直線を引いた時、該直線に交わるフェライト相とオーステナイト相との境界の数が１６０以上である。この二相ステンレス鋼は、耐食性を損なうことなく高強度化でき、高加工度の冷間加工を組み合わせることで優れた耐水素脆化特性を発揮する、と特許文献３には記載されている。
特許文献４に開示されている二相ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．２〜１％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０４０％以下、Ｎｉ：４〜６％未満、Ｃｒ：２０〜２５％未満、Ｍｏ：２．０〜４．０％、Ｎ：０．１〜０．３５％、Ｏ：０．００３％以下、Ｖ：０．０５〜１．５％、Ｃａ：０．０００５〜０．０２％、Ｂ：０．０００５〜０．０２％、残部がＦｅと不純物である化学組成を有し、金属組織が、フェライト相とオーステナイト相の二相組織にて構成され、シグマ相の析出がなく、かつ、面積率で、金属組織に占めるフェライト相の割合が５０％以下であり、３００ｍｍ2視野中に存在する粒径３０μｍ以上の酸化物個数が１５個以下である。この二相ステンレス鋼は、強度、耐孔食性及び低温靭性に優れる、と特許文献４には記載されている。
上述のとおり、近年、従来よりも高強度を有し、優れた耐孔食性を示す二相ステンレス鋼材が要求されつつある。具体的に、６２１ＭＰａ以上の降伏強度を有し、かつ、優れた耐孔食性を示す二相ステンレス鋼材が求められつつある。そのため、上記特許文献１〜４に開示された技術以外の他の技術によって、６２１ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐孔食性とを有する、二相ステンレス鋼材が得られてもよい。
本開示の目的は、６２１ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐孔食性とを有する、二相ステンレス鋼材を提供することである。
本開示による二相ステンレス鋼材は、
質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．２０〜１．００％、
Ｍｎ：０．５０〜７．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎｉ：４．２０〜９．００％、
Ｃｒ：２０．００〜３０．００％、
Ｍｏ：０．５０〜２．００％、
Ｃｕ：１．５０〜４．００％、
Ｎ：０．１５０〜０．３５０％、
Ｖ：０．０１〜１．５０％、
Ｎｂ：０〜０．１００％、
Ｔａ：０〜０．１００％、
Ｔｉ：０〜０．１００％、
Ｚｒ：０〜０．１００％、
Ｈｆ：０〜０．１００％、
Ｗ：０〜０．２００％、
Ｃｏ：０〜０．５００％、
Ｓｎ：０〜０．１００％、
Ｓｂ：０〜０．１０００％、
Ｃａ：０〜０．０２０％、
Ｍｇ：０〜０．０２０％、
Ｂ：０〜０．０２０％、
希土類元素：０〜０．２００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たす化学組成と、
体積率で３０．０〜７０．０％のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなるミクロ組織とを有し、
降伏強度が６２１ＭＰａ以上であり、
面積が０．１０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が１．００％以上である。
Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ≧３０．０ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。
質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．２０〜１．００％、
Ｍｎ：０．５０〜７．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎｉ：４．２０〜９．００％、
Ｃｒ：２０．００〜３０．００％、
Ｍｏ：０．５０〜２．００％、
Ｃｕ：１．５０〜４．００％、
Ｎ：０．１５０〜０．３５０％、
Ｖ：０．０１〜１．５０％、
Ｎｂ：０〜０．１００％、
Ｔａ：０〜０．１００％、
Ｔｉ：０〜０．１００％、
Ｚｒ：０〜０．１００％、
Ｈｆ：０〜０．１００％、
Ｗ：０〜０．２００％、
Ｃｏ：０〜０．５００％、
Ｓｎ：０〜０．１００％、
Ｓｂ：０〜０．１０００％、
Ｃａ：０〜０．０２０％、
Ｍｇ：０〜０．０２０％、
Ｂ：０〜０．０２０％、
希土類元素：０〜０．２００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たす化学組成と、
体積率で３０．０〜７０．０％のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなるミクロ組織とを有し、
降伏強度が６２１ＭＰａ以上であり、
面積が０．１０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が１．００％以上である。
Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ≧３０．０ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。
本開示による二相ステンレス鋼材は、６２１ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐孔食性とを有する。
まず、本発明者らは、６２１ＭＰａ以上の降伏強度と優れた耐孔食性とを有する二相ステンレス鋼材を、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％以下、Ｓｉ：０．２０〜１．００％、Ｍｎ：０．５０〜７．００％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．１００％以下、Ｎｉ：４．２０〜９．００％、Ｃｒ：２０．００〜３０．００％、Ｍｏ：０．５０〜２．００％、Ｃｕ：１．５０〜４．００％、Ｎ：０．１５０〜０．３５０％、Ｖ：０．０１〜１．５０％、Ｎｂ：０〜０．１００％、Ｔａ：０〜０．１００％、Ｔｉ：０〜０．１００％、Ｚｒ：０〜０．１００％、Ｈｆ：０〜０．１００％、Ｗ：０〜０．２００％、Ｃｏ：０〜０．５００％、Ｓｎ：０〜０．１００％、Ｓｂ：０〜０．１０００％、Ｃａ：０〜０．０２０％、Ｍｇ：０〜０．０２０％、Ｂ：０〜０．０２０％、希土類元素：０〜０．２００％、及び、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する二相ステンレス鋼材であれば、６２１ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐孔食性とを両立できる可能性があると考えた。
ここで、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材のミクロ組織は、フェライト及びオーステナイトからなる。具体的に、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材のミクロ組織は、体積率が３０．０〜７０．０％のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなる。なお、本明細書において「フェライト及びオーステナイトからなる」とは、フェライト及びオーステナイト以外の相が、無視できるほど少ないことを意味する。
次に本発明者らは、上述の化学組成を有し、体積率が３０．０〜７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有する二相ステンレス鋼材の耐孔食性を高める手法を種々検討した。その結果、本発明者らは、二相ステンレス鋼材の化学組成がさらに、次の式（１）を満たせば、二相ステンレス鋼材の耐孔食性が高められることを知見した。
Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ≧３０．０ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。
Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ≧３０．０ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。
Ｆｎ１＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎと定義する。Ｆｎ１は鋼材の耐孔食性に関する指標である。Ｆｎ１を高めれば、二相ステンレス鋼材の耐孔食性を高めることができる。すなわち、Ｆｎ１が低すぎれば、二相ステンレス鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、本実施形態による二相ステンレス鋼材では、上述の化学組成を満たし、かつ、Ｆｎ１を３０．０以上とする。
次に本発明者らは、上述の化学組成を満たし、Ｆｎ１を３０．０以上とし、体積率が３０．０〜７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有する二相ステンレス鋼材について、耐孔食性を維持したまま、降伏強度を高める手法を種々検討した。その結果、本発明者らは次の知見を得た。
二相ステンレス鋼材では、σ相に代表される金属間化合物が析出する場合がある。σ相が析出した二相ステンレス鋼材は、優れた耐孔食性が得られない。そこで二相ステンレス鋼材を製造する場合、後述する好ましい製造方法に記載のとおり、溶体化処理が実施される。その結果、従来の二相ステンレス鋼材においては、鋼材中の析出物が大幅に低減されてきた。
一方、鋼材中の析出物は、鋼材の降伏強度を高める。すなわち、従来低減されてきた析出物を、あえて増加させることにより、二相ステンレス鋼材の降伏強度を高められる可能性がある。しかしながら、上述のとおり、析出物の種類によっては、鋼材の耐孔食性を低下させる場合がある。そこで本発明者らは、耐孔食性を低下させにくい析出物を、選択的に析出させることができれば、二相ステンレス鋼材の耐孔食性を維持したまま、降伏強度を高められるのではないかと考えた。
具体的に、本発明者らは、析出物のうち、銅（Ｃｕ）に着目した。Ｃｕは、鋼材中にＣｕ析出物として析出し、鋼材の降伏強度を高める。特に、面積が０．１０μｍ2以上のＣｕ析出物（以下、単に「粗大Ｃｕ」ともいう）が多く析出すれば、鋼材の耐孔食性を維持したまま、降伏強度を６２１ＭＰａ以上まで高められる可能性がある。
そこで本発明者らは、上述の化学組成を満たし、Ｆｎ１を３０．０以上とし、体積率が３０．０〜７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有する二相ステンレス鋼材における、粗大Ｃｕと降伏強度との関係について、詳細に調査及び検討を行った。具体的に図を用いて説明する。
図１は、本実施例における粗大Ｃｕの面積率（％）と、鋼材の降伏強度（ＭＰａ）との関係を示す図である。図１は、後述する実施例のうち、上述の化学組成を満たし、Ｆｎ１を３０．０以上とし、体積率が３０．０〜７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織とを有する二相ステンレス鋼材について、粗大Ｃｕの面積率（％）と、降伏強度（ＭＰａ）とを用いて作成した。なお、粗大Ｃｕの面積率と降伏強度とは、後述する方法で求めた。また、図１に記載の実施例は、いずれも優れた耐孔食性を示した。
図１を参照して、上述の化学組成を満たし、Ｆｎ１を３０．０以上とし、体積率が３０．０〜７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有する二相ステンレス鋼材では、粗大Ｃｕの面積率が１．００％未満であれば、降伏強度が６２１ＭＰａ未満となることが明らかになった。一方、上述の鋼材においては、粗大Ｃｕの面積率が１．００％以上であれば、耐孔食性を維持したまま、降伏強度が６２１ＭＰａ以上となる。
したがって、本実施形態による二相ステンレス鋼材では、上述の化学組成を満たし、Ｆｎ１を３０．０以上とし、体積率が３０．０〜７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有し、さらに、粗大Ｃｕの面積率を１．００％以上とする。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、６２１ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐孔食性とを有する。
以上の知見に基づいて完成した本実施形態による二相ステンレス鋼材の要旨は、次のとおりである。
［１］
質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．２０〜１．００％、
Ｍｎ：０．５０〜７．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎｉ：４．２０〜９．００％、
Ｃｒ：２０．００〜３０．００％、
Ｍｏ：０．５０〜２．００％、
Ｃｕ：１．５０〜４．００％、
Ｎ：０．１５０〜０．３５０％、
Ｖ：０．０１〜１．５０％、
Ｎｂ：０〜０．１００％、
Ｔａ：０〜０．１００％、
Ｔｉ：０〜０．１００％、
