JP7421420B2 - 二相ステンレス鋼 - Google Patents
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Description
本発明は、二相ステンレス鋼に関する。
ステンレス鋼は塩化物イオンを含む環境下において孔食と呼ばれる腐食を生じることがあり、環境に適した耐孔食性を確保することが重要視される。ステンレス鋼の中でもフェライト－オーステナイト系二相ステンレス鋼は高強度を有し、熱交換器、化学プラント用配管等、様々な用途で使用されている。二相ステンレス鋼の耐孔食性に関し、ＰＲＥ＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］で表される耐孔食性指数が知られており、ＰＲＥが高いほど耐孔食性が高いとされる。
一方、硫酸環境のような全面腐食が生じる条件では、ステンレス鋼のクロム含有量が多いと耐硫酸腐食性が劣化することが報告されている（非特許文献１）。そのため、塩化物イオンを含む硫酸環境のような耐孔食性と耐硫酸腐食性とが同時に要求される環境では、別の解決策が必要になる。特許文献１には、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｏ、及びＳｎの各含有量から求められるＧＩ値が８０以上であることなどで耐酸性が向上した二相ステンレス鋼の発明が記載されている。また、特許文献２には、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ及びＭｏの各含有量から求められるＧＩ値が５０以上であり、さらにフェライト相のＧＩ値がオーステナイト相のＧＩ値以上であることなどで耐酸性が向上した二相ステンレス鋼の発明が記載されている。
松橋亮，資源と素材，Ｖｏｌ．１１３，ｐ．７９９－８０４，１９９７．
小若正倫，日本金属学会誌，Ｖｏｌ．１７，Ｎｏ．８，ｐ．６５７－６６５，１９７８．
岡村賢ら，第６１回材料と環境討論会講演集，ｐ．５１１，２０１４．
沼田光裕ら、鉄と鋼、Ｖｏｌ．９７，Ｎｏ．１，ｐ．１－６，１９９７．
特許文献１、２に記載の二相ステンレス鋼は、いずれもニッケル含有量を低減させ、マンガン含有量を増加させることで低コスト化しつつ良好な耐酸性を有する二相ステンレス鋼である。一方、非特許文献２には、マンガンは耐孔食性を劣化させる元素であることが記載されており、特許文献１、２に記載のマンガン含有量の多い二相ステンレス鋼の場合、高濃度の塩化物イオンを含むような環境下では孔食が発生しやすくなると予想される。近年、石炭火力発電の排ガス再加熱装置で排ガス中のＳＯｘから塩化物イオンを含む高温の硫酸が生成され、比較的耐孔食性が高い汎用二相ステンレス鋼のＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌに孔食が発生した事例が報告されており（非特許文献３）、高濃度塩化物イオンを含む硫酸環境においては、従来の二相ステンレス鋼では、耐孔食性及び耐硫酸腐食性が共に十分なものではない。
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、耐孔食性及び耐硫酸腐食性が共に良好な二相ステンレス鋼を提供することである。
上記課題を解決するためになされた発明は、Ｃ：０．０３質量％以下、Ｓｉ：０．２質量％以上１．０質量％以下、Ｍｎ：０．４質量％以上１．０質量％以下、Ｐ：０．０３質量％以下、Ｓ：０．００２質量％以下、Ｃｒ：２５．０質量％以上２６．０質量％以下、Ｎｉ：５．５質量％以上７．５質量％以下、Ｍｏ：３．０質量％以上３．５質量％以下、Ｃｕ：０．２質量％以上０．６質量％以下、Ｎ：０．２４質量％以上０．３５質量％以下、及びＳｎ：０．０４質量％以上０．３５質量％以下を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、下記式（ａ）で表されるＰＲＥ値が３９．０以上４２．０以下であり、下記式（ｂ）で表されるＧＣＥ値が３０．０以上４０．０以下である二相ステンレス鋼である。
ＰＲＥ＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］ ・・・（ａ）
