(57)【要約】【課題】塩化物、硫化水素、炭酸ガス等の腐食性物質を含有する環境において、良好な耐食性と熱間加工性を発現する二相ステンレス鋼材および二相ステンレス鋼管を提供する。【解決手段】二相ステンレス鋼材は、フェライト相とオーステナイト相とからなる二相ステンレス鋼材であって、前記二相ステンレス鋼材の成分組成は、Ｃ：０．１０質量％以下、Ｓｉ：０．１〜２．０質量％、Ｍｎ：０．１〜２．０質量％、Ｐ：０．０５質量％以下、Ｓ：０．０１質量％以下、Ａｌ：０．００１〜０．０５０質量％、Ｎｉ：１．０〜１０．０質量％、Ｃｒ：２２．０〜２８．０質量％、Ｍｏ：２．０〜６．０質量％、Ｎ：０．２〜０．５質量％、Ｔａ：０．０１〜０．５０質量％、Ｏ：０．０３０質量％以下であって、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、質量％によるＴａ／Ｏの比が２．５以上であることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
フェライト相とオーステナイト相とからなる二相ステンレス鋼材であって、前記二相ステンレス鋼材の成分組成は、
Ｃ：０．１０質量％以下、
Ｓｉ：０．１〜２．０質量％、
Ｍｎ：０．１〜２．０質量％、
Ｐ：０．０５質量％以下、
Ｓ：０．０１質量％以下、
Ａｌ：０．００１〜０．０５０質量％、
Ｎｉ：１．０〜１０．０質量％、
Ｃｒ：２２．０〜２８．０質量％、
Ｍｏ：２．０〜６．０質量％、
Ｎ：０．２〜０．５質量％、
Ｔａ：０．０１〜０．５０質量％、
Ｏ：０．０３０質量％以下であって、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
質量％によるＴａ／Ｏの比が２．５以上であることを特徴とする二相ステンレス鋼材。
【請求項２】
前記成分組成が、さらにＣｏ：０．１〜２．０質量％、Ｃｕ：０．１〜２．０質量％、Ｖ：０．０１〜０．５０質量％、Ｔｉ：０．０１〜０．５０質量％、Ｎｂ：０．０１〜０．５０質量％よりなる群から選ばれる１種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の二相ステンレス鋼材。
【請求項３】
前記成分組成が、さらにＭｇ：０．０００５〜０．０２００質量％、Ｃａ：０．０００５〜０．０２００質量％の１種または２種を含有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二相ステンレス鋼材。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の二相ステンレス鋼材からなることを特徴とする二相ステンレス鋼管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、塩化物、硫化水素（Ｈ２Ｓ）、炭酸ガス（ＣＯ２）等の腐食性物質を含有する環境（以下、腐食環境と称することがある）において使用される二相ステンレス鋼材および二相ステンレス鋼管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼材は、腐食環境において不働態皮膜と呼ばれるＣｒの酸化物を主体とする安定な表面皮膜を自然に形成して、耐食性を発現する材料である。特に、フェライト相とオーステナイト相からなる二相ステンレス鋼材は、強度特性がオーステナイト系ステンレス鋼やフェライト系ステンレス鋼に対して優れ、耐孔食性と耐応力腐食割れ性が良好である。このような特徴のため、二相ステンレス鋼材は、アンビリカル、海水淡水化プラント、ＬＮＧ気化器等の海水環境の構造材料をはじめとして、油井管や各種化学プラント等の腐食性が厳しい環境の構造材料として使用されている。
【０００３】
しかしながら、使用環境に塩化物（塩化物イオン）等の腐食性物質が多量に含有される場合には、二相ステンレス鋼材中の介在物や不働態皮膜の欠陥等を起点として、二相ステンレス鋼材に局部腐食、いわゆる孔食が発生する場合がある。また、二相ステンレス鋼材のすきま部分においては、すきま内部では塩化物イオン等の腐食性物質が濃縮してより厳しい腐食環境となり、さらにすきま外部と内部との間で酸素濃淡電池を形成して、すきま内部の局部腐食がより促進され、いわゆるすきま腐食が発生する場合がある。さらに、孔食やすきま腐食等の局部腐食は、応力腐食割れ（ＳＣＣ）の起点となる場合が多く、安全性の観点から耐食性、特に耐局部腐食性のさらなる向上が求められている。
【０００４】