Ｚｒ：０〜０．１００％、
Ｈｆ：０〜０．１００％、
Ｗ：０〜０．２００％、
Ｃｏ：０〜０．５００％、
Ｓｎ：０〜０．１００％、
Ｓｂ：０〜０．１０００％、
Ｃａ：０〜０．０２０％、
Ｍｇ：０〜０．０２０％、
Ｂ：０〜０．０２０％、
希土類元素：０〜０．２００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たす化学組成と、
体積率で３０．０〜７０．０％のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなるミクロ組織とを有し、
降伏強度が６２１ＭＰａ以上であり、
面積が０．１０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が１．００％以上である、
二相ステンレス鋼材。
Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ≧３０．０ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。
質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．２０〜１．００％、
Ｍｎ：０．５０〜７．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎｉ：４．２０〜９．００％、
Ｃｒ：２０．００〜３０．００％、
Ｍｏ：０．５０〜２．００％、
Ｃｕ：１．５０〜４．００％、
Ｎ：０．１５０〜０．３５０％、
Ｖ：０．０１〜１．５０％、
Ｎｂ：０〜０．１００％、
Ｔａ：０〜０．１００％、
Ｔｉ：０〜０．１００％、
Ｚｒ：０〜０．１００％、
Ｈｆ：０〜０．１００％、
Ｗ：０〜０．２００％、
Ｃｏ：０〜０．５００％、
Ｓｎ：０〜０．１００％、
Ｓｂ：０〜０．１０００％、
Ｃａ：０〜０．０２０％、
Ｍｇ：０〜０．０２０％、
Ｂ：０〜０．０２０％、
希土類元素：０〜０．２００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たす化学組成と、
体積率で３０．０〜７０．０％のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなるミクロ組織とを有し、
降伏強度が６２１ＭＰａ以上であり、
面積が０．１０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が１．００％以上である、
二相ステンレス鋼材。
Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ≧３０．０ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。
［２］
［１］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
前記化学組成は、
Ｎｂ：０．００１〜０．１００％、
Ｔａ：０．００１〜０．１００％、
Ｔｉ：０．００１〜０．１００％、
Ｚｒ：０．００１〜０．１００％、
Ｈｆ：０．００１〜０．１００％、及び、
Ｗ：０．００１〜０．２００％からなる群から選択される１種以上の元素を含有する、
二相ステンレス鋼材。
［１］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
前記化学組成は、
Ｎｂ：０．００１〜０．１００％、
Ｔａ：０．００１〜０．１００％、
Ｔｉ：０．００１〜０．１００％、
Ｚｒ：０．００１〜０．１００％、
Ｈｆ：０．００１〜０．１００％、及び、
Ｗ：０．００１〜０．２００％からなる群から選択される１種以上の元素を含有する、
二相ステンレス鋼材。
［３］
［１］又は［２］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
前記化学組成は、
Ｃｏ：０．００１〜０．５００％、
Ｓｎ：０．００１〜０．１００％、及び、
Ｓｂ：０．０００１〜０．１０００％からなる群から選択される１種以上の元素を含有する、
二相ステンレス鋼材。
［１］又は［２］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
前記化学組成は、
Ｃｏ：０．００１〜０．５００％、
Ｓｎ：０．００１〜０．１００％、及び、
Ｓｂ：０．０００１〜０．１０００％からなる群から選択される１種以上の元素を含有する、
二相ステンレス鋼材。
［４］
［１］〜［３］のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼材であって、
前記化学組成は、
Ｃａ：０．００１〜０．０２０％、
Ｍｇ：０．００１〜０．０２０％、
Ｂ：０．００１〜０．０２０％、及び、
希土類元素：０．００１〜０．２００％からなる群から選択される１種以上の元素を含有する、
二相ステンレス鋼材。
［１］〜［３］のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼材であって、
前記化学組成は、
Ｃａ：０．００１〜０．０２０％、
Ｍｇ：０．００１〜０．０２０％、
Ｂ：０．００１〜０．０２０％、及び、
希土類元素：０．００１〜０．２００％からなる群から選択される１種以上の元素を含有する、
二相ステンレス鋼材。
以下、本実施形態による二相ステンレス鋼材について詳述する。
［化学組成］
本実施形態による二相ステンレス鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
Ｃ：０．０３０％以下
炭素（Ｃ）は不可避に含有される。すなわち、Ｃ含有量の下限は０％超である。Ｃは結晶粒界にＣｒ炭化物を形成し、粒界での腐食感受性を高める。そのため、Ｃ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．０３０％以下である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．０２８％であり、より好ましくは０．０２５％である。Ｃ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｃ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｃ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、より好ましくは０．００５％である。
炭素（Ｃ）は不可避に含有される。すなわち、Ｃ含有量の下限は０％超である。Ｃは結晶粒界にＣｒ炭化物を形成し、粒界での腐食感受性を高める。そのため、Ｃ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．０３０％以下である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．０２８％であり、より好ましくは０．０２５％である。Ｃ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｃ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｃ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、より好ましくは０．００５％である。
Ｓｉ：０．２０〜１．００％
シリコン（Ｓｉ）は鋼を脱酸する。Ｓｉ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｓｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靱性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．２０〜１．００％である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．２５％であり、より好ましくは０．３０％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．８０％であり、より好ましくは０．６０％である。
シリコン（Ｓｉ）は鋼を脱酸する。Ｓｉ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｓｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靱性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．２０〜１．００％である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．２５％であり、より好ましくは０．３０％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．８０％であり、より好ましくは０．６０％である。
Ｍｎ：０．５０〜７．００％
マンガン（Ｍｎ）は鋼を脱酸し、鋼を脱硫する。Ｍｎはさらに、鋼材の熱間加工性を高める。Ｍｎ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、ＭｎはＰ及びＳ等の不純物とともに、粒界に偏析する。そのため、Ｍｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、高温環境における鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．５０〜７．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．７５％であり、より好ましくは１．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は６．５０％であり、より好ましくは６．２０％である。
マンガン（Ｍｎ）は鋼を脱酸し、鋼を脱硫する。Ｍｎはさらに、鋼材の熱間加工性を高める。Ｍｎ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、ＭｎはＰ及びＳ等の不純物とともに、粒界に偏析する。そのため、Ｍｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、高温環境における鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．５０〜７．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．７５％であり、より好ましくは１．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は６．５０％であり、より好ましくは６．２０％である。
Ｐ：０．０４０％以下
燐（Ｐ）は不可避に含有される。すなわち、Ｐ含有量の下限は０％超である。Ｐは粒界に偏析する。そのため、Ｐ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、Ｐ含有量は０．０４０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０３５％であり、より好ましくは０．０３０％である。Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｐ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｐ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、より好ましくは０．００３％である。
燐（Ｐ）は不可避に含有される。すなわち、Ｐ含有量の下限は０％超である。Ｐは粒界に偏析する。そのため、Ｐ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、Ｐ含有量は０．０４０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０３５％であり、より好ましくは０．０３０％である。Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｐ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｐ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、より好ましくは０．００３％である。
Ｓ：０．０２０％以下
硫黄（Ｓ）は不可避に含有される。すなわち、Ｓ含有量の下限は０％超である。Ｓは粒界に偏析する。そのため、Ｓ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、Ｓ含有量は０．０２０％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、より好ましくは０．０１６％である。Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｓ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｓ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、より好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。
