JP7248894B2 - ２相ステンレス鋼 - Google Patents
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Description
本発明は、２相ステンレス鋼に関し、さらに詳しくは、耐孔食性に優れる２相ステンレス鋼に関する。
フェライト相及びオーステナイト相の２相組織を有する２相ステンレス鋼は、優れた耐食性を有することが知られている。２相ステンレス鋼は特に、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）が優れる。そのため２相ステンレス鋼は、海水等の塩化物を含む湿潤環境で広く用いられている。塩化物を含む湿潤環境において２相ステンレス鋼は、たとえば、フローラインパイプ、アンビリカルチューブ、及び、熱交換器等に用いられる。
近年、２相ステンレス鋼の使用環境における腐食条件は、ますます厳しくなってきている。そのため、２相ステンレス鋼には、さらに優れた耐孔食性が求められている。２相ステンレス鋼の耐孔食性をさらに高めるために、様々な技術が提案されている。
国際公開第２０１３／１９１２０８号（特許文献１）は、質量％で、Ｎｉ：３～８％、Ｃｒ：２０～３５％、Ｍｏ：０．０１～４．０％、Ｎ：０．０５～０．６０％を含有し、Ｒｅ：２．０％以下、Ｇａ：２．０％以下、及び、Ｇｅ：２．０％以下から選択される１種以上をさらに含有することを特徴とする２相ステンレス鋼を開示する。特許文献１では、Ｒｅ、Ｇａ、又は、Ｇｅを２相ステンレス鋼に含有させることによって、孔食が発生する臨界電位（孔食電位）を上昇させ、耐孔食性及び耐すき間腐食性を高めている。
国際公開第２０１０／０８２３９５号（特許文献２）は、質量％で、Ｃｒ：２０～３５％、Ｎｉ：３～１０％、Ｍｏ：０～６％、Ｗ：０～６％、Ｃｕ：０～３％、Ｎ：０．１５～０．６０％を含有する２相ステンレス鋼材を、熱間加工によりあるいはさらに固溶化熱処理することにより冷間加工用素管を作製した後、冷間圧延によって２相ステンレス鋼管を製造する方法を開示する。特許文献２の２相ステンレス鋼管の製造方法は、最終の冷間圧延工程における断面減少率での加工度Ｒｄ（＝ｅｘｐ［｛Ｉｎ（ＭＹＳ）－Ｉｎ（１４．５×Ｃｒ＋４８．３×Ｍｏ＋２０．７×Ｗ＋６．９×Ｎ）｝／０．１９５］）が１０～８０％の範囲内で冷間圧延し、７５８．３～９６５．２ＭＰａの最低降伏強度を有する２相ステンレス鋼管の製造方法であることを特徴とする。これにより、例えば油井やガス井に使用できる、炭酸ガス腐食環境や応力腐食環境においても優れた耐食性を発揮するとともに高い強度をも兼ね備えた２相ステンレス鋼管が得られる、と特許文献２に記載されている。
上述のとおり、２相ステンレス鋼には、さらに優れた耐孔食性が求められている。したがって、特許文献１及び２に記載の技術以外の他の手段によって、さらに優れた耐孔食性を示す２相ステンレス鋼が得られてもよい。
本開示の目的は、優れた耐孔食性を有する２相ステンレス鋼を提供することである。
本開示による２相ステンレス鋼は、質量％で、Ｃｒ：２１．０～２７．０％未満、Ｍｏ：２．５０～５．００％、Ｎｉ：４．５０～８．００％、Ｎ：０．０８０～０．４００％、Ａｇ：０．０１～０．５０％、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０４０％以下、Ｖ：０．５０％以下、Ｏ：０．０１０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３００％以下、Ｗ：０～２．５０％、Ｃｕ：０～０．８０％、及び、残部はＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する。
本開示による２相ステンレス鋼は、優れた耐孔食性を有する。
本発明者らは、２相ステンレス鋼の耐孔食性を高める手法について調査及び検討を行った。その結果、次の知見を得た。
２相ステンレス鋼の耐孔食性を高める元素として、これまでに、ＣｒやＭｏが知られている。具体的に、Ｃｒ及びＭｏが２相ステンレス鋼の耐孔食性を高めるメカニズムは、次のように考えられている。
Ｃｒは、酸化物として２相ステンレス鋼の表面の不働態被膜の主成分となる。不働態被膜は、腐食因子と２相ステンレス鋼の表面との接触を抑制する。その結果、不働態被膜が表面に形成された２相ステンレス鋼は、耐孔食性が高まる。Ｍｏは、不働態被膜に含有され、不働態被膜の耐孔食性をさらに高める。
そこで本発明者らは、質量％で、Ｃｒを２１．０～２７．０％未満、Ｍｏを２．５０～５．００％、Ｎｉを４．５０～８．００％、及び、Ｎを０．０８０～０．４００％含有する２相ステンレス鋼に着目し、耐孔食性を高める手法について種々検討した。
具体的に、上述の化学組成に加えて、他の元素も含有する２相ステンレス鋼を種々製造し、その耐孔食性について詳細に調査及び検討した。その結果、上述の化学組成を有する２相ステンレス鋼では、これまで着目されてこなかった銀（Ａｇ）を含有することによって、耐孔食性が高まる可能性があることを、本発明者らは見出した。すなわち、本発明者らの詳細な検討の結果、上述の化学組成に加えて、Ａｇが０．０１％以上含有されれば、２相ステンレス鋼の耐孔食性が高まることが明らかになった。
