知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-04-04
(45)【発行日】2023-04-12
(54)【発明の名称】二相ステンレス鋼材
(51)【国際特許分類】
C22C 38/00 20060101AFI20230405BHJP
C22C 38/60 20060101ALI20230405BHJP
C21D 8/02 20060101ALI20230405BHJP
C21D 8/06 20060101ALI20230405BHJP
C21D 8/10 20060101ALI20230405BHJP
C21D 9/08 20060101ALI20230405BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 302H
C22C38/60
C21D8/02 D
C21D8/06 B
C21D8/10 D
C21D9/08 E
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2022579862
(86)(22)【出願日】2022-09-27
(86)【国際出願番号】 JP2022035897
【審査請求日】2022-12-22
(31)【優先権主張番号】P 2021160129
(32)【優先日】2021-09-29
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001553
【氏名又は名称】アセンド弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】岡田 誠也
(72)【発明者】
【氏名】富尾 悠索
(72)【発明者】
【氏名】荒井 勇次
【審査官】河口 展明
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０２１／０３３６７２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２０／２１８４２６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１８－１９３５９１（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２２Ｃ ３８／００－３８／６０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．２０～１．００％、
Ｍｎ：０．５０～７．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎｉ：４．２０～９．００％、
Ｃｒ：２０．００～３０．００％、
Ｍｏ：０．５０～２．００％、
Ｃｕ：１．５０～４．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｖ：０．０１～１．５０％、
Ｎｂ：０～０．１００％、
Ｔａ：０～０．１００％、
Ｔｉ：０～０．１００％、
Ｚｒ：０～０．１００％、
Ｈｆ：０～０．１００％、
Ｗ：０～０．２００％、
Ｃｏ：０～０．５００％、
Ｓｎ：０～０．１００％、
Ｓｂ：０～０．１００％、
Ｃａ：０～０．０２０％、
Ｍｇ：０～０．０２０％、
Ｂ：０～０．０２０％、
希土類元素：０～０．２００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たし、
ミクロ組織が、体積率で３０．０～７０．０％のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなり、
降伏強度が５８６ＭＰａ以上であり、
前記オーステナイト中において、長径５０ｎｍ以下のＣｕ析出物の個数密度が１５０～１５００個／μｍ３である、
二相ステンレス鋼材。
Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ≧３０．０ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。
【請求項2】
請求項１に記載の二相ステンレス鋼材であって、Ｎｂ：０．００１～０．１００％、
Ｔａ：０．００１～０．１００％、
Ｔｉ：０．００１～０．１００％、
Ｚｒ：０．００１～０．１００％、
Ｈｆ：０．００１～０．１００％、
Ｗ：０．００１～０．２００％、
Ｃｏ：０．００１～０．５００％、
Ｓｎ：０．００１～０．１００％、
Ｓｂ：０．００１～０．１００％、
Ｃａ：０．００１～０．０２０％、
Ｍｇ：０．００１～０．０２０％、
Ｂ：０．００１～０．０２０％、及び、
希土類元素：０．００１～０．２００％からなる群から選択される１元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、二相ステンレス鋼材に関する。
【背景技術】
【0002】
油井やガス井（以下、油井及びガス井を総称して、単に「油井」という）は、腐食性ガスを含有した腐食環境となっている場合がある。ここで、腐食性ガスとは、炭酸ガス、及び／又は、硫化水素ガスを意味する。すなわち、油井で用いられる鋼材には、腐食環境における優れた耐食性が求められる。
【0003】
これまでに、鋼材の耐食性を高める手法として、クロム（Ｃｒ）含有量を高め、Ｃｒ酸化物を主体とする不働態被膜を、鋼材の表面に形成する手法が知られている。そのため、優れた耐食性が求められる環境下では、Ｃｒ含有量を高めた二相ステンレス鋼材が用いられる場合がある。一方、フェライト相とオーステナイト相との二相組織を有する二相ステンレス鋼材は、塩化物を含有する水溶液中で問題となる、孔食及び／又はすきま腐食に対する耐食性（以下、「耐孔食性」という）に優れる。
【0004】
近年さらに、海面下の深井戸についても、開発が活発になってきている。そのため、二相ステンレス鋼材の高強度化が求められてきている。すなわち、高強度と優れた耐孔食性とを両立する二相ステンレス鋼材が、求められてきている。
【0005】
特開平５－１３２７４１号公報（特許文献１）、特開平９－１９５００３号公報（特許文献２）、特開２０１４－０４３６１６号公報（特許文献３）、及び、特開２０１６－００３３７７号公報（特許文献４）は、高強度と優れた耐食性とを有する二相ステンレス鋼を提案する。
【0006】
特許文献１に開示されている二相ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：１．０％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．００８％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０４０％以下、Ｎｉ：５．０～９．０％、Ｃｒ：２３．０～２７．０％、Ｍｏ：２．０～４．０％、Ｗ：１．５超～５．０％、Ｎ：０．２４～０．３２％、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる化学組成を有し、ＰＲＥＷ（＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ）が４０以上である。この二相ステンレス鋼は、優れた耐食性と高強度とを発揮する、と特許文献１には記載されている。
【0007】
特許文献２に開示されている二相ステンレス鋼は、重量％で、Ｃ：０．１２％以下、Ｓｉ：１％以下、Ｍｎ：２％以下、Ｎｉ：３～１２％、Ｃｒ：２０～３５％、Ｍｏ：０．５～１０％、Ｗ：３超～８％、Ｃｏ：０．０１～２％、Ｃｕ：０．１～５％、Ｎ：０．０５～０．５％を含み、残部がＦｅ及び不可避不純物からなる。この二相ステンレス鋼は、強度を低下させることなく、さらに優れた耐食性を備える、と特許文献２には記載されている。
【0008】
特許文献３に開示されている二相ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．３％以下、Ｍｎ：３．０％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．００８％以下、Ｃｕ：０．２～２．０％、Ｎｉ：５．０～６．５％、Ｃｒ：２３．０～２７．０％、Ｍｏ：２．５～３．５％、Ｗ：１．５～４．０％、Ｎ：０．２４～０．４０％、及び、Ａｌ：０．０３％以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなり、σ相感受性指数Ｘ（＝２．２Ｓｉ＋０．５Ｃｕ＋２．０Ｎｉ＋Ｃｒ＋４．２Ｍｏ＋０．２Ｗ）が５２．０以下であり、強度指数Ｙ（＝Ｃｒ＋１．５Ｍｏ＋１０Ｎ＋３．５Ｗ）が４０．５以上であり、耐孔食性指数ＰＲＥＷ（＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ）が４０以上である化学組成を有する。鋼の組織は、圧延方向に平行な厚さ方向断面において、表層から１ｍｍ深さまでの厚さ方向に平行な直線を引いた時、該直線に交わるフェライト相とオーステナイト相との境界の数が１６０以上である。この二相ステンレス鋼は、耐食性を損なうことなく高強度化でき、高加工度の冷間加工を組み合わせることで優れた耐水素脆化特性を発揮する、と特許文献３には記載されている。
【0009】
特許文献４に開示されている二相ステンレス鋼は、質量％で、Ｃ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．２～１％、Ｍｎ：０．５～２．０％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１０％以下、Ｓｏｌ．Ａｌ：０．０４０％以下、Ｎｉ：４～６％未満、Ｃｒ：２０～２５％未満、Ｍｏ：２．０～４．０％、Ｎ：０．１～０．３５％、Ｏ：０．００３％以下、Ｖ：０．０５～１．５％、Ｃａ：０．０００５～０．０２％、Ｂ：０．０００５～０．０２％、残部がＦｅと不純物である化学組成を有し、金属組織が、フェライト相とオーステナイト相の二相組織にて構成され、シグマ相の析出がなく、かつ、面積率で、金属組織に占めるフェライト相の割合が５０％以下であり、３００ｍｍ２視野中に存在する粒径３０μｍ以上の酸化物個数が１５個以下である。この二相ステンレス鋼は、強度、耐孔食性及び低温靭性に優れる、と特許文献４には記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
【文献】特開平５－１３２７４１号公報
【文献】特開平９－１９５００３号公報
【文献】特開２０１４－０４３６１６号公報
【文献】特開２０１６－００３３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
上述のとおり、近年、海面下の深井戸についても、開発が活発になってきている。海面下の深井戸は、水温が低い。すなわち、海面下の深井戸に用いられる場合、二相ステンレス鋼材には、高強度と、優れた耐孔食性とに加えて、優れた低温靭性も求められてきている。そこで、上記特許文献１～４に開示された技術以外の他の技術によって、５８６ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた低温靭性と、優れた耐孔食性とを有する、二相ステンレス鋼材が得られてもよい。
【0012】
本開示の目的は、５８６ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた低温靭性と、優れた耐孔食性とを有する、二相ステンレス鋼材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本開示による二相ステンレス鋼材は、
質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．２０～１．００％、
Ｍｎ：０．５０～７．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎｉ：４．２０～９．００％、
Ｃｒ：２０．００～３０．００％、
Ｍｏ：０．５０～２．００％、
Ｃｕ：１．５０～４．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｖ：０．０１～１．５０％、
Ｎｂ：０～０．１００％、
Ｔａ：０～０．１００％、
Ｔｉ：０～０．１００％、
Ｚｒ：０～０．１００％、
Ｈｆ：０～０．１００％、
Ｗ：０～０．２００％、
Ｃｏ：０～０．５００％、
Ｓｎ：０～０．１００％、
Ｓｂ：０～０．１００％、
Ｃａ：０～０．０２０％、
Ｍｇ：０～０．０２０％、
Ｂ：０～０．０２０％、
希土類元素：０～０．２００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たし、
ミクロ組織が、体積率で３０．０～７０．０％のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなり、
降伏強度が５８６ＭＰａ以上であり、
前記オーステナイト中において、長径５０ｎｍ以下のＣｕ析出物の個数密度が１５０～１５００個／μｍ３である。
Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ≧３０．０ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。
質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．２０～１．００％、
Ｍｎ：０．５０～７．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎｉ：４．２０～９．００％、
Ｃｒ：２０．００～３０．００％、
Ｍｏ：０．５０～２．００％、
Ｃｕ：１．５０～４．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｖ：０．０１～１．５０％、
Ｎｂ：０～０．１００％、
Ｔａ：０～０．１００％、
Ｔｉ：０～０．１００％、
Ｚｒ：０～０．１００％、
Ｈｆ：０～０．１００％、
Ｗ：０～０．２００％、
Ｃｏ：０～０．５００％、
Ｓｎ：０～０．１００％、
Ｓｂ：０～０．１００％、
Ｃａ：０～０．０２０％、
Ｍｇ：０～０．０２０％、
Ｂ：０～０．０２０％、
希土類元素：０～０．２００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たし、
ミクロ組織が、体積率で３０．０～７０．０％のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなり、
降伏強度が５８６ＭＰａ以上であり、
前記オーステナイト中において、長径５０ｎｍ以下のＣｕ析出物の個数密度が１５０～１５００個／μｍ３である。
Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ≧３０．０ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。
【発明の効果】
【0014】
本開示による二相ステンレス鋼材は、５８６ＭＰａ以上の高い降伏強度と、優れた低温靭性と、優れた耐孔食性とを有する。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
まず、本発明者らは、５８６ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた低温靭性と、優れた耐孔食性とを有する二相ステンレス鋼材を、化学組成の観点から検討した。その結果、本発明者らは、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：０．２０～１．００％、Ｍｎ：０．５０～７．００％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．１００％以下、Ｎｉ：４．２０～９．００％、Ｃｒ：２０．００～３０．００％、Ｍｏ：０．５０～２．００％、Ｃｕ：１．５０～４．００％、Ｎ：０．１５０～０．３５０％、Ｖ：０．０１～１．５０％、Ｎｂ：０～０．１００％、Ｔａ：０～０．１００％、Ｔｉ：０～０．１００％、Ｚｒ：０～０．１００％、Ｈｆ：０～０．１００％、Ｗ：０～０．２００％、Ｃｏ：０～０．５００％、Ｓｎ：０～０．１００％、Ｓｂ：０～０．１００％、Ｃａ：０～０．０２０％、Ｍｇ：０～０．０２０％、Ｂ：０～０．０２０％、希土類元素：０～０．２００％、及び、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する二相ステンレス鋼材であれば、５８６ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた低温靭性と、優れた耐孔食性とを得られる可能性があると考えた。
【0017】
ここで、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材のミクロ組織は、フェライト及びオーステナイトからなる。具体的に、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材のミクロ組織は、体積率が３０．０～７０．０％のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなる。なお、本明細書において「フェライト及びオーステナイトからなる」とは、フェライト及びオーステナイト以外の相が、無視できるほど少ないことを意味する。
【0018】
次に本発明者らは、上述の化学組成を有し、体積率が３０．０～７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有する二相ステンレス鋼材の耐孔食性を高める手法を種々検討した。その結果、本発明者らは、二相ステンレス鋼材の化学組成がさらに、次の式（１）を満たせば、二相ステンレス鋼材の耐孔食性が高められることを知見した。
Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ≧３０．０ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。
Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ≧３０．０ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。