ＧＣＥ＝－［Ｃｒ］＋５［Ｎｉ］＋７［Ｍｏ］＋４［Ｃｕ］＋２５［Ｓｎ］－１６［Ｎ］ ・・・（ｂ）
（式（ａ）及び（ｂ）中、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｎ］、［Ｎｉ］、［Ｃｕ］及び［Ｓｎ］は、それぞれの成分の含有量（質量％）を表す。）
ＰＲＥ＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］ ・・・（ａ）
ＧＣＥ＝－［Ｃｒ］＋５［Ｎｉ］＋７［Ｍｏ］＋４［Ｃｕ］＋２５［Ｓｎ］－１６［Ｎ］ ・・・（ｂ）
（式（ａ）及び（ｂ）中、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｎ］、［Ｎｉ］、［Ｃｕ］及び［Ｓｎ］は、それぞれの成分の含有量（質量％）を表す。）
当該二相ステンレス鋼は、上記成分組成を有するため、耐孔食性及び耐硫酸腐食性が共に良好である。具体的には、上記式（ａ）を満たし且つマンガン含有量が比較的低いことなどにより、良好な耐孔食性を示す。一方、スズ含有量及び窒素含有量などが適切な範囲であって且つ上記式（ｂ）を満たすことにより、良好な耐硫酸腐食性を示す。ここで、上記式（ａ）で表されるＰＲＥ値からわかるように、耐孔食性の点からは窒素含有量は大きい方が好ましい。しかし、本発明者らは、窒素含有量は耐硫酸腐食性に影響を与えることを知見し、上記特許文献１、２に記載の窒素含有量を考慮していないＧＩ値は耐硫酸腐食性の指標としては十分ではないため、耐硫酸腐食性の指標として窒素含有量を考慮した上記式（ｂ）を見いだした。そのため、当該二相ステンレス鋼においては、窒素含有量が所定範囲であり、かつ窒素含有量を考慮した上記式（ｂ）で表されるＧＣＥ値を満たすことからも、耐硫酸腐食性が良好になる。
当該二相ステンレス鋼は、Ａｌ：０．００１質量％以上０．０２質量％以下、及びＭｇ：０．０００１質量％以上０．０１質量％以下からなる群より選ばれる１種又は２種をさらに含有することが好ましい。これにより、耐孔食性等をより高めることができる。
当該二相ステンレス鋼は、Ｂ：０．００１質量％以上０．００３質量％以下をさらに含有することが好ましい。これにより、耐孔食性や熱間加工性等を高めることができる。
本発明によれば、耐孔食性及び耐硫酸腐食性が共に良好な二相ステンレス鋼を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態に係る二相ステンレス鋼について詳説する。
［二相ステンレス鋼］
本発明の一実施形態に係る二相ステンレス鋼は、特定の成分組成を有し、これにより、耐孔食性及び耐硫酸腐食性が共に良好なものとなる。
本発明の一実施形態に係る二相ステンレス鋼は、特定の成分組成を有し、これにより、耐孔食性及び耐硫酸腐食性が共に良好なものとなる。
（成分組成）
当該二相ステンレス鋼は、所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎ及びＳｎを含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である。さらに、当該二相ステンレス鋼は、所定量のＡｌ及びＭｇからなる群より選ばれる１種又は２種、並びに所定量のＢを含有することが好ましい。以下、各成分の含有量の数値範囲とその限定理由について説明する。
当該二相ステンレス鋼は、所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｎ及びＳｎを含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である。さらに、当該二相ステンレス鋼は、所定量のＡｌ及びＭｇからなる群より選ばれる１種又は２種、並びに所定量のＢを含有することが好ましい。以下、各成分の含有量の数値範囲とその限定理由について説明する。
（Ｃ：０．０３質量％以下）
Ｃ（炭素）は鋼中に固溶して、強度を向上させる元素である。但し、Ｃの含有量が０．０３質量％を超えると、溶接等の入熱に伴って鋭敏化し、耐食性、耐孔食性等が劣化する。Ｃの含有量の上限は、０．０２５質量％が好ましく、０．０２２質量％がより好ましく、０．０２０質量％がさらに好ましい。一方、Ｃの含有量の下限は、上記強度向上効果を十分発揮させるためには、０．００１質量％が好ましく、０．００６質量％がより好ましく、０．０１２質量％がさらに好ましい。