特に、石油や天然ガスの掘削に用いられる油井管材料においては、近年、より深層の油井やガス井の開発が進められており、従来よりも高温で、かつ、硫化水素、炭酸ガス、塩化物等の腐食性物質を多量に含む環境に曝される場合が多くなっているため、従来よりもさらに優れた耐食性が要求されている。
【０００５】
ステンレス鋼の耐孔食性は、Ｃｒ量（質量％）を［Ｃｒ］、Ｍｏ量（質量％）を［Ｍｏ］、Ｎ量（質量％）を［Ｎ］とした際に、［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］で計算される孔食指数ＰＲＥ（Pitting Resistance Equivalent）で表され、Ｗを含む場合は、Ｗ量（質量％）を［Ｗ］として、［Ｃｒ］＋３．３（［Ｍｏ］＋０．５［Ｗ］）＋１６［Ｎ］で計算される孔食指数ＰＲＥＷで表され、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎの含有量を多くすれば優れた耐孔食性が得られることが知られている。通常の二相ステンレス鋼ではＰＲＥ（またはＰＲＥＷ）が３５以上となるように、さらにスーパー二相ステンレス鋼では４０以上になるように、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ、Ｗの含有量が調整されている。また、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎの含有量の増加は、耐すきま腐食性の向上にも寄与することが知られている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ、Ｗの含有量の制御によりＰＲＥＷが４０以上である耐食性に優れた二相ステンレス鋼が開示されている。また、特許文献２には、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎの含有量の制御に加え、ＢやＴａの含有量を制御し、耐食性および熱間加工性に優れた二相ステンレス鋼が開示されている。特許文献３には、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎの含有量の制御に加え、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｂ等の含有量を制御し、耐食性および熱間加工性に優れた二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】特開平５−１３２７４１号公報
【特許文献２】特開平８−１７０１５３号公報
【特許文献３】特開昭６１−１５７６２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
二相ステンレス鋼材は、強度特性に優れる反面、圧延や引抜等の加工が通常のステンレス鋼材よりも難しい場合が多い。また硫化水素や炭酸ガス、塩化物イオンを含む厳しい腐食環境で二相ステンレス鋼材を適用するには、さらなる耐食性の向上が必要である。しかしながらＣｒ、Ｍｏ、Ｎ、およびＷの含有量の調整だけでは耐食性の改善が不十分な場合がある。さらに耐食性向上目的で添加するＣｒ、Ｍｏの増加によりσ相析出が助長されるため、靱性や熱間加工性を劣化させる懸念がある。
【０００９】
そして、特許文献１では、鋼材の耐食性（耐孔食性）を８０℃、２０％−ＮａＣｌ中での孔食電位で評価しているが、ＰＲＥＷ＝４２程度では約３００ｍＶ程度であり、昨今求められる厳しい腐食環境においては、必ずしも十分な耐食性を確保できるとは言えない。
【００１０】
また、特許文献２では、鋼中にＢを添加しているが、Ｂは鋼中のＮと結合してＢＮを生成することで、耐食性に寄与するＮ濃度を低下させてしまうおそれがある。また、特許文献２では、Ｗ添加量が５〜１０質量％と高く、コスト上昇を招いて経済的に不利である。
【００１１】
また、特許文献３では、鋼中にＮｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｚｒを添加しているが、これらの元素は鋼中のＮと結合して窒化物を生成することで、耐食性に寄与するＮ濃度を低下させてしまうおそれがある。また、生成した窒化物が粗大である場合、靱性を低下させてしまう。
