(57)【要約】【課題】有害な析出物であるＡｌ窒化物、Ｃｒ窒化物の析出リスクの両者を抑制し、低温靭性に優れる二相ステンレス鋼を提供する。【解決手段】以下質量％にて、Ｃ：０.００１〜０.０３０％、Ｓｉ：０.０５〜０.５％、Ｓ：０.００２％以下、Ｎｉ：６〜７.５％、Ｃｒ：２３〜２６％、Ｍｏ：２〜４.０％、Ｎ：０.２０〜０．４０％、Ａｌ：０.００５〜０.０３％、Ｍｎ：０.０５〜０.３％およびＢ：０.０００１〜０.００５０％を満たして含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつＪＩＳ  Ｚ２２４２に規定されている衝撃値の値が、−４６±２℃において８７.５Ｊ／ｃｍ２以上となるよう調整してなる二相ステンレス鋼。【選択図】図１
2020023736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下質量％にて、Ｃ：０.００１〜０.０３０％、Ｓｉ：０.０５〜０.５％、Ｓ：０.００２％以下、Ｎｉ：６〜７.５％、Ｃｒ：２３〜２６％、Ｍｏ：２〜４.０％、Ｎ：０.２０〜０．４０％、Ａｌ：０.００５〜０.０３％、Ｍｎ：０.０５〜０.３％およびＢ：０.０００１〜０.００５０％を満たして含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、かつＪＩＳ  Ｚ２２４２に規定されている衝撃値の値が、−４６±２℃において８７.５Ｊ／ｃｍ２以上となるよう調整してなることを特徴とする二相ステンレス鋼。
【請求項２】
上記Ａｌ、Ｎ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉの関係において、次式；
［％Ａｌ］×［％Ｎ］≦（−２２.７８×［％Ｍｏ］−５×［％Ｃｒ］−３.６１１×［％Ｎｉ］＋３２３）×１０−４
を満たし、かつ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ、Ｎｉ、Ｍｎの関係式において、次式；
(［％Ｃｒ］＋６.５５３４×［％Ｍｏ］)２×［％Ｎ］≦−２１５.６×［％Ｎｉ］ ＋１７０８.３×［％Ｍｎ］＋２１５０
を満たすことを特徴とする請求項１に記載の二相ステンレス鋼。
【請求項３】
金属組織において、１ｍｍ２の任意の視野中に存在する粒の長さが３μｍ以上のＡｌ窒化物の個数が２００個以下であり、かつ、個々が０．１μｍ未満の間隔で長さ１μｍ以上に連続するＣｒ窒化物の延べ長さが２０００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１または２に記載の二相ステンレス鋼。
【請求項４】
Ｗ：０.０１〜０.７０％、Ｃｕ：０.０１〜０.９０％のうち１種類または２種類を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の二相ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温靭性に優れる高耐食二相ステンレス鋼に関し、具体的には、Ａｌ、Ｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｍｎを適正範囲に制御した高耐食二相ステンレス鋼に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
二相ステンレス鋼は、鉄をベースとして、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎを含有する鋼種である。本合金の特徴として、特に海水環境等の塩化物環境に対する耐孔食性に優れ、また、重量に対する強度がオーステナイト系ステンレス鋼、フェライト系ステンレス鋼よりも優れている。このため必要な強度を付与させる場合に薄肉とすることができ、製品の軽量化、小型化が容易に可能となる。さらに二相ステンレス鋼のＮｉ含有量は８％以下程度と比較的低濃度なことから、比較的安価であり経済性に優れる。なおかつ溶接性も良好なため、海水環境、油井関連の構造物、海水淡水化装置の熱交換器、また近年では油井用アンビリカルチューブなどの、高い耐食性が求められる環境に用いる材料として広く使用される。
