JP7173359B2 - 二相ステンレス鋼材 - Google Patents

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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動態被膜を、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。
特開平５－１３２７４１号公報 特開平９－１９５００３号公報 特開２０１４－０４３６１６号公報 特開２０１６－００３３７７号公報
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、５５０ＭＰａ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、５５０ＭＰａ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。
二相ステンレス鋼材ではさらに、製造時に熱間圧延や熱間押出等の熱間加工が実施される場合がある。そのため、二相ステンレス鋼材には、高強度と優れた耐孔食性に加えて、優れた熱間加工性も求められる。しかしながら、上記特許文献１～４では、熱間加工性について、検討がされていない。
本開示の目的は、５５０ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐孔食性と、優れた熱間加工性とを有する、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：０．０１００％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎｉ：４．２０～９．００％、
Ｃｒ：２０．００～２８．００％、
Ｍｏ：０．５０～２．００％、
Ｃｕ：１．９０～４．００％、
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％、
Ｂ：０～０．０２００％、及び、
希土類元素：０～０．２００％を含有し、
Ｃａ：０．０００１～０．０２００％、及び、
Ｍｇ：０．０００１～０．０２００％からなる群から選択される１種以上の元素を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１）及び（２）を満たす化学組成と、
体積率で３５．０～５０．０％未満のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなるミクロ組織と、
５５０ＭＰａ以上の降伏強度とを有する。
４．５０≦Ｍｎ＋Ｃｕ≦９．５０ （１）
１３×Ｃｒ－１９×Ｎｉ＋２１×Ｍｏ－１７×Ｃｕ＋６３×Ｍｎ＋８×Ｓｉ＋９８４×Ｎ≧５８０ （２）
ここで、式（１）及び（２）中の元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
本開示による二相ステンレス鋼材は、５５０ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐孔食性と、優れた熱間加工性とを有する。
図１は、本実施例におけるＦｎ２の値と、鋼材の降伏強度（ＭＰａ）との関係を示す図である。
本発明者らは、５５０ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐孔食性と、優れた熱間加工性とを有する二相ステンレス鋼材について、調査及び検討を行った。その結果、本発明者らは次の知見を得た。
まず、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：０．０１００％以下、Ａｌ：０．１００％以下、Ｎｉ：４．２０～９．００％、Ｃｒ：２０．００～２８．００％、Ｍｏ：０．５０～２．００％、Ｃｕ：１．９０～４．００％、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％、Ｂ：０～０．０２００％、及び、希土類元素：０～０．２００％を含有し、Ｃａ：０．０００１～０．０２００％、及び、Ｍｇ：０．０００１～０．０２００％からなる群から選択される１種以上を含有し、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、５５０ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐孔食性と、優れた熱間加工性とを有する二相ステンレス鋼材が得られる可能性があると考えた。
上述のとおり、二相ステンレス鋼材は、耐孔食性が優れるという特徴を有する。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。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。
まず、ミクロ組織がフェライト及びオーステナイトからなる、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材では、フェライトとオーステナイトとの体積率を適切に制御することで、耐孔食性が高まることを、本発明者らは知見した。具体的に、本発明者らは、フェライトの体積率を３５．０～５０．０％未満にすることで、二相ステンレス鋼材の耐孔食性が高まることを知見した。そこで、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３５．０～５０．０％未満のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなることとする。