Ｃ（炭素）は鋼中に固溶して、強度を向上させる元素である。但し、Ｃの含有量が０．０３質量％を超えると、溶接等の入熱に伴って鋭敏化し、耐食性、耐孔食性等が劣化する。Ｃの含有量の上限は、０．０２５質量％が好ましく、０．０２２質量％がより好ましく、０．０２０質量％がさらに好ましい。一方、Ｃの含有量の下限は、上記強度向上効果を十分発揮させるためには、０．００１質量％が好ましく、０．００６質量％がより好ましく、０．０１２質量％がさらに好ましい。
（Ｓｉ：０．２質量％以上１．０質量％以下）
Ｓｉ（ケイ素）は脱酸剤として有効な元素である。この効果を得るために、Ｓｉの含有量の下限は０．２質量％であり、０．３質量％が好ましく、０．３４質量％がより好ましい。一方、Ｓｉが過剰に含有することによる延性の低下を抑制するために、Ｓｉの含有量の上限は、１．０質量％であり、０．７質量％が好ましく、０．５質量％がさらに好ましい。
Ｓｉ（ケイ素）は脱酸剤として有効な元素である。この効果を得るために、Ｓｉの含有量の下限は０．２質量％であり、０．３質量％が好ましく、０．３４質量％がより好ましい。一方、Ｓｉが過剰に含有することによる延性の低下を抑制するために、Ｓｉの含有量の上限は、１．０質量％であり、０．７質量％が好ましく、０．５質量％がさらに好ましい。
（Ｍｎ：０．４質量％以上１．０質量％以下）
Ｍｎ（マンガン）は脱酸及び脱硫に有効な元素である。この効果を得るために、Ｍｎの含有量の下限は０．４質量％であり、０．５質量％が好ましく、０．６質量％がより好ましい。一方、Ｍｎが過剰に含有すると、孔食起点となる介在物の析出を引き起こし、耐孔食性が低下するため、Ｍｎの含有量の上限は、１．０質量％であり、０．９質量％が好ましく、０．８質量％がより好ましい。
Ｍｎ（マンガン）は脱酸及び脱硫に有効な元素である。この効果を得るために、Ｍｎの含有量の下限は０．４質量％であり、０．５質量％が好ましく、０．６質量％がより好ましい。一方、Ｍｎが過剰に含有すると、孔食起点となる介在物の析出を引き起こし、耐孔食性が低下するため、Ｍｎの含有量の上限は、１．０質量％であり、０．９質量％が好ましく、０．８質量％がより好ましい。
（Ｐ：０．０３質量％以下）
Ｐ（リン）は鋼中に不可避的に含まれる元素であり、過剰に存在すると熱間加工性等が低下する。従って、Ｐの含有量の上限は、０．０３質量％であり、０．０２５質量％が好ましく、０．０２質量％がさらに好ましい。一方、Ｐの含有量の下限は、実質的に０質量％であってよく、０．００１質量％、０．００５質量％又は０．０１質量％であってもよい。
Ｐ（リン）は鋼中に不可避的に含まれる元素であり、過剰に存在すると熱間加工性等が低下する。従って、Ｐの含有量の上限は、０．０３質量％であり、０．０２５質量％が好ましく、０．０２質量％がさらに好ましい。一方、Ｐの含有量の下限は、実質的に０質量％であってよく、０．００１質量％、０．００５質量％又は０．０１質量％であってもよい。
（Ｓ：０．００２質量％以下）
Ｓ（硫黄）は鋼中に不可避的に含まれる元素であり、過剰に存在すると熱間加工性、耐食性、耐孔食性等が低下する。従って、Ｓの含有量の上限は、０．００２質量％であり、０．００１５質量％が好ましい。一方、Ｓの含有量の下限は、実質的に０質量％であってよく、０．０００１質量％又は０．０００５質量％であってもよい。
Ｓ（硫黄）は鋼中に不可避的に含まれる元素であり、過剰に存在すると熱間加工性、耐食性、耐孔食性等が低下する。従って、Ｓの含有量の上限は、０．００２質量％であり、０．００１５質量％が好ましい。一方、Ｓの含有量の下限は、実質的に０質量％であってよく、０．０００１質量％又は０．０００５質量％であってもよい。
（Ｃｒ：２５．０質量％以上２６．０質量％以下）
Ｃｒ（クロム）は不働態皮膜を形成し耐食性、耐孔食性等を向上させるための基本的な元素である。この効果を十分に得るために、Ｃｒの含有量の下限は２５．０質量％であり、２５．２質量％が好ましい。一方、Ｃｒが過剰に存在すると、溶接等の入熱を受けた場合にσ相等の金属間化合物を析出させ、耐食性、耐孔食性等が低下し易くなる。従って、Ｃｒの含有量の上限は２６．０質量％であり、２５．９質量％が好ましい。
