JP7323858B1 - 二相ステンレス鋼材 - Google Patents
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Abstract
高強度と優れた低温靱性とを有する二相ステンレス鋼材を提供する。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：０．０２００％以下、Ａｌ：０．１００％以下、Ｎｉ：４．２０～９．００％、Ｃｒ：２０．００～３０．００％、Ｍｏ：０．５０～２．００％、Ｃｕ：０．５０～３．００％、Ｎ：０．１５０～０．３５０％、Ｖ：０．０１～１．５０％、及び、残部がＦｅ及び不純物からなり、降伏強度が５５２ＭＰａ以上であり、短径が２０μｍ以上のオーステナイトを一次オーステナイトと定義し、オーステナイトの残部を二次オーステナイトと定義したとき、ミクロ組織が、体積率で、３５～５５％のフェライトと、４０～５５％の一次オーステナイトと、５～２０％の二次オーステナイトとからなる。
Description
本開示は、二相ステンレス鋼材に関する。
油井やガス井（以下、油井及びガス井を総称して、単に「油井」という）は、腐食性ガスを含有した腐食環境となっている場合がある。ここで、腐食性ガスとは、炭酸ガス、及び／又は、硫化水素ガスを意味する。すなわち、油井で用いられる鋼材には、腐食環境における優れた耐食性が求められる。
これまでに、鋼材の耐食性を高める手法として、クロム（Ｃｒ）含有量を高め、Ｃｒ酸化物を主体とする不働態被膜を、鋼材の表面に形成する手法が知られている。そのため、優れた耐食性が求められる環境下では、Ｃｒ含有量を高めた二相ステンレス鋼材が用いられる場合がある。二相ステンレス鋼材は、特に海水中において、優れた耐食性を示すことが知られている。
近年、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。一方、海面下の深井戸に用いられる鋼材には、優れた耐食性だけでなく、高強度と、優れた低温靭性とも求められる。そのため、高強度と優れた低温靭性とを有する二相ステンレス鋼材が求められてきている。
特開平１０－６０５９７号公報（特許文献１）、国際公開第２０１２／１１１５３６号（特許文献２）、及び、特開２０１６－３３７７号公報（特許文献３）では、二相ステンレス鋼材の強度及び低温靭性を高める技術が提案されている。
特許文献１に開示された二相ステンレス鋼材は、フェライト量が面積率で６０～９０％であり、Ｎｉバランス値（＝Ｎｉ＋０．５Ｍｎ＋３０（Ｃ＋Ｎ）－１．１（Ｃｒ＋１．５Ｓｉ＋Ｍｏ＋０．５Ｎｂ）＋８．２）が－１５～－１０であり、かつ、式（Ａｌ含有量×Ｎ含有量≦０．００２３×Ｎｉバランス値＋０．３５７）を満たす。この二相ステンレス鋼材は、高強度と優れた靭性とを備える、と特許文献１には記載されている。
特許文献２に開示された二相ステンレス鋼材は、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：０．２０～１．００％、Ｍｎ：８．００％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１００％以下、Ｃｕ：２．００超～４．００％以下、Ｎｉ：４．００～８．００％、Ｃｒ：２０．０～３０．０％、Ｍｏ：０．５０～２．００％未満、Ｎ：０．１００～０．３５０％、及び、Ａｌ：０．０４０％以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる化学組成と、フェライト率が３０～７０％であり、フェライトの硬さが３００Ｈｖ10gf以上である組織とを有する。この二相ステンレス鋼材は、高強度及び高靱性を有する、と特許文献２には記載されている。
特許文献３に開示された二相ステンレス鋼材は、二相ステンレス鋼管であって、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、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％、及び、Ｂ：０．０００５～０．０２％を含有し、残部はＦｅ及び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材は、強度、耐孔食性、及び、低温靭性に優れる、と特許文献３には記載されている。
上述のとおり、上記特許文献１～３は、高強度と優れた低温靭性とを有する二相ステンレス鋼材を開示する。しかしながら、上記特許文献１～３に開示された技術以外の他の技術によって、高強度と優れた低温靭性とを有する二相ステンレス鋼材が得られてもよい。
本開示の目的は、高強度と優れた低温靱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：０．０２００％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎｉ：４．２０～９．００％、
Ｃｒ：２０．００～３０．００％、
Ｍｏ：０．５０～２．００％、
Ｃｕ：０．５０～３．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｖ：０．０１～１．５０％、
Ｎｂ：０～０．１００％、
Ｔａ：０～０．１００％、
Ｔｉ：０～０．１００％、
Ｚｒ：０～０．１００％、
Ｈｆ：０～０．１００％、
Ｗ：０～０．２００％、
Ｃｏ：０～０．５００％、
Ｓｎ：０～０．１００％、
Ｓｂ：０～０．１００％、
Ｃａ：０～０．０２０％、
Ｍｇ：０～０．０２０％、
Ｂ：０～０．０２０％、
希土類元素：０～０．２００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
降伏強度が５５２ＭＰａ以上であり、
ミクロ組織において、短径が２０μｍ以上のオーステナイトを一次オーステナイトと定義し、オーステナイトの残部を二次オーステナイトと定義したとき、
前記ミクロ組織が、体積率で、３５～５５％のフェライトと、４０～５５％の前記一次オーステナイトと、５～２０％の前記二次オーステナイトとからなる。
質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．２０～１．００％、
Ｍｎ：０．５０～７．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０２００％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎｉ：４．２０～９．００％、
Ｃｒ：２０．００～３０．００％、
Ｍｏ：０．５０～２．００％、
Ｃｕ：０．５０～３．００％、
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Ｓｂ：０～０．１００％、
Ｃａ：０～０．０２０％、
Ｍｇ：０～０．０２０％、
Ｂ：０～０．０２０％、
希土類元素：０～０．２００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
降伏強度が５５２ＭＰａ以上であり、
ミクロ組織において、短径が２０μｍ以上のオーステナイトを一次オーステナイトと定義し、オーステナイトの残部を二次オーステナイトと定義したとき、
前記ミクロ組織が、体積率で、３５～５５％のフェライトと、４０～５５％の前記一次オーステナイトと、５～２０％の前記二次オーステナイトとからなる。
本開示による二相ステンレス鋼材は、高強度と優れた低温靱性とを有する。
まず、本発明者らは、高強度として８０ｋｓｉ（５５２ＭＰａ）以上の降伏強度を有する二相ステンレス鋼材を得ることを検討した。つまり本発明者らは、８０ｋｓｉ以上の降伏強度と、優れた低温靭性とを両立する二相ステンレス鋼材を得る方法について、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。
本発明者らは、まず、８０ｋｓｉ以上の降伏強度と、優れた低温靭性とを両立する二相ステンレス鋼材を、化学組成の観点から検討した。その結果、本発明者らは、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：０．２０～１．００％、Ｍｎ：０．５０～７．００％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０２００％以下、Ａｌ：０．１００％以下、Ｎｉ：４．２０～９．００％、Ｃｒ：２０．００～３０．００％、Ｍｏ：０．５０～２．００％、Ｃｕ：０．５０～３．００％、Ｎ：０．１５０～０．３５０％、Ｖ：０．０１～１．５０％、Ｎｂ：０～０．１００％、Ｔａ：０～０．１００％、Ｔｉ：０～０．１００％、Ｚｒ：０～０．１００％、Ｈｆ：０～０．１００％、Ｗ：０～０．２００％、Ｃｏ：０～０．５００％、Ｓｎ：０～０．１００％、Ｓｂ：０～０．１００％、Ｃａ：０～０．０２０％、Ｍｇ：０～０．０２０％、Ｂ：０～０．０２０％、希土類元素：０～０．２００％、及び、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する二相ステンレス鋼材であれば、８０ｋｓｉ以上の降伏強度と、優れた低温靭性とを得られる可能性があると考えた。
ここで、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材のミクロ組織は、フェライト及びオーステナイトからなる。具体的に、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材のミクロ組織は、体積率が３５～５５％のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなる。なお、本明細書において「フェライト及びオーステナイトからなる」とは、フェライト及びオーステナイト以外の相が、無視できるほど少ないことを意味する。
次に本発明者らは、上述の化学組成を有し、フェライトの体積率が３５～５５％の二相ステンレス鋼材について、８０ｋｓｉ以上の降伏強度と、優れた低温靭性とを得る方法について、詳細に検討した。ここで、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材では、オーステナイトと比較してフェライトの方が硬い。そのため、特に低温環境下では、二相ステンレス鋼材中に発生した微小な割れは、フェライト中を伝播しやすい傾向がある。
そこで本発明者らは、上述の化学組成を有し、フェライトの体積率が３５～５５％の二相ステンレス鋼材において、フェライト中に微細なオーステナイトを分散させて、フェライトの低温靭性を高めることについて検討した。フェライト中にオーステナイトを微細分散させることができれば、フェライトの低温靭性を選択的に高められる可能性がある。この場合、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材の低温靭性を高められる可能性がある。
一方、本発明者らの詳細な検討の結果、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材では、微細なオーステナイトをフェライト中に分散させることによって、降伏強度が低下する可能性があることが明らかになった。つまり、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材において、単にオーステナイトを微細化するだけでは、低温靭性を高められたとしても、８０ｋｓｉ以上の降伏強度を得られない可能性がある。
そこで本発明者らは、二相ステンレス鋼材のミクロ組織において、体積率で３５～５５％のフェライトと、粗大なオーステナイトと、微細なオーステナイトとを混在させることを検討した。この場合、フェライト中に分散した微細なオーステナイトによって二相ステンレス鋼材の低温靭性を高められるだけでなく、粗大なオーステナイトによって降伏強度を維持できる可能性がある。
具体的に本発明者らは、二相ステンレス鋼材のミクロ組織中のオーステナイトを、短径が２０μｍ以上の粗大なオーステナイトと、それ以外の微細なオーステナイトとに分類した。より具体的に、本発明者らは、二相ステンレス鋼材のミクロ組織において、オーステナイトのうち、短径が２０μｍ以上のオーステナイトを一次オーステナイトと定義し、オーステナイトの残部を二次オーステナイトと定義した。この点について、図面を用いてより具体的に説明する。
図１は、本実施形態による二相ステンレス鋼材の一例である二相ステンレス継目無鋼管の肉厚中央部であって、二相ステンレス継目無鋼管の管軸方向に垂直な断面におけるミクロ組織観察の様子を示す模式図である。図１中の観察視野領域１０の上下方向は、二相ステンレス継目無鋼管の管径方向に相当する。図１中の観察視野領域１０の左右方向は、二相ステンレス継目無鋼管の管周方向に相当する。すなわち、図１中の観察視野領域１０は管軸方向に垂直な面に相当する。なお、図１の観察視野領域１０の上下方向の長さは２００μｍであり、左右方向の長さは２００μｍである。
図１を参照して、黒色で示される領域がフェライト２０であり、白色で示される領域がオーステナイト３０である。オーステナイト３０のうち、短径が２０μｍ以上のオーステナイトが一次オーステナイト３１であり、短径が２０μｍ未満のオーステナイトが二次オーステナイト３２である。なお、観察視野領域１０中において、フェライト２０と、一次オーステナイト３１と、二次オーステナイト３２とは、後述する方法で特定することができる。