【０００３】
海底油井用途等において、極北など緯度の高い施設地域に供される場合、材料が晒される環境の温度は氷点下に及ぶ場合がある。このため、ごく低温においても高い靭性を示すことが求められていた。
【０００４】
しかしながら、二相ステンレス鋼は、一般的なオーステナイト系ステンレス鋼に比べて相安定性に劣ることより、 Ｃｒ、Ａｌ、Ｎを主体とする硬く脆い窒化物が析出し易い特徴を持つ。これらのＡｌＮ、Ｃｒ２Ｎに代表される窒化物が析出した場合、特に低温における材料の靭性を低下させ、また窒化物の周囲で耐食性に寄与するＣｒ、Ｍｏ、Ｎが欠乏するため耐食性を低下させる。この特徴はＡｌ、Ｎの増加とともに耐食性を向上させるために添加する元素であるＣｒ、Ｍｏなどの含有量が多くなるほど顕著となる。
【０００５】
これらの窒化物は、二相ステンレス鋼において有害な金属間化合物としてよく知られるσ相に比べても短時間で析出し、特に肉厚が厚い材料の中心部や水冷が難しい溶接後の組織においては、水冷に準ずる高い冷却速度でも避けるのが難しい場合があった。 
【０００６】
従って、これまでに様々な合金成分の提案、熱処理条件、冷却条件の変更などを工夫し、組織制御をすることで、低温における靭性を確保するための提案がなされている。
【０００７】
例えば、特許文献１では、二相ステンレス鋼の継目無鋼管の製造方法において、フェライト単相となる温度から−３００〜＋１００℃の範囲で熱間加工を行うことでフェライト相に歪を蓄積し、次いで外表面が１．０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度でオーステナイトが析出する温度域に冷却、保持をすることで組織の微細化を図り、さらにその後に適切な固溶体化熱処理、あるいは焼入れ焼き戻し熱処理を施すことで、低温靭性に優れた継目無鋼管が得られるとしている。
【０００８】
また、特許文献２においては、Ｃｒの含有量を２０〜２５％にとどめ、かつ０．５〜２．０％のＭｎを含有させ、Ｎの溶解度を高めることによって低温靭性に優れる二相ステンレス交換を提供することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第６００８０６２号公報
【特許文献２】特許第６３０３８５１号公報
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、ＡｌまたはＮを多く含有する場合、ＡｌＮの析出温度は著しく高まり、フェライト単相温度よりもＡｌＮの析出温度が上回るようになり、上記熱間加工および冷却の温度制御のみでＡｌＮの析出を回避することは難しい。
【００１１】
一方、特許文献２に記載された技術において、Ｍｎは硬く脆い有害な金属間化合物であるσ相の析出を促進させる元素である。特にＣｒ、Ｍｏ、Ｎを多く含有し、これらの含有量から［ｍａｓｓ％Ｃｒ］＋３．３［ｍａｓｓ％Ｍｏ］＋１６［ｍａｓｓ％Ｎ］として求まる耐孔食指数ＰＲＥ（Ｐｉｔｔｉｎｇ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ）が４０を上回る、一般にスーパー二相ステンレス鋼と称される高耐食二相ステンレス鋼において、Ｍｎによるσ相の析出促進は顕著であるため、実用の製造工程あるいは加工、使用時においてはσ相の析出を完全に避けることは難しく、靭性を損なう、あるいは所定の耐食性を得られないリスクを有する問題があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記のような問題に対してなされたものであり、有害な析出物であるＡｌ窒化物、Ｃｒ窒化物の析出リスクの両者を抑制し、低温靭性に優れる二相ステンレス鋼を提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