【００１２】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、その課題は、塩化物、硫化水素、炭酸ガス等の腐食性物質を含有する環境において、良好な耐食性と熱間加工性を発現する二相ステンレス鋼材および二相ステンレス鋼管を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記のようにステンレス鋼材は、Ｃｒの酸化物を主体とする不働態皮膜により耐食性を発現する材料である。二相ステンレス鋼材は、フェライト相とオーステナイト相から構成されているため、これら異相界面で不連続性を有している。そのため、フェライト相とオーステナイト相との界面、または鋼中に不可避的に形成される介在物（酸化物、硫化物）と母材金属との界面において、不働態皮膜の連続性が低下することによって、不働態皮膜が不安定になる傾向が強い。その結果、塩化物イオンによる不働態皮膜の破壊作用を受けやすくなり、局部腐食が発生しやすくなる。
【００１４】
本発明者らは、前記課題を解決するために、製造面や諸特性を阻害しない範囲において、二相ステンレス鋼材の不働態皮膜の安定性および保護性を強化することに着目し、耐食性を向上させる技術検討を行った。
【００１５】
前記のようにステンレス鋼材はＣｒの酸化物を主体とする不動態皮膜により耐食性を発現する材料であることから、本発明者らは鋼中のＣｒ実効濃度の向上の観点から検討を行った。鋼中に不要なＣｒ系介在物が形成されると、鋼中のＣｒ実効濃度が低下してしまう。そのため、ステンレス鋼材の耐食性を改善するためには、不要なＣｒ系介在物が析出することを抑制する方法が有効であることを見出した。
【００１６】
一般的に、ステンレス鋼材におけるＣｒ系介在物として、炭化物や酸化物があげられる。そのため、これら介在物の形成原因となる鋼中のＣやＯを他の元素で固定することが重要である。ここで、炭化物系介在物については、特に鋼中で耐食性を大きく低下させるＣｒ欠乏層の原因となるＣｒ系炭化物（Ｃｒ２３Ｃ６）やσ相（Ｆｅ−Ｃｒ金属間化合物）を形成することが知られているため、鋼中のＣ量を低減させたり、ＣをＣｒ系以外の炭化物（例えばＴｉＣやＮｂＣ、ＶＣなど）で固定する方法が知られている。
【００１７】
そこで本発明者らは、さらなる耐食性の改善を図るために、酸化物系介在物に着目した。一般的にＯについては、脱酸のために添加したＳｉやＡｌ、またＣａやＭｇによる固定がなされている。ステンレス鋼中の酸化物を分析すると、Ａｌ酸化物（Ａｌ２Ｏ３）、Ｓｉ酸化物（ＳｉＯ２）、また鋼中に含有量の多いＣｒに起因するＣｒ酸化物（Ｃｒ２Ｏ３）等の酸化物からなる複合酸化物が観察される。ここで、Ｃｒよりも酸化物を形成しやすいＴａを適切に添加することで、積極的にＴａ系酸化物（Ｔａ２Ｏ５）を鋼中に析出させると、不要なＣｒ系酸化物（Ｃｒ２Ｏ３）の析出を抑制することができ、鋼中のＣｒの実効濃度を高めることとなり、結果として不動態皮膜の安定性を高めることができ、耐食性が向上することを見出した。さらに、炭化物系介在物やＣｒ系酸化物等の酸化物系介在物の析出を抑制し、σ相の生成を抑制することによって、熱間加工性を向上させることが可能となることも見出した。
本発明は、上記の検討による新たな知見を得ることによって、完成するに至ったものである。
【００１８】
本発明に係る二相ステンレス鋼材は、フェライト相とオーステナイト相とからなる二相ステンレス鋼材であって、前記二相ステンレス鋼材の成分組成は、Ｃ：０．１０質量％以下、Ｓｉ：０．１〜２．０質量％、Ｍｎ：０．１〜２．０質量％、Ｐ：０．０５質量％以下、Ｓ：０．０１質量％以下、Ａｌ：０．００１〜０．０５０質量％、Ｎｉ：１．０〜１０．０質量％、Ｃｒ：２２．０〜２８．０質量％、Ｍｏ：２．０〜６．０質量％、Ｎ：０．２〜０．５質量％、Ｔａ：０．０１〜０．５０質量％、Ｏ：０．０３０質量％以下であって、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、質量％によるＴａ／Ｏの比が２．５以上であることを特徴としている。
【００１９】
前記のように、二相ステンレス鋼材は、所定量のＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ、Ｔａ、Ｏを含有し、Ｔａを所定量添加することによって、Ｃｒ系酸化物の析出を抑制して、耐食性を向上させると共に、熱間加工性の低下が抑制される。
【００２０】
また、本発明に係る二相ステンレス鋼材は、前記成分組成が、さらに、Ｃｏ：０．１〜２．０質量％、Ｃｕ：０．１〜２．０質量％、Ｖ：０．０１〜０．５０質量％、Ｔｉ：０．０１〜０．５０質量％、Ｎｂ：０．０１〜０．５０質量％よりなる群から選ばれる１種以上を含有することが好ましい。