【0019】
Ｆｎ１＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎと定義する。Ｆｎ１は鋼材の耐孔食性に関する指標である。Ｆｎ１を高めれば、二相ステンレス鋼材の耐孔食性を高めることができる。すなわち、Ｆｎ１が低すぎれば、二相ステンレス鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、本実施形態による二相ステンレス鋼材では、上述の化学組成を満たし、かつ、Ｆｎ１を３０．０以上とする。
【0020】
次に本発明者らは、上述の化学組成を満たし、Ｆｎ１を３０．０以上とし、体積率が３０．０～７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有する二相ステンレス鋼材について、耐孔食性を維持したまま、低温靭性と降伏強度とを高める手法を種々検討した。その結果、本発明者らは次の知見を得た。
【0021】
まず、本発明者らは、上述の化学組成を満たし、Ｆｎ１が３０．０以上の二相ステンレス鋼材のミクロ組織に着目して、降伏強度を高める手法を検討した。具体的に、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材のミクロ組織では、フェライトと比較して、オーステナイトの強度が低くなりやすい。そのため、上述の化学組成とミクロ組織とを有し、Ｆｎ１が３０．０以上の二相ステンレス鋼材では、オーステナイトの特性により、鋼材全体の降伏強度が低下しやすい可能性がある。つまり、オーステナイトの強度を選択的に高めれば、上述の化学組成とミクロ組織とを有し、Ｆｎ１が３０．０以上の二相ステンレス鋼材の降伏強度を高められる可能性がある。そこで本発明者らは、耐孔食性と低温靭性とを維持したまま、オーステナイトの強度を選択的に高める手法を検討した。
【0022】
ところで、二相ステンレス鋼材では、σ相に代表される金属間化合物が析出する場合がある。σ相が析出した二相ステンレス鋼材は、優れた耐孔食性が得られない。そこで二相ステンレス鋼材を製造する場合、後述する好ましい製造方法に記載のとおり、溶体化処理が実施される。その結果、従来の二相ステンレス鋼材においては、鋼材中の析出物が大幅に低減されてきた。
【0023】
一方、鋼材中の析出物は、鋼材の降伏強度を高める。すなわち、従来低減されてきた析出物をあえて増加させることにより、オーステナイトの強度を高め、二相ステンレス鋼材の降伏強度を高められる可能性がある。しかしながら、上述のとおり、析出物の種類によっては、鋼材の低温靭性及び耐孔食性を低下させる場合がある。そこで本発明者らは、オーステナイト中に、低温靭性及び耐孔食性を低下させにくい析出物を選択的に析出させることができれば、二相ステンレス鋼材の耐孔食性を維持したまま、降伏強度と低温靭性とを高められるのではないかと考えた。
【0024】
具体的に、本発明者らは、析出物のうち、銅（Ｃｕ）に着目した。Ｃｕは、鋼材中にＣｕ析出物として析出し、鋼材の降伏強度を高める。特に、オーステナイト中において、長径が５０ｎｍ以下の微細なＣｕ析出物（以下、単に「微細Ｃｕ析出物」ともいう）が多く析出すれば、鋼材の耐孔食性及び低温靭性を維持したまま、降伏強度を５８６ＭＰａ以上まで高められる可能性がある。
【0025】
そこで本発明者らは、まず、上述の化学組成を満たし、Ｆｎ１を３０．０以上とし、体積率が３０．０～７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有する二相ステンレス鋼材における、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物と降伏強度との関係について、詳細に調査及び検討を行った。具体的に図を用いて説明する。
【0026】
図１は、本実施例における、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度（個／μｍ３）と、鋼材の降伏強度（ＭＰａ）との関係を示す図である。図１は、後述する実施例のうち、上述の化学組成を満たし、Ｆｎ１を３０．０以上とし、体積率が３０．０～７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織とを有する二相ステンレス鋼材について、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度（個／μｍ３）と、降伏強度（ＭＰａ）とを用いて作成した。なお、微細Ｃｕ析出物の個数密度と降伏強度とは、後述する方法で求めた。また、図１に記載の実施例は、いずれも優れた耐孔食性を示した。
【0027】
図１を参照して、上述の化学組成を満たし、Ｆｎ１を３０．０以上とし、体積率が３０．０～７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有する二相ステンレス鋼材では、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度が１５０個／μｍ３以上であれば、降伏強度が５８６ＭＰａ以上となることが明らかになった。一方、上述の二相ステンレス鋼材においては、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度が１５０個／μｍ３未満であれば、降伏強度が５８６ＭＰａ未満となる。すなわち、上述の鋼材においては、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度が１５０個／μｍ３以上であれば、優れた耐孔食性を維持したまま、５８６ＭＰａ以上の降伏強度が得られることが明らかになった。
【0028】
次に本発明者らは、上述の化学組成を満たし、Ｆｎ１を３０．０以上とし、体積率が３０．０～７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有する二相ステンレス鋼材における、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物と低温靭性との関係について、詳細に調査及び検討を行った。具体的に図を用いて説明する。
【0029】
図２は、本実施例における、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度（個／μｍ３）と、鋼材の低温靭性の指標である吸収エネルギー（Ｊ／ｃｍ２）との関係を示す図である。図２は、後述する実施例のうち、上述の化学組成を満たし、Ｆｎ１を３０．０以上とし、体積率が３０．０～７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織とを有する二相ステンレス鋼材について、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度（個／μｍ３）と、吸収エネルギー（Ｊ／ｃｍ２）とを用いて作成した。なお、微細Ｃｕ析出物の個数密度と吸収エネルギーとは、後述する方法で求めた。なお、図２に記載の鋼材は、いずれも優れた耐孔食性を示した。
【0030】
図２を参照して、上述の化学組成を満たし、Ｆｎ１を３０．０以上とし、体積率が３０．０～７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有する二相ステンレス鋼材では、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度が１５００個／μｍ３以下であれば、吸収エネルギーが６０．０Ｊ／ｃｍ２以上となり、優れた低温靭性を示すことが明らかになった。一方、上述の二相ステンレス鋼材においては、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度が１５００個／μｍ３を超えると、吸収エネルギーが６０．０Ｊ／ｃｍ２未満となり、優れた低温靭性を示さないことが確認できる。
【0031】
すなわち、図１及び図２を参照して、上述の化学組成を満たし、Ｆｎ１を３０．０以上とし、体積率が３０．０～７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有する二相ステンレス鋼材では、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度が１５０～１５００個／μｍ３であれば、優れた耐孔食性を維持しつつ、５８６ＭＰａ以上の高い降伏強度と、優れた低温靭性とを示すことが、明らかになった。したがって、本実施形態では、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度を１５０～１５００個／μｍ３とする。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、５８６ＭＰａ以上の高い降伏強度と、優れた低温靭性と、優れた耐孔食性とを有する。
【0032】
以上の知見に基づいて完成した本実施形態による二相ステンレス鋼材の要旨は、次のとおりである。
【0033】
［１］
質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．２０～１．００％、
Ｍｎ：０．５０～７．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎｉ：４．２０～９．００％、
Ｃｒ：２０．００～３０．００％、
Ｍｏ：０．５０～２．００％、
Ｃｕ：１．５０～４．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｖ：０．０１～１．５０％、
Ｎｂ：０～０．１００％、
Ｔａ：０～０．１００％、
Ｔｉ：０～０．１００％、
Ｚｒ：０～０．１００％、
Ｈｆ：０～０．１００％、
Ｗ：０～０．２００％、
Ｃｏ：０～０．５００％、
Ｓｎ：０～０．１００％、
Ｓｂ：０～０．１００％、
Ｃａ：０～０．０２０％、
Ｍｇ：０～０．０２０％、
Ｂ：０～０．０２０％、
希土類元素：０～０．２００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たし、
ミクロ組織が、体積率で３０．０～７０．０％のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなり、
降伏強度が５８６ＭＰａ以上であり、
前記オーステナイト中において、長径５０ｎｍ以下のＣｕ析出物の個数密度が１５０～１５００個／μｍ３である、
二相ステンレス鋼材。
Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ≧３０．０ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。
質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．２０～１．００％、
Ｍｎ：０．５０～７．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎｉ：４．２０～９．００％、
Ｃｒ：２０．００～３０．００％、
Ｍｏ：０．５０～２．００％、
Ｃｕ：１．５０～４．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｖ：０．０１～１．５０％、
Ｎｂ：０～０．１００％、
Ｔａ：０～０．１００％、
Ｔｉ：０～０．１００％、
Ｚｒ：０～０．１００％、
Ｈｆ：０～０．１００％、
Ｗ：０～０．２００％、
Ｃｏ：０～０．５００％、
Ｓｎ：０～０．１００％、
Ｓｂ：０～０．１００％、
Ｃａ：０～０．０２０％、
Ｍｇ：０～０．０２０％、
Ｂ：０～０．０２０％、
希土類元素：０～０．２００％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１）を満たし、
ミクロ組織が、体積率で３０．０～７０．０％のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなり、
降伏強度が５８６ＭＰａ以上であり、
前記オーステナイト中において、長径５０ｎｍ以下のＣｕ析出物の個数密度が１５０～１５００個／μｍ３である、
二相ステンレス鋼材。
Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ≧３０．０ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。
【0034】
［２］
［１］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
Ｎｂ：０．００１～０．１００％、
Ｔａ：０．００１～０．１００％、
Ｔｉ：０．００１～０．１００％、
Ｚｒ：０．００１～０．１００％、
Ｈｆ：０．００１～０．１００％、
Ｗ：０．００１～０．２００％、
Ｃｏ：０．００１～０．５００％、
Ｓｎ：０．００１～０．１００％、
Ｓｂ：０．００１～０．１００％、
Ｃａ：０．００１～０．０２０％、
Ｍｇ：０．００１～０．０２０％、
Ｂ：０．００１～０．０２０％、及び、
希土類元素：０．００１～０．２００％、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
［１］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
Ｎｂ：０．００１～０．１００％、
Ｔａ：０．００１～０．１００％、
Ｔｉ：０．００１～０．１００％、
Ｚｒ：０．００１～０．１００％、
Ｈｆ：０．００１～０．１００％、
Ｗ：０．００１～０．２００％、
Ｃｏ：０．００１～０．５００％、
Ｓｎ：０．００１～０．１００％、
Ｓｂ：０．００１～０．１００％、
Ｃａ：０．００１～０．０２０％、
Ｍｇ：０．００１～０．０２０％、
Ｂ：０．００１～０．０２０％、及び、
希土類元素：０．００１～０．２００％、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
【0035】
［３］
［１］又は［２］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
Ｎｂ：０．００１～０．１００％、
Ｔａ：０．００１～０．１００％、
Ｔｉ：０．００１～０．１００％、
Ｚｒ：０．００１～０．１００％、
Ｈｆ：０．００１～０．１００％、及び、
Ｗ：０．００１～０．２００％、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
［１］又は［２］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
Ｎｂ：０．００１～０．１００％、
Ｔａ：０．００１～０．１００％、
Ｔｉ：０．００１～０．１００％、
Ｚｒ：０．００１～０．１００％、
Ｈｆ：０．００１～０．１００％、及び、
Ｗ：０．００１～０．２００％、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
【0036】
［４］
［１］～［３］のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼材であって、
Ｃｏ：０．００１～０．５００％、
Ｓｎ：０．００１～０．１００％、及び、
Ｓｂ：０．００１～０．１００％、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
［１］～［３］のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼材であって、
Ｃｏ：０．００１～０．５００％、
Ｓｎ：０．００１～０．１００％、及び、
Ｓｂ：０．００１～０．１００％、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
【0037】
［５］
［１］～［４］のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼材であって、
Ｃａ：０．００１～０．０２０％、
Ｍｇ：０．００１～０．０２０％、
Ｂ：０．００１～０．０２０％、及び、
希土類元素：０．００１～０．２００％、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
［１］～［４］のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼材であって、
Ｃａ：０．００１～０．０２０％、
Ｍｇ：０．００１～０．０２０％、
Ｂ：０．００１～０．０２０％、及び、
希土類元素：０．００１～０．２００％、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
【0038】
本実施形態による二相ステンレス鋼材の形状は特に限定されない。本実施形態による二相ステンレス鋼材は、鋼管であってもよく、丸鋼（中実材）であってもよく、鋼板であってもよい。なお、丸鋼とは、軸方向に垂直な断面が円形状の棒鋼を意味する。また、鋼管は継目無鋼管であってもよく、溶接鋼管であってもよい。
【0039】
以下、本実施形態による二相ステンレス鋼材について詳述する。なお、以下の説明では、二相ステンレス鋼材を、単に「鋼材」ともいう。
【0040】
［化学組成］
本実施形態による二相ステンレス鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の化学組成は、次の元素を含有する。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。
【0041】
Ｃ：０．０３０％以下
炭素（Ｃ）は不可避に含有される。すなわち、Ｃ含有量の下限は０％超である。Ｃは結晶粒界にＣｒ炭化物を形成し、粒界での腐食感受性を高める。そのため、Ｃ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．０３０％以下である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．０２８％であり、さらに好ましくは０．０２５％である。Ｃ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｃ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｃ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％である。