ＣｒおよびＭｏは［Ｃｒ，Ｍｏ］２Ｎの構成元素であるため、これらの過度な添加はＣｒ窒化物の析出を促進し、低温靭性を低下させる。またフェライト相あるいはオーステナイト相中に固溶するＮｉ量を増加させると、靭性を向上させることができるが、過度なＮｉの添加は、鋼中のフェライト相率を減少させる。フェライト相中のＮの固溶限は小さいため、フェライト相中に過飽和となるＣｒと結びつきＣｒ窒化物を析出させ、低温靭性を低下させる。ＭｎはＮの溶解度を高めるため、Ｃｒ窒化物の析出を抑制するが、σ相の析出を促進するため、これによる靭性低下のリスクを高める。また、Ｍｏ、Ｃｒ、ＮｉはＡｌ窒化物の析出を促進し、これも低温靭性を低下させる。しかしながら、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎの元素は耐食性を高める基本的な元素であるため、極力これらを高濃度で含有しつつ、Ｃｒ窒化物、Ａｌ窒化物を抑制するように化学組成の調和を取ることが望ましい。
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明者らは鋭意研究を重ねた。その結果、Ｎｉ：６〜７.５質量％、Ｃｒ：２３〜２６質量％、Ｍｏ：２〜４.０質量％、Ｍｎ：０.０５〜０.３質量％の化学成分を基本とし、フェライト相とオーステナイト相を有する組織において、良好な低温靭性を得るためには、Ａｌ窒化物の個数およびＣｒ窒化物の延べ長さを制限することが重要であることを見出した。さらに、発明者らは研究を重ね、Ａｌ窒化物、Ｃｒ窒化物の析出抑制においてＡｌ、Ｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎの関係が適切となる範囲およびこれらの元素の関係性を見出した。さらに微量添加されるその他の元素の含有量についてもその範囲を特定した。
【００１５】
本発明の高耐食二相ステンレス鋼は、上記の知見に基づいてなされたもので、以下質量％にて、Ｃ：０.００１〜０.０３０％、Ｓｉ：０.０５〜０.５％、Ｓ：０.００２％以下、Ｎｉ：６〜７.５％、Ｃｒ：２３〜２６％、Ｍｏ：２〜４.０％、Ｎ：０.２０〜０.４０％、Ａｌ：０.００５〜０.０３％、Ｍｎ：０.０５〜０.３％およびＢ：０.０００１〜０.００５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、ＪＩＳ  Ｚ２２４２に規定されている衝撃値の値が、−４６±２℃において８７.５Ｊ／ｃｍ２以上であることを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、さらに上記Ａｌ、Ｎ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｉの関係において、次式：
［％Ａｌ］×［％Ｎ］≦（−２２.７８×［％Ｍｏ］−５×［％Ｃｒ］−３.６１１×［％Ｎｉ］＋３２３）×１０−４
を満たし、かつ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ、Ｎｉ、Ｍｎの関係式において、次式：
（［％Ｃｒ］＋６.５５３４×［％Ｍｏ］）２×［％Ｎ］≦−２１５.６×［％Ｎｉ］＋１７０８.３×［％Ｍｎ］＋２１５０
を満たして含有することを好ましい態様とする。
【００１７】
また、本発明においては、金属組織において、１ｍｍ２の任意の視野中に存在する粒の長さが３μｍ以上のＡｌ窒化物の個数が２００個以下であり、かつ、個々が０．１μｍ未満の間隔で長さ１μｍ以上に連続するＣｒ窒化物の延べ長さが２０００μｍ以下であることを好ましい態様とする。
【００１８】
