(57)【要約】強度と耐腐食性の両方を必要とする構造部品に有益な、向上した熱間加工性を持つ二相ステンレス鋼。本発明は、Ｃｕの含有量が０−０．１％に限られ、Ｍｎの含有量が増加すると熱間加工性が向上するという研究結果に基づいている。さらに、本発明は、Ｍｎは熱間加工性を向上させるために、ＭｏとＷと相乗的に作用するという事実に注目する。本発明が開示するのは、優れた熱間加工性を持つ高マンガン二相ステンレス鋼であり、重量％で０．１％未満のＣ；０．０５−２．２％のＳｉ；２．１−７．８％のＭｎ； ２０−２９％のＣｒ； ３．０−９．５％のＮｉ；０．０８−０．５％のＮ； ５．０％未満のＭｏと１．２−８％のＷの単独か複合物；残部Ｆｅおよび不可避不純物を含むことを特徴とする。そして二相ステンレス鋼の製造方法であり、請求項１に記載の二相ステンレス鋼組成物を１，０５０から１，２５０℃の温度で容体加熱し、１，１３０℃から１，２８０℃の温度で開始しその後１，０００℃を超える温度で終結する熱間加工を行い、そして３℃／ｍｉｎ． を超える冷却速度で１，０００℃から７００℃の温度範囲内で冷却する工程を含むことを特徴とする。本発明の二相ステンレス鋼は、容体加熱後に、１，０５０℃で５０％を超える断面収縮率、４００Ｍｐａを超える降伏応力、０．３６ｍｍ／ｙｅａｒ未満の腐食率を持つ。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で０．１％未満のＣ；０．０５−２．２％のＳｉ；２．１−７．８％のＭｎ；２０−２９％のＣｒ；３．０−９．５％のＮｉ；０．０８−０．５％のＮ；５．０％未満のＭｏと１．２−８％のＷの単独または複合物；残部鉄および不可避不純物、を含むことを特徴とする、優れた熱間加工性を持つ高マンガン二相ステンレス鋼。
【請求項２】
重量％で０．１％未満のＣ；０．０５−２．２％のＳｉ；２．１−７．８％のＭｎ；２０−２６％のＣｒ（ただし２６％は除く）；４．１−８．８％のＮｉ；０．０８−０．３４５％のＮ；５．０％未満のＭｏ；残部鉄および不可避不純物、を含むことを特徴とする、クロム含有量が低く、Ｍｏを含有する請求項１に記載の高マンガン二相ステンレス鋼。
【請求項３】
重量％で０．１％未満のＣ；０．０５−２．２％のＳｉ；３．１−７．８％のＭｎ；２６−２９％のＣｒ；４．１−９．５％のＮｉ；０．０８−０．３４５％のＮ；５．０％未満のＭｏ；残部鉄および不可避不純物、を含むことを特徴とする、クロム含有量が高く、Ｍｏを含有する請求項１に記載の高マンガン二相ステンレス鋼。
【請求項４】
重量％で０．１％未満のＣ；０．０５−２．２％のＳｉ；２．１−７．８％のＭｎ；２０−２９％のＣｒ；３．０−９．５％のＮｉ；０．０８−０．５％のＮ；１．２−８％のＷ；残部鉄および不可避不純物、を含むことを特徴とする、Ｗを含有する請求項１に記載の高マンガン二相ステンレス鋼。
【請求項５】
重量％で０．１％未満のＣ；０．０５−２．２％のＳｉ；２．１−７．８％のＭｎ；２０−２７．８％のＣｒ；３．０−９．５％のＮｉ；０．０８−０．５％のＮ；０．５％未満のＭｏ；１．２−８％のＷ；残部鉄および不可避不純物を含み、かつＭｏとＷがＭｏ＋０．５Ｗ＝０．８−４．４％という条件を満たすことを特徴とする、Ｍｏ−Ｗを含有する請求項１に記載の高マンガン二相ステンレス鋼。
【請求項６】
Ｍｏの含有量が１．０−５．０％である、請求項１に記載の高マンガン二相ステンレス鋼。
【請求項７】
ＭｏとＭｎの含有量が、４４．３７＋９．８０６［％Ｍｎ］−３．０８［％Ｍｏ］−０．７６［％Ｍｎ］［％Ｍｏ］≧５０という式を満たす、請求項１に記載の高マンガン二相ステンレス鋼。
【請求項８】
Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、およびＮの含有量が、ＰＲＥＮ＝％Ｃｒ＋３．３（％Ｍｏ＋０．５％Ｗ）＋３０％Ｎ≧３５という式を満たす、請求項１に記載の高マンガン二相ステンレス鋼。
【請求項９】
Ｃの含有量が０．０３％未満である、請求項１に記載の高マンガン二相ステンレス鋼。
【請求項１０】
０．４％未満のＮｂ；０．４％未満のＶ；１．０％未満のＺｒ；０．４％未満のＴｉ；０．４％未満のＴａからなる群の中から選択される一種または二種以上の元素をさらに含む、請求項１に記載の高マンガン二相ステンレス鋼。
【請求項１１】
さらに１．０％未満のＣｕを含む、請求項１に記載の高マンガン二相ステンレス鋼。
【請求項１２】
さらに０．１８％未満のＣｅ；０．００１−０．０１％のＣａ； ０．００１−０．０１％のＢ；０．００１−０．０１％のＭｇ；０．００１−０．０５％のＡｌからなる群の中から選択される一種または二種の元素を含む、請求項１に記載の高マンガン二相ステンレス鋼。
【請求項１３】
請求項１記載の二相ステンレス鋼を１，０５０から１，２５０℃の温度で溶体加熱することを含むことを特徴とする高マンガン二相ステンレス鋼の製造方法。
【請求項１４】
請求項１記載の二相ステンレス鋼を１，０５０から１，２５０℃の温度で溶体加熱を行い、１，１３０から１，２８０℃の温度で開始し１，０００℃より高い温度で終結する熱間加工を行い、１，０００から７００℃の温度範囲内で３℃／ｍｉｎ．より高い冷却速度で冷却する、という工程を含む、請求項１３記載の製造方法。
【請求項１５】
Ｍｏの含有量が１．０−５．０％である、請求項１３記載の製造方法。
【請求項１６】
ＭｏとＭｎの含有量が、４４．３７＋９．８０６［％Ｍｎ］−３．０８［％Ｍｏ］−０．７６［％Ｍｎ］［％Ｍｏ］≧５０という式を満たす、請求項１３記載の製造方法。
【請求項１７】
Ｃｒ、Ｍｏ、ＷおよびＮの含有量が、ＰＲＥＮ＝％Ｃｒ＋３．３（％Ｍｏ＋０．５％Ｗ）＋３０％Ｎ≧３５という式を満たす、請求項１３記載の製造方法。
【請求項１８】
Ｃの含有量が０．０３％未満である、請求項１３記載の製造方法。
【請求項１９】
当該鋼が、さらに、０．４％未満のＮｂ；０．４％未満のＶ；１．０％未満のＺｒ；０．４％未満のＴｉ；０．４％未満のＴａからなる群の中から選択される一種または二種以上の元素を含む、請求項１３記載の製造方法。
【請求項２０】
当該鋼が、さらに、１．０％未満のＣｕを含有する、請求項１３記載の製造方法。
【請求項２１】
当該鋼が、さらに、０．１８％未満のＣｅ；０．００１−０．０１％のＣａ； ０．００１−０．０１％のＢ；０．００１−０．０１％のＭｇ；０．００１−０．０５％のＡｌからなる群の中から選択される一種または二種の元素を含む、請求項１３記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、強度と耐腐食性が要求される構造部品に有益な二相ステンレス鋼、特に、優れた熱間加工性を持つ高マンガン二相ステンレス鋼とその製造方法に関するものである。