【００２１】
前記のように、二相ステンレス鋼材は、所定量のＣｏ、Ｃｕ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂよりなる群から選ばれる１種以上をさらに含有することによって、耐食性がさらに向上する。また、Ｃｏ、Ｃｕはオーステナイト相の安定化にも寄与し、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂは強度特性や熱間加工性の向上にも寄与する。
【００２２】
また、本発明に係る二相ステンレス鋼材は、前記成分組成が、さらに、Ｍｇ：０．０００５〜０．０２００質量％、Ｃａ：０．０００５〜０．０２００質量％の１種または２種を含有することが好ましい。
【００２３】
前記のように、二相ステンレス鋼材は、所定量のＭｇ、Ｃａの１種または２種をさらに含有することによって、局部腐食の起点となりやすい不動態皮膜欠損箇所となるような粗大なＭｎＳ等の介在物の生成が抑制され、耐局部腐食性が向上する。また、粗大なＭｎＳ等の介在物の生成が抑制されることで熱間加工性が向上する。
【００２４】
さらに、本発明に係る二相ステンレス鋼管は、前記の二相ステンレス鋼材からなることを特徴とする。
前記のように、二相ステンレス鋼管は、鋼管を二相ステンレス鋼材で構成することによって、鋼管表面に形成される不働態皮膜の安定性が高まるため、局部腐食を大幅に抑制でき、耐食性が向上する。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の二相ステンレス鋼材によれば、塩化物、硫化水素、炭酸ガス等の腐食性物質を含有する環境において、良好な耐食性と熱間加工性を発現する。また、本発明の二相ステンレス鋼管によれば、塩化物、硫化水素、炭酸ガス等の腐食性物質を含有する環境において、良好な耐食性を発現する。その結果、二相ステンレス鋼管は、アンビリカル、海水淡水化プラント、ＬＮＧ気化器等の海水環境の構造材料をはじめとして、油井管や各種化学プラント等の腐食性が厳しい環境の構造材料への使用が可能となる。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
＜二相ステンレス鋼材＞
本発明に係る二相ステンレス鋼材の実施形態について詳細に説明する。
本発明の二相ステンレス鋼材は、フェライト相とオーステナイト相とからなる二相ステンレス鋼材であって、前記二相ステンレス鋼材の成分組成は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎ、Ｔａを所定量含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。以下、各構成について説明する。
【００２７】
（鋼材組織）
本発明の二相ステンレス鋼材は、フェライト相とオーステナイト相の二相からなるものである。フェライト相とオーステナイト相からなる二相ステンレス鋼材においては、ＣｒやＭｏ等のフェライト相安定化元素はフェライト相に濃縮し、ＮｉやＮ等のオーステナイト相安定化元素はオーステナイト相に濃縮する傾向にある。このとき、フェライト相のオーステナイト相に対する面積比が３０％未満または７０％を超える場合には、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｎ等の耐食性に寄与する元素のフェライト相とオーステナイト相における濃度差異が大きくなりすぎて、フェライト相とオーステナイト相のいずれか耐食性に劣る側が選択腐食されて耐食性が劣化する傾向が大きくなる。したがって、フェライト相とオーステナイト相との面積比も最適化することが推奨される。フェライト相のオーステナイト相に対する面積比は、耐食性の観点から３０〜７０％が好ましく、４０〜６０％がさらに好ましい。このようなフェライト相とオーステナイト相の面積比は、フェライト相安定化元素とオーステナイト相安定化元素の含有量を調整することによって適正化することが可能である。
【００２８】
また、本発明の二相ステンレス鋼材は、フェライト相とオーステナイト相以外にσ相やＣｒの炭窒化物等の異相も耐食性や機械特性等の諸特性を害さない程度に許容できる。フェライト相とオーステナイト相の合計面積の全体の面積に対する比は、９５％以上とすることが好ましく、９７％以上とすることがさらに好ましい。
【００２９】
二相ステンレス鋼材の成分組成の数値範囲の限定理由について説明する。
（Ｃ：０．１０質量％以下）