さらに、本発明においては、Ｗ：０.０１〜０.７０％、Ｃｕ：０.０１〜０.９０％のうち１種類または２種類を含有することを好ましい態様とする。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】Ｃｒ窒化物およびＡｌ窒化物の析出の様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明における各元素の成分組成と、Ａｌ窒化物、Ｃｒ窒化物析出を抑制するためのＡｌ、Ｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｍｎの関係式、および単位面積中のＡｌ窒化物個数、Ｃｒ窒化物の延べ長さについて説明する。
【００２１】
本発明の二相ステンレス鋼は、以下に記載する各元素を各々記載した範囲で含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるものである。不可避的不純物とは、二相ステンレス鋼を工業的に製造する際において、種々の要因により混入するもので、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。なお本発明において、特に断りのない限り「％」は「質量％」を表す。
【００２２】
Ｃ:０．００１〜０．０３０％
Ｃはオーステナイト相を安定化させるために有効な元素であるが、炭化物を析出させ、耐孔食性を低下させる元素であるので、含有量の上限値は０．０３０％が好ましく、０．０２５％以下が特に好ましい。一方で、下限値は強度の低下を防止する点で０．００１％以上が好ましい。
【００２３】
Ｓｉ:０．０５〜０．５％
Ｓｉは、脱酸剤、脱硫材として添加される元素である。またＳｉは湯の流動性を高めるため、溶接性を良好にする元素である。しかしＳｉを過剰に含有する場合σ相の析出を促進させる。従ってＳｉの含有量の上限値は、σ相などの金属間化合物の析出を抑える点から０．５％以下が好ましく、０．３５％以下が特に好ましい。下限値は、脱酸剤としての効果を発揮する点で０．０５％以上が好ましい．Ｓｉによる脱酸の効果を確実にし、また溶接時の湯の流動性を良好に保つため、より好ましい下限値は０．１５％以上である。
【００２４】
Ｓ:０．００２％以下
Ｓは、鋼中に不可避的に混入する不純物元素であり、鋼の熱間加工性を劣化させ、靭性を低下させる作用を有する。また硫化物を形成し、孔食の起点となるため耐食性に有害に作用する。そのためＳ含有量は極力少ない方が良く、上限値は０．００２％が望ましい。より好ましくは０．００１５％以下である。但しＳは僅かの含有でも溶融時の湯の流動性を大きく高めることから溶接性を良好にする元素でもある。これよりＳは特に限定しないが、良好な溶接性を得る点から０．０００１％以上含有することが好ましい。なおＳはＡｌ、Ｓｉの添加により脱硫を行うことで、本発明の範囲に調整する。
【００２５】
Ｍｎ:０．０１〜０．３０％
Ｍｎはオーステナイト生成元素であるため、オーステナイト相とフェライト相の比率の調整に有効である。またＭｎはＭｎＳの形成によりＳを固着することで熱間加工性の向上に有効な元素である。さらにＭｎはＮの溶解度を高める作用があるため、Ｃｒ２Ｎの析出抑制に有効である。このためＭｎは０．０１％以上含有させる。これらの効果を確実に得るためには０．１％以上含有させることがより好ましい。しかし前述のとおり過度なＭｎの固溶はσ相の析出を促進し、これによる靭性および耐食性を低下させる。さらにＭｎを過度に含有する場合、ごく微量のＳであってもＭｎＳを形成し、孔食の起点となることで耐食性を劣化させる。従って Ｍｎの含有量の上限値は、σ相の析出を抑えて靭性の低下を抑制し、また耐孔食性の低下を防止する点から０．３％以下である必要がある。好ましくは０．２８％以下であり、０．２５％以下が特に好ましい。
【００２６】
Ｎｉ:６〜７．５％