【０００２】
これまで、二相ステンレス鋼は耐酸化性、耐腐食性が要求される工業用装置や構造部品に、基本的な素材として幅広く使われてきた。特に、２２０５型の二相ステンレス鋼はオーステナイトステンレス鋼よりも高い耐腐食性を持ち、また、強度も高いので、幅広い用途に使われてきた、例えば化学設備のパイプラインや、発電所や石油化学工業などでの脱塩素や脱硫用の構造部品、製紙工業などで内部のスクリューコンベアや漂白タンク、海洋関係の設備などである。また、近年、二相ステンレス鋼の需要が増えてきている、なぜなら、発電所や石油化学設備では、大気汚染防止の観点から脱塩素や脱硫システムの確立が求められているからである。それに加えて、産業廃棄物の焼却炉では空気清浄装置のための不可欠な素材として使われてきている。
【０００３】
二相ステンレス鋼はフェライト相とオーステナイト相からなり、フェライト相により強度が向上し、オーステナイト相により耐腐食性が向上する。二相ステンレス鋼は、ベース材料であるＦｅ にＣｒ、 Ｍｏ、 Ｗ、 Ｎを含有することにより耐孔食性や耐隙間侵食性が増すことが知られている（Ｒ．Ｎ． Ｇｕｎｎ， “Ｄｕｐｌｅｘ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌｓ”， Ｗｏｏｄｈｅａｄ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ Ｌｔｄ．， （１９９７））。二相ステンレス鋼に鋳造や溶体化熱処理を施した後、もし適切な冷却速度で冷却されなければ、７００から９５０℃の温度範囲で、多量のＭｏやＷを含み主にシグマ相を含む析出物が形成される。さらにα’相が形成される領域は３００から３５０℃の温度範囲である。高温または中温で形成された析出物により二相ステンレス鋼の硬度が向上する。しかしながら、室温での延性や耐衝撃性が大幅に劣化し、耐腐食性も低下するという問題が生じる。
【０００４】
一般に、市販のＭｏ含有二相ステンレス鋼は次の基本的な化学組成からなる。すなわち、Ｆｅ−（２１−２３ｗｔ％）Ｃｒ−（４．５−６．５ｗｔ％）Ｎｉ−（２．５−３．５ｗｔ％）Ｍｏ−（０．０８−０．２０ｗｔ％）Ｎ、そして、さらに２．０％未満のＭｎと０．０３％未満のＣを含有する（ＵＮＳ３１８０３やＳＡＦ２２０５）。２２０５型の二相ステンレス鋼のＣｒとＭｏの含有量を増加させた結果、優れた耐腐食性を持つＳＡＦ２５０７型の二相ステンレス鋼がある。これは次のような基本的な化学組成をもつ、すなわち、Ｆｅ−（２４−２６ｗｔ％）Ｃｒ−（６−８ｗｔ％）Ｎｉ−（３−５ｗｔ％）Ｍｏ−（０．２４−０．３２ｗｔ％）Ｎと、さらに１．２％未満のＭｎと０．０３％未満のＣを含有する。
【０００５】
米国特許第４，６５７，６０６号では、Ｆｅ−（２３−２７ｗｔ％）Ｃｒ−（４−７ｗｔ％）Ｎｉ−（２−４ｗｔ％）Ｍｏ−（０．０８ｗｔ％未満）Ｃの基本的な化学組成をもつ二相ステンレス鋼を開示している。もしＣｕの含有量が１．１−３．０ｗｔ％に限定され、かつＭｎの含有量が５−７％にまで増加すると、溶体加熱とその後の冷却の後にシグマ相またはα’相の急速な生成が抑制され、それにより室温での延性が向上する、と報告されている。しかしながら、この種の鋼は熱間加工性が悪い。
【０００６】
一方、Ｍｎの含有量を増やすために多数の技術が試みられてきた、それは、Ｍｎが室温の延性を向上させ、また高価なＮｉと置き換えることにより窒素の固溶性が増加するという事実を考慮してのことである。米国特許第４，２７２，３０５号では、Ｆｅ−（２２−２８ｗｔ％）Ｃｒ−（３．５−５．５ｗｔ％）Ｎｉ−（１−３ｗｔ％）Ｍｏ−（０．１ｗｔ％未満）Ｃの組成からなる二相ステンレス鋼において、Ｎの含有量を０．３５−０．６％程度に高くしてかつＭｎの含有量が４−６％に増加させる、すると窒素の固溶性が高まることが開示されている。しかしながら、この種の鋼は窒素の含有量が高いので、鋳造性と熱間加工性が劣化するという欠点をもつ。また、米国特許第４，８２８，６３０号では、Ｆｅ−（１７−２１．５ｗｔ％）Ｃｒ−（１−４ｗｔ％）Ｎｉ−（２ｗｔ％未満）Ｍｏ−（０．０７ｗｔ％未満）Ｃの組成からなる二相ステンレス鋼において、Ｍｎの含有量が４．２５−５．５％にまで増加させると、それにより高価なＮｉに替わって、窒素の固溶性が増すことが開示されている。しかしながら、この種の鋼はＮｉの最低含有量が低く、耐腐食性に悪影響を及ぼす可能性があるという問題がある。特開平９−３１６０４では、Ｍｏ−Ｗを含有する二相ステンレス鋼で、Ｓｉの含有量を高く（２．５−４．０％）保ち、また、窒素の固溶性を高めるために、Ｍｎの含有量を３−７％に増加させることが開示されている。しかしこの種の鋼では、Ｓｉが過剰なため、耐衝撃性が劣化する。したがって、この種の鋼は商用化が難しい。
【０００７】
一方、高価なＮｉに替えるために、３０４型や３１６形ステンレス鋼として知られているＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系オーステナイトステンレス鋼にＭｎを加えることも試みられてきた。しかし、Ｍｎの量が増加するにつれて、熱間加工性が劣化する、ゆえに、満足な成果が得られていない。この事実はＴ．Ｍ．Ｂｏｇｄａｎｏｖａ ｅｔａｌ．， Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ Ｎｏｎｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｔｅｅｌｓ， Ｍｏｓｃｏｗ， ＵＳＳＲ， ｐｐ． １８５−１９０，（１９８２）で報告された。そして、３１６Ｌ型、３０９Ｓ型、そして３１０Ｓ型のステンレス鋼ではＭｎとＳを含有する結果として、Ｍｎの含有量が高ければ高いほどＳの再析出や偏析が起こりやすくなり、それゆえ熱間加工性が劣化すると報告されている（Ｓ．Ｃ． Ｌｅｅ ｅｔａｌ．， ４０ｔｈ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｗｏｒｋｉｎｇ ａｎｄ Ｓｔｅｅｌ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ Ｃｏｎｆ．， Ｐｉｔｔｓｂｕｒｇｈ， ＰＡ， ＵＳＡ， ｐｐ．２５−２８，（１９９８））。
【０００８】
したがって、熱間加工性を保証するために、市販の二相ステンレス鋼の多くはＭｎの含有量が２％未満に限られている。たとえば、米国特許第４，６６４，７２５号による開示では、Ｃａ／Ｓの比が１．５より大きければ熱間加工性が向上するが、Ｍｎの上限を限定しなければならない。なぜなら、Ｍｎの添加の増加につれて、熱間加工性と耐腐食性が劣化するからである。
