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(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】2023-10-11
(45)【発行日】2023-10-19
(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 20060101AFI20231012BHJP
C22C 38/58 20060101ALI20231012BHJP
C22C 38/60 20060101ALI20231012BHJP
C22C 30/04 20060101ALI20231012BHJP
C21D 8/02 20060101ALN20231012BHJP
C21D 8/06 20060101ALN20231012BHJP
C21D 8/10 20060101ALN20231012BHJP
C21D 9/08 20060101ALN20231012BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 302H
C22C38/58
C22C38/60
C22C30/04
C21D8/02 D
C21D8/06 B
C21D8/10 D
C21D9/08 E
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2022107873
(22)【出願日】2022-07-04
【審査請求日】2022-07-04
(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】西畑 敏伸
(72)【発明者】
【氏名】岡田 誠也
(72)【発明者】
【氏名】荒井 勇次
【審査官】井上 能宏
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－１８６４４２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特許第７１７３３５９（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】特開２０１８－１９３５９１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０５９１５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２１／０３３６７２（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－０８４５２２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０７３７８９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－１６７４４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２１－１６７４４６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０５－１３２７４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１２／１１１５３６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１４－０４３６１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－００３３７７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２２Ｃ ３８／００
Ｃ２２Ｃ ３８／５８
Ｃ２１Ｄ ８／００
Ｃ２１Ｄ ８／０２
Ｃ２１Ｄ ９／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．１０～９．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．００１０％以下、
Ｃｒ：２０．０～３２．０％、
Ｎｉ：３．５～１０．０％、
Ｍｏ：０．５～５．０％、
Ｃｕ：０．５～６．０％、
Ｖ：０．０１％以上０．１０％未満、
Ｂ：０．００１０～０．００５０％、
Ｎ：０．１５０％未満、及び、
Ｏ：０．０００１～０．００７０％、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ａ）及び（２）を満たす化学組成と、
体積率で３０～８０％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、
６５５ＭＰａ以上の降伏強度と、を有する、
二相ステンレス鋼材。
２４．０＜Ｃｒ＋３．３×Ｍｏ＋１６×Ｎ＜３５．０ （１Ａ）
（Ｎ×Ｓ／Ｂ）×１０3＜１１．５ （２）
ここで、式（１Ａ）及び（２）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
【請求項2】
質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．１０～９．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．００１０％以下、
Ｃｒ：２０．０～３２．０％、
Ｎｉ：３．５～１０．０％、
Ｍｏ：０．５～５．０％、
Ｃｕ：０．５～６．０％、
Ｖ：０．０１％以上０．１０％未満、
Ｂ：０．００１０～０．００５０％、
Ｎ：０．１５０％未満、及び、
Ｏ：０．０００１～０．００７０％、を含有し、さらに、
Ｎｂ：０．１００％以下、
Ａｌ：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：０．５０％以下、
Ｃｏ：０．５０％以下、
Ｓｎ：０．１０００％以下、
Ｓｂ：０．１０００％以下、
Ｂｉ：０．１０００％以下、
Ｐｂ：０．００３０％以下、
Ｃａ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．１０００％以下、及び、
希土類元素：０．１０００％以下、からなる群から選択される１種以上を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ｂ）及び（２）を満たす化学組成と、
体積率で３０～８０％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、
６５５ＭＰａ以上の降伏強度と、を有する、
二相ステンレス鋼材。
２４．０＜Ｃｒ＋３．３×（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）＋１６×Ｎ＜３５．０ （１Ｂ）
（Ｎ×Ｓ／Ｂ）×１０3＜１１．５ （２）
ここで、式（１Ｂ）及び（２）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
【請求項3】
請求項２に記載の二相ステンレス鋼材であって、前記化学組成は、
Ｎｂ：０．１００％以下、
Ａｌ：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：０．５０％以下、及び、
Ｃｏ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
【請求項4】
請求項２に記載の二相ステンレス鋼材であって、前記化学組成は、
Ｓｎ：０．１０００％以下、
Ｓｂ：０．１０００％以下、
Ｂｉ：０．１０００％以下、及び、
Ｐｂ：０．００３０％以下、からなる群から選択される１種以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
【請求項5】
請求項２に記載の二相ステンレス鋼材であって、前記化学組成は、
Ｃａ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．１０００％以下、及び、
希土類元素：０．１０００％以下、からなる群から選択される１種以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は鋼材に関し、さらに詳しくは、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、腐食性を有する硫化水素ガス（Ｈ2Ｓ）や炭酸ガス（ＣＯ2）等を含有する腐食環境である。これまでに、このような腐食環境における鋼材の耐食性を向上するには、クロム（Ｃｒ）が有効であることが知られている。そのため、腐食環境である油井では、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。
【0003】
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。そこで、特開平５－１３２７４１号公報（特許文献１）、国際公開第２０１２／１１１５３６号（特許文献２）、特開２０１４－０４３６１６号公報（特許文献３）、及び、特開２０１６－３３７７号公報（特許文献４）では、高強度を有する二相ステンレス鋼材を提案する。
【0004】
特許文献１に開示される二相ステンレス鋼材は、二相ステンレス鋼であり、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。
【0005】
特許文献２に開示される二相ステンレス鋼材は、二相ステンレス鋼であり、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：０．２０～１．００％、Ｍｎ：８．００％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０１００％以下、Ｃｕ：２．００超～４．００％以下、Ｎｉ：４．００～８．００％、Ｃｒ：２０．０～３０．０％、Ｍｏ：０．５０～２．００％未満、Ｎ：０．１００～０．３５０％、及び、Ａｌ：０．０４０％以下を含有し、残部はＦｅ及び不純物からなる化学組成と、フェライト率が３０～７０％であり、フェライトの硬さが３００Ｈｖ10gf以上である組織とを有する。この二相ステンレス鋼材は、高強度及び高靱性を有する、と特許文献２には記載されている。
【0006】
特許文献３に開示される二相ステンレス鋼材は、二相ステンレス鋼であり、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材は、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。
【0007】
特許文献４に開示される二相ステンレス鋼材は、二相ステンレス鋼管であり、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、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％、及び、Ｂ：０．０００５～０．０２％を含有し、残部はＦｅ及び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材は、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】
【0008】
【文献】特開平５－１３２７４１号公報
【文献】国際公開第２０１２／１１１５３６号
【文献】特開２０１４－０４３６１６号公報
【文献】特開２０１６－３３７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
ところで、二相ステンレス鋼材では、製造時に熱間圧延や熱間押出等の熱間加工が実施される場合がある。そのため、二相ステンレス鋼材には、高強度に加えて、優れた熱間加工性も求められる。しかしながら、上記特許文献１～４では、熱間加工性について、検討がされていない。
【0010】
本開示の目的は、高強度と、優れた熱間加工性とを有する、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】
【0011】
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：１．００％以下、
Ｍｎ：０．１０～９．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．００１０％以下、
Ｃｒ：２０．０～３２．０％、
Ｎｉ：３．５～１０．０％、
Ｍｏ：０．５～５．０％、
Ｃｕ：０．５～６．０％、
Ｖ：０．０１％以上０．１０％未満、
Ｂ：０．００１０～０．００５０％、
Ｎ：０．１５０％未満、及び、
Ｏ：０．０００１～０．００７０％、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ａ）及び（２）を満たす化学組成と、
体積率で３０～８０％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、
６５５ＭＰａ以上の降伏強度と、を有する。
２４．０＜Ｃｒ＋３．３×Ｍｏ＋１６×Ｎ＜３５．０ （１Ａ）
（Ｎ×Ｓ／Ｂ）×１０3＜１１．５ （２）
ここで、式（１Ａ）及び（２）中の各元素記号には、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：１．００％以下、
Ｍｎ：０．１０～９．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．００１０％以下、
Ｃｒ：２０．０～３２．０％、
Ｎｉ：３．５～１０．０％、
Ｍｏ：０．５～５．０％、
Ｃｕ：０．５～６．０％、
Ｖ：０．０１％以上０．１０％未満、
Ｂ：０．００１０～０．００５０％、
Ｎ：０．１５０％未満、及び、
Ｏ：０．０００１～０．００７０％、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ａ）及び（２）を満たす化学組成と、
体積率で３０～８０％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、
６５５ＭＰａ以上の降伏強度と、を有する。
２４．０＜Ｃｒ＋３．３×Ｍｏ＋１６×Ｎ＜３５．０ （１Ａ）
（Ｎ×Ｓ／Ｂ）×１０3＜１１．５ （２）
ここで、式（１Ａ）及び（２）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
【0012】
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：１．００％以下、
Ｍｎ：０．１０～９．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．００１０％以下、
Ｃｒ：２０．０～３２．０％、
Ｎｉ：３．５～１０．０％、
Ｍｏ：０．５～５．０％、
Ｃｕ：０．５～６．０％、
Ｖ：０．０１％以上０．１０％未満、
Ｂ：０．００１０～０．００５０％、
Ｎ：０．１５０％未満、及び、
Ｏ：０．０００１～０．００７０％、を含有し、さらに、
Ｎｂ：０．１００％以下、
Ａｌ：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：０．５０％以下、
Ｃｏ：０．５０％以下、
Ｓｎ：０．１０００％以下、
Ｓｂ：０．１０００％以下、
Ｂｉ：０．１０００％以下、
Ｐｂ：０．００３０％以下、
Ｃａ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．１０００％以下、及び、
希土類元素：０．１０００％以下、からなる群から選択される１種以上を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ｂ）及び（２）を満たす化学組成と、
体積率で３０～８０％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、
６５５ＭＰａ以上の降伏強度と、を有する。
２４．０＜Ｃｒ＋３．３×（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）＋１６×Ｎ＜３５．０ （１Ｂ）
