JP7239085B1 - 二相ステンレス鋼材 - Google Patents
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Abstract
超臨界ＣＯ２ガスにＳＯＸガス及びＯ２ガスが含有されている超臨界腐食環境において、優れた耐全面腐食性及び耐孔食性を有する、二相ステンレス鋼材を提供する。本開示の二相ステンレス鋼材は、明細書に記載の化学組成を有し、各元素含有量が明細書に記載の範囲内であることを前提として、式（１）で定義されるＦｎが５７．０以上であり、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物及び円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物の１ｍｍ２当たりの総個数が０．５０個／ｍｍ２以下である。Ｆｎ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
Description
本開示は二相ステンレス鋼材に関し、さらに詳しくは、二酸化炭素の回収・利用・貯留技術（ＣＣＵＳ）に適用可能な二相ステンレス鋼材に関する。
現在、地上での二酸化炭素の濃度上昇が世界的に問題となっている。そして、二酸化炭素の排出を抑制する取り組みが進んでいる。二酸化炭素の排出を抑制する取り組みの中で、特に、ＣＣＵＳが注目されている。
ＣＣＵＳは、Ｃａｒｂｏｎ Ｄｉｏｘｉｄｅ Ｃａｐｔｕｒｅ，Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｔｏｒａｇｅの略称である。上述のとおり、ＣＣＵＳは、二酸化炭素の回収、利用、貯留の３つの技術を含む。このうち、二酸化炭素を貯留する技術として、発電所や工場等の産業施設から排出された二酸化炭素を回収し、鋼管を利用して枯渇油井に二酸化炭素を圧入及び貯蔵する技術が注目されている。このような貯留技術に利用される鋼管は、枯渇油井等の腐食環境で利用される。そのため、このような貯留技術に利用される鋼管には、腐食環境での優れた耐食性が求められる。
腐食環境での耐食性に優れる鋼材として、フェライト及びオーステナイトの二相組織を有する二相ステンレス鋼材が知られている。二相ステンレス鋼は例えば、特開平５－１３２７４１号公報（特許文献１）、及び、特開平９－１９５００３号公報（特許文献２）に開示されている。
特許文献１に開示されている二相ステンレス鋼材は、質量％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。
特許文献２に開示されている二相ステンレス鋼材は、質量％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。
特許文献１及び特許文献２に開示されている二相ステンレス鋼材では、化学組成を調整することにより、耐食性を高めている。
ところで、上述の二酸化炭素の貯留技術では、枯渇油井にＣＯ２を注入するために、鋼管内に注入するＣＯ２を圧縮及び昇圧して、ＣＯ２を超臨界状態にする。発電所や工場等の産業施設から回収されたＣＯ２には、ＳＯＸ及びＯ２が含まれている。ＳＯＸは水に溶解して硫酸を形成し、鋼材表面に全面腐食を発生させる。また、Ｏ２は孔食を発生させる。したがって、ＳＯＸ及びＯ２が含まれた超臨界ＣＯ２は、極めて厳しい腐食環境を形成する。本明細書では、ＳＯＸ及びＯ２が含まれた超臨界ＣＯ２を「超臨界腐食環境」という。
超臨界腐食環境で使用される鋼材では、従来の腐食環境よりもさらに優れた耐全面腐食性及び耐孔食性が求められる。特許文献１及び２に開示された二相ステンレス鋼材は、このような超臨界腐食環境での使用を想定されていない。
本開示の目的は、超臨界腐食環境において、優れた耐全面腐食性及び優れた耐孔食性を有する、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：０．０５０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．８０％以下、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｃｒ：２５．００～２７．００％、
Ｃｕ：０．１０～２．５０％、
Ｎｉ：５．００～８．５０％、
Ｍｏ：２．００～４．５０％、
Ｗ：１．５０～３．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｃｏ：０．１０～１．００％、
Ｓｎ：０．００１～０．０５０％、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５０％以下、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｔｉ：０．００１～０．０５０％、
Ｃａ：０．００１０～０．０１００％、
Ｂ：０．００２０～０．００５０％、
Ｏ：０．０１００％以下、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
希土類元素：０～０．０１００％、
Ｚｒ：０～０．０１００％、
Ｎｂ：０～０．５００％、
Ａｓ：０～０．０５００％、
Ｚｎ：０～０．０１００％、
Ｐｂ：０～０．０１００％、
Ｓｂ：０～０．０１００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
前記各元素含有量が上述の範囲内であることを前提として、式（１）で定義されるＦｎが５７．０以上であり、
前記二相ステンレス鋼材中において、
Ｍｎ含有量が質量％で１０％以上であり、Ｓ含有量が質量％で１０％以上であり、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物、及び、
Ｃａ含有量が質量％で２０％以上であり、Ｓ含有量が質量％で１０％以上であり、Ｍｎ含有量が質量％で１０％未満であり、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物、の１ｍｍ２当たりの総個数が、０．５０個／ｍｍ２以下である。
Ｆｎ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
質量％で、
Ｃ：０．０５０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．８０％以下、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｃｒ：２５．００～２７．００％、
Ｃｕ：０．１０～２．５０％、
Ｎｉ：５．００～８．５０％、
Ｍｏ：２．００～４．５０％、
Ｗ：１．５０～３．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｃｏ：０．１０～１．００％、
Ｓｎ：０．００１～０．０５０％、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５０％以下、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｔｉ：０．００１～０．０５０％、
Ｃａ：０．００１０～０．０１００％、
Ｂ：０．００２０～０．００５０％、
Ｏ：０．０１００％以下、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
希土類元素：０～０．０１００％、
Ｚｒ：０～０．０１００％、
Ｎｂ：０～０．５００％、
Ａｓ：０～０．０５００％、
Ｚｎ：０～０．０１００％、
Ｐｂ：０～０．０１００％、
Ｓｂ：０～０．０１００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
前記各元素含有量が上述の範囲内であることを前提として、式（１）で定義されるＦｎが５７．０以上であり、
前記二相ステンレス鋼材中において、
Ｍｎ含有量が質量％で１０％以上であり、Ｓ含有量が質量％で１０％以上であり、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物、及び、
Ｃａ含有量が質量％で２０％以上であり、Ｓ含有量が質量％で１０％以上であり、Ｍｎ含有量が質量％で１０％未満であり、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物、の１ｍｍ２当たりの総個数が、０．５０個／ｍｍ２以下である。
Ｆｎ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
本開示による二相ステンレス鋼材は、超臨界腐食環境において、優れた耐全面腐食性及び優れた耐孔食性を有する。
本発明者らは、超臨界ＣＯ２ガスにＳＯＸガス及びＯ２ガスが含有されている超臨界腐食環境において、優れた耐全面腐食性及び耐孔食性を有する二相ステンレス鋼材について、検討を行った。
本発明者らは初めに、超臨界腐食環境において優れた耐全面腐食性及び優れた耐孔食性を有する鋼材を、化学組成の観点から検討した。その結果、質量％で、Ｃ：０．０５０％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．８０％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．００５０％以下、Ｃｒ：２５．００～２７．００％、Ｃｕ：０．１０～２．５０％、Ｎｉ：５．００～８．５０％、Ｍｏ：２．００～４．５０％、Ｗ：１．５０～３．００％、Ｎ：０．１５０～０．３５０％、Ｃｏ：０．１０～１．００％、Ｓｎ：０．００１～０．０５０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５０％以下、Ｖ：０．０１～０．５０％、Ｔｉ：０．００１～０．０５０％、Ｂ：０．００２０～０．００５０％、Ｏ：０．０１００％以下、Ｍｇ：０～０．０１００％、希土類元素：０～０．０１００％、Ｚｒ：０～０．０１００％、Ｎｂ：０～０．５００％、Ａｓ：０～０．０５００％、Ｚｎ：０～０．０１００％、Ｐｂ：０～０．０１００％、Ｓｂ：０～０．０１００％、及び、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する鋼材であれば、超臨界腐食環境において優れた耐全面腐食性及び優れた耐孔食性が得られる可能性があると考えた。
しかしながら、化学組成中の各元素含有量が上述の範囲内である二相ステンレス鋼材であっても、超臨界腐食環境における耐全面腐食性が低い場合があった。そこで本発明者らは、超臨界腐食環境における耐全面腐食性を高める手段について、さらに検討を行った。
ここで、本発明者らは、化学組成中の各元素の作用に注目した。従来から、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＮは、海水等の塩化物を含有する通常の腐食環境において、耐全面腐食性を高めることが知られている。そこで、本発明者らは、これらの元素は、超臨界腐食環境においても、耐全面腐食性を高めると考えた。
本発明者らさらに、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＮ以外に、超臨界腐食環境での耐全面腐食性を高める元素を調査した。その結果、超臨界腐食環境では、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎだけでなく、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ及びＳｎも、超臨界腐食環境での耐全面腐食性を高めることが、本発明者らの調査で初めて判明した。
そこで、本発明者らは、二相ステンレス鋼材中のＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ及びＳｎの含有量と、超臨界腐食環境での耐全面腐食性との関係についてさらに調査を行った。その結果、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である二相ステンレス鋼材において、さらに、式（１）で定義されるＦｎが５７．０以上であれば、超臨界腐食環境において、優れた耐全面腐食性が得られることが判明した。
Ｆｎ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
Ｆｎ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
図１は、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である二相ステンレス鋼材でのＦｎと、耐全面腐食性の指標である腐食速度（ｍｍ／年）との関係を示す図である。図１は後述の実施例で得られたデータにより作成した。図１を参照して、Ｆｎが５７．０未満の場合の腐食速度は０．１００ｍｍ／年よりも速い。一方、Ｆｎが５７．０以上の場合の腐食速度は、Ｆｎが５７．０未満の場合の腐食速度と比較して、顕著に遅い。したがって、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である二相ステンレス鋼材において、Ｆｎを５７．０以上とすることにより、超臨界腐食環境での耐全面腐食性が顕著に高まる。
しかしながら、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であり、かつ、Ｆｎが５７．０以上である二相ステンレス鋼材であっても、超臨界腐食環境での優れた耐全面腐食性が得られるものの、耐孔食性が低くなる場合があった。そこで、本発明者らは超臨界腐食環境での優れた耐全面腐食性と優れた耐孔食性との両立について、さらに検討を行った。
ここで、本発明者らは、化学組成の観点からのアプローチではなく、発想を転換して、二相ステンレス鋼材中の介在物に注目した。
一般的に、Ｃｒ含有量が２．００％以下の低合金鋼材では、通常の腐食環境において、鋼材中の介在物（酸化物、硫化物、窒化物等）が割れの起点となり、孔食が発生する場合があることが知られている。これに対して、Ｃｒ含有量が１０．００％以上の高合金鋼材では、Ｃｒ含有量が高い。そのため、低合金鋼材と比較して、高合金鋼材の表面には、強固な不働態皮膜が形成される。そのため、従来、高合金鋼材では、介在物を起点とする孔食は発生しにくいと考えられてきた。
しかしながら、通常の腐食環境と異なる超臨界腐食環境では、高合金鋼材であっても、以下のメカニズムにより、介在物を基点とした孔食が発生することが判明した。
超臨界腐食環境では、高温高圧の超臨界ＣＯ２ガスにＳＯＸガス及びＯ２ガスが含有されている。二相ステンレス鋼材の表層にＭｎ硫化物が存在する場合、超臨界腐食環境中のＳＯＸガス及びＯ２ガスの水への溶解により、二相ステンレス鋼材の表層の介在物が溶解する。介在物が溶解すれば、表面には凹みが形成される。粗大な介在物が溶解して形成された凹みは、超臨界腐食環境での孔食の起点となりやすい。
本発明者らのさらなる調査の結果、超臨界腐食環境では、二相ステンレス鋼材の表層に存在する粗大な介在物（酸化物、硫化物、窒化物等）の全てが孔食の起点となるのではなく、Ｍｎ硫化物が溶解して鋼材表面に凹みが形成されることにより、孔食が発生することが判明した。
以上のとおり、本発明者らは、超臨界腐食環境での二相ステンレス鋼材では、通常の腐食環境での低合金鋼材の場合とは異なるメカニズムにより、孔食が発生する場合があることを突き止めた。
以上の知見に基づいて、本発明者らは、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である二相ステンレス鋼材の場合、粗大なＭｎ硫化物の生成を抑えることで、Ｍｎ硫化物の溶解に起因した表面の凹みを抑制し、超臨界腐食環境での耐孔食性を高めることができると考えた。
そこで、本発明者らは、上記化学組成にさらに、質量％で、０．００１０～０．０１００％のＣａを含有すれば、粗大なＭｎ硫化物の生成を抑制できると考えた。つまり、質量％で、Ｃ：０．０５０％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．８０％以下、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．００５０％以下、Ｃｒ：２５．００～２７．００％、Ｃｕ：０．１０～２．５０％、Ｎｉ：５．００～８．５０％、Ｍｏ：２．００～４．５０％、Ｗ：１．５０～３．００％、Ｎ：０．１５０～０．３５０％、Ｃｏ：０．１０～１．００％、Ｓｎ：０．００１～０．０５０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５０％以下、Ｖ：０．０１～０．５０％、Ｔｉ：０．００１～０．０５０％、Ｃａ：０．００１０～０．０１００％、Ｂ：０．００２０～０．００５０％、Ｏ：０．０１００％以下、Ｍｇ：０～０．０１００％、希土類元素：０～０．０１００％、Ｚｒ：０～０．０１００％、Ｎｂ：０～０．５００％、Ａｓ：０～０．０５００％、Ｚｎ：０～０．０１００％、Ｐｂ：０～０．０１００％、Ｓｂ：０～０．０１００％、及び、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成の二相ステンレス鋼材であれば、粗大なＭｎ硫化物の生成を抑制することができると考えた。具体的には、Ｃａを含有することにより、ＣａがＳと結合してＣａ硫化物を形成する。Ｃａ硫化物の形成により、Ｍｎと結合するＳが減少する。そのため、粗大なＭｎ硫化物の生成が抑制される。
そこで、本発明者らは、上記化学組成の二相ステンレス鋼材を製造して、超臨界腐食環境での耐孔食性について調査した。その結果、粗大なＭｎ硫化物の生成を抑制できたものの、依然として、優れた耐孔食性が得られない場合があることが判明した。そこで、本発明者らは、耐孔食性が十分に得られない要因について、さらに調査及び検討を行った。その結果、上述の含有量のＣａを含有した場合、次の新たなメカニズムにより、超臨界腐食環境において優れた耐孔食性が得られなくなる場合があることを本発明者らは突き止めた。
鋼材の化学組成において、上述の含有量のＣａを含有した場合、Ｃａ硫化物が形成されて、粗大なＭｎ硫化物の生成が抑制される。しかしながら、超臨界腐食環境では、Ｃａ硫化物自体も、Ｍｎ硫化物と同様に溶解しやすい。そのため、鋼材の表層に粗大なＣａ硫化物が存在すれば、Ｍｎ硫化物と同様に、Ｃａ硫化物が溶解して鋼材表面に凹みが形成される。このＣａ硫化物起因の表面の凹みにより、超臨界腐食環境において孔食が発生する場合がある。
以上の知見に基づいて、本発明者らは、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である二相ステンレス鋼材において、粗大なＭｎ硫化物の生成を抑制するだけでなく、粗大なＣａ硫化物の生成も抑制できれば、超臨界腐食環境であっても、優れた耐全面腐食性と優れた耐孔食性との両立が可能であると考えた。