Ｃｒ（クロム）は不働態皮膜を形成し耐食性、耐孔食性等を向上させるための基本的な元素である。この効果を十分に得るために、Ｃｒの含有量の下限は２５．０質量％であり、２５．２質量％が好ましい。一方、Ｃｒが過剰に存在すると、溶接等の入熱を受けた場合にσ相等の金属間化合物を析出させ、耐食性、耐孔食性等が低下し易くなる。従って、Ｃｒの含有量の上限は２６．０質量％であり、２５．９質量％が好ましい。
（Ｎｉ：５．５質量％以上７．５質量％以下）
Ｎｉ（ニッケル）はオーステナイト相を増加及び安定化させるために必要な元素であり、また、活性溶解を抑制することで耐硫酸腐食性を向上させる効果もある。十分な耐孔食性及び耐硫酸腐食性を発揮するために、Ｎｉの含有量の下限は、５．５質量％であり、６．０質量％が好ましく、６．５質量％がより好ましい。一方、Ｎｉの過剰な添加は材料コストの増加に繋がるため、Ｎｉの含有量の上限は７．５質量％であり、７．３質量％が好ましい。
Ｎｉ（ニッケル）はオーステナイト相を増加及び安定化させるために必要な元素であり、また、活性溶解を抑制することで耐硫酸腐食性を向上させる効果もある。十分な耐孔食性及び耐硫酸腐食性を発揮するために、Ｎｉの含有量の下限は、５．５質量％であり、６．０質量％が好ましく、６．５質量％がより好ましい。一方、Ｎｉの過剰な添加は材料コストの増加に繋がるため、Ｎｉの含有量の上限は７．５質量％であり、７．３質量％が好ましい。
（Ｍｏ：３．０質量％以上３．５質量％以下）
Ｍｏ（モリブデン）は、不働態皮膜の再不働態化を促進させることで、耐食性、耐孔食性等を向上させる元素である。上記効果を得るために、Ｍｏの含有量の下限は、３．０質量％であり、３．１質量％が好ましい。一方、Ｍｏが過剰に存在すると、溶接等の入熱を受けた場合にσ相等の金属間化合物を析出させ、耐食性、耐孔食性等が低下し易くなる。従って、Ｍｏの含有量の上限は、３．５質量％であり、３．４質量％が好ましい。
Ｍｏ（モリブデン）は、不働態皮膜の再不働態化を促進させることで、耐食性、耐孔食性等を向上させる元素である。上記効果を得るために、Ｍｏの含有量の下限は、３．０質量％であり、３．１質量％が好ましい。一方、Ｍｏが過剰に存在すると、溶接等の入熱を受けた場合にσ相等の金属間化合物を析出させ、耐食性、耐孔食性等が低下し易くなる。従って、Ｍｏの含有量の上限は、３．５質量％であり、３．４質量％が好ましい。
（Ｃｕ：０．２質量％以上０．６質量％以下）
Ｃｕ（銅）は、ニッケルと同様にオーステナイト相を増加及び安定化させる作用をもつ元素であり、活性溶解を抑制することで耐硫酸腐食性を向上させる効果もある。十分な耐孔食性及び耐硫酸腐食性を発揮するために、Ｃｕの含有量の下限は、０．２質量％であり、０．３質量％が好ましく、０．４質量％がより好ましい。一方、Ｃｕの過剰な存在は、熱間加工性の低下等を招く。従って、Ｃｕの含有量の上限は、０．６質量％であり、０．５５質量％が好ましい。
Ｃｕ（銅）は、ニッケルと同様にオーステナイト相を増加及び安定化させる作用をもつ元素であり、活性溶解を抑制することで耐硫酸腐食性を向上させる効果もある。十分な耐孔食性及び耐硫酸腐食性を発揮するために、Ｃｕの含有量の下限は、０．２質量％であり、０．３質量％が好ましく、０．４質量％がより好ましい。一方、Ｃｕの過剰な存在は、熱間加工性の低下等を招く。従って、Ｃｕの含有量の上限は、０．６質量％であり、０．５５質量％が好ましい。
（Ｎ：０．２４質量％以上０．３５質量％以下）
Ｎ（窒素）は、オーステナイト相に固溶して、強度、耐孔食性等を高める元素である。上記効果を得るために、Ｎの含有量の下限は、０．２４質量％であり、０．２５質量％が好ましい。一方、Ｎの過剰な存在は、耐硫酸腐食性を低下させ、また、溶接等の入熱時にクロム窒化物が形成することにより耐食性、耐孔食性等が低下する場合もある。従って、Ｎの含有量の上限は、０．３５質量％であり、０．３２質量％が好ましく、０．３０質量％がより好ましい。
Ｎ（窒素）は、オーステナイト相に固溶して、強度、耐孔食性等を高める元素である。上記効果を得るために、Ｎの含有量の下限は、０．２４質量％であり、０．２５質量％が好ましい。一方、Ｎの過剰な存在は、耐硫酸腐食性を低下させ、また、溶接等の入熱時にクロム窒化物が形成することにより耐食性、耐孔食性等が低下する場合もある。従って、Ｎの含有量の上限は、０．３５質量％であり、０．３２質量％が好ましく、０．３０質量％がより好ましい。