続いて本発明者らは、上述の化学組成を有し、フェライトの体積率が３５～５５％の二相ステンレス鋼材について、後述する方法で降伏強度と、低温靭性とを評価した。その結果、上述の化学組成を有し、フェライトの体積率が３５～５５％の二相ステンレス鋼材では、一次オーステナイトの体積率が４０～５５％であり、さらに、二次オーステナイトの体積率が５～２０％であれば、８０ｋｓｉ以上の降伏強度と、優れた低温靭性とを両立できることが明らかになった。この点について、図面を用いて具体的に説明する。
図２は、後述する実施例のうち、上述の化学組成を満たす二相ステンレス鋼材における、二次オーステナイトの体積率（％）と、吸収エネルギーが３０Ｊ／ｃｍ2以上を示す最低温度（℃）との関係を示す図である。図２は、後述する実施例のうち、上述の化学組成を満たし、体積率が３５～５５％のフェライトと、体積率が４０～５５％の一次オーステナイトとを含むミクロ組織を有する二相ステンレス鋼材について、二次オーステナイトの体積率（％）と、低温靭性の指標である吸収エネルギーが３０Ｊ／ｃｍ2以上を示す最低温度（℃）とを用いて作成した。
なお、二次オーステナイトの体積率と、吸収エネルギーが３０Ｊ／ｃｍ2以上を示す最低温度とは、後述の方法を用いて求めた。また、図２中の白丸（○）は、降伏強度が５５２ＭＰａ以上を満たす鋼材を意味する。図２中の黒丸（●）は、降伏強度が５５２ＭＰａ未満となった鋼材を意味する。
図２を参照して、上述の化学組成及びミクロ組織を有する二相ステンレス鋼材では、二次オーステナイトの体積率が５％以上であれば、吸収エネルギーが３０Ｊ／ｃｍ2以上を示す最低温度が－２０℃以下になり、優れた低温靭性を示すことが確認できる。図２を参照してさらに、上述の化学組成及びミクロ組織を有する二相ステンレス鋼材では、二次オーステナイトの体積率が２０％を超えると、優れた低温靭性を示すものの、５５２ＭＰａ以上の降伏強度が得られないことが確認できる。つまり、図２を参照すると、上述の化学組成及びミクロ組織を有する二相ステンレス鋼材では、二次オーステナイトの体積率が５～２０％であれば、５５２ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた低温靭性とを両立でき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、上述の化学組成を有し、かつ、体積率で、３５～５５％のフェライトと、４０～５５％の一次オーステナイトと、５～２０％の二次オーステナイトとからなる。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、８０ｋｓｉ（５５２ＭＰａ）以上の降伏強度と、優れた低温靭性とを有する。
以上の知見に基づいて完成した本実施形態による二相ステンレス鋼材の要旨は、次のとおりである。
［１］
質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．２０～１．００％、
Ｍｎ：０．５０～７．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０２００％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎｉ：４．２０～９．００％、
Ｃｒ：２０．００～３０．００％、
Ｍｏ：０．５０～２．００％、
Ｃｕ：０．５０～３．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｖ：０．０１～１．５０％、
Ｎｂ：０～０．１００％、
Ｔａ：０～０．１００％、
Ｔｉ：０～０．１００％、
Ｚｒ：０～０．１００％、
Ｈｆ：０～０．１００％、
Ｗ：０～０．２００％、
Ｃｏ：０～０．５００％、
Ｓｎ：０～０．１００％、
Ｓｂ：０～０．１００％、
Ｃａ：０～０．０２０％、
Ｍｇ：０～０．０２０％、
Ｂ：０～０．０２０％、
希土類元素：０～０．２００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
降伏強度が５５２ＭＰａ以上であり、
ミクロ組織において、短径が２０μｍ以上のオーステナイトを一次オーステナイトと定義し、オーステナイトの残部を二次オーステナイトと定義したとき、
前記ミクロ組織が、体積率で、３５～５５％のフェライトと、４０～５５％の前記一次オーステナイトと、５～２０％の前記二次オーステナイトとからなる、
二相ステンレス鋼材。
質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．２０～１．００％、
Ｍｎ：０．５０～７．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０２００％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎｉ：４．２０～９．００％、
Ｃｒ：２０．００～３０．００％、
Ｍｏ：０．５０～２．００％、
Ｃｕ：０．５０～３．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｖ：０．０１～１．５０％、
Ｎｂ：０～０．１００％、
Ｔａ：０～０．１００％、
Ｔｉ：０～０．１００％、
Ｚｒ：０～０．１００％、
Ｈｆ：０～０．１００％、
Ｗ：０～０．２００％、
Ｃｏ：０～０．５００％、
Ｓｎ：０～０．１００％、
Ｓｂ：０～０．１００％、
Ｃａ：０～０．０２０％、
Ｍｇ：０～０．０２０％、
Ｂ：０～０．０２０％、
希土類元素：０～０．２００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
降伏強度が５５２ＭＰａ以上であり、
ミクロ組織において、短径が２０μｍ以上のオーステナイトを一次オーステナイトと定義し、オーステナイトの残部を二次オーステナイトと定義したとき、
前記ミクロ組織が、体積率で、３５～５５％のフェライトと、４０～５５％の前記一次オーステナイトと、５～２０％の前記二次オーステナイトとからなる、
二相ステンレス鋼材。
［２］
［１］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
Ｎｂ：０．００１～０．１００％、
Ｔａ：０．００１～０．１００％、
Ｔｉ：０．００１～０．１００％、
Ｚｒ：０．００１～０．１００％、
Ｈｆ：０．００１～０．１００％、
Ｗ：０．００１～０．２００％、
Ｃｏ：０．００１～０．５００％、
Ｓｎ：０．００１～０．１００％、
Ｓｂ：０．００１～０．１００％、
Ｃａ：０．００１～０．０２０％、
Ｍｇ：０．００１～０．０２０％、
Ｂ：０．００１～０．０２０％、及び、
希土類元素：０．００１～０．２００％からなる群から選択される１元素以上を含有する、
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、
Ｎｂ：０．００１～０．１００％、
Ｔａ：０．００１～０．１００％、
Ｔｉ：０．００１～０．１００％、
Ｚｒ：０．００１～０．１００％、
Ｈｆ：０．００１～０．１００％、
Ｗ：０．００１～０．２００％、
Ｃｏ：０．００１～０．５００％、
Ｓｎ：０．００１～０．１００％、
Ｓｂ：０．００１～０．１００％、
Ｃａ：０．００１～０．０２０％、
Ｍｇ：０．００１～０．０２０％、
Ｂ：０．００１～０．０２０％、及び、
希土類元素：０．００１～０．２００％からなる群から選択される１元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
なお、本実施形態による二相ステンレス鋼材の形状は、特に限定されない。本実施形態による二相ステンレス鋼材は、鋼管であってもよく、丸鋼（中実材）であってもよく、鋼板であってもよい。なお、丸鋼とは、軸方向に垂直な断面が円形状の棒鋼を意味する。また、鋼管とは、継目無鋼管であってもよく、溶接鋼管であってもよい。
以下、本実施形態による二相ステンレス鋼材について詳述する。
［化学組成］
本実施形態による二相ステンレス鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
Ｃ：０．０３０％以下
炭素（Ｃ）は不可避に含有される。すなわち、Ｃ含有量の下限は０％超である。Ｃは結晶粒界にＣｒ炭化物を形成し、粒界での腐食感受性を高める。そのため、Ｃ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐食性が低下する。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、さらに好ましくは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、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。
炭素（Ｃ）は不可避に含有される。すなわち、Ｃ含有量の下限は０％超である。Ｃは結晶粒界にＣｒ炭化物を形成し、粒界での腐食感受性を高める。そのため、Ｃ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐食性が低下する。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、さらに好ましくは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、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。
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、さらに好ましくは０．３０％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．８０％であり、さらに好ましくは０．７０％であり、さらに好ましくは０．６０％である。
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、さらに好ましくは０．３０％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．８０％であり、さらに好ましくは０．７０％であり、さらに好ましくは０．６０％である。
Ｍｎ：０．５０～７．００％
マンガン（Ｍｎ）は鋼を脱酸し、鋼を脱硫する。Ｍｎはさらに、鋼材の熱間加工性を高める。Ｍｎ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、ＭｎはＰ及びＳ等の不純物とともに、粒界に偏析する。そのため、Ｍｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、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、さらに好ましくは１．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は６．５０％であり、さらに好ましくは６．２０％である。
マンガン（Ｍｎ）は鋼を脱酸し、鋼を脱硫する。Ｍｎはさらに、鋼材の熱間加工性を高める。Ｍｎ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、ＭｎはＰ及びＳ等の不純物とともに、粒界に偏析する。そのため、Ｍｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、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、さらに好ましくは１．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は６．５０％であり、さらに好ましくは６．２０％である。
Ｐ：０．０４０％以下
燐（Ｐ）は不可避に含有される。すなわち、Ｐ含有量の下限は０％超である。Ｐは粒界に偏析する。そのため、Ｐ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靱性及び耐食性が低下する。したがって、Ｐ含有量は０．０４０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０３５％であり、さらに好ましくは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、さらに好ましくは０．００３％である。
燐（Ｐ）は不可避に含有される。すなわち、Ｐ含有量の下限は０％超である。Ｐは粒界に偏析する。そのため、Ｐ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靱性及び耐食性が低下する。したがって、Ｐ含有量は０．０４０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０３５％であり、さらに好ましくは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、さらに好ましくは０．００３％である。
Ｓ：０．０２００％以下
硫黄（Ｓ）は不可避に含有される。すなわち、Ｓ含有量の下限は０％超である。Ｓは粒界に偏析する。そのため、Ｓ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靱性及び耐食性が低下する。したがって、Ｓ含有量は０．０２００％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０１８０％であり、さらに好ましくは０．０１６０％である。Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｓ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｓ含有量の好ましい下限は０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。