（Ｎ×Ｓ／Ｂ）×１０3＜１１．５ （２）
ここで、式（１Ｂ）及び（２）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．１０～９．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．００１０％以下、
Ｃｒ：２０．０～３２．０％、
Ｎｉ：３．５～１０．０％、
Ｍｏ：０．５～５．０％、
Ｃｕ：０．５～６．０％、
Ｖ：０．０１％以上０．１０％未満、
Ｂ：０．００１０～０．００５０％、
Ｎ：０．１５０％未満、及び、
Ｏ：０．０００１～０．００７０％、を含有し、さらに、
Ｎｂ：０．１００％以下、
Ａｌ：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：０．５０％以下、
Ｃｏ：０．５０％以下、
Ｓｎ：０．１０００％以下、
Ｓｂ：０．１０００％以下、
Ｂｉ：０．１０００％以下、
Ｐｂ：０．００３０％以下、
Ｃａ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．１０００％以下、及び、
希土類元素：０．１０００％以下、からなる群から選択される１種以上を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ｂ）及び（２）を満たす化学組成と、
体積率で３０～８０％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、
６５５ＭＰａ以上の降伏強度と、を有する。
２４．０＜Ｃｒ＋３．３×（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）＋１６×Ｎ＜３５．０ （１Ｂ）
（Ｎ×Ｓ／Ｂ）×１０3＜１１．５ （２）
ここで、式（１Ｂ）及び（２）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
【発明の効果】
【0013】
本開示による二相ステンレス鋼材は、高強度と、優れた熱間加工性とを有する。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
まず、本発明者らは、高強度として６５５ＭＰａ以上の降伏強度を有する二相ステンレス鋼材を得ることを検討した。つまり本発明者らは、６５５ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた熱間加工性とを両立する二相ステンレス鋼材を得る方法について、調査及び検討を行った。その結果、本発明者らは次の知見を得た。
【0016】
本発明者らは、まず、６５５ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた熱間加工性とを両立する二相ステンレス鋼材について、化学組成の観点から検討した。本発明者らによる詳細な検討の結果、窒素（Ｎ）の含有量を低減することにより、鋼材の熱間加工性が顕著に高まることが明らかになった。これまでに、二相ステンレス鋼材において、Ｎは、オーステナイトを安定化させる効果、鋼材の耐食性を高める効果、及び、鋼材中に固溶して鋼材の強度を高める効果を有することが知られてきた。そのため、二相ステンレス鋼材ではこれまでに、Ｎ含有量をある程度以上に高めてきた。しかしながら、本発明者らの詳細な検討の結果、Ｎ含有量を０．１５０％未満にまで低減すれば、鋼材の熱間加工性が顕著に高まる可能性があることが明らかになった。
【0017】
そこで本発明者らは、Ｎ含有量を０．１５０％未満に低減することを前提に、６５５ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた熱間加工性とを両立できる二相ステンレス鋼材について、その化学組成を詳細に検討した。その結果、本発明者らは、質量％で、Ｃ：０．０３０％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．１０～９．００％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．００１０％以下、Ｃｒ：２０．０～３２．０％、Ｎｉ：３．５～１０．０％、Ｍｏ：０．５～５．０％、Ｃｕ：０．５～６．０％、Ｖ：０．０１％以上０．１０％未満、Ｂ：０．００１０～０．００５０％、Ｎ：０．１５０％未満、及び、Ｏ：０．０００１～０．００７０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、任意元素を含有する場合はさらに、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｂ：０．１００％以下、Ａｌ：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：０．５０％以下、Ｃｏ：０．５０％以下、Ｓｎ：０．１０００％以下、Ｓｂ：０．１０００％以下、Ｂｉ：０．１０００％以下、Ｐｂ：０．００３０％以下、Ｃａ：０．００５０％以下、Ｍｇ：０．１０００％以下、及び、希土類元素：０．１０００％以下、からなる群から選択される１種以上を含有する二相ステンレス鋼材であれば、６５５ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた熱間加工性とを両立できる可能性があると考えた。
【0018】
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３０～８０％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。
【0019】
一方、上述の化学組成と、上述のミクロ組織と、６５５ＭＰａ以上の降伏強度とを有する二相ステンレス鋼材であっても、優れた熱間加工性が安定して得られない場合があった。そこで本発明者らは、上述の化学組成と、上述のミクロ組織と、６５５ＭＰａ以上の降伏強度とを有する二相ステンレス鋼材について、熱間加工性を高める方法について、詳細に調査及び検討を行った。その結果、本発明者らは、次の知見を得た。
【0020】
［式（１Ａ）及び（１Ｂ）について］
本発明者らの詳細な検討の結果、上述の化学組成と、上述のミクロ組織と、６５５ＭＰａ以上の降伏強度とを有する二相ステンレス鋼材のクロム（Ｃｒ）含有量、モリブデン（Ｍｏ）含有量、Ｎ含有量が、含有される場合タングステン（Ｗ）含有量を調整することで、鋼材の熱間加工性が高められることが明らかになった。具体的に、化学組成が必須元素からなる場合、式（１Ａ）を満たし、化学組成が必須元素及び任意元素からなる場合、式（１Ｂ）を満たせば、本実施形態のその他の構成を満たすことを条件に、６５５ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた熱間加工性とを両立できることが明らかになった。
２４．０＜Ｃｒ＋３．３×Ｍｏ＋１６×Ｎ＜３５．０ （１Ａ）
２４．０＜Ｃｒ＋３．３×（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）＋１６×Ｎ＜３５．０ （１Ｂ）
ここで、式（１Ａ）及び（１Ｂ）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
本発明者らの詳細な検討の結果、上述の化学組成と、上述のミクロ組織と、６５５ＭＰａ以上の降伏強度とを有する二相ステンレス鋼材のクロム（Ｃｒ）含有量、モリブデン（Ｍｏ）含有量、Ｎ含有量が、含有される場合タングステン（Ｗ）含有量を調整することで、鋼材の熱間加工性が高められることが明らかになった。具体的に、化学組成が必須元素からなる場合、式（１Ａ）を満たし、化学組成が必須元素及び任意元素からなる場合、式（１Ｂ）を満たせば、本実施形態のその他の構成を満たすことを条件に、６５５ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた熱間加工性とを両立できることが明らかになった。
２４．０＜Ｃｒ＋３．３×Ｍｏ＋１６×Ｎ＜３５．０ （１Ａ）
２４．０＜Ｃｒ＋３．３×（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）＋１６×Ｎ＜３５．０ （１Ｂ）
ここで、式（１Ａ）及び（１Ｂ）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
【0021】
Ｆｎ１＝Ｃｒ＋３．３×（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）＋１６×Ｎと定義する。上述のとおり、Ｗが含有されない場合、Ｆｎ１中の「Ｗ」には「０」が代入される。そこで本明細書では、以下の説明において、式（１Ａ）及び（１Ｂ）について、Ｗ含有の有無によらず、Ｆｎ１を用いて説明する。Ｆｎ１は、二相ステンレス鋼材の耐孔食性の指標として知られている。具体的に、上記特許文献１及び３では、Ｆｎ１が「ＰＲＥＷ」と記載され、Ｆｎ１を４０以上とすることで、鋼材の耐孔食性が高まることが開示されている（特許文献１の段落［０００５］、及び、特許文献３の段落［００３８］）。なお、耐孔食性とは、孔食及び／又はすきま腐食に対する耐食性を意味する。
【0022】
上記特許文献１及び３に開示されるように、Ｆｎ１が大きいほど、耐孔食性が優れると考えられている。一方、本発明者らによる詳細な検討の結果、Ｆｎ１を３５．０未満にまで低減すれば、本実施形態のその他の構成を満たすことを条件に、二相ステンレス鋼材の熱間加工性が高まることが明らかになった。具体的に、図１は、本実施例におけるＦｎ１の値と、二相ステンレス鋼材の熱間加工性の指標である絞り値（％）との関係を示す図である。図１は、後述する実施例のうち、本実施形態のＦｎ１以外の構成を満たす実施例について、Ｆｎ１の値と、絞り値（％）とを用いて作成した。なお、絞り値（％）は、後述の方法で求めた。
【0023】
図１を参照して、本実施形態のその他の構成を満たす二相ステンレス鋼材では、Ｆｎ１が３５．０未満であれば、絞り値が８０％以上となり、優れた熱間加工性を有することが確認できる。また、Ｆｎ１が低すぎれば、鋼材の耐孔食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は、本実施形態のその他の構成を満たすことを条件に、Ｆｎ１を２４．０超～３５．０未満とする。
【0024】
［式（２）について］
本発明者らの詳細な検討の結果、Ｆｎ１が２４．０超～３５．０未満を満たす上述の化学組成と、上述のミクロ組織と、６５５ＭＰａ以上の降伏強度とを有する二相ステンレス鋼材について、Ｎ含有量、硫黄（Ｓ）含有量、ホウ素（Ｂ）含有量を調整することで、鋼材の熱間加工性が安定して高められることが明らかになった。具体的に、Ｆｎ１が２４．０超～３５．０未満を満たす上述の化学組成と、上述のミクロ組織とを有する二相ステンレス鋼材では、次の式（２）を満たせば、６５５ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた熱間加工性とを安定して両立できることが明らかになった。
（Ｎ×Ｓ／Ｂ）×１０3＜１１．５ （２）
ここで、式（２）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
本発明者らの詳細な検討の結果、Ｆｎ１が２４．０超～３５．０未満を満たす上述の化学組成と、上述のミクロ組織と、６５５ＭＰａ以上の降伏強度とを有する二相ステンレス鋼材について、Ｎ含有量、硫黄（Ｓ）含有量、ホウ素（Ｂ）含有量を調整することで、鋼材の熱間加工性が安定して高められることが明らかになった。具体的に、Ｆｎ１が２４．０超～３５．０未満を満たす上述の化学組成と、上述のミクロ組織とを有する二相ステンレス鋼材では、次の式（２）を満たせば、６５５ＭＰａ以上の降伏強度と、優れた熱間加工性とを安定して両立できることが明らかになった。
（Ｎ×Ｓ／Ｂ）×１０3＜１１．５ （２）
ここで、式（２）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
【0025】
Ｆｎ２＝（Ｎ×Ｓ／Ｂ）×１０3と定義する。Ｆｎ２は、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材の熱間加工性の指標である。本発明者らの詳細な検討の結果、Ｆｎ２を１１．５未満にまで低減すれば、本実施形態のその他の構成を満たすことを条件に、二相ステンレス鋼材の熱間加工性が顕著に高まることが明らかになった。具体的に、図２は、本実施例におけるＦｎ２の値と、二相ステンレス鋼材の熱間加工性の指標である絞り値（％）との関係を示す図である。図２は、後述する実施例のうち、上述の化学組成と、上述のミクロ組織と、６５５ＭＰａ以上の降伏強度とを有し、Ｆｎ１が２４．０超～３５．０未満を満たす実施例について、Ｆｎ２の値と、絞り値（％）とを用いて作成した。なお、絞り値（％）は、後述の方法で求めた。
【0026】
図２を参照して、上述の化学組成と、上述のミクロ組織と、６５５ＭＰａ以上の降伏強度とを有し、Ｆｎ１が２４．０超～３５．０未満を満たす二相ステンレス鋼材では、Ｆｎ２が１１．５未満であれば、絞り値が８０％以上となり、優れた熱間加工性を有することが確認できる。したがって、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成と、上述のミクロ組織と、６５５ＭＰａ以上の降伏強度とを有し、Ｆｎ１が２４．０超～３５．０未満を満たした上でさらに、Ｆｎ２を１１．５未満とする。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、６５５ＭＰａ以上の高強度と、優れた熱間加工性とを両立することができる。
【0027】
なお、Ｆｎ２を１１．５未満とすることにより、上述の化学組成と、上述のミクロ組織と、６５５ＭＰａ以上の降伏強度とを有し、Ｆｎ１が２４．０超～３５．０未満を満たす二相ステンレス鋼材の熱間加工性が顕著に高まる理由について、詳細は明らかになっていない。しかしながら、本発明者らは、次のように推察している。二相ステンレス鋼材の熱間加工性が低い場合、フェライトとオーステナイトとの界面（相界面）、及び／又は、各相（フェライト及びオーステナイト）の結晶粒界に割れが発生し、その割れが伝播しやすくなっている可能性が高い。つまり、相界面や、各相の結晶粒界を強化できれば、二相ステンレス鋼材の熱間加工性が高まる可能性がある。ここで、Ｓは相界面や各相の結晶粒界に偏析して、これらを脆化させて、割れの発生と伝播を促進する可能性がある。また、Ｂは相界面や各相の結晶粒界に偏析して、これらを強化して、割れの発生と伝播を抑制できる可能性がある。なお、上述のとおり、Ｎ含有量を低減すれば、二相ステンレス鋼材の熱間加工性を高められる可能性がある。そのため、Ｎ含有量、Ｓ含有量、及び、Ｂ含有量のバランスを制御することで、二相ステンレス鋼材の熱間加工性を高められるのではないか、と本発明者らは推察している。なお、以後、相界面（フェライトとオーステナイトとの界面）、及び、各相（フェライト及びオーステナイト）の結晶粒界を総称して、「粒界」ともいう。
【0028】
なお、上述のメカニズム以外のメカニズムによって、二相ステンレス鋼材の熱間加工性が高められている可能性もあり得る。しかしながら、上述の化学組成と、上述のミクロ組織と、６５５ＭＰａ以上の降伏強度とを有し、Ｆｎ１が２４．０超～３５．０未満を満たす二相ステンレス鋼材のＦｎ２を１１．５未満とすることにより、熱間加工性が顕著に高まる点については、後述の実施例によって証明されている。
【0029】
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。
【0030】
［１］
質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．１０～９．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．００１０％以下、
Ｃｒ：２０．０～３２．０％、
Ｎｉ：３．５～１０．０％、
Ｍｏ：０．５～５．０％、
Ｃｕ：０．５～６．０％、
