(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．００５〜０．０３％、
Ｓｉ：０．０５〜１．０％、
Ｍｎ：０．１〜４．０％、
Ｎｉ：３〜８％、
Ｃｒ：２０〜３５％、
Ｍｏ：０．０１〜４．０％、
Ａｌ：０．００１〜０．３０％、
Ｎ：０．０５〜０．６０％を含有し、
Ｒｅ：２．０％以下、Ｇａ：２．０％以下およびＧｅ：２．０％以下から選択される１種以上をさらに含有し、
残部がＦｅおよび不純物からなる
ことを特徴とする２相ステンレス鋼。
【請求項２】
前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに下記の第１グループおよび第２グループから選択される１種以上の元素を含有することを特徴とする請求項１に記載の２相ステンレス鋼。
第１グループ：Ｗ：６．０％以下、およびＣｕ：４．０％以下
第２グループ：Ｃａ：０．０１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下、およびＲＥＭ：０．２％以下
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２相ステンレス鋼に係り、特に、孔食、すき間腐食等に対して優れた、耐局部腐食性を有する２相ステンレス鋼に関する。
本願は、２０１２年０６月２２日に、日本に出願された特願２０１２−１４０３６５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
２相ステンレス鋼は、耐食性、特に耐海水性に優れていることから、熱交換器管、油井またはガス井用途の油井管、ラインパイプ等の海洋構造物の材料として広く用いられている。【０００３】
腐食環境の中でも、上述の海洋構造物が用いられる環境である海水環境等の塩化物イオンを含有する環境では、孔食、すき間腐食等の局部腐食に注意する必要がある。孔食およびすき間腐食は、材料の腐食減肉を局所的に発生させて貫通孔に至る可能性があること、更には孔食及びすき間腐食の発生過程では、これらが起点となって応力腐食割れに進展する可能性があることが重要な問題となっている。【０００４】
上記の問題を背景として、これまでに耐局部腐食性を向上させた様々な２相ステンレス鋼が提案されている。例えば、特許文献１には、γ（オーステナイト）相のＮ含有量とＮｉ含有量とに応じてＢを適量含有させた耐応力腐食割れ性に優れた２相ステンレス鋼が開示されている。【０００５】
特許文献２には、Ｗの積極的な添加を図ることによって、高強度と高耐食性とを有し、熱的組織安定性に優れ、通常の溶接施工または応力除去処理でも鋭敏化されたり、脆化されたりすることのない応力除去耐食性に優れた高強度２相ステンレス鋼が開示されている。【０００６】
特許文献３には、オーステナイト相中のＣｒ、Ｍｏ、Ｎ含有量を調整した耐孔食性に優れた２相ステンレス鋼が開示されている。さらに、特許文献４には、フェライト、オーステナイト両相の組成および元素の配分を調整した、高い耐食性と優れた機械的性質とを兼備した２相ステンレス鋼が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】日本国特開２００４−３６００３５号公報
【特許文献２】日本国特開平５−１３２７４１号公報
【特許文献３】日本国特開平１１−８０９０１号公報
【特許文献４】日本国特表２００５−５０１９６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述の特許文献１〜４で開示された２相ステンレス鋼は、高い耐食性を有する。しかしながら、近年、より過酷な腐食環境に耐え得る製品への要求が高まっており、さらなる耐食性の改善が望まれている。【０００９】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものである。本発明は、孔食、すき間腐食等に対して優れた耐局部腐食性を有する２相ステンレス鋼を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、２相ステンレス鋼の耐局部腐食性を向上させる方法について鋭意研究を行った。その結果、本発明者らは、Ｒｅ、Ｇａまたは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）が上昇し、耐孔食性及び耐すき間腐食性が著しく改善されることを明らかにした。本発明はこのような知見に基づいて完成されたものであり、下記の（１）または（２）に示す２相ステンレス鋼を要旨とする。【００１１】