Ｎｉは、オーステナイト生成元素であり、二相ステンレス鋼のフェライト相とオーステナイト相の相比を良好に保つ為に不可欠である。またＮｉは活性態域の溶解を抑制し、さらに窒素の溶解度を高めるため、耐食性に有効な元素である。そのため下限値はオーステナイト相、オーステナイト相のバランスを保ち、所定の耐食性を得るため６％以上が好ましい。但しＮｉを過度に含有する場合、σ相の析出を促進させ、靭性を劣化させると共に、オーステナイト相の比率が７０％を超えて、二相ステンレス鋼として良好な相のバランスを保てなくなり、耐食性を劣化させる。また、フェライト相中のＮの固溶限は小さいため、フェライト相中に過飽和となるＣｒと結びつきＣｒ窒化物を析出させ、低温靭性を低下させる。したがってＮｉの含有量の上限値は７．５％が好ましい。より好ましい上限は７％以下である。
【００２７】
Ｃｒ:２３〜２６％
Ｃｒはフェライト生成元素であり、また耐孔食性を向上させるために必須な元素である。しかし過度なＣｒの含有はＣｒ窒化物の析出を促進し、低温靭性を低下させる。さらにＣｒはσ相の析出を促進し、これも靭性を劣化させる。このためＣｒの含有量の上限値は２６％が好ましく、フェライト相の過度の増加を防止して二相組織を維持する点から２５．８％以下が特に好ましい。一方、Ｃｒの含有量の下限値は、所定の耐孔食性を得る点から２３％以上が好ましい。より好ましいＣｒ含有量の範囲は、Ｃｒの含有による耐食性を維持し、かつフェライト相、オーステナイト相のバランスを良好に保つ点で２４〜２５．８％であり、２５．０〜２５．８％の範囲が特に好ましい。
【００２８】
Ｍｏ:２〜４．０％
Ｍｏは、Ｃｒ、Ｎ等と同様に耐孔食性を向上させる元素である。但しＭｏを過度に含有する場合、[Ｃｒ，Ｍｏ]２Ｎとして、窒化物の析出を促進させる、さらにσ相の析出も促進し靭性を劣化させる。このためＭｏの含有量の上限値は４．０％が好ましく、下限値は必要な耐食性を得る点から３％以上が好ましい。さらに好ましいＭｏの範囲は３．２〜３．８％である。
【００２９】
Ｎ:０．２０〜０．４０％
Ｎは、強力なオーステナイト生成元素であり、フェライト相とオーステナイト相とのバランスを適正にするために必要な元素である。また耐孔食性を大きく向上させる効果を有する。一方で、Ｎの含有量が過剰になると、Ａｌ窒化物、Ｃｒ窒化物を生成させることにより低温靭性の低下、耐食性の劣化などを生じさせる。また溶接時にブローホールを生じさせ易くするなど溶接性を劣化させる。従ってＮの下限値は０．２％以上が好ましく、所定の耐食性を得る点から０．２２％以上がより好ましい。また上限値は窒化物の生成を抑制する点から０．４０％以下が好ましい。
【００３０】
Ａｌ:０．００５〜０．０３％
ＡｌはＳｉと同様に脱酸剤、脱硫材として添加される成分であり、Ｂの歩留を安定化させるために重要な元素である。しかしＡｌを過剰に含有する場合ＡｌＮ等を析出させ、低温靭性の劣化を引き起こす。また窒化物周囲のフェライト相、オーステナイト相のＮ含有量を欠乏させることで耐食性の低下を生じる。従ってＡｌの含有量の上限値は、Ａｌ窒化物の析出を抑え、靭性の低下を防止する点から０．０３％以下が好ましく、下限値は、脱酸剤としての効果を発揮する点で０．００５％以上が好ましい。
【００３１】
Ｂ:０．０００１〜０．００５％
Ｂはσ相の析出を強力に抑制し、耐脆化性に対して有効に作用する。またＢはＳに先駆けて粒界に偏析し、Ｓの偏析による粒界強度の低下を抑制することで、熱間加工性を向上させる効果がある。このためＢを０．０００１％以上含有させることが好ましい。一方で過度なＢの含有は硼化物を析出させ、靭性を低下させる。またＢは溶接時において高温割れ感受性を高めるため、Ｂの上限値は０．００５％が好ましい。 
【００３２】
［％Ａｌ］×［％Ｎ］≦（−２２.７８×［％Ｍｏ］−５×［％Ｃｒ］−３.６１１×［％Ｎｉ］＋３２３）×１０−４
上記に構成される各元素を各々所定の範囲で含有し，なおかつ上記に示されるＡｌ窒化物析出に係る関係を満たすことで、Ａｌ窒化物の析出を抑制し、後述する単位面積あたりのＡｌ窒化物の個数を満足する。