Ｖ：０．０１％以上０．１０％未満、
Ｂ：０．００１０～０．００５０％、
Ｎ：０．１５０％未満、及び、
Ｏ：０．０００１～０．００７０％、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ａ）及び（２）を満たす化学組成と、
体積率で３０～８０％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、
６５５ＭＰａ以上の降伏強度と、を有する、
二相ステンレス鋼材。
２４．０＜Ｃｒ＋３．３×Ｍｏ＋１６×Ｎ＜３５．０ （１Ａ）
（Ｎ×Ｓ／Ｂ）×１０3＜１１．５ （２）
ここで、式（１Ａ）及び（２）中の各元素記号には、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：１．００％以下、
Ｍｎ：０．１０～９．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．００１０％以下、
Ｃｒ：２０．０～３２．０％、
Ｎｉ：３．５～１０．０％、
Ｍｏ：０．５～５．０％、
Ｃｕ：０．５～６．０％、
Ｖ：０．０１％以上０．１０％未満、
Ｂ：０．００１０～０．００５０％、
Ｎ：０．１５０％未満、及び、
Ｏ：０．０００１～０．００７０％、を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ａ）及び（２）を満たす化学組成と、
体積率で３０～８０％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、
６５５ＭＰａ以上の降伏強度と、を有する、
二相ステンレス鋼材。
２４．０＜Ｃｒ＋３．３×Ｍｏ＋１６×Ｎ＜３５．０ （１Ａ）
（Ｎ×Ｓ／Ｂ）×１０3＜１１．５ （２）
ここで、式（１Ａ）及び（２）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
【0031】
［２］
質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．１０～９．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．００１０％以下、
Ｃｒ：２０．０～３２．０％、
Ｎｉ：３．５～１０．０％、
Ｍｏ：０．５～５．０％、
Ｃｕ：０．５～６．０％、
Ｖ：０．０１％以上０．１０％未満、
Ｂ：０．００１０～０．００５０％、
Ｎ：０．１５０％未満、及び、
Ｏ：０．０００１～０．００７０％、を含有し、さらに、
Ｎｂ：０．１００％以下、
Ａｌ：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：０．５０％以下、
Ｃｏ：０．５０％以下、
Ｓｎ：０．１０００％以下、
Ｓｂ：０．１０００％以下、
Ｂｉ：０．１０００％以下、
Ｐｂ：０．００３０％以下、
Ｃａ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．１０００％以下、及び、
希土類元素：０．１０００％以下、からなる群から選択される１種以上を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ｂ）及び（２）を満たす化学組成と、
体積率で３０～８０％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、
６５５ＭＰａ以上の降伏強度と、を有する、
二相ステンレス鋼材。
２４．０＜Ｃｒ＋３．３×（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）＋１６×Ｎ＜３５．０ （１Ｂ）
（Ｎ×Ｓ／Ｂ）×１０3＜１１．５ （２）
ここで、式（１Ｂ）及び（２）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
質量％で、
Ｃ：０．０３０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．１０～９．００％、
Ｐ：０．０４０％以下、
Ｓ：０．００１０％以下、
Ｃｒ：２０．０～３２．０％、
Ｎｉ：３．５～１０．０％、
Ｍｏ：０．５～５．０％、
Ｃｕ：０．５～６．０％、
Ｖ：０．０１％以上０．１０％未満、
Ｂ：０．００１０～０．００５０％、
Ｎ：０．１５０％未満、及び、
Ｏ：０．０００１～０．００７０％、を含有し、さらに、
Ｎｂ：０．１００％以下、
Ａｌ：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：０．５０％以下、
Ｃｏ：０．５０％以下、
Ｓｎ：０．１０００％以下、
Ｓｂ：０．１０００％以下、
Ｂｉ：０．１０００％以下、
Ｐｂ：０．００３０％以下、
Ｃａ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．１０００％以下、及び、
希土類元素：０．１０００％以下、からなる群から選択される１種以上を含有し、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
式（１Ｂ）及び（２）を満たす化学組成と、
体積率で３０～８０％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、
６５５ＭＰａ以上の降伏強度と、を有する、
二相ステンレス鋼材。
２４．０＜Ｃｒ＋３．３×（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）＋１６×Ｎ＜３５．０ （１Ｂ）
（Ｎ×Ｓ／Ｂ）×１０3＜１１．５ （２）
ここで、式（１Ｂ）及び（２）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
【0032】
［３］
［２］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
前記化学組成は、
Ｎｂ：０．１００％以下、
Ａｌ：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：０．５０％以下、及び、
Ｃｏ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上を含有する、
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、
前記化学組成は、
Ｎｂ：０．１００％以下、
Ａｌ：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：０．５０％以下、及び、
Ｃｏ：０．５０％以下、からなる群から選択される１種以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
【0033】
［４］
［２］又は［３］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
前記化学組成は、
Ｓｎ：０．１０００％以下、
Ｓｂ：０．１０００％以下、
Ｂｉ：０．１０００％以下、及び、
Ｐｂ：０．００３０％以下、からなる群から選択される１種以上を含有する、
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、
前記化学組成は、
Ｓｎ：０．１０００％以下、
Ｓｂ：０．１０００％以下、
Ｂｉ：０．１０００％以下、及び、
Ｐｂ：０．００３０％以下、からなる群から選択される１種以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
【0034】
［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、
前記化学組成は、
Ｃａ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．１０００％以下、及び、
希土類元素：０．１０００％以下、からなる群から選択される１種以上を含有する、
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、
前記化学組成は、
Ｃａ：０．００５０％以下、
Ｍｇ：０．１０００％以下、及び、
希土類元素：０．１０００％以下、からなる群から選択される１種以上を含有する、
二相ステンレス鋼材。
【0035】
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。
【0036】
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。元素に関する「％」は、特に断りがない限り、質量％を意味する。また、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。
【0037】
［化学組成］
本実施形態による二相ステンレス鋼の化学組成は、次の元素を含有する。
本実施形態による二相ステンレス鋼の化学組成は、次の元素を含有する。
【0038】
Ｃ：０．０３０％以下
炭素（Ｃ）は、不可避に含有される。つまり、Ｃ含有量の下限は０％超である。Ｃは粒界に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。ただし、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０．００２％である。
炭素（Ｃ）は、不可避に含有される。つまり、Ｃ含有量の下限は０％超である。Ｃは粒界に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。ただし、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０．００２％である。
【0039】
Ｓｉ：１．００％以下
ケイ素（Ｓｉ）は、不可避に含有される。つまり、Ｓｉ含有量の下限は０％超である。Ｓｉは、鋼を脱酸する。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、鋼材の熱間加工性が低下する。この場合さらに、鋼材の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｓｉ含有量は１．００％以下である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．９０％であり、さらに好ましくは０．８０％である。上記効果をより有効に得るためのＳｉ含有量の好ましい下限は０．１２％であり、さらに好ましくは０．１５％である。
ケイ素（Ｓｉ）は、不可避に含有される。つまり、Ｓｉ含有量の下限は０％超である。Ｓｉは、鋼を脱酸する。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、鋼材の熱間加工性が低下する。この場合さらに、鋼材の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｓｉ含有量は１．００％以下である。Ｓｉ含有量の好ましい上限は０．９０％であり、さらに好ましくは０．８０％である。上記効果をより有効に得るためのＳｉ含有量の好ましい下限は０．１２％であり、さらに好ましくは０．１５％である。
【0040】
Ｍｎ：０．１０～９．００％
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含有量が高すぎれば、Ｍｎは、Ｐ及びＳ等の不純物とともに、粒界に偏析する。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐食性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．１０～９．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．３０％であり、さらに好ましくは０．５０％であり、さらに好ましくは０．７０％であり、さらに好ましくは０．９０％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８．５０％であり、さらに好ましくは７．５０％であり、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含有量が高すぎれば、Ｍｎは、Ｐ及びＳ等の不純物とともに、粒界に偏析する。この場合、他の元素含有量が本実施形態の範囲内であっても、鋼材の耐食性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．１０～９．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．３０％であり、さらに好ましくは０．５０％であり、さらに好ましくは０．７０％であり、さらに好ましくは０．９０％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８．５０％であり、さらに好ましくは７．５０％であり、６．５０％であり、さらに好ましくは６．２０％である。
【0041】
Ｐ：０．０４０％以下
燐（Ｐ）は、不可避に含有される不純物である。すなわち、Ｐ含有量の下限は０％超である。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、Ｐが粒界に偏析して、鋼材の靭性が低下する。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不純物である。すなわち、Ｐ含有量の下限は０％超である。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、Ｐが粒界に偏析して、鋼材の靭性が低下する。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。
【0042】
Ｓ：０．００１０％以下
硫黄（Ｓ）は、不可避に含有される不純物である。すなわち、Ｓ含有量の下限は０％超である。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、Ｓが粒界に偏析して、鋼材の熱間加工性が低下する。この場合さらに、鋼材の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｓ含有量は０．００１０％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０００９％であり、さらに好ましくは０．０００８％であり、さらに好ましくは０．０００７％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０．０００２％である。
硫黄（Ｓ）は、不可避に含有される不純物である。すなわち、Ｓ含有量の下限は０％超である。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、Ｓが粒界に偏析して、鋼材の熱間加工性が低下する。この場合さらに、鋼材の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｓ含有量は０．００１０％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．０００９％であり、さらに好ましくは０．０００８％であり、さらに好ましくは０．０００７％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０．０００２％である。
【0043】
Ｃｒ：２０．０～３２．０％
クロム（Ｃｒ）は、鋼材の耐食性を高める。Ｃｒはさらに、鋼材中のフェライトの体積率を高める。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、σ相に代表される金属間化合物が形成されやすくなり、鋼材の靭性が低下する。シグマ相などの有害な相が析出しやすくなり，靭性低下を招く。したがって、Ｃｒ含有量は２０．０～３２．０％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２１．０％であり、さらに好ましくは２１．５％であり、さらに好ましくは２２．０％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は３１．０％であり、さらに好ましくは３０．０％であり、さらに好ましくは２９．０％である。
