JP5842769B2 - Duplex stainless steel and manufacturing method thereof - Google Patents

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本発明は、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およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a duplex stainless steel composed of a ferrite phase and an austenite phase and a method for producing the same.

二相ステンレス鋼は、耐食性および溶接性に優れており、フェライト系ステンレス鋼またはオーステナイト系ステンレス鋼に比べて、特に、耐海水腐食性および強度に優れている。したがって、材料の薄肉化を容易に行うことができ、経済性を有する工業材料として古くから広範囲に使用されている。   The duplex stainless steel is excellent in corrosion resistance and weldability, and is particularly excellent in seawater corrosion resistance and strength compared to ferritic stainless steel or austenitic stainless steel. Therefore, it is possible to easily reduce the thickness of the material, and it has been widely used as an industrial material having economic efficiency for a long time.

特に、高Cr−高Mo二相ステンレス鋼は、優れた耐食性および強度を有するため、ラインパイプ、熱交換器用部品、石油・化学工業用のプロセス鋼管・配管、油井管等、様々な分野に適用されている。近年、油井用のアンビリカルチューブ等では、油井の深海化および材料の薄肉化に伴いさらなる高強度材料が要求され、さらに水素脆化特性という性能も新たに要求されてきている。しかしながら、二相ステンレス鋼中のCrおよびMoの含有量が高いほど、800〜1000℃程度の温度域において硬くて脆い金属間化合物(σ相、χ相)が析出しやすくなる。これは、下記の理由による。   In particular, high Cr-high Mo duplex stainless steel has excellent corrosion resistance and strength, so it can be used in various fields such as line pipes, heat exchanger parts, process steel pipes / piping for oil and chemical industries, and oil well pipes. Has been. In recent years, umbilical tubes and the like for oil wells are required to have higher strength materials as the oil wells become deeper and thinner, and the performance of hydrogen embrittlement characteristics is also newly required. However, the higher the Cr and Mo contents in the duplex stainless steel, the easier the hard and brittle intermetallic compounds (σ phase, χ phase) precipitate in the temperature range of about 800 to 1000 ° C. This is due to the following reason.

二相ステンレス鋼の中実ビレットは、鋼塊を熱間鍛造または熱間圧延して得た長尺の鋼片を放冷した後、この鋼片に切断、切削等の機械加工が施されて製造される。高Cr−高Mo二相ステンレス鋼は、特に放冷時にσ相が析出し、素材が著しく硬化されるため、割れが発生しやすく、各種の加工時で切断および切削が困難となる。したがって、極力σ相の析出を抑制することが製造上望ましく、従来、CrおよびMoの含有量の低減、熱処理条件の変更、冷却条件の変更等の様々な提案がなされている。   A solid billet of duplex stainless steel is made by cooling a long steel piece obtained by hot forging or hot rolling of a steel ingot and then subjecting the steel piece to machining such as cutting and cutting. Manufactured. In the high Cr-high Mo duplex stainless steel, the σ phase is precipitated particularly when allowed to cool, and the material is markedly hardened. Therefore, cracks are likely to occur, and cutting and cutting become difficult during various processes. Therefore, it is desirable in production to suppress the precipitation of the σ phase as much as possible. Conventionally, various proposals such as reduction of Cr and Mo contents, change of heat treatment conditions, change of cooling conditions, and the like have been made.

例えば、特許文献1では、組織安定指数PSI(=3Si+Cr+3.3Mo)を40以下とした二相ステンレス鋼が提案されている。特許文献1では、二相ステンレス鋼の通常の熱間加工時の加熱条件、熱処理条件および溶接条件でσ相等が生成しないとしている。   For example, Patent Document 1 proposes a duplex stainless steel having a structure stability index PSI (= 3Si + Cr + 3.3Mo) of 40 or less. In Patent Document 1, it is assumed that no σ phase or the like is generated under the heating conditions, heat treatment conditions, and welding conditions during normal hot working of duplex stainless steel.

特許文献2では、二相ステンレス鋼を1110℃以上に加熱したのち、熱間加工を施して継目無鋼管を製造する方法において、最終圧延終了後に800+5Cr+25Mo+15W≦T(℃)≦1150を満足する温度範囲まで再加熱した後、急冷処理する二相ステンレス鋼の製造方法が提案されている。特許文献2では、σ相の析出なく、優れた耐食性を有し、かつ高強度二相ステンレス鋼管を製造できるとしている。   In Patent Document 2, in a method of manufacturing a seamless steel pipe by heating a duplex stainless steel to 1110 ° C. or higher and then performing hot working, a temperature range satisfying 800 + 5Cr + 25Mo + 15W ≦ T (° C.) ≦ 1150 after the end of final rolling. There has been proposed a method for producing a duplex stainless steel that is rapidly reheated and then rapidly cooled. In Patent Document 2, it is said that a high-strength duplex stainless steel pipe having excellent corrosion resistance and no σ phase can be produced.

特許文献3では、フェライト量およびPRE値を所定範囲とした二相ステンレス鋼が提案されている。特許文献3では、これにより、耐海水性に優れた二相ステンレス鋼が得られるとされている。特許文献4では、Mo含有量を低減させてσ相の生成を抑制し、フェライト量およびPREWを所定範囲とした二相ステンレス鋼が提案されている。特許文献4では、これにより、温間加工性、耐すきま腐食性および組織安定性に優れる二相ステンレス鋼が得られるとされている。   Patent Document 3 proposes a duplex stainless steel in which the ferrite amount and the PRE value are in a predetermined range. In patent document 3, it is supposed that the duplex stainless steel excellent in seawater resistance will be obtained by this. Patent Document 4 proposes a duplex stainless steel in which the Mo content is reduced to suppress the generation of the σ phase, and the ferrite content and PREW are in a predetermined range. In Patent Document 4, it is said that this makes it possible to obtain a duplex stainless steel having excellent warm workability, crevice corrosion resistance and structural stability.

特許文献5および6では、フェライト量およびオーステナイト相とフェライト相それぞれのPREW値および比を所定範囲とした二相ステンレス鋼が提案されている。特許文献5および6ではいずれも、これにより、耐食性および組織安定性が良好な二相ステンレス鋼が得られるとされている。   Patent Documents 5 and 6 propose duplex stainless steels in which the ferrite content and the PREW values and ratios of the austenite phase and the ferrite phase are within a predetermined range. In both Patent Documents 5 and 6, it is said that this makes it possible to obtain a duplex stainless steel having good corrosion resistance and structural stability.

特開平5−132741号公報JP-A-5-132741 特開平9−241746号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-241746 特表2002−529599号公報JP-T-2002-529599 特表2003−503596号公報Special table 2003-503596 gazette 特表2005−501969号公報JP 2005-501969 特表2005−501970号公報JP-T-2005-501970

上述のように、耐食性向上元素であるCrおよびMoの含有量を低減させると、二相ステンレス鋼としての耐食性および強度を損なう。一方、CrおよびMo含有量を高めた鋼では、熱間鍛造または熱間圧延の後の冷却時、溶接時、熱間曲げ加工時さらに最終の製品熱処理後の冷却時などに、σ相が析出しやすい。特に、最終の製品熱処理後の冷却にてσ相が析出すると製品性能を著しく損なう。このため、従来技術においては、鋼の化学組成、組織状態、さらには熱処理条件等を管理することが示されている。しかしながら、熱処理後の冷却過程においてσ相析出を防止するには、冷却開始温度をσ相析出温度以上とする必要があり、高温での熱処理が適用されるため、粗粒な組織となり耐水素脆化特性に悪影響を及ぼす。   As described above, when the contents of Cr and Mo, which are corrosion resistance improving elements, are reduced, the corrosion resistance and strength of the duplex stainless steel are impaired. On the other hand, in steels with high Cr and Mo contents, the σ phase precipitates during cooling after hot forging or hot rolling, during welding, during hot bending, and during cooling after the final product heat treatment. It's easy to do. In particular, if the σ phase is precipitated by cooling after the final product heat treatment, the product performance is significantly impaired. For this reason, in the prior art, it is shown that the chemical composition of steel, a structure state, heat treatment conditions, etc. are managed. However, in order to prevent σ phase precipitation in the cooling process after heat treatment, it is necessary to set the cooling start temperature to be equal to or higher than the σ phase precipitation temperature, and since heat treatment at a high temperature is applied, the structure becomes coarse and hydrogen brittle. Adversely affects chemical properties.