炭素（Ｃ）は不可避に含有される。すなわち、Ｃ含有量の下限は０％超である。Ｃは結晶粒界にＣｒ炭化物を形成し、粒界での腐食感受性を高める。そのため、Ｃ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．０３０％以下である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．０２８％であり、さらに好ましくは０．０２５％である。Ｃ含有量はなるべく低い方が好ましい。しかしながら、Ｃ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｃ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％である。
【0042】
Ｓｉ：０．２０～１．００％
ケイ素（Ｓｉ）は鋼を脱酸する。Ｓｉ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｓｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靱性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．２０～１．００％である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．２５％であり、さらに好ましくは０．３０％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．８０％であり、さらに好ましくは０．６０％である。
ケイ素（Ｓｉ）は鋼を脱酸する。Ｓｉ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｓｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靱性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｉ含有量は０．２０～１．００％である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．２５％であり、さらに好ましくは０．３０％である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．８０％であり、さらに好ましくは０．６０％である。
【0043】
Ｍｎ：０．５０～７．００％
マンガン（Ｍｎ）は鋼を脱酸し、鋼を脱硫する。Ｍｎはさらに、鋼材の熱間加工性を高める。Ｍｎ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、ＭｎはＰ及びＳ等の不純物とともに、粒界に偏析する。そのため、Ｍｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、高温環境における鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．５０～７．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．７５％であり、さらに好ましくは１．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は６．５０％であり、さらに好ましくは６．２０％である。
マンガン（Ｍｎ）は鋼を脱酸し、鋼を脱硫する。Ｍｎはさらに、鋼材の熱間加工性を高める。Ｍｎ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、ＭｎはＰ及びＳ等の不純物とともに、粒界に偏析する。そのため、Ｍｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、高温環境における鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．５０～７．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．７５％であり、さらに好ましくは１．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は６．５０％であり、さらに好ましくは６．２０％である。
【0044】
Ｐ：０．０４０％以下
燐（Ｐ）は不可避に含有される。すなわち、Ｐ含有量の下限は０％超である。Ｐは粒界に偏析する。そのため、Ｐ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靱性及び耐孔食性が低下する。したがって、Ｐ含有量は０．０４０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０３５％であり、さらに好ましくは０．０３０％である。Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｐ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｐ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００３％である。
燐（Ｐ）は不可避に含有される。すなわち、Ｐ含有量の下限は０％超である。Ｐは粒界に偏析する。そのため、Ｐ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靱性及び耐孔食性が低下する。したがって、Ｐ含有量は０．０４０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０３５％であり、さらに好ましくは０．０３０％である。Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｐ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｐ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００３％である。
【0045】
Ｓ：０．０２０％以下
硫黄（Ｓ）は不可避に含有される。すなわち、Ｓ含有量の下限は０％超である。Ｓは粒界に偏析する。そのため、Ｓ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靱性及び耐孔食性が低下する。したがって、Ｓ含有量は０．０２０％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、さらに好ましくは０．０１６％である。Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｓ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｓ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。
硫黄（Ｓ）は不可避に含有される。すなわち、Ｓ含有量の下限は０％超である。Ｓは粒界に偏析する。そのため、Ｓ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靱性及び耐孔食性が低下する。したがって、Ｓ含有量は０．０２０％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、さらに好ましくは０．０１６％である。Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｓ含有量の極端な低減は、製造コストを大幅に高める。したがって、工業生産を考慮した場合、Ｓ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％である。
【0046】
Ａｌ：０．１００％以下
アルミニウム（Ａｌ）は不可避に含有される。すなわち、Ａｌ含有量の下限は０％超である。Ａｌは鋼を脱酸する。一方、Ａｌ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な酸化物系介在物が生成して、鋼材の低温靱性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．１００％以下である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０８５％である。なお、本明細書にいうＡｌ含有量は、「酸可溶Ａｌ」、つまり、ｓｏｌ．Ａｌの含有量を意味する。
アルミニウム（Ａｌ）は不可避に含有される。すなわち、Ａｌ含有量の下限は０％超である。Ａｌは鋼を脱酸する。一方、Ａｌ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粗大な酸化物系介在物が生成して、鋼材の低温靱性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．１００％以下である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０８５％である。なお、本明細書にいうＡｌ含有量は、「酸可溶Ａｌ」、つまり、ｓｏｌ．Ａｌの含有量を意味する。
【0047】
Ｎｉ：４．２０～９．００％
ニッケル（Ｎｉ）は鋼材のオーステナイト組織を安定化する。すなわち、Ｎｉは安定したフェライト・オーステナイトの二相組織を得るために必要な元素である。Ｎｉはさらに、鋼材の耐孔食性を高める。Ｎｉ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｎｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、オーステナイトの体積率が高くなりすぎ、鋼材の降伏強度が低下する。したがって、Ｎｉ含有量は４．２０～９．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は４．２５％であり、さらに好ましくは４．３０％であり、さらに好ましくは４．３５％であり、さらに好ましくは４．４０％であり、さらに好ましくは４．５０％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は８．７５％であり、さらに好ましくは８．５０％であり、さらに好ましくは８．２５％であり、さらに好ましくは８．００％であり、さらに好ましくは７．７５％である。
ニッケル（Ｎｉ）は鋼材のオーステナイト組織を安定化する。すなわち、Ｎｉは安定したフェライト・オーステナイトの二相組織を得るために必要な元素である。Ｎｉはさらに、鋼材の耐孔食性を高める。Ｎｉ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｎｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、オーステナイトの体積率が高くなりすぎ、鋼材の降伏強度が低下する。したがって、Ｎｉ含有量は４．２０～９．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は４．２５％であり、さらに好ましくは４．３０％であり、さらに好ましくは４．３５％であり、さらに好ましくは４．４０％であり、さらに好ましくは４．５０％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は８．７５％であり、さらに好ましくは８．５０％であり、さらに好ましくは８．２５％であり、さらに好ましくは８．００％であり、さらに好ましくは７．７５％である。
【0048】
Ｃｒ：２０．００～３０．００％
クロム（Ｃｒ）は鋼材の耐孔食性を高める。具体的に、Ｃｒは酸化物として鋼材の表面に不働態被膜を形成する。その結果、鋼材の耐孔食性が高まる。Ｃｒはさらに、鋼材のフェライト組織の体積率を高める。十分なフェライト組織を得ることで、鋼材の耐孔食性が安定化する。Ｃｒ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃｒ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は２０．００～３０．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２０．５０％であり、さらに好ましくは２１．００％であり、さらに好ましくは２１．５０％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２９．５０％であり、さらに好ましくは２９．００％であり、さらに好ましくは２８．００％である。
クロム（Ｃｒ）は鋼材の耐孔食性を高める。具体的に、Ｃｒは酸化物として鋼材の表面に不働態被膜を形成する。その結果、鋼材の耐孔食性が高まる。Ｃｒはさらに、鋼材のフェライト組織の体積率を高める。十分なフェライト組織を得ることで、鋼材の耐孔食性が安定化する。Ｃｒ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃｒ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は２０．００～３０．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２０．５０％であり、さらに好ましくは２１．００％であり、さらに好ましくは２１．５０％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２９．５０％であり、さらに好ましくは２９．００％であり、さらに好ましくは２８．００％である。
【0049】
Ｍｏ：０．５０～２．００％
モリブデン（Ｍｏ）は鋼材の耐孔食性を高める。Ｍｏはさらに、鋼に固溶して、鋼材の降伏強度を高める。Ｍｏはさらに、鋼中で微細な炭化物を形成して、鋼材の降伏強度を高める。Ｍｏ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｏ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｍｏ含有量は０．５０～２．００％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．６０％であり、さらに好ましくは０．７０％であり、さらに好ましくは０．８０％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は２．００％未満であり、さらに好ましくは１．８５％であり、さらに好ましくは１．５０％である。
モリブデン（Ｍｏ）は鋼材の耐孔食性を高める。Ｍｏはさらに、鋼に固溶して、鋼材の降伏強度を高める。Ｍｏはさらに、鋼中で微細な炭化物を形成して、鋼材の降伏強度を高める。Ｍｏ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｍｏ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｍｏ含有量は０．５０～２．００％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．６０％であり、さらに好ましくは０．７０％であり、さらに好ましくは０．８０％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は２．００％未満であり、さらに好ましくは１．８５％であり、さらに好ましくは１．５０％である。
【0050】
Ｃｕ：１．５０～４．００％
銅（Ｃｕ）は鋼材のオーステナイト中に微細Ｃｕ析出物として析出し、鋼材の降伏強度を高める。Ｃｕ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃｕ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は１．５０～４．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は１．６０％であり、さらに好ましくは１．８０％であり、さらに好ましくは１．９０％であり、さらに好ましくは２．００％であり、さらに好ましくは２．５０％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は３．９０％であり、さらに好ましくは３．７５％であり、さらに好ましくは３．５０％である。
銅（Ｃｕ）は鋼材のオーステナイト中に微細Ｃｕ析出物として析出し、鋼材の降伏強度を高める。Ｃｕ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｃｕ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｕ含有量は１．５０～４．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は１．６０％であり、さらに好ましくは１．８０％であり、さらに好ましくは１．９０％であり、さらに好ましくは２．００％であり、さらに好ましくは２．５０％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は３．９０％であり、さらに好ましくは３．７５％であり、さらに好ましくは３．５０％である。
【0051】
Ｎ：０．１５０～０．３５０％
窒素（Ｎ）は鋼材のオーステナイト組織を安定化させる。すなわち、Ｎは安定したフェライト・オーステナイトの二相組織を得るために必要な元素である。Ｎはさらに、鋼材の耐孔食性を高める。Ｎ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靭性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．１５０～０．３５０％である。Ｎ含有量の好ましい下限は０．１７０％であり、さらに好ましくは０．１８０％であり、さらに好ましくは０．１９０％である。Ｎ含有量の好ましい上限は、０．３４０％であり、さらに好ましくは０．３３０％である。