上述の化学組成を有する２相ステンレス鋼において、Ａｇが０．０１％以上含有されることにより、耐孔食性が高まる詳細なメカニズムは、明らかになっていない。しかしながら、本発明者らは次のように考えている。孔食が生じるまでには、次の２つのステップが存在すると考えられている。最初のステップは、孔食の発生（初期段階）である。次のステップは、孔食の進展（進展段階）である。
酸性溶液中では、２相ステンレス鋼の表面には、溶解速度が速い活性サイトが形成される。Ａｇは、鋼に固溶して、その活性サイトを被覆する可能性がある。この場合、鋼中に固溶したＡｇは、２相ステンレス鋼の溶解を抑制することができる。これにより、Ａｇは２相ステンレス鋼の孔食の進展を抑制すると考えられる。
なお、Ａｇを０．０１％以上含有することにより、上述の化学組成を有する２相ステンレス鋼の耐孔食性が高まることは、後述する実施例によって証明されている。すなわち、本発明者らが考える上記メカニズムとは異なるメカニズムによって、Ａｇが２相ステンレス鋼の耐孔食性を高めていた場合であっても、Ａｇが２相ステンレス鋼の耐孔食性に有効であることは、証明されている。
したがって、本実施形態による２相ステンレス鋼は、上述の化学組成に加えて、さらに、Ａｇを０．０１～０．５０％含有する。その結果、本実施形態による２相ステンレス鋼は、優れた耐孔食性を得ることができる。
以上の知見に基づき完成した本実施形態による２相ステンレス鋼は、質量％で、Ｃｒ：２１．０～２７．０％未満、Ｍｏ：２．５０～５．００％、Ｎｉ：４．５０～８．００％、Ｎ：０．０８０～０．４００％、Ａｇ：０．０１～０．５０％、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：２．００％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０４０％以下、Ｖ：０．５０％以下、Ｏ：０．０１０％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３００％以下、Ｗ：０～２．５０％、Ｃｕ：０～０．８０％、及び、残部はＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する。
本実施形態による２相ステンレス鋼は、上述の化学組成を有する。その結果、本実施形態による２相ステンレス鋼は、優れた耐孔食性を有する。
好ましくは、上記化学組成は質量％で、Ｗ：０．１０～２．５０％を含有する。
好ましくは、上記化学組成は質量％で、Ｃｕ：０．０１～０．８０％を含有する。
この場合、本実施形態による２相ステンレス鋼の耐孔食性がさらに高まる。
以下、本実施形態による２相ステンレス鋼について詳述する。
［化学組成］
本実施形態による２相ステンレス鋼の化学組成は、次の元素を含有する。なお、特に断りが無い限り、元素に関する％は質量％を意味する。
本実施形態による２相ステンレス鋼の化学組成は、次の元素を含有する。なお、特に断りが無い限り、元素に関する％は質量％を意味する。
［必須元素について］
本実施形態による２相ステンレス鋼の化学組成は、次の元素を必須に含有する。
本実施形態による２相ステンレス鋼の化学組成は、次の元素を必須に含有する。
Ｃｒ：２１．０～２７．０％未満
クロム（Ｃｒ）は、酸化物として２相ステンレス鋼の表面に不働態被膜を形成する。不働態被膜は、腐食因子と２相ステンレス鋼の表面との接触を抑制する。その結果、２相ステンレス鋼の孔食の発生が抑制される。Ｃｒはさらに、２相ステンレス鋼のフェライト組織を得るために必要な元素である。十分なフェライト組織を得ることで、安定した耐孔食性が得られる。Ｃｒ含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ｃｒ含有量が高すぎれば、２相ステンレス鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は２１．０～２７．０％未満である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２１．５％であり、より好ましくは２２．０％であり、さらに好ましくは２２．５％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２６．５％であり、より好ましくは２６．０％である。
クロム（Ｃｒ）は、酸化物として２相ステンレス鋼の表面に不働態被膜を形成する。不働態被膜は、腐食因子と２相ステンレス鋼の表面との接触を抑制する。その結果、２相ステンレス鋼の孔食の発生が抑制される。Ｃｒはさらに、２相ステンレス鋼のフェライト組織を得るために必要な元素である。十分なフェライト組織を得ることで、安定した耐孔食性が得られる。Ｃｒ含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ｃｒ含有量が高すぎれば、２相ステンレス鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は２１．０～２７．０％未満である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２１．５％であり、より好ましくは２２．０％であり、さらに好ましくは２２．５％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２６．５％であり、より好ましくは２６．０％である。