硫黄（Ｓ）は不可避に含有される。すなわち、Ｓ含有量の下限は０％超である。Ｓは粒界に偏析する。そのため、Ｓ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靱性及び耐食性が低下する。したがって、Ｓ含有量は０．０２００％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０１８０％であり、さらに好ましくは０．０１６０％である。Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｓ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｓ含有量の好ましい下限は０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％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、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。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０８５％である。なお、本明細書にいうＡｌ含有量は、「酸可溶Ａｌ」、つまり、ｓｏｌ．Ａｌの含有量を意味する。
アルミニウム（Ａｌ）は不可避に含有される。すなわち、Ａｌ含有量の下限は０％超である。Ａｌは鋼を脱酸する。一方、Ａｌ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な酸化物系介在物が生成して、鋼材の低温靱性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．１００％以下である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、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。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０８５％である。なお、本明細書にいうＡｌ含有量は、「酸可溶Ａｌ」、つまり、ｓｏｌ．Ａｌの含有量を意味する。
Ｎｉ：４．２０～９．００％
ニッケル（Ｎｉ）は鋼材のオーステナイト組織を安定化する。すなわち、Ｎｉは安定したフェライト・オーステナイトの二相組織を得るために必要な元素である。Ｎｉはさらに、鋼材の耐食性を高める。Ｎｉ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｎｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、オーステナイトの体積率が高くなりすぎ、鋼材の降伏強度が低下する。したがって、Ｎｉ含有量は４．２０～９．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は４．２５％であり、さらに好ましくは４．３０％であり、さらに好ましくは４．３５％であり、さらに好ましくは４．４０％であり、さらに好ましくは４．５０％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は８．７５％であり、さらに好ましくは８．５０％であり、さらに好ましくは８．２５％であり、さらに好ましくは８．００％であり、さらに好ましくは７．７５％である。
ニッケル（Ｎｉ）は鋼材のオーステナイト組織を安定化する。すなわち、Ｎｉは安定したフェライト・オーステナイトの二相組織を得るために必要な元素である。Ｎｉはさらに、鋼材の耐食性を高める。Ｎｉ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｎｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、オーステナイトの体積率が高くなりすぎ、鋼材の降伏強度が低下する。したがって、Ｎｉ含有量は４．２０～９．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は４．２５％であり、さらに好ましくは４．３０％であり、さらに好ましくは４．３５％であり、さらに好ましくは４．４０％であり、さらに好ましくは４．５０％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は８．７５％であり、さらに好ましくは８．５０％であり、さらに好ましくは８．２５％であり、さらに好ましくは８．００％であり、さらに好ましくは７．７５％である。
Ｃｒ：２０．００～３０．００％
クロム（Ｃｒ）は酸化物として鋼材の表面に不働態被膜を形成し、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２０．００～３０．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２０．５０％であり、さらに好ましくは２１．００％であり、さらに好ましくは２１．５０％であり、さらに好ましくは２２．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２９．５０％であり、さらに好ましくは２９．００％であり、さらに好ましくは２８．００％である。
クロム（Ｃｒ）は酸化物として鋼材の表面に不働態被膜を形成し、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２０．００～３０．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２０．５０％であり、さらに好ましくは２１．００％であり、さらに好ましくは２１．５０％であり、さらに好ましくは２２．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２９．５０％であり、さらに好ましくは２９．００％であり、さらに好ましくは２８．００％である。
Ｍｏ：０．５０～２．００％
モリブデン（Ｍｏ）は鋼材の耐食性を高める。Ｍｏはさらに、鋼に固溶して、鋼材の降伏強度を高める。Ｍｏはさらに、鋼中で微細な炭化物を形成して、鋼材の降伏強度を高める。Ｍｏ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｏ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｍｏ含有量は０．５０～２．００％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．５５％であり、さらに好ましくは０．６０％であり、さらに好ましくは０．７０％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は２．００％未満であり、さらに好ましくは１．８５％であり、さらに好ましくは１．５０％である。
モリブデン（Ｍｏ）は鋼材の耐食性を高める。Ｍｏはさらに、鋼に固溶して、鋼材の降伏強度を高める。Ｍｏはさらに、鋼中で微細な炭化物を形成して、鋼材の降伏強度を高める。Ｍｏ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｏ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｍｏ含有量は０．５０～２．００％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．５５％であり、さらに好ましくは０．６０％であり、さらに好ましくは０．７０％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は２．００％未満であり、さらに好ましくは１．８５％であり、さらに好ましくは１．５０％である。
Ｃｕ：０．５０～３．００％
銅（Ｃｕ）は鋼材の降伏強度を高める。Ｃｕ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃｕ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は０．５０～３．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．６０％であり、さらに好ましくは０．８０％であり、さらに好ましくは０．９０％であり、さらに好ましくは１．００％であり、さらに好ましくは１．５０％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は２．９０％であり、さらに好ましくは２．７５％であり、さらに好ましくは２．５０％である。
銅（Ｃｕ）は鋼材の降伏強度を高める。Ｃｕ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃｕ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は０．５０～３．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．６０％であり、さらに好ましくは０．８０％であり、さらに好ましくは０．９０％であり、さらに好ましくは１．００％であり、さらに好ましくは１．５０％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は２．９０％であり、さらに好ましくは２．７５％であり、さらに好ましくは２．５０％である。
Ｎ：０．１５０～０．３５０％
窒素（Ｎ）は鋼材のオーステナイト組織を安定化する。すなわち、Ｎは安定したフェライト・オーステナイトの二相組織を得るために必要な元素である。Ｎはさらに、鋼材の耐食性を高める。Ｎ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靭性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．１５０～０．３５０％である。Ｎ含有量の好ましい下限は０．１７０％であり、さらに好ましくは０．１８０％であり、さらに好ましくは０．１９０％である。Ｎ含有量の好ましい上限は、０．３４０％であり、さらに好ましくは０．３３０％である。
窒素（Ｎ）は鋼材のオーステナイト組織を安定化する。すなわち、Ｎは安定したフェライト・オーステナイトの二相組織を得るために必要な元素である。Ｎはさらに、鋼材の耐食性を高める。Ｎ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靭性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．１５０～０．３５０％である。Ｎ含有量の好ましい下限は０．１７０％であり、さらに好ましくは０．１８０％であり、さらに好ましくは０．１９０％である。Ｎ含有量の好ましい上限は、０．３４０％であり、さらに好ましくは０．３３０％である。
Ｖ：０．０１～１．５０％
バナジウム（Ｖ）は鋼材の降伏強度を高める。Ｖ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｖ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０．０１～１．５０％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％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。Ｖ含有量の好ましい上限は１．２０％であり、さらに好ましくは１．００％である。
バナジウム（Ｖ）は鋼材の降伏強度を高める。Ｖ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｖ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０．０１～１．５０％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％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。Ｖ含有量の好ましい上限は１．２０％であり、さらに好ましくは１．００％である。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。ここで、化学組成における不純物とは、二相ステンレス鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、本実施形態による二相ステンレス鋼材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
［任意元素］
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、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及び、Ｗからなる群から選択される１元素以上を含有してもよい。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。
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、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及び、Ｗからなる群から選択される１元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、鋼材の強度を高める。