クロム（Ｃｒ）は、鋼材の耐食性を高める。Ｃｒはさらに、鋼材中のフェライトの体積率を高める。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、σ相に代表される金属間化合物が形成されやすくなり、鋼材の靭性が低下する。シグマ相などの有害な相が析出しやすくなり，靭性低下を招く。したがって、Ｃｒ含有量は２０．０～３２．０％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２１．０％であり、さらに好ましくは２１．５％であり、さらに好ましくは２２．０％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は３１．０％であり、さらに好ましくは３０．０％であり、さらに好ましくは２９．０％である。
【0044】
Ｎｉ：３．５～１０．０％
ニッケル（Ｎｉ）は、鋼材中のオーステナイトを安定化させる元素である。すなわち、Ｎｉは安定したフェライト及び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。この場合さらに、フェライトの体積率が高くなりすぎる場合がある。一方、Ｎｉ含有量が高すぎれば、製造コストを増大させる。したがって、Ｎｉ含有量は３．５～１０．０％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は４．０％であり、さらに好ましくは４．５％であり、さらに好ましくは５．０％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は９．０％であり、さらに好ましくは８．５％であり、さらに好ましくは８．０％であり、さらに好ましくは７．５％である。
ニッケル（Ｎｉ）は、鋼材中のオーステナイトを安定化させる元素である。すなわち、Ｎｉは安定したフェライト及び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。この場合さらに、フェライトの体積率が高くなりすぎる場合がある。一方、Ｎｉ含有量が高すぎれば、製造コストを増大させる。したがって、Ｎｉ含有量は３．５～１０．０％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は４．０％であり、さらに好ましくは４．５％であり、さらに好ましくは５．０％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は９．０％であり、さらに好ましくは８．５％であり、さらに好ましくは８．０％であり、さらに好ましくは７．５％である。
【0045】
Ｍｏ：０．５～５．０％
モリブデン（Ｍｏ）は、鋼材の耐食性を高める。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０．５～５．０％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は１．０％であり、さらに好ましくは１．２％であり、さらに好ましくは１．５％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は４．８％であり、さらに好ましくは４．６％であり、さらに好ましくは４．３％であり、さらに好ましくは４．０％である。
モリブデン（Ｍｏ）は、鋼材の耐食性を高める。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０．５～５．０％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は１．０％であり、さらに好ましくは１．２％であり、さらに好ましくは１．５％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は４．８％であり、さらに好ましくは４．６％であり、さらに好ましくは４．３％であり、さらに好ましくは４．０％である。
【0046】
Ｃｕ：０．５～６．０％
銅（Ｃｕ）は、鋼材の耐食性を高める。Ｃｕはさらに、鋼材中に析出して、鋼材の強度を高める。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０．５～６．０％である。Ｃｕはさらに、鋼材中に析出して、鋼材の被削性を高める。上記効果を有効に得るためのＣｕ含有量の好ましい下限は１．３％であり、さらに好ましくは１．５％であり、さらに好ましくは１．７％であり、さらに好ましくは２．０％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は５．５％であり、さらに好ましくは５．０％であり、さらに好ましくは４．０％である。
銅（Ｃｕ）は、鋼材の耐食性を高める。Ｃｕはさらに、鋼材中に析出して、鋼材の強度を高める。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０．５～６．０％である。Ｃｕはさらに、鋼材中に析出して、鋼材の被削性を高める。上記効果を有効に得るためのＣｕ含有量の好ましい下限は１．３％であり、さらに好ましくは１．５％であり、さらに好ましくは１．７％であり、さらに好ましくは２．０％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は５．５％であり、さらに好ましくは５．０％であり、さらに好ましくは４．０％である。
【0047】
Ｖ：０．０１％以上０．１０％未満
バナジウム（Ｖ）は、炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｖはさらに、高温環境で鋼材に固溶して、鋼材の熱間加工性を高める。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、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０．０１％以上０．１０％未満である。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０．０４％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．０９％であり、さらに好ましくは０．０８％であり、さらに好ましくは０．０７％である。
バナジウム（Ｖ）は、炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｖはさらに、高温環境で鋼材に固溶して、鋼材の熱間加工性を高める。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、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０．０１％以上０．１０％未満である。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０．０４％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．０９％であり、さらに好ましくは０．０８％であり、さらに好ましくは０．０７％である。
【0048】
Ｂ：０．００１０～０．００５０％
ホウ素（Ｂ）は、鋼材中の粒界に偏析して、粒界を強化する。その結果、粒界における微小な割れの伝播を抑制し、鋼材の熱間加工性を高める。Ｂ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、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、窒化物（ＢＮ）が生成し、鋼材の靭性を低下させる。したがって、Ｂ含有量は０．００１０～０．００５０％である。Ｂ含有量の好ましい下限は０．００１２％であり、さらに好ましくは０．００１５％であり、さらに好ましくは０．００２０％であり、さらに好ましくは０．００３４％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。
ホウ素（Ｂ）は、鋼材中の粒界に偏析して、粒界を強化する。その結果、粒界における微小な割れの伝播を抑制し、鋼材の熱間加工性を高める。Ｂ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、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、窒化物（ＢＮ）が生成し、鋼材の靭性を低下させる。したがって、Ｂ含有量は０．００１０～０．００５０％である。Ｂ含有量の好ましい下限は０．００１２％であり、さらに好ましくは０．００１５％であり、さらに好ましくは０．００２０％であり、さらに好ましくは０．００３４％である。Ｂ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。
【0049】
Ｎ：０．１５０％未満
窒素（Ｎ）は、不可避に含有される。すなわち、Ｎ含有量の下限は０％超である。Ｎは、鋼材中のオーステナイトを安定化させる元素である。Ｎはさらに、鋼材の耐食性を高める。Ｎはさらに、鋼材中に固溶して、鋼材の強度を高める。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、鋼材の熱間加工性が低下する。この場合さらに、鋼材の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｎ含有量は０．１５０％未満である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．１３０％であり、さらに好ましくは０．１１０％であり、さらに好ましくは０．１００％未満であり、さらに好ましくは０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０７０％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。Ｎ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、Ｎ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。
窒素（Ｎ）は、不可避に含有される。すなわち、Ｎ含有量の下限は０％超である。Ｎは、鋼材中のオーステナイトを安定化させる元素である。Ｎはさらに、鋼材の耐食性を高める。Ｎはさらに、鋼材中に固溶して、鋼材の強度を高める。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、鋼材の熱間加工性が低下する。この場合さらに、鋼材の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｎ含有量は０．１５０％未満である。Ｎ含有量の好ましい上限は０．１３０％であり、さらに好ましくは０．１１０％であり、さらに好ましくは０．１００％未満であり、さらに好ましくは０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０７０％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。Ｎ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、Ｎ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。
【0050】
Ｏ：０．０００１～０．００７０％、
酸素（Ｏ）は、粒界に偏析して、粒界を強化する。Ｏ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、Ｏ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、かえって鋼材の熱間加工性が低下する。この場合さらに、鋼材の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｏ含有量は０．０００１～０．００７０％である。Ｏ含有量の好ましい上限は０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００５５％である。Ｏ含有量の好ましい下限は０．０００２％であり、さらに好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％であり、さらに好ましくは０．００１５％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。
酸素（Ｏ）は、粒界に偏析して、粒界を強化する。Ｏ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、Ｏ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、かえって鋼材の熱間加工性が低下する。この場合さらに、鋼材の靭性が低下する場合がある。したがって、Ｏ含有量は０．０００１～０．００７０％である。Ｏ含有量の好ましい上限は０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００５５％である。Ｏ含有量の好ましい下限は０．０００２％であり、さらに好ましくは０．０００３％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％であり、さらに好ましくは０．００１５％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。
【0051】
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、意図せずに含有されるものであり、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。
【0052】
［任意元素］
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、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、及び、Ｃｏからなる群から選択される１種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。
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、Ｆｅの一部に代えて、Ｎｂ、Ａｌ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｗ、及び、Ｃｏからなる群から選択される１種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。
【0053】
Ｎｂ：０．１００％以下
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含有量の下限は０％超である。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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０～０．１００％であり、含有される場合、０．１００％以下である。Ｎｂ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含有量の下限は０％超である。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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０～０．１００％であり、含有される場合、０．１００％以下である。Ｎｂ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。