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、二相ステンレス鋼としての耐食性を損なうことなく高強度化でき、σ相析出を抑制することで熱処理温度を低温化でき、さらに高加工度の冷間加工を組み合わせることで細粒組織を得て優れた耐水素脆化特性を発揮する二相ステンレス鋼およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention was made to solve such a problem, can be increased strength without impairing the corrosion resistance as a duplex stainless steel, heat treatment temperature can be lowered by suppressing σ phase precipitation, It is another object of the present invention to provide a duplex stainless steel that exhibits fine hydrogen embrittlement resistance and a method for producing the same by obtaining a fine grain structure by combining cold working at a high workability.

本発明者らは、上記の課題を解決するため、鋭意研究を行った結果、以下の知見を得るに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have obtained the following knowledge.

(a)各元素のσ相感受性に及ぼす影響、すなわち、各種の二相ステンレス鋼についてビレット放冷時および溶接時の熱履歴を模擬した時効処理(900℃×600秒)後の衝撃値を調査し、σ相ノーズとビレット放冷時の冷却曲線について検討を重ねた。その結果、σ相感受性に影響を与える元素であるSi、Cu、Ni、Cr、MoおよびWによって総合的に表されるσ相感受性指数Xが所定の条件を満足するように成分調整することが有効であることを見出した。   (A) The influence of each element on the σ phase sensitivity, ie, the impact value after aging treatment (900 ° C x 600 seconds) simulating the thermal history of billet cooling and welding for various duplex stainless steels Then, the σ phase nose and the cooling curve when the billet was allowed to cool were studied repeatedly. As a result, it is possible to adjust the components so that the σ phase sensitivity index X comprehensively represented by Si, Cu, Ni, Cr, Mo, and W, which are elements that affect the σ phase sensitivity, satisfies a predetermined condition. I found it effective.

(b)各元素の強度に及ぼす影響を検討した結果、高強度化に寄与する元素であるCr、Mo、WおよびNによって表わされる強度指数Yが所定の条件を満足するように成分調整することが有効であることを見出した。上記指数XとYの所定の条件を同時に満足することでσ相析出を抑制した高強度二相ステンレス鋼を提供できる。   (B) As a result of investigating the influence of each element on the strength, adjusting the components so that the strength index Y represented by Cr, Mo, W and N, which are elements contributing to high strength, satisfies a predetermined condition. Was found to be effective. By satisfying the predetermined conditions of the indexes X and Y at the same time, a high-strength duplex stainless steel with suppressed σ phase precipitation can be provided.

(c)上記二相ステンレス鋼において冷間仕上げにおける冷間加工度と熱処理温度との最適化により製品の細粒組織が得られることを見出した。所定の条件を満足することで耐水素脆化性に優れた二相ステンレス鋼を提供できる。   (C) It has been found that a fine grain structure of the product can be obtained by optimizing the cold working degree and the heat treatment temperature in the cold finishing in the duplex stainless steel. By satisfying predetermined conditions, a duplex stainless steel having excellent hydrogen embrittlement resistance can be provided.

本発明は、上記の知見を基礎としてなされたものであり、下記の二相ステンレス鋼およびその製造方法を要旨とする。   The present invention has been made on the basis of the above findings, and the gist thereof is the following duplex stainless steel and a method for producing the same.

(1)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%およびAl:0.03%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、
下記(i)式で表されるσ相感受性指数Xが52.0以下であり、
下記(ii)式で表される強度指数Yが40.5以上であり、さらに
下記(iii)式で表される耐孔食性指数PREWが40以上である化学組成を有するとともに、
圧延方向に平行な厚さ方向断面において、表面から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以上である金属組織を有することを特徴とする二相ステンレス鋼。
X=2.2Si+0.5Cu+2.0Ni+Cr+4.2Mo+0.2W・・・(i)
Y=Cr+1.5Mo+10N+3.5W・・・(ii)
PREW=Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N・・・(iii)
ただし、(i)〜(iii)式中の各元素記号は、各元素の含有量(質量%)を意味する。
(1) By mass%, C: 0.03% or less, Si: 0.3% or less, Mn: 3.0% or less, P: 0.040% or less, S: 0.008% or less, Cu: 0 0.2 to 2.0%, Ni: 5.0 to 6.5%, Cr: 23.0 to 27.0%, Mo: 2.5 to 3.5%, W: 1.5 to 4.0 %, N: 0.24 to 0.40% and Al: 0.03% or less, with the balance being Fe and impurities,
The σ phase sensitivity index X represented by the following formula (i) is 52.0 or less,
The strength index Y represented by the following formula (ii) is 40.5 or more, and the pitting corrosion resistance index PREW represented by the following formula (iii) is 40 or more.
In a cross section in the thickness direction parallel to the rolling direction, when a straight line parallel to the thickness direction from the surface to a depth of 1 mm is drawn, the number of boundaries between the ferrite phase and the austenite phase intersecting the straight line is 160 or more. A duplex stainless steel characterized by comprising:
X = 2.2Si + 0.5Cu + 2.0Ni + Cr + 4.2Mo + 0.2W (i)
Y = Cr + 1.5Mo + 10N + 3.5W (ii)
PREW = Cr + 3.3 (Mo + 0.5W) + 16N (iii)
However, each element symbol in the formulas (i) to (iii) means the content (% by mass) of each element.

(2)Feの一部に代えて、質量%で、さらにCa:0.02%以下、Mg:0.02%以下およびB:0.02%以下から選択される1種以上を含有することを特徴とする上記(1)に記載の二相ステンレス鋼。 (2) instead of a part of Fe, by mass percent, further Ca: 0.02% or less, Mg: 0.02% or less and B: containing one or more selected 0.02% hereinafter or al The duplex stainless steel as set forth in (1) above, wherein

(3)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%およびAl:0.03%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、
下記(i)式で表されるσ相感受性指数Xが52.0以下であり、
下記(ii)式で表される強度指数Yが40.5以上であり、さらに
下記(iii)式で表される耐孔食性指数PREWが40以上である化学組成を有する鋼に対して、
冷間加工において75%以上の加工度を付与し、1020〜1100℃で溶体化熱処理を行うことを特徴とする二相ステンレス鋼の製造方法。
(3) By mass%, C: 0.03% or less, Si: 0.3% or less, Mn: 3.0% or less, P: 0.040% or less, S: 0.008% or less, Cu: 0 0.2 to 2.0%, Ni: 5.0 to 6.5%, Cr: 23.0 to 27.0%, Mo: 2.5 to 3.5%, W: 1.5 to 4.0 %, N: 0.24 to 0.40% and Al: 0.03% or less, with the balance being Fe and impurities,
The σ phase sensitivity index X represented by the following formula (i) is 52.0 or less,
For a steel having a chemical composition in which the strength index Y represented by the following formula (ii) is 40.5 or more, and the pitting corrosion resistance PREW represented by the following formula (iii) is 40 or more,
A method for producing a duplex stainless steel, characterized in that a cold working provides a workability of 75% or more, and a solution heat treatment is performed at 1020 to 1100 ° C.