【００３３】
（［％Ｃｒ］＋６.５５３４×［％Ｍｏ］）２×［％Ｎ］ ≦−２１５.６×［％Ｎｉ］＋１７０８.３×［％Ｍｎ］＋２１５０
同様に上記に構成される各元素を所定の範囲とし、上式に示されるＣｒ窒化物析出に係る関係を満たすことで、Ｃｒ窒化物の析出を抑制し、後述する単位面積当たりのＣｒ窒化物の延べ長さを満足する。
【００３４】
１ｍｍ２視野中に存在する粒の長さが３μｍ以上のＡｌ窒化物の個数：２００個以下
Ａｌ窒化物は短柱状あるいは針状に成長するため、靭性に及ぼす影響は粒径よりも長手方向の大きさが支配的となる。二相ステンレス鋼の組織中に、長さ３μｍ以上となる大型のＡｌ窒化物が多数析出すると低温靭性が低下し、特に１ｍｍ２視野中に存在するＡｌ窒化物個数が２００個を超えると低温靭性の低下が顕著となる。したがって１ｍｍ２視野中に存在する長さ３μｍ以上のＡｌ窒化物の個数は２００個以下とする。好ましくは１５０個以下とすることが望ましく、より好ましくは１００個以下である。
【００３５】
１ｍｍ２視野中に存在する、個々が０．１μｍ未満の間隔で長さ１μｍ以上に連続するＣｒ窒化物の延べ長さ：２０００μｍ以下
Ｃｒ窒化物は結晶粒界に優先的に析出するため、粒界に占めるＣｒ窒化物の延べ長さが靭性を低下させる支配的要因となる。Ｃｒ窒化物は初期において非常に微細であり、これらが成長、合体して連続するようになる。微細なＣｒ窒化物同士が充分離れていれば靭性に大きく影響しないが、０．１μｍ未満の狭い間隔で１μｍ以上の長さに連続する場合、これも靭性を低下させる。したがって１ｍｍ２視野中に存在する、０．１μｍ未満の間隔で長さ１μｍ以上に連続するＣｒ窒化物の延べ長さは２０００μｍ以下とする。好ましくは１５００μｍ以下とすることが望ましく、より好ましくは１０００μｍ以下である。
【００３６】
これら単位面積あたりのＡｌＮとＣｒ２Ｎの延べ長さを抑制することで、ＪＩＳ  Ｚ２２４２に規定されている衝撃値の値が、−４６℃において８７.５Ｊ／ｃｍ２以上となる優れた低温靭性を示すようになる。
【００３７】
このとき、Ａｌ窒化物とＣｒ窒化物の抑制の関係式を同時に満たすことで、上述のＡｌ窒化物の個数とＣｒ窒化物の述べ長さが許容内に制限される。
【００３８】
本発明では特に限定しないが、本発明の二相ステンレス鋼は以下の製法によることが好ましい。すなわち、まず、鉄屑、ステンレス屑、フェロクロム、フェロニッケル、純ニッケル、メタリッククロムなどの原料を、６０トンの電気炉で溶解した。その後、ＡＯＤあるいはＶＯＤ工程において、酸素およびアルゴンを吹精し、脱炭精錬した。その後、生石灰、蛍石、Ａｌ、Ｓｉを投入して脱硫、脱酸を行った。このときスラグ組成はＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ｆ系とした。このとき、脱硫を効率的に進行させる為に、ＣａＯ／Ａｌ２Ｏ３≧２、ＣａＯ／ＳｉＯ２≧３を満足することが望ましい。ＡＯＤまたはＶＯＤ精錬炉のライニングはマグクロ、ドロマイトが望ましい。このようにＡＯＤ精錬後、ＬＦ工程により成分調整、温度調整を経た後に、連続鋳造機にて造塊し、スラブを製造する。その後、熱間圧延、冷間圧延を経て、厚板あるいは薄板を得る。
【００３９】
なお、連続鋳造機では、鋳型の溶鋼表面のレベルであるメニスカスから３ｍの位置に電磁撹拌機を設置している。電磁撹拌により、凝固シェルより内側の未凝固溶鋼が撹拌されて、凝固時に樹脂状晶形成時にその前面に排出される元素を均質化することが可能である。特に、Ａｌ、Ｎ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉはこの撹拌により、均質化して、Ａｌ窒化物、Ｃｒ窒化物の形成を抑制される効果がある。
【実施例】
【００４０】