硫黄（Ｓ）は不可避に含有される。すなわち、Ｓ含有量の下限は０％超である。Ｓは粒界に偏析する。そのため、Ｓ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、Ｓ含有量は０．０２０％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、より好ましくは０．０１６％である。Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｓ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｓ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、より好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。
Ａｌ：０．１００％以下
アルミニウム（Ａｌ）は不可避に含有される。すなわち、Ａｌ含有量の下限は０％超である。Ａｌは鋼を脱酸する。一方、Ａｌ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な酸化物系介在物が生成して、鋼材の低温靱性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．１００％以下である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、より好ましくは０．００５％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０．０９０％であり、より好ましくは０．０８５％である。なお、本明細書にいうＡｌ含有量は、「酸可溶Ａｌ」、つまり、ｓｏｌ．Ａｌの含有量を意味する。
アルミニウム（Ａｌ）は不可避に含有される。すなわち、Ａｌ含有量の下限は０％超である。Ａｌは鋼を脱酸する。一方、Ａｌ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な酸化物系介在物が生成して、鋼材の低温靱性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．１００％以下である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、より好ましくは０．００５％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０．０９０％であり、より好ましくは０．０８５％である。なお、本明細書にいうＡｌ含有量は、「酸可溶Ａｌ」、つまり、ｓｏｌ．Ａｌの含有量を意味する。
Ｎｉ：４．２０〜９．００％
ニッケル（Ｎｉ）は鋼材のオーステナイト組織を安定化する。すなわち、Ｎｉは安定したフェライト・オーステナイトの二相組織を得るために必要な元素である。Ｎｉはさらに、鋼材の耐孔食性を高める。Ｎｉ含有量が低すぎれば、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含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、オーステナイトの体積率が高くなりすぎ、鋼材の降伏強度が低下する。したがって、Ｎｉ含有量は４．２０〜９．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は４．２５％であり、より好ましくは４．３０％であり、さらに好ましくは４．３５％であり、さらに好ましくは４．４０％であり、さらに好ましくは４．５０％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は８．７５％であり、より好ましくは８．５０％であり、さらに好ましくは８．２５％であり、さらに好ましくは８．００％であり、さらに好ましくは７．７５％である。
ニッケル（Ｎｉ）は鋼材のオーステナイト組織を安定化する。すなわち、Ｎｉは安定したフェライト・オーステナイトの二相組織を得るために必要な元素である。Ｎｉはさらに、鋼材の耐孔食性を高める。Ｎｉ含有量が低すぎれば、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含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、オーステナイトの体積率が高くなりすぎ、鋼材の降伏強度が低下する。したがって、Ｎｉ含有量は４．２０〜９．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は４．２５％であり、より好ましくは４．３０％であり、さらに好ましくは４．３５％であり、さらに好ましくは４．４０％であり、さらに好ましくは４．５０％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は８．７５％であり、より好ましくは８．５０％であり、さらに好ましくは８．２５％であり、さらに好ましくは８．００％であり、さらに好ましくは７．７５％である。
Ｃｒ：２０．００〜３０．００％
クロム（Ｃｒ）は鋼材の耐孔食性を高める。具体的に、Ｃｒは酸化物として鋼材の表面に不働態被膜を形成する。その結果、鋼材の耐孔食性が高まる。Ｃｒはさらに、鋼材のフェライト組織の体積率を高める。十分なフェライト組織を得ることで、鋼材の耐孔食性が安定化する。Ｃｒ含有量が低すぎれば、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含有量が高すぎれば、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、Ｃｒ含有量は２０．００〜３０．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２０．５０％であり、より好ましくは２１．００％であり、さらに好ましくは２１．５０％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２９．５０％であり、より好ましくは２９．００％であり、さらに好ましくは２８．００％である。
クロム（Ｃｒ）は鋼材の耐孔食性を高める。具体的に、Ｃｒは酸化物として鋼材の表面に不働態被膜を形成する。その結果、鋼材の耐孔食性が高まる。Ｃｒはさらに、鋼材のフェライト組織の体積率を高める。十分なフェライト組織を得ることで、鋼材の耐孔食性が安定化する。Ｃｒ含有量が低すぎれば、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含有量が高すぎれば、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、Ｃｒ含有量は２０．００〜３０．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２０．５０％であり、より好ましくは２１．００％であり、さらに好ましくは２１．５０％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２９．５０％であり、より好ましくは２９．００％であり、さらに好ましくは２８．００％である。
Ｍｏ：０．５０〜２．００％
モリブデン（Ｍｏ）は鋼材の耐孔食性を高める。Ｍｏはさらに、鋼に固溶して、鋼材の降伏強度を高める。Ｍｏはさらに、鋼中で微細な炭化物を形成して、鋼材の降伏強度を高める。Ｍｏ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｏ含有量が高すぎれば、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、Ｍｏ含有量は０．５０〜２．００％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．６０％であり、より好ましくは０．７０％であり、さらに好ましくは０．８０％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は２．００％未満であり、より好ましくは１．８５％であり、さらに好ましくは１．５０％である。
モリブデン（Ｍｏ）は鋼材の耐孔食性を高める。Ｍｏはさらに、鋼に固溶して、鋼材の降伏強度を高める。Ｍｏはさらに、鋼中で微細な炭化物を形成して、鋼材の降伏強度を高める。Ｍｏ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｏ含有量が高すぎれば、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、Ｍｏ含有量は０．５０〜２．００％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．６０％であり、より好ましくは０．７０％であり、さらに好ましくは０．８０％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は２．００％未満であり、より好ましくは１．８５％であり、さらに好ましくは１．５０％である。
Ｃｕ：１．５０〜４．００％
銅（Ｃｕ）は鋼材中に粗大Ｃｕとして析出し、鋼材の降伏強度を高める。Ｃｕ含有量が低すぎれば、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含有量が高すぎれば、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１．５０〜４．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は１．６０％であり、より好ましくは１．８０％であり、さらに好ましくは１．９０％であり、さらに好ましくは２．００％であり、さらに好ましくは２．５０％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は３．９０％であり、より好ましくは３．７５％であり、さらに好ましくは３．５０％である。
銅（Ｃｕ）は鋼材中に粗大Ｃｕとして析出し、鋼材の降伏強度を高める。Ｃｕ含有量が低すぎれば、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含有量が高すぎれば、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１．５０〜４．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は１．６０％であり、より好ましくは１．８０％であり、さらに好ましくは１．９０％であり、さらに好ましくは２．００％であり、さらに好ましくは２．５０％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は３．９０％であり、より好ましくは３．７５％であり、さらに好ましくは３．５０％である。
Ｎ：０．１５０〜０．３５０％
窒素（Ｎ）は鋼材のオーステナイト組織を安定化する。すなわち、Ｎは安定したフェライト・オーステナイトの二相組織を得るために必要な元素である。Ｎはさらに、鋼材の耐孔食性を高める。Ｎ含有量が低すぎれば、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含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靭性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．１５０〜０．３５０％である。Ｎ含有量の好ましい下限は０．１７０％であり、より好ましくは０．１８０％であり、さらに好ましくは０．１９０％である。Ｎ含有量の好ましい上限は、０．３４０％であり、より好ましくは０．３３０％である。
窒素（Ｎ）は鋼材のオーステナイト組織を安定化する。すなわち、Ｎは安定したフェライト・オーステナイトの二相組織を得るために必要な元素である。Ｎはさらに、鋼材の耐孔食性を高める。Ｎ含有量が低すぎれば、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含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靭性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．１５０〜０．３５０％である。Ｎ含有量の好ましい下限は０．１７０％であり、より好ましくは０．１８０％であり、さらに好ましくは０．１９０％である。Ｎ含有量の好ましい上限は、０．３４０％であり、より好ましくは０．３３０％である。
Ｖ：０．０１〜１．５０％
バナジウム（Ｖ）は鋼材の降伏強度を高める。Ｖ含有量が低すぎれば、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含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０．０１〜１．５０％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、より好ましくは０．０３％であり、さらに好ましくは０．０５％である。Ｖ含有量の好ましい上限は１．２０％であり、より好ましくは１．００％である。
