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】2025-02-12
(45)【発行日】2025-02-20
(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 20060101AFI20250213BHJP
C22C 38/60 20060101ALI20250213BHJP
C21D 9/00 20060101ALI20250213BHJP
C21D 8/00 20060101ALN20250213BHJP
【ＦＩ】
C22C38/00 302H
C22C38/60
C21D9/00 A
C21D8/00 E
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2024536494
(86)(22)【出願日】2024-03-14
(86)【国際出願番号】 JP2024010074
【審査請求日】2024-06-18
(31)【優先権主張番号】P 2023065404
(32)【優先日】2023-04-13
(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】松尾 大輔
(72)【発明者】
【氏名】荒井 勇次
【審査官】川口 由紀子
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－２１６８１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２２－１５５３４３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２２－１５５３３９（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０２３／０５８６３０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２３／０５８６３１（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２２Ｃ ３８／００－３８／６０
Ｃ２１Ｄ ９／００
Ｃ２１Ｄ ８／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
二相ステンレス鋼材であって、質量％で、
Ｃ：０．０５０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．４０～３．００％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｃｒ：２０．００～２４．５０％、
Ｃｕ：０．１０～３．００％、
Ｎｉ：２．００～１０．００％、
Ｍｏ：０．８０～５．００％、
Ｗ：０．０１～１．５０％、
Ｎ：０．００１～０．３５０％、
Ｃｏ：０．１０～１．００％、
Ｓｎ：０．００１～０．０５０％、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５０％以下、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｔｉ：０．００１～０．０５０％、
Ｃａ：０．０００５～０．０１００％、
Ｂ：０．００１５～０．００５０％、
Ｏ：０．０１０％以下、
Ｍｇ：０～０．０１０％、
希土類元素：０～０．０１０％、
Ｚｒ：０～０．０１０％、
Ｎｂ：０～０．５００％、
Ｔａ：０～０．１００％、
Ａｓ：０～０．０５０％、
Ｚｎ：０～０．０１０％、
Ｐｂ：０～０．０１０％、
Ｓｂ：０～０．０１０％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
前記各元素含有量が上述の範囲内であることを前提として、
式（１）で定義されるＦｎ１が４０．０以上であり、
前記二相ステンレス鋼材中において、
円相当径が１．０μｍ以上であり、Ｍｎ含有量が１０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上である粒子を粗大Ｍｎ硫化物と定義し、
円相当径が２．０μｍ以上であり、Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上であり、Ｍｎ含有量が１０質量％未満である粒子を粗大Ｃａ硫化物と定義したとき、
前記粗大Ｍｎ硫化物と前記粗大Ｃａ硫化物との総個数密度が０．５０個／ｍｍ２以下であり、
前記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り、
前記フェライト中の前記粗大Ｍｎ硫化物と前記粗大Ｃａ硫化物との総個数密度をＮＤＡ個／ｍｍ２と定義し、
前記オーステナイト中の前記粗大Ｍｎ硫化物と前記粗大Ｃａ硫化物との総個数密度をＮＤＧ個／ｍｍ２と定義したとき、
前記ＮＤＡと前記ＮＤＧとが、式（２）を満たす、
二相ステンレス鋼材。
Ｆｎ１＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ＮＤＡ／ＮＤＧ＜０．５０ （２）
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。
【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、Ｍｇ：０．００１～０．０１０％、
希土類元素：０．００１～０．０１０％、
Ｚｒ：０．００１～０．０１０％、
Ｎｂ：０．００１～０．５００％、
Ｔａ：０．００１～０．１００％、
Ａｓ：０．００１～０．０５０％、
Ｚｎ：０．００１～０．０１０％、
Ｐｂ：０．００１～０．０１０％、及び、
Ｓｂ：０．００１～０．０１０％、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。
【請求項3】
請求項１又は請求項２に記載の二相ステンレス鋼材であって、前記二相ステンレス鋼材は、鋼管である、
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】
現在、地上での二酸化炭素（ＣＯ２）の濃度上昇が世界的に問題となっている。そのため、ＣＯ２の排出を抑制する取り組みが進められてきている。このようなＣＯ２の排出を抑制する取り組みの中で、特に、ＣＣＵＳが注目されている。
【0003】
ＣＣＵＳは、Ｃａｒｂｏｎ ｄｉｏｘｉｄｅ Ｃａｐｔｕｒｅ， Ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｔｏｒａｇｅの略称である。すなわち、ＣＣＵＳは、ＣＯ２の回収、利用、及び、貯留の３つの技術を含む。このうち、ＣＯ２を貯留する技術として、発電所や工場等の産業施設から排出されたＣＯ２を回収し、枯渇油井にＣＯ２を圧入して貯留する技術が注目されてきている。
【0004】
このようなＣＯ２貯留技術に用いられる鋼材には、枯渇油井にＣＯ２を圧入するため、高い強度が求められる。また、ＣＯ２は、鋼材を腐食させる腐食性物質である。そのため、ＣＯ２貯留技術に用いられる鋼材には、ＣＯ２を多く含有する腐食環境での優れた耐食性が求められる。
【0005】
腐食環境での耐食性に優れる鋼材として、フェライト及びオーステナイトの二相組織を有する二相ステンレス鋼材が知られている。二相ステンレス鋼は例えば、特開平５－１３２７４１号公報（特許文献１）、及び、特開平９－１９５００３号公報（特許文献２）に開示されている。
【0006】
特許文献１に開示されている二相ステンレス鋼材は、質量％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。
【0007】
特許文献２に開示されている二相ステンレス鋼材は、質量％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。
【0008】
特許文献１及び特許文献２に開示されている二相ステンレス鋼材では、化学組成を調整することにより、耐食性を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【文献】特開平５－１３２７４１号公報
【文献】特開平９－１９５００３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
ところで、上述の二酸化炭素の貯留技術では、枯渇油井にＣＯ２を注入するために、鋼管内に注入するＣＯ２を圧縮及び昇圧して、ＣＯ２を超臨界状態にする。一方、発電所や工場等の産業施設から回収されたＣＯ２には、ＳＯｘ及びＯ２が含まれている。ここで、ＳＯｘとは、ＳＯ２に代表される硫黄酸化物の総称である。ＳＯｘは水に溶解して酸性化合物（硫酸や亜硫酸等）を形成し、鋼材表面に全面腐食を発生させる。また、Ｏ２は孔食を発生させる。したがって、ＳＯｘ及びＯ２が含まれた超臨界ＣＯ２は、極めて厳しい腐食環境を形成する。本明細書では、ＳＯｘ及びＯ２が含まれた超臨界ＣＯ２によって形成される腐食環境を、「超臨界腐食環境」という。
【0011】
すなわち、超臨界腐食環境で使用される鋼材では、従来の腐食環境よりもさらに優れた耐全面腐食性及び耐孔食性が求められる。特許文献１及び２に開示された二相ステンレス鋼材は、このような超臨界腐食環境での使用が想定されていない。
【0012】
本開示の目的は、超臨界腐食環境であっても、優れた耐全面腐食性及び耐孔食性を有する、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：０．０５０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．４０～３．００％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｃｒ：２０．００～２４．５０％、
Ｃｕ：０．１０～３．００％、
Ｎｉ：２．００～１０．００％、
Ｍｏ：０．８０～５．００％、
Ｗ：０．０１～１．５０％、
Ｎ：０．００１～０．３５０％、
Ｃｏ：０．１０～１．００％、
Ｓｎ：０．００１～０．０５０％、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５０％以下、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｔｉ：０．００１～０．０５０％、
Ｃａ：０．０００５～０．０１００％、
Ｂ：０．００１５～０．００５０％、
Ｏ：０．０１０％以下、
Ｍｇ：０～０．０１０％、
希土類元素：０～０．０１０％、
Ｚｒ：０～０．０１０％、
Ｎｂ：０～０．５００％、
Ｔａ：０～０．１００％、
Ａｓ：０～０．０５０％、
Ｚｎ：０～０．０１０％、
Ｐｂ：０～０．０１０％、
Ｓｂ：０～０．０１０％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
前記各元素含有量が上述の範囲内であることを前提として、
式（１）で定義されるＦｎ１が４０．０以上であり、
前記二相ステンレス鋼材中において、
円相当径が１．０μｍ以上であり、Ｍｎ含有量が１０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上である粒子を粗大Ｍｎ硫化物と定義し、
円相当径が２．０μｍ以上であり、Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上であり、Ｍｎ含有量が１０質量％未満である粒子を粗大Ｃａ硫化物と定義したとき、
前記粗大Ｍｎ硫化物と前記粗大Ｃａ硫化物との総個数密度が０．５０個／ｍｍ２以下であり、
前記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り、
前記フェライト中の前記粗大Ｍｎ硫化物と前記粗大Ｃａ硫化物との総個数密度をＮＤＡ個／ｍｍ２と定義し、
前記オーステナイト中の前記粗大Ｍｎ硫化物と前記粗大Ｃａ硫化物との総個数密度をＮＤＧ個／ｍｍ２と定義したとき、
前記ＮＤＡと前記ＮＤＧとが、式（２）を満たす。
Ｆｎ１＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ＮＤＡ／ＮＤＧ＜０．５０ （２）
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。
質量％で、
Ｃ：０．０５０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．４０～３．００％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｃｒ：２０．００～２４．５０％、
Ｃｕ：０．１０～３．００％、
Ｎｉ：２．００～１０．００％、
Ｍｏ：０．８０～５．００％、
Ｗ：０．０１～１．５０％、
Ｎ：０．００１～０．３５０％、
Ｃｏ：０．１０～１．００％、
Ｓｎ：０．００１～０．０５０％、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５０％以下、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｔｉ：０．００１～０．０５０％、
Ｃａ：０．０００５～０．０１００％、
Ｂ：０．００１５～０．００５０％、
Ｏ：０．０１０％以下、
Ｍｇ：０～０．０１０％、
希土類元素：０～０．０１０％、
Ｚｒ：０～０．０１０％、
Ｎｂ：０～０．５００％、
Ｔａ：０～０．１００％、
Ａｓ：０～０．０５０％、
Ｚｎ：０～０．０１０％、
Ｐｂ：０～０．０１０％、
Ｓｂ：０～０．０１０％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
前記各元素含有量が上述の範囲内であることを前提として、
式（１）で定義されるＦｎ１が４０．０以上であり、
前記二相ステンレス鋼材中において、
円相当径が１．０μｍ以上であり、Ｍｎ含有量が１０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上である粒子を粗大Ｍｎ硫化物と定義し、
円相当径が２．０μｍ以上であり、Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上であり、Ｍｎ含有量が１０質量％未満である粒子を粗大Ｃａ硫化物と定義したとき、
前記粗大Ｍｎ硫化物と前記粗大Ｃａ硫化物との総個数密度が０．５０個／ｍｍ２以下であり、
前記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り、
前記フェライト中の前記粗大Ｍｎ硫化物と前記粗大Ｃａ硫化物との総個数密度をＮＤＡ個／ｍｍ２と定義し、
前記オーステナイト中の前記粗大Ｍｎ硫化物と前記粗大Ｃａ硫化物との総個数密度をＮＤＧ個／ｍｍ２と定義したとき、
前記ＮＤＡと前記ＮＤＧとが、式（２）を満たす。
Ｆｎ１＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ＮＤＡ／ＮＤＧ＜０．５０ （２）
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。
【発明の効果】
【0014】
本開示による二相ステンレス鋼材は、超臨界腐食環境であっても、優れた耐全面腐食性及び耐孔食性を有する。
【発明を実施するための形態】
【0015】
本発明者らは、ＳＯｘ及びＯ２が含まれた超臨界ＣＯ２によって形成される超臨界腐食環境において、優れた耐全面腐食性及び耐孔食性を有する二相ステンレス鋼材について、検討を行った。
【0016】