Ｃは、鋼材中でＣｒ等との炭化物を形成して耐食性を低下させる。そのため、Ｃの含有量はできる限り少ない方が良く、０．１０質量％以下とする。Ｃの含有量は、好ましくは０．０８質量％以下であり、より好ましくは０．０６質量％以下である。なお、Ｃは、鋼材中に含有されていない、すなわち０質量％であっても良い。
【００３０】
（Ｓｉ：０．１〜２．０質量％）
Ｓｉは、脱酸とフェライト相の安定化のために必要な元素である。このような効果を得るため、Ｓｉの含有量は０．１質量％以上とする。Ｓｉの含有量は、好ましくは０．１５質量％以上であり、より好ましくは０．２質量％以上である。しかし、過剰にＳｉを含有させると、熱間加工性が劣化することから、Ｓｉの含有量は２．０質量％以下とする。Ｓｉの含有量は、好ましくは１．５質量％以下であり、より好ましくは１．０質量％以下である。
【００３１】
（Ｍｎ：０．１〜２．０質量％）
Ｍｎは、Ｓｉと同様に脱酸効果があり、さらに強度確保のために必要な元素である。このような効果を得るため、Ｍｎの含有量は０．１質量％以上とする。Ｍｎの含有量は、好ましくは０．１５質量％以上であり、より好ましくは０．２質量％以上である。しかし、過剰にＭｎを含有させると、粗大なＭｎＳを形成して耐食性が劣化することから、Ｍｎの含有量は２．０質量％以下とする。Ｍｎの含有量は、好ましくは１．５質量％以下であり、より好ましくは１．０質量％以下である。
【００３２】
（Ｐ：０．０５質量％以下）
Ｐは、耐食性や溶接性、加工性を劣化させる元素である。そのため、Ｐの含有量はできる限り少ない方が良く、０．０５質量％以下とする。Ｐの含有量は、好ましくは０．０４質量％以下であり、より好ましくは０．０３質量％以下である。また、Ｐは、鋼材中に含有されていない、すなわち０質量％であって良い。しかし、Ｐの含有量の過度の低減は、製造コストの上昇をもたらすので、Ｐの含有量の実操業上の下限値は０．０１質量％である。
【００３３】
（Ｓ：０．０１質量％以下）
Ｓは、Ｐと同様に溶製時に混入する不純物であり、Ｍｎ等と結合して硫化物系介在物を形成して、耐食性や熱間加工性を劣化させる元素である。そのため、Ｓの含有量はできる限り少ない方が良く、０．０１質量％以下とする。Ｓの含有量は、好ましくは０．００３質量％以下である。
【００３４】
（Ａｌ：０．００１〜０．０５０質量％）
Ａｌは、Ｓｉ、Ｍｎと同様に脱酸効果があり、溶製時の酸素量低減に必要な元素である。このような効果を得るため、Ａｌの含有量は０．００１質量％以上とする。しかし、過剰にＡｌを含有させると、酸化物系介在物を生成させて、耐孔食性に悪影響を及ぼすことから、Ａｌの含有量は０．０５０質量％以下とする。Ａｌの含有量は、好ましくは０．０２質量％以下である。
【００３５】
（Ｎｉ：１．０〜１０．０質量％）
Ｎｉは、耐食性向上に必要な元素であり、特に、塩化物環境における局部腐食抑制に効果が大きい。また、Ｎｉは、低温靱性を向上させるのにも有効であり、さらにオーステナイト相を安定化させるためにも必要な元素である。こうした効果を得るため、Ｎｉの含有量は１．０質量％以上とする。Ｎｉの含有量は、好ましくは２．０質量％以上であり、より好ましくは３．０質量％以上である。しかし、過剰にＮｉを含有させると、オーステナイト相が多くなりすぎて強度が低下することから、Ｎｉの含有量は１０．０質量％以下とする。Ｎｉの含有量は、好ましくは９．５質量％以下であり、より好ましくは９．０質量％以下である。
【００３６】
（Ｃｒ：２２．０〜２８．０質量％）
Ｃｒは、不働態皮膜の主要成分であり、ステンレス鋼材の耐食性発現の基本元素である。また、Ｃｒは、フェライト相を安定化させる元素でもある。フェライト相とオーステナイト相の二相組織を維持して耐食性、強度を両立させるため、Ｃｒの含有量は２２．０質量％以上とする。Ｃｒの含有量は、好ましくは２３．０質量％以上であり、より好ましくは２４．０質量％以上である。しかし、過剰にＣｒを含有させると、熱間加工性が劣化することから、Ｃｒの含有量は２８．０質量％以下とする。Ｃｒの含有量は、好ましくは２７．５質量％以下であり、より好ましくは２７．０質量％以下である。
【００３７】
（Ｍｏ：２．０〜６．０質量％）
Ｍｏは、溶解時にモリブデン酸を生成して、インヒビター作用により耐局部腐食性を向上させる効果を発揮し、耐食性を向上させる元素である。また、Ｍｏは、フェライト相を安定化させる元素でもあり、鋼材の耐孔食性・耐割れ性を改善させる元素でもある。このような効果を得るため、Ｍｏの含有量は２．０質量％以上とする。Ｍｏの含有量は、好ましくは２．２質量％以上であり、より好ましくは２．５質量％以上である。しかし、過剰にＭｏを含有させると、σ相等の金属間化合物の生成を助長し、耐食性および熱間加工性が劣化することから、Ｍｏの含有量は６．０質量％以下とする。Ｍｏの含有量は、好ましくは５．５質量％以下であり、より好ましくは５．０質量％以下である。