（Ｓｎ：０．０４質量％以上０．３５質量％以下）
Ｓｎ（スズ）は、溶液中にイオンとして溶出し活性溶解を抑制することで耐硫酸腐食性を向上させる効果を有する元素である。上記効果を得るために、Ｓｎの含有量の下限は、０．０４質量％であり、０．０５質量％が好ましい。一方、Ｓｎの過剰な存在は、Ｃｕと同様に熱間加工性等の低下を招く。従って、Ｓｎの含有量の上限は、０．３５質量％であり、０．３３質量％が好ましい。
Ｓｎ（スズ）は、溶液中にイオンとして溶出し活性溶解を抑制することで耐硫酸腐食性を向上させる効果を有する元素である。上記効果を得るために、Ｓｎの含有量の下限は、０．０４質量％であり、０．０５質量％が好ましい。一方、Ｓｎの過剰な存在は、Ｃｕと同様に熱間加工性等の低下を招く。従って、Ｓｎの含有量の上限は、０．３５質量％であり、０．３３質量％が好ましい。
（Ａｌ：０．００１質量％以上０．０２質量％以下）
任意成分であるＡｌ（アルミニウム）は、脱酸に有効な元素であり、必要に応じて添加することで、孔食を引き起こす好ましくない酸化物の生成を抑制することができる。上記効果を得るために、Ａｌの含有量の下限は、０．００１質量が好ましく、０．００３がより好ましい。一方、Ａｌの過剰な存在は、多量の酸化物の析出による耐食性や靭性の劣化を引き起こす。従って、Ａｌの含有量の上限は、０．０２質量％が好ましく、０．０１質量％がより好ましい。
任意成分であるＡｌ（アルミニウム）は、脱酸に有効な元素であり、必要に応じて添加することで、孔食を引き起こす好ましくない酸化物の生成を抑制することができる。上記効果を得るために、Ａｌの含有量の下限は、０．００１質量が好ましく、０．００３がより好ましい。一方、Ａｌの過剰な存在は、多量の酸化物の析出による耐食性や靭性の劣化を引き起こす。従って、Ａｌの含有量の上限は、０．０２質量％が好ましく、０．０１質量％がより好ましい。
（Ｍｇ：０．０００１質量％以上０．０１質量％以下）
任意成分であるＭｇ（マグネシウム）は、脱酸・脱硫に有効な元素であり、必要に応じて添加することで、孔食を引き起こす好ましくない酸化物・硫化物の生成を抑制することができる。上記効果を得るために、Ｍｇの含有量の下限は、０．０００１質量％が好ましく、０．０００５質量％がより好ましく、０．００１質量％がさらに好ましい。一方、Ｍｇの過剰な存在は、多量の酸化物・硫化物の析出による耐食性や靭性の劣化を引き起こす。従って、Ｍｇの含有量の上限は、０．０１質量％が好ましく、０．００５質量％がより好ましい。またＣａはＭｇと同様の脱酸・脱硫効果を有することが非特許文献４に記載されていることから、Ｍｇの代わりにＣａを添加してもよい。Ｃａを添加する場合のその含有量としては、例えば上記Ｍｇの好適な含有量の範囲と同様である。
任意成分であるＭｇ（マグネシウム）は、脱酸・脱硫に有効な元素であり、必要に応じて添加することで、孔食を引き起こす好ましくない酸化物・硫化物の生成を抑制することができる。上記効果を得るために、Ｍｇの含有量の下限は、０．０００１質量％が好ましく、０．０００５質量％がより好ましく、０．００１質量％がさらに好ましい。一方、Ｍｇの過剰な存在は、多量の酸化物・硫化物の析出による耐食性や靭性の劣化を引き起こす。従って、Ｍｇの含有量の上限は、０．０１質量％が好ましく、０．００５質量％がより好ましい。またＣａはＭｇと同様の脱酸・脱硫効果を有することが非特許文献４に記載されていることから、Ｍｇの代わりにＣａを添加してもよい。Ｃａを添加する場合のその含有量としては、例えば上記Ｍｇの好適な含有量の範囲と同様である。
（Ｂ：０．００１質量％以上０．００３質量％以下）
任意成分であるＢ（ホウ素）は、熱間加工性、耐食性、耐孔食性等を向上させる元素であるが、過剰な存在はホウ素化物が析出し、かえって熱間加工性の低下を招く場合がある。従って、Ｂの含有量は０．００１質量％以上０．００３質量％以下が好ましい。
任意成分であるＢ（ホウ素）は、熱間加工性、耐食性、耐孔食性等を向上させる元素であるが、過剰な存在はホウ素化物が析出し、かえって熱間加工性の低下を招く場合がある。従って、Ｂの含有量は０．００１質量％以上０．００３質量％以下が好ましい。