【0054】
Ａｌ：０．１００％以下
アルミニウム（Ａｌ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ａｌ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ａｌ含有量の下限は０％超である。Ａｌは窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ａｌ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、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及び／又は窒化物系介在物が形成され、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０～０．１００％であり、含有される場合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０．００３％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）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ａｌ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ａｌ含有量の下限は０％超である。Ａｌは窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ａｌ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、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及び／又は窒化物系介在物が形成され、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０～０．１００％であり、含有される場合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０．００３％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。
【0055】
Ｔａ：０．１００％以下
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含有量の下限は０％超である。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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｔａ含有量は０～０．１００％であり、含有される場合０．１００％以下である。Ｔａ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。Ｔａ含有量の好ましい上限は０．０９５％であり、さらに好ましくは０．０９０％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含有量の下限は０％超である。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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｔａ含有量は０～０．１００％であり、含有される場合０．１００％以下である。Ｔａ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。Ｔａ含有量の好ましい上限は０．０９５％であり、さらに好ましくは０．０９０％である。
【0056】
Ｔｉ：０．１００％以下
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含有量の下限は０％超である。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、粗大なＴｉ系炭窒化物が形成され、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０～０．１００％であり、含有される場合０．１００％以下である。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％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含有量の下限は０％超である。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、粗大なＴｉ系炭窒化物が形成され、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０～０．１００％であり、含有される場合０．１００％以下である。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％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。
【0057】
Ｚｒ：０．１００％以下
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含有量の下限は０％超である。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、粗大なＺｒ系炭窒化物が形成され、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｚｒ含有量は０～０．１００％であり、含有される場合０．１００％以下である。Ｚｒ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０８０％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含有量の下限は０％超である。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、粗大なＺｒ系炭窒化物が形成され、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｚｒ含有量は０～０．１００％であり、含有される場合０．１００％以下である。Ｚｒ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０８０％である。
【0058】
Ｈｆ：０．１００％以下
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含有量の下限は０％超である。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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｈｆ含有量は０～０．１００％であり、含有される場合０．１００％以下である。Ｈｆ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％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含有量の下限は０％超である。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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｈｆ含有量は０～０．１００％であり、含有される場合０．１００％以下である。Ｈｆ含有量の好ましい下限は０．００１％であり、さらに好ましくは０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％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。
【0059】
Ｗ：０．５０％以下
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含有量の下限は０％超である。Ｗは鋼に固溶して、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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｗ含有量は０～０．５０％であり、含有される場合０．５０％以下である。Ｗ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは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。Ｗ含有量の好ましい上限は０．４０％であり、さらに好ましくは０．３０％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．１５％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含有量の下限は０％超である。Ｗは鋼に固溶して、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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｗ含有量は０～０．５０％であり、含有される場合０．５０％以下である。Ｗ含有量の好ましい下限は０．０１％であり、さらに好ましくは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。Ｗ含有量の好ましい上限は０．４０％であり、さらに好ましくは０．３０％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．１５％である。
【0060】
Ｃｏ：０．５０％以下
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含有量の下限は０％超である。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０～０．５０％であり、含有される場合０．５０％以下である。Ｃｏ含有量の好ましい下限は０．０１％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％であり、さらに好ましくは０．１０％である。Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．４５％であり、さらに好ましくは０．４３％であり、さらに好ましくは０．４０％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含有量の下限は０％超である。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０～０．５０％であり、含有される場合０．５０％以下である。Ｃｏ含有量の好ましい下限は０．０１％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％であり、さらに好ましくは０．１０％である。Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．４５％であり、さらに好ましくは０．４３％であり、さらに好ましくは０．４０％である。
【0061】
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、Ｆｅの一部に代えて、Ｓｎ、Ｓｂ、Ｂｉ、及び、Ｐｂからなる群から選択される１種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】
Ｓｎ：０．１０００％以下
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含有量の下限は０％超である。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、製造コストが極端に高まる。したがって、Ｓｎ含有量は０～０．１０００％であり、含有される場合０．１０００％以下である。Ｓｎ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００２％であり、さらに好ましくは０．０００３％である。Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．０５００％であり、さらに好ましくは０．０３００％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含有量の下限は０％超である。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、製造コストが極端に高まる。したがって、Ｓｎ含有量は０～０．１０００％であり、含有される場合０．１０００％以下である。Ｓｎ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００２％であり、さらに好ましくは０．０００３％である。Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．０５００％であり、さらに好ましくは０．０３００％である。
【0063】
Ｓｂ：０．１０００％以下
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含有量の下限は０％超である。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、製造コストが極端に高まる。したがって、Ｓｂ含有量は０～０．１０００％であり、含有される場合０．１０００％以下である。Ｓｂ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００２％であり、さらに好ましくは０．０００３％である。Ｓｂ含有量の好ましい上限は０．０５００％であり、さらに好ましくは０．０３００％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含有量の下限は０％超である。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、製造コストが極端に高まる。したがって、Ｓｂ含有量は０～０．１０００％であり、含有される場合０．１０００％以下である。Ｓｂ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００２％であり、さらに好ましくは０．０００３％である。Ｓｂ含有量の好ましい上限は０．０５００％であり、さらに好ましくは０．０３００％である。
【0064】
Ｂｉ：０．１０００％以下
ビスマス（Ｂｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｂｉ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｂｉ含有量の下限は０％超である。Ｂｉは鋼材の耐食性を高める。Ｂｉ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、Ｂｉ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、Ｂｉ含有量は０～０．１０００％であり、含有される場合０．１０００％以下である。Ｂｉ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。Ｂｉ含有量の好ましい上限は０．０５００％であり、さらに好ましくは０．０３００％である。