（１）すなわち、本発明の一態様に係る２相ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．００５〜０．０３％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜４．０％、Ｎｉ：３〜８％、Ｃｒ：２０〜３５％、Ｍｏ：０．０１〜４．０％、Ａｌ：０．００１〜０．３０％、Ｎ：０．０５〜０．６０％を含有し、Ｒｅ：２．０％以下、Ｇａ：２．０％以下およびＧｅ：２．０％以下から選択される１種以上をさらに含有し、残部がＦｅおよび不純物からなることを特徴とする２相ステンレス鋼。【００１２】
（２）上記（１）に記載の２相ステンレス鋼は、前記Ｆｅの一部に代えて、質量％で、さらに下記の第１グループおよび第２グループから選択される１種以上の元素を含有してもよい。
第１グループ：Ｗ：６．０％以下、およびＣｕ：４．０％以下
第２グループ：Ｃａ：０．０１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下、およびＲＥＭ：０．２％以下
【発明の効果】
【００１３】
本発明の２相ステンレス鋼は、孔食、すき間腐食等の局部腐食に対して優れた耐性（耐局部腐食性）を有する。このため、過酷な環境下において腐食が問題となる、熱交換器管、油井もしくはガス井用途の油井管、またはラインパイプ等の海洋構造物の材料として好適に用いることができる。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の一実施形態に係る２相ステンレス鋼について説明する。
１．化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において、各元素の含有量の「％」は、「質量％」を意味する。
【００１５】
Ｃ：０．００５〜０．０３％
Ｃ含有量が０．０３％を超えると、結晶粒界にＣｒ炭化物が形成され、粒界での腐食感受性が増大する。このため、Ｃ含有量の上限は０．０３％とする。Ｃ含有量の上限は０．０２％が好ましい。一方、鋼の強度を確保するために、Ｃ含有量の下限を０．００５％とすることが好ましい。
【００１６】
Ｓｉ：０．０５〜１．０％
Ｓｉは、合金の脱酸剤として有効な元素である。その効果を得るためには、Ｓｉ含有量の下限を０．０５％とすることが好ましい。しかしながら、その含有量が１．０％を超えると熱間加工性が低下する。そのため、Ｓｉ含有量の上限は１．０％とする。Ｓｉ含有量の上限は０．５％が好ましい。
【００１７】
Ｍｎ：０．１〜４．０％
Ｍｎは、上記のＳｉと同様に、合金の脱酸剤として有効な元素である。その効果を得るためには、Ｍｎ含有量の下限は０．１％であることが好ましく、０．３％であることがより好ましい。しかしながら、その含有量が４．０％を超えると熱間加工性が低下する。このため、Ｍｎ含有量の上限は４．０％とする。Ｍｎ含有量の上限は２．０％であることが好ましく、１．２％であることがより好ましい。
【００１８】
Ｎｉ：３〜８％
Ｎｉは、オーステナイト安定化元素であり、２相ステンレス鋼に必須の元素である。しかしながら、Ｎｉ含有量が３％未満では十分な効果が得られない。一方、Ｎｉ含有量が８％を超えると、適正なフェライト・オーステナイト相バランスが得られなくなる。したがって、Ｎｉ含有量は３〜８％とする。Ｎｉ含有量の下限は３．５％であることが好ましい。
【００１９】
Ｃｒ：２０〜３５％
Ｃｒは、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とともに、２相ステンレス鋼の耐孔食性を向上させるために必須の元素である。良好な耐孔食性を得るためには、Ｃｒ含有量の下限を２０％とする必要がある。一方、Ｃｒ含有量が３５％を超えると熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は２０〜３５％とする。Ｃｒ含有量は２１〜２８％であることが好ましい。
【００２０】
Ｍｏ：０．０１〜４．０％
ＭｏはＣｒと同様、耐孔食性を高める作用を有する元素であり、Ｍｏ含有量の下限を０．０１％とする必要がある。一方、Ｍｏ含有量が４．０％を超えると、製造時の材料の加工性が劣化する。したがって、Ｍｏ含有量は０．０１〜４．０％とする。Ｍｏ含有量は１．０〜３．５％であることが好ましい。
【００２１】
Ａｌ：０．００１〜０．３０％