【０００９】
以上述べてきたように、共通の認識として、二相ステンレス鋼では、Ｍｎの含有量が増えるにつれ、熱間加工性は劣化する。米国特許第４，１０１，３４７号では、二相ステンレス鋼でシグマ相の生成を防ぐには、Ｍｎの含有量を２％未満に抑えるべきであると提案されている。この提案は、従来のＭｏやＭｏ−Ｗを含む二相ステンレス鋼の双方において、Ｍｎの含有量が２％未満に限られてきたという事実により支持されている。
【００１０】
また、Ｍｏ−Ｗを含む二相ステンレス鋼は高い耐腐食性をもつことが知られている。それゆえ、近年、ＭｏとＷの両方を添加した二相ステンレス鋼の研究がなされてきた。たとえば、Ｂ．Ｗ．Ｏｈ ｅｔ ａｌ． により提案された二相ステンレス鋼では、Ｍｎを２％未満、Ｃｒを２０−２７％含有した鋼で、Ｍｏの一部をＷに置き換える（Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ， Ｆｌｏｒｅｎｃｅ， Ｉｔａｌｙ， ｐ．３５９，（１９９３） または韓国特許出願Ｎｏ． ９４−３７５７）。１−４％のＷと１％未満のＭｏを含有した二相ステンレス鋼では、Ｍｏを２．７８％含有する場合と比較して、耐腐食性が向上するという報告もある。しかしながら、この鋼はＷとＭｏの含有量が極端に低いので、それゆえ耐腐食性が相対的に低下する。
【００１１】
もうひとつの例として、住友金属工業株式会社の米国特許第５．２９８，０９３号では、１．５％未満のＭｎと２３−２７％のＣｒが添加されている二相ステンレス鋼において、２−４％のＭｏと１．５−５％のＷを含有させるという提案がされている。この鋼は高い強度と優れた耐腐食性を持つことが知られている。しかし、この鋼は加熱圧延の際に亀裂が生じやすく、また、この鋼は合金性が高いので、相の安定度が低くなる傾向があり、シグマ相が形成されることにより、耐腐食性と耐衝撃性が劣化する。Ｗ−Ｍｏを含有する二相ステンレス鋼もまた、鋼板やワイヤ、棒状体や鋼管などの最終製品形態を熱間加工により製造する際、熱間加工性が悪いという問題をもち、上記Ｍｏを含有する二相ステンレス鋼と類似している。結果として、製品の不良率が増えてしまう。
【００１２】
同様に、米国特許第５，７３３，３８７号では、２．０％未満のＭｎと２２−２７％のＣｒを添加したＷ−Ｍｏ含有二相ステンレス鋼で、１−２％のＭｏと２−５％のＷが含有されるものが提案されている。しかしこの鋼でも、米国特許第５，２９８，０９３号の二相ステンレス鋼と比べてほとんど熱間加工性が向上しない。
【００１３】
さらに、米国特許第６，０４８，４１３号では、Ｍｎを３．５％未満、Ｍｏを５．１−８％、そしてＷを３％未満含有する二相ステンレス鋼が提案されている。この鋼は合金性の高い二相ステンレス鋼なので、これまで述べてきた二相ステンレス鋼の中で最も熱間加工性が悪い。それゆえ、用途が鋳造製品に限られる。それに加えて、鋳造により製品を製造する際、冷却速度が遅い（もしくは製品が大きい）と、Ｍｏの含有量が多いため、シグマ相の形成が促進され、それゆえ鋼の機械的特性と耐腐食性が劣化する。
【００１４】
二相ステンレス鋼の熱間加工性を高める従来の方法として、Ｃｅを二相ステンレス鋼に付加するという方法がある（Ｊ．Ｌ． Ｋｏｍｉ ｅｔ ａｌ．， Ｐｒｏｃ． ｏｆ Ｉｎｔ’ｌ Ｃｏｎｆ． ｏｎ Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ Ｓｔｅｅｌ， ＩＳＩＪ Ｔｏｋｙｏ， ｐ８０７，（１９９１） または米国特許第４，７６５，９５３号）。この方法によれば、Ｓの含有量を３０ｐｐｍにまで低くし、Ｃｅを添加すると、Ｓの偏析が抑制され、熱間加工性が向上する。しかしながら、Ｃｅのような希土類元素を多量に添加することにより熱間加工性を向上させる場合、高価なＣｅを使用するので経済性からは好ましくない。それに加えて、Ｃｅを使用する際には次のような問題がある、すなわち、Ｃｅの強い酸化力により連続鋳造の際にノズルの詰まりの原因となる。その結果、ビレットやスラブの製造が困難になる。この二相ステンレス鋼はＷでなくＭｏを含有する。
【００１５】
発明の開示
本発明は上記の諸問題を鑑みてなされたものであり、本発明の目的は優れた強度、耐腐食性、鋳造性を持ち、特に優れた熱間加工性もつ二相ステンレス鋼と、その製造方法を提供することにある。
【００１６】
本発明の一側面に従えば、前述の目的、またその他の目的は下記の二相ステンレス鋼を提供することによって達成できる。すなわち、重量％で０．１％未満のＣ；０．０５−２．２％のＳｉ；２．１−７．８％のＭｎ；２０−２９％のＣｒ；３．０−９．５％のＮｉ；０．０８−０．５％のＮ；５．０％未満のＭｏと１．２−８％のＷの単独または複合物；残部Ｆｅおよび不可避不純物を含む二相ステンレス鋼である。本発明の二相ステンレス鋼は、ＭｏとＷの添加のタイプにより４つに分類される。
【００１７】
一番目は、低Ｃｒで、Ｍｏを含有する二相ステンレス鋼であり、重量％で、０．１％未満のＣ；０．０５−２．２％のＳｉ；２．１−７．８％のＭｎ；２０−２６％（ただし２６％を除く）のＣｒ；４．１−８．８％のＮｉ；０．０８−０．３４５％のＮ；５．０％未満のＭｏ；残部Ｆｅおよび不可避不純物を含む。
【００１８】
二番目は、高Ｃｒで、Ｍｏを含有する二相ステンレス鋼であり、重量％で、０．１％未満のＣ；０．０５−２．２％のＳｉ；３．１−７．８％のＭｎ；２６ −２９％のＣｒ；４．１−９．５％のＮｉ；０．０８−０．３４５％のＮ；５．０％未満のＭｏ；残部Ｆｅおよび不可避不純物を含む。
【００１９】
三番目は、Ｗを含有する二相ステンレス鋼であり、重量％で、０．１％未満のＣ；０．０５−２．２％のＳｉ；２．１−７．８％のＭｎ；２０−２９％のＣｒ；３．０−９．５％のＮｉ；０．０８−０．５％のＮ；１．２−８％のＷ；残部Ｆｅおよび不可避不純物を含む。
【００２０】
四番目は、Ｍｏ−Ｗを含有する二相ステンレス鋼であり、重量％で、０．１％未満のＣ；０．０５−２．２％のＳｉ；２．１−７．８％のＭｎ；２０−２７．８％のＣｒ；３．０−９．５％のＮｉ；０．０８−０．５％のＮ；０．５％未満のＭｏ；１．２−８％のＷ；残部Ｆｅおよび不可避不純物を含み、ＭｏとＷの含有量はＭｏ＋０．５Ｗ ＝ ０．８−４．４％という条件を満たす。
【００２１】
本発明の別の側面によれば、前述した組成をもつ二相ステンレス鋼を、１，０５０−１，２５０℃の温度で溶体加熱することを含む二相ステンレス鋼の製造方法が提供される。
【００２２】