そこで、本発明者らは、粗大なＭｎ硫化物、及び、粗大なＣａ硫化物の単位面積当たりの総個数をどの程度に抑えれば、超臨界腐食環境における優れた耐全面腐食性及び優れた耐孔食性が得られるか、さらに検討を行った。その結果、二相ステンレス鋼材中の介在物のうち、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物と、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物との合計が０．５０個／ｍｍ２以下であれば、超臨界ＣＯ２ガスにＳＯＸガス及びＯ２ガスが含有されている超臨界腐食環境であっても、優れた耐全面腐食性及び優れた耐孔食性を両立できることが判明した。
以上の技術思想に基づいて完成した本実施形態の二相ステンレス鋼材は、次の構成を有する。
［１］
二相ステンレス鋼材であって、
質量％で、
Ｃ：０．０５０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．８０％以下、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｃｒ：２５．００～２７．００％、
Ｃｕ：０．１０～２．５０％、
Ｎｉ：５．００～８．５０％、
Ｍｏ：２．００～４．５０％、
Ｗ：１．５０～３．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｃｏ：０．１０～１．００％、
Ｓｎ：０．００１～０．０５０％、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５０％以下、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｔｉ：０．００１～０．０５０％、
Ｃａ：０．００１０～０．０１００％、
Ｂ：０．００２０～０．００５０％、
Ｏ：０．０１００％以下、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
希土類元素：０～０．０１００％、
Ｚｒ：０～０．０１００％、
Ｎｂ：０～０．５００％、
Ａｓ：０～０．０５００％、
Ｚｎ：０～０．０１００％、
Ｐｂ：０～０．０１００％、
Ｓｂ：０～０．０１００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
前記各元素含有量が上述の範囲内であることを前提として、式（１）で定義されるＦｎが５７．０以上であり、
前記二相ステンレス鋼材中において、
Ｍｎ含有量が質量％で１０％以上であり、Ｓ含有量が質量％で１０％以上であり、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物、及び、
Ｃａ含有量が質量％で２０％以上であり、Ｓ含有量が質量％で１０％以上であり、Ｍｎ含有量が質量％で１０％未満であり、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物、の１ｍｍ２当たりの総個数が、０．５０個／ｍｍ２以下である、
二相ステンレス鋼材。
Ｆｎ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
二相ステンレス鋼材であって、
質量％で、
Ｃ：０．０５０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．８０％以下、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｃｒ：２５．００～２７．００％、
Ｃｕ：０．１０～２．５０％、
Ｎｉ：５．００～８．５０％、
Ｍｏ：２．００～４．５０％、
Ｗ：１．５０～３．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｃｏ：０．１０～１．００％、
Ｓｎ：０．００１～０．０５０％、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５０％以下、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｔｉ：０．００１～０．０５０％、
Ｃａ：０．００１０～０．０１００％、
Ｂ：０．００２０～０．００５０％、
Ｏ：０．０１００％以下、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
希土類元素：０～０．０１００％、
Ｚｒ：０～０．０１００％、
Ｎｂ：０～０．５００％、
Ａｓ：０～０．０５００％、
Ｚｎ：０～０．０１００％、
Ｐｂ：０～０．０１００％、
Ｓｂ：０～０．０１００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
前記各元素含有量が上述の範囲内であることを前提として、式（１）で定義されるＦｎが５７．０以上であり、
前記二相ステンレス鋼材中において、
Ｍｎ含有量が質量％で１０％以上であり、Ｓ含有量が質量％で１０％以上であり、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物、及び、
Ｃａ含有量が質量％で２０％以上であり、Ｓ含有量が質量％で１０％以上であり、Ｍｎ含有量が質量％で１０％未満であり、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物、の１ｍｍ２当たりの総個数が、０．５０個／ｍｍ２以下である、
二相ステンレス鋼材。
Ｆｎ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
［２］
［１］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
Ｍｇ：０．０００１～０．０１００％、
希土類元素：０．０００１～０．０１００％、
Ｚｒ：０．０００１～０．０１００％、
Ｎｂ：０．００１～０．５００％、
Ａｓ：０．０００１～０．０５００％、
Ｚｎ：０．０００１～０．０１００％、
Ｐｂ：０．０００１～０．０１００％、及び、
Ｓｂ：０．０００１～０．０１００％、からなる群から選択される１種以上を含有する、
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、
Ｍｇ：０．０００１～０．０１００％、
希土類元素：０．０００１～０．０１００％、
Ｚｒ：０．０００１～０．０１００％、
Ｎｂ：０．００１～０．５００％、
Ａｓ：０．０００１～０．０５００％、
Ｚｎ：０．０００１～０．０１００％、
Ｐｂ：０．０００１～０．０１００％、及び、
Ｓｂ：０．０００１～０．０１００％、からなる群から選択される１種以上を含有する、
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、
前記二相ステンレス鋼材は、鋼管である、
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、
前記二相ステンレス鋼材は、鋼管である、
二相ステンレス鋼材。
以下、本実施形態の二相ステンレス鋼材について詳述する。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
［本実施形態の二相ステンレス鋼材の特徴］
本実施形態の二相ステンレス鋼材は、次の特徴を有する。
（特徴１）
化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である。
（特徴２）
特徴１を満たすことを前提として、式（１）で定義されるＦｎが５７．０以上である。
Ｆｎ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
（特徴３）
円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物、及び、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物の１ｍｍ２当たりの総個数が、０．５０個／ｍｍ２以下である。
以下、各特徴１～３について説明する。
本実施形態の二相ステンレス鋼材は、次の特徴を有する。
（特徴１）
化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である。
（特徴２）
特徴１を満たすことを前提として、式（１）で定義されるＦｎが５７．０以上である。
Ｆｎ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
（特徴３）
円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物、及び、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物の１ｍｍ２当たりの総個数が、０．５０個／ｍｍ２以下である。
以下、各特徴１～３について説明する。
［（特徴１）化学組成について］
本実施形態の二相ステンレス鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。
本実施形態の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：０．０５０％以下
炭素（Ｃ）は不可避に含有される。つまり、Ｃ含有量は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、鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性が低下する。
したがって、Ｃ含有量は０．０５０％以下である。
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、さらに好ましくは０．００５％である。
Ｃ含有量の好ましい上限は０．０４８％であり、さらに好ましくは０．０４６％であり、さらに好ましくは０．０４４％であり、さらに好ましくは０．０４２％である。
炭素（Ｃ）は不可避に含有される。つまり、Ｃ含有量は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、鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性が低下する。
したがって、Ｃ含有量は０．０５０％以下である。
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、さらに好ましくは０．００５％である。
Ｃ含有量の好ましい上限は０．０４８％であり、さらに好ましくは０．０４６％であり、さらに好ましくは０．０４４％であり、さらに好ましくは０．０４２％である。
Ｓｉ：１．００％以下
シリコン（Ｓｉ）は不可避に含有される。つまり、Ｓｉ含有量は０％超である。Ｓｉは鋼を脱酸する。しかしながら、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、鋼材の靭性及び熱間加工性が低下する。
したがって、Ｓｉ含有量は１．００％以下である。
Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．１５％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．２５％である。
Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．８０％であり、さらに好ましくは０．６０％であり、さらに好ましくは０．５０％である。
シリコン（Ｓｉ）は不可避に含有される。つまり、Ｓｉ含有量は０％超である。Ｓｉは鋼を脱酸する。しかしながら、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、鋼材の靭性及び熱間加工性が低下する。
したがって、Ｓｉ含有量は１．００％以下である。
Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．１５％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．２５％である。
Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．８０％であり、さらに好ましくは０．６０％であり、さらに好ましくは０．５０％である。
Ｍｎ：０．８０％以下
マンガン（Ｍｎ）は不可避に含有される。つまり、Ｍｎ含有量は０％超である。Ｍｎは鋼材の焼入れ性を高めて鋼材の強度を高める。しかしながら、Ｍｎ含有量が高すぎれば、Ｍｎは、粗大なＭｎ硫化物を多数形成する。超臨界腐食環境において、鋼材の表面近傍に存在する粗大なＭｎ硫化物は溶解する。その結果、鋼材表面に凹みが形成される。この凹みが孔食の起点となり、超臨界腐食環境において孔食が発生する。Ｍｎ含有量が０．８０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記凹みが生成し、超臨界腐食環境での耐孔食性が低下する。
したがって、Ｍｎ含有量は０．８０％以下である。
Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．２５％であり、さらに好ましくは０．３０％であり、さらに好ましくは０．３５％である。
Ｍｎ含有量の好ましい上限は０．７８％であり、さらに好ましくは０．７５％であり、さらに好ましくは０．７０％であり、さらに好ましくは０．６５％である。
マンガン（Ｍｎ）は不可避に含有される。つまり、Ｍｎ含有量は０％超である。Ｍｎは鋼材の焼入れ性を高めて鋼材の強度を高める。しかしながら、Ｍｎ含有量が高すぎれば、Ｍｎは、粗大なＭｎ硫化物を多数形成する。超臨界腐食環境において、鋼材の表面近傍に存在する粗大なＭｎ硫化物は溶解する。その結果、鋼材表面に凹みが形成される。この凹みが孔食の起点となり、超臨界腐食環境において孔食が発生する。Ｍｎ含有量が０．８０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記凹みが生成し、超臨界腐食環境での耐孔食性が低下する。
したがって、Ｍｎ含有量は０．８０％以下である。
Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．２５％であり、さらに好ましくは０．３０％であり、さらに好ましくは０．３５％である。
Ｍｎ含有量の好ましい上限は０．７８％であり、さらに好ましくは０．７５％であり、さらに好ましくは０．７０％であり、さらに好ましくは０．６５％である。
Ｐ：０．０５０％以下
燐（Ｐ）は不純物である。すなわち、Ｐ含有量は０％超である。Ｐは粒界に偏析して、鋼材の靭性を低下させる。
したがって、Ｐ含有量は０．０５０％以下である。
Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、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、さらに好ましくは０．００３％である。
Ｐ含有量の好ましい上限は０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３５％であり、さらに好ましくは０．０３０％である。
燐（Ｐ）は不純物である。すなわち、Ｐ含有量は０％超である。Ｐは粒界に偏析して、鋼材の靭性を低下させる。
したがって、Ｐ含有量は０．０５０％以下である。
Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、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、さらに好ましくは０．００３％である。
Ｐ含有量の好ましい上限は０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３５％であり、さらに好ましくは０．０３０％である。
Ｓ：０．００５０％以下
硫黄（Ｓ）は不純物である。すなわち、Ｓ含有量は０％超である。Ｓは粒界に偏析して、鋼材の靭性及び熱間加工性を低下させる。
したがって、Ｓ含有量は０．００５０％以下である。
Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、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、さらに好ましくは０．０００２％である。
Ｓ含有量の好ましい上限は０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００２０％であり、さらに好ましくは０．００１５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
硫黄（Ｓ）は不純物である。すなわち、Ｓ含有量は０％超である。Ｓは粒界に偏析して、鋼材の靭性及び熱間加工性を低下させる。
したがって、Ｓ含有量は０．００５０％以下である。
Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、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、さらに好ましくは０．０００２％である。
Ｓ含有量の好ましい上限は０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００２０％であり、さらに好ましくは０．００１５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
Ｃｒ：２５．００～２７．００％
クロム（Ｃｒ）は超臨界腐食環境における鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。具体的には、Ｃｒは酸化物として鋼材の表面に不動態皮膜を形成する。その結果、鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性が高まる。Ｃｒ含有量が２５．００％未満であれば、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２７．００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、フェライトの体積率が高くなりすぎる。この場合、鋼材の靱性が低下する。
したがって、Ｃｒ含有量は２５．００～２７．００％である。
Ｃｒ含有量の好ましい下限は２５．０５％であり、さらに好ましくは２５．１０％であり、さらに好ましくは２５．５０％であり、さらに好ましくは２６．００％である。
Ｃｒ含有量の好ましい上限は２６．８０％であり、さらに好ましくは２６．６０％であり、さらに好ましくは２６．４０％であり、さらに好ましくは２６．２０％である。