ビスマス（Ｂｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｂｉ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｂｉ含有量の下限は０％超である。Ｂｉは鋼材の耐食性を高める。Ｂｉ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、Ｂｉ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、Ｂｉ含有量は０～０．１０００％であり、含有される場合０．１０００％以下である。Ｂｉ含有量の好ましい下限は０．０００１％であり、さらに好ましくは０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。Ｂｉ含有量の好ましい上限は０．０５００％であり、さらに好ましくは０．０３００％である。
【0065】
Ｐｂ：０．００３０％以下
鉛（Ｐｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｐｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｐｂ含有量の下限は０％超である。Ｐｂは鋼材の耐食性を高める。Ｐｂ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、Ｐｂ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、製造コストが高まる。したがって、Ｐｂ含有量は０～０．００３０％であり、含有される場合０．００３０％以下である。Ｐｂ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０．０００５％である。Ｐｂ含有量の好ましい上限は０．００２５％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。
鉛（Ｐｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｐｂ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｐｂ含有量の下限は０％超である。Ｐｂは鋼材の耐食性を高める。Ｐｂ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、Ｐｂ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、製造コストが高まる。したがって、Ｐｂ含有量は０～０．００３０％であり、含有される場合０．００３０％以下である。Ｐｂ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０．０００５％である。Ｐｂ含有量の好ましい上限は０．００２５％であり、さらに好ましくは０．００２０％である。
【0066】
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、Ｆｅの一部に代えて、Ｃａ、Ｍｇ、及び、希土類元素（ＲＥＭ）からなる群から選択される１種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。
【0067】
Ｃａ：０．００５０％以下
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含有量の下限は０％超である。Ｃａは鋼材中のＯやＳを固定することで無害化し、粒界を強化する。その結果、鋼材の熱間加工性が高まる。Ｃａ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、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、鋼材の熱間加工性がかえって低下する。この場合さらに、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０～０．００５０％であり、含有される場合０．００５０％以下である。Ｃａ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０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％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含有量の下限は０％超である。Ｃａは鋼材中のＯやＳを固定することで無害化し、粒界を強化する。その結果、鋼材の熱間加工性が高まる。Ｃａ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、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、鋼材の熱間加工性がかえって低下する。この場合さらに、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０～０．００５０％であり、含有される場合０．００５０％以下である。Ｃａ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０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００４５％であり、さらに好ましくは０．００４０％である。
【0068】
Ｍｇ：０．１０００％以下
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含有量の下限は０％超である。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、粒界を強化する。その結果、鋼材の熱間加工性が高まる。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、鋼材の熱間加工性がかえって低下する。この場合さらに、鋼材の靭性が低下する。したがって、含有される場合、Ｍｇ含有量は０～０．１０００％であり、含有される場合０．１０００％以下である。Ｍｇ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０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．０５００％であり、さらに好ましくは０．０３００％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含有量の下限は０％超である。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、粒界を強化する。その結果、鋼材の熱間加工性が高まる。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、鋼材の熱間加工性がかえって低下する。この場合さらに、鋼材の靭性が低下する。したがって、含有される場合、Ｍｇ含有量は０～０．１０００％であり、含有される場合０．１０００％以下である。Ｍｇ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０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．０５００％であり、さらに好ましくは０．０３００％である。
【0069】
希土類元素：０．１０００％以下
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含有量の下限は０％超である。ＲＥＭは鋼材中のＳを硫化物として固定することでＳを無害化し、粒界を強化する。その結果、鋼材の熱間加工性が高まる。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、鋼材の熱間加工性がかえって低下する。この場合さらに、鋼材の靭性が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．１０００％であり、含有される場合０．１０００％である。ＲＥＭ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０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．０９００％であり、さらに好ましくは０．０５００％であり、さらに好ましくは０．０３００％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含有量の下限は０％超である。ＲＥＭは鋼材中のＳを硫化物として固定することでＳを無害化し、粒界を強化する。その結果、鋼材の熱間加工性が高まる。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、鋼材の熱間加工性がかえって低下する。この場合さらに、鋼材の靭性が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．１０００％であり、含有される場合０．１０００％である。ＲＥＭ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０．０００５％であり、さらに好ましくは０．００１０％である。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．０９００％であり、さらに好ましくは０．０５００％であり、さらに好ましくは０．０３００％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種以上の元素である。また、本明細書におけるＲＥＭ含有量とは、これら元素の合計含有量である。
【0071】
［式（１Ａ）及び（１Ｂ）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、必須元素からなる場合、式（１Ａ）を満たし、必須元素及び任意元素からなる場合、式（１Ｂ）を満たす。
２４．０＜Ｃｒ＋３．３×Ｍｏ＋１６×Ｎ＜３５．０ （１Ａ）
２４．０＜Ｃｒ＋３．３×（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）＋１６×Ｎ＜３５．０ （１Ｂ）
ここで、式（１Ａ）及び（１Ｂ）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「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、必須元素からなる場合、式（１Ａ）を満たし、必須元素及び任意元素からなる場合、式（１Ｂ）を満たす。
２４．０＜Ｃｒ＋３．３×Ｍｏ＋１６×Ｎ＜３５．０ （１Ａ）
２４．０＜Ｃｒ＋３．３×（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）＋１６×Ｎ＜３５．０ （１Ｂ）
ここで、式（１Ａ）及び（１Ｂ）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。元素が含有されていない場合、対応する元素記号には「０」が代入される。
【0072】
Ｆｎ１（＝Ｃｒ＋３．３×（Ｍｏ＋０．５×Ｗ）＋１６×Ｎ）は、二相ステンレス鋼材の耐孔食性の指標として知られている。一方、本実施形態のその他の構成を満たす二相ステンレス鋼材では、Ｆｎ１が３５．０未満であれば、絞り値が８０％以上となり、優れた熱間加工性を有する。また、Ｆｎ１が低すぎれば、鋼材の耐孔食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は、本実施形態のその他の構成を満たすことを条件に、Ｆｎ１を２４．０超～３５．０未満とする。
【0073】
要するに、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成と、上述のミクロ組織と、６５５ＭＰａ以上の降伏強度とを有し、Ｆｎ２が１１．５未満を満たした上でさらに、Ｆｎ１が２４．０超～３５．０未満である。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、６５５ＭＰａ以上の高強度と、優れた熱間加工性とを両立することができる。Ｆｎ１の好ましい下限は２４．５であり、さらに好ましくは２５．０であり、さらに好ましくは２５．５であり、さらに好ましくは２６．０である。Ｆｎ１の好ましい上限は３４．５であり、さらに好ましくは３４．０であり、さらに好ましくは３３．５であり、さらに好ましくは３３．０である。なお、本実施形態においてＦｎ１は、得られた値の小数第二位を四捨五入して用いる。
【0074】
［式（２）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（２）を満たす。
（Ｎ×Ｓ／Ｂ）×１０3＜１１．５ （２）
ここで、式（２）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
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（２）を満たす。
（Ｎ×Ｓ／Ｂ）×１０3＜１１．５ （２）
ここで、式（２）中の各元素記号には、対応する元素の含有量が質量％で代入される。
【0075】
Ｆｎ２（＝（Ｎ×Ｓ／Ｂ）×１０3）は、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材の熱間加工性の指標である。本実施形態のその他の構成を満たす二相ステンレス鋼材では、Ｆｎ２が１１．５未満であれば、絞り値が８０％以上となり、優れた熱間加工性を有する。したがって、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成と、上述のミクロ組織と、６５５ＭＰａ以上の降伏強度とを有し、Ｆｎ１が２４．０超～３５．０未満を満たした上でさらに、Ｆｎ２が１１．５未満である。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、６５５ＭＰａ以上の高強度と、優れた熱間加工性とを両立することができる。
【0076】
Ｆｎ２の好ましい上限は１１．４であり、さらに好ましくは１１．０であり、さらに好ましくは１０．５であり、さらに好ましくは１０．０である。Ｆｎ２の下限は特に限定されないが、実質的には０．０である。Ｆｎ２の下限は、０．１であってもよく、０．２であってもよい。なお、本実施形態においてＦｎ２は、得られた値の小数第二位を四捨五入して用いる。
【0077】
［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３０～８０％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、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鋼材のミクロ組織には、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３０～８０％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、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鋼材のミクロ組織には、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。
【0078】
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３０～８０％である。フェライトの体積率が低すぎれば、オーステナイトが粗大化し、鋼材の耐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、所望の機械的特性が得られない場合がある。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３０～８０％である。フェライトの体積率の好ましい下限は３２％であり、より好ましくは３５％である。フェライトの体積率の好ましい上限は７５％であり、より好ましくは７０％である。
【0079】