さらに本発明の別の側面によれば、前述した組成をもつ二相ステンレス鋼を１，０５０−１２５０℃の温度で溶体加熱し、１，１３０−１，２８０℃で開始し、１，０００℃より高い温度で終結する熱間加工をし、その後１，０００℃から７００℃の温度範囲内で３℃／ｍｉｎ．より高い冷却速度で冷却する、という工程を含む二相ステンレス鋼の製造方法が提供される。
【００２３】
本発明の上記そしてその他の目的、特徴とその他利点は、添付図面と合わせた以下の詳細な記述からより明確に理解される。
【００２４】
発明の好ましい実施形態
以下に、本発明の詳細を述べる。
【００２５】
本発明の発明者らは、Ｃｕの含有量が０−１．０％に限られていて、かつＭｎの含有量が増加すると、熱間加工性が向上することを発見した。この事実に基づき、本発明者らはＭｎ−Ｍｏ系、Ｍｎ−Ｗ系、Ｍｎ−Ｍｏ−Ｗ系の二相ステンレス鋼の熱間加工性を向上させる手法を発見し、その結果、本発明を成した。
【００２６】
（１）二相ステンレス鋼におけるＭｎと熱間加工性との関係
米国特許第４，６５７，６０６号では、（２３−２７ｗｔ％）Ｃｒ−（４−７ｗｔ％）Ｎｉ−（２−４ｗｔ％）Ｍｏ−（１．１−３ｗｔ％）Ｃｕからなる二相ステンレス鋼にＭｎを５−７％添加することにより、室温での延性を確保している。しかし、Ｍｎがどのように熱間加工性（熱延性）に影響するかには言及していない。一般には、Ｍｎは二相ステンレス鋼においては熱間加工性に悪影響を与えることが知られている。
【００２７】
一般的には、室温での延性と熱延性は延性の指標であり、テストタイプとして類似している。しかし、表１に示すように、断面収縮率（％）は熱延性の目安であり、伸び率（％）は室温での延性の目安であるが、このようにそれらは異なる値を示している。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
二相ステンレス鋼の熱間加工性を向上させる試みとして、本発明者らは、Ｍｎの含有量が高い二相ステンレス鋼では、１．１％を超えるＣｕが添加されていると、Ｍｎが熱間加工性に悪影響を及ぼし、一方、Ｃｕの含有量が０−１．０％と低ければ、Ｍｎが熱間加工性を向上させるということを発見した。さらに、本発明者らは、ＭｏとＷがＭｎの特性に影響を及ぼすという事実に注目した。
【００３０】
（２）Ｍｏを含有する（Ｗを含有しない）二相ステンレス鋼の熱間加工性
図１に示すように、Ｍｎの添加量が増加するにつれて、添加した合金の量と窒素の濃度にかかわらず、熱間加工性（断面収縮率）もまた増加する。添加した合金の量と窒素の濃度が低いＡタイプのほうが、Ｂタイプのものより断面収縮率が大きく推移している。
【００３１】
図２（ａ）は、Ｍｎの含有量が低い二相ステンレス鋼とＭｎの含有量が高い二相ステンレス鋼において、Ｍｏの添加量に対する熱間加工性（断面収縮率）を示すグラフである。添加したＭｏの量が減少するほど、熱間加工性が向上する。
【００３２】
すなわち、Ｍｏを含有する二相ステンレス鋼では、Ｍｏの含有量が一定の場合、Ｍｎの含有量が増加するほど、熱間加工性が向上する。一方、Ｍｎの含有量が一定の場合、Ｍｏの含有量が増加するにつれて、熱間加工性が劣化する。したがって、Ｍｏを含有する二相ステンレス鋼においては、ＭｎとＭｏという二つの含有物のバランスを調整することにより、より安定した熱間加工性が得られる。本発明によれば、１，０５０℃で５０％より大きい断面収縮率を保証するためには、二相ステンレス鋼は次の式を満たさなければならない。
【００３３】
ＲＡ（％）＝４４．３７＋９．８０６［％Ｍｎ］−３．０８［％Ｍｏ］−０．７６［％Ｍｎ］［％Ｍｏ］≧５０
【００３４】
（３）Ｗを含有する二相ステンレス鋼の熱間加工性
表３に示すように、Ｍｎの含有量の高い二相ステンレス鋼においては、Ｗの含有量が増加するにつれ熱間加工性（断面収縮率）が向上する、一方、Ｍｎの含有量の低い二相ステンレス鋼においては、Ｗの含有量が増加するにつれて熱間加工性が低くなる。すなわち、Ｍｎの含有量が高い二相ステンレス鋼においては、ＷとＭｎは熱間加工性の向上に相乗的な効果を持つ。このＭｎとＷの相乗効果は、Ｍｏ−Ｗを含有する二相ステンレス鋼にも同じように適応される。
【００３５】
本発明は上記（１）、（２）および（３）の結果に基づいてなされた。ここで、本発明による二相ステンレス鋼の成分および組成について詳細に述べる。
【００３６】
炭素（Ｃ）：０．１％未満
Ｃは炭化物を生成する作用が強く、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｖのような炭化物を作る元素と結合し、素材の硬度を高める。しかしながら、炭素が過剰に添加されると、フェライト相とオーステナイト相の界面に過剰の炭化物が析出し、その結果耐腐食性が低下する。本鋼では、炭素が０．１％より多く添加されると、結晶粒界に粒径の粗い炭化クロムが析出されやすい。その結果、結晶粒界周辺のクロムの濃度が低下し、それにより耐腐食性が低下する。それゆえに炭素の含有量は０．１％未満に制限するのが望ましい。さらに、強度と耐腐食性を最大にするためには、炭素の含有量は０．０３％未満に制限すべきである。
【００３７】
珪素（Ｓｉ）：０．０５から２．２％
Ｓｉは脱酸素剤として作用し、溶融鋼の流動性を向上させる。そのために、Ｓｉは少なくとも０．０５％添加されねばならない。しかしながら、Ｓｉの含有量が２．２％を超えると、耐衝撃性に関する機械的性質が急激に低下する。
【００３８】
マンガン（Ｍｎ）：２．１から７．８％
従来の二相ステンレス鋼においては、Ｍｎは熱間加工性に害を及ぼすと考えられていた。それゆえ、Ｍｎは脱酸素と脱硫、そして溶融鋼の流動性を調整するためだけに０．４−１．２％添加されていた。それに対して、本発明の鋼では、Ｍｎは、ＭｏとＷと相乗して熱間加工性を向上させるように作用するので、積極的に採用されている。さらに、Ｍｎは高価なＮｉと替えることができ、経済性からも望ましい。一般的に、Ｍｎのオーステナイト相安定化能力はＮｉの５０％であるということが知られている。これらの効果のため、本発明の鋼では、Ｍｎが少なくとも２．１％の量添加される。しかし、もしＭｎの含有量が７． ８％を超えると、スラブやビレットの熱間加工中にその表面が著しく酸化する。さらに、酸化スケールの形成により生産効率が下がるし、スケールの除去もまた困難である。上記に規定した含有量の範囲内では、Ｍｎは鋳造の際の流動性を向上させ、それゆえ薄い、または複雑な形状の構造物の鋳造に適している。
【００３９】
本発明の、Ｍｏを含有する（Ｗを含有しない）二相ステンレス鋼では、Ｃｒの含有量が２６−２９％と高い場合、フェライト相の比率が過剰に増加するのを調整するために、Ｍｎの下限は、好ましくは３．１％に設定される。