バナジウム（Ｖ）は鋼材の降伏強度を高める。Ｖ含有量が低すぎれば、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含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０．０１〜１．５０％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、より好ましくは０．０３％であり、さらに好ましくは０．０５％である。Ｖ含有量の好ましい上限は１．２０％であり、より好ましくは１．００％である。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。ここで、化学組成における不純物とは、二相ステンレス鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、本実施形態による二相ステンレス鋼材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
［任意元素］
上述の二相ステンレス鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及び、Ｗからなる群から選択される１種以上の元素を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、鋼材の強度を高める。
上述の二相ステンレス鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及び、Ｗからなる群から選択される１種以上の元素を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、鋼材の強度を高める。
Ｎｂ：０〜０．１００％
ニオブ（Ｎｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｎｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｎｂは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｎｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｎｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０〜０．１００％である。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、より好ましくは０．０７０％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。すなわち、Ｎｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｎｂは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｎｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｎｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０〜０．１００％である。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、より好ましくは０．０７０％である。
Ｔａ：０〜０．１００％
タンタル（Ｔａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｔａ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｔａは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｔａ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、Ｔａ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｔａ含有量は０〜０．１００％である。Ｔａ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｔａ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、より好ましくは０．０７０％である。
タンタル（Ｔａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｔａ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｔａは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｔａ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、Ｔａ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｔａ含有量は０〜０．１００％である。Ｔａ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｔａ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、より好ましくは０．０７０％である。
Ｔｉ：０〜０．１００％
チタン（Ｔｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｔｉ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｔｉは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｔｉが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｔｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０〜０．１００％である。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、より好ましくは０．０７０％である。
チタン（Ｔｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｔｉ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｔｉは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｔｉが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｔｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０〜０．１００％である。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、より好ましくは０．０７０％である。
Ｚｒ：０〜０．１００％
ジルコニウム（Ｚｒ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｚｒ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｚｒは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｚｒ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、Ｚｒ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｚｒ含有量は０〜０．１００％である。Ｚｒ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、より好ましくは０．０７０％である。
ジルコニウム（Ｚｒ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｚｒ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｚｒは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｚｒ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、Ｚｒ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｚｒ含有量は０〜０．１００％である。Ｚｒ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、より好ましくは０．０７０％である。
Ｈｆ：０〜０．１００％
ハフニウム（Ｈｆ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｈｆ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｈｆは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｈｆ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、Ｈｆ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｈｆ含有量は０〜０．１００％である。Ｈｆ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｈｆ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、より好ましくは０．０７０％である。
ハフニウム（Ｈｆ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｈｆ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｈｆは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｈｆ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、Ｈｆ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｈｆ含有量は０〜０．１００％である。Ｈｆ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｈｆ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、より好ましくは０．０７０％である。
Ｗ：０〜０．２００％
タングステン（Ｗ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｗ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｗは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。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含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｗ含有量は０〜０．２００％である。Ｗ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｗ含有量の好ましい上限は０．１８０％であり、より好ましくは０．１５０％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。すなわち、Ｗ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｗは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。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含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｗ含有量は０〜０．２００％である。Ｗ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｗ含有量の好ましい上限は０．１８０％であり、より好ましくは０．１５０％である。
上述の二相ステンレス鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｏ、Ｓｎ、及び、Ｓｂからなる群から選択される１種以上の元素を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、鋼材の耐食性を高める。
Ｃｏ：０〜０．５００％