【００３８】
（Ｎ：０．２〜０．５質量％）
Ｎは、強力なオーステナイト相を安定化させる元素であり、σ相の生成感受性を増加させずに耐食性を向上させる効果がある。さらに鋼材の高強度化にも有効な元素であるため、本発明では積極的に活用する。このような効果を得るため、Ｎの含有量は０．２質量％以上とする。Ｎ含有量は、好ましくは０．２２質量％以上であり、より好ましくは０．２５質量％以上である。しかし、過剰にＮを含有させると、窒化物が形成され、靭性や耐食性が低下する。また、熱間加工性を劣化させ、鍛造・圧延時に耳割れや表面欠陥を生じさせる。そのため、Ｎの含有量は０．５質量％以下とする。Ｎの含有量は、好ましくは０．４５質量％以下であり、より好ましくは０．４質量％以下である。
【００３９】
（Ｔａ：０．０１〜０．５０質量％）
Ｔａは、Ｏと結合することでＣｒ系酸化物の生成を抑制し、靱性や耐食性の低下に影響を及ぼすσ相の析出の抑制効果を有する元素である。また、鋼材の実質的なＣｒ濃度向上に寄与する効果がある。このような効果を得るため、Ｔａの含有量は０．０１質量％以上とする。Ｔａの含有量は、好ましくは０．０２質量％以上であり、より好ましくは０．０３質量％以上である。しかし、過剰なＴａの添加は、鋼中のＮと結合することで窒化物として析出してしまい、靱性、熱間加工性を低下させてしまう。また、窒化物の析出によりＮの実効濃度を低減させてしまう。そのため、Ｔａの含有量は０．５０質量％以下とする。Ｔａの含有量は、好ましくは０．４０質量％以下であり、より好ましくは０．３０質量％以下である。
【００４０】
（Ｏ：０．０３０質量％以下）
Ｏは、ＳｉやＡｌ等の脱酸元素と結合することで鋼中に酸化物として析出し、二相ステンレス鋼の加工性および耐食性を低下させる。そのため、不純物としてのＯの含有量は低ければ低いほど好ましく、０．０３０質量％以下とする。Ｏの含有量は、好ましくは０．０２８質量％以下、より好ましくは０．０２５質量％以下、さらに好ましくは０．０２４質量％以下である。なお、Ｏ含有量は、低ければ低いほど好ましいが、過剰にＯを低減させることはコストアップに繋がるため、その下限はおおよそ０．０００５質量％程度である。
【００４１】
（Ｔａ／Ｏの比が２．５以上）
Ｔａ系酸化物を効率的に生成させるためには、ＴａとＯの比率が重要である。そのためには、質量％によるＴａ／Ｏの比を２．５以上とすることが必要である。好ましくは２．７以上、より好ましくは２．９以上である。なお、Ｔａを添加することのみでも耐食性や加工性は向上するが、さらにＴａ／Ｏを適切に制御することによって、単純にＴａを添加する場合よりも、Ｔａ系酸化物を効率的に生成させることができる。そのことによって、より一層耐食性および加工性を向上させることができる。またＴａの添加量が比較的少ない場合でも、Ｏの含有量を低下させることで所望の耐食性を確保することが可能になる。
【００４２】
また、本発明の二相ステンレス鋼材は、本発明の効果に悪影響を与えない範囲で、さらに他の元素を含有させても良い。例えば、本発明の二相ステンレス鋼材は、前記成分組成が、さらに所定量のＣｏ、Ｃｕ、Ｖ、Ｔｉ、Ｎｂよりなる群から１種以上を含有することが好ましい。
【００４３】
（Ｃｏ：０．１〜２．０質量％、Ｃｕ：０．１〜２．０質量％、Ｖ：０．０１〜０．５０質量％、Ｔｉ：０．０１〜０．５０質量％、Ｎｂ：０．０１〜０．５０質量％よりなる群から選ばれる１種以上）
ＣｏおよびＣｕは、耐食性を向上させ、オーステナイト相を安定化させる元素である。このような効果を得るため、ＣｏまたはＣｕを含有させるときは、これらの元素の含有量は各々０．１質量％以上とする。しかし、過剰にＣｏまたはＣｕを含有させると、熱間加工性が劣化することから、これらの元素の含有量は各々２．０質量％以下とする。これらの元素の含有量は各々、好ましくは０．２質量％以上であり、１．５質量％以下である。
【００４４】
Ｖ、ＴｉおよびＮｂは、耐食性を向上させ、強度特性や熱間加工性を向上させる元素である。このような効果を得るため、Ｖ、ＴｉまたはＮｂを含有させるときは、これらの元素の含有量は各々０．０１質量％以上とする。しかし、過剰にＶ、ＴｉまたはＮｂを含有させると、粗大な炭化物や窒化物を形成し、靭性が劣化することから、これらの元素の含有量は各々０．５０質量％以下とする。これらの元素の含有量は各々、好ましくは０．０５質量％以上であり、０．４０質量％以下である。