【００４０】
ニッケル（Ｎｉ）：３．０から９．５％
Ｎｉはオーステナイト安定化元素である。本発明の鋼では、Ｍｎがオーステナイト相をいくらか安定させるので、オーステナイト安定剤とフェライト安定剤との間のバランスを考慮すると、Ｎｉの含有量は３．０−９．５％に限定されるのが好ましい。本発明のＭｏを含有する（Ｗを含有しない）二相ステンレス鋼では、好ましくは、Ｃｒの含有量が２０−２６％（ただし２６％を除く）では、Ｎｉの含有量は４．１−８．８％に設定され、一方Ｃｒの含有量が２６−２９％では、Ｎｉの含有量は４．１−９．５％に設定される。
【００４１】
クロム（Ｃｒ）：２０から２９％
Ｃｒはフェライト安定化元素である。また、耐腐食性を向上させ、またフェライト相とオーステナイト相からなる二相構造を確立させるために不可欠な元素である。もしＣｒの含有量が２０％未満ならば、二相ステンレス鋼は要求される耐腐食性を満たすことができない。一方で、もしＣｒの含有量が２９％を超えると、シグマ相の形成が促進され、脆性が増す。また、低温脆性が４７５℃付近で発生する。
【００４２】
窒素（Ｎ）：０．０８から０．５％
Ｎは強力なオーステナイト安定化元素であり、Ｍｎと同様、高価なＮｉの使用量を減らす。Ｎもまた、耐孔食性と耐腐食性を向上させるのに効果的である。一般的に、０．０２％のＮが、不純物としてステンレス鋼材に添加される。しかし、上記の目的のためには、Ｎは少なくとも０．０８％添加されるべきである。しかし、もしＮの含有量が０．５％を超えると、耐腐食性は増すが、ブローホールなどのような鋳造欠陥が、インゴットの鋳造や連続鋳造の際に現れやすく、それにより鋼の品質が低下する。一方、本発明のＭｏを含有する（Ｗを含有しない）二相ステンレス鋼では、Ｎの含有量が０．３４５％を超えると熱間加工性が低下する。
【００４３】
以上に規定された組成物に、ＭｏとＷを単独でまたは組み合わせて添加する。
【００４４】
モリブデン（Ｍｏ）：５．０％未満
Ｍｏはフェライト安定化元素であり、耐腐食性を向上させる元素である。特に、Ｍｏは所定の酸性度においての臨界的な耐腐食性を向上させる。しかし、Ｍｏの含有量が５．０％を超えると、鋳造や熱間加工中にシグマ相の生成が結果として起こりやすく、それにより強度と靭性が急激に低下する。より高い耐腐食性が要求されるなら、Ｍｏの含有量は１．０％より高く設定されるのが好ましい。
【００４５】
本発明のＭｏを含有する（Ｗを含有しない）二相ステンレス鋼では、熱間加工性をより安定して保証するために、ＭｎとＭｏの二つの組成のバランスが考慮されるべきである。１，０５０℃で５０％を超える断面収縮率を保証するには、本二相ステンレス鋼は、図２のグラフから得られる次の式を満たすべきである。
【００４６】
ＲＡ（％） ＝ ４４．３７ ＋ ９．８０６［％Ｍｎ］ − ３．０８［％Ｍｏ］ −０．７６［％Ｍｎ］［％Ｍｏ］≧５０
【００４７】
タングステン（Ｗ）：１．２から８％
Ｗはフェライト安定化元素であり、耐腐食性を向上させる元素である。特に、Ｗは所定の酸性度において、臨界的な耐腐食性を向上させる。また、ＷはＭｎの含有量が高い二相ステンレス鋼の熱間加工性を向上させる。しかし、もしＷの含有量が１．２％未満なら、上記に述べた効果は不十分になり、一方、Ｗの含有量が８％を超えると、シグマ相の形成が鋳造や熱間加工中に結果として起こりやすく、それにより強度と靭性が急激に低下する。Ｗの上限がＭｏの上限より高い理由は、Ｗはその原子量が重く拡散しにくいので、そのように高いＷの含有量では、シグマ相の形成が遅くなるからである。そして、ＷをＭｏと同じ重量比で添加した場合、ＷとＭｏの原子の比は約１対２になるので、それにより、Ｗの添加量を半分にしたのと同じ効果がある。ゆえにフェライト相とオーステナイト相のバランス比はここではほとんど考慮しなくてよい。上記の観点から考えれば、ＭｏとＷを複合して添加する場合、より高い耐腐食性を保証するためにはそれらの含有量が次の関係を満たすべきである、すなわち、Ｍｏ ＋ ０．５Ｗ ＝ ０．８−４．４％。
【００４８】
Ｐ、Ｓ、そしてＯが本発明の二相ステンレス鋼に不純物として添加される。これらの含有量は最小限であることが好ましい。
【００４９】
リン（Ｐ）：０．０３％未満
Ｐは結晶粒界や相の境界で偏析し、それゆえ鋼が腐食に敏感になり、靭性が低下するので、添加量は可能な限り少なくしなければならない。しかし、もしＰの含有量をあまり低くしようとすると、精製の費用が高くなりすぎる。それゆえ、Ｐを０．０３％未満に限るのが好ましい。
【００５０】
硫黄（Ｓ）：０．０３％未満
Ｓは熱間加工性を劣化させ、ＭｎＳの形成により耐腐食性を減少させる。ゆえに、Ｓの含有量はなるべく低く、０．０３％未満と規定するのが好ましい。特に、より高い耐腐食性を得るには、Ｓを０．００３％未満に限るのが好ましい。
【００５１】
酸素（Ｏ）：０．０２５％未満
Ｏは酸化物型の非金属性の含有物を形成し、鋼の純度を劣化させる。Ｏは曲げ性と加圧鋳造性に悪影響を及ぼすので、Ｏの含有量はできるだけ低くすることが好ましい。それゆえ、Ｏの上限は０．０２５％である。
【００５２】
本発明の二相ステンレス鋼では、耐腐食性は元素Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎに大きく影響を受けている。耐腐食性はＰＲＥＮ（Ｐｉｔｔｉｎｇ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ  Ｎｕｍｂｅｒ：耐孔食等価数）と記述される。もしＰＲＥＮが３５より大きければ、その鋼は高い耐腐食性を持つと考えられ、一方３５未満なら、その鋼の耐腐食性は低いと考えられる。
【００５３】
ＰＲＥＮ ＝ ％Ｃｒ ＋ ３．３（％Ｍｏ ＋ ０．５％Ｗ） ＋ ３０％Ｎ
【００５４】
上記組成をもつ本発明の鋼の耐腐食性と熱間加工性をより向上させるために、Ｃｕ、Ｃａ、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａなどの合金元素をさらに添加することが可能である。
【００５５】
銅（Ｃｕ）：１．０％未満
Ｃｕはオーステナイト安定化元素である。Ｃｕは保護層を形成し、耐腐食性を向上させる、そしてＣｕ複合体の粒子の形状で析出し、強度を増加させる。しかし、Ｃｕの含有量が１．０％を超えると、熱間加工性が目立って劣化する。
【００５６】
Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｔａからなる群から選択される一種または二種以上の元素
Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒは、それぞれＮｂ（ＣＮ）、Ｖ４（ＣＮ）３、Ｚｒ（ＣＮ）といった炭化物を形成する。これらは、Ｃｒ型の炭化物（Ｍ２３Ｃ６）の形成をコントロールし、それにより結晶粒界での腐食の形成を防ぐために添加することができる。上記の効果に加えて、これらの化合物は溶体を強化し、粒子を補強することにより、強度を増加させる。しかし、もしＮｂとＶそれぞれの含有量が０．４％を超えるか、Ｚｒの含有量が１．０％を超えると、上記の炭化物が粗くなり、靭性と延性の低下を引き起こす。ＴｉとＴａは結晶粒界における腐食に対する感受性をコントロールし、強度を効果的に補強するために添加される。この目的では、ＴｉとＴａのそれぞれが０．４％未満の量で添加されるべきである。
【００５７】
Ｃａ、Ｂ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃｅからなる群から選択される一種または二種以上の元素
Ｃａ、Ｂ、Ｍｇそれぞれが０．００１−０．０１％添加されたとき、またはＣｅが０．１８％未満添加されたとき、優れた熱間加工性が得られる。もし、Ｃａ、Ｂ、Ｍｇのそれぞれの含有量が０．００１％未満なら、それを添加した効果は不十分であり、一方０．０１％をこえると、溶融した鋼への注入が困難となり、また、より一層の効果も見られない。特に、ＣａとＢは粒の粗い酸化物の異物やほう化物を形成し、それにより熱間加工性が劣化する。Ｃｅの含有量が０．１８％をこえると、粒の粗い酸化物が拡散しそれゆえ熱間加工性が劣化する。Ａｌが０．００１−０．０５％添加されると、脱酸素が促進され、それにより、より純度の高い鋳造製品が得られ、熱間加工性も向上する。しかしＡｌの含有量が０．０５％を超えると、本発明の鋼のように窒素の含有量が高い二相ステンレス鋼においては、ＡｌＮが形成され、それにより靭性が劣化する。また、固溶する窒素の量も減少し、それゆえ、耐腐食性も減少する。
【００５８】
上記述べてきた組成の鋼は、鋳造により鋳造製品を製造したり、鍛造、圧延、押出しなどの熱間加工により、鋼板やワイヤ、棒状体や鋼管などの最終形態の製品を製造することが可能である。本鋼は、一般的な炭素鋼の表面の物理的性質を高めるのに適する硬化肉盛の材料（ワイヤ）として使用することもできる。
【００５９】
この鋼を鋳造製品や最終形態の製品にする際に、シグマ相や偏析、変形した構造を除去するために、１，０５０から１，２５０℃の温度で溶体化熱処理をすることが可能である。もし温度が１，０５０℃未満なら、シグマ相が形成されやすく、耐腐食性が劣化する。一方、温度が１，２５０℃を超えると、オーステナイト相の比率が過剰に増加し、それにより強度が減少し、熱処理のコストが莫大に増加する。溶体化熱処理により、二相ステンレス鋼の耐腐食性に悪影響を及ぼす構造を除去し、耐腐食性をさらに増加させるすることもできる。
【００６０】
特に、鋼が最終形態の製品（鋼板、ワイヤ、棒状体）にされる場合には、溶体熱処理に続いて熱間加工を行う。好ましくは、熱間加工は１，１３０から１，２８０℃で開始され、１，０００℃より高い温度で終結させる。図４からわかるように、断面収縮率は１，１３０から１，２８０℃で最も高く、熱間加工の終結温度は１，０００℃を超える温度であることが好ましい。熱間加工後の冷却は１，０００から７００℃の温度範囲内で３℃／ｍｉｎ． より高い冷却速度で実行されることが好ましい。もし、上記温度範囲において冷却速度が３℃／ｍｉｎ．未満ならば、主にシグマ相からなる析出物が増加する。
【００６１】
以下の実施例は単に本発明の例としてあたえられるものであり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
【００６２】
実施例１
下記の表２に示すような組成を持つさまざまな鋼を真空炉中で溶解、鋳造しインゴットにした。その後インゴットを加熱炉中で、温度１，１５０℃で２時間溶体加熱し、試料を得る。室温での引っ張り試験の実行に際しては、そのインゴットあるいは試料は、前に述べた条件下で溶体加熱され、その後水冷された。耐腐食性は、室温で、１０％のＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ溶液中で７２時間での質量減少で測定した。試験した鋼種それぞれの腐食率を下記の表３にまとめる。
【００６３】
【表２】
2004520491.tif 000004
【００６４】
【表３】
2004520491.tif 000005
【００６５】
表３からわかるように、オーステナイトステンレス鋼（比較鋼１と２）は、産業界で最も広範に使用されているが、約２２０−２９０ＭＰａの降伏応力と、５０％を超える室温延性を持つ。それに対して、本発明鋼は５７５−７００ＭＰａの降伏応力を持ち、比較鋼の２倍を超え、１２−３２％という優れた室温延性を有した。
【００６６】
１０％のＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ溶液中での腐食による質量減少の測定の結果、比較鋼は全て著しく腐食され、０．６１７−０．７０２ｍｍ／ｙｅａｒであった。しかし、本発明鋼の腐食率は０．０８２−０．２４４ｍｍ／ｙｅａｒであった。すなわち、本発明鋼の耐腐食性は、比較鋼の３から９倍も優れている。上記結果から、本発明鋼は、増加された強度と向上した耐侵食性の両方を併せ持つ、ということがみてとれる。
【００６７】
実施例２
表２の本発明鋼を下記表４の条件下で溶体加熱し、その後それらの機械的特性と腐食率を測定した。その結果を下記の表４に示す。
【００６８】
【表４】
2004520491.tif 000006
【００６９】
表４に示されるように、溶体加熱された本発明鋼は、鋳造状態のままの比較鋼種よりも優れた耐腐食性をもつだけでなく、高い室温延性を有した。
【００７０】
結果として、本発明鋼は、３０４型や３１６型のオーステナイトステンレス鋼などの従来の鋼と比較して、同等かより優れた耐腐食性をもち、優れた強度をもつ。それゆえ、本発明鋼は化学設備、発電所、海洋関係の設備の寿命を延ばすことができ、そして、稼動効率の向上にも寄与することができる。
【００７１】
実施例３
下記の表５に示すような組成をそれぞれ持つ種々の二相ステンレス鋼を、真空炉中で溶解、鋳造し、インゴットにした。そのインゴットを加熱炉中で２時間、温度１，１５０℃で溶体加熱し、試料を得た。室温での引っ張り試験の実行に際し、そのインゴットあるいは試料は、前に述べた条件下で溶体加熱され、その後水冷された。耐腐食性は、室温で、１０％のＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ溶液中で７２時間での質量減少で測定した。試験した鋼の腐食率を下記の表６にまとめた。表５の本発明鋼は全て高い耐腐食性をもつ二相ステンレス鋼であり、ＰＲＥＮ値は３５を超える。