コバルト（Ｃｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｃｏ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃｏは鋼材の表面に被膜を形成して、鋼材の耐食性を高める。Ｃｏはさらに、鋼材の焼入性を高め、鋼材の強度を安定化する。Ｃｏが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃｏ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、製造コストが極端に高まる。したがって、Ｃｏ含有量は０〜０．５００％である。Ｃｏ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．４８０％であり、より好ましくは０．４６０％であり、さらに好ましくは０．４５０％である。
コバルト（Ｃｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｃｏ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃｏは鋼材の表面に被膜を形成して、鋼材の耐食性を高める。Ｃｏはさらに、鋼材の焼入性を高め、鋼材の強度を安定化する。Ｃｏが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃｏ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、製造コストが極端に高まる。したがって、Ｃｏ含有量は０〜０．５００％である。Ｃｏ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．４８０％であり、より好ましくは０．４６０％であり、さらに好ましくは０．４５０％である。
Ｓｎ：０〜０．１００％
スズ（Ｓｎ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、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。しかしながら、Ｓｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粒界に液化脆化割れを生じることにより、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｎ含有量は０〜０．１００％である。Ｓｎ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、より好ましくは０．０７０％である。
スズ（Ｓｎ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、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。しかしながら、Ｓｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粒界に液化脆化割れを生じることにより、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｎ含有量は０〜０．１００％である。Ｓｎ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、より好ましくは０．０７０％である。
Ｓｂ：０〜０．１０００％
アンチモン（Ｓｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、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。しかしながら、Ｓｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の高温での延性が低下して、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｂ含有量は０〜０．１０００％である。Ｓｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．０００１％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０．０８００％であり、より好ましくは０．０７００％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。すなわち、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。しかしながら、Ｓｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の高温での延性が低下して、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｂ含有量は０〜０．１０００％である。Ｓｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．０００１％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０．０８００％であり、より好ましくは０．０７００％である。
上述の二相ステンレス鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂ、及び、希土類元素からなる群から選択される１種以上の元素を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、鋼材の熱間加工性を高める。
Ｃａ：０〜０．０２０％
カルシウム（Ｃａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｃａ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃａは鋼材中のＳを硫化物として固定することで無害化し、鋼材の熱間加工性を高める。Ｃａが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃａ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０〜０．０２０％である。Ｃａ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、より好ましくは０．０１５％である。
カルシウム（Ｃａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｃａ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃａは鋼材中のＳを硫化物として固定することで無害化し、鋼材の熱間加工性を高める。Ｃａが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃａ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０〜０．０２０％である。Ｃａ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、より好ましくは０．０１５％である。
Ｍｇ：０〜０．０２０％
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。すなわち、Ｍｇ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｍｇは鋼材中のＳを硫化物として固定することで無害化し、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含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｍｇ含有量は０〜０．０２０％である。Ｍｇ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、より好ましくは０．０１５％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。すなわち、Ｍｇ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｍｇは鋼材中のＳを硫化物として固定することで無害化し、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含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｍｇ含有量は０〜０．０２０％である。Ｍｇ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、より好ましくは０．０１５％である。
Ｂ：０〜０．０２０％
ホウ素（Ｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｂは鋼材中のＳの粒界への偏析を抑制し、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含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、ボロン窒化物（ＢＮ）が生成し、鋼材の低温靱性を低下させる。したがって、Ｂ含有量は０〜０．０２０％である。Ｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、より好ましくは０．０１５％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。すなわち、Ｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｂは鋼材中のＳの粒界への偏析を抑制し、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含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、ボロン窒化物（ＢＮ）が生成し、鋼材の低温靱性を低下させる。したがって、Ｂ含有量は０〜０．０２０％である。Ｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、より好ましくは０．０１５％である。
希土類元素：０〜０．２００％
希土類元素（ＲＥＭ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、ＲＥＭ含有量は０％であってもよい。含有される場合、ＲＥＭは鋼材中のＳを硫化物として固定することで無害化し、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含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０〜０．２００％である。ＲＥＭ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．１８０％であり、より好ましくは０．１６０％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。すなわち、ＲＥＭ含有量は０％であってもよい。含有される場合、ＲＥＭは鋼材中のＳを硫化物として固定することで無害化し、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含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０〜０．２００％である。ＲＥＭ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．１８０％であり、より好ましくは０．１６０％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種以上の元素を意味する。また、本明細書におけるＲＥＭ含有量とは、これらの元素の合計含有量を意味する。
［式（１）について］
本実施形態による二相ステンレス鋼材の化学組成はさらに、次の式（１）を満たす。
Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ≧３０．０ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の化学組成はさらに、次の式（１）を満たす。
Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ≧３０．０ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。
Ｆｎ１（＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ）は鋼材の耐孔食性に関する指標である。Ｆｎ１を高めれば、二相ステンレス鋼材の耐孔食性を高めることができる。すなわち、Ｆｎ１が低すぎれば、二相ステンレス鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、本実施形態による二相ステンレス鋼材では、上述の化学組成を満たし、かつ、Ｆｎ１を３０．０以上とする。
Ｆｎ１の好ましい下限は３０．５であり、より好ましくは３１．０であり、さらに好ましくは３１．５である。Ｆｎ１は高い方が好ましい。しかしながら、上述の化学組成を有する本実施形態による二相ステンレス鋼材においては、Ｆｎ１の上限は、実質的に４２．５である。
［ミクロ組織］