本発明者らは初めに、超臨界腐食環境において優れた耐全面腐食性及び優れた耐孔食性を有する鋼材を、化学組成の観点から検討した。その結果、質量％で、Ｃ：０．０５０％以下、Ｓｉ：１．００％以下、Ｍｎ：０．４０～３．００％、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．００５０％以下、Ｃｒ：２０．００～２４．５０％、Ｃｕ：０．１０～３．００％、Ｎｉ：２．００～１０．００％、Ｍｏ：０．８０～５．００％、Ｗ：０．０１～１．５０％、Ｎ：０．００１～０．３５０％、Ｃｏ：０．１０～１．００％、Ｓｎ：０．００１～０．０５０％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５０％以下、Ｖ：０．０１～０．５０％、Ｔｉ：０．００１～０．０５０％、Ｃａ：０．０００５～０．０１００％、Ｂ：０．００１５～０．００５０％、Ｏ：０．０１０％以下、Ｍｇ：０～０．０１０％、希土類元素：０～０．０１０％、Ｚｒ：０～０．０１０％、Ｎｂ：０～０．５００％、Ｔａ：０～０．１００％、Ａｓ：０～０．０５０％、Ｚｎ：０～０．０１０％、Ｐｂ：０～０．０１０％、Ｓｂ：０～０．０１０％、及び、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する鋼材であれば、超臨界腐食環境において優れた耐全面腐食性及び優れた耐孔食性が得られる可能性があると考えた。
【0017】
一方、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材であっても、超臨界腐食環境では、耐全面腐食性が十分に得られない場合があった。そこで本発明者らは、超臨界腐食環境における耐全面腐食性を高める手段について、さらに検討を行った。
【0018】
具体的に本発明者らは、化学組成中の各元素の作用に注目した。これまでに、上述の化学組成に含まれる元素のうち、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＮは、海水等の塩化物を含有する通常の腐食環境において、耐全面腐食性を高めることが知られてきた。そこで本発明者らは、これらの元素は、超臨界腐食環境においても、耐全面腐食性を高める可能性があると考えた。本発明者らはさらに、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＮ以外に、超臨界腐食環境での耐全面腐食性を高める元素を調査した。その結果、超臨界腐食環境では、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＮだけでなく、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ及びＳｎも、二相ステンレス鋼材の耐全面腐食性を高めることが明らかになった。
【0019】
そこで本発明者らは、二相ステンレス鋼材中のＣｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ及びＳｎの含有量と、超臨界腐食環境での耐全面腐食性との関係についてさらに調査を行った。その結果、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材では、式（１）で定義されるＦｎ１が４０．０以上であれば、超臨界腐食環境において、耐全面腐食性が高められることが明らかになった。
Ｆｎ１＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （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。
Ｆｎ１＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （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。
【0020】
一方、上述の化学組成を有し、Ｆｎ１が４０．０以上を満たす二相ステンレス鋼材であっても、超臨界腐食環境では、優れた耐孔食性が十分に得られない場合があった。そこで本発明者らは、超臨界腐食環境における耐孔食性を高める手段について、さらに検討を行った。
【0021】
上述のとおり、超臨界腐食環境には、高温高圧の超臨界ＣＯ２ガスだけでなく、ＳＯｘガス及びＯ２ガスも含有される。超臨界腐食環境中のＳＯｘガス及びＯ２ガスは水に溶解しやすく、環境を酸性に傾ける。そのため、このような超臨界腐食環境では、二相ステンレス鋼材の表層に介在物が存在すると、鋼材表層の介在物が溶解しやすくなる。介在物が溶解すれば、表面には凹みが形成される。さらに、粗大な介在物が溶解して形成された凹みは、超臨界腐食環境での孔食の起点となりやすい。
【0022】
本発明者らのさらなる調査の結果、超臨界腐食環境では、二相ステンレス鋼材の表層に存在する粗大な介在物（酸化物、硫化物、窒化物等）の全てが孔食の起点となるのではなく、粗大なＭｎ硫化物、及び、粗大なＣａ硫化物が溶解して、鋼材表面に凹みが形成されることが明らかになった。つまり、粗大なＭｎ硫化物及び粗大なＣａ硫化物の個数密度を低減できれば、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材の耐孔食性を高められる可能性がある。
【0023】
具体的に、本発明者らは、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物と、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物とに着目した。以下、本明細書において、Ｍｎ含有量が１０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上である粒子を、Ｍｎ硫化物ともいう。同様に、本明細書では、Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上であり、Ｍｎ含有量が１０質量％未満である粒子を、Ｃａ硫化物ともいう。さらに、本明細書において、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物を「粗大Ｍｎ硫化物」ともいう。同様に、本明細書において、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物を「粗大Ｃａ硫化物」ともいう。本明細書では、粗大Ｍｎ硫化物と粗大Ｃａ硫化物とを総称して「特定介在物」ともいう。
【0024】
本発明者らは、サイズの大きい粗大Ｍｎ硫化物の生成を抑制するだけでなく、サイズの大きい粗大Ｃａ硫化物の生成も抑制できれば、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材の耐孔食性を高められる可能性があると考えた。具体的に、特定介在物（粗大Ｍｎ硫化物及び粗大Ｃａ硫化物）の総個数密度が０．５０個／ｍｍ２以下であれば、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材では、優れた耐孔食性を得られるのではないかと考えた。
【0025】
一方、上述の化学組成を満たし、Ｆｎ１が４０．０以上であり、特定介在物の総個数密度が０．５０個／ｍｍ２以下であっても、優れた耐孔食性が得られない場合があった。そこで本発明者らは、優れた耐孔食性を得られない場合について詳細に調査を行い、耐孔食性を高める手段について検討した。その結果、優れた耐孔食性が得られない場合、二相ステンレス鋼材のミクロ組織のうち、フェライトにおいて孔食が発生しやすいことが明らかになった。
【0026】
ここで、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材は、フェライト及びオーステナイトからなるミクロ組織を有する。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。また、フェライトとオーステナイトとでは、オーステナイトの方がフェライトよりも、優れた耐食性を有する。そのため、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材では、フェライトにおいて選択的に孔食が発生する懸念がある。そこで本発明者らは、二相ステンレス鋼材中の特定介在物を、オーステナイトに偏在させることができれば、フェライトにおける選択的な孔食の発生を抑制できる可能性があると考えた。
【0027】
以上の知見に基づいた本発明者らによる詳細な検討の結果、上述の化学組成を満たし、Ｆｎ１を４０．０以上とし、特定介在物の総個数密度を０．５０個／ｍｍ２以下に低減した上で、フェライト中の特定介在物の総個数密度ＮＤＡ（個／ｍｍ２）と、オーステナイト中の特定介在物の総個数密度ＮＤＧ（個／ｍｍ２）とが、式（２）を満たせば、超臨界腐食環境であっても、優れた耐全面腐食性と耐孔食性とを得られることが明らかになった。
ＮＤＡ／ＮＤＧ＜０．５０ （２）
ＮＤＡ／ＮＤＧ＜０．５０ （２）
【0028】
Ｆｎ２＝ＮＤＡ／ＮＤＧと定義する。Ｆｎ２は、特定介在物（粗大Ｍｎ硫化物及び粗大Ｃａ硫化物）がどの程度フェライトに存在するかを示す指標である。Ｆｎ２が０．５０未満であれば、フェライト中の特定介在物の個数密度を十分に低減することができる。その結果、本実施形態のその他の構成を満たすことを条件に、フェライトで生じる選択的な孔食の発生を抑制できる。一方、Ｆｎ２が０．５０以上であれば、フェライトに特定介在物が多く含まれ、選択的に孔食が発生する懸念がある。
【0029】
したがって、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、上述の化学組成を有し、Ｆｎ１が４０．０以上であり、特定介在物の総個数密度が０．５０個／ｍｍ２以下であり、さらに、Ｆｎ２を０．５０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、超臨界腐食環境であっても、優れた耐全面腐食性と耐孔食性とを有する。
【0030】
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。
【0031】
［１］
二相ステンレス鋼材であって、
質量％で、
Ｃ：０．０５０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．４０～３．００％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｃｒ：２０．００～２４．５０％、
Ｃｕ：０．１０～３．００％、
Ｎｉ：２．００～１０．００％、
Ｍｏ：０．８０～５．００％、
Ｗ：０．０１～１．５０％、
Ｎ：０．００１～０．３５０％、
Ｃｏ：０．１０～１．００％、
Ｓｎ：０．００１～０．０５０％、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５０％以下、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｔｉ：０．００１～０．０５０％、
Ｃａ：０．０００５～０．０１００％、
Ｂ：０．００１５～０．００５０％、
Ｏ：０．０１０％以下、
Ｍｇ：０～０．０１０％、
希土類元素：０～０．０１０％、
Ｚｒ：０～０．０１０％、
Ｎｂ：０～０．５００％、
Ｔａ：０～０．１００％、
Ａｓ：０～０．０５０％、
Ｚｎ：０～０．０１０％、
Ｐｂ：０～０．０１０％、
Ｓｂ：０～０．０１０％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
前記各元素含有量が上述の範囲内であることを前提として、
式（１）で定義されるＦｎ１が４０．０以上であり、
前記二相ステンレス鋼材中において、
円相当径が１．０μｍ以上であり、Ｍｎ含有量が１０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上である粒子を粗大Ｍｎ硫化物と定義し、
円相当径が２．０μｍ以上であり、Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上であり、Ｍｎ含有量が１０質量％未満である粒子を粗大Ｃａ硫化物と定義したとき、
前記粗大Ｍｎ硫化物と前記粗大Ｃａ硫化物との総個数密度が０．５０個／ｍｍ２以下であり、
前記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り、
前記フェライト中の前記粗大Ｍｎ硫化物と前記粗大Ｃａ硫化物との総個数密度をＮＤＡ個／ｍｍ２と定義し、
前記オーステナイト中の前記粗大Ｍｎ硫化物と前記粗大Ｃａ硫化物との総個数密度をＮＤＧ個／ｍｍ２と定義したとき、
前記ＮＤＡと前記ＮＤＧとが、式（２）を満たす、
二相ステンレス鋼材。
Ｆｎ１＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ＮＤＡ／ＮＤＧ＜０．５０ （２）
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。
二相ステンレス鋼材であって、
質量％で、
Ｃ：０．０５０％以下、
Ｓｉ：１．００％以下、
Ｍｎ：０．４０～３．００％、
Ｐ：０．０５０％以下、
Ｓ：０．００５０％以下、
Ｃｒ：２０．００～２４．５０％、
Ｃｕ：０．１０～３．００％、
Ｎｉ：２．００～１０．００％、
Ｍｏ：０．８０～５．００％、
Ｗ：０．０１～１．５０％、
Ｎ：０．００１～０．３５０％、
Ｃｏ：０．１０～１．００％、
Ｓｎ：０．００１～０．０５０％、
ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５０％以下、
Ｖ：０．０１～０．５０％、
Ｔｉ：０．００１～０．０５０％、
Ｃａ：０．０００５～０．０１００％、
Ｂ：０．００１５～０．００５０％、
Ｏ：０．０１０％以下、
Ｍｇ：０～０．０１０％、
希土類元素：０～０．０１０％、
Ｚｒ：０～０．０１０％、
Ｎｂ：０～０．５００％、
Ｔａ：０～０．１００％、
Ａｓ：０～０．０５０％、
Ｚｎ：０～０．０１０％、
Ｐｂ：０～０．０１０％、
Ｓｂ：０～０．０１０％、及び、
残部がＦｅ及び不純物からなり、
前記各元素含有量が上述の範囲内であることを前提として、
式（１）で定義されるＦｎ１が４０．０以上であり、
前記二相ステンレス鋼材中において、
円相当径が１．０μｍ以上であり、Ｍｎ含有量が１０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上である粒子を粗大Ｍｎ硫化物と定義し、
円相当径が２．０μｍ以上であり、Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上であり、Ｍｎ含有量が１０質量％未満である粒子を粗大Ｃａ硫化物と定義したとき、
前記粗大Ｍｎ硫化物と前記粗大Ｃａ硫化物との総個数密度が０．５０個／ｍｍ２以下であり、
前記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り、
前記フェライト中の前記粗大Ｍｎ硫化物と前記粗大Ｃａ硫化物との総個数密度をＮＤＡ個／ｍｍ２と定義し、
前記オーステナイト中の前記粗大Ｍｎ硫化物と前記粗大Ｃａ硫化物との総個数密度をＮＤＧ個／ｍｍ２と定義したとき、
前記ＮＤＡと前記ＮＤＧとが、式（２）を満たす、
二相ステンレス鋼材。
Ｆｎ１＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ＮＤＡ／ＮＤＧ＜０．５０ （２）
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。