窒素（Ｎ）は鋼材のオーステナイト組織を安定化させる。すなわち、Ｎは安定したフェライト・オーステナイトの二相組織を得るために必要な元素である。Ｎはさらに、鋼材の耐孔食性を高める。Ｎ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の低温靭性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．１５０～０．３５０％である。Ｎ含有量の好ましい下限は０．１７０％であり、さらに好ましくは０．１８０％であり、さらに好ましくは０．１９０％である。Ｎ含有量の好ましい上限は、０．３４０％であり、さらに好ましくは０．３３０％である。
【0052】
Ｖ：０．０１～１．５０％
バナジウム（Ｖ）は鋼材の降伏強度を高める。Ｖ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｖ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０．０１～１．５０％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％であり、さらに好ましくは０．０５％である。Ｖ含有量の好ましい上限は１．２０％であり、さらに好ましくは１．００％である。
バナジウム（Ｖ）は鋼材の降伏強度を高める。Ｖ含有量が低すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、上記効果が十分に得られない。一方、Ｖ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性及び熱間加工性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０．０１～１．５０％である。Ｖ含有量の好ましい下限は０．０２％であり、さらに好ましくは０．０３％であり、さらに好ましくは０．０５％である。Ｖ含有量の好ましい上限は１．２０％であり、さらに好ましくは１．００％である。
【0053】
本実施形態による二相ステンレス鋼材の化学組成の残部は、Ｆｅ及び不純物からなる。ここで、化学組成における不純物とは、二相ステンレス鋼材を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、又は製造環境などから混入されるものであって、本実施形態による二相ステンレス鋼材に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
【0054】
［任意元素］
上述の二相ステンレス鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及び、Ｗからなる群から選択される１元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、鋼材の強度を高める。
上述の二相ステンレス鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、及び、Ｗからなる群から選択される１元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、鋼材の強度を高める。
【0055】
Ｎｂ：０～０．１００％
ニオブ（Ｎｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｎｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｎｂは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｎｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｎｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０～０．１００％である。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
ニオブ（Ｎｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｎｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｎｂは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｎｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｎｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０～０．１００％である。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
【0056】
Ｔａ：０～０．１００％
タンタル（Ｔａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｔａ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｔａは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｔａが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｔａ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｔａ含有量は０～０．１００％である。Ｔａ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｔａ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
タンタル（Ｔａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｔａ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｔａは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｔａが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｔａ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｔａ含有量は０～０．１００％である。Ｔａ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｔａ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
【0057】
Ｔｉ：０～０．１００％
チタン（Ｔｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｔｉ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｔｉは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｔｉが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｔｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０～０．１００％である。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
チタン（Ｔｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｔｉ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｔｉは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｔｉが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｔｉ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０～０．１００％である。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｔｉ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
【0058】
Ｚｒ：０～０．１００％
ジルコニウム（Ｚｒ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｚｒ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｚｒは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｚｒが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｚｒ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｚｒ含有量は０～０．１００％である。Ｚｒ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
ジルコニウム（Ｚｒ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｚｒ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｚｒは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｚｒが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｚｒ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｚｒ含有量は０～０．１００％である。Ｚｒ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
【0059】
Ｈｆ：０～０．１００％
ハフニウム（Ｈｆ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｈｆ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｈｆは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｈｆが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｈｆ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｈｆ含有量は０～０．１００％である。Ｈｆ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｈｆ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
ハフニウム（Ｈｆ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｈｆ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｈｆは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｈｆが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｈｆ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｈｆ含有量は０～０．１００％である。Ｈｆ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｈｆ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
【0060】
Ｗ：０～０．２００％
タングステン（Ｗ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｗ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｗは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｗが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｗ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｗ含有量は０～０．２００％である。Ｗ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｗ含有量の好ましい上限は０．１８０％であり、さらに好ましくは０．１５０％である。
タングステン（Ｗ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｗ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｗは炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｗが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｗ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｗ含有量は０～０．２００％である。Ｗ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｗ含有量の好ましい上限は０．１８０％であり、さらに好ましくは０．１５０％である。
【0061】
上述の二相ステンレス鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃｏ、Ｓｎ、及び、Ｓｂからなる群から選択される１元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、鋼材の耐食性を高める。
【0062】
Ｃｏ：０～０．５００％
コバルト（Ｃｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｃｏ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃｏは鋼材の表面に被膜を形成して、鋼材の耐食性を高める。Ｃｏはさらに、鋼材の焼入性を高め、鋼材の強度を安定化する。Ｃｏが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃｏ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、製造コストが極端に高まる。したがって、Ｃｏ含有量は０～０．５００％である。Ｃｏ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．４８０％であり、さらに好ましくは０．４６０％であり、さらに好ましくは０．４５０％である。
コバルト（Ｃｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｃｏ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃｏは鋼材の表面に被膜を形成して、鋼材の耐食性を高める。Ｃｏはさらに、鋼材の焼入性を高め、鋼材の強度を安定化する。Ｃｏが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃｏ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、製造コストが極端に高まる。したがって、Ｃｏ含有量は０～０．５００％である。Ｃｏ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．４８０％であり、さらに好ましくは０．４６０％であり、さらに好ましくは０．４５０％である。
【0063】
Ｓｎ：０～０．１００％
スズ（Ｓｎ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｓｎ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｓｎは鋼材の耐食性を高める。Ｓｎが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｓｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粒界に液化脆化割れを生じることにより、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｎ含有量は０～０．１００％である。Ｓｎ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
スズ（Ｓｎ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｓｎ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｓｎは鋼材の耐食性を高める。Ｓｎが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｓｎ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、粒界に液化脆化割れを生じることにより、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｎ含有量は０～０．１００％である。Ｓｎ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
【0064】
Ｓｂ：０～０．１００％