Ｍｏ：２．５０～５．００％
モリブデン（Ｍｏ）は、不働態被膜に含有され、不働態被膜の耐食性をさらに高める。その結果、２相ステンレス鋼の耐孔食性を高める。Ｍｏ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｍｏ含有量が高すぎれば、２相ステンレス鋼からなる鋼管を組立等する場合の加工性が低下する。したがって、Ｍｏ含有量は２．５０～５．００％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は２．８０％であり、より好ましくは３．００％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は４．５０％であり、より好ましくは４．００％であり、さらに好ましくは３．８０％であり、さらに好ましくは３．５０％である。
モリブデン（Ｍｏ）は、不働態被膜に含有され、不働態被膜の耐食性をさらに高める。その結果、２相ステンレス鋼の耐孔食性を高める。Ｍｏ含有量が低すぎれば、この効果が得られない。一方、Ｍｏ含有量が高すぎれば、２相ステンレス鋼からなる鋼管を組立等する場合の加工性が低下する。したがって、Ｍｏ含有量は２．５０～５．００％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は２．８０％であり、より好ましくは３．００％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は４．５０％であり、より好ましくは４．００％であり、さらに好ましくは３．８０％であり、さらに好ましくは３．５０％である。
Ｎｉ：４．５０～８．００％
ニッケル（Ｎｉ）は、オーステナイト安定化元素であり、フェライト・オーステナイトの２相組織を得るために必要な元素である。Ｎｉ含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ｎｉ含有量が高すぎれば、フェライト相とオーステナイト相とのバランスが得られない。この場合、安定して２相ステンレス鋼を得られない。したがって、Ｎｉ含有量は４．５０～８．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は５．５０％であり、より好ましくは６．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は７．５０％である。
ニッケル（Ｎｉ）は、オーステナイト安定化元素であり、フェライト・オーステナイトの２相組織を得るために必要な元素である。Ｎｉ含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ｎｉ含有量が高すぎれば、フェライト相とオーステナイト相とのバランスが得られない。この場合、安定して２相ステンレス鋼を得られない。したがって、Ｎｉ含有量は４．５０～８．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は５．５０％であり、より好ましくは６．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は７．５０％である。
Ｎ：０．０８０～０．４００％
窒素（Ｎ）は、オーステナイト安定化元素であり、フェライト・オーステナイトの２相組織を得るために必要な元素である。Ｎはさらに、２相ステンレス鋼の耐孔食性を高める。Ｎ含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ｎ含有量が高すぎれば、２相ステンレス鋼の靱性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．０８０～０．４００％である。Ｎ含有量の好ましい下限は０．１００％であり、より好ましくは０．１２５％である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．３５０％であり、より好ましくは０．３２０％であり、さらに好ましくは０．２９０％である。
窒素（Ｎ）は、オーステナイト安定化元素であり、フェライト・オーステナイトの２相組織を得るために必要な元素である。Ｎはさらに、２相ステンレス鋼の耐孔食性を高める。Ｎ含有量が低すぎれば、これらの効果が得られない。一方、Ｎ含有量が高すぎれば、２相ステンレス鋼の靱性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．０８０～０．４００％である。Ｎ含有量の好ましい下限は０．１００％であり、より好ましくは０．１２５％である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．３５０％であり、より好ましくは０．３２０％であり、さらに好ましくは０．２９０％である。
Ａｇ：０．０１～０．５０％