【0032】
［２］
［１］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
Ｍｇ：０．００１～０．０１０％、
希土類元素：０．００１～０．０１０％、
Ｚｒ：０．００１～０．０１０％、
Ｎｂ：０．００１～０．５００％、
Ｔａ：０．００１～０．１００％、
Ａｓ：０．００１～０．０５０％、
Ｚｎ：０．００１～０．０１０％、
Ｐｂ：０．００１～０．０１０％、及び、
Ｓｂ：０．００１～０．０１０％、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、
Ｍｇ：０．００１～０．０１０％、
希土類元素：０．００１～０．０１０％、
Ｚｒ：０．００１～０．０１０％、
Ｎｂ：０．００１～０．５００％、
Ｔａ：０．００１～０．１００％、
Ａｓ：０．００１～０．０５０％、
Ｚｎ：０．００１～０．０１０％、
Ｐｂ：０．００１～０．０１０％、及び、
Ｓｂ：０．００１～０．０１０％、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。
【0033】
［３］
［１］又は［２］に記載の二相ステンレス鋼材であって、
前記二相ステンレス鋼材は、鋼管である、
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、
前記二相ステンレス鋼材は、鋼管である、
二相ステンレス鋼材。
【0034】
なお、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、鋼管とは、継目無鋼管であってもよく、溶接鋼管であってもよい。
【0035】
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。
【0036】
［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。
【0037】
Ｃ：０．０５０％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、鋼材の耐食性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．０５０％以下である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．０４８％であり、さらに好ましくは０．０４５％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０．００３％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、鋼材の耐食性が低下する。したがって、Ｃ含有量は０．０５０％以下である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．０４８％であり、さらに好ましくは０．０４５％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０．００３％であり、さらに好ましくは０．００５％である。
【0038】
Ｓｉ：１．００％以下
ケイ素（Ｓｉ）は、不可避に含有される。すなわち、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、鋼材の靭性が低下する。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％であり、さらに好ましくは０．７０％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０．０１％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％であり、さらに好ましくは０．２０％である。
ケイ素（Ｓｉ）は、不可避に含有される。すなわち、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、鋼材の靭性が低下する。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％であり、さらに好ましくは０．７０％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０．０１％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％であり、さらに好ましくは０．２０％である。
【0039】
Ｍｎ：０．４０～３．００％
マンガン（Ｍｎ）は、鋼を脱酸及び脱硫する。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は硫黄（Ｓ）と結合して、Ｍｎ硫化物を形成する。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、粗大Ｍｎ硫化物が多数形成され、超臨界腐食環境における、鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．４０～３．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．５０％であり、さらに好ましくは０．６０％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は２．９０％であり、さらに好ましくは２．７０％である。
マンガン（Ｍｎ）は、鋼を脱酸及び脱硫する。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は硫黄（Ｓ）と結合して、Ｍｎ硫化物を形成する。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、粗大Ｍｎ硫化物が多数形成され、超臨界腐食環境における、鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、Ｍｎ含有量は０．４０～３．００％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．５０％であり、さらに好ましくは０．６０％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は２．９０％であり、さらに好ましくは２．７０％である。
【0040】
Ｐ：０．０５０％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、鋼材の耐食性が低下する。したがって、Ｐ含有量は０．０５０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４０％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、鋼材の耐食性が低下する。したがって、Ｐ含有量は０．０５０％以下である。Ｐ含有量の好ましい上限は０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４０％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。
【0041】
Ｓ：０．００５０％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、鋼材の耐食性が低下する。したがって、Ｓ含有量は０．００５０％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００２０％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０．０００５％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、鋼材の耐食性が低下する。したがって、Ｓ含有量は０．００５０％以下である。Ｓ含有量の好ましい上限は０．００４０％であり、さらに好ましくは０．００３０％であり、さらに好ましくは０．００２０％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０．０００５％である。
【0042】
Ｃｒ：２０．００～２４．５０％
クロム（Ｃｒ）は、酸化物として鋼材の表面に不働態被膜を形成し、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。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、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は２０．００～２４．５０％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２０．２０％であり、さらに好ましくは２０．５０％であり、さらに好ましくは２１．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２４．３０％であり、さらに好ましくは２４．００％であり、さらに好ましくは２３．８０％である。
クロム（Ｃｒ）は、酸化物として鋼材の表面に不働態被膜を形成し、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。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、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は２０．００～２４．５０％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は２０．２０％であり、さらに好ましくは２０．５０％であり、さらに好ましくは２１．００％である。Ｃｒ含有量の好ましい上限は２４．３０％であり、さらに好ましくは２４．００％であり、さらに好ましくは２３．８０％である。
【0043】
Ｃｕ：０．１０～３．００％
銅（Ｃｕ）は、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性を高める。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０．１０～３．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．１５％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．２５％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は２．９０％であり、さらに好ましくは２．７５％であり、さらに好ましくは２．５０％である。
銅（Ｃｕ）は、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性を高める。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０．１０～３．００％である。Ｃｕ含有量の好ましい下限は０．１５％であり、さらに好ましくは０．２０％であり、さらに好ましくは０．２５％である。Ｃｕ含有量の好ましい上限は２．９０％であり、さらに好ましくは２．７５％であり、さらに好ましくは２．５０％である。
【0044】
Ｎｉ：２．００～１０．００％
ニッケル（Ｎｉ）は、鋼材のオーステナイトを安定化する。Ｎｉはさらに、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性を高める。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２．００～１０．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は２．５０％であり、さらに好ましくは３．００％であり、さらに好ましくは３．５０％であり、さらに好ましくは４．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は９．８０％であり、さらに好ましくは９．６０％であり、さらに好ましくは９．３０％であり、さらに好ましくは９．００％である。
ニッケル（Ｎｉ）は、鋼材のオーステナイトを安定化する。Ｎｉはさらに、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性を高める。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２．００～１０．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は２．５０％であり、さらに好ましくは３．００％であり、さらに好ましくは３．５０％であり、さらに好ましくは４．００％である。Ｎｉ含有量の好ましい上限は９．８０％であり、さらに好ましくは９．６０％であり、さらに好ましくは９．３０％であり、さらに好ましくは９．００％である。
【0045】
Ｍｏ：０．８０～５．００％
モリブデン（Ｍｏ）は、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性を高める。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０．８０～５．００％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．８５％であり、さらに好ましくは１．００％であり、さらに好ましくは１．５０％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は４．８０％であり、さらに好ましくは４．５０％であり、さらに好ましくは４．３０％である。
モリブデン（Ｍｏ）は、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性を高める。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０．８０～５．００％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．８５％であり、さらに好ましくは１．００％であり、さらに好ましくは１．５０％である。Ｍｏ含有量の好ましい上限は４．８０％であり、さらに好ましくは４．５０％であり、さらに好ましくは４．３０％である。
【0046】
Ｗ：０．０１～１．５０％
タングステン（Ｗ）は、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性を高める。Ｗ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、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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｗ含有量は０．０１～１．５０％である。Ｗ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、さらに好ましくは０．０７％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．１５％である。Ｗ含有量の好ましい上限は１．４５％であり、さらに好ましくは１．３５％であり、さらに好ましくは１．２５％である。