Ａｌは、脱酸剤として有効な元素である。また、Ａｌは、酸素を固定し、熱間加工性に有害なＳｉまたはＭｎの酸化物の生成を抑制する作用を有する。上記の効果を得るためには、Ａｌ含有量の下限は０．００１％であることが好ましく、０．０１％であることがより好ましい。しかしながら、Ａｌ含有量が０．３０％を超えると熱間加工性が低下する。したがって、Ａｌ含有量の上限は０．３０％とする。Ａｌ含有量の上限は０．２０％であることが好ましく、０．１０％であることがより好ましい。
【００２２】
Ｎ：０．０５〜０．６０％
Ｎは、オーステナイトの安定性を高めるとともに、２相ステンレス鋼の耐孔食性および耐すき間腐食性を高める元素である。また、Ｎは、Ｃと同様にオーステナイト相を安定させて強度を向上させる効果を有する。しかしながら、その含有量が０．０５％未満では十分な効果が得られない。一方、Ｎ含有量が０．６０％を超えると靭性および熱間加工性を劣化させる。したがって、Ｎ含有量は０．０５〜０．６０％とする。より高強度を得るためには、Ｎ含有量の下限を０．１７％超とすることが好ましく、０．２０％とすることがより好ましい。また、Ｎ含有量の上限は０．３５％であることが好ましく、０．３０％であることがより好ましい。
【００２３】
Ｒｅ：２．０％以下、Ｇａ：２．０％以下およびＧｅ：２．０％以下から選択される１種以上
Ｒｅ、ＧａおよびＧｅは、耐孔食性及び耐すき間腐食性を著しく向上させる元素である。しかしながら、上記の各元素を２．０％を超えて含有させても、耐食性向上効果は飽和する。また、上記各元素を２．０％を超えて含有させると、熱間加工性が低下する。したがって、Ｒｅ、ＧａおよびＧｅの含有量はそれぞれ２．０％以下とする。各元素の含有量はそれぞれ１．０％以下であることが好ましい。耐食性向上効果を得るためには、Ｒｅ、ＧａまたはＧｅの含有量は０．０１％以上であるのが好ましく、０．０３％以上であるのがより好ましく、０．０５％以上であるのがさらに好ましい。なお、上記のＲｅ、ＧａおよびＧｅはいずれか１種のみ、または、２種以上を複合で含有させることができる。これらの元素を複合して含有させる場合の合計量は、４％以下であるのが好ましい。
【００２４】
Ｒｅ、Ｇａ、Ｇｅを２相ステンレス鋼へ含有させることにより耐孔食性が向上する。その理由として、Ｒｅ、ＧａおよびＧｅが腐食環境中で形成される不働態皮膜をより強固にすることで、孔食の発生から進展へと至る過程において、孔食の進展が抑制され、不動態化が促進されているためと推察される。なお、Ｒｅ、Ｇａ、Ｇｅのいずれの元素においても同様の効果が得られるが、特にＲｅにおいて効果が大きい。
【００２５】
本実施形態に係る２相ステンレス鋼は、上記の各元素を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる。なお、「不純物」とは、ステンレス鋼を工業的に製造する際に、原料としての鉱石およびスクラップ、または製造環境等から混入するものを指す。不純物元素については特に規定はしないが、ＰおよびＳは、下記に示す含有量以下に制限するのが好ましい。以下に、その理由を説明する。
【００２６】
Ｐ：０．０４０％以下
Ｐは、鋼中に不可避的に混入する不純物元素である。Ｐ含有量は少ないほど好ましいが、Ｐ含有量が０．０４０％を超えると耐食性、靱性の劣化が著しくなるおそれがある。したがって、Ｐ含有量は０．０４０％以下であることが好ましい。
【００２７】
Ｓ：０．０２０％以下
ＳもＰと同様に、鋼中に不可避的に混入する不純物元素である。Ｓ含有量は少ないほど好ましいが、Ｓ含有量が０．０２０％を超えると熱間加工性が著しく低下するおそれがある。したがって、Ｓ含有量は０．０２０％以下であることが好ましい。
【００２８】
本実施形態に係る２相ステンレス鋼は、強度、耐食性、熱間加工性をより向上させることを目的として、Ｆｅの一部に代えて、さらに、下記の第１グループおよび第２グループから選択される１種以上の元素を含有させても良い。
第１グループ：Ｗ：６．０％以下、Ｃｕ：４．０％以下
第２グループ：Ｃａ：０．０１％以下、Ｍｇ：０．０１％以下、およびＲＥＭ：０．２％以下
【００２９】
Ｗ：６．０％以下
Ｗは、Ｍｏと同様に耐孔食性および耐すき間腐食性を向上させる元素である。また、Ｗは、固溶強化により強度を向上させる元素である。そのため、これらの効果を得るために、必要に応じて含有させても良い。上記の効果を得たい場合には、Ｗ含有量の下限は０．５％であることが好ましい。より高強度の２相ステンレス鋼を得たい場合は、Ｗ含有量の下限は１．５％であることがより好ましい。一方で、Ｗを過剰に含有させるとσ相が析出しやすくなり靭性が劣化するおそれがある。そのため、含有させる場合のＷ含有量の上限は６．０％とする。
【００３０】
Ｃｕ：４．０％以下