(4)上記(3)に記載の二相ステンレス鋼の製造方法であって、鋼の化学組成が、Feの一部に代えて、質量%で、さらにCa:0.02%以下、Mg:0.02%以下およびB:0.02%以下から選択される1種以上を含有することを特徴とする二相ステンレス鋼の製造方法。 (4) The method for producing a duplex stainless steel according to the above (3), wherein the chemical composition of the steel is in mass% instead of a part of Fe, and further Ca: 0.02% or less, Mg: 0.02% or less and B: method for producing duplex stainless steel which is characterized by containing one or more selected 0.02% hereinafter or al.

本発明によれば、σ相の析出が抑制されるので、製品熱処理温度を低温で処理でき、さらに適正な冷間加工度を付与することで、単位深さあたりに多くのフェライト相およびオーステナイト相の組織を持つ、耐水素脆化特性に優れた二相ステンレス鋼を得ることができる。   According to the present invention, since the precipitation of the σ phase is suppressed, the product heat treatment temperature can be processed at a low temperature, and by providing an appropriate cold work degree, many ferrite phases and austenite phases per unit depth. It is possible to obtain a duplex stainless steel having the following structure and excellent hydrogen embrittlement resistance.

σ相感受性指数Xと900℃で600秒の時効後の衝撃値との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between (sigma) phase sensitivity index X and the impact value after aging of 600 second at 900 degreeC. 強度指数Yと0.2%耐力YSとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the strength index Y and 0.2% yield strength YS.

1.化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「%」は、「質量%」を意味する。
1. Chemical composition The reasons for limiting each element are as follows. In the following description, “%” for the content means “% by mass”.

C:0.03%以下
Cは、オーステナイト相を安定化するのに有効な元素である。しかし、その含有量が過剰な場合、炭化物が析出しやすくなり、耐食性が劣化する。したがって、Cの含有量は0.03%以下とする。C含有量は0.02%以下であるのが好ましい。上記の効果を得たい場合には、Cを0.010%以上含有させるのが好ましい。
C: 0.03% or less C is an element effective for stabilizing the austenite phase. However, when the content is excessive, carbides are liable to precipitate and the corrosion resistance is deteriorated. Therefore, the C content is 0.03% or less. The C content is preferably 0.02% or less. When it is desired to obtain the above effect, it is preferable to contain 0.010% or more of C.

Si:0.3%以下
Siは、鋼の脱酸に有効な元素である。しかし、その含有量が過剰な場合、σ相の生成が促進される。そのため、Siの含有量は0.3%以下とする。Si含有量は0.25%以下であるのが好ましい。上記の効果は微量でも発揮されるが、特に、Siを脱酸剤として用いる場合には0.01%以上含有させることが好ましい。
Si: 0.3% or less Si is an element effective for deoxidation of steel. However, when the content is excessive, the generation of the σ phase is promoted. Therefore, the Si content is 0.3% or less. The Si content is preferably 0.25% or less. Although the above effect is exhibited even in a small amount, it is preferable to contain 0.01% or more particularly when Si is used as a deoxidizing agent.

Mn:3.0%以下
Mnは、溶製時の脱硫および脱酸に有効であるとともに、オーステナイト相の安定化に有効な元素である。また、Mnは、熱間加工性の向上に寄与する元素でもある。さらに、MnにはNの溶解度を大きくする作用がある。しかし、その含有量が過剰な場合、耐食性を劣化させる。したがって、Mnの含有量は3.0%以下とする。Mn含有量は2.5%以下であるのが好ましい。上記の効果は微量でも発揮されるが、特に、Mnを脱硫または脱酸のために含有させる場合には、0.01%以上含有させることが好ましい。
Mn: 3.0% or less Mn is an element that is effective for desulfurization and deoxidation at the time of melting and is effective for stabilizing the austenite phase. Mn is also an element that contributes to improvement of hot workability. Furthermore, Mn has the effect of increasing the solubility of N. However, when the content is excessive, the corrosion resistance is deteriorated. Therefore, the Mn content is 3.0% or less. The Mn content is preferably 2.5% or less. Although the above effect is exhibited even in a trace amount, when Mn is contained for desulfurization or deoxidation, it is preferable to contain 0.01% or more.

P:0.040%以下
Pは、鋼中に不可避的に混入する不純物元素である。その含有量が過剰な場合、耐食性および靱性の劣化が著しくなる。したがって、Pの含有量は0.040%以下とする。P含有量は0.030%以下であるのが好ましい。
P: 0.040% or less P is an impurity element inevitably mixed in steel. When the content is excessive, the corrosion resistance and toughness deteriorate significantly. Therefore, the P content is 0.040% or less. The P content is preferably 0.030% or less.

S:0.008%以下
Sは、Pと同様、鋼中に不可避的に混入する不純物元素であり、鋼の熱間加工性を劣化させる。また、硫化物は孔食の発生起点となり耐孔食性を劣化させる。そのため、Sの含有量は少ない方が良く、0.008%以下であれば実用上特に問題とはならない。S含有量は0.005%以下であるのが好ましい。
S: 0.008% or less S, like P, is an impurity element that is inevitably mixed in steel and degrades the hot workability of steel. In addition, the sulfide becomes a starting point of pitting corrosion and deteriorates pitting corrosion resistance. Therefore, it is better that the S content is small. If it is 0.008% or less, there is no particular problem in practical use. The S content is preferably 0.005% or less.

Cu:0.2〜2.0%
Cuは、還元性の低いとされる低pH環境、例えば、HSOまたはHS環境での耐食性向上に特に有効な元素である。これらの効果を得るためには、Cuを0.2%以上含有させる必要がある。しかし、過剰に含有させた場合、熱間加工性を劣化させるだけでなく、σ相の生成を促進する。そのため、Cuの含有量は2.0%以下とする。Cu含有量は0.3%以上であるのが好ましく、0.4%以上であるのがより好ましい。また、Cu含有量は1.5%以下であるのが好ましく、0.8%以下であるのがより好ましい。
Cu: 0.2 to 2.0%
Cu is an element that is particularly effective for improving the corrosion resistance in a low pH environment that is considered to have low reducing properties, for example, an H 2 SO 4 or H 2 S environment. In order to obtain these effects, it is necessary to contain 0.2% or more of Cu. However, when excessively contained, not only the hot workability is deteriorated, but also the generation of the σ phase is promoted. Therefore, the Cu content is 2.0% or less. The Cu content is preferably 0.3% or more, and more preferably 0.4% or more. Moreover, it is preferable that Cu content is 1.5% or less, and it is more preferable that it is 0.8% or less.

Ni:5.0〜6.5%
Niは、オーステナイトを安定化させるために必須の元素である。Ni含有量が低いとフェライト量が多くなり過ぎて、二相ステンレス鋼としての特長が失われる。また、フェライト中へのNの固溶度は小さいため、フェライト量が多くなると窒化物が析出しやすくなり耐食性が劣化する。そのため、Niは5.0%以上含有させる。一方、Ni含有量が過剰な場合、σ相の析出が容易になり靱性が劣化する。したがって、Ni含有量は、6.5%以下とする。Ni含有量は5.3%以上であるのが好ましく、6.0%以下であるのが好ましい。
Ni: 5.0 to 6.5%
Ni is an essential element for stabilizing austenite. If the Ni content is low, the amount of ferrite increases too much and the characteristics as a duplex stainless steel are lost. Further, since the solid solubility of N in ferrite is small, when the amount of ferrite increases, nitrides are likely to precipitate and the corrosion resistance deteriorates. Therefore, Ni is contained by 5.0% or more. On the other hand, when the Ni content is excessive, the precipitation of the σ phase is facilitated and the toughness is deteriorated. Therefore, the Ni content is 6.5% or less. The Ni content is preferably 5.3% or more, and preferably 6.0% or less.