このように、上述の化学組成とミクロ組織とを有する本実施形態による二相ステンレス鋼材では、オーステナイトの体積率をフェライトの体積率以上とする。一方、オーステナイトはフェライトよりも強度が低い。すなわち、上述の化学組成とミクロ組織とを有する二相ステンレス鋼材では、強度が低いオーステナイトの方が、強度が高いフェライトよりも多く含まれているため、鋼材全体としての強度が低くなりやすい。そこで本発明者らは、上述の化学組成とミクロ組織とを有する二相ステンレス鋼材において、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の降伏強度を高める化学組成として、本発明者らは最初に、マンガン（Ｍｎ）及び銅（Ｃｕ）に着目した。Ｍｎは鋼材に固溶して、鋼材の降伏強度を高める。また、Ｃｕは鋼材中に微細なＣｕ析出物として析出して、鋼材の降伏強度を高める。すなわち、Ｍｎ含有量及びＣｕ含有量を高めれば、鋼材の降伏強度が高まるのではないかと本発明者らは考えた。
ここで、Ｆｎ１＝Ｍｎ＋Ｃｕと定義する。Ｆｎ１を高めれば、鋼材の降伏強度が高まる。しかしながら、上述の化学組成とミクロ組織とを有する二相ステンレス鋼材では、Ｆｎ１が高すぎれば、鋼材の降伏強度は高まるものの、鋼材の熱間加工性が低下することが明らかになった。そこで本実施形態による二相ステンレス鋼材は、次の式（１）を満たす。その結果、本実施形態の二相ステンレス鋼材は、本実施形態のその他の構成を満たすことを条件に、高い降伏強度と、優れた熱間加工性とを両立することができる。
４．５０≦Ｍｎ＋Ｃｕ≦９．５０ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
一方、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であっても、５５０ＭＰａ以上の降伏強度を安定して得られない場合があった。そこで、次に本発明者らは、上述のＦｎ１を調整する以外の方法によって、上述の化学組成とミクロ組織とを有する二相ステンレス鋼材の降伏強度を高めることについて、詳細に調査及び検討を行った。その結果、本発明者らは次の知見を得た。
上述のとおり、オーステナイトを多く含む本実施形態による二相ステンレス鋼材は、オーステナイトの特性により、鋼材全体の降伏強度が低くなりやすい。すなわち、オーステナイトの強度を高めることができれば、二相ステンレス鋼材の降伏強度を高めることができる。具体的に、オーステナイトの強度を高める手法として、本発明者らは、固溶窒素（Ｎ）量に着目した。Ｎは鋼材中に固溶して、鋼材の強度を高める。すなわち、Ｎをオーステナイトに選択的に固溶させることができれば、オーステナイトの強度を選択的に高めることができ、その結果、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。
以上の知見を考慮して、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では、化学組成がさらに次の式（２）を満たせば、二相ステンレス鋼材の降伏強度を高められることを、本発明者らは見出した。
１３×Ｃｒ－１９×Ｎｉ＋２１×Ｍｏ－１７×Ｃｕ＋６３×Ｍｎ＋８×Ｓｉ＋９８４×Ｎ≧５８０ （２）
ここで、式（２）中の元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
Ｆｎ２＝１３×Ｃｒ－１９×Ｎｉ＋２１×Ｍｏ－１７×Ｃｕ＋６３×Ｍｎ＋８×Ｓｉ＋９８４×Ｎと定義する。図１は、本実施例におけるＦｎ２の値と、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、上述の化学組成とミクロ組織とを有し、式（１）を満たす実施例について、Ｆｎ２の値と、降伏強度（ＭＰａ）とを用いて作成した。なお、降伏強度は後述の方法で求めた。
図１を参照して、Ｆｎ２と降伏強度との関係において、Ｆｎ２＝５８０近傍には変曲点が存在する。そして、Ｆｎ２が５８０以上になれば、降伏強度が顕著に高まることが確認できる。したがって、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成と、体積率で３５．０～５０．０％未満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、Ｆｎ１が４．５０～９．５０であり、さらに、Ｆｎ２を５８０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、５５０ＭＰａ以上の高い降伏強度と、優れた耐孔食性と、優れた熱間加工性を有する。
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：０．０１００％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎｉ：４．２０～９．００％、
Ｃｒ：２０．００～２８．００％、
Ｍｏ：０．５０～２．００％、
Ｃｕ：１．９０～４．００％、
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％、
Ｂ：０～０．０２００％、及び、
希土類元素：０～０．２００％を含有し、
Ｃａ：０．０００１～０．０２００％、及び、
Ｍｇ：０．０００１～０．０２００％からなる群から選択される１種以上の元素を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１）及び（２）を満たす化学組成と、
体積率で３５．０～５０．０％未満のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなるミクロ組織と、
５５０ＭＰａ以上の降伏強度とを有する、
二相ステンレス鋼材。
４．５０≦Ｍｎ＋Ｃｕ≦９．５０ （１）
１３×Ｃｒ－１９×Ｎｉ＋２１×Ｍｏ－１７×Ｃｕ＋６３×Ｍｎ＋８×Ｓｉ＋９８４×Ｎ≧５８０ （２）
ここで、式（１）及び（２）中の元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
［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％、及び、
Ｈｆ：０．００１～０．１００％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、