Ｎｂ：０～０．１００％
ニオブ（Ｎｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｎｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｎｂは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｎｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｎｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０～０．１００％である。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
ニオブ（Ｎｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｎｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｎｂは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｎｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｎｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０～０．１００％である。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
Ｔａ：０～０．１００％
タンタル（Ｔａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｔａ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｔａは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｔａが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｔａ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｔａ含有量は０～０．１００％である。Ｔａ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｔａ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。
タンタル（Ｔａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｔａ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｔａは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｔａが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｔａ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｔａ含有量は０～０．１００％である。Ｔａ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｔａ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。
Ｔｉ：０～０．１００％
チタン（Ｔｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｔｉ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｔｉは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｔｉが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｔｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０～０．１００％である。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
チタン（Ｔｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｔｉ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｔｉは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｔｉが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｔｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０～０．１００％である。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
Ｚｒ：０～０．１００％
ジルコニウム（Ｚｒ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｚｒ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｚｒは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｚｒが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｚｒ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｚｒ含有量は０～０．１００％である。Ｚｒ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
ジルコニウム（Ｚｒ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｚｒ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｚｒは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｚｒが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｚｒ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｚｒ含有量は０～０．１００％である。Ｚｒ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
Ｈｆ：０～０．１００％
ハフニウム（Ｈｆ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｈｆ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｈｆは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｈｆが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｈｆ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｈｆ含有量は０～０．１００％である。Ｈｆ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｈｆ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
ハフニウム（Ｈｆ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｈｆ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｈｆは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｈｆが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｈｆ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｈｆ含有量は０～０．１００％である。Ｈｆ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｈｆ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
Ｗ：０～０．２００％
タングステン（Ｗ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｗ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｗは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｗが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｗ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｗ含有量は０～０．２００％である。Ｗ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｗ含有量の好ましい上限は０．１８０％であり、さらに好ましくは０．１５０％である。
タングステン（Ｗ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｗ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｗは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｗが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｗ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｗ含有量は０～０．２００％である。Ｗ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｗ含有量の好ましい上限は０．１８０％であり、さらに好ましくは０．１５０％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さらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｏ、Ｓｎ、及び、Ｓｂからなる群から選択される１元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、鋼材の耐食性を高める。
Ｃｏ：０～０．５００％
コバルト（Ｃｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｃｏ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃｏは鋼材の表面に被膜を形成して、鋼材の耐食性を高める。Ｃｏはさらに、鋼材の焼入性を高め、鋼材の強度を安定化する。Ｃｏが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃｏ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、製造コストが極端に高まる。したがって、Ｃｏ含有量は０～０．５００％である。Ｃｏ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．４８０％であり、さらに好ましくは０．４６０％であり、さらに好ましくは０．４５０％である。
コバルト（Ｃｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｃｏ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃｏは鋼材の表面に被膜を形成して、鋼材の耐食性を高める。Ｃｏはさらに、鋼材の焼入性を高め、鋼材の強度を安定化する。Ｃｏが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃｏ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、製造コストが極端に高まる。したがって、Ｃｏ含有量は０～０．５００％である。Ｃｏ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．４８０％であり、さらに好ましくは０．４６０％であり、さらに好ましくは０．４５０％である。
Ｓｎ：０～０．１００％
スズ（Ｓｎ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｓｎ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｓｎは鋼材の耐食性を高める。Ｓｎが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｓｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粒界に液化脆化割れを生じることにより、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｎ含有量は０～０．１００％である。Ｓｎ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