本実施形態による二相ステンレス鋼材のミクロ組織は、体積率で３０．０〜７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなる。本明細書において、「フェライト及びオーステナイトからなる」とは、フェライト及びオーステナ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、本実施形態による二相ステンレス鋼材の化学組成においては、析出物や介在物の体積率は、フェライト及びオーステナ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、本実施形態による二相ステンレスのミクロ組織には、フェライト及びオーステナイト以外に、析出物や介在物等を微小量含んでもよい。
本実施形態による二相ステンレス鋼材のミクロ組織は、体積率で３０．０〜７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなる。本明細書において、「フェライト及びオーステナイトからなる」とは、フェライト及びオーステナ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、本実施形態による二相ステンレス鋼材の化学組成においては、析出物や介在物の体積率は、フェライト及びオーステナ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、本実施形態による二相ステンレスのミクロ組織には、フェライト及びオーステナイト以外に、析出物や介在物等を微小量含んでもよい。
本実施形態による二相ステンレス鋼材のミクロ組織はさらに、フェライトの体積率が３０．０〜７０．０％である。フェライトの体積率が低すぎれば、鋼材の降伏強度、及び／又は、耐孔食性が低下する場合がある。一方、フェライトの体積率が高すぎれば、鋼材の低温靭性、及び／又は、熱間加工性が低下する場合がある。したがって、本実施形態による二相ステンレス鋼材のミクロ組織において、フェライトの体積率は３０．０〜７０．０％である。フェライトの体積率の好ましい下限は３１．０％であり、より好ましくは３２．０％である。フェライトの体積率の好ましい上限は６８．０％であり、より好ましくは６５．０％である。
本実施形態において、二相ステンレス鋼材のフェライトの体積率は、ＡＳＴＭ Ｅ５６２（２０１１）に準拠した方法で求めることができる。本実施形態による二相ステンレス鋼材から、ミクロ組織観察用の試験片を作製する。鋼材が鋼板の場合、板厚中央部から圧延方向５ｍｍ、板厚方向５ｍｍの観察面を有する試験片を作製する。鋼材が鋼管の場合、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。鋼材が棒鋼の場合、棒鋼の軸方向に垂直な断面の中心部から軸方向５ｍｍ、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。
作製した試験片の観察面を鏡面研磨する。鏡面研磨された観察面を７％水酸化カリウム腐食液中で電解腐食して、組織現出を行う。組織が現出された観察面を、光学顕微鏡を用いて１０視野観察する。視野面積は特に限定されないが、たとえば、１．００ｍｍ2（倍率１００倍）である。各視野において、コントラストからフェライトを特定する。特定したフェライトの面積率をＡＳＴＭ Ｅ５６２（２０１１）に準拠した点算法で測定する。本実施形態では、得られたフェライトの面積率の１０視野における算術平均値を、フェライトの体積率（％）と定義する。
［粗大Ｃｕの面積率］
本実施形態による二相ステンレス鋼材は、面積が０．１０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が１．００％以上である。上述のとおり、本明細書では、面積が０．１０μｍ2以上のＣｕ析出物を「粗大Ｃｕ」ともいう。なお、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、フィールドエミッション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、Ｆｅ、Ｃ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｓｉ、及び、Ｎのうち、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０．１０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が１．００％以上である」とは、ＦＥ−ＥＰＭＡによる元素分析において、Ｆｅ、Ｃ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｓｉ、及び、Ｎのうち、Ｃｕが６．００質量％以上検出され、かつ、連続的に０．１０μｍ2以上を占める領域の面積率が、１．００％以上であることを意味する。
本実施形態による二相ステンレス鋼材は、面積が０．１０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が１．００％以上である。上述のとおり、本明細書では、面積が０．１０μｍ2以上のＣｕ析出物を「粗大Ｃｕ」ともいう。なお、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、フィールドエミッション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、Ｆｅ、Ｃ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｓｉ、及び、Ｎのうち、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０．１０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が１．００％以上である」とは、ＦＥ−ＥＰＭＡによる元素分析において、Ｆｅ、Ｃ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｓｉ、及び、Ｎのうち、Ｃｕが６．００質量％以上検出され、かつ、連続的に０．１０μｍ2以上を占める領域の面積率が、１．００％以上であることを意味する。
上述のとおり、二相ステンレス鋼材では、従来、鋼材の耐孔食性を高める目的で、鋼材中の析出物を低減していた。一方、粗大Ｃｕは、鋼材の降伏強度を高める。粗大Ｃｕはさらに、鋼材の耐孔食性への影響が少ない。そのため、本実施形態による二相ステンレス鋼材では、耐孔食性への影響が少ない粗大Ｃｕを、あえて積極的に析出させる。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、耐孔食性を維持しながら、鋼材の降伏強度を高めることができる。
したがって、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、粗大Ｃｕの面積率を１．００％以上とする。上述の化学組成とミクロ組織とを有し、式（１）を満たす二相ステンレス鋼材において、粗大Ｃｕの面積率が１．００％以上であれば、６２１ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐孔食性とを両立することができる。本実施形態による二相ステンレス鋼材の粗大Ｃｕの面積率の好ましい下限は１．０２％であり、より好ましくは１．０５％である。粗大Ｃｕの面積率の上限は、特に限定されないが、たとえば、４．００％である。
本実施形態による二相ステンレス鋼材において、粗大Ｃｕの面積率は、次の方法で求めることができる。本実施形態による鋼材から、粗大Ｃｕ観察用の試験片を作製する。鋼材が鋼板の場合、板厚中央部から圧延方向５ｍｍ、板厚方向５ｍｍの観察面を有する試験片を作製する。鋼材が鋼管の場合、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。鋼材が棒鋼の場合、棒鋼の軸方向に垂直な断面の中心部から軸方向５ｍｍ、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、測定対象元素はＦｅ、Ｃ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｓｉ、及び、Ｎ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、１．５０〜４．００％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７つのピクセル（０．１０μｍ2）以上を含む場合、特定領域には面積０．１０μｍ2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７つのピクセル（０．１０μｍ2）以上が含まれる場合、「粗大Ｃｕ」が存在すると判断する。粗大Ｃｕ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の面積の合計と、４視野の総面積とに基づいて、粗大Ｃｕの面積率（％）を求めることができる。
［降伏強度］
本実施形態による二相ステンレス鋼材の降伏強度は、６２１ＭＰａ以上である。本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成を有し、さらに、式（１）を満たし、体積率で３０．０〜７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有し、かつ、面積が０．１０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が１．００％以上である。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、降伏強度が６２１ＭＰａ以上であっても、優れた耐孔食性を有する。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の降伏強度は、６２１ＭＰａ以上である。本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成を有し、さらに、式（１）を満たし、体積率で３０．０〜７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有し、かつ、面積が０．１０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が１．００％以上である。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、降伏強度が６２１ＭＰａ以上であっても、優れた耐孔食性を有する。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の降伏強度の好ましい下限は６２２ＭＰａであり、より好ましくは６２４ＭＰａであり、さらに好ましくは６２５ＭＰａである。本実施形態による二相ステンレス鋼材の降伏強度の上限は特に限定されないが、たとえば、８９６ＭＰａである。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の降伏強度は、次の方法で求めることができる。具体的に、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０１３）に準拠した方法で引張試験を行う。本実施形態による鋼材から、丸棒試験片を作製する。鋼材が鋼板である場合、板厚中央部から丸棒試験片を作製する。鋼材が鋼管である場合、肉厚中央部から丸棒試験片を作製する。鋼材が棒鋼である場合、棒鋼の軸方向に垂直な断面の中心部から丸棒試験片を作製する。丸棒試験片の大きさは、たとえば平行部直径６ｍｍ、平行部長さ２４ｍｍである。なお、丸棒試験片の軸方向は、鋼材の圧延方向と平行である。丸棒試験片を用いて、常温（２５℃）、大気中で引張試験を実施して、得られた０．２％オフセット耐力を、降伏強度（ＭＰａ）と定義する。
［耐孔食性］
本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成を有し、さらに、式（１）を満たし、体積率で３０．０〜７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有し、かつ、面積が０．１０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が１．００％以上である。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、降伏強度が６２１ＭＰａ以上であっても、優れた耐孔食性を有する。本実施形態において、優れた耐孔食性とは、以下のとおりに定義される。