アンチモン（Ｓｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｓｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｓｂは鋼材の耐食性を高める。Ｓｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｓｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の高温での延性が低下して、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｂ含有量は０～０．１００％である。Ｓｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。Ｓｂ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
アンチモン（Ｓｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｓｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｓｂは鋼材の耐食性を高める。Ｓｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｓｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の高温での延性が低下して、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｂ含有量は０～０．１００％である。Ｓｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。Ｓｂ含有量の好ましい上限は０．０８０％であり、さらに好ましくは０．０７０％である。
【0065】
上述の二相ステンレス鋼材の化学組成はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂ、及び、希土類元素からなる群から選択される１元素以上を含有してもよい。これらの元素はいずれも任意元素であり、鋼材の熱間加工性を高める。
【0066】
Ｃａ：０～０．０２０％
カルシウム（Ｃａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｃａ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃａは鋼材中のＳを硫化物として固定することで無害化し、鋼材の熱間加工性を高める。Ｃａが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃａ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０～０．０２０％である。Ｃａ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、さらに好ましくは０．０１５％である。
カルシウム（Ｃａ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｃａ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｃａは鋼材中のＳを硫化物として固定することで無害化し、鋼材の熱間加工性を高める。Ｃａが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｃａ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０～０．０２０％である。Ｃａ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、さらに好ましくは０．０１５％である。
【0067】
Ｍｇ：０～０．０２０％
マグネシウム（Ｍｇ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｍｇ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｍｇは鋼材中のＳを硫化物として固定することで無害化し、鋼材の熱間加工性を高める。Ｍｇが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｍｇ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｍｇ含有量は０～０．０２０％である。Ｍｇ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、さらに好ましくは０．０１５％である。
マグネシウム（Ｍｇ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｍｇ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｍｇは鋼材中のＳを硫化物として固定することで無害化し、鋼材の熱間加工性を高める。Ｍｇが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｍｇ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、Ｍｇ含有量は０～０．０２０％である。Ｍｇ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、さらに好ましくは０．０１５％である。
【0068】
Ｂ：０～０．０２０％
ホウ素（Ｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｂは鋼材中のＳの粒界への偏析を抑制し、鋼材の熱間加工性を高める。Ｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、ボロン窒化物（ＢＮ）が生成し、鋼材の低温靱性を低下させる。したがって、Ｂ含有量は０～０．０２０％である。Ｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、さらに好ましくは０．０１５％である。
ホウ素（Ｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｂは鋼材中のＳの粒界への偏析を抑制し、鋼材の熱間加工性を高める。Ｂが少しでも含有されれば、上記効果がある程度得られる。しかしながら、Ｂ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、ボロン窒化物（ＢＮ）が生成し、鋼材の低温靱性を低下させる。したがって、Ｂ含有量は０～０．０２０％である。Ｂ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．０１８％であり、さらに好ましくは０．０１５％である。
【0069】
希土類元素：０～０．２００％
希土類元素（ＲＥＭ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、ＲＥＭ含有量は０％であってもよい。含有される場合、ＲＥＭは鋼材中のＳを硫化物として固定することで無害化し、鋼材の熱間加工性を高める。ＲＥＭが少しでも含有されれば上記効果がある程度得られる。しかしながら、ＲＥＭ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．２００％である。ＲＥＭ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．１８０％であり、さらに好ましくは０．１６０％である。
希土類元素（ＲＥＭ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、ＲＥＭ含有量は０％であってもよい。含有される場合、ＲＥＭは鋼材中のＳを硫化物として固定することで無害化し、鋼材の熱間加工性を高める。ＲＥＭが少しでも含有されれば上記効果がある程度得られる。しかしながら、ＲＥＭ含有量が高すぎれば、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材中の酸化物が粗大化して、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．２００％である。ＲＥＭ含有量の好ましい下限は０％超であり、さらに好ましくは０．００１％であり、さらに好ましくは０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．１８０％であり、さらに好ましくは０．１６０％である。
【0070】
なお、本明細書におけるＲＥＭとは、原子番号２１番のスカンジウム（Ｓｃ）、原子番号３９番のイットリウム（Ｙ）、及び、ランタノイドである原子番号５７番のランタン（Ｌａ）～原子番号７１番のルテチウム（Ｌｕ）からなる群から選択される１元素以上を意味する。また、本明細書におけるＲＥＭ含有量とは、これらの元素の合計含有量を意味する。
【0071】
［式（１）について］
本実施形態による二相ステンレス鋼材の化学組成はさらに、次の式（１）を満たす。
Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ≧３０．０ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の化学組成はさらに、次の式（１）を満たす。
Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ≧３０．０ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。
【0072】
Ｆｎ１（＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ）は鋼材の耐孔食性に関する指標である。Ｆｎ１を高めれば、二相ステンレス鋼材の耐孔食性を高めることができる。すなわち、Ｆｎ１が低すぎれば、二相ステンレス鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、本実施形態による二相ステンレス鋼材では、上述の化学組成を満たし、かつ、Ｆｎ１を３０．０以上とする。
【0073】
Ｆｎ１の好ましい下限は３０．５であり、さらに好ましくは３１．０であり、さらに好ましくは３１．５である。Ｆｎ１は高い方が好ましい。しかしながら、上述の化学組成を有する本実施形態による二相ステンレス鋼材においては、Ｆｎ１の上限は、実質的に４２．５である。なお、本実施形態において、Ｆｎ１は、得られた数値の小数第二位を四捨五入して求める。
【0074】
［ミクロ組織］
本実施形態による二相ステンレス鋼材のミクロ組織は、体積率で３０．０～７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなる。本明細書において、「フェライト及びオーステナイトからなる」とは、フェライト及びオーステナイト以外の相が無視できるほど少ないことを意味する。たとえば、本実施形態による二相ステンレス鋼材の化学組成においては、析出物や介在物の体積率は、フェライト及びオーステナイトの体積率と比較して、無視できるほど小さい。すなわち、本実施形態による二相ステンレスのミクロ組織には、フェライト及びオーステナイト以外に、析出物や介在物等を微小量含んでもよい。
本実施形態による二相ステンレス鋼材のミクロ組織は、体積率で３０．０～７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなる。本明細書において、「フェライト及びオーステナイトからなる」とは、フェライト及びオーステナイト以外の相が無視できるほど少ないことを意味する。たとえば、本実施形態による二相ステンレス鋼材の化学組成においては、析出物や介在物の体積率は、フェライト及びオーステナイトの体積率と比較して、無視できるほど小さい。すなわち、本実施形態による二相ステンレスのミクロ組織には、フェライト及びオーステナイト以外に、析出物や介在物等を微小量含んでもよい。
【0075】
本実施形態による二相ステンレス鋼材のミクロ組織は、フェライトの体積率が３０．０～７０．０％である。フェライトの体積率が低すぎれば、鋼材の降伏強度、及び／又は、耐孔食性が低下する場合がある。一方、フェライトの体積率が高すぎれば、鋼材の低温靭性、及び／又は、熱間加工性が低下する場合がある。したがって、本実施形態による二相ステンレス鋼材のミクロ組織において、フェライトの体積率は３０．０～７０．０％である。フェライトの体積率の好ましい下限は３１．０％であり、さらに好ましくは３２．０％である。フェライトの体積率の好ましい上限は６８．０％であり、さらに好ましくは６５．０％である。
【0076】
本実施形態において、二相ステンレス鋼材のフェライトの体積率は、ＡＳＴＭ Ｅ５６２（２０１９）に準拠した方法で求めることができる。本実施形態による二相ステンレス鋼材から、ミクロ組織観察用の試験片を作製する。鋼材が鋼板の場合、板厚中央部から圧延方向５ｍｍ、板厚方向５ｍｍの観察面を有する試験片を作製する。鋼材が鋼管の場合、肉厚中央部から管軸方向５ｍｍ、管径方向５ｍｍの観察面を有する試験片を作製する。鋼材が丸鋼の場合、Ｒ／２位置から軸方向５ｍｍ、径方向５ｍｍの観察面を有する試験片を作製する。本明細書において、丸鋼のＲ／２位置とは、丸鋼の軸方向に垂直な断面において、半径Ｒの中央位置を意味する。なお、上記観察面が得られれば、試験片の大きさは特に限定されない。
【0077】
作製した試験片の観察面を鏡面研磨する。鏡面研磨された観察面を７％水酸化カリウム腐食液中で電解腐食して、組織現出を行う。組織が現出された観察面を、光学顕微鏡を用いて１０視野観察する。視野面積は特に限定されないが、たとえば、１．００ｍｍ２（倍率１００倍）である。各視野において、コントラストからフェライトを特定する。特定したフェライトの面積率をＡＳＴＭ Ｅ５６２（２０１９）に準拠した点算法で測定する。本実施形態では、得られたフェライトの面積率の１０視野における算術平均値を、フェライトの体積率（％）と定義する。本実施形態において、フェライトの体積率（％）は、得られた数値の小数第二位を四捨五入して求める。
【0078】
［微細Ｃｕ析出物の個数密度］
本実施形態による二相ステンレス鋼材は、オーステナイト中において、長径５０ｎｍ以下のＣｕ析出物の個数密度が１５０～１５００個／μｍ３である。上述のとおり、本明細書では、長径５０ｎｍ以下のＣｕ析出物を「微細Ｃｕ析出物」ともいう。なお、本明細書において、Ｃｕ析出物とは、Ｃｕ及び不純物からなる析出物を意味する。具体的に、本実施形態では、後述するエネルギー分散型Ｘ線分析法（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：以下、「ＥＤＳ」ともいう）による元素分析において、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｏ、及び、Ｓｉのうち、Ｃｕが１５．０質量％以上検出される析出物を、「Ｃｕ析出物」と定義する。
本実施形態による二相ステンレス鋼材は、オーステナイト中において、長径５０ｎｍ以下のＣｕ析出物の個数密度が１５０～１５００個／μｍ３である。上述のとおり、本明細書では、長径５０ｎｍ以下のＣｕ析出物を「微細Ｃｕ析出物」ともいう。なお、本明細書において、Ｃｕ析出物とは、Ｃｕ及び不純物からなる析出物を意味する。具体的に、本実施形態では、後述するエネルギー分散型Ｘ線分析法（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ－ｒａｙ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：以下、「ＥＤＳ」ともいう）による元素分析において、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｏ、及び、Ｓｉのうち、Ｃｕが１５．０質量％以上検出される析出物を、「Ｃｕ析出物」と定義する。
【0079】
上述のとおり、二相ステンレス鋼材では、従来、鋼材の耐孔食性を高める目的で、鋼材中の析出物を低減していた。一方、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物は、鋼材の降伏強度を高める。微細Ｃｕ析出物はさらに、鋼材の低温靭性及び耐孔食性への影響が少ない。そのため、本実施形態による二相ステンレス鋼材では、低温靭性及び耐孔食性への影響が少ない微細Ｃｕ析出物を、オーステナイト中にあえて積極的に析出させる。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、耐孔食性を維持しながら、鋼材の降伏強度を高めることができる。
【0080】
一方、オーステナイト中に微細Ｃｕ析出物が多数析出しすぎれば、鋼材の耐孔食性は維持されるものの、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、本実施形態では、オーステナイト中において、微細Ｃｕ析出物の個数密度を１５０～１５００個／μｍ３とする。上述の化学組成とミクロ組織とを有し、式（１）を満たす二相ステンレス鋼材において、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度を１５０～１５００個／μｍ３とすれば、優れた低温靭性と、優れた耐孔食性とを維持したまま、５８６ＭＰａ以上の高い降伏強度を得ることができる。
【0081】
本実施形態による二相ステンレス鋼材のオーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度の好ましい下限は１５６個／μｍ３であり、さらに好ましくは１６０個／μｍ３である。本実施形態による二相ステンレス鋼材のオーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度の好ましい上限は１２００個／μｍ３であり、さらに好ましくは９００個／μｍ３であり、さらに好ましくは６００個／μｍ３である。
【0082】
本実施形態による二相ステンレス鋼材において、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度は、次の方法で求めることができる。本実施形態による鋼材から、微細Ｃｕ析出物観察用の薄膜試験片を作製する。鋼材が鋼板の場合、板厚中央部から薄膜試験片を作製する。鋼材が鋼管の場合、肉厚中央部から薄膜試験片を作製する。鋼材が丸鋼の場合、Ｒ／２位置から薄膜試験片を作製する。なお、薄膜試験片は、Ｔｗｉｎ ｊｅｔ法を用いた電解研磨によって作製する。また、薄膜試験片の大きさは、後述する観察視野が得られれば、特に限定されない。