Ｂ：０．０００５～０．０２００％、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。なお、元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
［化学組成］
本実施形態による二相ステンレス鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。
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、Ｃが結晶粒界にＣｒ炭化物を形成し、粒界での腐食感受性を高める。その結果、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％
ケイ素（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、鋼材に固溶して、鋼材の強度を高める。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、ＭｎがＰ及びＳ等の不純物とともに粒界に偏析して、高温環境における鋼材の耐食性が低下する。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０．９０％であり、さらに好ましくは１．７５％であり、さらに好ましくは２．００％であり、さらに好ましくは２．２０％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）は不純物である。すなわち、Ｐ含有量の下限は０％超である。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、Ｐが粒界に偏析して、鋼材の低温靱性が低下する。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：０．０１００％以下
硫黄（Ｓ）は不純物である。すなわち、Ｓ含有量の下限は０％超である。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、Ｓが粒界に偏析して、鋼材の低温靱性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｓ含有量は０．０１００％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．００８５％であり、より好ましくは０．００３０％である。Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｓ含有量の過剰な低減は、製鋼工程の精錬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０．０００２％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。
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させる。すなわち、Ｎｉは安定したフェライト及びオーステナイトからなるミクロ組織を得るために必要な元素である。Ｎｉはさらに、高温環境における鋼材の耐食性を高める。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４．３０％であり、より好ましくは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％であり、さらに好ましくは４．６０％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は８．５０％であり、より好ましくは８．００％であり、さらに好ましくは７．５０％であり、さらに好ましくは７．００％であり、さらに好ましくは６．７５％である。
Ｃｒ：２０．００～２８．００％
クロム（Ｃｒ）は、高温環境における鋼材の耐食性を高める。具体的に、Ｃｒは酸化物として鋼材の表面に不動態被膜を形成し、鋼材の耐食性を高める。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２０．００～２８．００％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２７．５０％であり、より好ましくは２７．００％であり、さらに好ましくは２６．５０％である。
Ｍｏ：０．５０～２．００％
モリブデン（Ｍｏ）は、高温環境における鋼材の耐食性を高める。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：１．９０～４．００％
銅（Ｃｕ）は、析出強化により、鋼材の強度を高める。Ｃｕはさらに、高温環境での鋼材の耐食性を高める。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１．９０～４．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は２．００％であり、より好ましくは２．００％超であり、さらに好ましくは２．１０％であり、さらに好ましくは２．２０％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及びオーステナイトからなるミクロ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０．２００％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）は炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。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、鋼材の靭性が低下する。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は、Ｃａ、及び、Ｍｇからなる群から選択される１種以上の元素を含有する。すなわち、本実施形態による二相ステンレス鋼材の化学組成は、Ｃａ、及び、Ｍｇのうち、少なくとも一方を含有してもよく、両方含有してもよい。言い換えると、Ｃａ、及び、Ｍｇのいずれか一方は、含有されなくてもよい。要するに、Ｃａ、及び、Ｍｇのいずれか一方は、その含有量が０％であってもよい。これらの元素はいずれも、鋼材の熱間加工性を高める。