スズ（Ｓｎ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｓｎ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｓｎは鋼材の耐食性を高める。Ｓｎが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｓｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粒界に液化脆化割れを生じることにより、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｎ含有量は０～０．１００％である。Ｓｎ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
Ｓｂ：０～０．１００％
アンチモン（Ｓｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｓｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｓｂは鋼材の耐食性を高める。Ｓｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｓｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の高温での延性が低下して、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｂ含有量は０～０．１００％である。Ｓｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。Ｓｂ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
アンチモン（Ｓｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｓｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｓｂは鋼材の耐食性を高める。Ｓｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｓｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の高温での延性が低下して、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｂ含有量は０～０．１００％である。Ｓｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。Ｓｂ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％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さらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂ、及び、希土類元素からなる群から選択される１元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、鋼材の熱間加工性を高める。
Ｃａ：０～０．０２０％
カルシウム（Ｃａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｃａ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃａは鋼材中のＳを硫化物として固定することで無害化し、鋼材の熱間加工性を高める。Ｃａが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃａ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０～０．０２０％である。Ｃａ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、さらに好ましくは０．０１５％である。
カルシウム（Ｃａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｃａ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃａは鋼材中のＳを硫化物として固定することで無害化し、鋼材の熱間加工性を高める。Ｃａが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃａ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０～０．０２０％である。Ｃａ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、さらに好ましくは０．０１５％である。
Ｍｇ：０～０．０２０％
マグネシウム（Ｍｇ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｍｇ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｍｇは鋼材中のＳを硫化物として固定することで無害化し、鋼材の熱間加工性を高める。Ｍｇが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｍｇ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｍｇ含有量は０～０．０２０％である。Ｍｇ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、さらに好ましくは０．０１５％である。
マグネシウム（Ｍｇ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｍｇ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｍｇは鋼材中のＳを硫化物として固定することで無害化し、鋼材の熱間加工性を高める。Ｍｇが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｍｇ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｍｇ含有量は０～０．０２０％である。Ｍｇ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、さらに好ましくは０．０１５％である。
Ｂ：０～０．０２０％
ホウ素（Ｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｂは鋼材中のＳの粒界への偏析を抑制し、鋼材の熱間加工性を高める。Ｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、ボロン窒化物（ＢＮ）が生成し、鋼材の低温靱性を低下させる。したがって、Ｂ含有量は０～０．０２０％である。Ｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、さらに好ましくは０．０１５％である。
ホウ素（Ｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｂは鋼材中のＳの粒界への偏析を抑制し、鋼材の熱間加工性を高める。Ｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、ボロン窒化物（ＢＮ）が生成し、鋼材の低温靱性を低下させる。したがって、Ｂ含有量は０～０．０２０％である。Ｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、さらに好ましくは０．０１５％である。
希土類元素：０～０．２００％
希土類元素（ＲＥＭ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、ＲＥＭ含有量は０％であってもよい。含有される場合、ＲＥＭは鋼材中のＳを硫化物として固定することで無害化し、鋼材の熱間加工性を高める。ＲＥＭが少しでも含有されれば上記効果がある程度得られる。しかしながら、ＲＥＭ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．２００％である。ＲＥＭ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．１８０％であり、さらに好ましくは０．１６０％である。
希土類元素（ＲＥＭ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、ＲＥＭ含有量は０％であってもよい。含有される場合、ＲＥＭは鋼材中のＳを硫化物として固定することで無害化し、鋼材の熱間加工性を高める。ＲＥＭが少しでも含有されれば上記効果がある程度得られる。しかしながら、ＲＥＭ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．２００％である。ＲＥＭ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．１８０％であり、さらに好ましくは０．１６０％である。
なお、本明細書におけるＲＥＭとは、原子番号２１番のスカンジウム（Ｓｃ）、原子番号３９番のイットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイドである原子番号５７番のランタン（Ｌａ）～原子番号７１番のルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選択される１元素以上を意味する。また、本明細書におけるＲＥＭ含有量とは、これらの元素の合計含有量を意味する。
［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、５５２ＭＰａ以上である。本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成を有し、かつ、体積率で、３５～５５％のフェライトと、４０～５５％の一次オーステナイトと、５～２０％の二次オーステナイトとからなる。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、降伏強度が８０ｋｓｉ（５５２ＭＰａ）以上であっても、優れた低温靭性を有する。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の降伏強度は、５５２ＭＰａ以上である。本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成を有し、かつ、体積率で、３５～５５％のフェライトと、４０～５５％の一次オーステナイトと、５～２０％の二次オーステナイトとからなる。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、降伏強度が８０ｋｓｉ（５５２ＭＰａ）以上であっても、優れた低温靭性を有する。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の降伏強度の好ましい下限は５６０ＭＰａであり、さらに好ましくは５７０ＭＰａであり、さらに好ましくは５８０ＭＰａである。本実施形態による二相ステンレス鋼材の降伏強度の上限は特に限定されないが、たとえば、７２４ＭＰａである。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の降伏強度は、次の方法で求めることができる。具体的に、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）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、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、厚さが鋼管の肉厚と同じであって、幅２５．４ｍｍ、標点距離５０．８ｍｍの円弧状試験片を作製する。鋼材が丸鋼である場合、丸鋼の軸方向に垂直な断面におけるＲ／２位置から丸棒試験片を作製する。なお、本明細書において、Ｒ／２位置とは、丸鋼の軸方向に垂直な断面における半径Ｒの中心位置を意味する。丸棒試験片を作製する場合、丸棒試験片の大きさは、たとえば平行部直径６ｍｍ、標点距離２４ｍｍである。なお、丸棒試験片及び円弧状試験片の長手方向は、鋼材の圧延方向と平行である。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。