【００７２】
【表５】
2004520491.tif 000007
【００７３】
【表６】
2004520491.tif 000008
【００７４】
表６からわかるように、オーステナイトステンレス鋼（比較鋼１と２）は、産業界で最も広範に使用されているが、約２２０−２９０ＭＰａの降伏応力と、５０％を超える室温延性を有した。それに対して、本発明鋼は５２０−７３０ＭＰａの降伏応力を有し、これは比較鋼の２倍高く、そして１７．５−３４．５％という優れた室温延性を有した。
【００７５】
１０％のＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ溶液中での腐食による質量減少の測定の結果、比較鋼１と２は、０．６１７−０．７０２ｍｍ／ｙｅａｒと著しく腐食された。しかし、本発明鋼の腐食率は０．００５−０．０５７ｍｍ／ｙｅａｒであった。すなわち、本発明鋼の耐腐食性は、比較鋼の１０から１００倍である。上記の結果から、本発明鋼は増加した強度と、向上した耐腐食性の双方を併せ持つということがみてとれる。
【００７６】
比較鋼３と４は、窒素の含有量が本発明鋼より低いが、腐食率が０．１２１−０．１９５ｍｍ／ｙｅａｒと悪かった。すなわち、比較鋼３と４の耐腐食性は本発明鋼の１／３から１／２４である。比較鋼５と６はＷまたはＣｒの含有量が低いが、本発明鋼の１／４から１／４０の耐腐食性しか持たなかった。比較鋼３から６は、降伏応力と伸び率に関しては本発明鋼と同等だが、耐腐食性が低いため、比較鋼は、高い耐腐食性が要求される構造部品には適用できない。
【００７７】
結果として、本発明鋼は、３０４型や３１６型などのオーステナイトステンレス鋼またはＳＡＦ２２０５のような従来の鋼種に比べて優れた耐腐食性をもち、また、降伏応力も優れている。それゆえ、本発明鋼は、化学設備、発電所、海洋関係の設備の寿命をのばすことができ、稼動効率の向上に寄与することが可能である。
【００７８】
実施例４
下の表７に示すような組成をそれぞれ持つ、種々の二相ステンレス鋼と３種類の市販のオーステナイトステンレス鋼を、真空炉中で溶解、鋳造し、インゴットにした。そのインゴットを加熱炉中で２時間、温度１，１００−１，２００℃で溶体加熱し、試料を得た。
【００７９】
室温での引っ張り試験の実行に際し、インゴットあるいは試料は、前に述べた条件下で溶体加熱され、その後水冷された。耐腐食性は、室温で、１０％のＦｅＣｌ３・６Ｈ２Ｏ溶液中で７２時間での試料の質量減少で測定した。試験鋼種の腐食率を下の表７にまとめる。一方、試料から直径１０ｍｍ、長さ１２０ｍｍの棒状の引っ張り用試料を製造し、局所的に１，０５０℃に加熱することによる、加熱引っ張り試験をおこなった。そして、断面収縮率の測定により熱間加工性を調べた。インゴットの溶体化熱処理から得られる試料を使って熱間加工性を調べる理由は、熱間加工の工程は、通常は、インゴットを鋳造し、そのインゴットの溶体加熱の後すぐに実行されるからである。本発明鋼の降伏応力と熱間加工性は、溶体加熱された鋼と比較して、熱間加工後に著しく向上している。その理由は、鋼が熱間加工の工程を施されると、その内部組織はより微細になるからである。これとは別に、室温の引っ張り試験は、ゲージ長が２５ｍｍ超で、厚さ３ｍｍ、幅５ｍｍの断面積を持つ、板状の引っ張り試験用試料を用いて行なわれた。
【００８０】
【表７】
2004520491.tif 000009
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【００８１】
表７の中で、３１６Ｌ、３１６、３０４はオーステナイトステンレス鋼であり、産業界で最も広範に使用されているが、その降伏応力は約２２０−２９０ＭＰａである。それに対して、本発明鋼では、降伏応力に関しては、これらのオーステナイトステンレス鋼よりも１２０−４００ＭＰａも高い。３１６Ｌ、３１６、３０４の腐食率は０．６１７−７．０６５ｍｍ／ｙｅａｒの範囲にある。一方、本発明鋼の腐食率は０．００７−０．３６３ｍｍ／ｙｅａｒの範囲にあり、優れた耐腐食性を示している。
【００８２】
試料１−５は従来市販されている、Ｍｏを含有する（Ｗを含有しない）二相ステンレス鋼であり、本発明鋼とほとんど同じ程度の降伏応力と耐腐食性を示している。このような長所があるにもかかわらず、これらは熱間加工性が非常に低いことや、不良率が特にジンジャーミルにおいて非常に高いという難しい問題をもつ。試料１−５の熱間加工性（断面収縮率）は２７−４６％の範囲であり、非常に悪い値である。しかし、本発明に従うＭｎ含有量の本発明鋼では、熱間加工性（断面収縮率）は５２−６６％であり、試料１−５と比較して５０％を超えるまで熱間加工性の向上が図られている。
【００８３】
上記と同様な結果がＷを含有する（Ｍｏを含有しない）二相ステンレス鋼においても得られた。試料１３はＷを含有する（Ｍｏを含有しない）二相ステンレス鋼である。Ｍｎの含有量が低いので、約３５％という非常に低い熱間加工性を呈した。試料１４はＭｎの含有量が４．５２ｗｔ％であるが、６６％という断面収縮率を示した。これは試料１３に比べて８８％も断面収縮率が向上している。
【００８４】
上記と同様な結果がＭｏ−Ｗを含有する二相ステンレス鋼でも得られた。試料１５−１９は従来市販されている鋼であり、これらの熱間加工性は非常に悪い、すなわち２１−４９％である。しかし、対する本発明鋼では、本発明に従うＭｎ含有量であるが、断面収縮率に関して５０−７８％までに向上した。具体的にいうと、試料１５は、合金の添加量とＮの含有量が比較的低くく、４９％の断面収縮率をもつが、比較として使った、ＭｎやＭｏ−Ｗの低い二相ステンレス試料の中では最も高い値であった。一方、対する本発明鋼の中では、試料２７のＭｎ含有量が比較的高いが、７８％の断面収縮率を示し、試料１５より約５９％高かった。試料１８は、合金の添加量と窒素の含有量が比較的高いが、断面収縮率が２１％であり、最も低い値であった。しかし、試料３４は、試料１８と類似した組成を持つが、断面収縮率が６８％であり、試料１８と比較して、熱間加工性が約３倍超向上するという結果となった。
【００８５】