クロム（Ｃｒ）は超臨界腐食環境における鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。具体的には、Ｃｒは酸化物として鋼材の表面に不動態皮膜を形成する。その結果、鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性が高まる。Ｃｒ含有量が２５．００％未満であれば、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２７．００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、フェライトの体積率が高くなりすぎる。この場合、鋼材の靱性が低下する。
したがって、Ｃｒ含有量は２５．００～２７．００％である。
Ｃｒ含有量の好ましい下限は２５．０５％であり、さらに好ましくは２５．１０％であり、さらに好ましくは２５．５０％であり、さらに好ましくは２６．００％である。
Ｃｒ含有量の好ましい上限は２６．８０％であり、さらに好ましくは２６．６０％であり、さらに好ましくは２６．４０％であり、さらに好ましくは２６．２０％である。
Ｃｕ：０．１０～２．５０％
銅（Ｃｕ）は超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。Ｃｕ含有量が０．１０％未満であれば、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２．５０％を超えれば、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０．１０～２．５０％である。
Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．１５％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．３０％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは１．００％である。
Ｃｕ含有量の好ましい上限は２．４５％であり、さらに好ましくは２．３０％であり、さらに好ましくは２．１０％であり、さらに好ましくは２．００％であり、さらに好ましくは１．９０％である。
銅（Ｃｕ）は超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。Ｃｕ含有量が０．１０％未満であれば、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２．５０％を超えれば、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０．１０～２．５０％である。
Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．１５％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．３０％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは１．００％である。
Ｃｕ含有量の好ましい上限は２．４５％であり、さらに好ましくは２．３０％であり、さらに好ましくは２．１０％であり、さらに好ましくは２．００％であり、さらに好ましくは１．９０％である。
Ｎｉ：５．００～８．５０％
ニッケル（Ｎｉ）は鋼材中のオーステナイトを安定化させる。Ｎｉはさらに、超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。Ｎｉ含有量が５．００％未満であれば、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８．５０％を超えれば、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る。この場合、鋼材の強度が低下する。
したがって、Ｎｉ含有量は５．００～８．５０％である。
Ｎｉ含有量の好ましい下限は５．１０％であり、さらに好ましくは５．２０％であり、さらに好ましくは５．３０％であり、さらに好ましくは５．４０％であり、さらに好ましくは５．５０％である。
Ｎｉ含有量の好ましい上限は８．３０％であり、さらに好ましくは８．００％であり、さらに好ましくは７．７０％であり、さらに好ましくは７．６０％である。
ニッケル（Ｎｉ）は鋼材中のオーステナイトを安定化させる。Ｎｉはさらに、超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。Ｎｉ含有量が５．００％未満であれば、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８．５０％を超えれば、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る。この場合、鋼材の強度が低下する。
したがって、Ｎｉ含有量は５．００～８．５０％である。
Ｎｉ含有量の好ましい下限は５．１０％であり、さらに好ましくは５．２０％であり、さらに好ましくは５．３０％であり、さらに好ましくは５．４０％であり、さらに好ましくは５．５０％である。
Ｎｉ含有量の好ましい上限は８．３０％であり、さらに好ましくは８．００％であり、さらに好ましくは７．７０％であり、さらに好ましくは７．６０％である。
Ｍｏ：２．００～４．５０％
モリブデン（Ｍｏ）は超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。Ｍｏ含有量が２．００％未満であれば、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４．５０％を超えれば、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２．００～４．５０％である。
Ｍｏ含有量の好ましい下限は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２．３０％であり、さらに好ましくは２．４０％であり、さらに好ましくは２．５０％である。
Ｍｏ含有量の好ましい上限は４．４０％であり、さらに好ましくは４．３０％であり、さらに好ましくは４．２０％であり、さらに好ましくは４．１０％であり、さらに好ましくは４．００％である。
モリブデン（Ｍｏ）は超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。Ｍｏ含有量が２．００％未満であれば、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４．５０％を超えれば、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２．００～４．５０％である。
Ｍｏ含有量の好ましい下限は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２．３０％であり、さらに好ましくは２．４０％であり、さらに好ましくは２．５０％である。
Ｍｏ含有量の好ましい上限は４．４０％であり、さらに好ましくは４．３０％であり、さらに好ましくは４．２０％であり、さらに好ましくは４．１０％であり、さらに好ましくは４．００％である。
Ｗ：１．５０～３．００％
タングステン（Ｗ）は超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。Ｗ含有量が１．５０％以上であれば、超臨界腐食環境において優れた耐全面腐食性及び耐孔食性が高まる。
一方、Ｗ含有量が３．００％を超えれば、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る。この場合、鋼材の靭性が低下する。
したがって、Ｗ含有量は１．５０～３．００％である。
Ｗ含有量の好ましい下限は１．５５％であり、さらに好ましくは１．６０％であり、さらに好ましくは１．６５％であり、さらに好ましくは１．７０％であり、さらに好ましくは１．７５％であり、さらに好ましくは１．８０％である。
Ｗ含有量の好ましい上限は２．９５％であり、さらに好ましくは２．９０％であり、さらに好ましくは２．８５％であり、さらに好ましくは２．７５％である。
タングステン（Ｗ）は超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。Ｗ含有量が１．５０％以上であれば、超臨界腐食環境において優れた耐全面腐食性及び耐孔食性が高まる。
一方、Ｗ含有量が３．００％を超えれば、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る。この場合、鋼材の靭性が低下する。
したがって、Ｗ含有量は１．５０～３．００％である。
Ｗ含有量の好ましい下限は１．５５％であり、さらに好ましくは１．６０％であり、さらに好ましくは１．６５％であり、さらに好ましくは１．７０％であり、さらに好ましくは１．７５％であり、さらに好ましくは１．８０％である。
Ｗ含有量の好ましい上限は２．９５％であり、さらに好ましくは２．９０％であり、さらに好ましくは２．８５％であり、さらに好ましくは２．７５％である。
Ｎ：０．１５０～０．３５０％
窒素（Ｎ）は鋼材中のオーステナイトを安定化させる。Ｎはさらに、超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。Ｎ含有量が０．１５０％未満であれば、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０．３５０％を超えれば、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０．１８０％であり、さらに好ましくは０．２００％であり、さらに好ましくは０．２２０％であり、さらに好ましくは０．２４０％であり、さらに好ましくは０．２６０％である。
Ｎ含有量の好ましい上限は０．３４０％であり、さらに好ましくは０．３３０％であり、さらに好ましくは０．３２０％であり、さらに好ましくは０．３１０％であり、さらに好ましくは０．３００％である。
窒素（Ｎ）は鋼材中のオーステナイトを安定化させる。Ｎはさらに、超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。Ｎ含有量が０．１５０％未満であれば、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０．３５０％を超えれば、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０．１８０％であり、さらに好ましくは０．２００％であり、さらに好ましくは０．２２０％であり、さらに好ましくは０．２４０％であり、さらに好ましくは０．２６０％である。
Ｎ含有量の好ましい上限は０．３４０％であり、さらに好ましくは０．３３０％であり、さらに好ましくは０．３２０％であり、さらに好ましくは０．３１０％であり、さらに好ましくは０．３００％である。
Ｃｏ：０．１０～１．００％
コバルト（Ｃｏ）は超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。Ｃｏは特に、鋼材の耐孔食性を高める。Ｃｏはさらに、鋼材の焼入性を高め、鋼材の強度を高める。Ｃｏ含有量が０．１０％未満であれば、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｃｏ含有量が１．００％を超えれば、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０．１０～１．００％である。
Ｃｏ含有量の好ましい下限は０．１５％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．２５％である。
Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．９０％であり、さらに好ましくは０．８０％であり、さらに好ましくは０．７０％であり、さらに好ましくは０．６０％であり、さらに好ましくは０．５０％である。
コバルト（Ｃｏ）は超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。Ｃｏは特に、鋼材の耐孔食性を高める。Ｃｏはさらに、鋼材の焼入性を高め、鋼材の強度を高める。Ｃｏ含有量が０．１０％未満であれば、上記効果が十分に得られない。
一方、Ｃｏ含有量が１．００％を超えれば、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０．１０～１．００％である。
Ｃｏ含有量の好ましい下限は０．１５％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．２５％である。
Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．９０％であり、さらに好ましくは０．８０％であり、さらに好ましくは０．７０％であり、さらに好ましくは０．６０％であり、さらに好ましくは０．５０％である。
Ｓｎ：０．００１～０．０５０％
スズ（Ｓｎ）は、超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。Ｓｎは特に、鋼材の耐孔食性を高める。Ｓｎ含有量が０．００１％未満であれば、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、Ｓｎ含有量が０．０５０％を超えれば、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、Ｓｎ含有量は０．００１～０．０５０％である。
Ｓｎ含有量の好ましい下限は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０．００４％である。
Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０２０％であり、さらに好ましくは０．０１５％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。
スズ（Ｓｎ）は、超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。Ｓｎは特に、鋼材の耐孔食性を高める。Ｓｎ含有量が０．００１％未満であれば、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、Ｓｎ含有量が０．０５０％を超えれば、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、Ｓｎ含有量は０．００１～０．０５０％である。
Ｓｎ含有量の好ましい下限は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０．００４％である。
Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０２０％であり、さらに好ましくは０．０１５％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。
ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５０％以下
アルミニウム（Ａｌ）は不可避に含有される。つまり、ｓｏｌ．Ａｌ含有量は０％超である。
Ａｌは鋼を脱酸する。しかしながら、ｓｏｌ．Ａｌ含有量が０．０５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な酸化物が生成する。粗大な酸化物は鋼材の靭性を低下する。
したがって、ｓｏｌ．Ａｌ含有量は０．０５０％以下である。
ｓｏｌ．Ａｌ含有量の好ましい下限は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％である。
ｓｏｌ．Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３０％である。なお、ｓｏｌ．Ａｌ含有量とは、酸可溶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。つまり、ｓｏｌ．Ａｌ含有量は０％超である。
Ａｌは鋼を脱酸する。しかしながら、ｓｏｌ．Ａｌ含有量が０．０５０％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な酸化物が生成する。粗大な酸化物は鋼材の靭性を低下する。
したがって、ｓｏｌ．Ａｌ含有量は０．０５０％以下である。
ｓｏｌ．Ａｌ含有量の好ましい下限は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％である。
ｓｏｌ．Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３０％である。なお、ｓｏｌ．Ａｌ含有量とは、酸可溶Ａｌの含有量を意味する。
Ｖ：０．０１～０．５０％
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０．０１％未満であれば、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０．５０％を超えれば、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る。この場合、鋼材の靭性が低下する。
したがって、Ｖ含有量は０．０１～０．５０％である。
Ｖ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％であり、さらに好ましくは０．０４％である。
Ｖ含有量の好ましい上限は０．４０％であり、さらに好ましくは０．３０％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
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０．０１％未満であれば、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０．５０％を超えれば、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る。この場合、鋼材の靭性が低下する。
したがって、Ｖ含有量は０．０１～０．５０％である。
Ｖ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％であり、さらに好ましくは０．０４％である。
Ｖ含有量の好ましい上限は０．４０％であり、さらに好ましくは０．３０％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．１０％である。