タングステン（Ｗ）は、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性を高める。Ｗ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、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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｗ含有量は０．０１～１．５０％である。Ｗ含有量の好ましい下限は０．０５％であり、さらに好ましくは０．０７％であり、さらに好ましくは０．１０％であり、さらに好ましくは０．１５％である。Ｗ含有量の好ましい上限は１．４５％であり、さらに好ましくは１．３５％であり、さらに好ましくは１．２５％である。
【0047】
Ｎ：０．００１～０．３５０％
窒素（Ｎ）は、鋼材のオーステナイトを安定化する。Ｎはさらに、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性を高める。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、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．００１～０．３５０％である。Ｎ含有量の好ましい下限は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。Ｎ含有量の好ましい上限は、０．３４５％であり、さらに好ましくは０．３４０％である。
窒素（Ｎ）は、鋼材のオーステナイトを安定化する。Ｎはさらに、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性を高める。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、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｎ含有量は０．００１～０．３５０％である。Ｎ含有量の好ましい下限は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。Ｎ含有量の好ましい上限は、０．３４５％であり、さらに好ましくは０．３４０％である。
【0048】
Ｃｏ：０．１０～１．００％
コバルト（Ｃｏ）は、鋼材の表面に被膜を形成して、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。Ｃｏ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、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０．１０～１．００％である。Ｃｏ含有量の好ましい下限は０．１１％であり、さらに好ましくは０．１２％であり、さらに好ましくは０．１５％である。Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．９５％であり、さらに好ましくは０．９０％であり、さらに好ましくは０．８０％である。
コバルト（Ｃｏ）は、鋼材の表面に被膜を形成して、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。Ｃｏ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、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０．１０～１．００％である。Ｃｏ含有量の好ましい下限は０．１１％であり、さらに好ましくは０．１２％であり、さらに好ましくは０．１５％である。Ｃｏ含有量の好ましい上限は０．９５％であり、さらに好ましくは０．９０％であり、さらに好ましくは０．８０％である。
【0049】
Ｓｎ：０．００１～０．０５０％
スズ（Ｓｎ）は、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。Ｓｎ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、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、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｎ含有量は０．００１～０．０５０％である。Ｓｎ含有量の好ましい下限は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。Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３５％である。
スズ（Ｓｎ）は、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性を高める。Ｓｎ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、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、鋼材の熱間加工性が低下する。したがって、Ｓｎ含有量は０．００１～０．０５０％である。Ｓｎ含有量の好ましい下限は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。Ｓｎ含有量の好ましい上限は０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３５％である。
【0050】
ｓｏｌ．Ａｌ：０．０５０％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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．０５０％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０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４０％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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ａｌ含有量は０．０５０％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０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４０％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。
【0051】
Ｖ：０．０１～０．５０％
バナジウム（Ｖ）は、鋼材の強度を高める。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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０．０１～０．５０％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％であり、さらに好ましくは０．１０％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．４５％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３０％である。
バナジウム（Ｖ）は、鋼材の強度を高める。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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｖ含有量は０．０１～０．５０％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％であり、さらに好ましくは０．１０％である。Ｖ含有量の好ましい上限は０．４５％であり、さらに好ましくは０．４０％であり、さらに好ましくは０．３０％である。
【0052】
Ｔｉ：０．００１～０．０５０％
チタン（Ｔｉ）は、炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｔｉ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、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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０．００１～０．０５０％である。Ｔｉ含有量の好ましい下限は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０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０２５％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。
チタン（Ｔｉ）は、炭窒化物を形成し、鋼材の強度を高める。Ｔｉ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、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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０．００１～０．０５０％である。Ｔｉ含有量の好ましい下限は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０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３０％であり、さらに好ましくは０．０２５％であり、さらに好ましくは０．０２０％である。
【0053】
Ｃａ：０．０００５～０．０１００％
カルシウム（Ｃａ）は、鋼材中のＳと結合してＣａ硫化物を生成し、粗大Ｍｎ硫化物の生成を抑制する。その結果、鋼材中の粗大Ｍｎ硫化物の個数密度が低減され、超臨界腐食環境における、鋼材の耐孔食性が高まる。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、粗大Ｃａ硫化物が多数形成され、超臨界腐食環境における、鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０．０００５～０．０１００％である。Ｃａ含有量の好ましい下限は０．０００６％であり、さらに好ましくは０．０００７％であり、さらに好ましくは０．０００８％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００５０％である。
カルシウム（Ｃａ）は、鋼材中のＳと結合してＣａ硫化物を生成し、粗大Ｍｎ硫化物の生成を抑制する。その結果、鋼材中の粗大Ｍｎ硫化物の個数密度が低減され、超臨界腐食環境における、鋼材の耐孔食性が高まる。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、粗大Ｃａ硫化物が多数形成され、超臨界腐食環境における、鋼材の耐孔食性が低下する。したがって、Ｃａ含有量は０．０００５～０．０１００％である。Ｃａ含有量の好ましい下限は０．０００６％であり、さらに好ましくは０．０００７％であり、さらに好ましくは０．０００８％である。Ｃａ含有量の好ましい上限は０．００９０％であり、さらに好ましくは０．００８０％であり、さらに好ましくは０．００６０％であり、さらに好ましくは０．００５０％である。
【0054】
Ｂ：０．００１５～０．００５０％
ホウ素（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、ボロン窒化物（ＢＮ）が生成し、鋼材の靱性を低下させる。したがって、Ｂ含有量は０．００１５～０．００５０％である。Ｂ含有量の好ましい下限は０．００１８％であり、さらに好ましくは０．００２０％であり、さらに好ましくは０．００２５％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％であり、さらに好ましくは０．００３５％である。
ホウ素（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、ボロン窒化物（ＢＮ）が生成し、鋼材の靱性を低下させる。したがって、Ｂ含有量は０．００１５～０．００５０％である。Ｂ含有量の好ましい下限は０．００１８％であり、さらに好ましくは０．００２０％であり、さらに好ましくは０．００２５％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％であり、さらに好ましくは０．００３５％である。
【0055】
Ｏ：０．０１０％以下
酸素（Ｏ）は、不可避に含有される。すなわち、Ｏ含有量の下限は０％超である。Ｏは酸化物を形成して、鋼材の靭性を低下させる。そのため、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、鋼材の耐食性が低下する。したがって、Ｏ含有量は０．０１０％以下である。Ｏ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、さらに好ましくは０．００８％であり、さらに好ましくは０．００７％である。Ｏ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｏ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、Ｏ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。
酸素（Ｏ）は、不可避に含有される。すなわち、Ｏ含有量の下限は０％超である。Ｏは酸化物を形成して、鋼材の靭性を低下させる。そのため、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、鋼材の耐食性が低下する。したがって、Ｏ含有量は０．０１０％以下である。Ｏ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、さらに好ましくは０．００８％であり、さらに好ましくは０．００７％である。Ｏ含有量はなるべく低い方が好ましい。ただし、Ｏ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、Ｏ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。
【0056】
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。
【0057】
［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、Ｍｇ、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。
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、Ｍｇ、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。
【0058】
Ｍｇ：０～０．０１０％