銀（Ａｇ）は、２相ステンレス鋼に固溶して、酸性溶液中で２相ステンレス鋼の表面に形成された、活性サイトを被覆する。その結果、２相ステンレス鋼の耐孔食性を高める。Ａｇ含有量が低すぎれば、この効果は得られない。一方、Ａｇ含有量が高すぎれば、２相ステンレス鋼の熱間加工性が低下する。Ａｇ含有量が高すぎればさらに、２相ステンレス鋼の耐孔食性が低下する。したがって、Ａｇ含有量は０．０１～０．５０％である。Ａｇ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０．０４％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．０７％であり、さらに好ましくは０．０８％であり、さらに好ましくは０．１０％である。Ａｇ含有量の好ましい上限は０．４５％であり、より好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３５％である。
銀（Ａｇ）は、２相ステンレス鋼に固溶して、酸性溶液中で２相ステンレス鋼の表面に形成された、活性サイトを被覆する。その結果、２相ステンレス鋼の耐孔食性を高める。Ａｇ含有量が低すぎれば、この効果は得られない。一方、Ａｇ含有量が高すぎれば、２相ステンレス鋼の熱間加工性が低下する。Ａｇ含有量が高すぎればさらに、２相ステンレス鋼の耐孔食性が低下する。したがって、Ａｇ含有量は０．０１～０．５０％である。Ａｇ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０．０４％であり、さらに好ましくは０．０５％であり、さらに好ましくは０．０７％であり、さらに好ましくは０．０８％であり、さらに好ましくは０．１０％である。Ａｇ含有量の好ましい上限は０．４５％であり、より好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３５％である。
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増大させる。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０．０２５％であり、より好ましくは０．０２０％である。Ｃ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｃ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｃ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、より好ましくは０．００５％である。
炭素（Ｃ）は不可避に含有される。すなわち、Ｃ含有量は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増大させる。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０．０２５％であり、より好ましくは０．０２０％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：１．００％以下
シリコン（Ｓｉ）は鋼を脱酸する。Ｓｉを脱酸剤として用いる場合、Ｓｉ含有量は０％超である。一方、Ｓｉ含有量が高すぎれば、２相ステンレス鋼の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含有量の好ましい上限は０．８０％であり、より好ましくは０．７０％である。Ｓｉ含有量の下限は特に限定されないが、たとえば０．２０％である。
シリコン（Ｓｉ）は鋼を脱酸する。Ｓｉを脱酸剤として用いる場合、Ｓｉ含有量は０％超である。一方、Ｓｉ含有量が高すぎれば、２相ステンレス鋼の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含有量の好ましい上限は０．８０％であり、より好ましくは０．７０％である。Ｓｉ含有量の下限は特に限定されないが、たとえば０．２０％である。
Ｍｎ：２．００％以下
マンガン（Ｍｎ）は鋼を脱酸する。Ｍｎを脱酸剤として用いる場合、Ｍｎ含有量は０％超である。一方、Ｍｎ含有量が高すぎれば、２相ステンレス鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は２．００％以下である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は１．７５％であり、より好ましくは１．５０％であり、さらに好ましくは１．２５％である。Ｍｎ含有量の下限は特に限定されないが、たとえば０．２０％である。
マンガン（Ｍｎ）は鋼を脱酸する。Ｍｎを脱酸剤として用いる場合、Ｍｎ含有量は０％超である。一方、Ｍｎ含有量が高すぎれば、２相ステンレス鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は２．００％以下である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は１．７５％であり、より好ましくは１．５０％であり、さらに好ましくは１．２５％である。Ｍｎ含有量の下限は特に限定されないが、たとえば０．２０％である。
ｓｏｌ．Ａｌ：０．０４０％以下