Ｔｉ：０．００１～０．０５０％
チタン（Ｔｉ）は炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｔｉ含有量が０．００１％未満であれば、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、Ｔｉ含有量が０．０５０％を超えれば、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る。この場合、鋼材の靭性が低下する。
したがって、Ｔｉ含有量は０．００１～０．０５０％である。
Ｔｉ含有量の好ましい下限は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０．００４％である。
Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０２０％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．００７％である。
チタン（Ｔｉ）は炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｔｉ含有量が０．００１％未満であれば、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、Ｔｉ含有量が０．０５０％を超えれば、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る。この場合、鋼材の靭性が低下する。
したがって、Ｔｉ含有量は０．００１～０．０５０％である。
Ｔｉ含有量の好ましい下限は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０．００４％である。
Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０２０％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．００７％である。
Ｃａ：０．００１０～０．０１００％
カルシウム（Ｃａ）は、鋼材中のＳと結合してＣａ硫化物を生成し、Ｍｎ硫化物の生成を抑制する。
鋼材の表層に、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物が存在する場合、超臨界腐食環境において、表層のＭｎ硫化物が溶解する。Ｍｎ硫化物の溶解により、鋼材表面に凹みが形成される。鋼材表面に形成されるこの凹みが、超臨界腐食環境において、孔食の起点となりやすい。
ＣａはＭｎ硫化物の生成を抑制し、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物の個数密度（個／ｍｍ２）を低下させる。その結果、超臨界腐食環境での鋼材の耐孔食性が高まる。
Ｃａ含有量が０．００１０％未満であれば、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、Ｃａ含有量が０．０１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物が過剰に生成する。円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物が鋼材の表層に存在する場合、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物は、上述の粗大なＭｎ硫化物と同様に、超臨界腐食環境において溶解する。そのため、鋼材表面に凹みが形成される。この凹みにより、鋼材の耐孔食性が低下する。
したがって、Ｃａ含有量は０．００１０～０．０１００％である。
Ｃａ含有量の好ましい下限は０．００１３％であり、さらに好ましくは０．００１６％であり、さらに好ましくは０．００１９％である。
Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００５０％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。
カルシウム（Ｃａ）は、鋼材中のＳと結合してＣａ硫化物を生成し、Ｍｎ硫化物の生成を抑制する。
鋼材の表層に、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物が存在する場合、超臨界腐食環境において、表層のＭｎ硫化物が溶解する。Ｍｎ硫化物の溶解により、鋼材表面に凹みが形成される。鋼材表面に形成されるこの凹みが、超臨界腐食環境において、孔食の起点となりやすい。
ＣａはＭｎ硫化物の生成を抑制し、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物の個数密度（個／ｍｍ２）を低下させる。その結果、超臨界腐食環境での鋼材の耐孔食性が高まる。
Ｃａ含有量が０．００１０％未満であれば、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、Ｃａ含有量が０．０１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物が過剰に生成する。円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物が鋼材の表層に存在する場合、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物は、上述の粗大なＭｎ硫化物と同様に、超臨界腐食環境において溶解する。そのため、鋼材表面に凹みが形成される。この凹みにより、鋼材の耐孔食性が低下する。
したがって、Ｃａ含有量は０．００１０～０．０１００％である。
Ｃａ含有量の好ましい下限は０．００１３％であり、さらに好ましくは０．００１６％であり、さらに好ましくは０．００１９％である。
Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００５０％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。
Ｂ：０．００２０～０．００５０％
ホウ素（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含有量が０．００２０％未満であれば、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、Ｂ含有量が０．００５０％を超えれば、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）が生成する。ボロン窒化物は鋼材の靭性を低下させる。
したがって、Ｂ含有量は０．００２０～０．００５０％である。
Ｂ含有量の好ましい下限は０．００２２％であり、さらに好ましくは０．００２４％であり、さらに好ましくは０．００２６％である。
Ｂ含有量の好ましい上限は０．００４６％であり、さらに好ましくは０．００４４％であり、さらに好ましくは０．００４２％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３８％であり、さらに好ましくは０．００３６％であり、さらに好ましくは０．００３４％である。
ホウ素（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含有量が０．００２０％未満であれば、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、Ｂ含有量が０．００５０％を超えれば、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）が生成する。ボロン窒化物は鋼材の靭性を低下させる。
したがって、Ｂ含有量は０．００２０～０．００５０％である。
Ｂ含有量の好ましい下限は０．００２２％であり、さらに好ましくは０．００２４％であり、さらに好ましくは０．００２６％である。
Ｂ含有量の好ましい上限は０．００４６％であり、さらに好ましくは０．００４４％であり、さらに好ましくは０．００４２％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３８％であり、さらに好ましくは０．００３６％であり、さらに好ましくは０．００３４％である。
Ｏ：０．０１００％以下
酸素（Ｏ）は不可避に含有される不純物である。つまり、Ｏ含有量は０％超である。
Ｏは酸化物を形成して、鋼材の靭性を低下させる。Ｏ含有量が０．０１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の靭性が顕著に低下する。
したがって、Ｏ含有量は０．０１００％以下である。
Ｏ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｏ含有量を過剰に低減すれば、製造コストが高くなる。したがって、工業生産を考慮すれば、Ｏ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００２％である。
Ｏ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３０％である。
酸素（Ｏ）は不可避に含有される不純物である。つまり、Ｏ含有量は０％超である。
Ｏは酸化物を形成して、鋼材の靭性を低下させる。Ｏ含有量が０．０１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の靭性が顕著に低下する。
したがって、Ｏ含有量は０．０１００％以下である。
Ｏ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｏ含有量を過剰に低減すれば、製造コストが高くなる。したがって、工業生産を考慮すれば、Ｏ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００２％である。
Ｏ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３０％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、意図的に含有されるものではなく、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（Ｏｐｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｍｅｎｔｓ）について］
本実施形態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、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
希土類元素：０～０．０１００％、
Ｚｒ：０～０．０１００％、
Ｎｂ：０～０．５００％、
Ａｓ：０～０．０５００％、
Ｚｎ：０～０．０１００％、
Ｐｂ：０～０．０１００％、及び、
Ｓｂ：０～０．０１００％、からなる群から選択される１種以上を含有してもよい。
以下、各任意元素について説明する。
本実施形態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、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
希土類元素：０～０．０１００％、
Ｚｒ：０～０．０１００％、
Ｎｂ：０～０．５００％、
Ａｓ：０～０．０５００％、
Ｚｎ：０～０．０１００％、
Ｐｂ：０～０．０１００％、及び、
Ｓｂ：０～０．０１００％、からなる群から選択される１種以上を含有してもよい。
以下、各任意元素について説明する。
［第１群：Ｍｇ及び希土類元素（ＲＥＭ）］
本実施形態の二相ステンレス鋼材はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｍｇ及び希土類元素（ＲＥＭ）からなる群から選択される１種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼材の熱間加工性を高める。以下、Ｍｇ及びＲＥＭについて説明する。
本実施形態の二相ステンレス鋼材はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｍｇ及び希土類元素（ＲＥＭ）からなる群から選択される１種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼材の熱間加工性を高める。以下、Ｍｇ及びＲＥＭについて説明する。
Ｍｇ：０～０．０１００％
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。つまり、Ｍｇ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｍｇ含有量が０％超である場合、Ｍｇは介在物の形態を制御して、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０．０１００％を超えれば、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する。この場合、鋼材の靭性が低下する。
したがって、Ｍｇ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％以下である。
Ｍｇ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは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０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％であり、さらに好ましくは０．００６０％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。つまり、Ｍｇ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｍｇ含有量が０％超である場合、Ｍｇは介在物の形態を制御して、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０．０１００％を超えれば、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する。この場合、鋼材の靭性が低下する。
したがって、Ｍｇ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％以下である。
Ｍｇ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは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０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％であり、さらに好ましくは０．００６０％である。
希土類元素：０～０．０１００％
希土類元素（ＲＥＭ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、ＲＥＭ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、ＲＥＭ含有量が０％超である場合、ＲＥＭは介在物の形態を制御して、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０．０１００％を超えれば、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する。この場合、鋼材の靭性が低下する。
したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％以下である。
ＲＥＭ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００６％である。
ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００５０％であり、さらに好ましくは０．００４０％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。つまり、ＲＥＭ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、ＲＥＭ含有量が０％超である場合、ＲＥＭは介在物の形態を制御して、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０．０１００％を超えれば、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する。この場合、鋼材の靭性が低下する。
したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％以下である。
ＲＥＭ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００６％である。
ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００５０％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。
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。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である。
［第２群：Ｚｒ及びＮｂ］
本実施形態の二相ステンレス鋼材はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｚｒ及びＮｂからなる群から選択される１種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼材の強度を高める。以下、Ｚｒ及びＮｂについて説明する。
本実施形態の二相ステンレス鋼材はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｚｒ及びＮｂからなる群から選択される１種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼材の強度を高める。以下、Ｚｒ及びＮｂについて説明する。
Ｚｒ：０～０．０１００％
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。つまり、Ｚｒ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｚｒ含有量が０％超である場合、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０．０１００％を超えれば、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る。この場合、鋼材の靭性が低下する。