以下、実施例によってさらに本発明を詳細に説明する。但し本発明はその趣旨を超えない限り、これらの例に限定されるものではない。まず、鉄屑、ステンレス屑、フェロクロム、フェロニッケル、純ニッケル、メタリッククロムなどの原料を、６０トンの電気炉で溶解した。その後、ＡＯＤ工程において、酸素およびアルゴンを吹精し、脱炭精錬した。その後、生石灰、蛍石、Ａｌ、Ｓｉを投入して脱硫、脱酸を行った。このときスラグ組成はＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ｆ系とした。精錬後、ＬＦ工程を経た後に、連続鋳造機にて造塊し、表１に示す化学組成の発明例および比較例のスラブ（試料１〜２４）を得た。連続鋳造機では、電磁撹拌により、凝固シェルより内側の未凝固溶鋼を撹拌し均質化する操作を行った。また、スラブのサイズは幅１２００ｍｍ×厚み２００ｍｍ×長さ７０００ｍｍであった。
【００４１】
なお、これらにおいてＣ、Ｓ、Ｎ以外の化学成分は、蛍光Ｘ線分析により分析を行った。またＮは不活性ガス−インパルス加熱溶融法、Ｃ、Ｓは酸素気流中燃焼−赤外線吸収法により分析した。また、表中、下線を付した値は、好ましい範囲外であることを示す。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
その後、常法に従って，熱間圧延にて圧延を行い板厚が５．５〜６０ｍｍの熱延鋼板を得た。低温靭性の評価はこの熱延鋼板に所定の固溶化熱処理を施した後、−４６℃におけるシャルピー衝撃試験により行った。ここでの所定の固溶化熱処理とは、二相ステンレス鋼では、とても重要な処理である。すなわち、フェライト（α相）とオーステナイト（γ相）の相比を最良の特性が得られる比率に整える目的で行うものである。具体的には、１０８０℃にて、７０分間熱処理を実施し、水冷して相比を固定するものであり、冷却速度は３℃／秒以上で行う。本実施例では、水冷にて冷却し、その冷却速度は４．５℃／秒であった。次いで、この熱延鋼板の組織観察により、Ａｌ窒化物およびＣｒ窒化物の析出量を評価した。これらの方法を以下に示す。
【００４４】
低温靭性試験方法：
上記で得られた固溶化熱処理および水冷を行った板厚６０ｍｍの熱延鋼板より、試験片長さが熱延鋼板の圧延方向に対し平行になるよう、２ｍｍＶノッチを有した幅１０ｍｍのフルサイズ試験片を作製した。これをＪＩＳ Ｚ２２４２ (２００６)に従って−４６±２℃における衝撃値を評価した。温度調整はドライアイスを浸したエタノールに試料全体を浸漬させることにより行い所定の温度に達した後、５分以上保持した後に試験に供した。このとき衝撃値が８７．５Ｊ/ｃｍ２以上となるものを良好として〇と評価し、８７．５Ｊ／ｃｍ２を下回るものは不良として×と評価し、表２に示した。
【００４５】
金属組織の評価方法：
上記で得られた固溶化熱処理および水冷を行った熱延鋼板より、圧延方向に直交する断面について電解研磨を施し、電解放出型走査型電子顕微鏡による試料の組織観察と析出物の測定を行った。Ａｌ窒化物は、観察倍率が５００倍にて評価し、Ｃｒ窒化物は、観察倍率が５０００倍で評価した。図１に、試料の組織観察の際の画像の模式図を示す。γ相（符号１）とα相（符号２）との間の細線は粒界（符号３）を示し、黒点が析出したＡｌ窒化物（符号４）を示し、粒界上の太線が析出したＣｒ窒化物（符号５）を示す。
【００４６】
試料１ｍｍ２あたりの長さ３μｍ以上のＡｌ窒化物個数が２００個を超え、かつ長さ１μｍ以上に連続するＣｒ窒化物の延べ長さが２０００μｍを超える場合を不良として×と評価し、長さ３μｍ以上のＡｌ窒化物の個数が２００個以下であり、かつ長さ１μｍ以上に連続するＣｒ窒化物の延べ長さが２０００μｍ以下の両方を満たす場合を良好として○として評価し、これらのうちどちらかのみに該当する場合は△と評価し、表２に示した。
【００４７】