アルミニウム（Ａｌ）は鋼を脱酸する。Ａｌを脱酸剤として用いる場合、Ａｌ含有量は０％超である。一方、Ａｌ含有量が高すぎれば、２相ステンレス鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．０４０％以下である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０３０％であり、より好ましくは０．０２５％である。Ａｌ含有量の下限は特に限定されないが、たとえば０．００５％である。本実施形態において、Ａｌ含有量とは、酸可溶性Ａｌ（ｓｏｌ．Ａｌ）含有量を指す。
アルミニウム（Ａｌ）は鋼を脱酸する。Ａｌを脱酸剤として用いる場合、Ａｌ含有量は０％超である。一方、Ａｌ含有量が高すぎれば、２相ステンレス鋼の熱間加工性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．０４０％以下である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０３０％であり、より好ましくは０．０２５％である。Ａｌ含有量の下限は特に限定されないが、たとえば０．００５％である。本実施形態において、Ａｌ含有量とは、酸可溶性Ａｌ（ｓｏｌ．Ａｌ）含有量を指す。
Ｖ：０．５０％以下
バナジウム（Ｖ）は不可避に含有される。すなわち、Ｖ含有量は０％超である。Ｖ含有量が高すぎれば、フェライト相が過度に増加し、２相ステンレス鋼の靱性及び耐食性の低下が生じる場合がある。したがって、Ｖ含有量は０．５０％以下である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．４０％であり、より好ましくは０．３０％である。Ｖ含有量の下限は特に限定されないが、たとえば０．０５％である。
バナジウム（Ｖ）は不可避に含有される。すなわち、Ｖ含有量は０％超である。Ｖ含有量が高すぎれば、フェライト相が過度に増加し、２相ステンレス鋼の靱性及び耐食性の低下が生じる場合がある。したがって、Ｖ含有量は０．５０％以下である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．４０％であり、より好ましくは０．３０％である。Ｖ含有量の下限は特に限定されないが、たとえば０．０５％である。
Ｏ：０．０１０％以下
酸素（Ｏ）は不純物である。すなわち、Ｏ含有量は０％超である。Ｏは２相ステンレス鋼の熱間加工性を低下させる。したがって、Ｏ含有量は０．０１０％以下である。Ｏ含有量の好ましい上限は０．００７％であり、より好ましくは０．００５％である。Ｏ含有量はなるべく低いほうが好ましい。しかしながら、Ｏ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、Ｏ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、より好ましくは０．０００５％である。
酸素（Ｏ）は不純物である。すなわち、Ｏ含有量は０％超である。Ｏは２相ステンレス鋼の熱間加工性を低下させる。したがって、Ｏ含有量は０．０１０％以下である。Ｏ含有量の好ましい上限は０．００７％であり、より好ましくは０．００５％である。Ｏ含有量はなるべく低いほうが好ましい。しかしながら、Ｏ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、Ｏ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、より好ましくは０．０００５％である。
Ｐ：０．０３０％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２相ステンレス鋼の耐孔食性及び靱性を低下させる。したがって、Ｐ含有量は０．０３０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０２５％であり、より好ましくは０．０２０％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、より好ましくは０．００５％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２相ステンレス鋼の耐孔食性及び靱性を低下させる。したがって、Ｐ含有量は０．０３０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０２５％であり、より好ましくは０．０２０％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、より好ましくは０．００５％である。
Ｓ：０．０３００％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２相ステンレス鋼の熱間加工性を低下させる。したがって、Ｓ含有量は０．０３００％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０２００％であり、より好ましくは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０．００３０％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、より好ましくは０．０００５％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２相ステンレス鋼の熱間加工性を低下させる。したがって、Ｓ含有量は０．０３００％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０２００％であり、より好ましくは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０．００３０％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、より好ましくは０．０００５％である。
