二相ステンレス鋼：定義、グループ、組成、特性、用途、その他

二相ステンレス鋼は、現代工学において重 要な材料である。この万能合金は、二相微細構造で知られる。二相鋼は、強度、耐食性、コス ト削減を兼ね備えている。この記事では、二相鋼の特徴、二相鋼が一般 的に使用される場所、二相鋼が多くの産業で 最優秀の選択肢である理由について説明する。

二相ステンレス鋼とは？

二相鋼は、5種類のステンレス鋼の一つである。 ステンレス鋼.金属組織はオーステナイト相とフェライト相がほぼ等しい割合で存在し、CrとMoを比較的多く含む。オーステナイト系ステンレス鋼よりも耐食性に優れ、強度も高い。海洋石油、ガス、石油化学産業で使用される。一般的な鋼種は2205、S39274、S31803など。

二相ステンレス鋼のサブグループとは？

二相鋼は、合金含有量によって耐食性が異なる鋼種群 である。合金元素と特性により、二相鋼は4つのサブグループに分けられる。各グループの耐孔食性は異なるが、以下に PREN (耐孔食性等価数)の範囲を示す。

PREN = %Cr + 3.3 %Mo + 16 %N.PRENの値が大きいほど耐食性が高い。

希薄二相ステンレス鋼-- (PREN 範囲: 22-27)

通常、ニッケルおよび/またはモリブデンの含有量は少なく、窒素とマンガンの含有量は多い。強度、特に降伏強度が高い。通常、タンク建設、橋梁、タイバーなどの用途に使用される。2101(S32101)、2202(S32202)、2304(S32304)などがある。

標準二相ステンレス鋼--（PREN範囲：28-38）

標準二相鋼は、中間的な特性を持つため、現 在一番多く使用されている。クロム含有量は21-25%、モリブデン含有量 は2-3%、窒素含有量は0.15%である。一般的にタンク、配管システム、プロセス容器などの用途に使用される。

2205(S32205)は、様々な産業で最も広く使用され ている二相鋼として傑出している。高い耐力と耐孔食性、耐隙間腐食性により、 高圧環境、高腐食環境で優れた性能を発揮する。

スーパー二相ステンレス鋼--（PREN範囲：38-45）

通常25%のクロム、3.5-4.0%のモリブデン、0.25-0.27%の窒素を含む。局部的な孔食や隙間腐食に対して優れた耐性を持つ。海洋石油生産、化学処理、海洋用途、海洋構造物などの厳しい環境に適しています。一般的な鋼種は2507 (S32750)とZ100 (S32760)です。

ハイパー二相ステンレス鋼--（PREN範囲：48-57）

クロム含有量は26-30%、モリブデン含有量 は3.5-5.0%、窒素含有量は0.30- 0.50%である。二相鋼の中で最も高合金です。極めて腐食性の強い酸や塩化物を含む環境用に設計されています。現在、主にシームレス鋼管として入手可 能である。一般的な鋼種はS33207およびSAF S32707です。

一般的な二相ステンレス鋼

2205二相ステンレス鋼

二相鋼2205は、最も広く使用されている二相 鋼である。約22%のクロム、5-6%のニッケル、 3%のモリブデンを含む。強度と耐食性の優れた組み合わせで知られ、石油・ガス、化学処理、海洋環境などさまざまな産業で使用されている。

2507 二相ステンレス鋼

二相鋼2507は、スーパー二相鋼である。約25%のクロム、7%のニッケル、 4%のモリブデンを含有する。二相鋼2205よりも耐食性が向上し、特に腐食性の 高い環境で使用される。海洋石油・ガスプラット フォーム、海水用途、化学処理によく使用される。

2101 二相ステンレス鋼

二相鋼2101 (LDX 2101)は、赤身の二相鋼鋼種であ る。約21.5%のクロム、1.5% のマンガン、0.22%の窒素を含む。高強度、良好な溶接性、優れた耐応力腐食割れ性で知られ、建設、輸送、化学処理など様々な産業で使用されている。