【００４５】
また、本発明の二相ステンレス鋼材は、前記成分組成が、さらに、所定量のＭｇ、Ｃａの１種または２種を含有することが好ましい。
【００４６】
（Ｍｇ：０．０００５〜０．０２００質量％、Ｃａ：０．０００５〜０．０２００質量％の１種または２種）
ＭｇおよびＣａは、鋼中に不純物として含まれるＳと結合して、局部腐食の起点となりやすいＭｎＳの形成を抑制して、耐局部腐食性を向上させる元素である。また鋼中のＳやＯと結合してこれらの介在物が粒界に偏析するのを抑制して、熱間加工性を向上させる効果がある。このような効果を得るため、ＭｇまたはＣａを含有させるときは、これらの元素の含有量は各々０．０００５質量％以上とする。しかし、過剰にＭｇまたはＣａを含有させると、酸化物系介在物の増加を招き、耐食性、加工性が劣化する。そのため、これらの元素の含有量は各々０．０２００質量％以下とする。これらの元素の含有量は各々、好ましくは０．００２０〜０．０２００質量％である。
【００４７】
（残部Ｆｅ、不可避的不純物）
本発明で使用される二相系ステンレス鋼の基本成分は、上記の通りであり、残部成分は実質的にＦｅであるが、不可避的不純物の混入はもちろん許容される。不可避的不純物は、本発明の二相ステンレス鋼材の諸特性を害さない程度に含有することができる。
【００４８】
（ＰＲＥ）
本発明に係る二相ステンレス鋼材は、前記成分組成が、Ｃｒの含有量（質量％）を［Ｃｒ］、Ｍｏの含有量（質量％）を［Ｍｏ］、Ｎの含有量（質量％）を［Ｎ］とした際に、ＰＲＥ＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］≧４０であることが好ましい。
［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］は、鋼材の耐食性を表す指標として従来から知られている耐孔食性指数（ＰＲＥ：Pitting Resistance Equivalent）である。ＰＲＥ≧４０とすることによって、組織中のＣｒ量、Ｍｏ量、Ｎ量のバランスが適切なものとなり、鋼材の耐食性および強度をさらに向上させることができる。
【００４９】
（二相ステンレス鋼材の製造方法）
本発明の二相ステンレス鋼材は、通常のステンレス鋼材の量産に用いられている製造設備および製造方法によって製造することができる。鋼中の不純物としてのＯを低減させるためには、ＳｉやＡｌ等のＯとの親和力の大きい元素を多めに添加して脱酸を行い、さらに真空脱ガスやアルゴンガス攪拌などの二次精錬の時間を長時間化したり、複数回行うことによって介在物を除去する。例えば、転炉あるいは電気炉にて溶解した溶鋼に対して、ＡＯＤ法やＶＯＤ法等による精錬を行って成分調整した後、連続鋳造法や造塊法等の鋳造方法で鋼塊とする。得られた鋼塊を１０００〜１２００℃程度の温度域にて熱間加工を行い、次いで冷間加工を行って所望の寸法形状にすることができる。
【００５０】
本発明においては、機械特性に有害な析出物をなくすため、必要に応じて固溶化熱処理を施して急冷することが好ましい。固溶化熱処理の温度は、１０００〜１１００℃が好ましく、保持時間は１〜３０分間が好ましく、急冷は１０℃／秒以上の冷却速度で冷却することが好ましい。また、必要に応じてスケール除去等の表面調整のための酸洗を行うことができる。
【００５１】
＜二相ステンレス鋼管＞
本発明に係る二相ステンレス鋼管の実施形態について説明する。
本発明の二相ステンレス鋼管は、前記二相ステンレス鋼材からなるもので、通常のステンレス鋼管の量産に用いられる製造設備および製造方法によって製造することができる。例えば、丸棒を素材とした押出製管やマンネスマン製管、板材を素材として成形後に継ぎ目を溶接する溶接製管等によって、所望の寸法にすることができる。また、二相ステンレス鋼管の寸法は、鋼管が使用される油井管、化学プラント、アンビリカルチューブ等に応じて適宜設定することができる。なお、本発明の二相ステンレス鋼管は、海水淡水化プラント、ＬＮＧ気化器等にも使用することができる。
【実施例】
【００５２】
本発明に係る二相ステンレス鋼材の実施例について、以下に説明する。下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更して実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００５３】