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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｍｇ含有量は０～０．０１０％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％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、さらに好ましくは０．００８％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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｍｇ含有量は０～０．０１０％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％である。Ｍｇ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、さらに好ましくは０．００８％である。
【0059】
希土類元素：０～０．０１０％
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、鋼材の靭性が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．０１０％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０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、さらに好ましくは０．００８％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、鋼材の靭性が低下する。したがって、ＲＥＭ含有量は０～０．０１０％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０．００２％であり、さらに好ましくは０．００３％である。ＲＥＭ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、さらに好ましくは０．００８％である。
【0060】
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。
【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、Ｚｒ、Ｎｂ、及び、Ｔａ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。
【0062】
Ｚｒ：０～０．０１０％
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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｚｒ含有量は０～０．０１０％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％である。Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、さらに好ましくは０．００８％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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｚｒ含有量は０～０．０１０％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％である。Ｚｒ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、さらに好ましくは０．００８％である。
【0063】
Ｎｂ：０～０．５００％
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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０～０．５００％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０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．４００％であり、さらに好ましくは０．３００％であり、さらに好ましくは０．２００％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、鋼材の靭性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０～０．５００％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０．００５％であり、さらに好ましくは０．０１０％であり、さらに好ましくは０．０５０％である。Ｎｂ含有量の好ましい上限は０．４００％であり、さらに好ましくは０．３００％であり、さらに好ましくは０．２００％である。
【0064】
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０．０９５％であり、さらに好ましくは０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０８０％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０．０９５％であり、さらに好ましくは０．０９０％であり、さらに好ましくは０．０８０％である。
【0065】
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、Ａｓ、Ｚｎ、Ｐｂ、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。
【0066】
Ａｓ：０～０．０５０％
ヒ素（Ａｓ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ａｓ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ａｓは、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性を高める。Ａｓ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、Ａｓ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、超臨界腐食環境における鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性がかえって低下する場合がある。したがって、Ａｓ含有量は０～０．０５０％である。Ａｓ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％である。Ａｓ含有量の好ましい上限は０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３５％である。
ヒ素（Ａｓ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ａｓ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ａｓは、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性を高める。Ａｓ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、Ａｓ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、超臨界腐食環境における鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性がかえって低下する場合がある。したがって、Ａｓ含有量は０～０．０５０％である。Ａｓ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％である。Ａｓ含有量の好ましい上限は０．０４５％であり、さらに好ましくは０．０４０％であり、さらに好ましくは０．０３５％である。
【0067】
Ｚｎ：０～０．０１０％
亜鉛（Ｚｎ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｚｎ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｚｎは、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性を高める。Ｚｎ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、Ｚｎ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、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性がかえって低下する場合がある。したがって、Ｚｎ含有量は０～０．０１０％である。Ｚｎ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。Ｚｎ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、さらに好ましくは０．００８％であり、さらに好ましくは０．００７％である。
亜鉛（Ｚｎ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。すなわち、Ｚｎ含有量は０％であってもよい。含有される場合、Ｚｎは、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性を高める。Ｚｎ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、Ｚｎ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、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性及び耐孔食性がかえって低下する場合がある。したがって、Ｚｎ含有量は０～０．０１０％である。Ｚｎ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。Ｚｎ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、さらに好ましくは０．００８％であり、さらに好ましくは０．００７％である。
【0068】
Ｐｂ：０～０．０１０％
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は、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性を高める。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、熱間加工後の鋼材表面に多数の疵が発生する。したがって、Ｐｂ含有量は０～０．０１０％である。Ｐｂ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。Ｐｂ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、さらに好ましくは０．００８％であり、さらに好ましくは０．００７％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は、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性を高める。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、熱間加工後の鋼材表面に多数の疵が発生する。したがって、Ｐｂ含有量は０～０．０１０％である。Ｐｂ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。Ｐｂ含有量の好ましい上限は０．００９％であり、さらに好ましくは０．００８％であり、さらに好ましくは０．００７％である。
【0069】
Ｓｂ：０～０．０１０％
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、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性を高める。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０～０．０１０％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０．００９％であり、さらに好ましくは０．００８％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、超臨界腐食環境における、鋼材の耐全面腐食性を高める。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０～０．０１０％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０．００９％であり、さらに好ましくは０．００８％である。
【0070】
［Ｆｎ１］
本実施形態による二相ステンレス鋼材は、化学組成の各元素含有量が上述の範囲内であることを前提として、式（１）で定義されるＦｎ１が４０．０以上である。
Ｆｎ１＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
本実施形態による二相ステンレス鋼材は、化学組成の各元素含有量が上述の範囲内であることを前提として、式（１）で定義されるＦｎ１が４０．０以上である。
Ｆｎ１＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ここで、式（１）中の元素記号には、対応する元素の質量％での含有量が代入される。
【0071】
Ｆｎ１は、超臨界腐食環境における二相ステンレス鋼材の耐全面腐食性の指標である。上述のとおり、超臨界ＣＯ２ガスにＳＯｘガス及びＯ２ガスが含有されている超臨界腐食環境では、上述の化学組成の元素のうち、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ及びＮだけでなく、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｏ及びＳｎも、耐全面腐食性の向上に寄与する。つまり、Ｆｎ１とは、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材において、超臨界腐食環境での各元素の耐全面腐食性への寄与度を考慮して設定されたパラメータ式である。上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材において、Ｆｎ１が４０．０以上であれば、超臨界腐食環境における耐全面腐食性が顕著に高まる。したがって、本実施形態において、Ｆｎ１は４０．０以上である。
【0072】
Ｆｎ１の好ましい下限は４０．５であり、さらに好ましくは４１．０であり、さらに好ましくは４１．５であり、さらに好ましくは４２．０である。Ｆｎ１の上限は特に限定されないが、実質的には７４．６である。Ｆｎ１の上限は、７０．０であってもよく、６８．０であってもよく、６５．０であってもよい。なお、Ｆｎ１は、得られた数値の小数第二位を四捨五入して求める。
【0073】
［特定介在物の総個数密度］