Ｃａ：０．０００１～０．０２００％
カルシウム（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。一方、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、鋼材の靭性が低下する。したがって、含有される場合、Ｃａ含有量は０．０００１～０．０２００％である。上記効果をより有効に得るための、Ｃａ含有量の好ましい下限は０．０００３％であり、より好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．０００８％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．０１８０％であり、より好ましくは０．０１５０％である。
Ｍｇ：０．０００１～０．０２００％
マグネシウム（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。一方、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、鋼材の靭性が低下する。したがって、含有される場合、Ｍｇ含有量は０．０００１～０．０２００％である。上記効果をより有効に得るための、Ｍｇ含有量の好ましい下限は０．０００３％であり、より好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．０００８％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．０１８０％であり、より好ましくは０．０１５０％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。
なお、不純物としては、様々な元素が挙げられる。不純物は１種だけであってもよく、２種以上であってもよい。不純物は、たとえば、Ｃｏ、Ｗ、Ｓｂ、及び、Ｓｎ等である。これらの元素は、不純物として、たとえば、次の含有量となる場合があり得る。
Ｃｏ：０．３０％以下、Ｗ：０．３０％以下、Ｓｂ：０．３０％以下、及び、Ｓｎ：０．３０％以下。
［任意元素について］
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、及び、Ｈｆ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。
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、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。
Ｂ：０～０．０２００％
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０～０．０２００％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０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％であり、さらに好ましくは０．００１５％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．０１８０％であり、より好ましくは０．０１５０％であり、さらに好ましくは０．０１００％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０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％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０．１５０％であり、さらに好ましくは０．１２０％であり、さらに好ましくは０．１００％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種以上の元素である。また、本明細書におけるＲＥＭ含有量とは、これら元素の合計含有量である。
［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。
４．５０≦Ｍｎ＋Ｃｕ≦９．５０ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
Ｆｎ１（＝Ｍｎ＋Ｃｕ）は、二相ステンレス鋼材の強度と熱間加工性とに関する指標である。Ｆｎ１が低すぎれば、他の構成が本実施形態の範囲内であっても、５５０ＭＰａ以上の降伏強度が得られない。一方、Ｆｎ１が高すぎれば、他の構成が本実施形態の範囲内であっても、二相ステンレス鋼材の熱間加工性が低下する。そこで本実施形態による二相ステンレス鋼材の化学組成では、Ｆｎ１を４．５０～９．５０とする。その結果、本実施形態の他の構成を満たすことを条件に、二相ステンレス鋼材は、降伏強度と熱間加工性とを両立することができる。
Ｆｎ１の好ましい下限は４．５５であり、より好ましくは４．６０であり、さらに好ましくは４．７０であり、さらに好ましくは５．００である。Ｆｎ１の好ましい上限は９．２０であり、より好ましくは９．００であり、さらに好ましくは８．７０であり、さらに好ましくは８．５０である。
［式（２）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（２）を満たす。
１３×Ｃｒ－１９×Ｎｉ＋２１×Ｍｏ－１７×Ｃｕ＋６３×Ｍｎ＋８×Ｓｉ＋９８４×Ｎ≧５８０ （２）
ここで、式（２）中の元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