したがって、Ｚｒ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％以下である。
Ｚｒ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００２０％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。つまり、Ｚｒ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｚｒ含有量が０％超である場合、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０．０１００％を超えれば、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る。この場合、鋼材の靭性が低下する。
したがって、Ｚｒ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％以下である。
Ｚｒ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。
Ｎｂ：０～０．５００％
ニオブ（Ｎｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｎｂ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｎｂ含有量が０％超である場合、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０．５００％を超えれば、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る。この場合、鋼材の靭性が低下する。
したがって、Ｎｂ含有量は０～０．５００％であり、含有される場合、０．５００％以下である。
Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．００１％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％であり、さらに好ましくは０．００８％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。
Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．４００％であり、さらに好ましくは０．３００％であり、さらに好ましくは０．２００％であり、さらに好ましくは０．１５０％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。つまり、Ｎｂ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｎｂ含有量が０％超である場合、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０．５００％を超えれば、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る。この場合、鋼材の靭性が低下する。
したがって、Ｎｂ含有量は０～０．５００％であり、含有される場合、０．５００％以下である。
Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．００１％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％であり、さらに好ましくは０．００８％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。
Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．４００％であり、さらに好ましくは０．３００％であり、さらに好ましくは０．２００％であり、さらに好ましくは０．１５０％である。
［第３群：Ａｓ、Ｚｎ、Ｐｂ及びＳｂ］
本実施形態の二相ステンレス鋼材はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ａｓ、Ｚｎ、Ｐｂ及びＳｂからなる群から選択される１種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼材の耐全面腐食性を高める。以下、Ａｓ、Ｚｎ、Ｐｂ及びＳｂについて説明する。
本実施形態の二相ステンレス鋼材はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ａｓ、Ｚｎ、Ｐｂ及びＳｂからなる群から選択される１種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、いずれも、鋼材の耐全面腐食性を高める。以下、Ａｓ、Ｚｎ、Ｐｂ及びＳｂについて説明する。
Ａｓ：０～０．０５００％
ヒ素（Ａｓ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ａｓ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ａｓ含有量が０％超である場合、Ａｓは、超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性を高める。Ａｓ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、Ａｓ含有量が０．０５００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ａｓが粒界に偏析する。この場合、超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性が低下する。
したがって、Ａｓ含有量は０～０．０５００％であり、含有される場合、０．０５００％以下である。
Ａｓ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００２％である。
Ａｓ含有量の好ましい上限は０．０３００％であり、さらに好ましくは０．０１００％であり、さらに好ましくは０．００５０％であり、さらに好ましくは０．００２０％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
ヒ素（Ａｓ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ａｓ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ａｓ含有量が０％超である場合、Ａｓは、超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性を高める。Ａｓ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、Ａｓ含有量が０．０５００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、Ａｓが粒界に偏析する。この場合、超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性が低下する。
したがって、Ａｓ含有量は０～０．０５００％であり、含有される場合、０．０５００％以下である。
Ａｓ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００２％である。
Ａｓ含有量の好ましい上限は０．０３００％であり、さらに好ましくは０．０１００％であり、さらに好ましくは０．００５０％であり、さらに好ましくは０．００２０％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
Ｚｎ：０～０．０１００％
亜鉛（Ｚｎ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｚｎ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｚｎ含有量が０％超である場合、Ｚｎは、超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性を高める。Ｚｎ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、Ｚｎ含有量が０．０１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性が低下する。
したがって、Ｚｎ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％以下である。
Ｚｎ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００２％である。
Ｚｎ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。
亜鉛（Ｚｎ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｚｎ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｚｎ含有量が０％超である場合、Ｚｎは、超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性を高める。Ｚｎ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、Ｚｎ含有量が０．０１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性が低下する。
したがって、Ｚｎ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％以下である。
Ｚｎ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００２％である。
Ｚｎ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。
Ｐｂ：０～０．０１００％
鉛（Ｐｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｐｂ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｐｂ含有量が０％超である場合、Ｐｂは、超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性を高める。Ｐｂ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、Ｐｂ含有量が０．０１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、熱間加工後の鋼材表面に多数の疵が発生する。
したがって、Ｐｂ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％以下である。
Ｐｂ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００２％である。
Ｐｂ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。
鉛（Ｐｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｐｂ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｐｂ含有量が０％超である場合、Ｐｂは、超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性を高める。Ｐｂ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、Ｐｂ含有量が０．０１００％を超えれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、熱間加工後の鋼材表面に多数の疵が発生する。
したがって、Ｐｂ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％以下である。
Ｐｂ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００２％である。
Ｐｂ含有量の好ましい上限は０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。
Ｓｂ：０～０．０１００％
アンチモン（Ｓｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。つまり、Ｓｂ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｓｂ含有量が０％超である場合、Ｓｂは、超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性を高める。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、製造コストが極端に高まる。
したがって、Ｓｂ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％以下である。
Ｓｂ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは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。
Ｓｂ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００５０％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。つまり、Ｓｂ含有量は０％であってもよい。
含有される場合、つまり、Ｓｂ含有量が０％超である場合、Ｓｂは、超臨界腐食環境での鋼材の耐全面腐食性を高める。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、製造コストが極端に高まる。
したがって、Ｓｂ含有量は０～０．０１００％であり、含有される場合、０．０１００％以下である。
Ｓｂ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは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。
Ｓｂ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００７０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００５０％である。
［（特徴２）Ｆｎについて］
本実施形態の二相ステンレス鋼材ではさらに、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であることを前提として、つまり、特徴１を満たすことを前提として、次の特徴２を満たす。
（特徴２）
式（１）で定義されるＦｎが５７．０以上である。
Ｆｎ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
本実施形態の二相ステンレス鋼材ではさらに、化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内であることを前提として、つまり、特徴１を満たすことを前提として、次の特徴２を満たす。
（特徴２）
式（１）で定義されるＦｎが５７．０以上である。
Ｆｎ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
Ｆｎは、超臨界腐食環境での二相ステンレス鋼材の耐全面腐食性の指標である。上述のとおり、超臨界ＣＯ２ガスにＳＯＸガス及びＯ２ガスが含有されている超臨界腐食環境では、特徴１を満たす二相ステンレス鋼材中の元素のうち、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＮだけでなく、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ及びＳｎも、耐全面腐食性の向上に寄与する。
Ｆｎは、特徴１を満たす二相ステンレス鋼材において、超臨界腐食環境での各元素の耐全面腐食性への寄与度を考慮して設定されたパラメータ式である。図１を参照して、Ｆｎが５７．０未満である場合、超臨界腐食環境での耐全面腐食性の指標である腐食速度が速い。つまり、Ｆｎが５７．０未満である場合、特徴１及び特徴３を満たしていても、超臨界腐食環境における耐全面腐食性が低い。一方、Ｆｎが５７．０以上である場合、腐食速度が顕著に遅くなる。つまり、Ｆｎが５７．０以上である場合、超臨界腐食環境での耐全面腐食性が顕著に高まる。したがって、Ｆｎは５７．０以上である。
Ｆｎの好ましい下限は５７．５であり、さらに好ましくは５８．０であり、さらに好ましくは５８．５であり、さらに好ましくは５９．０である。
［（特徴３）総個数密度ＮＤについて］
本実施形態の二相ステンレス鋼材ではさらに、特徴１及び特徴２を満たし、さらに、次の特徴３を満たす。
（特徴３）
円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物、及び、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物の１ｍｍ２当たりの総個数が、０．５０個／ｍｍ２以下である。
本実施形態の二相ステンレス鋼材ではさらに、特徴１及び特徴２を満たし、さらに、次の特徴３を満たす。
（特徴３）
円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物、及び、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物の１ｍｍ２当たりの総個数が、０．５０個／ｍｍ２以下である。
ここで、二相ステンレス鋼材中の介在物のうち、Ｍｎ硫化物、及び、Ｃａ硫化物を次のとおり定義する。
Ｍｎ硫化物：介在物の質量％を１００％とした場合に、質量％でＭｎ含有量が１０％以上であり、Ｓ含有量が１０％以上である介在物
Ｃａ硫化物：介在物の質量％を１００％とした場合に、質量％でＣａ含有量が２０％以上であり、Ｓ含有量が１０％以上であり、Ｍｎ含有量が１０％未満である介在物
Ｍｎ硫化物：介在物の質量％を１００％とした場合に、質量％でＭｎ含有量が１０％以上であり、Ｓ含有量が１０％以上である介在物
Ｃａ硫化物：介在物の質量％を１００％とした場合に、質量％でＣａ含有量が２０％以上であり、Ｓ含有量が１０％以上であり、Ｍｎ含有量が１０％未満である介在物