Ｃｕは、耐食性および粒界腐食抵抗を改善する元素である。そのため、必要に応じて含有させても良い。上記の効果を得たい場合には、Ｃｕ含有量の下限は０．１％であることが好ましく、０．３％であることがより好ましい。しかしながら、Ｃｕ含有量が４．０％を超えるとその効果は飽和するとともに、逆に熱間加工性および靭性が低下するおそれがある。このため、含有させる場合のＣｕ含有量の上限は４．０％とする。Ｃｕ含有量の上限は３．０％であることがより好ましく、２．０％であることがさらに好ましい。
【００３１】
Ｃａ：０．０１％以下
Ｃａは、熱間加工性を向上させる効果を有する元素である。その効果を得るために、必要に応じて含有させても良い。上記の効果を得たい場合には、Ｃａ含有量の下限は０．０００５％であることが好ましい。しかしながら、Ｃａ含有量が０．０１％を超えると、粗大な酸化物が生成し、かえって熱間加工性の低下を招くおそれがある。このため、含有させる場合のＣａ含有量の上限は０．０１％とする。
【００３２】
Ｍｇ：０．０１％以下
ＭｇはＣａと同様に、熱間加工性を向上させる効果を有する元素であり、必要に応じて含有させても良い。上記の効果を得たい場合には、Ｍｇ含有量の下限は０．０００５％であることが好ましい。しかしながら、Ｍｇ含有量が０．０１％を超えると、粗大な酸化物が生成し、かえって熱間加工性の低下を招くおそれがある。このため、含有させる場合のＭｇ含有量の上限は０．０１％とする。
【００３３】
ＲＥＭ：０．２％以下
ＲＥＭも上記のＣａおよびＭｇと同様に、熱間加工性を向上させる効果を有する元素であり、必要に応じて含有させても良い。上記の効果を得たい場合には、ＲＥＭ含有量の下限は０．００１％であることが好ましい。しかしながら、ＲＥＭ含有量が０．２％を超えると、粗大な酸化物が生成し、かえって熱間加工性の低下を招くおそれがある。このため、含有させる場合のＲＥＭ含有量の上限は０．２％とする。なお、ＲＥＭとは、ランタノイドの１５元素にＹおよびＳｃを合わせた１７元素を意味する。
【００３４】
上記の成分を有する２相ステンレス鋼は、公知の方法によって鋼管にすることができる。
【００３５】
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。
【実施例】
【００３６】
表１に示す化学組成を有する鋼Ｎｏ．１〜２５のそれぞれを、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、鍛造、熱延を実施して、厚さ５ｍｍの素材に加工した。【００３７】
【表１】
0005403192.tif 000002
【００３８】
次に、得られた素材に対して１０７０℃で５分間の溶体化熱処理を実施した後、耐食性評価のための試験片（直径１５ｍｍ、厚さ２ｍｍ）を機械加工により作製した。【００３９】
上記で得られた試験片を用いて、９０℃、２０％ＮａＣｌ中で孔食電位を測定した。試験温度、ＮａＣｌ濃度以外の実験条件および手順については、ＪＩＳ  Ｇ０５７７（２００５）に準じて測定を行った。【００４０】
表１に、それぞれの鋼の孔食電位Ｖｃ’１００の測定結果を併せて示す。表１から、本発明例である鋼Ｎｏ．１１〜２５は、Ｒｅ、Ｇａ、Ｇｅのいずれも含まない比較例である鋼Ｎｏ．１〜５、及びＣ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎのいずれかが本発明範囲を外れた鋼Ｎｏ．６〜１０に対して、孔食電位Ｖｃ’１００が高く、優れた耐孔食性を有することが分かる。なお、孔食電位Ｖｃ’１００が高いと、耐すき間腐食性にも優れる。
なお、表中の「‐」は、含有量が測定限界以下であることを示している。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の２相ステンレス鋼は、孔食、すき間腐食等の局部腐食に対して優れた耐性を有する。そのため、過酷な環境下において腐食が問題となる、熱交換器管、油井もしくはガス井用途の油井管、またはラインパイプ等の海洋構造物の材料として好適に用いることができる。
【要約】
このステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．００５〜０．０３％、Ｓｉ：０．０５〜１．０％、Ｍｎ：０．１〜４．０％、Ｎｉ：３〜８％、Ｃｒ：２０〜３５％、Ｍｏ：０．０１〜４．０％、Ａｌ：０．００１〜０．３０％、Ｎ：０．０５〜０．６０％を含有し、Ｒｅ：２．０％以下、Ｇａ：２．０％以下およびＧｅ：２．０％以下から選択される１種以上を含有し、残部がＦｅおよび不純物からなる。