（試料の作製）
電極アーク加熱機能を備える溶鋼処理設備によって、表１に示す成分組成の鋼（鋼記号Ａ１〜Ａ２８、Ｂ１〜Ｂ８）をそれぞれ溶製し、丸鋳型（本体：約φ１４０ｍｍ×３２０ｍｍ）を用いて、５０ｋｇの鋼塊を鋳造した。なお、表１において、下線が引かれた数値は、本発明の構成から外れていることを示す。また、「−」の欄は該当成分が含有されていないことを示す。
【００５４】
凝固した鋼塊を１２００℃まで加熱し、同温度で熱間鍛造を施し、その後切断し、１１００℃で３０分間保持して、固溶化熱処理を施し、水冷して、長さ６００ｍｍ×幅１２０ｍｍ×厚さ６０ｍｍの鍛鋼品（試験材Ｎｏ．１〜３６）に仕上げた。なお、鋼記号Ａ１０〜Ａ１６についてはＯの含有量を下げるために、通常よりも脱酸工程を強めに行った。
【００５５】
また、各鋼の組成について、Ｔａ／ＯとＰＲＥ＝［Ｃｒ］＋３．３［Ｍｏ］＋１６［Ｎ］を算出した結果も表１に示した。さらに、仕上げた鍛鋼品を加工方向と平行な断面を埋込み、鏡面研磨し、シュウ酸水溶液中で電解エッチングを行った後、倍率１００倍で光学顕微鏡観察を行い、各鍛鋼品の組織を確認した。その結果、いずれの鍛鋼品もフェライト相とオーステナイト相の二相からなるものであった。
【００５６】
（評価用試料の採取）
次に、前記鍛鋼品から加工方向に平行に採取した試料（長さ２０ｍｍ×幅３０ｍｍ×厚さ２ｍｍ）を用いて、以下に示す手順で耐孔食性および熱間加工性を評価した。
【００５７】
（耐孔食性の評価）
耐孔食性の評価はＪＩＳ  Ｇ０５７７に記載された方法を参考にして評価した。試料表面をＳｉＣ＃６００研磨紙で湿式研磨し、超音波洗浄した後、スポット溶接で試料に導線を取り付けた。試料表面の試験面（試験面積：１０ｍｍ×１０ｍｍ）の部分以外をエポキシ樹脂で被覆した。その試料を８０℃に保持した２０％ＮａＣｌ水溶液中に１０分間浸漬した。その後、２０ｍＶ／ｍｉｎの掃引速度でアノード分極を行い、電流密度が０．１ｍＡ／ｃｍ２を超えた時点の電位を孔食電位（ＶＣ‘１００）とした。耐孔食性の評価は、孔食電位が５００ｍＶ（ｖｓ．ＳＣＥ）を超えるものを優れている（◎）、３００ｍＶを超えて５００ｍＶ以下（ｖｓ．ＳＣＥ）のものを良好（○）、１００ｍＶを超えて３００ｍＶ以下（ｖｓ．ＳＣＥ）のものをやや不良（△）、１００ｍＶ以下（ｖｓ．ＳＣＥ）のものを不良（×）として評価した。ここで、ＳＣＥとは、飽和カロメル電極である。孔食電位と耐孔食性の評価結果を表２に示した。
【００５８】
（熱間加工性の評価）
前記鍛鋼品の表面を目視にて観察し、表面欠陥の有無を観察した。そして、割れが発生しているものを熱間加工性が不良（×）、表面欠陥が多発しているものを熱間加工性がやや不良（△）、表面欠陥がわずかなものを熱間加工性が良好（○）、表面欠陥がないものを熱間加工性が優れている（◎）と評価した。その結果を表２に示した。
【００５９】
【表１】
2015078429.tif 000002
【００６０】
【表２】
2015078429.tif 000003
【００６１】
表２の結果から、本発明の要件の成分組成およびＴａ／Ｏの比を満足する鋼（鋼記号Ａ１〜Ａ２８）を用いて作製した試験材Ｎｏ．１〜２８（実施例）は、いずれも優れた耐孔食性および熱間加工性を有することがわかった。
【００６２】
それに対して試験材Ｎｏ．２９〜３６（比較例）は以下のような不具合を有していた。
試験材Ｎｏ．２９は、各成分の含有量は本発明の要件を満たしているが、Ｔａ／Ｏの比を満たしていないため、耐孔食性にやや劣るものであった。試験材Ｎｏ．３０は、Ｔａが過剰であり、粗大な窒化物を多量に形成してしまったため、耐孔食性および熱間加工性に劣っていた。試験材Ｎｏ．３１は、Ｔａが添加されておらず、不要なＣｒ系酸化物やσ相が多く形成してしまい、耐孔食性および熱間加工性に劣っていた。試験材Ｎｏ．３２は、Ｏが過剰であり、Ｃｒ系酸化物が多量に形成して、鋼中のＣｒの実効濃度を低下させたため、耐孔食性に劣っていた。またＡｌ系酸化物、Ｓｉ系酸化物も多量に形成しており、熱間加工性にも劣っていた。
【００６３】
試験材Ｎｏ．３３は、Ｃｒが不足しており、耐孔食性に劣っていた。試験材Ｎｏ．３４は、Ｍｎが過剰であったため、多数の介在物が析出しており、耐孔食性および熱間加工性に劣っていた。試験材Ｎｏ．３５は、Ｓが過剰であり、粗大な硫化物を多量に形成してしまったため、耐孔食性および熱間加工性に劣っていた。試験材Ｎｏ．３６は、Ｎｉが不足しており、耐孔食性に劣っていた。