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、Ｆｎ１が４０．０以上であり、さらに、特定介在物の総個数密度が０．５０個／ｍｍ２以下である。本明細書において特定介在物とは、円相当径が１．０μｍ以上であり、後述の方法で特定した、所定の元素のうち、Ｍｎ含有量が１０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上である粒子（粗大Ｍｎ硫化物）と、円相当径が２．０μｍ以上であり、後述の方法で特定した、所定の元素のうち、Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上であり、Ｍｎ含有量が１０質量％未満である粒子（粗大Ｃａ硫化物）との総称である。
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、Ｆｎ１が４０．０以上であり、さらに、特定介在物の総個数密度が０．５０個／ｍｍ２以下である。本明細書において特定介在物とは、円相当径が１．０μｍ以上であり、後述の方法で特定した、所定の元素のうち、Ｍｎ含有量が１０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上である粒子（粗大Ｍｎ硫化物）と、円相当径が２．０μｍ以上であり、後述の方法で特定した、所定の元素のうち、Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上であり、Ｍｎ含有量が１０質量％未満である粒子（粗大Ｃａ硫化物）との総称である。
【0074】
本明細書では、単位面積（１ｍｍ２）当たりの粗大Ｍｎ硫化物及び粗大Ｃａ硫化物の個数密度の合計を、特定介在物の総個数密度（個／ｍｍ２）と定義する。以下、特定介在物の総個数密度を、特定介在物の総個数密度ＮＤ（Ｎｕｍｂｅｒ Ｄｅｎｓｉｔｙ）ともいう。
【0075】
上述のとおり、超臨界腐食環境では、鋼材表層の介在物が溶解しやすく、特定介在物（粗大Ｍｎ硫化物及び粗大Ｃａ硫化物）が孔食の起点となりやすい。そこで、本実施形態では、特定介在物の総個数密度ＮＤを０．５０個／ｍｍ２以下に低減させる。その結果、本実施形態の他の構成を満たすことを条件に、二相ステンレス鋼材は、超臨界腐食環境であっても優れた耐全面腐食性及び耐孔食性を有する。
【0076】
特定介在物の総個数密度ＮＤの好ましい上限は０．４９個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは０．４８個／ｍｍ２であり、さらに好ましくは０．４５個／ｍｍ２である。特定介在物の総個数密度ＮＤの下限は特に限定されず、０．００個／ｍｍ２であってもよい。本実施形態による二相ステンレス鋼材では、特定介在物の総個数密度ＮＤの下限は、たとえば、０．０１個／ｍｍ２であってもよく、０．０５個／ｍｍ２であってもよく、０．１０個／ｍｍ２であってもよく、０．１５個／ｍｍ２であってもよい。なお、特定介在物の総個数密度ＮＤを求める方法は、後述する。
【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、フェライト及び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ミクロ組織における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、無視できるほど低い。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、フェライト及び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ミクロ組織における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、無視できるほど低い。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において、フェライト及びオーステナイトの体積率は特に限定されない。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のミクロ組織では、たとえば、フェライトの体積率は３５～６５％であってもよい。この場合、オーステナイトの体積率３５～６５％となる。なお、ミクロ組織におけるフェライト及びオーステナイトの体積率を求める方法は、後述する。
【0079】
［Ｆｎ２］
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、Ｆｎ１が４０．０以上であり、特定介在物の総個数密度ＮＤが０．５０個／ｍｍ２以下であり、フェライト及びオーステナイトからなるミクロ組織を有し、さらに、フェライト中の特定介在物の総個数密度ＮＤＡ（個／ｍｍ２）と、オーステナイト中の特定介在物の総個数密度ＮＤＧ（個／ｍｍ２）とが、次の式（２）を満たす。
ＮＤＡ／ＮＤＧ＜０．５０ （２）
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、Ｆｎ１が４０．０以上であり、特定介在物の総個数密度ＮＤが０．５０個／ｍｍ２以下であり、フェライト及びオーステナイトからなるミクロ組織を有し、さらに、フェライト中の特定介在物の総個数密度ＮＤＡ（個／ｍｍ２）と、オーステナイト中の特定介在物の総個数密度ＮＤＧ（個／ｍｍ２）とが、次の式（２）を満たす。
ＮＤＡ／ＮＤＧ＜０．５０ （２）
【0080】
Ｆｎ２（＝ＮＤＡ／ＮＤＧ）は、特定介在物（粗大Ｍｎ硫化物及び粗大Ｃａ硫化物）がどの程度フェライトに存在するかを示す指標である。フェライトとオーステナイトとでは、オーステナイトの方がフェライトよりも、優れた耐食性を有する。そのため、上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材では、フェライトにおいて選択的に孔食が発生する懸念がある。
【0081】
一方、Ｆｎ２が０．５０未満であれば、フェライト中の特定介在物の個数密度を十分に低減することができる。その結果、本実施形態のその他の構成を満たすことを条件に、フェライトで生じる選択的な孔食の発生を抑制できる。したがって、本実施形態では、Ｆｎ２を０．５０未満に低減させる。その結果、本実施形態の他の構成を満たすことを条件に、二相ステンレス鋼材は、超臨界腐食環境であっても優れた耐全面腐食性及び耐孔食性を有する。
【0082】
なお、上述のとおり、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、ミクロ組織におけるフェライト及びオーステナイトの体積率が、たとえば３５～６５％である。この場合、Ｆｎ２が０．５０未満であれば、フェライト中の特定介在物の個数が、オーステナイト中の特定介在物の個数よりも少なくなる。そのため、安定してフェライトの耐孔食性を高めることができる。
【0083】
Ｆｎ２の好ましい上限は０．４９であり、さらに好ましくは０．４８であり、さらに好ましくは０．４７である。Ｆｎ２の下限は特に限定されず、０．００であってもよい。本実施形態による二相ステンレス鋼材では、Ｆｎ２の下限は０．０１であってもよく、０．０５であってもよく、０．１０であってもよく、０．１５であってもよい。
【0084】
本実施形態において、特定介在物の総個数密度ＮＤ（個／ｍｍ２）、ミクロ組織におけるフェライト及びオーステナイトの体積率（％）、及び、Ｆｎ２は、次の方法で求めることができる。具体的に、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して、フェライト及びオーステナイトの体積率（％）、粗大Ｍｎ硫化物及び粗大Ｃａ硫化物の個数密度をそれぞれ求める。より具体的に、鋼材が鋼板の場合、圧延方向及び板厚方向を含む観察面を有する試験片を、板厚中央部から作製する。鋼材が鋼管の場合、管軸方向及び管径方向（肉厚方向）を含む観察面を有する試験片を、肉厚中央部から作製する。鋼材が丸鋼の場合、軸方向及び径方向を含む観察面を有する試験片を、丸鋼の軸方向に垂直な断面におけるＲ／２位置から作製する。なお、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。
【0085】
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王水及びグリセリンの混合液中でエッチングして、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。各視野の面積は、たとえば、２０００μｍ２（倍率５００倍）である。各視野において、コントラストからフェライト及びオーステナイトを特定する。特定されたフェライトの面積率を、ＪＩＳ Ｇ０５５５（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求める。得られたフェライトの体積率（％）を１００から減じて、オーステナイトの体積率（％）を求める。
【0086】
さらに、各視野中の粒子をコントラストから特定する。特定された各粒子について、元素濃度分析（ＥＤＳ分析）を実施する。ＥＤＳ分析では、加速電圧を２０ｋＶとし、対象元素をＮ、Ｏ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｒ、及び、Ｎｂとして定量する。各粒子のＥＤＳ分析結果に基づいて、Ｎ、Ｏ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｒ、及び、Ｎｂの合計含有量を１００質量％とした場合に、Ｍｎ含有量が１０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上である粒子を「Ｍｎ硫化物」と特定する。同様に、各粒子のＥＤＳ分析結果に基づいて、Ｎ、Ｏ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｒ、及び、Ｎｂの合計含有量を１００質量％とした場合に、Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上であり、Ｍｎ含有量が１０質量％未満である粒子を「Ｃａ硫化物」と特定する。
【0087】
各視野中のＭｎ硫化物のうち、円相当径が１．０μｍ以上のＭｎ硫化物を「粗大Ｍｎ硫化物」と特定する。つまり、本明細書において「粗大Ｍｎ硫化物」とは、円相当径が１．０μｍ以上であって、かつ、Ｎ、Ｏ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｒ、及び、Ｎｂの合計含有量を１００質量％と定義したとき、Ｍｎ含有量が１０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上である粒子を意味する。同様に、各視野中のＣａ硫化物のうち、円相当径が２．０μｍ以上のＣａ硫化物を「粗大Ｃａ硫化物」と特定する。つまり、本明細書において「粗大Ｃａ硫化物」とは、円相当径が２．０μｍ以上であって、かつ、Ｎ、Ｏ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｒ、及び、Ｎｂの合計含有量を１００質量％と定義したとき、Ｃａ含有量が２０質量％以上であり、Ｓ含有量が１０質量％以上であり、Ｍｎ含有量が１０質量％未満である粒子を意味する。
【0088】
上述の方法で特定された粗大Ｍｎ硫化物及び粗大Ｃａ硫化物を「特定介在物」として、各視野で計数する。さらに、各視野のうちフェライト中に含まれる特定介在物を計数する。同様に、各視野のうちオーステナイト中に含まれる特定介在物を計数する。上述のとおり、フェライト及びオーステナイトは、各視野中において、コントラストから特定することができる。
【0089】
計数された特定介在物の１０視野での総個数と、１０視野の総面積とに基づいて、特定介在物の総個数密度ＮＤ（個／ｍｍ２）を求める。計数されたフェライト中の特定介在物の１０視野での総個数と、１０視野でのフェライトの総面積とに基づいて、フェライト中の特定介在物の総個数密度ＮＤＡ（個／ｍｍ２）を求める。計数されたオーステナイト中の特定介在物の１０視野での総個数と、１０視野でのオーステナイトの総面積とに基づいて、オーステナイト中の特定介在物の総個数密度ＮＤＧ（個／ｍｍ２）を求める。得られたフェライト中の特定介在物の総個数密度ＮＤＡと、オーステナイト中の特定介在物の総個数密度ＮＤＧとを用いて、Ｆｎ２（＝ＮＤＡ／ＮＤＧ）を求める。
【0090】
なお、フェライト及びオーステナイトの体積率は、得られた数値の小数第一位を四捨五入して求める。特定介在物の総個数密度ＮＤ（個／ｍｍ２）、フェライト中の特定介在物の総個数密度ＮＤＡ（個／ｍｍ２）、オーステナイト中の特定介在物の総個数密度ＮＤＧ（個／ｍｍ２）、及び、Ｆｎ２は、得られた数値の小数第三位を四捨五入して求める。
【0091】
［耐全面腐食性及び耐孔食性］
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、Ｆｎ１が４０．０以上であり、特定介在物の総個数密度ＮＤが０．５０個／ｍｍ２以下であり、フェライト及びオーステナイトからなるミクロ組織を有し、Ｆｎ２が０．５０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、超臨界腐食環境であっても、優れた耐全面腐食性及び耐孔食性を有する。本実施形態において、超臨界腐食環境における優れた耐全面腐食性と耐孔食性とは、次の方法で評価する。
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、Ｆｎ１が４０．０以上であり、特定介在物の総個数密度ＮＤが０．５０個／ｍｍ２以下であり、フェライト及びオーステナイトからなるミクロ組織を有し、Ｆｎ２が０．５０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、超臨界腐食環境であっても、優れた耐全面腐食性及び耐孔食性を有する。本実施形態において、超臨界腐食環境における優れた耐全面腐食性と耐孔食性とは、次の方法で評価する。
【0092】
具体的に、本実施形態による二相ステンレス鋼材から、腐食試験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、丸鋼の軸方向と平行とする。鋼材が鋼板の場合、板厚中央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、鋼板の圧延方向と平行とする。試験片は、たとえば、長さ３０ｍｍ、幅２０ｍｍ、厚さ２ｍｍの試験片である。
【0093】
オートクレーブに試験片を入れ、０．０１体積％のＳＯ２ガスと０．０５体積％のＯ２ガスとを飽和させた５．０質量％塩化ナトリウム水溶液を、試験片が浸漬するように注入する。オートクレーブ内に、全圧１３０ｂａｒのＣＯ２ガスを加圧封入して、腐食試験を開始する。また、腐食試験の試験時間は９６時間とし、試験中のオートクレーブ内の温度を１００℃に維持する。
【0094】
９６時間経過後の試験片の質量と、密度と、表面積とを求め、試験片の腐食速度（ｍｍ／年）を求める。なお本実施形態では、腐食速度は、得られた数値の小数第四位を四捨五入して求める。さらに、９６時間経過後の試験片の表面を、拡大率が１０倍のルーペで観察して、孔食の有無を確認する。ルーペによる観察により孔食の発生が疑われる場合さらに、倍率１００倍の光学顕微鏡で観察して、孔食の有無を確認する。本実施形態では、上述の条件の腐食試験の結果、得られた腐食速度が０．１００ｍｍ／年以下である場合、超臨界腐食環境であっても優れた耐全面腐食性を有すると評価する。本実施形態ではさらに、上述の条件の腐食試験の結果、孔食が確認されない場合、超臨界腐食環境であっても優れた耐孔食性を有すると評価する。