本実施形態の２相ステンレス鋼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、２相ステンレス鋼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２相ステンレス鋼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］
本実施形態による２相ステンレス鋼の化学組成は、次の元素を任意に含有してもよい。
本実施形態による２相ステンレス鋼の化学組成は、次の元素を任意に含有してもよい。
Ｗ：０～２．５０％
タングステン（Ｗ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｗ含有量は０％であってもよい。含有される場合、ＷはＭｏと同様に不働態被膜に含有され、不働態被膜の耐食性をさらに高める。その結果、２相ステンレス鋼の孔食の発生を抑制する。Ｗがわずかでも含有されれば、この効果はある程度得られる。一方、Ｗ含有量が高すぎれば、σ相が析出し易くなり、靱性が低下する。したがって、Ｗ含有量は０～２．５０％である。Ｗ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．３０％であり、さらに好ましくは０．８０％であり、さらに好ましくは１．００％である。Ｗ含有量の好ましい上限は２．４０％であり、より好ましくは２．２０％であり、さらに好ましくは２．００％である。
タングステン（Ｗ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｗ含有量は０％であってもよい。含有される場合、ＷはＭｏと同様に不働態被膜に含有され、不働態被膜の耐食性をさらに高める。その結果、２相ステンレス鋼の孔食の発生を抑制する。Ｗがわずかでも含有されれば、この効果はある程度得られる。一方、Ｗ含有量が高すぎれば、σ相が析出し易くなり、靱性が低下する。したがって、Ｗ含有量は０～２．５０％である。Ｗ含有量の好ましい下限は０％超であり、より好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．３０％であり、さらに好ましくは０．８０％であり、さらに好ましくは１．００％である。Ｗ含有量の好ましい上限は２．４０％であり、より好ましくは２．２０％であり、さらに好ましくは２．００％である。
Ｃｕ：０～０．８０％
銅（Ｃｕ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｃｕ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃｕは２相ステンレス鋼に固溶して、酸性溶液中で２相ステンレス鋼の表面に形成された、活性サイトを被覆する。その結果、２相ステンレス鋼の耐孔食性を高める。Ｃｕがわずかでも含有されれば、この効果はある程度得られる。一方、Ｃｕ含有量が高すぎれば、金属Ｃｕが鋼中に析出し、かえって耐孔食性が低下する場合がある。したがって、Ｃｕ含有量は０～０．８０％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は、０％超であり、より好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０１％超であり、さらに好ましくは０．０２％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％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は０．７０％であり、より好ましくは０．６５％であり、さらに好ましくは０．６０％である。
銅（Ｃｕ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｃｕ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃｕは２相ステンレス鋼に固溶して、酸性溶液中で２相ステンレス鋼の表面に形成された、活性サイトを被覆する。その結果、２相ステンレス鋼の耐孔食性を高める。Ｃｕがわずかでも含有されれば、この効果はある程度得られる。一方、Ｃｕ含有量が高すぎれば、金属Ｃｕが鋼中に析出し、かえって耐孔食性が低下する場合がある。したがって、Ｃｕ含有量は０～０．８０％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は、０％超であり、より好ましくは０．０１％であり、さらに好ましくは０．０１％超であり、さらに好ましくは０．０２％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％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は０．７０％であり、より好ましくは０．６５％であり、さらに好ましくは０．６０％である。