本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成を有し、さらに、式（１）を満たし、体積率で３０．０〜７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有し、かつ、面積が０．１０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が１．００％以上である。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、降伏強度が６２１ＭＰａ以上であっても、優れた耐孔食性を有する。本実施形態において、優れた耐孔食性とは、以下のとおりに定義される。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の耐孔食性は、ＡＳＴＭ Ｇ４８（２０１１） Ｍｅｔｈｏｄ Ｅに準拠した腐食試験によって評価できる。本実施形態による鋼材から、腐食試験用の試験片を作製する。鋼材が鋼板である場合、板厚中央部から試験片を作製する。鋼材が鋼管である場合、肉厚中央部から試験片を作製する。鋼材が棒鋼である場合、棒鋼の軸方向に垂直な断面の中心部から試験片を作製する。試験片の大きさは、たとえば厚さ３ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍである。試験片の長手方向は、鋼材の圧延方向と平行である。
試験溶液は６％ＦｅＣｌ3＋１％ＨＣｌとする。試験片を比液量５ｍＬ／ｃｍ2以上の試験溶液に浸漬させる。試験開始温度は１５℃とし、２４時間毎に試験溶液の温度を５℃ずつ上昇させる。試験片に孔食が発生したときの温度を臨界孔食温度（ＣＰＴ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｉｔｔｉｎｇ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）と定義する。本実施形態では、得られたＣＰＴが１５℃よりも高い場合、二相ステンレス鋼材は優れた耐孔食性を示すと判断する。
［二相ステンレス鋼材の形状］
本実施形態による二相ステンレス鋼材の形状は、特に限定されない。本実施形態による二相ステンレス鋼材はたとえば、鋼管であってもよく、鋼板であってもよく、棒鋼であってもよく、線材であってもよい。好ましくは、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、継目無鋼管である。本実施形態による二相ステンレス鋼材が継目無鋼管の場合、肉厚が５ｍｍ以上であっても、６２１ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐孔食性とを有する。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の形状は、特に限定されない。本実施形態による二相ステンレス鋼材はたとえば、鋼管であってもよく、鋼板であってもよく、棒鋼であってもよく、線材であってもよい。好ましくは、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、継目無鋼管である。本実施形態による二相ステンレス鋼材が継目無鋼管の場合、肉厚が５ｍｍ以上であっても、６２１ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐孔食性とを有する。
［製造方法］
上述の構成を有する本実施形態による二相ステンレス鋼材の製造方法の一例を説明する。なお、本実施形態による二相ステンレス鋼材の製造方法は、以下に説明する製造方法に限定されない。本実施形態の二相ステンレス鋼材の製造方法の一例は、素材準備工程と、熱間加工工程と、溶体化処理工程とを含む。以下、各製造工程について詳述する。
上述の構成を有する本実施形態による二相ステンレス鋼材の製造方法の一例を説明する。なお、本実施形態による二相ステンレス鋼材の製造方法は、以下に説明する製造方法に限定されない。本実施形態の二相ステンレス鋼材の製造方法の一例は、素材準備工程と、熱間加工工程と、溶体化処理工程とを含む。以下、各製造工程について詳述する。
［素材準備工程］
本実施形態による素材準備工程では、上述の化学組成を有する素材を準備する。素材は製造して準備してもよく、第三者から購入することにより準備してもよい。すなわち、素材を準備する方法は特に限定されない。
本実施形態による素材準備工程では、上述の化学組成を有する素材を準備する。素材は製造して準備してもよく、第三者から購入することにより準備してもよい。すなわち、素材を準備する方法は特に限定されない。
素材を製造する場合、たとえば、次の方法で製造する。上述の化学組成を有する溶鋼を製造する。溶鋼を用いて連続鋳造法により鋳片（スラブ、ブルーム、又は、ビレット）を製造する。溶鋼を用いて造塊法により鋼塊（インゴット）を製造してもよい。必要に応じて、スラブ、ブルーム又はインゴットを分塊圧延して、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］
本実施形態による熱間加工工程では、上記準備工程で準備された素材を熱間加工して、中間鋼材を製造する。本明細書において中間鋼材とは、最終製品が鋼板の場合は板状の鋼材であり、最終製品が鋼管の場合は素管であり、最終製品が棒鋼の場合は棒状の鋼材であり、最終製品が線材の場合は線状の鋼材である。熱間加工は、熱間鍛造であってもよく、熱間押出であってもよく、熱間圧延であってもよい。熱間加工の方法は、特に限定されず、周知の方法でよい。
本実施形態による熱間加工工程では、上記準備工程で準備された素材を熱間加工して、中間鋼材を製造する。本明細書において中間鋼材とは、最終製品が鋼板の場合は板状の鋼材であり、最終製品が鋼管の場合は素管であり、最終製品が棒鋼の場合は棒状の鋼材であり、最終製品が線材の場合は線状の鋼材である。熱間加工は、熱間鍛造であってもよく、熱間押出であってもよく、熱間圧延であってもよい。熱間加工の方法は、特に限定されず、周知の方法でよい。
中間鋼材が素管（継目無鋼管）の場合、熱間加工工程において、たとえば、ユジーン・セジュルネ法、又は、エルハルトプッシュベンチ法（すなわち、熱間押出）を実施してもよく、マンネスマン法による穿孔圧延（すなわち、熱間圧延）を実施してもよい。なお、熱間加工は、１回のみ実施してもよく、複数回実施してもよい。たとえば、素材に対して上述の穿孔圧延を実施した後、上述の熱間押出を実施してもよい。たとえばさらに、素材に対して、上述の穿孔圧延を実施した後、延伸圧延を実施してもよい。すなわち、熱間加工工程では、周知の方法により熱間加工を実施して、所望の形状の中間鋼材を製造する。
［溶体化処理工程］
本実施形態による溶体化処理工程では、上記熱間加工工程で製造された中間鋼材に対して溶体化処理を実施して、二相ステンレス鋼材を製造する。溶体化処理とは、中間鋼材中の化合物を、固溶させる熱処理を意味する。具体的に、溶体化処理工程は、中間鋼材を所望の温度で熱処理する工程（熱処理工程）と、熱処理された中間鋼材を急冷する工程（急冷工程）とを含む。以下、各工程について詳述する。
本実施形態による溶体化処理工程では、上記熱間加工工程で製造された中間鋼材に対して溶体化処理を実施して、二相ステンレス鋼材を製造する。溶体化処理とは、中間鋼材中の化合物を、固溶させる熱処理を意味する。具体的に、溶体化処理工程は、中間鋼材を所望の温度で熱処理する工程（熱処理工程）と、熱処理された中間鋼材を急冷する工程（急冷工程）とを含む。以下、各工程について詳述する。
［熱処理工程］
本実施形態による熱処理工程では、上記熱間加工工程で製造された中間鋼材に対して、熱処理を実施する。具体的に、好ましくは、熱処理温度をＴA℃、熱処理時間を１０〜１８０分間とする、熱処理を実施する。本明細書において、熱処理温度とは、溶体化処理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、熱処理時間とは、溶体化処理を実施するための熱処理炉内に中間鋼材が装入されてから、取り出されるまでの時間を意味する。
本実施形態による熱処理工程では、上記熱間加工工程で製造された中間鋼材に対して、熱処理を実施する。具体的に、好ましくは、熱処理温度をＴA℃、熱処理時間を１０〜１８０分間とする、熱処理を実施する。本明細書において、熱処理温度とは、溶体化処理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、熱処理時間とは、溶体化処理を実施するための熱処理炉内に中間鋼材が装入されてから、取り出されるまでの時間を意味する。
好ましくは、本実施形態において、熱処理温度ＴAは、次の式（Ａ）を満たす。
８５０≦ＴA≦１５Ｃｕ＋３Ｃｒ−Ｍｎ−２Ｎｉ＋８５０ （Ａ）
ここで、式（Ａ）中の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
８５０≦ＴA≦１５Ｃｕ＋３Ｃｒ−Ｍｎ−２Ｎｉ＋８５０ （Ａ）
ここで、式（Ａ）中の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。
ＴCu＝１５Ｃｕ＋３Ｃｒ−Ｍｎ−２Ｎｉ＋８５０と定義する。ＴCu（℃）は、上述の化学組成を有する中間鋼材を熱処理した場合に、粗大なＣｕが析出する温度域の上限に相当する。すなわち、熱処理温度ＴAがＴCuよりも高い場合、二相ステンレス鋼材のミクロ組織中に粗大なＣｕが十分に析出しない。その結果、粗大Ｃｕの面積率が１．００％よりも低くなり、二相ステンレス鋼材の降伏強度が６２１ＭＰａ未満となる。したがって、本実施形態の熱処理工程において、好ましくは、熱処理温度ＴAはＴCu以下とする。
一方、熱処理温度ＴAが低すぎれば、中間鋼材中の析出物を溶体化する効果が十分に得られない場合がある。この場合、溶体化処理後の二相ステンレス鋼材中にσ相やＣｒ2Ｎが残存して、鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、本実施形態の熱処理工程において、熱処理温度ＴAは８５０℃以上とする。
したがって、本実施形態による熱処理工程では、熱処理温度ＴAを８５０℃〜ＴCuの範囲内にするのが好ましい。この方法によれば、上述の化学組成を有し、さらに、式（１）を満たし、体積率で３０．０〜７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有する二相ステンレス鋼材において、面積が０．１０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率を１．００％以上にすることができる。
本実施形態の熱処理工程における、熱処理温度ＴAのより好ましい下限は８５５℃であり、さらに好ましくは８６０℃である。本実施形態の熱処理工程における、熱処理温度ＴAのより好ましい上限はＴCu−５℃であり、さらに好ましくはＴCu−１０℃である。
熱処理工程において、熱処理時間が短すぎれば、溶体化処理工程後の二相ステンレス鋼材に、析出物が残存する場合がある。この場合、二相ステンレス鋼材の耐孔食性が低下する場合がある。一方、熱処理工程において、熱処理時間が長すぎれば、析出物を溶体化させる効果が飽和する。したがって、本実施形態による熱処理工程において、熱処理時間は５〜１８０分とするのが好ましい。
［急冷工程］
本実施形態による急冷工程では、上記熱処理工程において熱処理された中間鋼材を急冷し、二相ステンレス鋼材を製造する。急冷の方法は特に限定されず、周知の方法でよい。たとえば、シャワー水冷、ミスト水冷、油冷等により中間鋼材を冷却することができる。なお、急冷工程における冷却速度は特に限定されないが、たとえば、９００℃から４００℃における冷却速度が３℃／秒以上である。
本実施形態による急冷工程では、上記熱処理工程において熱処理された中間鋼材を急冷し、二相ステンレス鋼材を製造する。急冷の方法は特に限定されず、周知の方法でよい。たとえば、シャワー水冷、ミスト水冷、油冷等により中間鋼材を冷却することができる。なお、急冷工程における冷却速度は特に限定されないが、たとえば、９００℃から４００℃における冷却速度が３℃／秒以上である。
なお、溶体化処理が実施された二相ステンレス鋼材に対して、必要に応じて、酸洗処理を実施してもよい。この場合、酸洗処理は、周知の方法で実施されればよく、特に限定されない。また、溶体化処理が実施された二相ステンレス鋼材に対して、冷間加工を実施した場合、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の靭性が極端に低下する。そのため、本実施形態による二相ステンレス鋼材に対しては、冷間加工は実施しない方が好ましい。
以上の工程により、本実施形態による二相ステンレス鋼材が製造できる。なお、上述の二相ステンレス鋼材の製造方法は一例であり、他の方法によって二相ステンレス鋼材が製造されてもよい。以下、実施例によって本開示をさらに詳細に説明する。
表１に示す化学組成を有する溶鋼を、５０ｋｇの真空溶解炉を用いて溶製し、造塊法により鋼塊（インゴット）を製造した。なお、表１中の「−」は、該当する元素の含有量が不純物レベルであったことを意味する。また、表１に記載の化学組成と、上述の定義から求めたＦｎ１を表１に示す。
得られたインゴットに対して、表２及び表３に示す圧延温度（℃）で加熱した後、熱間圧延を実施して、表２及び表３に示す形状の中間鋼材を製造した。なお、本実施例において、圧延温度（℃）とは、加熱に用いた加熱炉の温度（℃）とした。表２及び表３の「形状」欄については、以下のとおりであった。「鋼管Ａ」とは、外径１３９．７ｍｍ、肉厚９．２ｍｍの継目無鋼管形状を意味する。「鋼管Ｂ」とは、外径１１４．３ｍｍ、肉厚７．４ｍｍの継目無鋼管形状を意味する。「鋼管Ｃ」とは、外径１７７．８ｍｍ、肉厚１０．４ｍｍの継目無鋼管形状を意味する。「鋼管Ｄ」とは、外径１９８．２ｍｍ、肉厚２１．２ｍｍの継目無鋼管形状を意味する。「鋼管Ｅ」とは、外径１３０．０ｍｍ、肉厚１７．８ｍｍの継目無鋼管形状を意味する。「鋼管Ｆ」とは、外径１９８．２ｍｍ、肉厚２１．２ｍｍの継目無鋼管形状を意味する。「鋼板」とは、板厚１３ｍｍ、板厚方向に垂直な断面が一辺１５ｍｍ×６０ｍｍの長方形である鋼板形状を意味する。「棒鋼」とは、長手方向に５００ｍｍ、長手方向に垂直な断面が直径５０ｍｍの円形である円柱形状を意味する。