本実施形態の二相ステンレス鋼材では、鋼材中の介在物のうち、超臨界腐食環境で溶解して表層に凹みを形成しやすいサイズのＭｎ硫化物及びＣａ硫化物の単位面積当たりの総個数密度（個／ｍｍ２）を低くする。
二相ステンレス鋼材中のＭｎ硫化物は、二相ステンレス鋼材の長手方向（圧延方向）に延びている。一方、二相ステンレス鋼材中のＣａ硫化物は球状である。そのため、Ｍｎ硫化物とＣａ硫化物とでは、孔食の起点となる凹みを形成しやすいサイズが異なる。
Ｍｎ硫化物及びＣａ硫化物の面積を円に換算したときの直径を円相当径と定義する。化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内の二相ステンレス鋼材である場合、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物の単位面積（１ｍｍ２）当たりの個数と、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物との単位面積（１ｍｍ２）当たりの個数とが、超臨界腐食環境での耐孔食性と強く相関する。
本明細書において、鋼材中の複数のＭｎ硫化物及び複数のＣａ硫化物のうち、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物の単位面積（１ｍｍ２）当たりの個数と、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物の単位面積（１ｍｍ２）当たりの個数との合計（総個数）を、「総個数密度ＮＤ」（単位は個／ｍｍ２）と定義する。
この場合、本実施形態の鋼材では、総個数密度ＮＤが０．５０個／ｍｍ２以下である。換言すれば、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物及び円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物の１ｍｍ２当たりの総個数が０．５０個／ｍｍ２以下である。
総個数密度ＮＤが０．５０個／ｍｍ２を超えれば、二相ステンレス鋼材が特徴１及び特徴２を満たしても、超臨界腐食環境において、鋼材表層のＭｎ硫化物及びＣａ硫化物が溶解しやすい。その結果、二相ステンレス鋼材の表面に、孔食の起点となる凹みが生成しやすい。そのため、超臨界腐食環境において、二相ステンレス鋼材の耐孔食性が低下する。
総個数密度ＮＤが０．５０個／ｍｍ２以下であれば、二相ステンレス鋼材が特徴１及び特徴２を満たすことを前提として、超臨界腐食環境で溶解しやすいサイズのＭｎ硫化物及びＣａ硫化物の総個数密度が十分に低い。そのため、超臨界腐食環境において、二相ステンレス鋼材の表層に、Ｍｎ硫化物及びＣａ硫化物の溶解に起因する凹みが生成しにくい。その結果、超臨界腐食環境において、二相ステンレス鋼材の耐孔食性が十分に高まる。
総個数密度ＮＤの好ましい上限は０．４９個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは０．４８個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは０．４７個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは０．４６個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは０．４５個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは０．４４個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは０．４３個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは０．４２個／ｍｍ２である。
総個数密度ＮＤはなるべく少ない方が好ましい。しかしながら、総個数密度ＮＤの過剰な低減は、製造コストを顕著に高める。したがって、製造コストを考慮した場合、総個数密度ＮＤの好ましい下限は０．０１個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは０．０５個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは０．１０個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは０．１５個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは０．２０個／ｍｍ２である。
［総個数密度ＮＤの測定方法］
円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物及び円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物の総個数密度ＮＤは次の方法により測定できる。
初めに、二相ステンレス鋼材において、次の試験片採取位置から試験片を採取する。
鋼材が鋼管である場合、肉厚中央位置から試験片を採取する。鋼材が丸鋼（Ｒｏｕｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｂａｒ）である場合、Ｒ／２位置から試験片を採取する。丸鋼とは、軸方向に垂直な断面が円形状である中実の鋼材である。Ｒ／２位置とは、丸鋼の軸方向に垂直な断面において、半径Ｒの中央位置を意味する。鋼材が鋼板である場合、板厚中央位置から試験片を採取する。
円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物及び円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物の総個数密度ＮＤは次の方法により測定できる。
初めに、二相ステンレス鋼材において、次の試験片採取位置から試験片を採取する。
鋼材が鋼管である場合、肉厚中央位置から試験片を採取する。鋼材が丸鋼（Ｒｏｕｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｂａｒ）である場合、Ｒ／２位置から試験片を採取する。丸鋼とは、軸方向に垂直な断面が円形状である中実の鋼材である。Ｒ／２位置とは、丸鋼の軸方向に垂直な断面において、半径Ｒの中央位置を意味する。鋼材が鋼板である場合、板厚中央位置から試験片を採取する。
採取した試験片を樹脂埋めする。鋼材が鋼管である場合、試験片の表面のうち、管軸方向及び肉厚方向を含む面を観察面とする。鋼材が丸鋼である場合、試験片の表面のうち、軸方向及び径方向を含む面を観察面とする。鋼材が鋼板である場合、圧延方向及び板厚方向を含む面を観察面とする。
樹脂埋めされた鋼材の観察面を研磨する。研磨後の観察面のうち、任意の１０視野を観察する。各視野の面積は３６ｍｍ２（６ｍｍ×６ｍｍ）とする。
各視野において、介在物の個数を求める。具体的には、視野中の各介在物について、元素濃度分析（ＥＤＳ分析）を実施して、介在物の種類を特定する。ＥＤＳ分析では、加速電圧を２０ｋＶとし、分析対象の元素をＮ、Ｏ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｒ、Ｎｂとする。
各介在物のＥＤＳ分析結果に基づいて、その介在物がＭｎ硫化物であるか、Ｃａ硫化物であるかを特定する。
質量％でＭｎ含有量が１０％以上であり、かつ、Ｓ含有量が１０％以上である場合、その介在物を「Ｍｎ硫化物」と特定する。
質量％でＣａ含有量が２０％以上であり、Ｓ含有量が１０％以上であり、さらに、Ｍｎ含有量が１０％未満である場合、その介在物を「Ｃａ硫化物」と特定する。
質量％でＭｎ含有量が１０％以上であり、かつ、Ｓ含有量が１０％以上である場合、その介在物を「Ｍｎ硫化物」と特定する。
質量％でＣａ含有量が２０％以上であり、Ｓ含有量が１０％以上であり、さらに、Ｍｎ含有量が１０％未満である場合、その介在物を「Ｃａ硫化物」と特定する。
１０視野で特定されたＭｎ硫化物のうち、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物の総個数を求める。さらに、１０視野で測定されたＣａ硫化物のうち、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物の総個数を求める。円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物の総個数と、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物の総個数と、１０視野の総面積とに基づいて、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物及び円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物の単位面積当たりの総個数密度ＮＤ（個／ｍｍ２）を求める。
総個数密度ＮＤの測定は、走査電子顕微鏡に組成分析機能が付与された装置（ＳＥＭ－ＥＤＳ装置）を用いて行うことができる。ＳＥＭ－ＥＤＳ装置として例えば、ＦＥＩ（ＡＳＰＥＸ）社製の介在物自動分析装置である商品名：Ｍｅｔａｌｓ Ｑｕａｌｉｔｙ Ａｎａｌｙｚｅｒを用いることができる。
［ミクロ組織（Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）］
本実施形態の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。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。例えば、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、析出物や介在物の面積率は、フェライト及びオーステナイトの面積率と比較して、無視できるほど小さい。つまり、本実施形態による二相ステンレス鋼材のミクロ組織には、フェライト及びオーステナイト以外に、析出物や介在物等が少量含有されている。
本実施形態の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。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。例えば、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、析出物や介在物の面積率は、フェライト及びオーステナイトの面積率と比較して、無視できるほど小さい。つまり、本実施形態による二相ステンレス鋼材のミクロ組織には、フェライト及びオーステナイト以外に、析出物や介在物等が少量含有されている。
本実施形態の二相ステンレス鋼材のミクロ組織中のフェライトの面積率、及び、オーステナイトの面積率は特に限定されない。二相ステンレス鋼材が特徴１を満たす場合、ミクロ組織中のフェライトの面積率及びオーステナイトの面積率はある程度の範囲内に自ずと決まる。本実施形態の二相ステンレス鋼材のミクロ組織中のフェライトの面積率は例えば、３０～７０％である。オーステナイトの面積率は例えば、３０～７０％である。
［ミクロ組織観察方法］
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面積率及びオーステナイトの面積率は、次の方法で求めることができる。
二相ステンレス鋼材の以下の試験片採取位置から試験片を採取する。鋼材が鋼管である場合、肉厚中央位置から試験片を採取する。鋼材が丸鋼である場合、Ｒ／２位置から試験片を採取する。鋼材が鋼板である場合、板厚中央位置から試験片を採取する。
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面積率及びオーステナイトの面積率は、次の方法で求めることができる。
二相ステンレス鋼材の以下の試験片採取位置から試験片を採取する。鋼材が鋼管である場合、肉厚中央位置から試験片を採取する。鋼材が丸鋼である場合、Ｒ／２位置から試験片を採取する。鋼材が鋼板である場合、板厚中央位置から試験片を採取する。
採取した試験片を樹脂埋めする。鋼材が鋼管である場合、試験片の表面のうち、管軸方向及び肉厚方向を含む面を観察面とする。鋼材が丸鋼である場合、試験片の表面のうち、軸方向及び径方向を含む面を観察面とする。鋼材が鋼板である場合、圧延方向及び板厚方向を含む面を観察面とする。
樹脂埋めされた鋼材の観察面を研磨する。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、ミクロ組織を現出させる。ミクロ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。各視野の面積は特に限定されないが、例えば、６．２５×１０４μｍ２（倍率４００倍）である。
各視野において、コントラストに基づいて、フェライト及びオーステナイトを特定する。特定したフェライト及びオーステナイトの面積率を求める。特定したフェライト及びオーステナイトの面積率を求める方法は特に限定されず、周知の方法でよい。例えば、画像解析によっても求めることができる。本実施形態では、全ての視野で求めた、フェライトの面積率の算術平均値を、フェライトの面積率（％）と定義する。そして、以下の式に基づいて、オーステナイトの面積率を求める。
オーステナイトの面積率（％）＝１００－フェライトの面積率（％）
オーステナイトの面積率（％）＝１００－フェライトの面積率（％）
［本実施形態の二相ステンレス鋼材の効果］
以上の説明のとおり、本実施形態の二相ステンレス鋼材は、特徴１～特徴３を満たす。
（特徴１）
化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である。
（特徴２）
式（１）で定義されるＦｎが５７．０以上である。
Ｆｎ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
（特徴３）
円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物及び円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物の総個数密度ＮＤが、０．５０個／ｍｍ２以下である。
これらの特徴を満たすことにより、本実施形態の二相ステンレス鋼材は、超臨界腐食環境において、優れた耐全面腐食性及び優れた耐孔食性を有する。
以上の説明のとおり、本実施形態の二相ステンレス鋼材は、特徴１～特徴３を満たす。
（特徴１）
化学組成中の各元素含有量が本実施形態の範囲内である。
（特徴２）
式（１）で定義されるＦｎが５７．０以上である。
Ｆｎ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
（特徴３）
円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物及び円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物の総個数密度ＮＤが、０．５０個／ｍｍ２以下である。
これらの特徴を満たすことにより、本実施形態の二相ステンレス鋼材は、超臨界腐食環境において、優れた耐全面腐食性及び優れた耐孔食性を有する。
［超臨界腐食環境での耐全面腐食性について］
本明細書において、超臨界腐食環境において優れた耐全面腐食性を示す、とは、後述する超臨界腐食環境での耐食性試験において、腐食速度が０．１００ｍｍ／年以下になることを意味する。
本明細書において、超臨界腐食環境において優れた耐全面腐食性を示す、とは、後述する超臨界腐食環境での耐食性試験において、腐食速度が０．１００ｍｍ／年以下になることを意味する。
［超臨界腐食環境での耐孔食性について］
本明細書において、超臨界腐食環境において優れた耐孔食性を示す、とは、後述する超臨界腐食環境での耐食性試験を実施した後の二相ステンレス鋼材（試験片）の表面に孔食が確認されないことを意味する。
本明細書において、超臨界腐食環境において優れた耐孔食性を示す、とは、後述する超臨界腐食環境での耐食性試験を実施した後の二相ステンレス鋼材（試験片）の表面に孔食が確認されないことを意味する。
［超臨界腐食環境での耐食性試験］
超臨界腐食環境での耐食性試験は次の方法で実施する。
二相ステンレス鋼材の次に示す試験片採取位置から試験片を採取する。二相ステンレス鋼材が鋼管である場合、肉厚中央位置から試験片を採取する。二相ステンレス鋼材が丸鋼である場合、Ｒ／２位置から試験片を採取する。二相ステンレス鋼材が鋼板である場合、板厚中央位置から試験片を採取する。試験片のサイズは特に限定されないが、例えば、長さ：３０ｍｍ、幅：２０ｍｍ、厚さ：２ｍｍとする。
超臨界腐食環境での耐食性試験は次の方法で実施する。
二相ステンレス鋼材の次に示す試験片採取位置から試験片を採取する。二相ステンレス鋼材が鋼管である場合、肉厚中央位置から試験片を採取する。二相ステンレス鋼材が丸鋼である場合、Ｒ／２位置から試験片を採取する。二相ステンレス鋼材が鋼板である場合、板厚中央位置から試験片を採取する。試験片のサイズは特に限定されないが、例えば、長さ：３０ｍｍ、幅：２０ｍｍ、厚さ：２ｍｍとする。
体積％で０．２５％のＳＯ２ガスと体積％で４．０％のＯ２ガスとを飽和させた５質量％のＮａＣｌ（塩化ナトリウム）水溶液を、試験液として準備する。オートクレーブ内に試験液を収納する。試験液中に試験片を浸漬し、オートクレーブ内に、全圧１３０ｂａｒ、１００℃のＣＯ２ガス（超臨界ガス）を加圧封入して、腐食試験を開始する。試験時間は９６時間とする。また、試験中のオートクレーブ内の温度を１００℃に維持する。
試験時間経過後の試験片の質量を測定する。試験開始前の試験片の質量、試験時間経過後の試験片の質量、試験片の密度、試験片の表面積、及び、試験時間に基づいて、腐食速度（ｍｍ／年）を求める。腐食速度が０．１００ｍｍ／年以下である場合、超臨界腐食環境での耐全面腐食性に優れると判定する。
さらに試験終了後の試験片の表面を、拡大率が１０倍のルーペで観察して、孔食の有無を確認する。ルーペ観察で孔食が疑われる箇所がある場合、孔食が疑われる箇所の断面を１００倍の光学顕微鏡で観察して、孔食の有無を確認する。試験片の全表面において孔食が確認されない場合、超臨界腐食環境において耐孔食性に優れると判定する。
［二相ステンレス鋼材の形状及び用途］
本実施形態による二相ステンレス鋼材は、鋼管、丸鋼（中実材）、又は鋼板である。鋼管は継目無鋼管であってもよいし、溶接鋼管であってもよい。本実施形態の二相ステンレス鋼材は例えば、ＣＣＵＳの貯留技術用途に適する。
本実施形態による二相ステンレス鋼材は、鋼管、丸鋼（中実材）、又は鋼板である。鋼管は継目無鋼管であってもよいし、溶接鋼管であってもよい。本実施形態の二相ステンレス鋼材は例えば、ＣＣＵＳの貯留技術用途に適する。