［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、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。たとえば、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ける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、無視できるほど低い。すなわち、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、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。たとえば、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ける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、無視できるほど低い。すなわち、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において、フェライトの体積率は３５～５５％である。フェライトの体積率が低すぎれば、降伏強度が低下する。一方、フェライトの体積率が高すぎれば、鋼材の低温靭性が低下する。しかしながら、上述の化学組成を有し、後述する好ましい製造方法によって製造された二相ステンレス鋼材のミクロ組織では、フェライトの体積率は３５～５５％となる。したがって、本実施形態による二相ステンレス鋼材のミクロ組織において、フェライトの体積率は３５～５５％である。
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、一次オーステナイトの体積率は４０～５５％であり、二次オーステナイトの体積率は５～２０％である。本明細書では、二相ステンレス鋼材のミクロ組織中のオーステナイトのうち、短径が２０μｍ以上のオーステナイトを一次オーステナイトと定義し、オーステナイトの残部を二次オーステナイトと定義する。
上述のとおり、微細な二次オーステナイトは、フェライト中に分散し、フェライトの低温靭性を高める。その結果、二相ステンレス鋼材の低温靭性が高まる。二次オーステナイトの体積率が低すぎれば、上記効果が十分に得られない。一方、二次オーステナイトの体積率が高すぎれば、二相ステンレス鋼材の降伏強度が低下する。その結果、８０ｋｓｉ以上の降伏強度を有する二相ステンレス鋼材が得られない。したがって、本実施形態では、二次オーステナイトの体積率を５～２０％とする。二次オーステナイトの体積率の好ましい下限は６％であり、さらに好ましくは７％であり、さらに好ましくは１０％である。二次オーステナイトの体積率の好ましい上限は１９％であり、さらに好ましくは１８％であり、さらに好ましくは１５％である。
さらに、上述のとおり、粗大な一次オーステナイトが存在することにより、本実施形態による二相ステンレス鋼材の降伏強度が高まる。一次オーステナイトの体積率が低すぎれば、上記効果が十分に得られない。一方、一次オーステナイトの体積率が高すぎれば、二次オーステナイト及び／又はフェライトの体積率が低下して、製造された二相ステンレス鋼材の低温靭性が低下する場合がある。したがって、本実施形態では、一次オーステナイトの体積率を４０～５５％とする。一次オーステナイトの体積率の好ましい下限は４１％であり、さらに好ましくは４２％であり、さらに好ましくは４５％である。一次オーステナイトの体積率の好ましい上限は５４％であり、さらに好ましくは５３％であり、さらに好ましくは５０％である。
以上のとおり、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成を有し、かつ、体積率で、３５～５５％のフェライトと、４０～５５％の一次オーステナイトと、５～２０％の二次オーステナイトとからなる。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、８０ｋｓｉ以上の降伏強度と、優れた低温靭性とを有する。なお、本実施形態では、後述のとおり、二相ステンレス鋼材の圧延方向に垂直な断面においてミクロ組織観察を実施する。すなわち、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、二相ステンレス鋼材の圧延方向に垂直な断面において、ミクロ組織が、体積率で、３５～５５％のフェライトと、４０～５５％の一次オーステナイトと、５～２０％の二次オーステナイトとからなる。
本実施形態による二相ステンレス鋼材のフェライトと、一次オーステナイトと、二次オーステナイトとの体積率は、次の方法で求めることができる。まず、本実施形態による二相ステンレス鋼材から、ミクロ組織観察用の試験片を作製する。鋼材が鋼板の場合、板厚中央部から板幅方向５ｍｍ、板厚方向５ｍｍの観察面を有する試験片を作製する。鋼材が鋼管の場合、肉厚中央部から管径方向５ｍｍ、管周方向５ｍｍの観察面を有する試験片を作製する。鋼材が丸鋼の場合、丸鋼の軸方向に垂直な断面におけるＲ／２位置から、丸鋼の軸方向に垂直な観察面（５ｍｍ×５ｍｍ）を有する試験片を作製する。なお、上記観察面が得られれば、試験片の大きさは特に限定されない。
作製した試験片の観察面を鏡面研磨する。鏡面研磨された観察面を７％水酸化カリウム腐食液中で電解腐食して、組織現出を行う。組織が現出された観察面を、光学顕微鏡を用いて１０視野観察する。各視野の面積は、たとえば、４００００μｍ2（２００μｍ×２００μｍ）である。各視野において、コントラストからフェライト及びオーステナイトを特定する。特定されたフェライトの面積率を求める。フェライトの面積率を求める方法は限定されず、周知の方法でよい。たとえば、画像解析ソフトウエアによって求めることができる。
コントラストから特定された各視野のオーステナイトから、短径が２０μｍ以上のオーステナイトを特定する。なお、本明細書では、オーステナイトの短径とは次のとおりに定義される。まず、各視野から任意のオーステナイトを特定する。なお、本明細書において、「任意のオーステナイトを特定する」とは、外周がフェライトに囲まれた、１つのオーステナイト粒を特定することを意味する。当該オーステナイトの外周の任意の２点を結ぶ線分のうち、長さが最大の線分を当該オーステナイトの長径と定義する。当該オーステナイトの長径を長辺とし、当該オーステナイトに外接する長方形を作図する。このとき、作図された長方形の短辺を、当該オーステナイトの短径と定義する。
各視野において、特定された短径２０μｍ以上のオーステナイト（一次オーステナイト）の面積率を求める。一次オーステナイトの面積率を求める方法は限定されず、周知の方法でよい。たとえば、画像解析ソフトウエアによって求めることができる。さらに、上述の方法で求めたフェライトの面積率（％）と、一次オーステナイトの面積率（％）と、次の式（Ａ）とを用いて、二次オーステナイトの面積率（％）を求めることができる。
（二次オーステナイトの面積率（％））＝１００－｛（フェライトの面積率（％））＋（一次オーステナイトの面積率（％））｝ （Ａ）
（二次オーステナイトの面積率（％））＝１００－｛（フェライトの面積率（％））＋（一次オーステナイトの面積率（％））｝ （Ａ）
本実施形態では、上述の方法で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。本実施形態ではさらに、上述の方法で得られた一次オーステナイトの面積率（％）の１０視野における算術平均値を、一次オーステナイトの体積率（％）と定義する。本実施形態ではさらに、上述の方法で得られた二次オーステナイトの面積率（％）の１０視野における算術平均値を、二次オーステナイトの体積率（％）と定義する。
なお、上述のとおり、本実施形態による二相ステンレス鋼材では、ミクロ組織において、フェライト、一次オーステナイト、及び、二次オーステナイト以外に、析出物や介在物等を含む場合がある。しかしながら、上述のとおり、析出物や介在物等の体積率は、フェライト、一次オーステナイト、及び、二次オーステナイトの体積率と比較して、無視できるほど低い。そのため、本明細書において、上述の方法によりフェライト、一次オーステナイト、及び、オーステナイトの体積率を算出する場合、析出物や介在物等の体積率は無視する。
［低温靭性］
本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成を有し、かつ、体積率で、３５～５５％のフェライトと、４０～５５％の一次オーステナイトと、５～２０％の二次オーステナイトとからなる。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、降伏強度が８０ｋｓｉ（５５２ＭＰａ）以上であっても、優れた低温靭性を有する。本実施形態において、優れた低温靭性とは、以下のとおりに定義される。
本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成を有し、かつ、体積率で、３５～５５％のフェライトと、４０～５５％の一次オーステナイトと、５～２０％の二次オーステナイトとからなる。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、降伏強度が８０ｋｓｉ（５５２ＭＰａ）以上であっても、優れた低温靭性を有する。本実施形態において、優れた低温靭性とは、以下のとおりに定義される。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の低温靭性は、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１８）に準拠したシャルピー衝撃試験によって評価する。本実施形態による鋼材から、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１８）に準拠してＶノッチ試験片を作製する。具体的に、鋼材が鋼板である場合、板厚中央部から、板厚方向及び圧延方向に平行なノッチ面を有するＶノッチ試験片を作製する。鋼材が鋼管である場合、肉厚中央部から、肉厚方向及び管軸方向に平行なノッチ面を有するＶノッチ試験片を作製する。鋼材が丸鋼の場合、軸方向に垂直な断面におけるＲ／２位置から、断面半径方向及び圧延方向に平行なノッチ面を有するＶノッチ試験片を作製する。なお、Ｖノッチ試験片の長手方向は、鋼材の圧延方向と平行とする。
作製したＶノッチ試験片に対して、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１８）に準拠したシャルピー衝撃試験を実施する。シャルピー衝撃試験を、０～－７０℃を１０℃ごとに８条件で実施して、各温度における吸収エネルギー（Ｊ）を求める。求めた吸収エネルギー（Ｊ）をＶノッチ試験片の断面積（ｃｍ2）で除し、各温度における単位面積あたりの吸収エネルギー（Ｊ／ｃｍ2）を求める。なお、Ｖノッチ試験片の断面積とは、Ｖノッチ底の位置におけるＶノッチ試験片の長手方向に垂直な断面の面積を意味する。具体的に、フルサイズの２ｍｍＶノッチ試験片を用いた場合、求めた吸収エネルギー（Ｊ）をＶノッチ試験片の断面積０．８ｃｍ2（幅０．８ｃｍ×厚さ１．０ｃｍ）で除することで、単位面積あたりの吸収エネルギー（Ｊ／ｃｍ2）を求めることができる。
求めた各温度における単位面積あたりの吸収エネルギーのうち、３０Ｊ／ｃｍ2以上を示す最低温度（℃）を求める。具体的に、たとえば、０℃、－１０℃、－２０℃、及び、－３０℃における単位面積あたりの吸収エネルギーが３０Ｊ／ｃｍ2以上であり、－４０℃、－５０℃、－６０℃、及び、－７０℃における単位面積あたりの吸収エネルギーが３０Ｊ／ｃｍ2未満の場合、最低温度は－３０℃である。本実施形態では、単位面積あたりの吸収エネルギーが３０Ｊ／ｃｍ2以上を示す最低温度が－２０℃以下であれば、優れた低温靭性を有すると判断する。なお、本明細書では、単位面積あたりの吸収エネルギーを、単に「吸収エネルギー」ともいう。
［二相ステンレス鋼材の形状］
上述のとおり、本実施形態による二相ステンレス鋼材の形状は、特に限定されない。本実施形態による二相ステンレス鋼材はたとえば、鋼管であってもよく、鋼板であってもよく、丸鋼であってもよく、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、５５２ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた低温靭性とを有する。
上述のとおり、本実施形態による二相ステンレス鋼材の形状は、特に限定されない。本実施形態による二相ステンレス鋼材はたとえば、鋼管であってもよく、鋼板であってもよく、丸鋼であってもよく、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、５５２ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた低温靭性とを有する。
［製造方法］
上述の構成を有する本実施形態による二相ステンレス鋼材の製造方法の一例を説明する。なお、本実施形態による二相ステンレス鋼材の製造方法は、以下に説明する製造方法に限定されない。本実施形態の二相ステンレス鋼材の製造方法の一例は、素材準備工程と、熱間加工工程と、二次オーステナイト析出処理工程と、溶体化処理工程とを含む。以下、各製造工程について詳述する。
上述の構成を有する本実施形態による二相ステンレス鋼材の製造方法の一例を説明する。なお、本実施形態による二相ステンレス鋼材の製造方法は、以下に説明する製造方法に限定されない。本実施形態の二相ステンレス鋼材の製造方法の一例は、素材準備工程と、熱間加工工程と、二次オーステナイト析出処理工程と、溶体化処理工程とを含む。以下、各製造工程について詳述する。
［素材準備工程］
本実施形態による素材準備工程では、上述の化学組成を有する素材を準備する。素材は製造して準備してもよく、第三者から購入することにより準備してもよい。すなわち、素材を準備する方法は特に限定されない。
本実施形態による素材準備工程では、上述の化学組成を有する素材を準備する。素材は製造して準備してもよく、第三者から購入することにより準備してもよい。すなわち、素材を準備する方法は特に限定されない。