（Ｆｅ及び不可避的不純物）
当該二相ステンレス鋼を構成する成分組成の基本成分は上記のとおりであり、残部成分はＦｅ及び不可避的不純物である。不可避的不純物は、溶製時に不可避的に混入する不純物などであり、鋼の諸特性を害さない範囲で含有される。また、当該二層ステンレス鋼の成分組成は、本発明の効果に悪影響を与えない範囲で、上記成分に加えて、さらに他の元素を含有していてもよい。
当該二相ステンレス鋼を構成する成分組成の基本成分は上記のとおりであり、残部成分はＦｅ及び不可避的不純物である。不可避的不純物は、溶製時に不可避的に混入する不純物などであり、鋼の諸特性を害さない範囲で含有される。また、当該二層ステンレス鋼の成分組成は、本発明の効果に悪影響を与えない範囲で、上記成分に加えて、さらに他の元素を含有していてもよい。
当該二相ステンレス鋼においては、下記式（ａ）表されるＰＲＥ値が３９．０以上４２．０以下である。
ＰＲＥ＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］ ・・・（ａ）
式（ａ）中、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］及び［Ｎ］は、それぞれの成分の含有量（質量％）を表す。
ＰＲＥ＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］ ・・・（ａ）
式（ａ）中、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］及び［Ｎ］は、それぞれの成分の含有量（質量％）を表す。
当該二相ステンレス鋼は、ＰＲＥ値が３９．０以上であることで、良好な耐孔食性を示す。耐孔食性をより高める点から、ＰＲＥ値は、３９．７以上が好ましく、４０．０以上がより好ましい。一方、ＰＲＥ値が高過ぎる場合、金属間化合物の析出を引き起こす場合がある。このため、ＰＲＥ値の上限は４２．０であり、４１．５が好ましい。
当該二相ステンレス鋼においては、下記式（ｂ）で表されるＧＣＥ値が３０．０以上４０．０以下である。
ＧＣＥ＝－［Ｃｒ］＋５［Ｎｉ］＋７［Ｍｏ］＋４［Ｃｕ］＋２５［Ｓｎ］－１６［Ｎ］ ・・・（ｂ）
（ｂ）中、［Ｃｒ］、［Ｎｉ］、［Ｍｏ］、［Ｃｕ］、［Ｓｎ］及び［Ｎ］は、それぞれの成分の含有量（質量％）を表す。
ＧＣＥ＝－［Ｃｒ］＋５［Ｎｉ］＋７［Ｍｏ］＋４［Ｃｕ］＋２５［Ｓｎ］－１６［Ｎ］ ・・・（ｂ）
（ｂ）中、［Ｃｒ］、［Ｎｉ］、［Ｍｏ］、［Ｃｕ］、［Ｓｎ］及び［Ｎ］は、それぞれの成分の含有量（質量％）を表す。
上記ＧＣＥ値は、硫酸環境における全面腐食に対する耐性を示す指標であり、上記式（ｂ）は、耐硫酸腐食性向上に効果のある元素であるＮｉ、Ｍｏ、Ｃｕ及びＳｎの含有量、並びに耐硫酸腐食性を低下させる元素であるＣｒ及びＮの含有量と、測定した腐食速度とから求めた関係式である。当該二相ステンレス鋼は、ＧＣＥ値が３０．０以上であることで、良好な耐硫酸腐食性を示す。耐硫酸腐食性をより高める点から、ＧＣＥ値は、３２．０以上が好ましい。一方、ＧＣＥ値が高過ぎる場合、コスト増や熱間加工性の低下を引き起こす場合がある。このため、ＧＣＥ値の上限は４０．０であり、３９．０が好ましく、３８．０がより好ましい。
（組織）
当該二相ステンレス鋼の組織は、実質的にフェライト相とオーステナイト相とからなり、残部は析出物及び介在物等である。
当該二相ステンレス鋼の組織は、実質的にフェライト相とオーステナイト相とからなり、残部は析出物及び介在物等である。
（製造方法）
当該二相ステンレス鋼の製造方法は特に限定されるものではない。当該二相ステンレス鋼は、通常、上記成分組成を有するように溶製することで得ることができる。溶製は、電気炉、真空脱炭炉等により行うことができる。溶製された二相ステンレス鋼は、例えば、造塊法によりインゴットに製造されてもよいし、連続鋳造法により鋳片（スラブ、ブルーム又はビレット）に製造されてもよい。