［製造方法］
本実施形態の二相ステンレス鋼材の製造方法の一例を説明する。なお、以下に説明する製造方法は一例であって、本実施形態の二相ステンレス鋼材の製造方法はこれに限定されない。つまり、上述の構成を有する本実施形態の二相ステンレス鋼材が製造できれば、以下に説明する製造方法に限定されない。ただし、以下に説明する製造方法は、本実施形態の二相ステンレス鋼材を製造する好適な製造方法である。
本実施形態の二相ステンレス鋼材の製造方法の一例を説明する。なお、以下に説明する製造方法は一例であって、本実施形態の二相ステンレス鋼材の製造方法はこれに限定されない。つまり、上述の構成を有する本実施形態の二相ステンレス鋼材が製造できれば、以下に説明する製造方法に限定されない。ただし、以下に説明する製造方法は、本実施形態の二相ステンレス鋼材を製造する好適な製造方法である。
本実施形態の鋼材の製造方法の一例は、次の工程を含む。
（工程１）製鋼工程
（工程２）熱間加工工程
（工程３）溶体化処理工程
以下、各工程について説明する。
（工程１）製鋼工程
（工程２）熱間加工工程
（工程３）溶体化処理工程
以下、各工程について説明する。
［（工程１）製鋼工程］
製鋼工程は、次の工程を含む。
（工程１１）溶鋼を製造する工程（精錬工程）
（工程１２）溶鋼を用いて鋳造法により素材を製造する工程（素材製造工程）
製鋼工程は、次の工程を含む。
（工程１１）溶鋼を製造する工程（精錬工程）
（工程１２）溶鋼を用いて鋳造法により素材を製造する工程（素材製造工程）
［（工程１１）精錬工程］
精錬工程では初めに、Ｃｒを含有する溶鋼を取鍋に収納して、取鍋内の溶鋼に対して、大気圧下で脱炭処理を実施する（粗脱炭精錬工程）。粗脱炭精錬工程での脱炭処理により、スラグが生成する。粗脱炭精錬工程後の溶鋼の液面には、脱炭処理により生成したスラグが浮上している。粗脱炭精錬工程において、溶鋼中のＣｒが酸化してＣｒ２Ｏ３が生成する。Ｃｒ２Ｏ３はスラグ中に吸収される。そこで、取鍋に脱酸剤を添加して、スラグ中のＣｒ２Ｏ３を還元し、Ｃｒを溶鋼中に回収する（Ｃｒ還元処理工程）。
精錬工程では初めに、Ｃｒを含有する溶鋼を取鍋に収納して、取鍋内の溶鋼に対して、大気圧下で脱炭処理を実施する（粗脱炭精錬工程）。粗脱炭精錬工程での脱炭処理により、スラグが生成する。粗脱炭精錬工程後の溶鋼の液面には、脱炭処理により生成したスラグが浮上している。粗脱炭精錬工程において、溶鋼中のＣｒが酸化してＣｒ２Ｏ３が生成する。Ｃｒ２Ｏ３はスラグ中に吸収される。そこで、取鍋に脱酸剤を添加して、スラグ中のＣｒ２Ｏ３を還元し、Ｃｒを溶鋼中に回収する（Ｃｒ還元処理工程）。
粗脱炭精錬工程及びＣｒ還元処理工程は例えば、電気炉法、転炉法、又は、ＡＯＤ（Ａｒｇｏｎ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）法により実施する。Ｃｒ還元処理工程後、溶鋼からスラグを除滓する（除滓処理工程）。
二相ステンレス鋼材のように、Ｃｒを多量に含有する鋼材の場合、Ｃｒにより溶鋼中のＣ活量が低下する。そのため、溶鋼での脱炭反応が抑制されてしまう。そこで、除滓処理工程後の溶鋼に対してさらに、仕上げの脱炭処理を実施する（仕上げ脱炭精錬工程）。仕上げ脱炭精錬工程では、減圧下において脱炭処理を実施する。減圧下で脱炭処理を実施すれば、雰囲気中のＣＯガス分圧（ＰＣＯ）が低くなり、溶鋼中のＣｒの酸化が抑制される。そのため、減圧下で脱炭処理を実施すれば、Ｃｒの酸化を抑制しつつ、溶鋼中のＣ濃度をさらに下げることができる。仕上げ脱炭精錬工程後、溶鋼に脱酸剤を添加して、スラグ中のＣｒ２Ｏ３を還元するＣｒ還元処理を再び実施する（Ｃｒ還元処理工程）。
仕上げ脱炭精錬工程、及び、仕上げ脱炭精錬工程後のＣｒ還元処理工程は例えば、ＶＯＤ（Ｖａｃｕｕｍ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）法により実施してもよく、ＲＨ（Ｒｕｈｒｓｔａｈｌ－Ｈｅｒａｅｕｓ）法により実施してもよい。
Ｃｒ還元処理工程後、取鍋中の溶鋼に対して最終の成分調整と素材製造工程前の溶鋼の温度調整とを実施する（成分調整工程）。成分調整工程は例えば、ＬＴ（Ｌａｄｌｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）により実施する。成分調整工程の後半で、溶鋼中にＣａを添加する。ここで、Ｃａを添加してから溶鋼内にＣａが均一に分散するまでの時間を「均一混合時間」τと定義する。均一混合時間τは次の式（Ａ）により求めることができる。
τ＝８００×ε－０．４ （Ａ）
ここで、εはＬＴにおける溶鋼の撹拌動力密度であり、式（Ｂ）により定義される。
ε＝２８．５（Ｑ／Ｗ）×Ｔ×ｌｏｇ（１＋Ｈ／１．４８） （Ｂ）
ここで、Ｑは上吹きガス流量（Ｎｍ３／ｍｉｎ）である。Ｗは溶鋼質量（ｔ）である。Ｔは溶鋼温度（Ｋ）である。Ｈは取鍋内の溶鋼の深さ（鋼浴深さ）（ｍ）である。
τ＝８００×ε－０．４ （Ａ）
ここで、εはＬＴにおける溶鋼の撹拌動力密度であり、式（Ｂ）により定義される。
ε＝２８．５（Ｑ／Ｗ）×Ｔ×ｌｏｇ（１＋Ｈ／１．４８） （Ｂ）
ここで、Ｑは上吹きガス流量（Ｎｍ３／ｍｉｎ）である。Ｗは溶鋼質量（ｔ）である。Ｔは溶鋼温度（Ｋ）である。Ｈは取鍋内の溶鋼の深さ（鋼浴深さ）（ｍ）である。
成分調整工程において、取鍋中の溶鋼温度を１５００～１７００℃に保持する。さらに、Ｃａを溶鋼内に投入し、均一混合時間τが経過してからの保持時間を「保持時間ｔ」（秒）と定義する。この場合、本実施形態では、均一混合時間τが経過してからの保持時間ｔを６０秒以上とする。
保持時間ｔが６０秒未満である場合、溶鋼に添加したＣａが、溶鋼中のＭｎ硫化物を十分に改質できない。この場合、粗大なＭｎ硫化物が多数鋼材中に残存してしまう。そのため、二相ステンレス鋼材中において、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物の単位面積当たりの個数が過剰に多くなる。そのため、総個数密度ＮＤが０．５０個／ｍｍ２を超えてしまう。又は、Ｍｎ硫化物がＣａと反応して改質が進み、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物の単位面積当たりの個数は少なくなるものの、Ｓと結合して生成した粗大なＣａ硫化物がスラグに十分に吸収されずに溶鋼中に残存してしまう。その結果、総個数密度ＮＤが０．５０個／ｍｍ２を超えてしまう。
一方、保持時間ｔが６０秒以上である場合、溶鋼に添加したＣａが、溶鋼中のＭｎ硫化物を十分に改質する。その結果、粗大なＭｎ硫化物の個数が低減する。そのため、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物の単位面積当たりの個数が十分に少なくなる。さらに、Ｓと結合して生成した粗大なＣａ硫化物が、溶鋼中を浮上してスラグに吸収される時間を十分に確保できる。そのため、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物の単位面積当たりの個数も十分に少なくなる。その結果、総個数密度ＮＤ（個／ｍｍ２）が０．５０個／ｍｍ２以下となる。
以上のとおり、本実施形態の成分調整工程では、均一混合時間τが経過してからの保持時間ｔを６０秒以上とする。なお、本実施形態の成分調整工程において、均一混合時間τが経過してからの保持時間ｔの上限は特に限定されないが、例えば、３６００秒である。
［（工程１２）素材製造工程］
上述の精錬工程により製造された溶鋼を用いて、素材（鋳片又はインゴット）を製造する。具体的には、溶鋼を用いて連続鋳造法により鋳片を製造する。鋳片はスラブでもよいし、ブルームでもよいし、ビレットでもよい。又は、溶鋼を用いて造塊法によりインゴットとしてもよい。鋳片又はインゴットに対してさらに、分塊圧延等を実施して、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。
上述の精錬工程により製造された溶鋼を用いて、素材（鋳片又はインゴット）を製造する。具体的には、溶鋼を用いて連続鋳造法により鋳片を製造する。鋳片はスラブでもよいし、ブルームでもよいし、ビレットでもよい。又は、溶鋼を用いて造塊法によりインゴットとしてもよい。鋳片又はインゴットに対してさらに、分塊圧延等を実施して、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。
［（工程２）熱間加工工程］
熱間加工工程では、素材を熱間加工して中間鋼材を製造する。二相ステンレス鋼材が鋼管である場合、中間鋼材は素管に相当する。初めに、素材を加熱炉で加熱する。加熱温度は特に限定されないが、例えば、１１００～１３００℃である。
熱間加工工程では、素材を熱間加工して中間鋼材を製造する。二相ステンレス鋼材が鋼管である場合、中間鋼材は素管に相当する。初めに、素材を加熱炉で加熱する。加熱温度は特に限定されないが、例えば、１１００～１３００℃である。
加熱炉から抽出された素材であるビレットに対して熱間加工を実施して、中間鋼材である素管（継目無鋼管）を製造する。熱間加工の方法は、特に限定されず、周知の方法でよい。例えば、熱間加工としてマンネスマン法を実施し、素管を製造する。この場合、穿孔機によりビレットを穿孔圧延する。穿孔圧延する場合、穿孔比は特に限定されないが、例えば、１．０～４．０である。
穿孔圧延されたビレットをさらに、マンドレルミル、レデューサ、サイジングミル等により熱間圧延して素管にする。熱間加工工程での累積の減面率は例えば、２０～７０％である。
熱間加工として熱間押出を実施する場合、例えば、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を実施して、素管を製造してもよい。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。例えば、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。
鋼材が丸鋼である場合、初めに、素材を加熱炉で加熱する。加熱温度は特に限定されないが、例えば、１１００～１３００℃である。加熱炉から抽出された素材に対して熱間加工を実施して、中間鋼材である丸鋼を製造する。熱間加工は例えば、分塊圧延機による分塊圧延、及び／又は、連続圧延機による熱間圧延である。連続圧延機は、上下方向に並んで配置された一対の孔型ロールを有する水平スタンドと、水平方向に並んで配置された一対の孔型ロールを有する垂直スタンドとが交互に配列されている。
鋼材が鋼板である場合、初めに、素材を加熱炉で加熱する。加熱温度は特に限定されないが、例えば、１１００～１３００℃である。加熱炉から抽出された素材に対して、分塊圧延機、及び、連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して、中間鋼材である鋼板を製造する。
熱間加工により製造された中間鋼材は常温まで冷却されてもよい。熱間加工により製造された中間鋼材は、常温まで冷却せずに、熱間加工後に補熱（再加熱）した後、次工程の溶体化処理を実施してもよい。
［（工程３）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中間鋼材に対して、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。例えば、中間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、中間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。この場合さらに、溶体化処理を実施する時間（溶体化時間）とは、中間鋼材が溶体化温度で保持される時間を意味する。
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。例えば、中間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、中間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。この場合さらに、溶体化処理を実施する時間（溶体化時間）とは、中間鋼材が溶体化温度で保持される時間を意味する。
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温度を９００～１２００℃とする。この場合、溶体化処理後の二相ステンレス鋼材に析出物（例えば、金属間化合物であるσ相等）が残存しにくい。
中間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。溶体化時間は例えば、５～１８０分である。急冷方法は、例えば、水冷である。
［その他の工程］
本実施形態による二相ステンレス鋼材の製造方法では、上記以外の製造工程を含んでもよい。例えば、熱間加工工程の後、溶体化処理工程の前の中間鋼材に対して、冷間加工を実施してもよい。冷間加工は、例えば、冷間引抜であってもよく、冷間圧延であってもよい。また、溶体化処理工程の後の中間鋼材に対して、冷間加工を実施してもよい。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の製造方法では、上記以外の製造工程を含んでもよい。例えば、熱間加工工程の後、溶体化処理工程の前の中間鋼材に対して、冷間加工を実施してもよい。冷間加工は、例えば、冷間引抜であってもよく、冷間圧延であってもよい。また、溶体化処理工程の後の中間鋼材に対して、冷間加工を実施してもよい。
溶体化処理工程の後に、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。酸洗処理を実施する場合、製造された二相ステンレス鋼材の表面に不動態皮膜が形成される。
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を製造できる。
実施例により本実施形態の二相ステンレス鋼材の一態様の効果をさらに具体的に説明する。以下の実施例での条件は、本実施形態の二相ステンレス鋼材の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。したがって、本実施形態の二相ステンレス鋼材はこの一条件例に限定されない。
表１－１及び表１－２に示す化学組成を有する二相ステンレス鋼材（継目無鋼管）を、次の方法で製造した。
表１－１及び表１－２中の「化学組成」欄の「－」は、対応する元素含有量が、実施形態に規定の有効数字（最小桁までの数値）において、０％であることを意味する。換言すれば、対応する元素含有量において、上述の実施形態で規定の有効数字（最小桁までの数値）での端数を四捨五入した場合に０％であることを意味する。
各試験番号の溶鋼は次のとおり製造した。Ｃｒを含有する溶鋼を取鍋に収納して、ＡＯＤ法により周知の粗脱炭精錬工程及びＣｒ還元処理工程を実施した。Ｃｒ還元処理工程後、溶鋼からスラグを除滓する除滓処理工程を実施した。さらに、ＶＯＤ法により、周知の仕上げ脱炭精錬工程及びＣｒ還元処理工程を実施した。
ＶＯＤ法によるＣｒ還元処理工程後、ＬＴにより、取鍋中の溶鋼に対して最終の成分調整と素材製造工程前の溶鋼の温度調整とを実施した。溶鋼温度はいずれも１５００～１７００℃であった。さらに、溶鋼中にＣａを添加した。Ｃａを添加した後、均一混合時間τ経過後の保持時間ｔ（秒）を表２に示すとおり調整した。以上の工程により、各試験番号の溶鋼を製造した。
溶鋼を用いて、外径３１０ｍｍのビレットを製造した。製造したビレットを１２５０℃に加熱した後、マンネスマン法により熱間圧延し、外径２４４．４８ｍｍ、肉厚１３．８４ｍｍの素管（継目無鋼管）を製造した。
素管に対して溶体化処理を実施した。溶体化温度は１０８０℃であり、溶体化時間は１５分とした。溶体化時間経過後の素管を水冷した。以上の工程により、各試験番号の鋼材（継目無鋼管）を製造した。
［評価試験］
各試験番号の鋼材に対して、次の評価試験を実施した。
（試験１）ミクロ組織観察試験
（試験２）総個数密度ＮＤ測定試験
（試験３）超臨界腐食環境での耐食性試験
以下、各試験について説明する。
各試験番号の鋼材に対して、次の評価試験を実施した。
（試験１）ミクロ組織観察試験
（試験２）総個数密度ＮＤ測定試験
（試験３）超臨界腐食環境での耐食性試験
以下、各試験について説明する。
［（試験１）ミクロ組織観察試験］
各試験番号の二相ステンレス鋼材のミクロ組織観察を、上述の［ミクロ組織観察方法］に基づいて実施した。１０視野の各視野の面積は６．２５×１０４μｍ２とした。その結果、全ての試験番号の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ミクロ組織であった。また、ミクロ組織中のフェライト面積率はいずれの試験番号においても、３０～７０％であった。
各試験番号の二相ステンレス鋼材のミクロ組織観察を、上述の［ミクロ組織観察方法］に基づいて実施した。１０視野の各視野の面積は６．２５×１０４μｍ２とした。その結果、全ての試験番号の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ミクロ組織であった。また、ミクロ組織中のフェライト面積率はいずれの試験番号においても、３０～７０％であった。
［（試験２）総個数密度ＮＤ測定試験］
各試験番号の二相ステンレス鋼材の総個数密度ＮＤの測定を、上述の［総個数密度ＮＤの測定方法］に基づいて実施した。得られた総個数密度ＮＤ（個／ｍｍ２）を表２の「総個数密度ＮＤ（個／ｍｍ２）」欄に示す。
各試験番号の二相ステンレス鋼材の総個数密度ＮＤの測定を、上述の［総個数密度ＮＤの測定方法］に基づいて実施した。得られた総個数密度ＮＤ（個／ｍｍ２）を表２の「総個数密度ＮＤ（個／ｍｍ２）」欄に示す。
［（試験３）超臨界腐食環境での耐食性試験］
各試験番号の二相ステンレス鋼材に対して、上述の［超臨界腐食環境での耐食性試験］に記載の耐食性試験を実施し、腐食速度（ｍｍ／年）を求めた。なお、試験片のサイズは、長さ：３０ｍｍ、幅：２０ｍｍ、厚さ：２ｍｍとした。得られた腐食速度（ｍｍ／年）を表２中の「腐食速度（ｍｍ／年）」欄に示す。さらに、上述の方法により、耐食性試験後の試験片の表面の孔食の有無を確認した。孔食の有無の判定結果を表２中の「孔食有無」欄に示す。「無し」は試験片の表面に孔食が確認されなかったことを意味する。「有り」は試験片の表面のいずれかに孔食が確認されたことを意味する。なお、腐食速度が０．１００ｍｍ／年を超えた場合、鋼材表面で全面腐食が進行しているため、孔食の有無の確認が困難となる。そのため、腐食速度が０．１００ｍｍ／年を超えた試験番号の二相ステンレス鋼材については、孔食の有無を確認しなかった。表２中の「孔食有無」欄において、「－」は孔食の有無を確認しなかったことを意味する。