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、ＪＩＳ Ｇ ０５５５（２０２０）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。鋼材が鋼管の場合、肉厚中央位置から管軸方向５ｍｍ、管径方向５ｍｍの観察面を有する試験片を作製する。鋼材が鋼板の場合、板厚中央位置から圧延方向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。なお、本明細書において、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。
【0080】
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ＪＩＳ Ｇ ０５５５（２０２０）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。なお、フェライトの体積率（％）は、得られた値の小数第一位を四捨五入して用いる。
【0081】
［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、６５５ＭＰａ以上である。本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の元素含有量を含有し、式（１Ａ）又は（１Ｂ）を満たし、かつ、式（２）を満たす化学組成を有し、体積率で３０～８０％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、６５５ＭＰａ以上の降伏強度を有する。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、高強度と優れた熱間加工性とを両立することができる。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の降伏強度は、６５５ＭＰａ以上である。本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の元素含有量を含有し、式（１Ａ）又は（１Ｂ）を満たし、かつ、式（２）を満たす化学組成を有し、体積率で３０～８０％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、６５５ＭＰａ以上の降伏強度を有する。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、高強度と優れた熱間加工性とを両立することができる。
【0082】
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６６０ＭＰａであり、より好ましくは６６５ＭＰａであり、さらに好ましくは６７０ＭＰａ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、８６２ＭＰａである。
【0083】
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。まず、本実施形態による二相ステンレス鋼材から、引張試験片を作製する。引張試験片のサイズは特に限定されない。引張試験片はたとえば、平行部径が８．９ｍｍ、標点距離が３５．６ｍｍの丸棒引張試験片とする。鋼材が鋼管の場合、肉厚中央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、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。鋼材が鋼板の場合、板厚中央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、鋼板の圧延方向と平行とする。
【0084】
作製した引張試験片を用いて、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）に準拠して、常温（２４±３℃）で引張試験を行い、０．２％オフセット耐力（ＭＰａ）を求める。求めた０．２％オフセット耐力を降伏強度（ＭＰａ）と定義する。なお、降伏強度（ＭＰａ）は、得られた値の小数第一位を四捨五入して用いる。
【0085】
［熱間加工性］
本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の元素含有量を含有し、式（１Ａ）又は（１Ｂ）を満たし、かつ、式（２）を満たす化学組成を有し、体積率で３０～８０％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、６５５ＭＰａ以上の降伏強度を有する。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、高強度と優れた熱間加工性とを両立することができる。本実施形態において、優れた熱間加工性とは、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、上述の元素含有量を含有し、式（１Ａ）又は（１Ｂ）を満たし、かつ、式（２）を満たす化学組成を有し、体積率で３０～８０％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、６５５ＭＰａ以上の降伏強度を有する。その結果、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、高強度と優れた熱間加工性とを両立することができる。本実施形態において、優れた熱間加工性とは、以下のとおりに定義される。
【0086】
具体的に、本実施形態による二相ステンレス鋼材に対して、熱間加工性試験（グリーブル試験）を実施する。具体的に、本実施形態による二相ステンレス鋼材の製造過程で得られる素材から、グリーブル試験用の試験片を作製する。素材は、鋳片又はインゴットでもよく、鋳片は、ビレットでもよく、ブルームでもよく、スラブでもよい。好ましくは、熱間鍛造や分塊圧延が実施された鋳片又はインゴットを用いる。
【0087】
本実施形態において、素材からグリーブル試験用の試験片を作製する位置は、特に限定されないが、凝固時に偏析や欠陥が生じやすい素材の中心部を避けて作製する。試験片は、たとえば、直径１０ｍｍ、長さ１３０ｍｍの丸棒試験片である。試験片の長手方向は、素材に対して熱間加工を実施する方向と平行とする。たとえば、素材が丸ビレットであり、熱間加工として穿孔圧延を実施する場合、試験片の長手方向は、丸ビレットの軸方向（圧延方向）と平行とする。
【0088】
グリーブル試験用の試験片を１２５０℃に加熱して、３分間保持する。その後、試験片を１１００℃まで１００℃／分で冷却する。１１００℃の試験片に対して、歪み速度５／ｓ-1で引張試験を実施する。引張試験は、試験片が破断するまで行う。破断した丸棒試験片の破断面から、絞り値（％）を求める。得られた絞り値が８０％以上の場合、二相ステンレス鋼材は優れた熱間加工性を示すと判断する。なお、絞り値（％）は、得られた値の小数第一位を四捨五入して用いる。
【0089】
［形状及び用途］
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。具体的に、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。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。本実施形態による二相ステンレス鋼材は、たとえば、油井用鋼材としての使用に適する。油井用鋼材とは、たとえば、油井管である。油井管は、たとえば、油井又はガス井の掘削、原油又は天然ガスの採取等に用いられるケーシング、チュービング、ドリルパイプ等である。
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。具体的に、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。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。本実施形態による二相ステンレス鋼材は、たとえば、油井用鋼材としての使用に適する。油井用鋼材とは、たとえば、油井管である。油井管は、たとえば、油井又はガス井の掘削、原油又は天然ガスの採取等に用いられるケーシング、チュービング、ドリルパイプ等である。
【0090】
［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、冷間加工工程と、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、冷間加工工程と、を含む。以下、各製造工程について詳述する。
【0091】
［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。
【0092】
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。溶鋼の製造方法は特に限定されず、転炉を用いて製造されてもよく、電炉を用いて製造されてもよく、その他の方法により製造されてもよい。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。
【0093】
［熱間加工工程］
本実施形態による熱間加工工程では、上記素材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、最終製品が棒鋼の場合は棒状の鋼材であり、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、上記素材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、最終製品が棒鋼の場合は棒状の鋼材であり、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。
【0094】
最終製品が継目無鋼管の場合、初めに、素材（ビレット）を加熱炉で加熱する。加熱温度は特に限定されないが、たとえば、１０００～１３００℃である。加熱炉から抽出されたビレットに対して熱間加工を実施して、素管（継目無鋼管）を製造する。熱間加工の方法は、特に限定されず、周知の方法でよい。たとえば、熱間加工としてマンネスマン方式の穿孔圧延を実施して、素管を製造してもよい。この場合、穿孔機により丸ビレットを穿孔圧延する。穿孔圧延する場合、穿孔比は特に限定されないが、たとえば、１．０～４．０である。穿孔圧延された丸ビレットをさらに、マンドレルミル、レデューサー、サイジングミル等により熱間圧延して素管にする。熱間加工工程での累積の減面率はたとえば、２０～７０％である。他の熱間加工方法を実施して、ビレットから素管を製造してもよい。たとえば、鋼材がカップリングのように短尺の厚肉鋼管の場合、エルハルト法等の鍛造により素管を製造してもよい。以上の工程により素管が製造される。
【0095】
最終製品が丸鋼の場合、初めに、素材を加熱炉で加熱する。加熱温度は特に限定されないが、たとえば、１０００～１３００℃である。加熱炉から抽出された素材に対して熱間加工を実施して、軸方向に垂直な断面が円形の中間鋼材を製造する。熱間加工はたとえば、分塊圧延機による分塊圧延、又は、連続圧延機による熱間圧延である。連続圧延機は、上下方向に並んで配置された一対の孔型ロールを有する水平スタンドと、水平方向に並んで配置された一対の孔型ロールを有する垂直スタンドとが交互に配列されている。
【0096】
最終製品が鋼板の場合、初めに、素材を加熱炉で加熱する。加熱温度は特に限定されないが、たとえば、１０００～１３００℃である。加熱炉から抽出された素材に対して、分塊圧延機、及び、連続圧延機を用いて熱間圧延を実施して、鋼板形状の中間鋼材を製造する。このように、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。
【0097】
［溶体化処理工程］
溶体化処理工程では、上記熱間加工工程によって製造された中間鋼材に対して、溶体化処理を実施する。溶体化処理の方法は、特に限定されず、周知の方法でよい。たとえば、中間鋼材を熱処理炉に装入し、所望の温度で保持した後、急冷してもよい。なお、中間鋼材を熱処理炉に装入し、所望の温度で保持した後、急冷して溶体化処理を実施する場合、溶体化温度とは、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。この場合さらに、溶体化時間とは、中間鋼材が溶体化温度で保持される時間を意味する。
溶体化処理工程では、上記熱間加工工程によって製造された中間鋼材に対して、溶体化処理を実施する。溶体化処理の方法は、特に限定されず、周知の方法でよい。たとえば、中間鋼材を熱処理炉に装入し、所望の温度で保持した後、急冷してもよい。なお、中間鋼材を熱処理炉に装入し、所望の温度で保持した後、急冷して溶体化処理を実施する場合、溶体化温度とは、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。この場合さらに、溶体化時間とは、中間鋼材が溶体化温度で保持される時間を意味する。
【0098】
好ましくは、本実施形態の溶体化処理工程における溶体化温度を９００～１１００℃とする。溶体化温度が低すぎれば、溶体化処理後の中間鋼材に析出物（たとえば、金属間化合物であるσ相等）が残存する場合がある。この場合、製造された二相ステンレス鋼材の耐食性が低下する。溶体化温度が低すぎればさらに、製造された二相ステンレス鋼材において、フェライトの体積率が低くなりすぎる場合がある。一方、溶体化温度が高すぎれば、製造された二相ステンレス鋼材において、フェライトの体積率が高くなりすぎる場合がある。この場合、製造された二相ステンレス鋼材において、所望の機械的特性が得られない。
【0099】
中間鋼材を熱処理炉に装入し、所望の温度で保持した後、急冷して溶体化処理を実施する場合、溶体化時間は特に限定されず、周知の条件で実施すればよい。溶体化時間は、たとえば、５～１８０分である。急冷方法は、たとえば、水冷である。
【0100】
［冷間加工工程］
冷間加工工程では、上記溶体化処理工程によって溶体化処理が実施された中間鋼材に対して、冷間加工を実施する。冷間加工の方法は、特に限定されず、周知の方法でよい。本明細書において「冷間加工」とは、冷間引抜であってもよく、冷間圧延であってもよい。溶体化処理後の中間鋼材に対して冷間加工を実施することにより、中間鋼材の降伏強度が高まる。
冷間加工工程では、上記溶体化処理工程によって溶体化処理が実施された中間鋼材に対して、冷間加工を実施する。冷間加工の方法は、特に限定されず、周知の方法でよい。本明細書において「冷間加工」とは、冷間引抜であってもよく、冷間圧延であってもよい。溶体化処理後の中間鋼材に対して冷間加工を実施することにより、中間鋼材の降伏強度が高まる。
【0101】
冷間加工工程では、式（Ａ）によって定義される断面減少率Ｒを５～２０％とする。
Ｒ＝｛（Ｓ0－Ｓf）／Ｓ0｝×１００ （Ａ）
ここで、Ｓ0は、冷間加工前の中間鋼材の圧延方向に垂直な断面積であり、Ｓfは、冷間加工後の中間鋼材の圧延方向に垂直な断面積を意味する。すなわち、式（Ａ）によって定義される冷間加工工程の断面減少率Ｒ（％）は、冷間加工によって変化した、中間鋼材の圧延方向に垂直な断面積の比の百分率を意味する。
Ｒ＝｛（Ｓ0－Ｓf）／Ｓ0｝×１００ （Ａ）
ここで、Ｓ0は、冷間加工前の中間鋼材の圧延方向に垂直な断面積であり、Ｓfは、冷間加工後の中間鋼材の圧延方向に垂直な断面積を意味する。すなわち、式（Ａ）によって定義される冷間加工工程の断面減少率Ｒ（％）は、冷間加工によって変化した、中間鋼材の圧延方向に垂直な断面積の比の百分率を意味する。
【0102】
冷間加工工程において、断面減少率Ｒが小さすぎれば、６５５ＭＰａ以上の降伏強度が得られない場合がある。一方、断面減少率Ｒが大きすぎれば、設備や製品サイズに制約が生じる場合がある。したがって、本実施形態による冷間加工工程では、断面減少率Ｒを５～２０％とする。断面減少率Ｒの好ましい上限は１８％である。なお、本実施形態による冷間加工工程では、冷間加工の回数は特に限定されない。すなわち、１回の冷間加工により、断面減少率Ｒを５～２０％としてもよく、複数回の冷間加工により、断面減少率Ｒを５～２０％としてもよい。複数回の冷間加工を実施する場合、好ましくは、冷間加工と冷間加工との間に、熱処理等を実施せず、冷間加工を連続して実施する。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される。