【0083】
得られた薄膜試験片の観察面のうち、オーステナイトから任意の４視野を特定する。観察面中のオーステナイトは、電子線回折による結晶構造の同定により、特定することができる。特定した４視野に対して、透過電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：以下、「ＴＥＭ」ともいう）による組織観察を実施する。具体的には、任意の４視野を観察視野として特定する。各観察視野の面積は特に限定されないが、たとえば、８００ｎｍ×８００ｎｍとする。各観察視野に対する組織観察は、加速電圧を２００ｋＶとし、回折条件を析出物観察に適した条件（たとえば、０１１入射で回折ベクトルｇ＝１１－１）で実施する。さらに、適切な時間露光を行うことで、析出物を写真撮影する。生成した写真画像について、コントラストから析出物を特定する。特定した析出物のうち、長径が５０ｎｍ以下の析出物を、画像中のスケールバーと比較することで特定する。なお、観察視野において、長径が５０ｎｍ以下の析出物を特定することは、当業者であれば当然に可能である。
【0084】
以上のとおり特定した、オーステナイト中の長径５０ｎｍ以下の析出物に対して、ＥＤＳによる元素分析を行う。なお、対象元素をＦｅ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｏ、及び、Ｓｉとして定量する。ここで、ＥＤＳでは、装置の特性上、一定の体積を有する範囲について元素分析が実施される。すなわち、観察面に析出物が存在する場合でも、析出物のみの元素分析を実施することはできず、母材も同時に元素分析が実施される。したがって、観察面にＣｕ析出物が存在する領域において、ＥＤＳによる元素分析を行った場合、Ｃｕ以外に母材由来の元素（Ｆｅ等）も同時に検出される。
【0085】
一方、本実施形態では、母材におけるＣｕ含有量は、上述のとおり、１．５０～４．００％である。そのため、ＥＤＳによる元素分析において、Ｃｕ濃度が１５．０質量％以上の析出物であれば、Ｃｕ析出物であると判断できる。各観察視野において、長径５０ｎｍ以下の析出物であってＣｕ濃度が１５．０質量％以上の析出物（微細Ｃｕ析出物）の個数を計数する。さらに、各観察視野の面積と、観察領域の厚さとから、各観察領域の体積（μｍ３）を求める。なお、観察領域の厚さは、薄膜試験片に対する、電子エネルギー損失強度スペクトル（ＥＥＬＳ）の全積分強度と、ゼロロススペクトルの積分強度とから求めることができる。
【0086】
得られた各観察視野における、長径５０ｎｍ以下のＣｕ析出物の数（個）と、各観察視野の体積（μｍ３）とから、各観察視野における、微細Ｃｕ析出物の個数密度（個／μｍ３）を求める。４視野において得られた微細Ｃｕ析出物の個数密度の算術平均値を、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度（個／μｍ３）とする。本実施形態において、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度（個／μｍ３）は、得られた数値の小数第一位を四捨五入して求める。
【0087】
［降伏強度］
本実施形態による二相ステンレス鋼材の降伏強度は、５８６ＭＰａ以上である。本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成を有し、さらに、式（１）を満たし、体積率で３０．０～７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有し、かつ、オーステナイト中において、長径が５０ｎｍ以下のＣｕ析出物の個数密度が１５０～１５００個／μｍ３である。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、降伏強度が５８６ＭＰａ以上であっても、優れた低温靭性と、優れた耐孔食性とを有する。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の降伏強度は、５８６ＭＰａ以上である。本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成を有し、さらに、式（１）を満たし、体積率で３０．０～７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有し、かつ、オーステナイト中において、長径が５０ｎｍ以下のＣｕ析出物の個数密度が１５０～１５００個／μｍ３である。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、降伏強度が５８６ＭＰａ以上であっても、優れた低温靭性と、優れた耐孔食性とを有する。
【0088】
本実施形態による二相ステンレス鋼材の降伏強度の好ましい下限は５９０ＭＰａであり、さらに好ましくは５９２ＭＰａであり、さらに好ましくは５９４ＭＰａである。本実施形態による二相ステンレス鋼材の降伏強度の上限は特に限定されないが、たとえば、７２４ＭＰａである。
【0089】
本実施形態による二相ステンレス鋼材の降伏強度は、次の方法で求めることができる。具体的に、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）に準拠した方法で引張試験を行う。本実施形態による鋼材から、試験片を作製する。鋼材が鋼板の場合、板厚中央部から引張試験片を作製する。この場合、引張試験片の長手方向は、鋼板の圧延方向と平行とする。鋼材が鋼管の場合、厚さが鋼管の肉厚と同じであって、幅２５．４ｍｍ、標点距離５０．８ｍｍの円弧状試験片を作製する。この場合、円弧状試験片の長手方向は、鋼管の管軸方向と平行とする。鋼材が丸鋼の場合、Ｒ／２位置から引張試験片を作製する。この場合、引張試験片の長手方向は、丸鋼の軸方向と平行とする。引張試験片を作製する場合、引張試験片の大きさは、たとえば平行部直径６ｍｍ、標点距離２４ｍｍである。試験片を用いて、常温（２５℃）、大気中で引張試験を実施する。本実施形態では、引張試験より得られた０．２％オフセット耐力を、降伏強度（ＭＰａ）と定義する。本実施形態において、降伏強度（ＭＰａ）は、得られた数値の小数第一位を四捨五入して求める。
【0090】
［低温靭性］
本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成を有し、さらに、式（１）を満たし、体積率で３０．０～７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有し、かつ、オーステナイト中において、長径が５０ｎｍ以下のＣｕ析出物の個数密度が１５０～１５００個／μｍ３である。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、降伏強度が５８６ＭＰａ以上であっても、優れた低温靭性と優れた耐孔食性とを示す。本実施形態において、優れた低温靭性とは、以下のとおりに定義される。
本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成を有し、さらに、式（１）を満たし、体積率で３０．０～７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有し、かつ、オーステナイト中において、長径が５０ｎｍ以下のＣｕ析出物の個数密度が１５０～１５００個／μｍ３である。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、降伏強度が５８６ＭＰａ以上であっても、優れた低温靭性と優れた耐孔食性とを示す。本実施形態において、優れた低温靭性とは、以下のとおりに定義される。
【0091】
本実施形態による二相ステンレス鋼材の低温靭性は、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１８）に準拠したシャルピー衝撃試験によって評価できる。本実施形態による鋼材から、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１８）に準拠してＶノッチ試験片を作製する。具体的に、鋼材が鋼板の場合、板厚中央部からＶノッチ試験片を作製する。この場合、Ｖノッチ試験片は、ノッチ面が鋼板の板厚方向及び圧延方向に平行とし、長手方向が鋼板の圧延方向と平行とする。鋼材が鋼管の場合、肉厚中央部からＶノッチ試験片を作製する。この場合、Ｖノッチ試験片は、ノッチ面が鋼管の肉厚方向及び管軸方向に平行とし、長手方向が鋼管の管軸方向と平行とする。鋼材が丸鋼の場合、Ｒ／２位置からＶノッチ試験片を作製する。この場合、Ｖノッチ試験片は、ノッチ面が丸鋼の径方向及び軸方向に平行とし、長手方向が丸鋼の軸方向に平行とする。
【0092】
作製したＶノッチ試験片に対して、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１８）に準拠したシャルピー衝撃試験を実施して、－１０℃における吸収エネルギー（Ｊ）を求める。求めた吸収エネルギー（Ｊ）をＶノッチ試験片の断面積（ｃｍ２）で除し、－１０℃における単位面積あたりの吸収エネルギー（Ｊ／ｃｍ２）を求める。なお、Ｖノッチ試験片の断面積とは、Ｖノッチ底の位置におけるＶノッチ試験片の長手方向に垂直な断面の面積を意味する。具体的に、フルサイズの２ｍｍＶノッチ試験片を用いた場合、求めた吸収エネルギー（Ｊ）をＶノッチ試験片の断面積０．８ｃｍ２（幅０．８ｃｍ×厚さ１．０ｃｍ）で除することで、単位面積あたりの吸収エネルギー（Ｊ／ｃｍ２）を求めることができる。本実施形態において、－１０℃における単位面積あたりの吸収エネルギー（Ｊ／ｃｍ２）は、得られた数値の小数第二位を四捨五入して求める。
【0093】
本実施形態では、－１０℃における単位面積あたりの吸収エネルギーが６０．０Ｊ／ｃｍ２以上である場合、優れた低温靭性を有すると判断する。なお、本明細書では、－１０℃における単位面積あたりの吸収エネルギーを、単に「吸収エネルギー」ともいう。
【0094】
［耐孔食性］
本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成を有し、さらに、式（１）を満たし、体積率で３０．０～７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有し、かつ、オーステナイト中において、長径が５０ｎｍ以下のＣｕ析出物の個数密度が１５０～１５００個／μｍ３である。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、降伏強度が５８６ＭＰａ以上であっても、優れた低温靭性と、優れた耐孔食性とを有する。本実施形態において、優れた耐孔食性とは、以下のとおりに定義される。
本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成を有し、さらに、式（１）を満たし、体積率で３０．０～７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなるミクロ組織を有し、かつ、オーステナイト中において、長径が５０ｎｍ以下のＣｕ析出物の個数密度が１５０～１５００個／μｍ３である。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、降伏強度が５８６ＭＰａ以上であっても、優れた低温靭性と、優れた耐孔食性とを有する。本実施形態において、優れた耐孔食性とは、以下のとおりに定義される。
【0095】
本実施形態による二相ステンレス鋼材の耐孔食性は、ＡＳＴＭ Ｇ４８（２０１１） Ｍｅｔｈｏｄ Ｅに準拠した腐食試験によって評価できる。本実施形態による鋼材から、腐食試験用の試験片を作製する。試験片の大きさは、たとえば厚さ３ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍである。また、鋼材が鋼板の場合、板厚中央部から試験片を作製する。この場合、試験片の長手方向は、鋼板の圧延方向と平行とする。鋼材が鋼管の場合、肉厚中央部から試験片を作製する。この場合、試験片の長手方向は、鋼管の管軸方向と平行とする。鋼材が丸鋼の場合、Ｒ／２位置から試験片を作製する。この場合、試験片の長手方向は、丸鋼の軸方向に平行とする。
【0096】
試験溶液は６％ＦｅＣｌ３＋１％ＨＣｌとする。試験片を比液量５ｍＬ／ｃｍ２以上の試験溶液に浸漬させる。試験開始温度は１５℃とし、２４時間毎に試験溶液の温度を５℃ずつ上昇させる。試験片に孔食が発生したときの温度を臨界孔食温度（ＣＰＴ：Ｃｒｉｔｉｃａｌ Ｐｉｔｔｉｎｇ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）と定義する。本実施形態では、得られたＣＰＴが１５℃よりも高い場合、二相ステンレス鋼材は優れた耐孔食性を示すと判断する。
【0097】
［二相ステンレス鋼材の形状］
上述のとおり、本実施形態による二相ステンレス鋼材の形状は、特に限定されない。好ましくは、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、継目無鋼管である。本実施形態による二相ステンレス鋼材が継目無鋼管の場合、肉厚が５ｍｍ以上であっても、５８６ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた低温靭性と、優れた耐孔食性とを有する。
上述のとおり、本実施形態による二相ステンレス鋼材の形状は、特に限定されない。好ましくは、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、継目無鋼管である。本実施形態による二相ステンレス鋼材が継目無鋼管の場合、肉厚が５ｍｍ以上であっても、５８６ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた低温靭性と、優れた耐孔食性とを有する。
【0098】
［製造方法］
上述の構成を有する本実施形態による二相ステンレス鋼材の製造方法の一例を説明する。なお、本実施形態による二相ステンレス鋼材の製造方法は、以下に説明する製造方法に限定されない。本実施形態の二相ステンレス鋼材の製造方法の一例は、素材準備工程と、熱間加工工程と、溶体化処理工程とを含む。以下、各製造工程について詳述する。
上述の構成を有する本実施形態による二相ステンレス鋼材の製造方法の一例を説明する。なお、本実施形態による二相ステンレス鋼材の製造方法は、以下に説明する製造方法に限定されない。本実施形態の二相ステンレス鋼材の製造方法の一例は、素材準備工程と、熱間加工工程と、溶体化処理工程とを含む。以下、各製造工程について詳述する。
【0099】
［素材準備工程］
本実施形態による素材準備工程では、上述の化学組成を有する素材を準備する。素材は製造して準備してもよく、第三者から購入することにより準備してもよい。すなわち、素材を準備する方法は特に限定されない。
本実施形態による素材準備工程では、上述の化学組成を有する素材を準備する。素材は製造して準備してもよく、第三者から購入することにより準備してもよい。すなわち、素材を準備する方法は特に限定されない。
【0100】
素材を製造する場合、たとえば、次の方法で製造する。上述の化学組成を有する溶鋼を製造する。溶鋼を用いて連続鋳造法により鋳片（スラブ、ブルーム、又は、ビレット）を製造する。溶鋼を用いて造塊法により鋼塊（インゴット）を製造してもよい。必要に応じて、スラブ、ブルーム又はインゴットを分塊圧延して、ビレットを製造してもよい。以上の工程により素材を製造する。
【0101】
［熱間加工工程］
本実施形態による熱間加工工程では、上記準備工程で準備された素材を熱間加工して、中間鋼材を製造する。本明細書において中間鋼材とは、最終製品が鋼板の場合は板状の鋼材であり、最終製品が鋼管の場合は素管であり、最終製品が丸鋼の場合は軸方向に垂直な断面が円形状の棒状の鋼材であり、最終製品が線材の場合は線状の鋼材である。熱間加工は、熱間鍛造であってもよく、熱間押出であってもよく、熱間圧延であってもよい。熱間加工の方法は、特に限定されず、周知の方法でよい。
本実施形態による熱間加工工程では、上記準備工程で準備された素材を熱間加工して、中間鋼材を製造する。本明細書において中間鋼材とは、最終製品が鋼板の場合は板状の鋼材であり、最終製品が鋼管の場合は素管であり、最終製品が丸鋼の場合は軸方向に垂直な断面が円形状の棒状の鋼材であり、最終製品が線材の場合は線状の鋼材である。熱間加工は、熱間鍛造であってもよく、熱間押出であってもよく、熱間圧延であってもよい。熱間加工の方法は、特に限定されず、周知の方法でよい。
【0102】
中間鋼材が素管（継目無鋼管）の場合、熱間加工工程において、たとえば、ユジーン・セジュルネ法、又は、エルハルトプッシュベンチ法（すなわち、熱間押出）を実施してもよく、マンネスマン法による穿孔圧延（すなわち、熱間圧延）を実施してもよい。なお、熱間加工は、１回のみ実施してもよく、複数回実施してもよい。たとえば、素材に対して上述の穿孔圧延を実施した後、上述の熱間押出を実施してもよい。たとえばさらに、素材に対して、上述の穿孔圧延を実施した後、延伸圧延を実施してもよい。すなわち、熱間加工工程では、周知の方法により熱間加工を実施して、所望の形状の中間鋼材を製造する。
【0103】
［溶体化処理工程］
本実施形態による溶体化処理工程では、上記熱間加工工程で製造された中間鋼材に対して溶体化処理を実施して、二相ステンレス鋼材を製造する。溶体化処理とは、中間鋼材中の化合物を、固溶させる熱処理を意味する。すなわち、溶体化処理工程は、中間鋼材を所望の温度で熱処理する工程（熱処理工程）と、熱処理された中間鋼材を急冷する工程（急冷工程）とを含む。一方、本実施形態では、上述のとおり、微細Ｃｕ析出物をオーステナイト中に析出させることにより、鋼材の降伏強度を高める。そこで、本実施形態による溶体化処理工程では、熱処理工程と急冷工程との間に、中間鋼材の温度を維持する工程（維持工程）を含む。以下、各工程について詳述する。