各試験番号の二相ステンレス鋼材に対して、上述の［超臨界腐食環境での耐食性試験］に記載の耐食性試験を実施し、腐食速度（ｍｍ／年）を求めた。なお、試験片のサイズは、長さ：３０ｍｍ、幅：２０ｍｍ、厚さ：２ｍｍとした。得られた腐食速度（ｍｍ／年）を表２中の「腐食速度（ｍｍ／年）」欄に示す。さらに、上述の方法により、耐食性試験後の試験片の表面の孔食の有無を確認した。孔食の有無の判定結果を表２中の「孔食有無」欄に示す。「無し」は試験片の表面に孔食が確認されなかったことを意味する。「有り」は試験片の表面のいずれかに孔食が確認されたことを意味する。なお、腐食速度が０．１００ｍｍ／年を超えた場合、鋼材表面で全面腐食が進行しているため、孔食の有無の確認が困難となる。そのため、腐食速度が０．１００ｍｍ／年を超えた試験番号の二相ステンレス鋼材については、孔食の有無を確認しなかった。表２中の「孔食有無」欄において、「－」は孔食の有無を確認しなかったことを意味する。
［評価結果］
表１－１、表１－２及び表２を参照して、試験番号１～２０の二相ステンレス鋼材では、化学組成中の各元素含有量が適切であった。さらに、Ｆｎが５７．０以上であった。さらに、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物及び円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物の総個数密度ＮＤが０．５０個／ｍｍ２以下であった。その結果、超臨界腐食環境での耐食性試験において、腐食速度が０．１００ｍｍ／年以下であり、超臨界腐食環境において優れた耐全面腐食性を示した。さらに、試験後の試験片の表面に孔食が確認されず、超臨界腐食環境において優れた耐孔食性を示した。
表１－１、表１－２及び表２を参照して、試験番号１～２０の二相ステンレス鋼材では、化学組成中の各元素含有量が適切であった。さらに、Ｆｎが５７．０以上であった。さらに、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物及び円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物の総個数密度ＮＤが０．５０個／ｍｍ２以下であった。その結果、超臨界腐食環境での耐食性試験において、腐食速度が０．１００ｍｍ／年以下であり、超臨界腐食環境において優れた耐全面腐食性を示した。さらに、試験後の試験片の表面に孔食が確認されず、超臨界腐食環境において優れた耐孔食性を示した。
一方、試験番号２１～２４では、二相ステンレス鋼材の化学組成において、式（１）で定義されるＦｎが５７．０未満であった。そのため、超臨界腐食環境での耐食性試験において、腐食速度が０．１００ｍｍ／年よりも速く、超臨界腐食環境での耐全面腐食性が低かった。
試験番号２５では、二相ステンレス鋼材の化学組成において、Ｃｏ含有量が低すぎた。そのため、超臨界腐食環境での耐食性試験において、試験後の試験片の表面に孔食が確認され、超臨界腐食環境での耐孔食性が低かった。
試験番号２６では、二相ステンレス鋼材の化学組成において、Ｓｎ含有量が低すぎた。そのため、超臨界腐食環境での耐食性試験において、試験後の試験片の表面に孔食が確認され、超臨界腐食環境での耐孔食性が低かった。
試験番号２７では、二相ステンレス鋼材の化学組成において、Ｃｒ含有量が低すぎた。そのため、超臨界腐食環境での耐食性試験において、腐食速度が０．１００ｍｍ／年よりも速く、超臨界腐食環境での耐全面腐食性が低かった。
試験番号２８では、二相ステンレス鋼材の化学組成において、Ｃｕ含有量が低すぎた。そのため、超臨界腐食環境での耐食性試験において、腐食速度が０．１００ｍｍ／年よりも速く、超臨界腐食環境での耐全面腐食性が低かった。
試験番号２９～３２では、鋼材の製造工程において、均一混合時間τ経過後の保持時間ｔが短すぎた。その結果、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物及び円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物の総個数密度ＮＤが０．５０個／ｍｍ２を超えた。その結果、超臨界腐食環境での耐食性試験において、試験後の試験片の表面に孔食が確認され、超臨界腐食環境での耐孔食性が低かった。
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。
本実施形態の二相ステンレス鋼材の要旨は、次のとおり記載することもできる。
［１］
二相ステンレス鋼材であって、
質量％で、
Ｃ：０．０５０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．８０％以下、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｃｒ：２５．００～２７．００％、
Ｃｕ：０．１０～２．５０％、
Ｎｉ：５．００～８．５０％、
Ｍｏ：２．００～４．５０％、
Ｗ：１．５０～３．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｃｏ：０．１０～１．００％、
Ｓｎ：０．００１～０．０５０％、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５０％以下、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｔｉ：０．００１～０．０５０％、
Ｃａ：０．００１０～０．０１００％、
Ｂ：０．００２０～０．００５０％、及び、
Ｏ：０．０１００％以下、を含有し、残部がＦｅ及び不純物、からなり、
前記各元素含有量が上述の範囲内であることを前提として、式（１）で定義されるＦｎが５７．０以上であり、
前記二相ステンレス鋼材中において、
Ｍｎ含有量が質量％で１０％以上であり、Ｓ含有量が質量％で１０％以上であり、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物、及び、
Ｃａ含有量が質量％で２０％以上であり、Ｓ含有量が質量％で１０％以上であり、Ｍｎ含有量が質量％で１０％未満であり、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物、の１ｍｍ２当たりの総個数が、０．５０個／ｍｍ２以下である、
二相ステンレス鋼材。
Ｆｎ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
二相ステンレス鋼材であって、
質量％で、
Ｃ：０．０５０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．８０％以下、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｃｒ：２５．００～２７．００％、
Ｃｕ：０．１０～２．５０％、
Ｎｉ：５．００～８．５０％、
Ｍｏ：２．００～４．５０％、
Ｗ：１．５０～３．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｃｏ：０．１０～１．００％、
Ｓｎ：０．００１～０．０５０％、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５０％以下、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｔｉ：０．００１～０．０５０％、
Ｃａ：０．００１０～０．０１００％、
Ｂ：０．００２０～０．００５０％、及び、
Ｏ：０．０１００％以下、を含有し、残部がＦｅ及び不純物、からなり、
前記各元素含有量が上述の範囲内であることを前提として、式（１）で定義されるＦｎが５７．０以上であり、
前記二相ステンレス鋼材中において、
Ｍｎ含有量が質量％で１０％以上であり、Ｓ含有量が質量％で１０％以上であり、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物、及び、
Ｃａ含有量が質量％で２０％以上であり、Ｓ含有量が質量％で１０％以上であり、Ｍｎ含有量が質量％で１０％未満であり、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物、の１ｍｍ２当たりの総個数が、０．５０個／ｍｍ２以下である、
二相ステンレス鋼材。
Ｆｎ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
［２］
二相ステンレス鋼材であって、
質量％で、
Ｃ：０．０５０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．８０％以下、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｃｒ：２５．００～２７．００％、
Ｃｕ：０．１０～２．５０％、
Ｎｉ：５．００～８．５０％、
Ｍｏ：２．００～４．５０％、
Ｗ：１．５０～３．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｃｏ：０．１０～１．００％、
Ｓｎ：０．００１～０．０５０％、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５０％以下、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｔｉ：０．００１～０．０５０％、
Ｃａ：０．００１０～０．０１００％、
Ｂ：０．００２０～０．００５０％、及び、
Ｏ：０．０１００％以下、を含有し、
さらに、第１群～第３群からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記各元素含有量が上述の範囲内であることを前提として、式（１）で定義されるＦｎが５７．０以上であり、
前記二相ステンレス鋼材中において、
Ｍｎ含有量が質量％で１０％以上であり、Ｓ含有量が質量％で１０％以上であり、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物、及び、
Ｃａ含有量が質量％で２０％以上であり、Ｓ含有量が質量％で１０％以上であり、Ｍｎ含有量が質量％で１０％未満であり、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物、の１ｍｍ２当たりの総個数が、０．５０個／ｍｍ２以下である、
二相ステンレス鋼材。
［第１群］
Ｍｇ：０．０１００％以下、及び、
希土類元素：０．０１００％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｚｒ：０．０１００％以下、及び、
Ｎｂ：０．５００％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ａｓ：０．０５００％以下、
Ｚｎ：０．０１００％以下、
Ｐｂ：０．０１００％以下、及び、
Ｓｂ：０．０１００％以下、からなる群から選択される１元素以上
Ｆｎ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
二相ステンレス鋼材であって、
質量％で、
Ｃ：０．０５０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．８０％以下、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｃｒ：２５．００～２７．００％、
Ｃｕ：０．１０～２．５０％、
Ｎｉ：５．００～８．５０％、
Ｍｏ：２．００～４．５０％、
Ｗ：１．５０～３．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｃｏ：０．１０～１．００％、
Ｓｎ：０．００１～０．０５０％、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５０％以下、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｔｉ：０．００１～０．０５０％、
Ｃａ：０．００１０～０．０１００％、
Ｂ：０．００２０～０．００５０％、及び、
Ｏ：０．０１００％以下、を含有し、
さらに、第１群～第３群からなる群から選択される１種以上を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、
前記各元素含有量が上述の範囲内であることを前提として、式（１）で定義されるＦｎが５７．０以上であり、
前記二相ステンレス鋼材中において、
Ｍｎ含有量が質量％で１０％以上であり、Ｓ含有量が質量％で１０％以上であり、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物、及び、
Ｃａ含有量が質量％で２０％以上であり、Ｓ含有量が質量％で１０％以上であり、Ｍｎ含有量が質量％で１０％未満であり、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物、の１ｍｍ２当たりの総個数が、０．５０個／ｍｍ２以下である、
二相ステンレス鋼材。
［第１群］
Ｍｇ：０．０１００％以下、及び、
希土類元素：０．０１００％以下、からなる群から選択される１種以上
［第２群］
Ｚｒ：０．０１００％以下、及び、
Ｎｂ：０．５００％以下、からなる群から選択される１種以上
［第３群］
Ａｓ：０．０５００％以下、
Ｚｎ：０．０１００％以下、
Ｐｂ：０．０１００％以下、及び、
Ｓｂ：０．０１００％以下、からなる群から選択される１元素以上
Ｆｎ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
［３］
［２］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
前記第１群を含有する、
二相ステンレス鋼材。
［２］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
前記第１群を含有する、
二相ステンレス鋼材。
［４］
［２］又は［３］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
前記第２群を含有する、
二相ステンレス鋼材。
［２］又は［３］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
前記第２群を含有する、
二相ステンレス鋼材。
［５］
［２］～［４］のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼材であって、
前記第３群を含有する、
二相ステンレス鋼材。
［２］～［４］のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼材であって、
前記第３群を含有する、
二相ステンレス鋼材。
［６］
［１］～［５］のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼材であって、
前記二相ステンレス鋼材は、鋼管である、
二相ステンレス鋼材。
［１］～［５］のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼材であって、
前記二相ステンレス鋼材は、鋼管である、
二相ステンレス鋼材。
Claims (3)
- 二相ステンレス鋼材であって、
質量％で、
Ｃ：０．０５０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．８０％以下、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｃｒ：２５．００～２７．００％、
Ｃｕ：０．１０～２．５０％、
Ｎｉ：５．００～８．５０％、
Ｍｏ：２．００～４．５０％、
Ｗ：１．５０～３．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｃｏ：０．１０～１．００％、
Ｓｎ：０．００１～０．０５０％、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５０％以下、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｔｉ：０．００１～０．０５０％、
Ｃａ：０．００１０～０．０１００％、
Ｂ：０．００２０～０．００５０％、
Ｏ：０．０１００％以下、
Ｍｇ：０～０．０１００％、
希土類元素：０～０．０１００％、
Ｚｒ：０～０．０１００％、
Ｎｂ：０～０．５００％、
Ａｓ：０～０．０５００％、
Ｚｎ：０～０．０１００％、
Ｐｂ：０～０．０１００％、
Ｓｂ：０～０．０１００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
前記各元素含有量が上述の範囲内であることを前提として、式（１）で定義されるＦｎが５７．０以上であり、
前記二相ステンレス鋼材中において、
Ｍｎ含有量が質量％で１０％以上であり、Ｓ含有量が質量％で１０％以上であり、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物、及び、
Ｃａ含有量が質量％で２０％以上であり、Ｓ含有量が質量％で１０％以上であり、Ｍｎ含有量が質量％で１０％未満であり、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物、の１ｍｍ２当たりの総個数が、０．５０個／ｍｍ２以下である、
二相ステンレス鋼材。
Ｆｎ＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。 - 請求項１に記載の二相ステンレス鋼材であって、
Ｍｇ：０．０００１～０．０１００％、
希土類元素：０．０００１～０．０１００％、
Ｚｒ：０．０００１～０．０１００％、
Ｎｂ：０．００１～０．５００％、
Ａｓ：０．０００１～０．０５００％、
Ｚｎ：０．０００１～０．０１００％、
Ｐｂ：０．０００１～０．０１００％、及び、
Ｓｂ：０．０００１～０．０１００％、からなる群から選択される１種以上を含有する、
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、
前記二相ステンレス鋼材は、鋼管である、
二相ステンレス鋼材。
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| JP2016216816A (ja) * | 2015-05-22 | 2016-12-22 | 株式会社神戸製鋼所 | 二相ステンレス鋼材、二相ステンレス鋼管及び二相ステンレス鋼材の表面処理方法 |
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2022
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