【0095】
［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、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の降伏強度は、たとえば、４１３～１０３５ＭＰａである。本実施形態において、二相ステンレス鋼材の降伏強度の下限は４２７ＭＰａであってもよく、４４１ＭＰａであってもよく、４４８ＭＰａであってもよい。本実施形態において、二相ステンレス鋼材の降伏強度の上限は１０２０ＭＰａであってもよく、１００７ＭＰａであってもよく、１０００ＭＰａであってもよい。
本実施形態による二相ステンレス鋼材の降伏強度は、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の降伏強度は、たとえば、４１３～１０３５ＭＰａである。本実施形態において、二相ステンレス鋼材の降伏強度の下限は４２７ＭＰａであってもよく、４４１ＭＰａであってもよく、４４８ＭＰａであってもよい。本実施形態において、二相ステンレス鋼材の降伏強度の上限は１０２０ＭＰａであってもよく、１００７ＭＰａであってもよく、１０００ＭＰａであってもよい。
【0096】
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（２０２２）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、板厚中央部から丸棒状の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、肉厚中央部から丸棒状の引張試験片、又は、円弧状の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位置から丸棒状の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。
【0097】
丸棒状の引張試験片の大きさは、たとえば平行部直径６．３５ｍｍ、標点距離２５．４ｍｍである。円弧状の引張試験片の大きさは、たとえば、厚さは全肉厚であって、幅２５．４ｍｍ、標点距離５０．８ｍｍである。作製された試験片を用いて、常温（２５℃）、大気中にて、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２２）に準拠した方法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。
【0098】
［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。本実施形態による二相ステンレス鋼材はたとえば、鋼管であってもよく、鋼板であってもよく、丸鋼であってもよく、線材であってもよい。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、超臨界腐食環境において優れた耐全面腐食性と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。本実施形態による二相ステンレス鋼材はたとえば、鋼管であってもよく、鋼板であってもよく、丸鋼であってもよく、線材であってもよい。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、超臨界腐食環境において優れた耐全面腐食性と耐孔食性とを有する。
【0099】
［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、製鋼工程と、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、製鋼工程と、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。
【0100】
［製鋼工程］
本実施形態による製鋼工程では、溶鋼を製造する工程（精錬工程）と、溶鋼を用いて鋳造法により素材を製造する工程（素材製造工程）とを含む。以下、各工程について説明する。
本実施形態による製鋼工程では、溶鋼を製造する工程（精錬工程）と、溶鋼を用いて鋳造法により素材を製造する工程（素材製造工程）とを含む。以下、各工程について説明する。
【0101】
［精錬工程］
精錬工程では初めに、Ｃｒを含有する溶鋼を取鍋に収納して、取鍋内の溶鋼に対して、大気圧下で脱炭処理を実施する。この工程を粗脱炭精錬工程という。粗脱炭精錬工程での脱炭処理により、スラグが生成する。粗脱炭精錬工程後の溶鋼の液面には、脱炭処理により生成したスラグが浮上している。粗脱炭精錬工程において、溶鋼中のＣｒが酸化してＣｒ２Ｏ３が生成する。Ｃｒ２Ｏ３はスラグ中に吸収される。そこで、取鍋に脱酸剤を添加して、スラグ中のＣｒ２Ｏ３を還元し、Ｃｒを溶鋼中に回収する。この工程をＣｒ還元処理工程という。粗脱炭精錬工程及びＣｒ還元処理工程はたとえば、電気炉法、転炉法、又は、ＡＯＤ（Ａｒｇｏｎ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）法により実施する。Ｃｒ還元処理工程後、溶鋼からスラグを除滓する。この工程を除滓処理工程という。
精錬工程では初めに、Ｃｒを含有する溶鋼を取鍋に収納して、取鍋内の溶鋼に対して、大気圧下で脱炭処理を実施する。この工程を粗脱炭精錬工程という。粗脱炭精錬工程での脱炭処理により、スラグが生成する。粗脱炭精錬工程後の溶鋼の液面には、脱炭処理により生成したスラグが浮上している。粗脱炭精錬工程において、溶鋼中のＣｒが酸化してＣｒ２Ｏ３が生成する。Ｃｒ２Ｏ３はスラグ中に吸収される。そこで、取鍋に脱酸剤を添加して、スラグ中のＣｒ２Ｏ３を還元し、Ｃｒを溶鋼中に回収する。この工程をＣｒ還元処理工程という。粗脱炭精錬工程及びＣｒ還元処理工程はたとえば、電気炉法、転炉法、又は、ＡＯＤ（Ａｒｇｏｎ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）法により実施する。Ｃｒ還元処理工程後、溶鋼からスラグを除滓する。この工程を除滓処理工程という。
【0102】
Ｃｒ含有鋼の場合、ＣｒによりＣ活量が低下するため、脱炭反応が抑制されてしまう。そこで、除滓処理工程後の溶鋼に対してさらに、仕上げの脱炭処理を実施する。この工程を仕上げ脱炭精錬工程という。仕上げ脱炭精錬工程では、減圧下において脱炭処理を実施する。減圧下で脱炭処理を実施すれば、雰囲気中のＣＯガス分圧（ＰＣＯ）が低くなり、溶鋼中のＣｒの酸化が抑制される。そのため、減圧下で脱炭処理を実施すれば、Ｃｒの酸化を抑制しつつ、溶鋼中のＣ濃度をさらに下げることができる。仕上げ脱炭精錬工程後、溶鋼に脱酸剤を添加して、スラグ中のＣｒ２Ｏ３を還元するＣｒ還元処理を再び実施する。この工程をＣｒ還元処理工程という。仕上げ脱炭精錬工程、及び、仕上げ脱炭精錬工程後のＣｒ還元処理工程はたとえば、ＶＯＤ（Ｖａｃｕｕｍ Ｏｘｙｇｅｎ Ｄｅｃａｒｂｕｒｉｚａｔｉｏｎ）法により実施してもよく、ＲＨ（Ｒｕｈｒｓｔａｈｌ－Ｈｅｒａｅｕｓ）法により実施してもよい。
【0103】
Ｃｒ還元処理工程後、取鍋中の溶鋼に対して最終の成分調整と素材製造工程前の溶鋼の温度調整とを実施する。この工程を成分調整工程という。成分調整工程はたとえば、ＬＴ（Ｌａｄｌｅ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ）により実施する。成分調整工程の後半で、溶鋼中にＣａを添加する。ここで、Ｃａを添加してから溶鋼内にＣａが均一に分散するまでの時間を「均一混合時間τ」と定義する。均一混合時間τは次の式（Ａ）により求めることができる。
τ＝８００×ε－０．４ （Ａ）
ここで、εはＬＴにおける溶鋼の撹拌動力密度であり、式（Ｂ）により定義される。
ε＝２８．５（Ｑ／Ｗ）×Ｔ×ｌｏｇ（１＋Ｈ／１．４８） （Ｂ）
ここで、Ｑは上吹きガス流量（Ｎｍ３／ｍｉｎ）である。Ｗは溶鋼質量（ｔ）である。Ｔは溶鋼温度（Ｋ）である。Ｈは取鍋内の溶鋼の深さ（鋼浴深さ）（ｍ）である。
τ＝８００×ε－０．４ （Ａ）
ここで、εはＬＴにおける溶鋼の撹拌動力密度であり、式（Ｂ）により定義される。
ε＝２８．５（Ｑ／Ｗ）×Ｔ×ｌｏｇ（１＋Ｈ／１．４８） （Ｂ）
ここで、Ｑは上吹きガス流量（Ｎｍ３／ｍｉｎ）である。Ｗは溶鋼質量（ｔ）である。Ｔは溶鋼温度（Ｋ）である。Ｈは取鍋内の溶鋼の深さ（鋼浴深さ）（ｍ）である。
【0104】
成分調整工程において、取鍋中の溶鋼温度を１５００～１７００℃に保持する。さらに、Ｃａを溶鋼内に投入し、均一混合時間τが経過してからの保持時間を「保持時間ｔ」（秒）と定義する。好ましくは、本実施形態では、均一混合時間τが経過してからの保持時間ｔを６０秒以上とする。
【0105】
保持時間ｔが短すぎれば、溶鋼においてＣａがＭｎ硫化物を十分に改質できない場合がある。この場合、粗大Ｍｎ硫化物が鋼材中に多数残存する。その結果、製造された二相ステンレス鋼材中の特定介在物の個数密度が多くなりすぎる。したがって、本実施形態による精錬工程では、均一混合時間τが経過してからの保持時間ｔを６０秒以上とするのが好ましい。
【0106】
以上のとおり、本実施形態の精錬工程では、成分調整工程における均一混合時間τが経過してからの保持時間ｔを６０秒以上とする。なお、本実施形態の成分調整工程において、均一混合時間τが経過してからの保持時間ｔの上限は特に限定されないが、たとえば、３６００秒である。
【0107】
［素材製造工程］
上述の精錬工程により製造された溶鋼を用いて、素材を製造する。素材とは、鋳片又はインゴットである。具体的には、溶鋼を用いて連続鋳造法により鋳片を製造する。鋳片はスラブでもよいし、ブルームでもよいし、ビレットでもよい。又は、溶鋼を用いて造塊法によりインゴットとしてもよい。鋳片又はインゴットに対してさらに、分塊圧延等を実施して、ビレットを製造してもよい。
上述の精錬工程により製造された溶鋼を用いて、素材を製造する。素材とは、鋳片又はインゴットである。具体的には、溶鋼を用いて連続鋳造法により鋳片を製造する。鋳片はスラブでもよいし、ブルームでもよいし、ビレットでもよい。又は、溶鋼を用いて造塊法によりインゴットとしてもよい。鋳片又はインゴットに対してさらに、分塊圧延等を実施して、ビレットを製造してもよい。
【0108】
上述の化学組成を有する二相ステンレス鋼材では、溶鋼の凝固中にオーステナイトが生成し、生成したオーステナイトが成長する温度域は１３５０～１１００℃である。そのため、本実施形態では、１３５０～１１００℃における冷却速度を制御して、特定介在物をオーステナイト中に偏在させる。具体的に、１３５０～１１００℃における素材の冷却速度を通常よりも遅くすれば、オーステナイトが介在物の近傍から優先的に核生成し、成長するため、オーステナイトが介在物を取り込みやすくなる。
【0109】
一方、１３５０～１１００℃における素材の冷却速度が速すぎれば、素材が過冷却状態となり、オーステナイトの生成及び成長がランダムに生じやすくなる。その結果、製造された二相ステンレス鋼材において、特定介在物のオーステナイトへの偏在が生じにくくなり、Ｆｎ２が０．５０以上となる場合がある。一方、素材の温度が１３５０～１１００℃における冷却速度が遅すぎれば、オーステナイトが粗大化しやすくなる。その結果、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場合がある。
【0110】
したがって、本実施形態による素材製造工程では、素材の温度が１３５０～１１００℃における冷却速度を８．０～２５．０℃／分とするのが好ましい。なお、素材の温度が１３５０～１１００℃における冷却速度を制御する方法は特に限定されず、周知の方法でよい。たとえば、連続鋳造で素材を製造する場合、鋳片を冷却する冷却水の水量（比水量）を調整して、冷却速度を制御することができる。たとえばさらに、造塊法で素材を製造する場合、鋳型の材質や鋳型の水冷によって、冷却速度を制御することができる。
【0111】
ここで、素材の内部温度の測定は、実操業上困難である。また、本実施形態では、素材が定常状態で冷却されることから、素材の表面温度に基づく冷却速度と、素材内部の冷却速度とは同等となる。より具体的に、本実施形態の素材では、素材の内部温度が１３５０～１１００℃における冷却速度と、素材の表面温度が１２００～９５０℃における冷却速度とは、同等となることが確認された。したがって、本実施形態の素材製造工程では、素材の内部温度を制御できない場合、素材の表面温度が１２００～９５０℃における冷却速度を８．０～２５．０℃／分とするのが好ましい。なお、素材の表面温度は、非接触型の赤外線放射温度計により、測定することができる。以上の工程により素材を製造する。
【0112】
［熱間加工工程］
本実施形態による熱間加工工程では、上記製鋼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断面円形状の鋼材であり、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、上記製鋼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断面円形状の鋼材であり、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。
【0113】
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、素管を製造する。なお、熱間加工時の素材の加熱温度は例えば、１０００～１２８０℃である。
【0114】
なお、鋼材が丸鋼や鋼板の場合、中間鋼材は次のように製造されてもよい。鋼材が丸鋼の場合、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、１０００～１２８０℃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。
【0115】
鋼材が鋼板の場合、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、１０００～１２８０℃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。
【0116】
［溶体化処理工程］
溶体化処理工程では、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、急冷する。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、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、急冷する。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。
【0117】
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９００～１２００℃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。
【0118】
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。
【0119】
［その他の工程］