熱間圧延によって製造された各試験番号の中間鋼材に対して、表２及び表３に記載の条件で溶体化処理を実施して、各試験番号の鋼材を製造した。具体的に、各試験番号の中間鋼材に対して、表２及び表３に記載のＴA（℃）（熱処理温度）、熱処理時間（分）で熱処理を実施した後、水冷した。なお、本実施例では、溶体化処理を実施する熱処理炉の炉温を、熱処理温度ＴA（℃）とした。さらに、溶体化処理を実施する熱処理炉に中間鋼材を装入してから、抽出するまでの時間を、熱処理時間（分）とした。各試験番号の鋼材の化学組成と、上述の式（Ａ）とから求めたＴCu（℃）を、表２及び表３に示す。さらに、各試験番号の中間鋼材に実施した熱処理について、熱処理温度（℃）を「ＴA（℃）」として、表２及び表３に示す。さらに、各試験番号の中間鋼材に実施した熱処理について、熱処理時間（分）を表２及び表３に示す。以上の工程により、各試験番号の鋼材を得た。なお、各試験番号の中間鋼材の形状と、対応する試験番号の鋼材の形状とは、同一であった。
［評価試験］
溶体化処理後の各試験番号の鋼材に対して、ミクロ組織観察と、粗大Ｃｕ面積率測定試験と、引張試験と、腐食試験とを実施した。
溶体化処理後の各試験番号の鋼材に対して、ミクロ組織観察と、粗大Ｃｕ面積率測定試験と、引張試験と、腐食試験とを実施した。
［ミクロ組織観察］
各試験番号の鋼材に対して、ＡＳＴＭ Ｅ５６２（２０１１）に準拠した上述の方法でミクロ組織観察を実施して、フェライト体積率（％）を求めた。まず、各試験番号の鋼材から、鋼材の圧延方向と垂直な断面を観察面として有する試験片を作製した。具体的には、鋼材の形状が鋼管の場合、肉厚中央部から試験片を作製した。鋼材の形状が鋼板の場合、板厚中央部から試験片を作製した。鋼材の形状が棒鋼の場合、軸方向に垂直な断面の中心部から試験片を作製した。作製された試験片を用いて、上述の方法でフェライト体積率を求めた。得られた各試験番号のフェライト体積率（％）を表２及び表３に示す。
各試験番号の鋼材に対して、ＡＳＴＭ Ｅ５６２（２０１１）に準拠した上述の方法でミクロ組織観察を実施して、フェライト体積率（％）を求めた。まず、各試験番号の鋼材から、鋼材の圧延方向と垂直な断面を観察面として有する試験片を作製した。具体的には、鋼材の形状が鋼管の場合、肉厚中央部から試験片を作製した。鋼材の形状が鋼板の場合、板厚中央部から試験片を作製した。鋼材の形状が棒鋼の場合、軸方向に垂直な断面の中心部から試験片を作製した。作製された試験片を用いて、上述の方法でフェライト体積率を求めた。得られた各試験番号のフェライト体積率（％）を表２及び表３に示す。
［粗大Ｃｕ面積率測定試験］
各試験番号の鋼材に対して、粗大Ｃｕの面積率を求めた。粗大Ｃｕの面積率は、上述の方法を用いて求めた。まず、各試験番号の鋼材から、管軸方向５ｍｍ、管径方向５ｍｍの観察面を有する試験片を作製した。具体的には、鋼材の形状が鋼管の場合、肉厚中央部から試験片を作製した。鋼材の形状が鋼板の場合、板厚中央部から試験片を作製した。鋼材の形状が棒鋼の場合、軸方向に垂直な断面の中心部から試験片を作製した。作製された試験片を用いて、上述の方法で粗大Ｃｕの面積率を求めた。得られた各試験番号の粗大Ｃｕの面積率（％）を表２及び表３に示す。
各試験番号の鋼材に対して、粗大Ｃｕの面積率を求めた。粗大Ｃｕの面積率は、上述の方法を用いて求めた。まず、各試験番号の鋼材から、管軸方向５ｍｍ、管径方向５ｍｍの観察面を有する試験片を作製した。具体的には、鋼材の形状が鋼管の場合、肉厚中央部から試験片を作製した。鋼材の形状が鋼板の場合、板厚中央部から試験片を作製した。鋼材の形状が棒鋼の場合、軸方向に垂直な断面の中心部から試験片を作製した。作製された試験片を用いて、上述の方法で粗大Ｃｕの面積率を求めた。得られた各試験番号の粗大Ｃｕの面積率（％）を表２及び表３に示す。
［引張試験］
各試験番号の鋼材に対して、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０１３）に準拠した上述の方法で引張試験を実施して、降伏強度（ＭＰａ）を求めた。まず、各試験番号の鋼材から、引張試験用の丸棒試験片を作製した。具体的には、鋼材の形状が鋼管の場合、肉厚中央部から丸棒試験片を作製した。鋼材の形状が鋼板の場合、板厚中央部から丸棒試験片を作製した。鋼材の形状が棒鋼の場合、軸方向に垂直な断面の中心部から丸棒試験片を作製した。なお、丸棒試験片の軸方向は、鋼材の圧延方向と平行であった。作製された各試験番号の丸棒試験片に対して、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０１３）に準拠して、引張試験を実施した。引張試験で得られた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「ＹＳ（ＭＰａ）」として表２及び表３に示す。
各試験番号の鋼材に対して、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０１３）に準拠した上述の方法で引張試験を実施して、降伏強度（ＭＰａ）を求めた。まず、各試験番号の鋼材から、引張試験用の丸棒試験片を作製した。具体的には、鋼材の形状が鋼管の場合、肉厚中央部から丸棒試験片を作製した。鋼材の形状が鋼板の場合、板厚中央部から丸棒試験片を作製した。鋼材の形状が棒鋼の場合、軸方向に垂直な断面の中心部から丸棒試験片を作製した。なお、丸棒試験片の軸方向は、鋼材の圧延方向と平行であった。作製された各試験番号の丸棒試験片に対して、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０１３）に準拠して、引張試験を実施した。引張試験で得られた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「ＹＳ（ＭＰａ）」として表２及び表３に示す。
［腐食試験］
各試験番号の鋼材に対して、ＡＳＴＭ Ｇ４８（２０１１） Ｍｅｔｈｏｄ Ｅに準拠した上述の方法で腐食試験を実施して、耐孔食性を評価した。まず、各試験番号の鋼材から、腐食試験用の試験片を作製した。具体的には、鋼材の形状が鋼管の場合、肉厚中央部から試験片を作製した。鋼材の形状が鋼板の場合、板厚中央部から試験片を作製した。鋼材の形状が棒鋼の場合、軸方向に垂直な断面の中心部から試験片を作製した。なお、腐食試験用の試験片の大きさは、厚さ３ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍであり、試験片の長手方向は、鋼材の圧延方向と平行であった。
各試験番号の鋼材に対して、ＡＳＴＭ Ｇ４８（２０１１） Ｍｅｔｈｏｄ Ｅに準拠した上述の方法で腐食試験を実施して、耐孔食性を評価した。まず、各試験番号の鋼材から、腐食試験用の試験片を作製した。具体的には、鋼材の形状が鋼管の場合、肉厚中央部から試験片を作製した。鋼材の形状が鋼板の場合、板厚中央部から試験片を作製した。鋼材の形状が棒鋼の場合、軸方向に垂直な断面の中心部から試験片を作製した。なお、腐食試験用の試験片の大きさは、厚さ３ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍであり、試験片の長手方向は、鋼材の圧延方向と平行であった。
作製された各試験番号の試験片を、比液量５ｍＬ／ｃｍ2以上であり、１５℃の試験溶液（６％ＦｅＣｌ3＋１％ＨＣｌ）に浸漬させた。試験片を試験溶液に浸漬してから２４時間毎に、試験溶液の温度を５℃ずつ上昇させ、孔食の発生の有無を肉眼で確認した。孔食が発生したときの温度をＣＰＴ（℃）とした。得られた各試験番号のＣＰＴ（℃）を表２及び表３に示す。
［評価結果］
表１〜表３を参照して、試験番号１〜２９の鋼材は、化学組成が適切であり、Ｆｎ１が３０．０以上であった。さらに、製造方法も明細書に記載の好ましい製造方法であった。その結果、フェライトの体積率が３０．０〜７０．０％であり、粗大Ｃｕ面積率が１．００％以上であった。その結果、降伏強度が６２１ＭＰａ以上であり、ＣＰＴが１５℃を超えた。すなわち、試験番号１〜２９の鋼材は、６２１ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐孔食性とを有していた。
表１〜表３を参照して、試験番号１〜２９の鋼材は、化学組成が適切であり、Ｆｎ１が３０．０以上であった。さらに、製造方法も明細書に記載の好ましい製造方法であった。その結果、フェライトの体積率が３０．０〜７０．０％であり、粗大Ｃｕ面積率が１．００％以上であった。その結果、降伏強度が６２１ＭＰａ以上であり、ＣＰＴが１５℃を超えた。すなわち、試験番号１〜２９の鋼材は、６２１ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐孔食性とを有していた。
一方、試験番号３０及び３１の鋼材では、溶体化処理の熱処理温度ＴAが高すぎた。その結果、粗大Ｃｕの面積率が１．００％未満であった。その結果、降伏強度が６２１ＭＰａ未満となった。すなわち、試験番号３０及び３１の鋼材は、６２１ＭＰａ以上の降伏強度を有していなかった。
試験番号３２の鋼材では、Ｆｎ１が３０．０未満であった。その結果、ＣＰＴが１５℃であった。すなわち、試験番号３２の鋼材は、優れた耐孔食性を有していなかった。
試験番号３３の鋼材では、Ｃｒ含有量が低すぎた。その結果、フェライトの体積率が３０．０％未満であった。その結果、降伏強度が６２１ＭＰａ未満となった。すなわち、試験番号３３の鋼材は、６２１ＭＰａ以上の降伏強度を有していなかった。
試験番号３４の鋼材では、Ｃｕ含有量が低すぎた。その結果、粗大Ｃｕの面積率が１．００％未満であった。その結果、降伏強度が６２１ＭＰａ未満であった。すなわち、試験番号３４の鋼材は、６２１ＭＰａ以上の降伏強度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。
Claims (4)
- 質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．２０〜１．００％、
Ｍｎ：０．５０〜７．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎｉ：４．２０〜９．００％、
Ｃｒ：２０．００〜３０．００％、
Ｍｏ：０．５０〜２．００％、
Ｃｕ：１．５０〜４．００％、
Ｎ：０．１５０〜０．３５０％、
Ｖ：０．０１〜１．５０％、
Ｎｂ：０〜０．１００％、
Ｔａ：０〜０．１００％、
Ｔｉ：０〜０．１００％、
Ｚｒ：０〜０．１００％、
Ｈｆ：０〜０．１００％、
Ｗ：０〜０．２００％、
Ｃｏ：０〜０．５００％、
Ｓｎ：０〜０．１００％、
Ｓｂ：０〜０．１０００％、
Ｃａ：０〜０．０２０％、
Ｍｇ：０〜０．０２０％、
Ｂ：０〜０．０２０％、
希土類元素：０〜０．２００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たす化学組成と、
体積率で３０．０〜７０．０％のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなるミクロ組織とを有し、
降伏強度が６２１ＭＰａ以上であり、
面積が０．１０μｍ2以上のＣｕ析出物の面積率が１．００％以上である、
二相ステンレス鋼材。
Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ≧３０．０ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量（質量％）が代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。 - 請求項１に記載の二相ステンレス鋼材であって、
前記化学組成は、
Ｎｂ：０．００１〜０．１００％、
Ｔａ：０．００１〜０．１００％、
Ｔｉ：０．００１〜０．１００％、
Ｚｒ：０．００１〜０．１００％、
Ｈｆ：０．００１〜０．１００％、及び、
Ｗ：０．００１〜０．２００％からなる群から選択される１種以上の元素を含有する、
二相ステンレス鋼材。 - 請求項１又は請求項２に記載の二相ステンレス鋼材であって、
前記化学組成は、
Ｃｏ：０．００１〜０．５００％、
Ｓｎ：０．００１〜０．１００％、及び、
Ｓｂ：０．０００１〜０．１０００％からなる群から選択される１種以上の元素を含有する、
二相ステンレス鋼材。 - 請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼材であって、
前記化学組成は、
Ｃａ：０．００１〜０．０２０％、
Ｍｇ：０．００１〜０．０２０％、
Ｂ：０．００１〜０．０２０％、及び、
希土類元素：０．００１〜０．２００％からなる群から選択される１種以上の元素を含有する、
二相ステンレス鋼材。
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|---|---|---|---|---|
| WO2023054343A1 (ja) * | 2021-09-29 | 2023-04-06 | 日本製鉄株式会社 | 二相ステンレス鋼材 |
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