Cr:23.0〜27.0%
Crは、耐食性および強度を確保するために必須の元素である。Cr含有量が低いと、いわゆるスーパー二相ステンレス鋼といえるだけの耐食性が得られない。したがって、Crは23.0%以上含有させる。一方、Crの含有量が過剰な場合、σ相の析出が顕著になり、耐食性の低下とともに、熱間加工性の低下および溶接性の劣化を招く。したがって、Cr含有量は27.0%以下とする。Cr含有量は25.0%以上であるのが好ましく、26.0%以下であるのが好ましい。
Cr: 23.0-27.0%
Cr is an essential element for ensuring corrosion resistance and strength. If the Cr content is low, corrosion resistance sufficient to be called a so-called super duplex stainless steel cannot be obtained. Therefore, Cr is contained 23.0% or more. On the other hand, when the Cr content is excessive, the precipitation of the σ phase becomes remarkable, leading to a decrease in hot workability and a deterioration in weldability as well as a decrease in corrosion resistance. Therefore, the Cr content is 27.0% or less. The Cr content is preferably 25.0% or more, and preferably 26.0% or less.

Mo:2.5〜3.5%
Moは、Crと同様、耐食性の向上、特に耐孔食性および耐隙間腐食性の向上に有効な元素である。また、鋼の高強度化にも有効な元素である。そのため、Moを2.5%以上含有させる必要がある。一方、その含有量が過剰な場合、σ相が析出しやすくなるため、Mo含有量は3.5%以下とする。Mo含有量は2.7%以上であるのが好ましい。また、Mo含有量は3.2%以下であるのが好ましく、3.0%未満であるのが好ましい。
Mo: 2.5-3.5%
Mo, like Cr, is an element effective for improving corrosion resistance, particularly for improving pitting corrosion resistance and crevice corrosion resistance. It is also an effective element for increasing the strength of steel. Therefore, it is necessary to contain 2.5% or more of Mo. On the other hand, when the content is excessive, the σ phase is likely to precipitate, so the Mo content is set to 3.5% or less. The Mo content is preferably 2.7% or more. Moreover, it is preferable that Mo content is 3.2% or less, and it is preferable that it is less than 3.0%.

W:1.5〜4.0%
Wは、Moと比べて、σ相などの金属間化合物の生成が少なく、耐食性、特に耐孔食性および耐隙間腐食性を向上させる元素である。また、鋼の高強度化にも非常に有効な元素であり、Wを適量含有させれば、CrおよびMoさらにはNの含有量を増やさずに高い耐食性を確保することができる。そのため、Wを1.5%以上含有させる必要がある。しかし、Wを過剰に含有させても耐食性の向上効果は飽和するため、Wの含有量は4.0%以下とする。W含有量は1.8%以上であるのが好ましく、2.0%以上であるのがより好ましい。また、W含有量は3.8%以下であるのが好ましい。
W: 1.5-4.0%
W is an element that produces less intermetallic compounds such as the σ phase and improves corrosion resistance, particularly pitting corrosion resistance and crevice corrosion resistance, compared to Mo. Further, it is an element that is very effective for increasing the strength of steel. If an appropriate amount of W is contained, high corrosion resistance can be ensured without increasing the contents of Cr, Mo, and N. Therefore, it is necessary to contain 1.5% or more of W. However, even if W is excessively contained, the effect of improving the corrosion resistance is saturated, so the W content is 4.0% or less. The W content is preferably 1.8% or more, and more preferably 2.0% or more. Moreover, it is preferable that W content is 3.8% or less.

N:0.24〜0.40%
Nは、強力なオーステナイト生成元素であり、二相ステンレス鋼の熱的安定性および耐食性の向上ならびに高強度化に有効な元素である。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にするために、フェライト生成元素であるCrおよびMoの含有量との関係でNを適量含有させる必要がある。Nは、Cr、MoおよびWと同様に合金の耐食性を向上させる効果も有する。そのため、Nを0.24%以上含有させる必要がある。一方、その含有量が過剰になると、ブローホールの発生による欠陥、溶接時の熱影響による窒化物生成等により鋼の靱性および耐食性を劣化させる。したがって、Nの含有量は0.40%以下とする。Nは0.30%を超えて含有させるのが好ましく、0.32%を超えて含有させるのがより好ましい。
N: 0.24 to 0.40%
N is a strong austenite-forming element, and is an element effective for improving the thermal stability and corrosion resistance of duplex stainless steel and increasing the strength. In order to achieve an appropriate balance between the ferrite phase and the austenite phase, it is necessary to contain an appropriate amount of N in relation to the contents of Cr and Mo, which are ferrite forming elements. N, like Cr, Mo and W, also has an effect of improving the corrosion resistance of the alloy. Therefore, it is necessary to contain 0.24% or more of N. On the other hand, when the content is excessive, the toughness and corrosion resistance of the steel are deteriorated due to defects due to the generation of blowholes, the formation of nitrides due to the thermal effect during welding, and the like. Therefore, the N content is 0.40% or less. N is preferably contained in an amount exceeding 0.30%, and more preferably contained in an amount exceeding 0.32%.

Al:0.03%以下
Alは脱酸剤として用いられるが、窒化物(AlN)を形成すると靭性の低下が懸念される。したがって、Alの含有量は0.03%以下とする。
Al: 0.03% or less Al is used as a deoxidizing agent, but if nitride (AlN) is formed, there is a concern that the toughness is lowered. Therefore, the Al content is 0.03% or less.

X:52.0以下
Si、Cu、Ni、Cr、MoおよびWの各元素は、σ相を生成しやすい元素であるため、それぞれの含有量を所定の範囲とすると共に、下記(i)式で表されるσ相感受性指数Xが52.0以下である必要がある。σ相感受性指数Xが52.0以下となるように化学組成を調整することで、900℃で600秒の時効後の衝撃値(JIS Z 2242:2005)を20J/cm以上としやすくなり、優れた耐脆化割れ性が得られる。σ相感受性指数Xは、51.0以下であるのが好ましい。σ相感受性指数Xの下限は特に規定しないが、強度および耐食性確保の面から、46.0以上であるのが好ましい。
X=2.2Si+0.5Cu+2.0Ni+Cr+4.2Mo+0.2W・・・(i)
ただし、(i)式中の各元素記号は、各元素の含有量(質量%)を意味する。
X: 52.0 or less Since each element of Si, Cu, Ni, Cr, Mo, and W is an element that easily generates a σ phase, each content is set within a predetermined range, and the following formula (i) Is required to be 52.0 or less. By adjusting the chemical composition so that the σ phase sensitivity index X is 52.0 or less, the impact value after aging at 900 ° C. for 600 seconds (JIS Z 2242: 2005) can be easily set to 20 J / cm 2 or more. Excellent brittle cracking resistance is obtained. The σ phase sensitivity index X is preferably 51.0 or less. The lower limit of the σ phase sensitivity index X is not particularly defined, but is preferably 46.0 or more from the viewpoint of securing strength and corrosion resistance.
X = 2.2Si + 0.5Cu + 2.0Ni + Cr + 4.2Mo + 0.2W (i)
However, each element symbol in the formula (i) means the content (% by mass) of each element.