【0103】
［その他の工程］
本実施形態による二相ステンレス鋼材の製造方法では、以上の工程以外の工程が実施されてもよい。たとえば、溶体化処理工程が実施された中間鋼材に対して、時効熱処理を実施してもよい。たとえばさらに、冷間加工工程が実施された二相ステンレス鋼材に対して、時効熱処理を実施した後、さらに冷間加工を実施してもよい。時効熱処理を実施する場合、時効熱処理の方法は、特に限定されず、周知の方法でよい。たとえば、時効熱処理を実施する鋼材を熱処理炉に装入し、所望の温度で保持してもよい。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の製造方法では、以上の工程以外の工程が実施されてもよい。たとえば、溶体化処理工程が実施された中間鋼材に対して、時効熱処理を実施してもよい。たとえばさらに、冷間加工工程が実施された二相ステンレス鋼材に対して、時効熱処理を実施した後、さらに冷間加工を実施してもよい。時効熱処理を実施する場合、時効熱処理の方法は、特に限定されず、周知の方法でよい。たとえば、時効熱処理を実施する鋼材を熱処理炉に装入し、所望の温度で保持してもよい。
【0104】
時効熱処理を実施する場合、好ましい熱処理温度は３４０～６６０℃である。時効熱処理を実施する場合さらに、好ましい熱処理時間は２０～８０分である。なお、この場合、熱処理温度とは、時効熱処理を実施するための熱処理炉の温度（℃）を意味する。この場合さらに、熱処理時間とは、当該鋼材が熱処理温度で保持される時間を意味する。
【0105】
時効熱処理を実施する場合、熱処理温度のさらに好ましい下限は３５０℃であり、さらに好ましくは３８０℃である。この場合さらに、熱処理温度のさらに好ましい上限は６５０℃であり、さらに好ましくは６３０℃である。時効熱処理を実施する場合、熱処理時間のさらに好ましい下限は２５分であり、さらに好ましくは３０分である。この場合さらに、熱処理時間のさらに好ましい上限は７０分であり、さらに好ましくは６０分である。
【0106】
本実施形態による二相ステンレス鋼材の製造方法ではさらに、冷間加工工程が実施された二相ステンレス鋼材に対して、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。酸洗処理を実施する場合、製造された二相ステンレス鋼材の表面に不動態皮膜が形成され、二相ステンレス鋼材の耐食性がさらに高まる。
【0107】
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】
【0108】
表１－１及び表１－２に示す化学組成を有する溶鋼を、５０ｋｇの高周波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。インゴットの外径は１５０ｍｍであった。なお、表１－１及び表１－２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、鋼記号ＡのＮｂ含有量、Ａｌ含有量、Ｔａ含有量、Ｔｉ含有量、Ｚｒ含有量、及び、Ｈｆ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。さらに、鋼記号ＡのＷ含有量、及び、Ｃｏ含有量は、小数第三位を四捨五入して、０％であったことを意味する。さらに、鋼記号ＡのＳｎ含有量、Ｓｂ含有量、Ｂｉ含有量、Ｐｂ含有量、Ｃａ含有量、Ｍｇ含有量、及び、ＲＥＭ含有量は、小数第五位を四捨五入して、０％であったことを意味する。
【0109】
【表1-1】
【0110】
【表1-2】
【0111】
さらに、表１－１及び表１－２に記載の各鋼記号の元素含有量と、上述の定義から求めたＦｎ１及びＦｎ２を表２に示す。
【0112】
【表2】
【0113】
各鋼記号のインゴットに対して、熱間鍛造を実施して、外径７５ｍｍとした後、機械加工により外径７０ｍｍのビレットを製造した。製造された各試験番号のビレットを１２５０℃で加熱した後、熱間加工として、マンネスマン方式の穿孔圧延を実施した。このようにして製造された各試験番号の素管に対して、表２に記載の溶体化温度（℃）で、溶体化時間（分）だけ保持した後、急冷する溶体化処理を実施した。溶体化処理が実施された各試験番号の素管に対して、表２に記載の断面減少率Ｒで、冷間加工を実施した。以上の工程により、各試験番号の二相ステンレス鋼材（継目無鋼管）を得た。
【0114】
得られた各試験番号の継目無鋼管に対して、ミクロ組織観察試験、引張試験、及び、熱間加工性試験を実施した。
【0115】
［ミクロ組織観察試験］
各試験番号の継目無鋼管に対して、ＪＩＳ Ｇ ０５５５（２０２０）に準拠した方法でミクロ組織観察を実施して、フェライトの体積率（％）を求めた。具体的に、各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央位置から、管軸方向５ｍｍ、管径方向５ｍｍの観察面を有するミクロ組織観察用の試験片を作製した。作製した試験片の観察面を鏡面研磨した後、観察面を７％水酸化カリウム腐食液中で電解腐食して、組織現出を行った。組織が現出された観察面を、光学顕微鏡を用いて、倍率１００倍として、１０視野観察した。コントラストから特定したフェライトの面積率をＪＩＳ Ｇ ０５５５（２０２０）に準拠した点算法で測定した。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（％）と定義した。なお、フェライトの体積率（％）は、得られた値の小数第一位を四捨五入して用いた。得られたフェライトの体積率（％）を、表２に示す。
各試験番号の継目無鋼管に対して、ＪＩＳ Ｇ ０５５５（２０２０）に準拠した方法でミクロ組織観察を実施して、フェライトの体積率（％）を求めた。具体的に、各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央位置から、管軸方向５ｍｍ、管径方向５ｍｍの観察面を有するミクロ組織観察用の試験片を作製した。作製した試験片の観察面を鏡面研磨した後、観察面を７％水酸化カリウム腐食液中で電解腐食して、組織現出を行った。組織が現出された観察面を、光学顕微鏡を用いて、倍率１００倍として、１０視野観察した。コントラストから特定したフェライトの面積率をＪＩＳ Ｇ ０５５５（２０２０）に準拠した点算法で測定した。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（％）と定義した。なお、フェライトの体積率（％）は、得られた値の小数第一位を四捨五入して用いた。得られたフェライトの体積率（％）を、表２に示す。
【0116】
［引張試験］
各試験番号の継目無鋼管に対して、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）に準拠した引張試験を実施して、降伏強度（ＭＰａ）を求めた。具体的に、各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央位置から、平行部径が８．９ｍｍ、標点距離が３５．６ｍｍの丸棒引張試験片を作製した。丸棒引張試験片の軸方向は、鋼管の管軸方向と平行であった。作製した丸棒引張試験片を用いて、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）に準拠して、常温（２４±３℃）で引張試験を行い、０．２％オフセット耐力（ＭＰａ）を求めた。求めた０．２％オフセット耐力を降伏強度（ＭＰａ）と定義した。なお、降伏強度（ＭＰａ）は、得られた値の小数第一位を四捨五入して用いた。得られた降伏強度を、表２の「ＹＳ（ＭＰａ）」欄に示す。
各試験番号の継目無鋼管に対して、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）に準拠した引張試験を実施して、降伏強度（ＭＰａ）を求めた。具体的に、各試験番号の継目無鋼管の肉厚中央位置から、平行部径が８．９ｍｍ、標点距離が３５．６ｍｍの丸棒引張試験片を作製した。丸棒引張試験片の軸方向は、鋼管の管軸方向と平行であった。作製した丸棒引張試験片を用いて、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２１）に準拠して、常温（２４±３℃）で引張試験を行い、０．２％オフセット耐力（ＭＰａ）を求めた。求めた０．２％オフセット耐力を降伏強度（ＭＰａ）と定義した。なお、降伏強度（ＭＰａ）は、得られた値の小数第一位を四捨五入して用いた。得られた降伏強度を、表２の「ＹＳ（ＭＰａ）」欄に示す。
【0117】
［熱間加工性試験］
各試験番号のビレットに対して、上述の方法で熱間加工性試験（グリーブル試験）を実施した。なお、上述のとおり、各試験番号のビレットとは、各試験番号の溶鋼から製造されたインゴットに対して熱間鍛造を実施した後、機械加工によって外径７０ｍｍとしたビレットを意味する。各試験番号のビレットから、丸棒試験片を作製した。具体的に、各試験番号のビレットについて、熱間圧延が実施される方向（製造された継目無鋼管の圧延方向に相当する）を特定した。さらに、各試験番号のビレットのＲ／２位置から、丸棒試験片を作製した。なお、丸棒試験片は、直径１０ｍｍ、長さ１３０ｍｍとした。丸棒試験片の長手方向は、ビレットに熱間圧延を実施した方向（継目無鋼管の圧延方向）と平行とした。
各試験番号のビレットに対して、上述の方法で熱間加工性試験（グリーブル試験）を実施した。なお、上述のとおり、各試験番号のビレットとは、各試験番号の溶鋼から製造されたインゴットに対して熱間鍛造を実施した後、機械加工によって外径７０ｍｍとしたビレットを意味する。各試験番号のビレットから、丸棒試験片を作製した。具体的に、各試験番号のビレットについて、熱間圧延が実施される方向（製造された継目無鋼管の圧延方向に相当する）を特定した。さらに、各試験番号のビレットのＲ／２位置から、丸棒試験片を作製した。なお、丸棒試験片は、直径１０ｍｍ、長さ１３０ｍｍとした。丸棒試験片の長手方向は、ビレットに熱間圧延を実施した方向（継目無鋼管の圧延方向）と平行とした。
【0118】
作製した丸棒試験片を１２５０℃に加熱して、３分間保持した後、試験片を１１００℃まで１００℃／分で冷却した。１１００℃の試験片に対して、歪み速度５／ｓ-1で引張試験を実施して、丸棒試験片を破断させた。破断した丸棒試験片の破断面から、絞り値（％）を求めた。なお、絞り値（％）は、得られた値の小数第一位を四捨五入して用いた。得られた絞り値（％）を、表２に示す。
【0119】
［評価結果］
表１－１、表１－２、及び、表２を参照して、試験番号１～２２の継目無鋼管は、元素含有量が適切であり、Ｆｎ１が２４．０超～３５．０未満を満たし、Ｆｎ２が１１．５未満を満たす化学組成を有していた。これらの継目無鋼管はさらに、製造方法も明細書に記載の好ましい製造方法を満たしていた。その結果、フェライトの体積率が３０～８０％であり、降伏強度が６５５ＭＰａ以上であった。その結果、絞り値が８０％以上となった。すなわち、試験番号１～２２の継目無鋼管は、６５５ＭＰａ以上の高い降伏強度と、優れた熱間加工性とを両立していた。
表１－１、表１－２、及び、表２を参照して、試験番号１～２２の継目無鋼管は、元素含有量が適切であり、Ｆｎ１が２４．０超～３５．０未満を満たし、Ｆｎ２が１１．５未満を満たす化学組成を有していた。これらの継目無鋼管はさらに、製造方法も明細書に記載の好ましい製造方法を満たしていた。その結果、フェライトの体積率が３０～８０％であり、降伏強度が６５５ＭＰａ以上であった。その結果、絞り値が８０％以上となった。すなわち、試験番号１～２２の継目無鋼管は、６５５ＭＰａ以上の高い降伏強度と、優れた熱間加工性とを両立していた。
【0120】
一方、試験番号２３～２５の継目無鋼管は、Ｆｎ２が１１．５以上であった。その結果、絞り値が８０％未満となり、優れた熱間加工性を有していなかった。
【0121】
試験番号２６～２８の継目無鋼管は、Ｆｎ１が３５．０以上であった。その結果、絞り値が８０％未満となり、優れた熱間加工性を有していなかった。
【0122】
試験番号２９及び３０の継目無鋼管は、Ｓ含有量が高すぎた。その結果、絞り値が８０％未満となり、優れた熱間加工性を有していなかった。
【0123】
試験番号３１の継目無鋼管は、Ｖ含有量が低すぎた。その結果、絞り値が８０％未満となり、優れた熱間加工性を有していなかった。
【0124】
試験番号３２の継目無鋼管は、Ｖ含有量が高すぎた。その結果、絞り値が８０％未満となり、優れた熱間加工性を有していなかった。
【0125】
試験番号３３の継目無鋼管は、Ｂ含有量が低すぎた。その結果、絞り値が８０％未満となり、優れた熱間加工性を有していなかった。
【0126】
試験番号３４及び３５の継目無鋼管は、Ｎ含有量が高すぎた。その結果、絞り値が８０％未満となり、優れた熱間加工性を有していなかった。
【0127】
試験番号３６の継目無鋼管は、Ａｌ含有量が高すぎた。その結果、絞り値が８０％未満となり、優れた熱間加工性を有していなかった。
【0128】
試験番号３７の継目無鋼管は、Ｔｉ含有量が高すぎた。その結果、絞り値が８０％未満となり、優れた熱間加工性を有していなかった。
【0129】
試験番号３８の継目無鋼管は、Ｚｒ含有量が高すぎた。その結果、絞り値が８０％未満となり、優れた熱間加工性を有していなかった。
【0130】
試験番号３９及び４０の継目無鋼管は、冷間加工の断面減少率Ｒが低すぎた。その結果、降伏強度が６５５ＭＰａ未満となり、所望の高強度を有していなかった。
【0131】
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。
【要約】
【課題】高強度と、優れた熱間加工性とを有する、二相ステンレス鋼材を提供する。
【解決手段】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：１．００％以下、Ｍｎ：０．１０～９．００％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．００１０％以下、Ｃｒ：２０．０～３２．０％、Ｎｉ：３．５～１０．０％、Ｍｏ：０．５～５．０％、Ｃｕ：０．５～６．０％、Ｖ：０．０１％以上０．１０％未満、Ｂ：０．００１０～０．００５０％、Ｎ：０．１５０％未満、及び、Ｏ：０．０００１～０．００７０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１Ａ）及び（２）を満たす化学組成と、体積率で３０～８０％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、６５５ＭＰａ以上の降伏強度とを有する。
２４．０＜Ｃｒ＋３．３×Ｍｏ＋１６×Ｎ＜３５．０ （１Ａ）
（Ｎ×Ｓ／Ｂ）×１０3＜１１．５ （２）
【選択図】図２
【解決手段】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：１．００％以下、Ｍｎ：０．１０～９．００％、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．００１０％以下、Ｃｒ：２０．０～３２．０％、Ｎｉ：３．５～１０．０％、Ｍｏ：０．５～５．０％、Ｃｕ：０．５～６．０％、Ｖ：０．０１％以上０．１０％未満、Ｂ：０．００１０～０．００５０％、Ｎ：０．１５０％未満、及び、Ｏ：０．０００１～０．００７０％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなり、式（１Ａ）及び（２）を満たす化学組成と、体積率で３０～８０％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、６５５ＭＰａ以上の降伏強度とを有する。
２４．０＜Ｃｒ＋３．３×Ｍｏ＋１６×Ｎ＜３５．０ （１Ａ）
（Ｎ×Ｓ／Ｂ）×１０3＜１１．５ （２）
【選択図】図２
【図1】
【図2】