素材を製造する場合、たとえば、次の方法で製造する。上述の化学組成を有する溶鋼を製造する。溶鋼を用いて連続鋳造法により鋳片（スラブ、ブルーム、又は、ビレット）を製造する。溶鋼を用いて造塊法により鋼塊（インゴット）を製造してもよい。必要に応じて、スラブ、ブルーム又はインゴットを分塊圧延して、ビレットを製造してもよい。以上の工程により素材を製造する。
［熱間加工工程］
本実施形態による熱間加工工程では、上記準備工程で準備された素材を熱間加工して、中間鋼材を製造する。本明細書において中間鋼材とは、最終製品が鋼板の場合は板状の鋼材であり、最終製品が鋼管の場合は素管であり、最終製品が丸鋼の場合は断面円形状の鋼材であり、最終製品が線材の場合は線状の鋼材である。熱間加工は、熱間鍛造であってもよく、熱間押出であってもよく、熱間圧延であってもよい。熱間加工の方法は、特に限定されず、周知の方法でよい。
本実施形態による熱間加工工程では、上記準備工程で準備された素材を熱間加工して、中間鋼材を製造する。本明細書において中間鋼材とは、最終製品が鋼板の場合は板状の鋼材であり、最終製品が鋼管の場合は素管であり、最終製品が丸鋼の場合は断面円形状の鋼材であり、最終製品が線材の場合は線状の鋼材である。熱間加工は、熱間鍛造であってもよく、熱間押出であってもよく、熱間圧延であってもよい。熱間加工の方法は、特に限定されず、周知の方法でよい。
中間鋼材が素管（継目無鋼管）の場合、熱間加工工程において、たとえば、ユジーン・セジュルネ法、又は、エルハルトプッシュベンチ法（すなわち、熱間押出）を実施してもよく、マンネスマン法による穿孔圧延（すなわち、熱間圧延）を実施してもよい。なお、熱間加工は、１回のみ実施してもよく、複数回実施してもよい。たとえば、素材に対して上述の穿孔圧延を実施した後、上述の熱間押出を実施してもよい。たとえばさらに、素材に対して、上述の穿孔圧延を実施した後、延伸圧延を実施してもよい。すなわち、熱間加工工程では、周知の方法により熱間加工を実施して、所望の形状の中間鋼材を製造する。
なお、鋼材が丸鋼や鋼板の場合、中間鋼材は次のように製造されてもよい。鋼材が丸鋼の場合、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、たとえば、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、軸方向に垂直な断面が円形の中間鋼材を製造する。熱間加工はたとえば、分塊圧延機による分塊圧延、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。
鋼材が鋼板の場合、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、たとえば、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、鋼板形状の中間鋼材を製造する。
［二次オーステナイト析出処理工程］
本実施形態による二次オーステナイト析出処理工程では、上記熱間加工工程で製造された中間鋼材に対して熱処理を実施して、中間鋼材中に二次オーステナイトを析出させる。具体的に、本実施形態では、二次オーステナイト析出処理工程において、中間鋼材を加熱して、９００～９６０℃の範囲内で３分以上保持するのが好ましい。
本実施形態による二次オーステナイト析出処理工程では、上記熱間加工工程で製造された中間鋼材に対して熱処理を実施して、中間鋼材中に二次オーステナイトを析出させる。具体的に、本実施形態では、二次オーステナイト析出処理工程において、中間鋼材を加熱して、９００～９６０℃の範囲内で３分以上保持するのが好ましい。
好ましくは、中間鋼材の加熱時における４００～８００℃の昇温速度を０．３５℃／秒以上とする。上述の化学組成を有する中間鋼材では、４００～８００℃の昇温速度が遅すぎれば、昇温中に一時的に生じる析出物に起因して、中間鋼材に疵や割れが発生する場合がある。したがって、本実施形態では、中間鋼材の加熱時における４００～８００℃の昇温速度を０．３５℃／秒以上とするのが好ましい。中間鋼材の加熱時における４００～８００℃の昇温速度の上限は特に限定されないが、たとえば、０．６０℃／秒である。なお、中間鋼材を加熱する方法は特に限定されず、周知の方法を用いることができる。たとえば、補熱炉や高周波加熱炉を用いて、中間鋼材を加熱してもよい。
本実施形態では、上述の昇温速度で加熱された中間鋼材を、９００～９６０℃の範囲内で３分以上保持するのが好ましい。二次オーステナイト析出処理工程において、中間鋼材を保持する温度（保持温度）が高すぎれば、二次オーステナイトが十分に析出しない。この場合、製造された二相ステンレス鋼材において、二次オーステナイトの体積率が十分に得られない。その結果、製造された二相ステンレス鋼材の低温靭性が十分に得られない。一方、保持温度が低すぎれば、二次オーステナイトが多量に析出しすぎる。この場合、製造された二相ステンレス鋼材において、一次オーステナイトの体積率が低下する。その結果、鋼材の降伏強度が５５２ＭＰａ未満となる場合がある。
したがって、本実施形態による二次オーステナイト析出処理工程では、保持温度を９００～９６０℃とするのが好ましい。保持温度のさらに好ましい下限は９０５℃であり、さらに好ましくは９１０℃である。保持温度のさらに好ましい上限は９５５℃であり、さらに好ましくは９５０℃である。
二次オーステナイト析出処理工程において、中間鋼材を９００～９６０℃で保持する時間（保持時間）が短すぎれば、二次オーステナイトが十分に析出しない。この場合、製造された二相ステンレス鋼材において、二次オーステナイトの体積率が十分に得られない。その結果、製造された二相ステンレス鋼材の低温靭性が十分に得られない。したがって、本実施形態による二次オーステナイト析出処理工程では、保持時間を３分以上とするのが好ましい。保持時間のさらに好ましい下限は４分であり、さらに好ましくは５分である。
なお、保持時間の上限は特に限定されない。しかしながら、保持時間が長すぎても、その効果が飽和する。したがって、本実施形態による二次オーステナイト析出処理工程では、保持時間の上限は２０分とするのが好ましい。保持時間のさらに好ましい上限は１９分であり、さらに好ましくは１８分である。
［溶体化処理工程］
溶体化処理工程では、上記二次オーステナイト析出処理工程が実施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。たとえば、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、素管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、上記二次オーステナイト析出処理工程が実施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。たとえば、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、素管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９８０～１１１０℃とする。溶体化温度が低すぎれば、溶体化処理後の中間鋼材に析出物（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、製造された二相ステンレス鋼材の耐食性が低下する。溶体化温度が低すぎればさらに、二次オーステナイトが多量に析出しすぎる。この場合、製造された二相ステンレス鋼材において、鋼材の降伏強度が５５２ＭＰａ未満となる場合がある。一方、溶体化温度が高すぎれば、析出した二次オーステナイトが溶解し、製造された二相ステンレス鋼材中の二次オーステナイトの体積率が低下する場合がある。この場合、鋼材の低温靭性が低下する。
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、たとえば、５～１８０分である。急冷方法は、たとえば、水冷である。
［その他の工程］
なお、溶体化処理が実施された二相ステンレス鋼材に対して、必要に応じて、酸洗処理を実施してもよい。この場合、酸洗処理は、周知の方法で実施されればよく、特に限定されない。また、溶体化処理が実施された二相ステンレス鋼材に対して、冷間加工を実施してもよい。冷間加工を実施した場合であっても、上述のフェライトの体積率、一次オーステナイトの体積率、及び、二次オーステナイトの体積率を満たせば、８０ｋｓｉ（５５２ＭＰａ）以上の降伏強度と、優れた低温靭性とを両立することができる。
なお、溶体化処理が実施された二相ステンレス鋼材に対して、必要に応じて、酸洗処理を実施してもよい。この場合、酸洗処理は、周知の方法で実施されればよく、特に限定されない。また、溶体化処理が実施された二相ステンレス鋼材に対して、冷間加工を実施してもよい。冷間加工を実施した場合であっても、上述のフェライトの体積率、一次オーステナイトの体積率、及び、二次オーステナイトの体積率を満たせば、８０ｋｓｉ（５５２ＭＰａ）以上の降伏強度と、優れた低温靭性とを両立することができる。
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１Ａ及び表１Ｂ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１Ｂ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。たとえば、試験番号１のＮｂ含有量、Ｔａ含有量、Ｔｉ含有量、Ｚｒ含有量、Ｈｆ含有量、Ｗ含有量、Ｃｏ含有量、Ｓｎ含有量、Ｓｂ含有量、Ｃａ含有量、Ｍｇ含有量、Ｂ含有量、及び、ＲＥＭ含有量は、小数第四位を四捨五入して、０％であったことを意味する。
各鋼種のインゴットに対して、表２に記載の熱間加工の加熱温度（℃）で加熱した後、熱間圧延を実施して、外径１７７．８ｍｍ、肉厚１２．６５ｍｍ素管（継目無鋼管）を製造した。熱間加工が実施された各試験番号の素管に対して、表２に記載の４００～８００℃の昇温速度（℃／秒）で加熱して、表２に記載の保持温度（℃）で、保持時間（分）だけ保持する、二次オーステナイト析出処理を実施した。さらに、表２に記載の溶体化温度（℃）及び溶体化時間（分）にて、溶体化処理を実施した。
以上の工程により、各試験番号の継目無鋼管を得た。得られた各試験番号の継目無鋼管に対して、引張試験と、ミクロ組織観察試験と、シャルピー衝撃試験とを実施した。なお、得られた試験番号３４及び３５の継目無鋼管には、割れが確認された。そのため、これらの継目無鋼管に対しては、評価試験を実施しなかった。
［引張試験］
試験番号３４及び３５を除く各試験番号の継目無鋼管に対して、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）に準拠して、引張試験を実施した。具体的には、各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部から、引張試験用の円弧状試験片を作製した。円弧状試験片は、厚さを鋼管の肉厚と同じとし、幅２５．４ｍｍ、標点距離５０．８ｍｍとした。各試験番号の円弧状試験片を用いて、常温（２５℃）、大気中にて引張試験を実施して、０．２％オフセット耐力（ＭＰａ）を求めた。求めた０．２％オフセット耐力を降伏強度（ＭＰａ）と定義した。得られた各試験番号の降伏強度（Ｙｉｅｌｄ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を、表３の「ＹＳ（ＭＰａ）」欄に示す。
試験番号３４及び３５を除く各試験番号の継目無鋼管に対して、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）に準拠して、引張試験を実施した。具体的には、各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部から、引張試験用の円弧状試験片を作製した。円弧状試験片は、厚さを鋼管の肉厚と同じとし、幅２５．４ｍｍ、標点距離５０．８ｍｍとした。各試験番号の円弧状試験片を用いて、常温（２５℃）、大気中にて引張試験を実施して、０．２％オフセット耐力（ＭＰａ）を求めた。求めた０．２％オフセット耐力を降伏強度（ＭＰａ）と定義した。得られた各試験番号の降伏強度（Ｙｉｅｌｄ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を、表３の「ＹＳ（ＭＰａ）」欄に示す。
［ミクロ組織観察試験］
試験番号３４及び３５を除く各試験番号の継目無鋼管に対して、ミクロ組織観察を実施して、フェライト、一次オーステナイト、及び、二次オーステナイトの体積率を求めた。具体的には、各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部から、管径方向５ｍｍ×管周方向５ｍｍの観察面を有するミクロ組織観察用の試験片を作製した。各試験番号の試験片の観察面を鏡面に研磨し、７％水酸化カリウム腐食液中で電解腐食した。電解腐食により組織が現出された観察面を、光学顕微鏡を用いて１０視野観察した。各視野の面積は、４００００μｍ2（２００μｍ×２００μｍ）であった。
試験番号３４及び３５を除く各試験番号の継目無鋼管に対して、ミクロ組織観察を実施して、フェライト、一次オーステナイト、及び、二次オーステナイトの体積率を求めた。具体的には、各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部から、管径方向５ｍｍ×管周方向５ｍｍの観察面を有するミクロ組織観察用の試験片を作製した。各試験番号の試験片の観察面を鏡面に研磨し、７％水酸化カリウム腐食液中で電解腐食した。電解腐食により組織が現出された観察面を、光学顕微鏡を用いて１０視野観察した。各視野の面積は、４００００μｍ2（２００μｍ×２００μｍ）であった。