［ミクロ組織について］
本実施形態による２相ステンレス鋼のミクロ組織は、フェライト及びオーステナイトからなる。フェライト及びオーステナイトの体積分率は、特に限定されない。しかしながら、フェライト相の体積率（以下、フェライト分率ともいう）、又は、オーステナイト相の体積率（以下、オーステナイト分率ともいう）が低すぎれば、適切に元素分配が行われず、２相ステンレス鋼の特性が得られない場合がある。したがって、フェライト分率は、たとえば、３５～６５％未満である。この場合、オーステナイト分率は、たとえば、３５超～６５％である。
本実施形態による２相ステンレス鋼のミクロ組織は、フェライト及びオーステナイトからなる。フェライト及びオーステナイトの体積分率は、特に限定されない。しかしながら、フェライト相の体積率（以下、フェライト分率ともいう）、又は、オーステナイト相の体積率（以下、オーステナイト分率ともいう）が低すぎれば、適切に元素分配が行われず、２相ステンレス鋼の特性が得られない場合がある。したがって、フェライト分率は、たとえば、３５～６５％未満である。この場合、オーステナイト分率は、たとえば、３５超～６５％である。
［フェライト分率の測定方法］
本実施形態において、２相ステンレス鋼のフェライト分率を求める場合、次の方法で求めることができる。２相ステンレス鋼からミクロ組織観察用の試験片を採取する。２相ステンレス鋼が鋼板であれば、鋼板の板幅方向に垂直な断面（以下、観察面という）を研磨する。２相ステンレス鋼が鋼管であれば、鋼管の軸方向と肉厚方向とを含む断面（観察面）を研磨する。２相ステンレス鋼が棒鋼又は線材であれば、棒鋼又は線材の軸方向を含む断面（観察面）を研磨する。次に、王水とグリセリンとの混合液を用いて、研磨後の観察面をエッチングする。
本実施形態において、２相ステンレス鋼のフェライト分率を求める場合、次の方法で求めることができる。２相ステンレス鋼からミクロ組織観察用の試験片を採取する。２相ステンレス鋼が鋼板であれば、鋼板の板幅方向に垂直な断面（以下、観察面という）を研磨する。２相ステンレス鋼が鋼管であれば、鋼管の軸方向と肉厚方向とを含む断面（観察面）を研磨する。２相ステンレス鋼が棒鋼又は線材であれば、棒鋼又は線材の軸方向を含む断面（観察面）を研磨する。次に、王水とグリセリンとの混合液を用いて、研磨後の観察面をエッチングする。
エッチングされた観察面を光学顕微鏡で１０視野観察する。視野面積は、たとえば、２０００μｍ2（倍率５００倍）である。各観察視野において、フェライトと、その他の相とはコントラストから区別できる。そのため、コントラストから各観察におけるフェライトを特定する。特定されたフェライトの面積率を、ＪＩＳ Ｇ０５５５（２００３）に準拠した点算法で測定する。測定された面積率は、体積分率に等しいとして、これをフェライト分率（体積％）と定義する。
［２相ステンレス鋼の形状］
本実施形態による２相ステンレス鋼の形状は、特に限定されない。２相ステンレス鋼はたとえば、鋼管であってもよいし、鋼板であってもよいし、棒鋼であってもよいし、線材であってもよい。
本実施形態による２相ステンレス鋼の形状は、特に限定されない。２相ステンレス鋼はたとえば、鋼管であってもよいし、鋼板であってもよいし、棒鋼であってもよいし、線材であってもよい。
［製造方法］
本実施形態の２相ステンレス鋼は、たとえば次の方法で製造できる。製造方法は、準備工程と、熱間加工工程と、溶体化熱処理工程とを備える。
本実施形態の２相ステンレス鋼は、たとえば次の方法で製造できる。製造方法は、準備工程と、熱間加工工程と、溶体化熱処理工程とを備える。
［準備工程］
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、連続鋳造法により製造された鋳片（スラブ、ブルーム、及び、ビレット）であってもよく、造塊法により製造された鋼塊（インゴット）であってもよい。必要に応じて、鋳片又は鋼塊を分塊圧延して、鋼片（ビレット）を製造してもよい。
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、連続鋳造法により製造された鋳片（スラブ、ブルーム、及び、ビレット）であってもよく、造塊法により製造された鋼塊（インゴット）であってもよい。必要に応じて、鋳片又は鋼塊を分塊圧延して、鋼片（ビレット）を製造してもよい。
［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。
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。
熱間押出を実施する場合、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を実施してもよい。熱間圧延を実施する場合、たとえば、マンネスマン法による穿孔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。