Y:40.5以上
Cr、Mo、WおよびNの各元素は、高強度化に寄与する固溶強化型の元素であるため、それぞれの含有量を所定の範囲とすると共に、下記(ii)式で表される強度指数Yが40.5以上である必要がある。強度指数Yが40.5以上となるように化学組成を調整することで、0.2%耐力YSが620MPaとなり、高強度化を達成することができる。強度指数Yは、十分な高強度化効果を得るためには、41.5以上であるのが好ましい。強度指数Yの上限は特に規定しないが、σ相析出を抑制するためには、48.0以下であるのが好ましい。
Y=Cr+1.5Mo+10N+3.5W・・・(ii)
ただし、(ii)式中の各元素記号は、各元素の含有量(質量%)を意味する。
Y: 40.5 or more Since each element of Cr, Mo, W and N is a solid solution strengthening type element contributing to high strength, the respective contents are set within a predetermined range, and the following (ii) The strength index Y expressed by the formula needs to be 40.5 or more. By adjusting the chemical composition so that the strength index Y is 40.5 or more, the 0.2% proof stress YS becomes 620 MPa, and high strength can be achieved. The strength index Y is preferably 41.5 or more in order to obtain a sufficient strength enhancement effect. Although the upper limit of the strength index Y is not particularly defined, it is preferably 48.0 or less in order to suppress the σ phase precipitation.
Y = Cr + 1.5Mo + 10N + 3.5W (ii)
However, each element symbol in the formula (ii) means the content (% by mass) of each element.

PREW:40以上
Cr、Mo、WおよびNの各元素については、それぞれの含有量を所定の範囲とすると共に、本発明の二相ステンレス鋼の耐食性、特に耐海水腐食性を改善するためには、下記(iii)式で表される耐孔食性指数PREWが40以上である必要がある。耐孔食性指数PREWは、一般には35以上となるように調整されるが、本発明の二相ステンレス鋼ではCr、MoおよびNの含有量を高めてPREWが40以上とする。これにより、著しく優れた耐食性を得ることができる。耐孔食性指数PREWの上限は特に規定しないが、σ相析出を抑制するためには、48.0以下であるのが好ましい。
PREW=Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N・・・(iii)
ただし、(iii)式中の各元素記号は、各元素の含有量(質量%)を意味する。
PREW: 40 or more For each element of Cr, Mo, W and N, the respective contents are set within a predetermined range, and in order to improve the corrosion resistance of the duplex stainless steel of the present invention, particularly the seawater corrosion resistance. The pitting corrosion resistance index PREW represented by the following formula (iii) needs to be 40 or more. The pitting corrosion resistance index PREW is generally adjusted to be 35 or more, but in the duplex stainless steel of the present invention, the content of Cr, Mo and N is increased so that PREW is 40 or more. Thereby, remarkably excellent corrosion resistance can be obtained. The upper limit of the pitting corrosion resistance PREW is not particularly defined, but is preferably 48.0 or less in order to suppress the σ phase precipitation.
PREW = Cr + 3.3 (Mo + 0.5W) + 16N (iii)
However, each element symbol in the formula (iii) means the content (% by mass) of each element.

本発明に係る二相ステンレス鋼は、上記の各元素を含有し、残部がFeおよび不純物からなるものである。なお、「不純物」とは、二相ステンレス鋼を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。   The duplex stainless steel according to the present invention contains each of the above elements, with the balance being Fe and impurities. “Impurity” is a component that is mixed due to various factors of raw materials such as ores and scraps and the manufacturing process when manufacturing duplex stainless steel industrially, and does not adversely affect the present invention. Means what is allowed.

本発明に係る二相ステンレス鋼は、Feの一部に代えて、質量%で、さらに以下に示す量のCa、Mg、Bおよび希土類元素から選択される1種以上を含有させても良い。   The duplex stainless steel according to the present invention may contain at least one selected from Ca, Mg, B and rare earth elements in the following amounts in mass% instead of a part of Fe.

Ca:0.02%以下
Mg:0.02%以下
B:0.02%以下
希土類元素:0.2%以下
Ca、Mg、Bおよび希土類元素はいずれも、不純物のSが結晶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ので、本発明に係る二相ステンレス鋼用溶接材料に含有させても良い。しかし、これらの含有量が過剰な場合、鋼中に孔食の起点となる硫化物、酸化物、炭化物および窒化物が多く生成し、耐食性が劣化する。したがって、これらの元素から選択される一種以上を含有させる場合には、Ca、MgおよびBについては0.02%以下、希土類元素については0.2%以下の範囲で含有させることが好ましい。上記の熱間加工性向上の効果を得るためには、Ca、MgおよびBについてはそれぞれ0.0003%以上、希土類元素については0.01%以上含有させるのが好ましい。上記のCa、Mg、Bおよび希土類元素は、そのうちのいずれか1種のみ、または2種以上の複合で含有することができる。これらの元素の2種以上を含有させる場合には、その合計含有量は0.25%以下とすることが好ましい。
Ca: 0.02% or less Mg: 0.02% or less B: 0.02% or less Rare earth element: 0.2% or less All of Ca, Mg, B and rare earth elements segregate S of impurities at the grain boundaries. Since it is an element that suppresses this and improves hot workability, it may be contained in the welding material for duplex stainless steel according to the present invention. However, if these contents are excessive, a large amount of sulfides, oxides, carbides and nitrides as starting points of pitting corrosion are formed in the steel, and the corrosion resistance deteriorates. Therefore, when one or more selected from these elements is contained, Ca, Mg and B are preferably contained in a range of 0.02% or less, and rare earth elements in a range of 0.2% or less. In order to obtain the effect of improving the hot workability, it is preferable that Ca, Mg and B are each contained in 0.0003% or more, and the rare earth element is contained in 0.01% or more. Said Ca, Mg, B, and rare earth elements can contain only 1 type in them, or 2 or more types of composites. When two or more of these elements are contained, the total content is preferably 0.25% or less.

なお、希土類元素は、Sc、Yおよびランタノイドの合計17元素の総称であり、これらの元素から選択される一種以上を含有させることができる。希土類元素の含有量は上記元素の合計量を意味する。   The rare earth element is a general term for a total of 17 elements of Sc, Y and lanthanoid, and can contain one or more selected from these elements. The rare earth element content means the total amount of the above elements.

2.金属組織
本発明に係る二相ステンレス鋼は、圧延方向に平行な厚さ方向断面において、表面から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以上である金属組織を有する。
2. Metal structure The duplex stainless steel according to the present invention has a ferrite phase and an austenite phase that intersect the straight line when a straight line parallel to the thickness direction from the surface to a depth of 1 mm is drawn in the cross section in the thickness direction parallel to the rolling direction. The metal structure has a boundary number of 160 or more.

二相ステンレス鋼の金属組織が粗粒になると、耐水素脆化特性に悪影響を及ぼす。優れた耐水素脆化特性を得るためには、細粒な金属組織とする必要があり、特に、圧延方向に平行な厚さ方向において、単位長さ当たりに存在するフェライト相とオーステナイト相との層数を多くする必要がある。したがって、本発明では、二相ステンレス鋼の圧延方向に平行な厚さ方向断面において、表面から1mm深さまでの厚さ方向に引いた直線が、フェライト相とオーステナイト相との境界と交わる数を160以上とする。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数は、180以上であるのが望ましい。 When the metal structure of the duplex stainless steel becomes coarse, it adversely affects the hydrogen embrittlement resistance. In order to obtain excellent hydrogen embrittlement resistance, it is necessary to have a fine-grained metal structure. In particular, in the thickness direction parallel to the rolling direction, the ferrite phase and austenite phase present per unit length. It is necessary to increase the number of layers. Therefore, in the present invention, in the cross section in the thickness direction parallel to the rolling direction of the duplex stainless steel, the number of straight lines drawn in the thickness direction from the surface to a depth of 1 mm intersects the boundary between the ferrite phase and the austenite phase is 160. That's it. The number of boundaries between the ferrite phase and the austenite phase intersecting the straight line is preferably 180 or more.