本実施形態による溶体化処理工程では、上記熱間加工工程で製造された中間鋼材に対して溶体化処理を実施して、二相ステンレス鋼材を製造する。溶体化処理とは、中間鋼材中の化合物を、固溶させる熱処理を意味する。すなわち、溶体化処理工程は、中間鋼材を所望の温度で熱処理する工程（熱処理工程）と、熱処理された中間鋼材を急冷する工程（急冷工程）とを含む。一方、本実施形態では、上述のとおり、微細Ｃｕ析出物をオーステナイト中に析出させることにより、鋼材の降伏強度を高める。そこで、本実施形態による溶体化処理工程では、熱処理工程と急冷工程との間に、中間鋼材の温度を維持する工程（維持工程）を含む。以下、各工程について詳述する。
【0104】
［熱処理工程］
本実施形態による熱処理工程では、上記熱間加工工程で製造された中間鋼材に対して、熱処理を実施する。具体的に、好ましくは、中間鋼材に対して、熱処理温度を９６０～１１００℃、熱処理時間を５～１８０分間とする、熱処理を実施する。本明細書において、熱処理温度とは、溶体化処理を実施するための熱処理炉の温度（℃）を意味する。本明細書において、熱処理時間とは、溶体化処理を実施するための熱処理炉内に素材が装入されてから、取り出されるまでの時間を意味する。
本実施形態による熱処理工程では、上記熱間加工工程で製造された中間鋼材に対して、熱処理を実施する。具体的に、好ましくは、中間鋼材に対して、熱処理温度を９６０～１１００℃、熱処理時間を５～１８０分間とする、熱処理を実施する。本明細書において、熱処理温度とは、溶体化処理を実施するための熱処理炉の温度（℃）を意味する。本明細書において、熱処理時間とは、溶体化処理を実施するための熱処理炉内に素材が装入されてから、取り出されるまでの時間を意味する。
【0105】
熱処理工程において、熱処理温度が低すぎれば、溶体化処理工程後の二相ステンレス鋼材に、析出物が残存する場合がある。この場合、二相ステンレス鋼材の耐孔食性が低下する。一方、熱処理工程において、熱処理温度が高すぎれば、フェライトの体積率が７０．０％を超えて高くなる場合がある。この場合、二相ステンレス鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、本実施形態による熱処理工程において、熱処理温度は９６０～１１００℃とするのが好ましい。熱処理温度のさらに好ましい下限は９６５℃である。熱処理温度のさらに好ましい上限は１０８０℃である。
【0106】
熱処理工程において、熱処理時間が短すぎれば、溶体化処理工程後の二相ステンレス鋼材に、耐孔食性を低下させる析出物が残存する場合がある。この場合、二相ステンレス鋼材の耐孔食性が低下する場合がある。一方、熱処理工程において、熱処理時間が長すぎれば、析出物を溶体化させる効果が飽和する。したがって、本実施形態による熱処理工程において、熱処理時間は５～１８０分とするのが好ましい。
【0107】
［維持工程］
本実施形態による維持工程では、上記熱処理工程で熱処理された中間鋼材を維持する。具体的に、好ましくは、中間鋼材を９００～９５０℃の範囲内で２０～１８０秒間維持する。本明細書において「中間鋼材の温度を維持する」とは、一定の温度に保持される場合に限定されない。たとえば、放冷以下の冷却速度（放冷、徐冷等）で中間鋼材を冷却して、中間鋼材の温度を９００～９５０℃の範囲内としてもよい。たとえばさらに、補熱炉や高周波加熱炉を用いて中間鋼材を加熱して、中間鋼材の温度を９００～９５０℃の範囲内としてもよい。すなわち、本実施形態による維持工程では、中間鋼材を一定の温度に保持してもよく、中間鋼材を放冷又は徐冷してもよく、中間鋼材を加熱してもよい。
本実施形態による維持工程では、上記熱処理工程で熱処理された中間鋼材を維持する。具体的に、好ましくは、中間鋼材を９００～９５０℃の範囲内で２０～１８０秒間維持する。本明細書において「中間鋼材の温度を維持する」とは、一定の温度に保持される場合に限定されない。たとえば、放冷以下の冷却速度（放冷、徐冷等）で中間鋼材を冷却して、中間鋼材の温度を９００～９５０℃の範囲内としてもよい。たとえばさらに、補熱炉や高周波加熱炉を用いて中間鋼材を加熱して、中間鋼材の温度を９００～９５０℃の範囲内としてもよい。すなわち、本実施形態による維持工程では、中間鋼材を一定の温度に保持してもよく、中間鋼材を放冷又は徐冷してもよく、中間鋼材を加熱してもよい。
【0108】
中間鋼材を維持する温度（維持温度）が高すぎれば、オーステナイト中にＣｕ析出物が十分に析出しない。その結果、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度が低下して、鋼材の降伏強度が５８６ＭＰａ未満となる場合がある。一方、維持温度が低すぎれば、鋼材中にσ相が析出する場合がある。その結果、鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、本実施形態による維持工程では、維持温度を９００～９５０℃とするのが好ましい。
【0109】
中間鋼材を維持する時間（維持時間）が短すぎれば、オーステナイト中にＣｕ析出物が十分に析出しない。その結果、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度が低下して、鋼材の降伏強度が５８６ＭＰａ未満となる場合がある。一方、維持時間が長すぎれば、Ｃｕ析出物が粗大化する。その結果、鋼材の低温靭性が低下する場合がある。したがって、本実施形態による維持工程では、維持時間を２０～１８０秒間とするのが好ましい。
【0110】
［急冷工程］
本実施形態による急冷工程では、上記維持工程において温度が維持された中間鋼材を急冷し、二相ステンレス鋼材を製造する。急冷を開始する温度（急冷開始温度）は、上述の維持工程完了時の中間鋼材の温度である。急冷開始温度が低すぎれば、オーステナイト中に微細Ｃｕ析出物が多く析出しすぎる場合がある。この場合、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、本実施形態による急冷工程では、上述の維持工程において中間鋼材を９００～９５０℃で維持した後、速やかに急冷を実施するのが好ましい。
本実施形態による急冷工程では、上記維持工程において温度が維持された中間鋼材を急冷し、二相ステンレス鋼材を製造する。急冷を開始する温度（急冷開始温度）は、上述の維持工程完了時の中間鋼材の温度である。急冷開始温度が低すぎれば、オーステナイト中に微細Ｃｕ析出物が多く析出しすぎる場合がある。この場合、鋼材の低温靭性が低下する。したがって、本実施形態による急冷工程では、上述の維持工程において中間鋼材を９００～９５０℃で維持した後、速やかに急冷を実施するのが好ましい。
【0111】
本実施形態による急冷工程では、急冷の方法は特に限定されず、周知の方法でよい。たとえば、シャワー水冷、ミスト水冷、油冷等により中間鋼材を冷却することができる。なお、急冷工程における冷却速度は特に限定されないが、たとえば、９００℃から４００℃における冷却速度が３℃／秒以上である。
【0112】
なお、溶体化処理が実施された二相ステンレス鋼材に対して、必要に応じて、酸洗処理を実施してもよい。この場合、酸洗処理は、周知の方法で実施されればよく、特に限定されない。また、溶体化処理が実施された二相ステンレス鋼材に対して、冷間加工を実施した場合、鋼材の強度が高くなりすぎ、鋼材の靭性が極端に低下する。そのため、本実施形態による二相ステンレス鋼材に対しては、冷間加工は実施しない方が好ましい。
【0113】
以上の工程により、本実施形態による二相ステンレス鋼材が製造できる。なお、上述の二相ステンレス鋼材の製造方法は一例であり、他の方法によって二相ステンレス鋼材が製造されてもよい。以下、実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。
【実施例】
【0114】
表１に示す化学組成を有する溶鋼を、５０ｋｇの真空溶解炉を用いて溶製し、造塊法により鋼塊（インゴット）を製造した。なお、表１中の「－」は、該当する元素の含有量が不純物レベルであったことを意味する。たとえば、試験番号１のＮｂ含有量、Ｔａ含有量、Ｔｉ含有量、Ｚｒ含有量、Ｈｆ含有量、Ｗ含有量、Ｃｏ含有量、Ｓｎ含有量、Ｓｂ含有量、Ｃａ含有量、Ｍｇ含有量、Ｂ含有量、及び、希土類元素（ＲＥＭ）含有量は、小数第四位を四捨五入して、０％であったことを意味する。また、表１に記載の化学組成と、上述の定義から求めたＦｎ１を表１に示す。
【0115】
【表1】
【0116】
得られたインゴットに対して、表２及び表３に示す圧延温度（℃）で加熱した後、熱間圧延を実施して、表２及び表３に示す形状の中間鋼材を製造した。なお、本実施例において、圧延温度（℃）とは、加熱に用いた加熱炉の温度（℃）とした。表２及び表３の「形状」欄については、以下のとおりである。「鋼管Ａ」とは、外径１７７．８ｍｍ、肉厚１２．６５ｍｍの継目無鋼管形状を意味する。「鋼管Ｂ」とは、外径１３９．７ｍｍ、肉厚９．２ｍｍの継目無鋼管形状を意味する。「鋼管Ｃ」とは、外径１１４．３ｍｍ、肉厚７．４ｍｍの継目無鋼管形状を意味する。「鋼管Ｄ」とは、外径１９８．２ｍｍ、肉厚２１．２ｍｍの継目無鋼管形状を意味する。「鋼板」とは、板厚１３ｍｍ、板厚方向に垂直な断面が一辺１５ｍｍ×６０ｍｍの長方形である鋼板形状を意味する。「丸鋼」とは、軸方向に５００ｍｍ、軸方向に垂直な断面が直径５０ｍｍの円形である円柱形状を意味する。
【0117】
【表2】
【0118】
【表3】
【0119】
熱間圧延によって製造された各試験番号の中間鋼材に対して、表２及び表３に記載の条件で溶体化処理を実施して、各試験番号の鋼材を製造した。具体的に、各試験番号の中間鋼材に対して、表２及び表３に記載の熱処理温度（℃）、熱処理時間（分）で熱処理を実施した。なお、本実施例では、溶体化処理を実施する熱処理炉の炉温を、熱処理温度（℃）とした。さらに、溶体化処理を実施する熱処理炉に中間鋼材を装入してから、抽出するまでの時間を、熱処理時間（分）とした。各試験番号の中間鋼材に実施した熱処理について、熱処理温度（℃）と熱処理時間（分）とを表２及び表３に示す。
【0120】
熱処理が実施された各試験番号の中間鋼材に対して、表２及び表３に記載の維持温度（℃）で、維持時間（秒）だけ維持した後、急冷開始温度（℃）から水冷して、各試験番号の鋼材を製造した。なお、表２及び表３の「維持温度」欄の「ＳＣ」（Ｓｌｏｗ Ｃｏｏｌｉｎｇ）とは、鋼材の温度を一定に保持せず、緩冷却を実施することによって、９５０～９００℃の間を表２及び表３に記載の維持時間（秒）だけ維持した後、急冷開始温度（℃）から水冷したことを意味する。さらに、表２の「維持温度」欄の「－」とは、維持工程を実施しなかったことを意味する。各試験番号について、維持温度（℃）と維持時間（秒）と急冷開始温度（℃）とを表２及び表３に示す。以上の工程により、各試験番号の鋼材を得た。なお、各試験番号の中間鋼材の形状と、対応する試験番号の鋼材の形状とは、同一であった。
【0121】
［評価試験］
溶体化処理後の各試験番号の鋼材に対して、ミクロ組織観察と、微細Ｃｕ析出物個数密度測定試験と、引張試験と、シャルピー衝撃試験と、腐食試験とを実施した。
溶体化処理後の各試験番号の鋼材に対して、ミクロ組織観察と、微細Ｃｕ析出物個数密度測定試験と、引張試験と、シャルピー衝撃試験と、腐食試験とを実施した。
【0122】
［ミクロ組織観察］
各試験番号の鋼材に対して、ＡＳＴＭ Ｅ５６２（２０１９）に準拠した上述の方法でミクロ組織観察を実施して、フェライト体積率（％）を求めた。まず、各試験番号の鋼材から、鋼材の圧延方向と垂直な断面を観察面として有する試験片を作製した。具体的には、鋼材の形状が鋼管の場合、肉厚中央部から試験片を作製した。鋼材の形状が鋼板の場合、板厚中央部から試験片を作製した。さらに、鋼材の形状が丸鋼の場合、Ｒ／２位置から試験片を作製した。作製された試験片を用いて、上述の方法でフェライト体積率を求めた。得られた各試験番号のフェライト体積率（％）を表２及び表３に示す。
各試験番号の鋼材に対して、ＡＳＴＭ Ｅ５６２（２０１９）に準拠した上述の方法でミクロ組織観察を実施して、フェライト体積率（％）を求めた。まず、各試験番号の鋼材から、鋼材の圧延方向と垂直な断面を観察面として有する試験片を作製した。具体的には、鋼材の形状が鋼管の場合、肉厚中央部から試験片を作製した。鋼材の形状が鋼板の場合、板厚中央部から試験片を作製した。さらに、鋼材の形状が丸鋼の場合、Ｒ／２位置から試験片を作製した。作製された試験片を用いて、上述の方法でフェライト体積率を求めた。得られた各試験番号のフェライト体積率（％）を表２及び表３に示す。
【0123】
［微細Ｃｕ析出物個数密度測定試験］
各試験番号の鋼材に対して、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度を求めた。オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度は、上述の方法を用いて求めた。まず、各試験番号の鋼材から、試験片を作製した。具体的には、鋼材の形状が鋼管の場合、肉厚中央部から、管軸方向５ｍｍ、管径方向５ｍｍの観察面を有する試験片を作製した。鋼材の形状が鋼板の場合、板厚中央部から、板厚方向５ｍｍ、板幅方向５ｍｍの観察面を有する試験片を作製した。鋼材の形状が丸鋼の場合、Ｒ／２位置から、軸方向５ｍｍ、径方向５ｍｍの観察面を有する試験片を作製した。作製された試験片を用いて、上述の方法でオーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度を求めた。得られた各試験番号のオーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度（個／μｍ３）を「微細Ｃｕ析出物の個数密度（個／μｍ３）」として表２及び表３に示す。
各試験番号の鋼材に対して、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度を求めた。オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度は、上述の方法を用いて求めた。まず、各試験番号の鋼材から、試験片を作製した。具体的には、鋼材の形状が鋼管の場合、肉厚中央部から、管軸方向５ｍｍ、管径方向５ｍｍの観察面を有する試験片を作製した。鋼材の形状が鋼板の場合、板厚中央部から、板厚方向５ｍｍ、板幅方向５ｍｍの観察面を有する試験片を作製した。鋼材の形状が丸鋼の場合、Ｒ／２位置から、軸方向５ｍｍ、径方向５ｍｍの観察面を有する試験片を作製した。作製された試験片を用いて、上述の方法でオーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度を求めた。得られた各試験番号のオーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度（個／μｍ３）を「微細Ｃｕ析出物の個数密度（個／μｍ３）」として表２及び表３に示す。
【0124】
［引張試験］
各試験番号の鋼材に対して、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）に準拠した上述の方法で引張試験を実施して、降伏強度（ＭＰａ）を求めた。まず、各試験番号の鋼材から、引張試験用の試験片を作製した。具体的には、鋼材の形状が鋼管の場合、厚さは鋼管の肉厚と同じであって、幅２５．４ｍｍ、標点距離５０．８ｍｍの円弧状試験片を作製した。鋼材の形状が鋼板の場合、板厚中央部から引張試験片を作製した。鋼材の形状が丸鋼の場合、Ｒ／２位置から引張試験片を作製した。引張試験片の大きさは、平行部直径６ｍｍ、標点距離２４ｍｍとした。なお、引張試験片及び円弧状試験片の長手方向は、鋼材の圧延方向と平行であった。作製された各試験番号の試験片に対して、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）に準拠して、引張試験を実施した。引張試験で得られた０．２％オフセット耐力を、降伏強度と定義した。得られた各試験番号の降伏強度（ＭＰａ）を「ＹＳ（ＭＰａ）」として表２及び表３に示す。
各試験番号の鋼材に対して、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）に準拠した上述の方法で引張試験を実施して、降伏強度（ＭＰａ）を求めた。まず、各試験番号の鋼材から、引張試験用の試験片を作製した。具体的には、鋼材の形状が鋼管の場合、厚さは鋼管の肉厚と同じであって、幅２５．４ｍｍ、標点距離５０．８ｍｍの円弧状試験片を作製した。鋼材の形状が鋼板の場合、板厚中央部から引張試験片を作製した。鋼材の形状が丸鋼の場合、Ｒ／２位置から引張試験片を作製した。引張試験片の大きさは、平行部直径６ｍｍ、標点距離２４ｍｍとした。なお、引張試験片及び円弧状試験片の長手方向は、鋼材の圧延方向と平行であった。作製された各試験番号の試験片に対して、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）に準拠して、引張試験を実施した。引張試験で得られた０．２％オフセット耐力を、降伏強度と定義した。得られた各試験番号の降伏強度（ＭＰａ）を「ＹＳ（ＭＰａ）」として表２及び表３に示す。
【0125】
［シャルピー衝撃試験］
各試験番号の鋼材に対して、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１８）に準拠したシャルピー衝撃試験を実施して、低温靭性を評価した。まず、各試験番号の鋼材から、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１８）に準拠して、シャルピー衝撃試験用のＶノッチ試験片を作製した。鋼材の形状が鋼管の場合、肉厚中央部から、肉厚方向及び管軸方向に平行なノッチ面を有するＶノッチ試験片を作製した。鋼材の形状が鋼板の場合、板厚中央部から、板厚方向及び圧延方向に平行なノッチ面を有するＶノッチ試験片を作製した。鋼材の形状が丸鋼の場合、Ｒ／２位置から、径方向及び軸方向に平行なノッチ面を有するＶノッチ試験片を作製した。なお、Ｖノッチ試験片の長手方向は、鋼材の圧延方向と平行であった。