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、冷間加工を実施してもよい。冷間加工を実施した場合、二相ステンレス鋼材の強度を高めることができる。なお、冷間加工を実施した場合であっても、上述の化学組成を有し、Ｆｎ１が４０．０以上であり、特定介在物の総個数密度ＮＤが０．５０個／ｍｍ２以下であり、フェライト及びオーステナイトからなるミクロ組織を有し、Ｆｎ２が０．５０未満である二相ステンレス鋼材であれば、超臨界腐食環境であっても優れた耐全面腐食性及び耐孔食性を有する。
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、冷間加工を実施してもよい。冷間加工を実施した場合、二相ステンレス鋼材の強度を高めることができる。なお、冷間加工を実施した場合であっても、上述の化学組成を有し、Ｆｎ１が４０．０以上であり、特定介在物の総個数密度ＮＤが０．５０個／ｍｍ２以下であり、フェライト及びオーステナイトからなるミクロ組織を有し、Ｆｎ２が０．５０未満である二相ステンレス鋼材であれば、超臨界腐食環境であっても優れた耐全面腐食性及び耐孔食性を有する。
【0120】
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を製造できる。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、他の方法によって本実施形態による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、本実施形態による二相ステンレス鋼材をさらに具体的に説明する。なお、以下に説明する実施例は、本実施形態による二相ステンレス鋼材の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。つまり、本実施形態による二相ステンレス鋼材は、以下に説明する実施例に限定されない。
【実施例】
【0121】
表１－１～表１－３に示す化学組成を有する二相ステンレス鋼材（継目無鋼管）を、次の方法で製造した。なお、表１－１～表１－３中の「化学組成」欄の「－」は、対応する元素含有量が、実施形態に記載の最小桁までの数値において、０％であることを意味する。具体的に、試験番号１のＭｇ含有量、ＲＥＭ含有量、Ｚｒ含有量、Ｎｂ含有量、Ｔａ含有量、Ａｓ含有量、Ｚｎ含有量、Ｐｂ含有量、及び、Ｓｂ含有量は、小数第四位を四捨五入したときに０％であったことを意味する。
【0122】
【表1-1】
【0123】
【表1-2】
【0124】
【表1-3】
【0125】
各試験番号の溶鋼は次のとおり製造した。Ｃｒを含有する溶鋼を取鍋に収納して、ＡＯＤ法により周知の粗脱炭精錬工程及びＣｒ還元処理工程を実施した。Ｃｒ還元処理工程後、溶鋼からスラグを除滓する除滓処理工程を実施した。さらに、ＶＯＤ法により、周知の仕上げ脱炭精錬工程及びＣｒ還元処理工程を実施した。
【0126】
ＶＯＤ法によるＣｒ還元処理工程後、ＬＴにより、取鍋中の溶鋼に対して最終の成分調整と素材製造工程前の溶鋼の温度調整とを実施した。溶鋼温度はいずれも１５００～１７００℃であった。さらに、溶鋼中にＣａを添加した。Ｃａを添加した後、均一混合時間τ経過後の保持時間ｔ（秒）を表２に示すとおりに調整した。以上の工程により、各試験番号の溶鋼を製造した。
【0127】
【表2】
【0128】
製造された溶鋼を用いて、連続鋳造法により、ビレットを製造した。ビレットを製造する際、ビレットの温度が１３５０～１１００℃における冷却速度を表２の「１３５０－１１００℃の冷却速度（℃／分）」に示すとおりに調整した。なお、冷却速度は、比水量を調整することによって調整した。なお、ビレットの内部温度の測定が困難であったため、本実施例では、ビレットの表面温度が１２００～９５０℃における冷却速度を測定して、ビレットの内部温度が１３５０～１１００℃における冷却速度とみなした。また、赤外線放射温度計を用いてビレットの表面温度を測定した。
【0129】
製造されたビレットを１２５０℃に加熱した後、マンネスマン法により熱間圧延し、外径２４４．４８ｍｍ、肉厚１３．８４ｍｍの素管（継目無鋼管）を製造した。さらに、素管に対して溶体化処理を実施した。溶体化温度は１０８０℃であり、溶体化時間は１５分とした。溶体化時間経過後の素管を水冷した。水冷された試験番号２１～２７の継目無鋼管に対してさらに、冷間加工を実施した。本実施例では、冷間加工として冷間引抜を実施した。以上の工程により、各試験番号の鋼材（継目無鋼管）を製造した。
【0130】
［評価試験］
製造された各試験番号の鋼材に対して、ミクロ組織観察試験、引張試験、及び、腐食試験を実施した。なお、試験番号４１の鋼材は、製造過程で疵が発生したため、いずれの評価試験も実施されなかった。
製造された各試験番号の鋼材に対して、ミクロ組織観察試験、引張試験、及び、腐食試験を実施した。なお、試験番号４１の鋼材は、製造過程で疵が発生したため、いずれの評価試験も実施されなかった。
【0131】
［ミクロ組織観察試験］
試験番号４１を除く各試験番号の鋼材に対して、ミクロ組織観察試験を実施して、ミクロ組織を特定し、特定介在物の総個数密度ＮＤ（個／ｍｍ２）、及び、Ｆｎ２を求めた。具体的に、上述の方法で、ミクロ組織観察用の試験片を作製し、ミクロ組織を特定した。さらに、上述の方法で、特定介在物の総個数密度ＮＤを求めた。さらに、上述の方法で、Ｆｎ２を求めた。なお、各視野の面積は、２０００μｍ２（倍率５００倍）とした。
試験番号４１を除く各試験番号の鋼材に対して、ミクロ組織観察試験を実施して、ミクロ組織を特定し、特定介在物の総個数密度ＮＤ（個／ｍｍ２）、及び、Ｆｎ２を求めた。具体的に、上述の方法で、ミクロ組織観察用の試験片を作製し、ミクロ組織を特定した。さらに、上述の方法で、特定介在物の総個数密度ＮＤを求めた。さらに、上述の方法で、Ｆｎ２を求めた。なお、各視野の面積は、２０００μｍ２（倍率５００倍）とした。
【0132】
試験番号４１を除く各試験番号の鋼材は、いずれもフェライト及びオーステナイトからなるミクロ組織を有していた。さらに、フェライトの体積率は３５～６５％を満たしていた。また、得られた特定介在物の総個数密度ＮＤ（個／ｍｍ２）を、表２の「総個数密度ＮＤ（個／ｍｍ２）」欄に示す。また、得られた各試験番号の鋼材のフェライト中の特定介在物の総個数密度ＮＤＡ（個／ｍｍ２）と、オーステナイト中の特定介在物の総個数密度ＮＤＧ（個／ｍｍ２）とから、Ｆｎ２（＝ＮＤＡ／ＮＤＧ）を求めた。得られたＦｎ２を表２に示す。なお、上述のとおり、試験番号４１はミクロ組織観察試験を実施しなかったため、表２中に「－」（評価なし）を示す。
【0133】
［引張試験］
試験番号４１を除く各試験番号の鋼材に対して、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２２）に準拠して、引張試験を実施して、降伏強度を求めた。具体的に、上述の方法で、引張試験用に円弧状の引張試験片を作製した。円弧状の引張試験片は、厚さを継目無鋼管の肉厚と同じとし、幅２５．４ｍｍ、標点距離５０．８ｍｍとした。各試験番号の引張試験片を用いて、常温（２５℃）、大気中にて引張試験を実施して、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。得られた各試験番号の降伏強度（Ｙｉｅｌｄ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を、表２の「ＹＳ（ＭＰａ）」欄に示す。なお、試験番号４１を除く各試験番号の鋼材は、いずれも降伏強度が４１３～１０３５ＭＰａを満たしていた。なお、上述のとおり、試験番号４１は引張試験を実施しなかったため、表２中に「－」（評価なし）を示す。
試験番号４１を除く各試験番号の鋼材に対して、ＡＳＴＭ Ｅ８／Ｅ８Ｍ（２０２２）に準拠して、引張試験を実施して、降伏強度を求めた。具体的に、上述の方法で、引張試験用に円弧状の引張試験片を作製した。円弧状の引張試験片は、厚さを継目無鋼管の肉厚と同じとし、幅２５．４ｍｍ、標点距離５０．８ｍｍとした。各試験番号の引張試験片を用いて、常温（２５℃）、大気中にて引張試験を実施して、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。得られた各試験番号の降伏強度（Ｙｉｅｌｄ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を、表２の「ＹＳ（ＭＰａ）」欄に示す。なお、試験番号４１を除く各試験番号の鋼材は、いずれも降伏強度が４１３～１０３５ＭＰａを満たしていた。なお、上述のとおり、試験番号４１は引張試験を実施しなかったため、表２中に「－」（評価なし）を示す。
【0134】
［腐食試験］
試験番号４１を除く各試験番号の鋼材に対して、腐食試験を実施して、超臨界腐食環境における耐全面腐食性と耐孔食性とを評価した。具体的に、上述の方法で、腐食試験用の試験片を作製した。作製された試験片に対して、上述の条件で、腐食試験を実施して、腐食速度（ｍｍ／年）を求めた。さらに、腐食試験後の試験片に対して、上述の方法で孔食の有無を確認した。得られた腐食速度（ｍｍ／年）を表２に示す。また、孔食が確認されなかった試験番号には、表２の「孔食」欄に「Ｅ（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ）」と示す。さらに、孔食が確認された試験番号には、表２の「孔食」欄に「ＮＡ（Ｎｏｔ Ａｃｃｅｐｔａｂｌｅ）」と示す。なお、上述のとおり、試験番号４１は腐食試験を実施しなかったため、表２中に「－」（評価なし）を示す。
試験番号４１を除く各試験番号の鋼材に対して、腐食試験を実施して、超臨界腐食環境における耐全面腐食性と耐孔食性とを評価した。具体的に、上述の方法で、腐食試験用の試験片を作製した。作製された試験片に対して、上述の条件で、腐食試験を実施して、腐食速度（ｍｍ／年）を求めた。さらに、腐食試験後の試験片に対して、上述の方法で孔食の有無を確認した。得られた腐食速度（ｍｍ／年）を表２に示す。また、孔食が確認されなかった試験番号には、表２の「孔食」欄に「Ｅ（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ）」と示す。さらに、孔食が確認された試験番号には、表２の「孔食」欄に「ＮＡ（Ｎｏｔ Ａｃｃｅｐｔａｂｌｅ）」と示す。なお、上述のとおり、試験番号４１は腐食試験を実施しなかったため、表２中に「－」（評価なし）を示す。
【0135】
［評価結果］
表１－１、表１－２、表１－３、及び、表２を参照して、試験番号１～２７の二相ステンレス鋼材は、化学組成が適切であり、Ｆｎ１が４０．０以上であり、製造方法も上述の好ましい製造方法の条件を満たしていた。さらに、これらの鋼材は、フェライト及びオーステナイトからなるミクロ組織を有し、特定介在物の総個数密度ＮＤが０．５０個／ｍｍ２以下であり、Ｆｎ２が０．５０未満であった。その結果、これらの鋼材は、腐食速度が０．１００ｍｍ／年以下であり、孔食も確認されなかった。すなわち、これらの鋼材は、超臨界腐食環境であっても、優れた耐全面腐食性と耐孔食性とを有していた。
表１－１、表１－２、表１－３、及び、表２を参照して、試験番号１～２７の二相ステンレス鋼材は、化学組成が適切であり、Ｆｎ１が４０．０以上であり、製造方法も上述の好ましい製造方法の条件を満たしていた。さらに、これらの鋼材は、フェライト及びオーステナイトからなるミクロ組織を有し、特定介在物の総個数密度ＮＤが０．５０個／ｍｍ２以下であり、Ｆｎ２が０．５０未満であった。その結果、これらの鋼材は、腐食速度が０．１００ｍｍ／年以下であり、孔食も確認されなかった。すなわち、これらの鋼材は、超臨界腐食環境であっても、優れた耐全面腐食性と耐孔食性とを有していた。
【0136】
一方、試験番号２８の鋼材は、Ｃｒ含有量が低すぎた。その結果、この鋼材は、腐食速度が０．１００ｍｍ／年を超えた。すなわち、この鋼材は、超臨界腐食環境における、優れた耐全面腐食性を有していなかった。
【0137】
試験番号２９の鋼材は、Ｃｕ含有量が低すぎた。その結果、この鋼材は、腐食速度が０．１００ｍｍ／年を超えた。すなわち、この鋼材は、超臨界腐食環境における、優れた耐全面腐食性を有していなかった。
【0138】
試験番号３０の鋼材は、Ｗ含有量が低すぎた。その結果、この鋼材は、腐食速度が０．１００ｍｍ／年を超えた。すなわち、この鋼材は、超臨界腐食環境における、優れた耐全面腐食性を有していなかった。
【0139】
試験番号３１の鋼材は、Ｃｏ含有量が低すぎた。その結果、この鋼材は、腐食試験において孔食が確認された。すなわち、この鋼材は、超臨界腐食環境における、優れた耐孔食性を有していなかった。
【0140】
試験番号３２の鋼材は、Ｓｎ含有量が低すぎた。その結果、この鋼材は、腐食試験において孔食が確認された。すなわち、この鋼材は、超臨界腐食環境における、優れた耐孔食性を有していなかった。
【0141】
試験番号３３の鋼材は、Ａｌ含有量が高すぎた。さらに、この鋼材は、特定介在物の総個数密度ＮＤが０．５０個／ｍｍ２を超えた。その結果、この鋼材は、腐食試験において孔食が確認された。すなわち、この鋼材は、超臨界腐食環境における、優れた耐孔食性を有していなかった。
【0142】
試験番号３４の鋼材は、Ｃａ含有量が低すぎた。さらに、この鋼材は、特定介在物の総個数密度ＮＤが０．５０個／ｍｍ２を超えた。その結果、この鋼材は、腐食試験において孔食が確認された。すなわち、この鋼材は、超臨界腐食環境における、優れた耐孔食性を有していなかった。
【0143】
試験番号３５～３７の鋼材は、Ｆｎ１が低すぎた。その結果、これらの鋼材は、腐食速度が０．１００ｍｍ／年を超えた。すなわち、これらの鋼材は、超臨界腐食環境における、優れた耐全面腐食性を有していなかった。
【0144】
試験番号３８～４０の鋼材は、Ｃａを添加した後、均一混合時間τ経過後の保持時間ｔが短すぎた。さらに、これらの鋼材は、特定介在物の総個数密度ＮＤが０．５０個／ｍｍ２を超えた。その結果、これらの鋼材は、腐食試験において孔食が確認された。すなわち、これらの鋼材は、超臨界腐食環境における、優れた耐孔食性を有していなかった。
【0145】
試験番号４１の鋼材は、上述のとおり、製造過程で疵が発生した。
【0146】
試験番号４２の鋼材は、１３５０～１１００℃における冷却速度が速すぎた。この鋼材はさらに、Ｆｎ２が０．５０以上となった。その結果、この鋼材は、腐食試験において孔食が確認された。すなわち、この鋼材は、超臨界腐食環境における、優れた耐孔食性を有していなかった。
【0147】
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】
超臨界腐食環境であっても、優れた耐全面腐食性及び耐孔食性を有する、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、明細書に記載の化学組成を有し、式（１）で定義されるＦｎ１が４０．０以上を満たし、フェライト及びオーステナイトからなるミクロ組織を有する。本開示による二相ステンレス鋼材はさらに、円相当径が１．０μｍ以上の粗大Ｍｎ硫化物と、円相当径が２．０μｍ以上の粗大Ｃａ硫化物との総個数密度が０．５０個／ｍｍ２以下であり、フェライト中の粗大Ｍｎ硫化物及び粗大Ｃａ硫化物の総個数密度ＮＤＡ個／ｍｍ２と、オーステナイト中の粗大Ｍｎ硫化物及び粗大Ｃａ硫化物の総個数密度ＮＤＧ個／ｍｍ２とが、式（２）を満たす。
Ｆｎ１＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ＮＤＡ／ＮＤＧ＜０．５０ （２）
Ｆｎ１＝Ｃｒ＋３．３（Ｍｏ＋０．５Ｗ）＋１６Ｎ＋２Ｎｉ＋Ｃｕ＋２Ｃｏ＋１０Ｓｎ （１）
ＮＤＡ／ＮＤＧ＜０．５０ （２）