当該二相ステンレス鋼の製造方法は特に限定されるものではない。当該二相ステンレス鋼は、通常、上記成分組成を有するように溶製することで得ることができる。溶製は、電気炉、真空脱炭炉等により行うことができる。溶製された二相ステンレス鋼は、例えば、造塊法によりインゴットに製造されてもよいし、連続鋳造法により鋳片（スラブ、ブルーム又はビレット）に製造されてもよい。
（形状、用途等）
当該二相ステンレス鋼の形状としては、特に限定されず、板状、棒状、管状等であってよいが、管状であることが好ましい。すなわち、当該二相ステンレス鋼は、鋼管として好適に用いられる。鋼管としては、シームレス鋼管、電縫鋼管、ＵＯＥ鋼管やスパイラル鋼管等の溶接鋼管、鍛接鋼管等が挙げられる。
当該二相ステンレス鋼の形状としては、特に限定されず、板状、棒状、管状等であってよいが、管状であることが好ましい。すなわち、当該二相ステンレス鋼は、鋼管として好適に用いられる。鋼管としては、シームレス鋼管、電縫鋼管、ＵＯＥ鋼管やスパイラル鋼管等の溶接鋼管、鍛接鋼管等が挙げられる。
鋼管は、例えば、以下の方法で製造される。製造されたインゴット、スラブ、ブルーム等に対して熱間加工等を施してビレットを製造する。製造されたビレットを熱間加工等することにより鋼管が得られる。熱間加工は、例えばマンネスマン法による穿孔圧延を挙げることができる。熱間加工として熱間押出を実施してもよいし、熱間鍛造を実施してもよい。
鋼板は、例えば製造されたインゴット、スラブ等に対して熱間加工及び／又は冷間加工等を施して得ることができる。
当該二相ステンレス鋼は、耐孔食性を損なうことなく、高い耐硫酸腐食性を有する。従って当該二相ステンレス鋼は、耐孔食性と耐硫酸腐食性との双方が要求される用途に特に好適に用いることができる。当該二相ステンレス鋼は、例えば熱交換器、化学プラント配管、計装配管、煙突、排煙脱硫装置、排ガス処理設備等の鋼材として好適である。
［その他の実施形態］
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記態様の他、種々の変更、改良を施した態様で実施することができる。
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記態様の他、種々の変更、改良を施した態様で実施することができる。
以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
［実施例及び比較例］Ｎｏ．１～５
真空誘導溶解炉（ＶＩＦ）を用いて、表１に記載のＮｏ．１の成分組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物）の１５０ｋｇ円柱状インゴットを作製した。インゴットを８００～１２５０℃で熱処理し、１２５０℃～９５０℃の温度域で熱間鍛造を行いφ１５０×Ｌ８００ｍｍの棒材を作製した、さらにこの鋼材に熱間押出、冷間抽伸を加えＯＤ２５．４×ＷＴ２．０～２．２×Ｌ６０００ｍｍの鋼管を作製した。この鋼管から試験片（Ｎｏ．１）を採取し、以下の試験（耐孔食性評価及び耐硫酸腐食性評価）に使用した。
真空誘導溶解炉（ＶＩＦ）を用いて、表１に記載のＮｏ．１の成分組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物）の１５０ｋｇ円柱状インゴットを作製した。インゴットを８００～１２５０℃で熱処理し、１２５０℃～９５０℃の温度域で熱間鍛造を行いφ１５０×Ｌ８００ｍｍの棒材を作製した、さらにこの鋼材に熱間押出、冷間抽伸を加えＯＤ２５．４×ＷＴ２．０～２．２×Ｌ６０００ｍｍの鋼管を作製した。この鋼管から試験片（Ｎｏ．１）を採取し、以下の試験（耐孔食性評価及び耐硫酸腐食性評価）に使用した。
真空誘導溶解炉（ＶＩＦ）を用いて、表１に記載のＮｏ．２～５の各成分組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物）の２０ｋｇ円柱状インゴットを作製した。インゴットを１１５０℃～１２５０℃で熱処理し、１２００℃～９５０℃の温度域で熱間鍛造を行いＷ１１０ｍｍ×Ｌ７００ｍｍ×ｔ２０ｍｍの板材を作製した。さらにこの鋼材を長さ方向に３分割し、中央部の１枚を冷間圧延でＷ１１０ｍｍ×Ｌ３３０ｍｍ×ｔ１４ｍｍに加工した。この圧延材を用いて１１００℃、水冷で熱処理を行い、３０×２０×３ｍｍｔの試験片（Ｎｏ．２～５）を採取して以下の試験（耐孔食性評価及び耐硫酸腐食性評価）に使用した。