Ｆｎ２（＝１３×Ｃｒ－１９×Ｎｉ＋２１×Ｍｏ－１７×Ｃｕ＋６３×Ｍｎ＋８×Ｓｉ＋９８４×Ｎ）は、フェライトとオーステナイトとにおけるＮの分布状態を示す指標である。Ｆｎ２が低すぎれば、他の構成が本実施形態の範囲内であっても、Ｎがフェライトに多く分布して、オーステナイト中の固溶Ｎ量が低下する。その結果、二相ステンレス鋼材の降伏強度が低下する。そこで本実施形態による二相ステンレス鋼材の化学組成では、Ｆｎ２を５８０以上とする。その結果、本実施形態の他の構成を満たすことを条件に、オーステナイト中の固溶Ｎ量が高まり、二相ステンレス鋼材の降伏強度を５５０ＭＰａ以上にまで高めることができる。
Ｆｎ２の好ましい下限は５９０であり、より好ましくは６００であり、さらに好ましくは６１０である。Ｆｎ２の上限は特に限定されない。しかしながら、上述の化学組成の範囲においては、Ｆｎ２の上限は実質的に１０８７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３５．０～５０．０％未満のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなる。本明細書において、「フェライト及び残部が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３５．０～５０．０％未満である。フェライトの体積率が低すぎれば、鋼材の強度、及び／又は、耐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、鋼材の耐食性が低下する。フェライトの体積率が高すぎればさらに、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３５．０～５０．０％未満である。
フェライトの体積率の好ましい下限は３５．５％であり、より好ましくは３６．５％である。フェライトの体積率の好ましい上限は４８．０％であり、より好ましくは４７．０であり、さらに好ましくは４５．０％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の任意の位置から、ミクロ組織観察用の試験片を作製する。ここで、試験片を作製する任意の位置とは特に限定されない。たとえば、鋼材の厚さ方向中央部から試験片を作製する。ミクロ組織観察を実施する観察面は、特に限定されない。たとえば、二相ステンレス鋼材の圧延方向に垂直な断面を観察面とする。なお、試験片の大きさは特に限定されず、５ｍｍ×５ｍｍの観察面が得られればよい。
採取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組織現出を行う。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。
［二相ステンレス鋼材の降伏強度］
本実施形態による二相ステンレス鋼材の降伏強度は、５５０ＭＰａ以上である。本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成とミクロ組織とを有することにより、降伏強度が５５０ＭＰａ以上であっても、優れた耐孔食性と優れた熱間加工性を示す。
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５６０ＭＰａであり、より好ましくは５７０ＭＰａである。なお、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。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、たとえば、７００ＭＰａである。降伏強度の上限は、６９０ＭＰａであってもよく、６８０ＭＰａであってもよく、６７０ＭＰａであってもよい。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の降伏強度を求める場合、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。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３０ｍｍ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。
［二相ステンレス鋼材の耐孔食性］
本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成と、上述のミクロ組織とを有することにより、優れた耐孔食性を示す。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。
具体的に、本実施形態による二相ステンレス鋼材に対して、ＡＳＴＭ Ｇ４８（２０１５） Ｍｅｔｈｏｄ Ｅに準拠した腐食試験を実施する。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。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２０℃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。得られたＣＰＴが２５℃以上の場合、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熱間加工性］
本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成と、上述のミクロ組織とを有することにより、優れた熱間加工性を示す。本実施形態において、優れた熱間加工性とは、以下のとおりに定義される。
具体的に、本実施形態による二相ステンレス鋼材に対して、熱間加工性試験（グリーブル試験）を実施する。本実施形態による鋼材から、グリーブル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。試験片は、たとえば、直径１０ｍｍ、長さ１３０ｍｍの丸棒試験片である。試験片の長手方向は、鋼材の圧延方向と平行である。