図１は様々な二相ステンレス鋼について、Ｍｎの含有量が熱間加工性に及ぼす影響を示したグラフである。本発明鋼は、従来市販されているＭｎ含有量が低いステンレス鋼に比べて、顕著に向上した熱間加工性を呈した。図１の中で、Ａタイプ（試料１、４、６、２７など）は合金の添加量と窒素の含有量が比較的低いグループであり、Ｂタイプ（試料５、１７、１２、３４など）は合金の添加量と窒素の含有量が高いグループである。図１から見てとれるように、合金の添加量と窒素の含有量にかかわらず、Ｍｎの含有量が増加するにつれて、熱間加工性は徐々に向上する。この結果は、Ｍｎの含有量が増加するにつれて熱間加工性が低下する、という通常の認識と全く逆である。
【００８６】
図２（ａ）は、Ｍｎ含有量の低い二相ステンレス鋼とＭｎ含有量の高いもの（試料１から１２）について、Ｍｏの熱間加工性に及ぼす影響を示したグラフである。Ｍｎの含有量が増加するにつれて、熱間加工性が向上するという事実が直接示されている。図２（ａ）に示されるように、Ｍｎの含有量に関わらず、Ｍｏの含有量が増加するにつれて、熱間加工性が減少する。図２（ｂ）は、Ｍｏを含有する二相ステンレス鋼において、Ｍｏの含有量が一定の場合には、Ｍｎの含有量が増加するにつれて、熱間加工性が向上することを示している。
【００８７】
図３はＷまたはＷ−Ｍｏを含有する二相ステンレス鋼（試料１３から４１）において、ＷまたはＷ−Ｍｏの含有量と熱加工性の関係を示している。図３はＭｎの含有量が増加するにつれて、熱間加工性が向上するという図１の結果を支持するものである。従来の、Ｍｎを１％含有する鋼に関しては、ＷまたはＷ−Ｍｏの含有量が増加するにつれて、熱間加工性は連続的に減少する、一方、Ｍｎの含有量の高い本発明鋼に関しては、ＷまたはＷ−Ｍｏの含有量が増加するにつれて、熱間加工性は連続的に増加する。従って、本発明鋼では、ＭｎとＷを複合して添加した場合には、合金の添加量が高くても熱間加工性がさらに向上する。
【００８８】
一方、ＭｏやＷ、またはＷ−Ｍｏを含有する鋼では、Ｃｕの含有量が１％を超えると、試料４と１８および従来鋼１（米国特許第４，６５７，６０６）から見てとれるように、熱間加工性が非常に悪い。結果として、過剰なＣｕの添加は熱間加工性を著しく減少させる。
【００８９】
実施例５
本発明鋼（例えば試料２８）を鋳造し、１，０５０から１，２５０℃の温度で溶体加熱した。その物理的性質を下の表８に示す。
【００９０】
表８から見てとれるように、強度が優れており、耐腐食性、延性、耐衝撃性などが向上した。
【００９１】
【表８】
2004520491.tif 000012
【００９２】
実施例６
本発明鋼（試料２８）と比較鋼（試料１７）の熱間加工性を測定した。結果を図４に示す。
【００９３】
図４に示されるように、本発明鋼は比較鋼よりも熱間加工性に優れていることが見てとれる。本発明鋼（試料２８）は９０−９９．５２％もの断面収縮率を示し、一方、比較鋼（試料１７）は５５−８３％の断面収縮率を示した。結果として、本発明鋼に対するよりも高い温度を、比較鋼に必然的に適用しなければならない。すなわち、比較鋼を適切に熱間加工するためには、加工温度を上げなければならない。その結果熱間加工性が低いとともに、過剰なエネルギーが消費され、不良率の増加という結果を招く点で問題がある。本発明鋼の熱間加工はより低い温度で開始することが可能である。
【００９４】
本発明鋼の熱間加工性は比較鋼より優れているが、１０００℃より低い温度では熱間加工性が減少する。それゆえ、本発明鋼の熱間加工は１０００℃を超える温度で終結すべきである。
【００９５】
一方、試料２８で、１０００から７００℃の温度範囲で形成する析出物の量（主にシグマ相）を、いろいろな冷却速度で測定した。それから、試料２８は７００℃から室温まで空冷した。その定量的結果を表９に示す。表９に示されるように、冷却速度  １℃／ｍｉｎ．では６．５％の析出物が形成され、５℃／ｍｉｎ．では０．８％の析出物が形成され、そして５０℃／ｍｉｎ．ではほとんど析出物が形成されない。析出物（主にシグマ相）が形成される場合には、鋼の靭性が急激に劣化した。その結果、冷却中に内部に亀裂が生じやすくなり、ステンレス鋼製品の耐腐食性と冷間加工性が劣化した。一般に、析出物の量は２％未満に制限するのが好ましい。
【００９６】
【表９】
2004520491.tif 000013
【００９７】
実施例７
表７の本発明鋼（試料２９）と従来鋼２を鋳造した、鋳造したスラブの内部の写真を図５に示す。
【００９８】
本発明鋼（試料２９）はＭｎの含有量が高いことにより鋳造性に優れていた。本発明鋼は、従来の二相ステンレス鋼と比較して、ソフトビレットやインゴットの内部での亀裂の発生が少ないという長所をもつ。図５（ａ）に示すように、従来鋼２に関しては、インゴット中での収縮巣の形成をさけるためにインゴットモールドの上部に熱スリーブをかぶせるが、収縮巣は、最終的には全鋳造スラブの６５％に形成された。それに対して、本発明鋼（試料２９、図５（ｂ）参照）に関しては、収縮巣は全鋳造スラブの１５％にしか形成されなかった。従って、Ｍｎの含有量が高い本発明鋼は鋳造欠陥の減少にも寄与する。
【００９９】
産業上の利用分野
これまでの記述から明らかなように、本発明は、３０４型や３１６型などのオーステナイトステンレス鋼種に比べて、耐腐食性、強度および熱間加工性に優れている二相ステンレス鋼を提供する。本発明の二相ステンレス鋼は鋳造性に優れ、ゆえに薄い製品や複雑な形状の製品へと容易に鋳造できる。特に、高い熱間加工性により、本発明の二相ステンレス鋼は、鋼板やワイヤ、棒状体や鋼管などの最終形態製品の製造が可能である。
【０１００】
本発明の好ましい実施態様を例示のために開示したが、当業者は請求項に開示された本発明の本質から離れない様々な改良、付加や置き換えをすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｍｎの含有量に対する熱間加工性（断面収縮率）を示すグラフである。
【図２】図２（ａ）はＭｎの含有量の低い二相ステンレス鋼とＭｎの含有量の高い二相ステンレス鋼での、Ｍｏの含有量に対する熱間加工性（断面収縮率）を示すグラフである。図２（ｂ）はＭｏの含有量を一定にしたときの、Ｍｎの含有量に対する熱間加工性（断面収縮率）を示すグラフである。
【図３】Ｍｎの含有量の低い二相ステンレス鋼とＭｎの含有量の高い二相ステンレス鋼での、Ｗの含有量に対する熱間加工性（断面収縮率）を示すグラフである。
【図４】本発明鋼と比較鋼の、温度に対する熱間加工性（断面収縮率）を示すグラフである。
【図５】図５（ａ）は従来鋼の鋳造スラブの内部の写真である。図５（ｂ）は本発明鋼の鋳造スラブの内部の写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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