［溶体化熱処理工程］
溶体化熱処理工程では、上記熱間加工工程で製造された鋼材に対して、溶体化熱処理を実施する。溶体化熱処理の方法は、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、所望の温度で均熱した後、急冷する。
溶体化熱処理工程では、上記熱間加工工程で製造された鋼材に対して、溶体化熱処理を実施する。溶体化熱処理の方法は、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、所望の温度で均熱した後、急冷する。
本実施形態による溶体化熱処理工程で均熱する温度（溶体化熱処理温度）、及び、均熱する時間（溶体化熱処理時間）は特に限定されず、周知の条件で実施すればよい。溶体化熱処理温度は、たとえば、９８０～１２００℃である。溶体化熱処理時間は、たとえば、２～６０分である。急冷方法は、たとえば、水冷である。
なお、溶体化熱処理が実施された鋼材に対して、必要に応じて、冷間加工や、酸洗処理を実施してもよい。この場合、冷間加工及び酸洗処理は、周知の方法で実施されればよく、特に限定されない。
以上の工程により、本実施形態による２相ステンレス鋼が製造できる。なお、上述の２相ステンレス鋼の製造方法は一例であり、他の方法によって２相ステンレス鋼が製造されてもよい。
表１に示す化学組成を有する合金を５０ｋｇの真空溶解炉で溶製し、得られたインゴットを１２００℃で加熱し、熱間鍛造及び熱間圧延を実施して厚さ１０ｍｍの鋼板に加工した。得られた各試験番号の鋼板に対して、１１５０℃で１５分保持する溶体化処理を実施した。なお、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。各試験番号の鋼板のミクロ組織はさらに、フェライト分率（フェライトの体積率）が、３５～６５％未満の範囲内であった。
［孔食試験］
溶体化処理が実施された、各試験番号の鋼板に対して、孔食試験として、ＡＳＴＭ Ｇ４８（２０１５）に準拠した塩化第二鉄浸漬腐食試験を実施した。具体的には、各試験番号の鋼板を機械加工して、幅３０ｍｍ、厚さ３ｍｍ、長さ５０ｍｍの孔食試験片を採取した。採取した孔食試験片の重量を測定した。孔食試験片を、７０±１℃に加熱した塩酸酸性の６％ＦｅＣｌ3水溶液中に２４時間浸漬した。
溶体化処理が実施された、各試験番号の鋼板に対して、孔食試験として、ＡＳＴＭ Ｇ４８（２０１５）に準拠した塩化第二鉄浸漬腐食試験を実施した。具体的には、各試験番号の鋼板を機械加工して、幅３０ｍｍ、厚さ３ｍｍ、長さ５０ｍｍの孔食試験片を採取した。採取した孔食試験片の重量を測定した。孔食試験片を、７０±１℃に加熱した塩酸酸性の６％ＦｅＣｌ3水溶液中に２４時間浸漬した。
２４時間浸漬後の孔食試験片の重量を測定した。浸漬前後の孔食試験片の重量の変化量に基づいて、各試験番号の孔食試験片の腐食による減量を求めた。得られた各試験番号の減量から、各試験番号の孔食試験片における腐食速度（ｇ／ｍ2／ｈｒ）を求めた。求めた各試験番号の孔食試験片における腐食速度を表１に示す。なお、表１中の腐食速度「－」は、腐食速度が０．０１ｇ／ｍ2／ｈｒ未満であったことを意味する。
［評価結果］
表１を参照して、試験番号１～６の鋼板は、化学組成が適切であった。その結果、試験番号１～６の鋼板では、腐食速度が０．０１ｇ／ｍ2／ｈｒ未満となり、優れた耐孔食性を示した。
表１を参照して、試験番号１～６の鋼板は、化学組成が適切であった。その結果、試験番号１～６の鋼板では、腐食速度が０．０１ｇ／ｍ2／ｈｒ未満となり、優れた耐孔食性を示した。
一方、試験番号７～９の鋼板では、Ａｇ含有量が低すぎた。その結果、腐食速度が０．０１ｇ／ｍ2／ｈｒ以上となり、優れた耐孔食性を示さなかった。
以上、本発明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発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
Claims (3)
- 質量％で、
Ｃｒ：２１．０～２７．０％未満、
Ｍｏ：２．５０～５．００％、
Ｎｉ：４．５０～８．００％、
Ｎ：０．０８０～０．４００％、
Ａｇ：０．０１～０．５０％、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：２．００％以下、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．０４０％以下、
Ｖ：０．５０％以下、
Ｏ：０．０１０％以下、
Ｐ：０．０３０％以下、
Ｓ：０．０３００％以下、
Ｗ：０～２．５０％、
Ｃｕ：０～０．８０％、及び、
残部はＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する、２相ステンレス鋼。 - 請求項１に記載の２相ステンレス鋼であって、前記化学組成は、
Ｗ：０．１０～２．５０％を含有する、２相ステンレス鋼。 - 請求項１又は請求項２に記載の２相ステンレス鋼であって、前記化学組成は、
Ｃｕ：０．０１～０．８０％を含有する、２相ステンレス鋼。
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