（耐孔食性評価）
上記各試験片を＃６００で研磨後、導線を溶接し１０×１０ｍｍの試験面だけ残して試験片全体をシリコン被覆材で被覆した。この試験片を８０℃の人工海水に１０分浸漬後、ポテンショスタットで掃引速度２０ｍＶ／ｍｉｎでアノード方向に電流密度が１ｍＡ／ｃｍ２を超えるまで分極した。電流密度が１００μＡ／ｃｍ２を超えたときの電位を孔食電位とし、Ｎ＝３で測定して平均を測定値とした。なお参照電極は飽和カロメル電極（ＳＣＥ）を用いた。孔食電位が０．６Ｖ ｖｓ．ＳＣＥ以上の場合、耐孔食性が良好（〇）であり、孔食電位０．６Ｖ ｖｓ．ＳＣＥ未満の場合、耐孔食性が不十分（×）であると判定した。結果を表１に示す。
上記各試験片を＃６００で研磨後、導線を溶接し１０×１０ｍｍの試験面だけ残して試験片全体をシリコン被覆材で被覆した。この試験片を８０℃の人工海水に１０分浸漬後、ポテンショスタットで掃引速度２０ｍＶ／ｍｉｎでアノード方向に電流密度が１ｍＡ／ｃｍ２を超えるまで分極した。電流密度が１００μＡ／ｃｍ２を超えたときの電位を孔食電位とし、Ｎ＝３で測定して平均を測定値とした。なお参照電極は飽和カロメル電極（ＳＣＥ）を用いた。孔食電位が０．６Ｖ ｖｓ．ＳＣＥ以上の場合、耐孔食性が良好（〇）であり、孔食電位０．６Ｖ ｖｓ．ＳＣＥ未満の場合、耐孔食性が不十分（×）であると判定した。結果を表１に示す。
（耐硫酸腐食性評価）
上記各試験片を＃６００で研磨後、６００ｍＬの沸騰１０％硫酸に２４時間浸漬し、浸漬前後の質量変化から腐食速度を算出した。腐食速度が０．０１ｇ／ｍ２／ｈｒ未満の場合、耐硫酸腐食性が良好（〇）であり、腐食速度が０．０１ｇ／ｍ２／ｈｒ以上の場合、耐硫酸腐食性が不十分（×）であると判断した。結果を表１に示す。
上記各試験片を＃６００で研磨後、６００ｍＬの沸騰１０％硫酸に２４時間浸漬し、浸漬前後の質量変化から腐食速度を算出した。腐食速度が０．０１ｇ／ｍ２／ｈｒ未満の場合、耐硫酸腐食性が良好（〇）であり、腐食速度が０．０１ｇ／ｍ２／ｈｒ以上の場合、耐硫酸腐食性が不十分（×）であると判断した。結果を表１に示す。
表１に示されるように、実施例のＮｏ．１～３の各試験片においては、耐孔食性及び耐硫酸腐食性が共に良好であった。また、硫酸の腐食速度は、式（ｂ）で表されるＧＣＥ値との相関性が高いことが確認できた。
本発明の二相ステンレス鋼は、一般的な二相ステンレス鋼と同様の用途に用いることができる。特に本発明の二相ステンレス鋼は、耐孔食性及び耐硫酸腐食性の双方が求められる用途に好適に用いることができる。
Claims (3)
- Ｃ：０．０３質量％以下、
Ｓｉ：０．２質量％以上１．０質量％以下、
Ｍｎ：０．４質量％以上１．０質量％以下、
Ｐ：０．０３質量％以下、
Ｓ：０．００２質量％以下、
Ｃｒ：２５．０質量％以上２６．０質量％以下、
Ｎｉ：５．５質量％以上７．５質量％以下、
Ｍｏ：３．０質量％以上３．５質量％以下、
Ｃｕ：０．２質量％以上０．６質量％以下、
Ｎ：０．２４質量％以上０．３５質量％以下、及び
Ｓｎ：０．０４質量％以上０．３５質量％以下
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物であり、
下記式（ａ）で表されるＰＲＥ値が３９．０以上４２．０以下であり、
下記式（ｂ）で表されるＧＣＥ値が３０．０以上４０．０以下である二相ステンレス鋼。
ＰＲＥ＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］ ・・・（ａ）
ＧＣＥ＝－［Ｃｒ］＋５［Ｎｉ］＋７［Ｍｏ］＋４［Ｃｕ］＋２５［Ｓｎ］－１６［Ｎ］ ・・・（ｂ）
（式（ａ）及び（ｂ）中、［Ｃｒ］、［Ｍｏ］、［Ｎ］、［Ｎｉ］、［Ｃｕ］及び［Ｓｎ］は、それぞれの成分の含有量（質量％）を表す。） - Ａｌ：０．００１質量％以上０．０２質量％以下、及び
Ｍｇ：０．０００１質量％以上０．０１質量％以下
からなる群より選ばれる１種又は２種をさらに含有する請求項１に記載の二相ステンレス鋼。 - Ｂ：０．００１質量％以上０．００３質量％以下
をさらに含有する請求項１又は請求項２に記載の二相ステンレス鋼。
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