１０００℃に加熱された試験片に対して、ひずみ速度１０ｓ-1で引張試験を実施して、試験片を破断させる。破断した試験片から絞り値（％）を求める。得られた絞り値が４０％以上の場合、二相ステンレス鋼材は優れた熱間加工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。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、５５０ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた耐孔食性と、優れた熱間加工性とを有する。
［二相ステンレス鋼材の製造方法］
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として、鋼管の製造方法を説明する。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］
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いし、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］
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、鋼材を製造する。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。
鋼材が鋼管である場合、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）を実施してもよい。鋼材が鋼管である場合、たとえば、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。
［溶体化処理工程］
溶体化処理工程では、上記熱間加工工程で製造された鋼材に対して、溶体化処理を実施する。溶体化処理の方法は、特に限定されず、周知の方法でよい。たとえば、鋼材を熱処理炉に装入し、所望の温度で保持した後、急冷する。なお、鋼材を熱処理炉に装入し、所望の温度で保持した後、急冷して溶体化処理を実施する場合、溶体化処理を実施する温度（溶体化処理温度）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。同様に、溶体化処理温度で保持する時間（溶体化処理時間）とは、溶体化処理を実施するための熱処理炉内に素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、本実施形態の溶体化処理工程における溶体化処理温度を９００～１２００℃とする。溶体化処理温度が低すぎれば、溶体化処理後の鋼材に析出物（たとえば、金属間化合物であるσ相等）が残存する場合がある。この場合、鋼材の耐孔食性が低下する。溶体化処理温度が低すぎればさらに、溶体化処理後の鋼材のフェライト体積率が３５．０％未満になり、鋼材の強度、及び／又は、耐食性が低下する場合がある。一方、溶体化処理温度が高すぎれば、溶体化処理後の鋼材のフェライトの体積率が５０．０％以上になり、鋼材の耐孔食性が低下する場合がある。この場合さらに、鋼材の低温靭性及び熱間加工性が低下することがある。
したがって、鋼材を熱処理炉に装入し、所望の温度で保持した後、急冷して溶体化処理を実施する場合、溶体化処理温度は９００～１２００℃とするのが好ましい。溶体化処理温度のより好ましい下限は９２０℃であり、さらに好ましくは９４０℃である。溶体化処理温度のより好ましい上限は１１８０℃であり、さらに好ましくは１１６０℃である。
鋼材を熱処理炉に装入し、所望の温度で保持した後、急冷して溶体化処理を実施する場合、溶体化処理時間は特に限定されず、周知の条件で実施すればよい。溶体化処理時間は、たとえば、５～１８０分である。急冷方法は、たとえば、水冷である。
なお、溶体化処理が実施された鋼材に対して、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ことが好ましい。
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、実施例によって本発明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及びＦｎ２を表２に示す。
Figure 0007173359000001
Figure 0007173359000002
各試験番号のインゴットに対して、１２００℃で加熱して、熱間鍛造及び熱間加工を実施して、厚さ１０ｍｍの鋼板を製造した。各試験番号の鋼板に対して、表２に記載の溶体化処理温度で１５分保持する溶体化処理を実施した。溶体化処理が実施された各試験番号の鋼板を水冷した。
［評価試験］
上記溶体化処理が実施された各試験番号の鋼板に対して、以下に説明するミクロ組織観察と、引張試験と、腐食試験と、熱間加工性試験とを実施した。
［ミクロ組織観察］
各試験番号の鋼板に対して、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。なお、本実施例では、ミクロ組織観察用の試験片は、各試験番号の鋼板の厚さ中央部から作製し、圧延方向と垂直な断面を観察面とした。また、各試験番号の鋼板のミクロ組織は、いずれもフェライト及びオーステナイトからなるミクロ組織であった。各試験番号の鋼板について、求めたフェライト体積率（％）を表２に示す。
［引張試験］
各試験番号の鋼板に対して、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。なお、本実施例では、引張試験用の丸棒試験片は、各試験番号の鋼板の厚さ中央部から作製し、丸棒試験片の軸方向は圧延方向と平行とした。引張試験で得られた０．２％オフセット耐力を、降伏強度（ＭＰａ）とした。各試験番号の鋼板について、求めた降伏強度を「ＹＳ（ＭＰａ）」として表２に示す。
［腐食試験］
各試験番号の鋼板に対して、ＡＳＴＭ Ｇ４８（２０１５） 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。なお、本実施例では、腐食試験用の試験片は、各試験番号の鋼板の厚さ中央部から作製した。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、圧延方向と平行とした。