組織の観察方法については特に制限はないが、例えば、圧延方向に平行な厚さ方向断面について10%シュウ酸水溶液により組織エッチを施し、表面から1mm深さまでを光学顕微鏡を用いて倍率100倍で撮像した深さ方向への連続写真において、表面から1mm深さまでの直線がフェライト相とオーステナイト相との境界と交わる数を測定する。フェライト相/オーステナイト相境界数の測定は、1箇所で行っても良いが、2〜3mmピッチで5箇所程度について行い、その平均値を用いるのが望ましい。 The structure observation method is not particularly limited. For example, the cross section in the thickness direction parallel to the rolling direction is etched with a 10% aqueous solution of oxalic acid, and the depth from the surface to 1 mm depth is 100 times using an optical microscope. The number of straight lines from the surface to the depth of 1 mm intersects with the boundary between the ferrite phase and the austenite phase in the continuous photographs taken in the depth direction is measured. The measurement of the number of ferrite phase / austenite phase boundaries may be performed at one location, but it is desirable to perform measurement at about 5 locations at a pitch of 2 to 3 mm and use the average value.

3.製造方法
本発明に係る二相ステンレス鋼を製造する方法については、上記の金属組織が得られる限り制限は設けないが、特に冷間加工および溶体化熱処理は、下記の条件を満足する範囲で行うのが望ましい。それぞれについて、説明する。
3. Production method The method for producing the duplex stainless steel according to the present invention is not limited as long as the above-mentioned metal structure is obtained. In particular, cold working and solution heat treatment are performed within the range satisfying the following conditions. Is desirable. Each will be described.

冷間加工度:75%以上
冷間加工度を高くすることにより、同一温度で熱処理した場合より細粒の組織を得ることができる。また加工度が高いほど再結晶温度は低くすることができる。この2つのメリットを得るためには、冷間加工度は75%以上とするのが望ましい。一方、加工度が過剰に高いと、工具の損傷が激しくなるため、冷間加工度は90%以下であるのが望ましい。
Cold work degree: 75% or more By increasing the cold work degree, a finer grain structure can be obtained than when heat treatment is performed at the same temperature. Moreover, the recrystallization temperature can be lowered as the degree of processing increases. In order to obtain these two merits, it is desirable that the cold work degree is 75% or more. On the other hand, if the degree of work is excessively high, damage to the tool becomes severe, so the degree of cold work is desirably 90% or less.

固溶化熱処理温度:1020〜1100℃
二相ステンレス鋼は、1020℃未満の温度で固溶化熱処理を行っても、析出物を十分に固溶させることが困難であり、熱処理での均熱完了から水冷開始までの間にσ相が析出しやすくなる。一方、1100℃を超えて熱処理すると組織の粗大化が顕著となる。したがって、固溶化熱処理は、1020〜1100℃の温度範囲において行う。
Solution heat treatment temperature: 1020 to 1100 ° C
Duplex stainless steel is difficult to sufficiently dissolve the precipitate even if it is subjected to a solution heat treatment at a temperature of less than 1020 ° C., and the σ phase does not appear between the completion of soaking in the heat treatment and the start of water cooling. Precipitates easily. On the other hand, when heat treatment exceeds 1100 ° C., the coarsening of the structure becomes significant. Therefore, the solution heat treatment is performed in a temperature range of 1020 to 1100 ° C.

本発明の二相ステンレス鋼は成分面での設計によりσ相が極めて析出しにくいため、通常の二相ステンレス鋼よりも低温の熱処理温度を採用することができる。前述の冷間加工度の影響との合成により、表層に均一で微細な二相組織を得ることができる。水素脆化は一般にフェライト相の部分で発生するため、このようなフェライトが粗大でなく微細に分散した組織は水素脆化を防ぐ面において極めて有効である。   Since the duplex stainless steel of the present invention is very difficult to precipitate the σ phase due to the component design, a heat treatment temperature lower than that of normal duplex stainless steel can be employed. A uniform and fine two-phase structure can be obtained on the surface layer by synthesizing with the influence of the cold work degree described above. Since hydrogen embrittlement generally occurs in the ferrite phase portion, a structure in which such ferrite is not coarse but finely dispersed is extremely effective in preventing hydrogen embrittlement.

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention more concretely, this invention is not limited to these Examples.

表1に示す化学組成を有する二相ステンレス鋼をVIM溶解炉にて10kg溶製し、この鋳片を1250℃で2時間保持した後、熱間鍛造を行い、厚さ30mmの板材を作製した。次いで、得られた板材に1110℃で、30分の溶体化熱処理を実施した後、水焼入れを施した。   10 kg of duplex stainless steel having the chemical composition shown in Table 1 was melted in a VIM melting furnace, this slab was held at 1250 ° C. for 2 hours, and then hot forged to produce a 30 mm thick plate. . Next, the obtained plate material was subjected to a solution heat treatment at 1110 ° C. for 30 minutes, and then subjected to water quenching.

σ相感受性は、900℃、600秒の時効後の衝撃値で評価した。すなわち、溶体化熱処理後の板材から採取したVノッチ試験片を時効した後、JIS Z 2242(2005)に従って衝撃値を測定した。また、耐食性(耐海水腐食性)は、溶体化熱処理後の板材に孔食試験を実施して臨界孔食発生温度CPTを測定した。孔食試験は、ASTM G48に規定されている塩化第二鉄による孔食試験方法に従った。また強度は、溶体化熱処理後の板材からJIS Z2201(1998)の10号試験片を採取し、常温での引張試験を行った。これらの結果を表2に示す。   The σ phase sensitivity was evaluated by an impact value after aging at 900 ° C. for 600 seconds. That is, after aging the V-notch test piece collected from the plate material after solution heat treatment, the impact value was measured according to JIS Z 2242 (2005). For corrosion resistance (seawater corrosion resistance), a pitting corrosion test was performed on the plate material after solution heat treatment, and a critical pitting corrosion temperature CPT was measured. The pitting corrosion test was performed according to the pitting corrosion test method using ferric chloride specified in ASTM G48. For strength, a JIS Z2201 (1998) No. 10 test piece was sampled from the plate material after solution heat treatment, and a tensile test at normal temperature was performed. These results are shown in Table 2.

図1は、表1および2に示される実施例について、(i)式で示されるσ相感受性指数Xと900℃で600秒の時効後の衝撃値との関係を示す図である。図1に示すように、σ相感受性指数Xが低いほど衝撃値が高く、σ相の析出が抑制される。特に、σ相感受性指数Xが52.0以下となるように成分調整することで、σ相の析出が格段に抑制される。このように、σ相感受性指数Xは、σ相の析出量の評価、ひいてはビレット放冷時の割れ感受性の評価方法として有用である。   FIG. 1 is a graph showing the relationship between the σ phase sensitivity index X expressed by equation (i) and the impact value after aging at 900 ° C. for 600 seconds for the examples shown in Tables 1 and 2. As shown in FIG. 1, the lower the σ phase sensitivity index X, the higher the impact value and the σ phase precipitation is suppressed. In particular, the precipitation of the σ phase is remarkably suppressed by adjusting the components so that the σ phase sensitivity index X is 52.0 or less. As described above, the σ phase sensitivity index X is useful as an evaluation method for the amount of precipitation of the σ phase and, as a result, an evaluation method for crack sensitivity when the billet is allowed to cool.

図2は、強度指数Yと0.2%耐力YSとの関係を示す図である。図2に示すように、強度指数が高いほど0.2%耐力YSが高く、特に41.5以上となるように成分調整することで、一層の高強度化効果が得られる。このように、強度指数Yは、材料の強度評価方法として有用である。   FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the strength index Y and the 0.2% yield strength YS. As shown in FIG. 2, the higher the strength index, the higher the 0.2% proof stress YS, and in particular, by adjusting the components so as to be 41.5 or more, a further high strength effect can be obtained. Thus, the strength index Y is useful as a material strength evaluation method.