各試験番号の各視野において、ミクロ組織はフェライト及びオーステナイト以外の相は、無視できるほど少なかった。すなわち、各試験番号の継目無鋼管は、フェライト、一次オーステナイト、及び、二次オーステナイトからなるミクロ組織を有していた。各試験番号の各視野において、フェライトとオーステナイトとを、コントラストに基づいて特定した。さらに、上述の方法で短径が２０μｍ以上のオーステナイト（一次オーステナイト）を特定した。特定したフェライト及び一次オーステナイトの面積率（％）を、画像解析によって求めた。さらに、フェライト及び一次オーステナイトの面積率（％）から、上述の式（Ａ）により二次オーステナイトの面積率（％）を求めた。１０視野におけるフェライトの面積率の算術平均値を、フェライト体積率（％）とした。１０視野における一次オーステナイトの面積率の算術平均値を、一次オーステナイト体積率（％）とした。１０視野における二次オーステナイトの面積率の算術平均値を、二次オーステナイト体積率（％）とした。求めた各試験番号のフェライト体積率（％）、一次オーステナイト体積率（％）、及び、二次オーステナイト体積率（％）を表３に示す。
［シャルピー衝撃試験］
試験番号３４及び３５を除く各試験番号の継目無鋼管に対して、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１８）に準拠したシャルピー衝撃試験を実施して、低温靭性を評価した。まず、各試験番号の継目無鋼管から、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１８）に準拠して、シャルピー衝撃試験用のＶノッチ試験片を作製した。具体的に、各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部から、肉厚方向及び管軸方向に平行なノッチ面を有するＶノッチ試験片を作製した。なお、Ｖノッチ試験片の長手方向は、鋼材の圧延方向と平行であった。また、Ｖノッチ試験片の大きさは、フルサイズ（幅１０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、長さ５５ｍｍ）、Ｖノッチ深さは２ｍｍとした。ここで、Ｖノッチ試験片の幅とは、Ｖノッチ試験片のうち、Ｖノッチが形成されている面と、その反対面との間隔を意味する。
試験番号３４及び３５を除く各試験番号の継目無鋼管に対して、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１８）に準拠したシャルピー衝撃試験を実施して、低温靭性を評価した。まず、各試験番号の継目無鋼管から、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１８）に準拠して、シャルピー衝撃試験用のＶノッチ試験片を作製した。具体的に、各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央部から、肉厚方向及び管軸方向に平行なノッチ面を有するＶノッチ試験片を作製した。なお、Ｖノッチ試験片の長手方向は、鋼材の圧延方向と平行であった。また、Ｖノッチ試験片の大きさは、フルサイズ（幅１０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、長さ５５ｍｍ）、Ｖノッチ深さは２ｍｍとした。ここで、Ｖノッチ試験片の幅とは、Ｖノッチ試験片のうち、Ｖノッチが形成されている面と、その反対面との間隔を意味する。
作製された各試験番号のＶノッチ試験片を、０℃、－１０℃、－２０℃、－３０℃、－４０℃、－５０℃、－６０℃、及び、－７０℃の８条件で３本ずつ冷却した。冷却された各試験片に対して、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１８）に準拠したシャルピー衝撃試験を実施して、吸収エネルギー（Ｊ）を求めた。なお、吸収エネルギー（Ｊ）は、温度ごとに３本の試験片の算術平均値とした。求めた吸収エネルギー（Ｊ）をＶノッチ試験片の断面積（ｃｍ2）で除し、各温度における単位面積あたりの吸収エネルギー（Ｊ／ｃｍ2）を求めた。なお、Ｖノッチ試験片の断面積（ｃｍ2）は、上述の方法で定義したとおり、０．８ｃｍ2（幅０．８ｃｍ×厚さ１．０ｃｍ）とした。
求めた各温度における単位面積あたりの吸収エネルギーのうち、３０Ｊ／ｃｍ2以上を示す最低温度（℃）を求めた。求めた各試験番号の最低温度を表３に示す。
［評価結果］
表１Ａ～表３を参照して、試験番号１～２３の継目無鋼管は、化学組成が適切であった。さらに、製造方法も明細書に記載の好ましい製造方法であった。その結果、降伏強度が５５２ＭＰａ以上であった。さらに、フェライトの体積率が３５～５５％であり、一次オーステナイトの体積率が４０～５５％であり、二次オーステナイトの体積率が５～２０％であった。その結果、単位面積あたりの吸収エネルギーが３０Ｊ／ｃｍ2以上となる最低温度が－２０℃以下であった。すなわち、試験番号１～２３の継目無鋼管は、８０ｋｓｉ以上の降伏強度と、優れた低温靭性とを有していた。
表１Ａ～表３を参照して、試験番号１～２３の継目無鋼管は、化学組成が適切であった。さらに、製造方法も明細書に記載の好ましい製造方法であった。その結果、降伏強度が５５２ＭＰａ以上であった。さらに、フェライトの体積率が３５～５５％であり、一次オーステナイトの体積率が４０～５５％であり、二次オーステナイトの体積率が５～２０％であった。その結果、単位面積あたりの吸収エネルギーが３０Ｊ／ｃｍ2以上となる最低温度が－２０℃以下であった。すなわち、試験番号１～２３の継目無鋼管は、８０ｋｓｉ以上の降伏強度と、優れた低温靭性とを有していた。
一方、試験番号２４及び２５の継目無鋼管は、二次オーステナイト析出処理工程において、保持時間が短すぎた。その結果、二次オーステナイトの体積率が５％未満となった。その結果、単位面積あたりの吸収エネルギーが３０Ｊ／ｃｍ2以上となる最低温度が－２０℃を超えた。すなわち、これらの継目無鋼管は、優れた低温靭性を有していなかった。
試験番号２６及び２７の継目無鋼管は、二次オーステナイト析出処理工程において、保持温度が低すぎた。その結果、二次オーステナイトの体積率が２０％を超えた。その結果、降伏強度が５５２ＭＰａ未満となった。すなわち、これらの継目無鋼管は、８０ｋｓｉ以上の降伏強度を有していなかった。
試験番号２８及び２９の継目無鋼管は、二次オーステナイト析出処理工程において、保持温度が高すぎた。その結果、二次オーステナイトの体積率が５％未満となった。その結果、単位面積あたりの吸収エネルギーが３０Ｊ／ｃｍ2以上となる最低温度が－２０℃を超えた。すなわち、これらの継目無鋼管は、優れた低温靭性を有していなかった。
試験番号３０及び３１の継目無鋼管は、二次オーステナイト析出処理工程を実施しなかった。その結果、二次オーステナイトの体積率が５％未満となった。その結果、単位面積あたりの吸収エネルギーが３０Ｊ／ｃｍ2以上となる最低温度が－２０℃を超えた。すなわち、これらの継目無鋼管は、優れた低温靭性を有していなかった。
試験番号３２及び３３の継目無鋼管は、溶体化処理工程において、溶体化温度が低すぎた。その結果、一次オーステナイトの体積率が４０％未満となり、さらに、二次オーステナイトの体積率が２０％を超えた。その結果、降伏強度が５５２ＭＰａ未満となった。すなわち、これらの継目無鋼管は、８０ｋｓｉ以上の降伏強度を有していなかった。
試験番号３４及び３５の継目無鋼管は、二次オーステナイト析出処理工程において、４００～８００℃の昇温速度が遅すぎた。その結果、これらの継目無鋼管は割れが確認された。そのため、これらの継目無鋼管は、降伏強度及び低温靭性を評価されなかった。
試験番号３６の継目無鋼管は、Ｎ含有量が高すぎた。その結果、二次オーステナイトの体積率が５％未満となった。その結果、単位面積あたりの吸収エネルギーが３０Ｊ／ｃｍ2以上となる最低温度が－２０℃を超えた。すなわち、この継目無鋼管は、優れた低温靭性を有していなかった。
試験番号３７の継目無鋼管は、Ｎ含有量が低すぎた。その結果、一次オーステナイトの体積率が４０％未満となり、さらに、二次オーステナイトの体積率が２０％を超えた。その結果、降伏強度が５５２ＭＰａ未満となった。すなわち、この継目無鋼管は、８０ｋｓｉ以上の降伏強度を有していなかった。
試験番号３８の継目無鋼管は、Ｎｉ含有量が低すぎた。その結果、フェライトの体積率が５５％を超え、一次オーステナイトの体積率が４０％未満となり、さらに、二次オーステナイトの体積率が５％未満となった。その結果、単位面積あたりの吸収エネルギーが３０Ｊ／ｃｍ2以上となる最低温度が－２０℃を超えた。すなわち、この継目無鋼管は、優れた低温靭性を有していなかった。
以上、本開示の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
１０ 観察視野領域
２０ フェライト
３０ オーステナイト
３１ 一次オーステナイト
３２ 二次オーステナイト
２０ フェライト
３０ オーステナイト
３１ 一次オーステナイト
３２ 二次オーステナイト
Claims (2)
- 質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．２０～１．００％、
Ｍｎ：０．５０～７．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０２００％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎｉ：４．２０～９．００％、
Ｃｒ：２０．００～３０．００％、
Ｍｏ：０．５０～２．００％、
Ｃｕ：０．５０～３．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｖ：０．０１～１．５０％、
Ｎｂ：０～０．１００％、
Ｔａ：０～０．１００％、
Ｔｉ：０～０．１００％、
Ｚｒ：０～０．１００％、
Ｈｆ：０～０．１００％、
Ｗ：０～０．２００％、
Ｃｏ：０～０．５００％、
Ｓｎ：０～０．１００％、
Ｓｂ：０～０．１００％、
Ｃａ：０～０．０２０％、
Ｍｇ：０～０．０２０％、
Ｂ：０～０．０２０％、
希土類元素：０～０．２００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
降伏強度が５５２ＭＰａ以上であり、
ミクロ組織において、短径が２０μｍ以上のオーステナイトを一次オーステナイトと定義し、オーステナイトの残部を二次オーステナイトと定義したとき、
前記ミクロ組織が、体積率で、３５～５５％のフェライトと、４０～５５％の前記一次オーステナイトと、５～２０％の前記二次オーステナイトとからなる、
二相ステンレス鋼材。 - 請求項１に記載の二相ステンレス鋼材であって、
Ｎｂ：０．００１～０．１００％、
Ｔａ：０．００１～０．１００％、
Ｔｉ：０．００１～０．１００％、
Ｚｒ：０．００１～０．１００％、
Ｈｆ：０．００１～０．１００％、
Ｗ：０．００１～０．２００％、
Ｃｏ：０．００１～０．５００％、
Ｓｎ：０．００１～０．１００％、
Ｓｂ：０．００１～０．１００％、
Ｃａ：０．００１～０．０２０％、
Ｍｇ：０．００１～０．０２０％、
Ｂ：０．００１～０．０２０％、及び、
希土類元素：０．００１～０．２００％からなる群から選択される１元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
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|---|---|---|---|
| JP2022027412 | 2022-02-25 | ||
| JP2022027412 | 2022-02-25 | ||
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| WO2018043214A1 (ja) * | 2016-09-02 | 2018-03-08 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 二相ステンレス鋼およびその製造方法 |
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| JP2021167445A (ja) * | 2020-04-10 | 2021-10-21 | 日本製鉄株式会社 | 二相ステンレス鋼材 |
-
2023
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- 2023-02-15 CA CA3241527A patent/CA3241527A1/en active Pending
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| WO2018043214A1 (ja) * | 2016-09-02 | 2018-03-08 | Ｊｆｅスチール株式会社 | 二相ステンレス鋼およびその製造方法 |
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| JP2021167445A (ja) * | 2020-04-10 | 2021-10-21 | 日本製鉄株式会社 | 二相ステンレス鋼材 |
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