表２にはまた、本発明におけるＡｌ窒化物析出抑制の関係式である［％Ａｌ］×［％Ｎ］≦（−２２.７８×［％Ｍｏ］−５×［％Ｃｒ］−３.６１１×［％Ｎｉ］＋３２３）×１０−４ およびＣｒ窒化物析出抑制の関係式である（［％Ｃｒ］＋６.５５３４×［％Ｍｏ］）２×［％Ｎ］≦−２１５.６×［％Ｎｉ］＋１７０８.３×［％Ｍｎ］＋２１５０による判定を各々示し、関係を満たす場合を〇印、満たさない場合を×印で「Ａｌ窒化物関係式」および「Ｃｒ窒化物関係式」の欄にそれぞれ表し、さらに、これらの両者を共に満たす場合を○、いずれかを満たさない場合を×として「窒化物判定式」の欄に表している。
【００４８】
【表２】
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【００４９】
表２に示すように、各成分が本発明の範囲を満足する試料番号１〜１３は、−４６℃±２℃における衝撃値が８７．５Ｊ／ｃｍ２以上であり、良好な低温靭性を示した。そのなかで、Ａｌ窒化物析出抑制の関係式を満たさない試料番号１０では、試料１ｍｍ２あたりの長さ３μｍ以上のＡｌ窒化物個数が２００個を超えて析出した。また、Ｃｒ窒化物析出抑制の関係式を満たさない試料番号１１〜１３では、試料１ｍｍ２あたりに存在する長さ１μｍ以上に連続するＣｒ窒化物の延べ長さが２０００μｍを超えていた。そのため、衝撃値の評価は〇であるものの、試料番号１〜９と比較して低い値であった。
【００５０】
これに対し，本発明の成分を外れる試料番号１４〜２２では、いずれも衝撃値が８０．０Ｊ/ｃｍ２を下回った。これらは、成分が発明の範囲を満たさない上、Ａｌ窒化物およびＣｒ析出抑制の関係式のいずれかあるいは両方を満たしておらず、さらにＡｌ窒化物あるいはＣｒ窒化物が本発明による規定以上に析出した。
【００５１】
比較例を詳細に説明すると、試料番号１４〜１６は、Ａｌ含有量が上限を超えたため、Ａｌ窒化物関係式を満たさずＡｌ窒化物が多く発生し、低温靭性を悪化させた。
【００５２】
試料番号１７は、Ａｌ含有量が上限を超えたが、それ以上にＮｉ含有量が上限を超えた影響により、Ａｌ窒化物関係式およびＣｒ窒化物関係式を共に満たさずＡｌ窒化物およびＣｒ窒化物が多く発生し、低温靭性を悪化させた。
【００５３】
試料番号１８は、Ｍｎ含有量が下限を下回り、Ｍｏ含有量が上限を超えたため、Ｎの溶解度を下げてしまい、窒化物の析出が促進され、Ａｌ窒化物関係式およびＣｒ窒化物関係式を共に満たさずＡｌ窒化物およびＣｒ窒化物が多く発生し、低温靭性を悪化させた。
【００５４】
試料番号１９は、Ａｌ含有量が上限を超えたため、Ａｌ窒化物関係式を満たさずＡｌ窒化物が多く発生し、また、Ｍｎ含有量が下限を下回ったため、Ｃｒ窒化物関係式を満たさずＣｒ窒化物が多く発生し、低温靭性を悪化させた。
【００５５】
試料番号２０は、Ｃｒ含有量が上限を超えたため、Ｃｒ窒化物関係式は満たしたものの、Ａｌ窒化物関係式を満たさずＡｌ窒化物が多く発生し、低温靭性を悪化させた。
【００５６】
試料番号２１は、Ｍｎ含有量が上限を超えたため、Ｎの溶解度が上がり、窒化物が析出しにくい条件であるものの、Ａｌ含有量が上限を超えたため、Ａｌ窒化物関係式を満たさずＡｌ窒化物が多く発生し、低温靭性を悪化させた。
【００５７】
試料番号２２は、Ｍｎ含有量が上限を超えたため、Ｎの溶解度が上がり、窒化物が析出しにくい条件であるものの、Ｎ含有量が上限を超えたため、Ａｌ窒化物関係式を満たさずＡｌ窒化物が多く発生し、低温靭性を悪化させた。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明の二相ステンレス鋼は、−４６±２℃というごく低温の環境においても優れた靭性を発揮することができる。また優れた耐食性を有する為、硫化物を含むような厳しい腐食環境におけるアンビリカルチューブ、熱交換機用の溶接管をはじめとして、ラインパイプ、石油化学、油井関連の構造部材として好適である。
【符号の説明】
【００５９】
１：γ相
２：α相
３：粒界
４：Ａｌ窒化物
５：Ｃｒ窒化物
【図１】
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