表2に示すように、参考例a〜iは、いずれも900℃、600秒の時効後の衝撃値が18J/cm以上であり、σ相析出が大幅に抑制されていた。このため、ビレット放冷時の割れを抑制することができ、しかも、各種加工での切削性を向上することができる。また、参考例a〜iは、いずれも強度指数Yが40.5以上であり、0.2%耐力YSが620MPa以上で高強度化を達成することができる。さらに、参考例a〜iは、いずれも耐孔食性指数PREWが40以上であり、臨界孔食発生温度CPTが70℃以上であった。 As shown in Table 2, in each of Reference Examples a to i, the impact value after aging at 900 ° C. for 600 seconds was 18 J / cm 2 or more, and σ phase precipitation was significantly suppressed. For this reason, the crack at the time of billet cooling can be suppressed, and also the machinability in various processes can be improved. In each of Reference Examples a to i, the strength index Y is 40.5 or more, and the 0.2% proof stress YS is 620 MPa or more, thereby achieving high strength. Furthermore, in all of Reference Examples a to i, the pitting corrosion resistance index PREW was 40 or more, and the critical pitting corrosion temperature CPT was 70 ° C. or more.

一方、比較例j〜mは、σ相感受性指数Xが52.0を超え、また強度指数Yが40.5未満の例である。特に、比較例jはNi含有量が本発明で規定される範囲を外れ、比較例kは、化学組成は本発明で規定される範囲内にあるが、σ相感受性指数Xおよび強度指数Yが本発明で規定される範囲を外れ、比較例lは、Si含有量が本発明で規定される範囲を外れ、比較例mは、CuおよびNiの含有量が本発明で規定される範囲を外れる例である。これらの比較例では、いずれも、900℃、600秒の時効後の衝撃値が低く、σ相の析出抑制が不十分であった。このため、ビレット放冷時に割れが発生することが予想される。また、これらの比較例では0.2%耐力YSがいずれも620MPa未満であり、高強度化が不十分であった。比較例nは、化学組成およびσ相感受性指数Xは本発明で規定される範囲内にあるが、強度指数Yが本発明で規定される範囲を外れる例である。この比較例では0.2%耐力YSが620MPa未満と高強度化が不十分であった。   On the other hand, Comparative Examples j to m are examples in which the σ phase sensitivity index X exceeds 52.0 and the strength index Y is less than 40.5. In particular, Comparative Example j has a Ni content outside the range defined by the present invention, and Comparative Example k has a chemical composition within the range defined by the present invention, but the σ phase sensitivity index X and the strength index Y are Out of the range defined in the present invention, Comparative Example 1 is outside the range defined in the present invention, and Comparative Example m is out of the range defined in the present invention in terms of Cu and Ni content. It is an example. In each of these comparative examples, the impact value after aging at 900 ° C. for 600 seconds was low, and the precipitation suppression of the σ phase was insufficient. For this reason, it is expected that cracking occurs when the billet is allowed to cool. In these comparative examples, the 0.2% proof stress YS was less than 620 MPa, and the increase in strength was insufficient. Comparative Example n is an example in which the chemical composition and the σ phase sensitivity index X are within the range defined by the present invention, but the strength index Y is outside the range defined by the present invention. In this comparative example, the 0.2% yield strength YS was less than 620 MPa, and the increase in strength was insufficient.

表3に示す化学組成を有する二相ステンレス鋼をVIM溶解炉にて10kg溶製し、この鋳片を1250℃で2時間保持した後、熱間鍛造を行い、厚さ30mmの板材を作製した。次いで、得られた板材に表4に示す加工度を付与して冷間圧延を実施し、表4に示す温度で溶体化熱処理を実施した後、水焼入れを施した。   10 kg of duplex stainless steel having the chemical composition shown in Table 3 was melted in a VIM melting furnace, this slab was held at 1250 ° C. for 2 hours, and then hot forged to produce a 30 mm thick plate. . Next, the obtained plate material was subjected to cold rolling with the workability shown in Table 4 and subjected to solution heat treatment at the temperature shown in Table 4, and then subjected to water quenching.

σ相感受性は、900℃、600秒の時効後の衝撃値で評価した。すなわち、溶体化熱処理後の板材から採取したVノッチ試験片を時効した後、JIS Z 2242(2005)に従って衝撃値を測定した。また、耐食性(耐海水腐食性)は、溶体化熱処理後の板材に孔食試験を実施して臨界孔食発生温度CPTを測定した。孔食試験は、ASTM G48に規定されている塩化第二鉄による孔食試験方法に従った。また強度は、溶体化熱処理後の板材からJIS Z2201(1998)の10号試験片を採取し、常温での引張試験を行った。これらの結果を表4に併せて示す。   The σ phase sensitivity was evaluated by an impact value after aging at 900 ° C. for 600 seconds. That is, after aging the V-notch test piece collected from the plate material after solution heat treatment, the impact value was measured according to JIS Z 2242 (2005). For corrosion resistance (seawater corrosion resistance), a pitting corrosion test was performed on the plate material after solution heat treatment, and a critical pitting corrosion temperature CPT was measured. The pitting corrosion test was performed according to the pitting corrosion test method using ferric chloride specified in ASTM G48. For strength, a JIS Z2201 (1998) No. 10 test piece was sampled from the plate material after solution heat treatment, and a tensile test at normal temperature was performed. These results are also shown in Table 4.

組織の判定は圧延方向に平行な厚さ方向断面に組織エッチを施し、表面から1mm深さまでの直線がフェライト相とオーステナイト相との境界と交わる数がいくつであるかを、光学顕微鏡を用いて倍率100倍で撮像した深さ方向の連続写真において確認した。なお、上記のフェライト相/オーステナイト相境界数は、2〜3mmピッチで5カ所について行い、その平均値を求めた。 The structure is determined by applying a structure etch to the cross section in the thickness direction parallel to the rolling direction, and using an optical microscope to determine how many straight lines from the surface to the depth of 1 mm intersect the boundary between the ferrite phase and the austenite phase. It confirmed in the continuous photograph of the depth direction imaged at 100-times magnification. In addition, said ferrite phase / austenite phase boundary number was performed about five places at 2-3 mm pitch, and the average value was calculated | required.

水素脆化試験は、板材より切り出した直径2.54mm、長さ55mmの試験片を用いた。35℃に保たれた5%硫化水素+1g/lチオ尿素水溶液中に1000ppmの水素をチャージした上で100時間浸漬し、0.2%耐力の60%、70%、80%、90%、100%の引張荷重を付与した。試験後に試験片表面の割れの有無を評価した。表4では、割れがなかったものを○、割れがあったものを×とした。   In the hydrogen embrittlement test, a test piece having a diameter of 2.54 mm and a length of 55 mm cut out from a plate material was used. Charged with 1000 ppm of hydrogen in 5% hydrogen sulfide + 1 g / l thiourea aqueous solution maintained at 35 ° C and immersed for 100 hours, 60%, 70%, 80%, 90%, 100% of 0.2% proof stress % Tensile load was applied. After the test, the presence or absence of cracks on the surface of the test piece was evaluated. In Table 4, the case where there was no crack was indicated as ◯, and the case where there was a crack was indicated as x.

表4に示すように、本発明例である試験No.1〜8は、いずれも900℃、600秒の時効後の衝撃値が20J/cm以上であり、σ相析出が大幅に抑制されていた。このため、ビレット放冷時の割れを抑制することができ、しかも、各種加工での切削性を向上することができる。また、試験No.1〜8は、いずれも強度指数Yが40.5以上であり、0.2%耐力YSが620MPa以上で高強度化を達成することができる。さらに、試験No.1〜8は、いずれも耐孔食性指数PREWが40以上であり、臨界孔食発生温度CPTが70℃以上であった。 As shown in Table 4, test No. which is an example of the present invention. In all of Nos. 1 to 8, the impact value after aging at 900 ° C. for 600 seconds was 20 J / cm 2 or more, and σ phase precipitation was greatly suppressed. For this reason, the crack at the time of billet cooling can be suppressed, and also the machinability in various processes can be improved. In addition, Test No. In each of Nos. 1 to 8, the strength index Y is 40.5 or more, and the 0.2% proof stress YS is 620 MPa or more, so that high strength can be achieved. Furthermore, test no. In all of Nos. 1 to 8, the pitting corrosion resistance index PREW was 40 or more, and the critical pitting corrosion occurrence temperature CPT was 70 ° C or more.