各試験番号の試験片を、比液量５ｍＬ／ｃｍ2以上であり、２０℃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。各試験番号の鋼板について、腐食試験で得られたＣＰＴ（℃）を表２に示す。
［熱間加工性試験］
各試験番号の鋼板に対して、熱間加工性試験（グリーブル試験）を実施して、熱間加工性を評価した。具体的に、各試験番号の鋼板から、直径１０ｍｍ、長さ１３０ｍｍの丸棒試験片を作製した。丸棒試験片は、各試験番号の鋼板の厚さ中央部から作製した。なお、丸棒試験片の長手方向は、圧延方向と平行とした。
各試験番号の丸棒試験片を１０００℃まで加熱した後、ひずみ速度１０ｓ-1で引張試験を実施して、各試験番号の丸棒試験片を破断させた。破断した各試験番号の丸棒試験片から、絞り値（％）を求めた。得られた絞り値が４０％以上である場合、優れた熱間加工性を示す（表２中の「Ｅ」（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ））と判断した。一方、得られた絞り値が４０％未満である場合、優れた熱間加工性を示さない（表２中の「ＮＡ」（Ｎｏｔ Ａｃｃｅｐｔａｂｌｅ））と判断した。各試験番号の鋼板について、熱間加工性試験の評価結果を表２に示す。
［評価結果］
表１及び表２を参照して、試験番号１～１１の鋼板は、化学組成が適切であり、Ｆｎ１が４．５０～９．５０であり、Ｆｎ２が５８０以上であった。さらに、試験番号１～１１の鋼板に実施した製造方法は、明細書に記載の好ましい製造方法であった。その結果、試験番号１～１１の鋼板は、フェライトの体積率が３５．０～５０．０％未満であり、残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有していた。試験番号１～１１の鋼板はさらに、降伏強度が５５０ＭＰａ以上であった。試験番号１～１１の鋼板はさらに、ＣＰＴが２５℃以上であり、優れた耐孔食性を示した。試験番号１～１１の鋼板はさらに、熱間加工性試験において、優れた熱間加工性を示した。
一方、試験番号１２の鋼板は、Ｆｎ１が４．５０未満であった。その結果、試験番号１２の鋼板は、降伏強度が５５０ＭＰａ未満となり、所望の降伏強度が得られなかった。
試験番号１３の鋼板は、Ｆｎ１が９．５０を超えた。その結果、試験番号１３の鋼板は、熱間加工性試験において、優れた熱間加工性を示さなかった。
試験番号１４～１７の鋼板は、Ｆｎ２が５８０未満であった。その結果、試験番号１４～１７の鋼板は、降伏強度が５５０ＭＰａ未満となり、所望の降伏強度が得られなかった。
試験番号１８及び１９の鋼板は、Ｆｎ１が４．５０以下であった。試験番号１８及び１９の鋼板はさらに、Ｆｎ２が５８０未満であった。その結果、試験番号１８及び１９の鋼板は、降伏強度が５５０ＭＰａ未満となり、所望の降伏強度が得られなかった。
試験番号２０の鋼板は、Ｎｉ含有量が低すぎた。その結果、試験番号２０の鋼板は、フェライトの体積率が５０．０％以上となった。その結果、試験番号２０の鋼板は、ＣＰＴが２５℃未満となり、優れた耐孔食性を示さなかった。
試験番号２１の鋼板は、Ｃｒ含有量が低すぎた。その結果、試験番号２１の鋼板は、ＣＰＴが２５℃未満となり、優れた耐孔食性を示さなかった。
試験番号２２の鋼板は、Ｎ含有量が低すぎた。試験番号２２の鋼板はさらに、Ｆｎ２が５８０未満であった。その結果、試験番号２２の鋼板は、降伏強度が５５０ＭＰａ未満となり、所望の降伏強度が得られなかった。
試験番号２３の鋼板は、製造工程における溶体化処理温度が低すぎた。その結果、試験番号２３の鋼板は、フェライトの体積率が３５．０％未満となった。その結果、試験番号２３の鋼板は、ＣＰＴが２５℃未満となり、優れた耐孔食性を示さなかった。
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 (3)

  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：０．０１００％以下、
    Ａｌ：０．１００％以下、
    Ｎｉ：４．２０～９．００％、
    Ｃｒ：２０．００～２８．００％、
    Ｍｏ：０．５０～２．００％、
    Ｃｕ：１．９０～４．００％、
    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％、
    Ｂ：０～０．０２００％、及び、
    希土類元素：０～０．２００％を含有し、
    Ｃａ：０．０００１～０．０２００％、及び、
    Ｍｇ：０．０００１～０．０２００％からなる群から選択される１種以上の元素を含有し、
    残部がＦｅ及び不純物からなり、
    式（１）及び（２）を満たす化学組成と、
    体積率で３５．０～５０．０％未満のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなるミクロ組織と、
    ５５０ＭＰａ以上の降伏強度とを有する、
    二相ステンレス鋼材。
    ４．５０≦Ｍｎ＋Ｃｕ≦９．５０ （１）
    １３×Ｃｒ－１９×Ｎｉ＋２１×Ｍｏ－１７×Ｃｕ＋６３×Ｍｎ＋８×Ｓｉ＋９８４×Ｎ≧５８０ （２）
    ここで、式（１）及び（２）中の元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
  2. 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％、及び、
    Ｈｆ：０．００１～０．１００％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. 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、
    Ｂ：０．０００５～０．０２００％、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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