各試験番号の鋼材に対して、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１８）に準拠したシャルピー衝撃試験を実施して、低温靭性を評価した。まず、各試験番号の鋼材から、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１８）に準拠して、シャルピー衝撃試験用のＶノッチ試験片を作製した。鋼材の形状が鋼管の場合、肉厚中央部から、肉厚方向及び管軸方向に平行なノッチ面を有するＶノッチ試験片を作製した。鋼材の形状が鋼板の場合、板厚中央部から、板厚方向及び圧延方向に平行なノッチ面を有するＶノッチ試験片を作製した。鋼材の形状が丸鋼の場合、Ｒ／２位置から、径方向及び軸方向に平行なノッチ面を有するＶノッチ試験片を作製した。なお、Ｖノッチ試験片の長手方向は、鋼材の圧延方向と平行であった。
【0126】
なお、鋼材の形状が鋼管Ａ、鋼管Ｄ、鋼板、及び、丸鋼の場合、フルサイズ（幅１０ｍｍ、厚さ１０ｍｍ、長さ５５ｍｍ）のＶノッチ試験片を作製した。鋼材の形状が鋼管Ｂの場合、サブサイズ（幅１０ｍｍ、厚さ７．５ｍｍ、長さ５５ｍｍ）のＶノッチ試験片を作製した。鋼材の形状が鋼管Ｃの場合、サブサイズ（幅１０ｍｍ、厚さ５ｍｍ、長さ５５ｍｍ）のＶノッチ試験片を作製した。ここで、Ｖノッチ試験片の幅とは、Ｖノッチ試験片のうち、Ｖノッチが形成されている面と、その反対面との間隔を意味する。
【0127】
作製された各試験番号のＶノッチ試験片に対して、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１８）に準拠して、シャルピー衝撃試験を実施した。具体的には、ＡＳＴＭ Ｅ２３（２０１８）に準拠して作製された各試験番号の３本の試験片を－１０℃に冷却し、吸収エネルギー（Ｊ）を求めた。求めた吸収エネルギーを、用いたＶノッチ試験片の長手方向に垂直な断面積（ｃｍ２）で除し、－１０℃における単位面積あたりの吸収エネルギー（Ｊ／ｃｍ２）を求めた。なお、Ｖノッチ試験片の長手方向の断面積（ｃｍ２）は、上述の方法で定義した。得られた各試験番号の－１０℃における単位面積あたりの吸収エネルギー（Ｊ／ｃｍ２）を「Ｅ（－１０℃）（Ｊ／ｃｍ２）」として、表２及び表３に示す。
【0128】
［腐食試験］
各試験番号の鋼材に対して、ＡＳＴＭ Ｇ４８（２０１１） Ｍｅｔｈｏｄ Ｅに準拠した上述の方法で腐食試験を実施して、耐孔食性を評価した。まず、各試験番号の鋼材から、腐食試験用の試験片を作製した。具体的には、鋼材の形状が鋼管の場合、肉厚中央部から試験片を作製した。鋼材の形状が鋼板の場合、板厚中央部から試験片を作製した。鋼材の形状が丸鋼の場合、Ｒ／２位置から試験片を作製した。なお、腐食試験用の試験片の大きさは、厚さ３ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍであり、試験片の長手方向は、鋼材の圧延方向と平行であった。
各試験番号の鋼材に対して、ＡＳＴＭ Ｇ４８（２０１１） Ｍｅｔｈｏｄ Ｅに準拠した上述の方法で腐食試験を実施して、耐孔食性を評価した。まず、各試験番号の鋼材から、腐食試験用の試験片を作製した。具体的には、鋼材の形状が鋼管の場合、肉厚中央部から試験片を作製した。鋼材の形状が鋼板の場合、板厚中央部から試験片を作製した。鋼材の形状が丸鋼の場合、Ｒ／２位置から試験片を作製した。なお、腐食試験用の試験片の大きさは、厚さ３ｍｍ、幅２５ｍｍ、長さ５０ｍｍであり、試験片の長手方向は、鋼材の圧延方向と平行であった。
【0129】
作製された各試験番号の試験片を、比液量５ｍＬ／ｃｍ２以上であり、１５℃の試験溶液（６％ＦｅＣｌ３＋１％ＨＣｌ）に浸漬させた。試験片を試験溶液に浸漬してから２４時間毎に、試験溶液の温度を５℃ずつ上昇させ、孔食の発生の有無を肉眼で確認した。孔食が発生したときの温度をＣＰＴ（℃）とした。得られた各試験番号のＣＰＴ（℃）を表２及び表３に示す。
【0130】
［評価結果］
表１～表３を参照して、試験番号１～４２の鋼材は、化学組成が適切であり、Ｆｎ１が３０．０以上であった。さらに、製造方法も明細書に記載の好ましい製造方法であった。その結果、フェライトの体積率が３０．０～７０．０％となり、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度が１５０～１５００個／μｍ３となった。その結果、降伏強度が５８６ＭＰａ以上となり、ＣＰＴが１５℃を超え、－１０℃における単位面積あたりの吸収エネルギーが６０．０Ｊ／ｃｍ２以上となった。すなわち、試験番号１～４２の鋼材は、５８６ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた低温靭性と、優れた耐孔食性とを有していた。
表１～表３を参照して、試験番号１～４２の鋼材は、化学組成が適切であり、Ｆｎ１が３０．０以上であった。さらに、製造方法も明細書に記載の好ましい製造方法であった。その結果、フェライトの体積率が３０．０～７０．０％となり、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度が１５０～１５００個／μｍ３となった。その結果、降伏強度が５８６ＭＰａ以上となり、ＣＰＴが１５℃を超え、－１０℃における単位面積あたりの吸収エネルギーが６０．０Ｊ／ｃｍ２以上となった。すなわち、試験番号１～４２の鋼材は、５８６ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた低温靭性と、優れた耐孔食性とを有していた。
【0131】
一方、試験番号４３の鋼材では、熱処理温度が低すぎた。その結果、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度が１５００個／μｍ３を超えた。その結果、－１０℃における単位面積あたりの吸収エネルギーが６０．０Ｊ／ｃｍ２未満となった。すなわち、試験番号４３の鋼材は、優れた低温靭性を有していなかった。
【0132】
試験番号４４の鋼材では、維持温度が高すぎた。試験番号４４の鋼材ではさらに、急冷開始温度が高すぎた。その結果、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度が１５０個／μｍ３未満となった。その結果、降伏強度が５８６ＭＰａ未満となった。すなわち、試験番号４４の鋼材は、５８６ＭＰａ以上の降伏強度を有していなかった。
【0133】
試験番号４５の鋼材では、維持工程を実施しなかった。試験番号４５の鋼材ではさらに、急冷開始温度が高すぎた。その結果、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度が１５０個／μｍ３未満となった。その結果、降伏強度が５８６ＭＰａ未満となった。すなわち、試験番号４５の鋼材は、５８６ＭＰａ以上の降伏強度を有していなかった。
【0134】
試験番号４６及び４７の鋼材では、維持時間が短すぎた。その結果、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度が１５０個／μｍ３未満となった。その結果、降伏強度が５８６ＭＰａ未満となった。すなわち、試験番号４６及び４７の鋼材は、５８６ＭＰａ以上の降伏強度を有していなかった。
【0135】
試験番号４８の鋼材では、急冷開始温度が低すぎた。その結果、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度が１５００個／μｍ３を超えた。その結果、－１０℃における単位面積あたりの吸収エネルギーが６０．０Ｊ／ｃｍ２未満となった。すなわち、試験番号４８の鋼材は、優れた低温靭性を有していなかった。
【0136】
試験番号４９の鋼材では、Ｆｎ１が３０．０未満であった。その結果、ＣＰＴが１５℃となった。すなわち、試験番号４９の鋼材は、優れた耐孔食性を有していなかった。
【0137】
試験番号５０の鋼材では、Ｃｒ含有量が低すぎた。その結果、フェライトの体積率が３０．０％未満となった。その結果、降伏強度が５８６ＭＰａ未満となった。すなわち、試験番号５０の鋼材は、５８６ＭＰａ以上の降伏強度を有していなかった。
【0138】
試験番号５１の鋼材では、Ｃｕ含有量が低すぎた。その結果、オーステナイト中の微細Ｃｕ析出物の個数密度が１５０個／μｍ３未満となった。その結果、降伏強度が５８６ＭＰａ未満となった。すなわち、試験番号５１の鋼材は、５８６ＭＰａ以上の降伏強度を有していなかった。
【0139】
以上、本開示の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本開示を実施するための例示に過ぎない。したがって、本開示は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。
【0140】
なお、本実施形態による二相ステンレス鋼材の要旨は、以下のとおりに記載することもできる。
【0141】
［１］
質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．２０～１．００％、
Ｍｎ：０．５０～７．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎｉ：４．２０～９．００％、
Ｃｒ：２０．００～３０．００％、
Ｍｏ：０．５０～２．００％、
Ｃｕ：１．５０～４．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｖ：０．０１～１．５０％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１Ａ）を満たし、
ミクロ組織が、体積率で３０．０～７０．０％のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなり、
降伏強度が５８６ＭＰａ以上であり、
前記オーステナイト中において、長径５０ｎｍ以下のＣｕ析出物の個数密度が１５０～１５００個／μｍ３である、
二相ステンレス鋼材。
Ｃｒ＋３．３Ｍｏ＋１６Ｎ≧３０．０ （１Ａ）
ここで、式（１Ａ）中の元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．２０～１．００％、
Ｍｎ：０．５０～７．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎｉ：４．２０～９．００％、
Ｃｒ：２０．００～３０．００％、
Ｍｏ：０．５０～２．００％、
Ｃｕ：１．５０～４．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｖ：０．０１～１．５０％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１Ａ）を満たし、
ミクロ組織が、体積率で３０．０～７０．０％のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなり、
降伏強度が５８６ＭＰａ以上であり、
前記オーステナイト中において、長径５０ｎｍ以下のＣｕ析出物の個数密度が１５０～１５００個／μｍ３である、
二相ステンレス鋼材。
Ｃｒ＋３．３Ｍｏ＋１６Ｎ≧３０．０ （１Ａ）
ここで、式（１Ａ）中の元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
【0142】
［２］
質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．２０～１．００％、
Ｍｎ：０．５０～７．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎｉ：４．２０～９．００％、
Ｃｒ：２０．００～３０．００％、
Ｍｏ：０．５０～２．００％、
Ｃｕ：１．５０～４．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｖ：０．０１～１．５０％、を含有し、さらに、
Ｎｂ：０．１００％以下、
Ｔａ：０．１００％以下、
Ｔｉ：０．１００％以下、
Ｚｒ：０．１００％以下、
Ｈｆ：０．１００％以下、
Ｗ：０．２００％以下、
Ｃｏ：０．５００％以下、
Ｓｎ：０．１００％以下、
Ｓｂ：０．１００％以下、
Ｃａ：０．０２０％以下、
Ｍｇ：０．０２０％以下、
Ｂ：０．０２０％以下、及び、
希土類元素：０．２００％以下、からなる群から選択される１元素以上を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１Ｂ）を満たし、
ミクロ組織が、体積率で３０．０～７０．０％のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなり、
降伏強度が５８６ＭＰａ以上であり、
前記オーステナイト中において、長径５０ｎｍ以下のＣｕ析出物の個数密度が１５０～１５００個／μｍ３である、
二相ステンレス鋼材。
Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ≧３０．０ （１Ｂ）
ここで、式（１Ｂ）中の元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。
質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：０．２０～１．００％、
Ｍｎ：０．５０～７．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．０２０％以下、
Ａｌ：０．１００％以下、
Ｎｉ：４．２０～９．００％、
Ｃｒ：２０．００～３０．００％、
Ｍｏ：０．５０～２．００％、
Ｃｕ：１．５０～４．００％、
Ｎ：０．１５０～０．３５０％、
Ｖ：０．０１～１．５０％、を含有し、さらに、
Ｎｂ：０．１００％以下、
Ｔａ：０．１００％以下、
Ｔｉ：０．１００％以下、
Ｚｒ：０．１００％以下、
Ｈｆ：０．１００％以下、
Ｗ：０．２００％以下、
Ｃｏ：０．５００％以下、
Ｓｎ：０．１００％以下、
Ｓｂ：０．１００％以下、
Ｃａ：０．０２０％以下、
Ｍｇ：０．０２０％以下、
Ｂ：０．０２０％以下、及び、
希土類元素：０．２００％以下、からなる群から選択される１元素以上を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１Ｂ）を満たし、
ミクロ組織が、体積率で３０．０～７０．０％のフェライト、及び、残部がオーステナイトからなり、
降伏強度が５８６ＭＰａ以上であり、
前記オーステナイト中において、長径５０ｎｍ以下のＣｕ析出物の個数密度が１５０～１５００個／μｍ３である、
二相ステンレス鋼材。
Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ≧３０．０ （１Ｂ）
ここで、式（１Ｂ）中の元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。対応する元素が含有されていない場合、その元素記号には「０」が代入される。
【0143】
［３］
［２］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
Ｎｂ：０．１００％以下、
Ｔａ：０．１００％以下、
Ｔｉ：０．１００％以下、
Ｚｒ：０．１００％以下、
Ｈｆ：０．１００％以下、及び、
Ｗ：０．２００％以下、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
［２］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
Ｎｂ：０．１００％以下、
Ｔａ：０．１００％以下、
Ｔｉ：０．１００％以下、
Ｚｒ：０．１００％以下、
Ｈｆ：０．１００％以下、及び、
Ｗ：０．２００％以下、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
【0144】
［４］
［２］又は［３］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
Ｃｏ：０．５００％以下、
Ｓｎ：０．１００％以下、及び、
Ｓｂ：０．１００％以下、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
［２］又は［３］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
Ｃｏ：０．５００％以下、
Ｓｎ：０．１００％以下、及び、
Ｓｂ：０．１００％以下、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
【0145】
［５］
［２］～［４］のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼材であって、
Ｃａ：０．０２０％以下、
Ｍｇ：０．０２０％以下、
Ｂ：０．０２０％以下、及び、
希土類元素：０．２００％以下、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
［２］～［４］のいずれか１項に記載の二相ステンレス鋼材であって、
Ｃａ：０．０２０％以下、
Ｍｇ：０．０２０％以下、
Ｂ：０．０２０％以下、及び、
希土類元素：０．２００％以下、からなる群から選択される１元素以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
【要約】
５８６ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた低温靭性と優れた耐孔食性とを有する二相ステンレス鋼材を提供する。本開示による二相ステンレス鋼材は、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：０．２０～１．００％、Ｍｎ：０．５０～７．００％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０２０％以下、Ａｌ：０．１００％以下、Ｎｉ：４．２０～９．００％、Ｃｒ：２０．００～３０．００％、Ｍｏ：０．５０～２．００％、Ｃｕ：１．５０～４．００％、Ｎ：０．１５０～０．３５０％、Ｖ：０．０１～１．５０％、及び、残部がＦｅ及び不純物からなり、明細書に記載の式（１）を満たす。ミクロ組織が、体積率で３０．０～７０．０％のフェライト及び残部がオーステナイトからなり、降伏強度が５８６ＭＰａ以上であり、オーステナイト中において長径５０ｎｍ以下のＣｕ析出物の個数密度が１５０～１５００個／μｍ３である。
【図1】
【図2】