一方、比較例である試験No.9〜12は、いずれもσ相感受性指数Xが52.0を超え、また強度指数Yが40.5未満の例である。比較例である試験No.13〜16は、σ相感受性指数Xは52.0以下であるが、強度指数Yが40.5未満の例である。これらの比較例では0.2%耐力YSがいずれも620MPa未満であり、高強度化が不十分であった。   On the other hand, test No. which is a comparative example. 9 to 12 are examples in which the σ phase sensitivity index X exceeds 52.0 and the strength index Y is less than 40.5. Test No. which is a comparative example. 13 to 16 are examples in which the σ phase sensitivity index X is 52.0 or less, but the strength index Y is less than 40.5. In these comparative examples, the 0.2% proof stress YS was less than 620 MPa, and the increase in strength was insufficient.

また、本発明例である試験No.1〜8は、いずれも水素脆化試験試験において0.2%耐力の80%でも割れの発生がなく、優れた耐水素脆化特性を有する。   Further, Test No. which is an example of the present invention. Nos. 1 to 8 have excellent hydrogen embrittlement resistance without cracking even at 80% of 0.2% proof stress in the hydrogen embrittlement test.

これに対して、比較例である試験No.17〜20は、表面から1mm深さまでの直線が交わるフェライト相/オーステナイト相境界数が160未満であり、本発明の規定から外れるため、0.2%耐力の80%でも割れが確認されており、耐水素脆化の点では不十分である結果となった。 On the other hand, test No. which is a comparative example. In Nos. 17 to 20, the number of ferrite phase / austenite phase boundaries where straight lines from the surface to a depth of 1 mm intersect is less than 160, and this is not within the scope of the present invention. The results are insufficient in terms of hydrogen embrittlement resistance.

本発明の合金によれば、合金の成分設計を、PREWを高めるとともに、σ相感受性指数Xおよび強度指数Yが所定の条件を満たすように設定することで、σ相析出が抑制される。さらに適正な冷間加工度と熱処理温度を付与することで細粒組織を得ることができ、高強度でσ相感受性に優れかつ耐水素脆化性に優れる二相ステンレス鋼を提供することができる。本発明の合金は、特に、油井の深海化により強度および耐水素脆化性が重要視されるアンビリカルチューブをはじめとして、ラインパイプ、熱交換器用部品、石油・化学工業用のプロセス鋼管・配管や油井管等に好適である。   According to the alloy of the present invention, σ phase precipitation is suppressed by setting the alloy component design so that PREW is increased and the σ phase sensitivity index X and the strength index Y satisfy predetermined conditions. Furthermore, a fine grain structure can be obtained by applying an appropriate cold work degree and heat treatment temperature, and it is possible to provide a duplex stainless steel having high strength, excellent σ phase sensitivity and excellent hydrogen embrittlement resistance. . The alloys of the present invention include, in particular, umbilical tubes, whose strength and hydrogen embrittlement resistance are important due to the deep sea of oil wells, line pipes, heat exchanger parts, process steel pipes and piping for the petroleum and chemical industries, Suitable for oil well pipes and the like.

Claims (4)

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%およびAl:0.03%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、
下記(i)式で表されるσ相感受性指数Xが52.0以下であり、
下記(ii)式で表される強度指数Yが40.5以上であり、さらに
下記(iii)式で表される耐孔食性指数PREWが40以上である化学組成を有するとともに、
圧延方向に平行な厚さ方向断面において、表面から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以上である金属組織を有することを特徴とする二相ステンレス鋼。
X=2.2Si+0.5Cu+2.0Ni+Cr+4.2Mo+0.2W・・・(i)
Y=Cr+1.5Mo+10N+3.5W・・・(ii)
PREW=Cr+3.3(Mo+0.5W)+16N・・・(iii)
ただし、(i)〜(iii)式中の各元素記号は、各元素の含有量(質量%)を意味する。
In mass%, C: 0.03% or less, Si: 0.3% or less, Mn: 3.0% or less, P: 0.040% or less, S: 0.008% or less, Cu: 0.2 to 2.0%, Ni: 5.0 to 6.5%, Cr: 23.0 to 27.0%, Mo: 2.5 to 3.5%, W: 1.5 to 4.0%, N : 0.24-0.40% and Al: 0.03% or less, the balance consists of Fe and impurities,
The σ phase sensitivity index X represented by the following formula (i) is 52.0 or less,
The strength index Y represented by the following formula (ii) is 40.5 or more, and the pitting corrosion resistance index PREW represented by the following formula (iii) is 40 or more.
In a cross section in the thickness direction parallel to the rolling direction, when a straight line parallel to the thickness direction from the surface to a depth of 1 mm is drawn, the number of boundaries between the ferrite phase and the austenite phase intersecting the straight line is 160 or more. A duplex stainless steel characterized by comprising:
X = 2.2Si + 0.5Cu + 2.0Ni + Cr + 4.2Mo + 0.2W (i)
Y = Cr + 1.5Mo + 10N + 3.5W (ii)
PREW = Cr + 3.3 (Mo + 0.5W) + 16N (iii)
However, each element symbol in the formulas (i) to (iii) means the content (% by mass) of each element.
Feの一部に代えて、質量%で、さらにCa:0.02%以下、Mg:0.02%以下およびB:0.02%以下から選択される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。 Instead of a part of Fe, by mass percent, further Ca: 0.02% or less, Mg: 0.02% or less and B: in that it contains at least one selected 0.02% hereinafter or al The duplex stainless steel according to claim 1, characterized in that 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%およびAl:0.03%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなり、
下記(i)式で表されるσ相感受性指数Xが52.0以下であり、
下記(ii)式で表される強度指数Yが40.5以上であり、さらに
下記(iii)式で表される耐孔食性指数PREWが40以上である化学組成を有する鋼に対して、
冷間加工において75%以上の加工度を付与し、1020〜1100℃で溶体化熱処理を行うことを特徴とする二相ステンレス鋼の製造方法。
In mass%, C: 0.03% or less, Si: 0.3% or less, Mn: 3.0% or less, P: 0.040% or less, S: 0.008% or less, Cu: 0.2 to 2.0%, Ni: 5.0 to 6.5%, Cr: 23.0 to 27.0%, Mo: 2.5 to 3.5%, W: 1.5 to 4.0%, N : 0.24-0.40% and Al: 0.03% or less, the balance consists of Fe and impurities,
The σ phase sensitivity index X represented by the following formula (i) is 52.0 or less,
For a steel having a chemical composition in which the strength index Y represented by the following formula (ii) is 40.5 or more, and the pitting corrosion resistance PREW represented by the following formula (iii) is 40 or more,
A method for producing a duplex stainless steel, characterized in that a cold working provides a workability of 75% or more, and a solution heat treatment is performed at 1020 to 1100 ° C.
請求項3に記載の二相ステンレス鋼の製造方法であって、鋼の化学組成が、Feの一部に代えて、質量%で、さらにCa:0.02%以下、Mg:0.02%以下およびB:0.02%以下から選択される1種以上を含有することを特徴とする二相ステンレス鋼の製造方法。 It is a manufacturing method of the duplex stainless steel of Claim 3, Comprising: The chemical composition of steel is replaced with a part of Fe, and is mass%, Ca: 0.02% or less, Mg: 0.02% following and B: method for producing duplex stainless steel which is characterized by containing one or more selected 0.02% hereinafter or al.
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