2304 二相ステンレス鋼

二相鋼2304は、約23%のクロム、約 4%のニッケル、約0.1%の窒素からなる 均衡のとれたミクロ組織を持つ二相鋼である。孔食や隙間腐食などの局部腐食に優れた耐性を 示す。構造用、建築用、海洋環境で使用される。

Zeron 100 二相ステンレス鋼

Zeron 100は、25%のクロム、3.5%のモリブデン、 0.25%の窒素を含有するスーパー二相 鋼である。過酷な環境下で優れた耐食性を発揮し、特に 塩化物による応力腐食割れに強い。海洋石油・ガスプラットフォーム、海水淡水化プラント、化学処理装置で一般的に使用されている。

二相ステンレス鋼の化学成分

一般的な二相鋼の化学成分については、下表を 参照のこと：

二相ステンレス鋼の特性

物理的性質

二相鋼の物理的性質は下表を参照のこと：

機械的特性

二相鋼の機械的性質は下表を参照のこと：

二相鋼の最小降伏応力はオーステナイト系ステンレ ス鋼の2倍であるため、薄肉化が可能である。

耐食性

酸への耐性

二相鋼は、高クロム含有量に加え、モリブデンとニッケルを一定量含むため、酸性環境に強い耐性を持つ。

耐孔食性および耐隙間腐食性

二相鋼は、クロム、モリブデン、窒素の含有 量が高いため、塩化物による孔食や隙間腐食に 優れた性能を発揮する。

耐応力腐食割れ性

さらに、二相鋼構造は、塩化物による応力腐食 割れに対する耐性に優れている。二相鋼は、30%以上のフェライト相を 含む場合、304ステンレス鋼より塩化物応力腐食 割れに強くなる。

しかし、フェライト相の存在により、二相 鋼は水素脆化の影響を受けやすく、このような環 境での耐性が低下する可能性がある。

二相ステンレス鋼の長所と短所とは？

マルテンサイト系ステンレス鋼の長所と利点は以下の通りである：

1. オーステナイト系やフェライト系ステンレス鋼よりも強度が高く、耐食性に優れる。 
2. フェライト系鋼種よりも加圧下での成形性に優れ、靭性にも優れる。
3. 一般に、予熱や溶接後の熱処理が不要なため、溶接工程が簡素化される。
4. 高価な合金元素の使用量を抑え、高い強度と耐食性を実現。そのため費用対効果が高い。

以下はそのデメリットと限界である：

1. オーステナイト鋼に比べ、成形や機械加工が難しい。
2. 280℃～500℃、特に475℃で硬化・脆化傾向を示す。
3. 標準的なステンレス鋼に比べて初期コストが高い。

二相ステンレス鋼の用途は？

一般的なマルテンサイト系ステンレ ス鋼種とその用途は以下の通りである：

二相ステンレス鋼の製造と加工

二相鋼の製造に不可欠な工程は以下の通りである：

ホットワーキング

熱間圧延。 

鋳造された鋼鉄は加熱され、ローラーに通され、厚みを減らして成形されます。この工程により、鋼の構造と機械的特性が改善される。

鍛造。 

鍛造では、加熱された材料を金型間で圧縮し、所望の形状に仕上げる。この工程は、厚い部分や複雑な形状によく使われる。

ソリューション・アニーリング

熱処理。 

鋼は、鋼種にもよるが、通常1,020℃から1,100℃の高温に加熱される。

急速冷却。

加熱後、鋼は急冷され、通常は水または空気中で急冷される。 

コールド・ワーキング（必要な場合）

冷間圧延。

正確な寸法や、より良い表面仕上げのためには、鋼材を室温で圧延することができる。この工程で鋼はさらに精錬される。

コールドドローイング。

場合によっては、圧延の代わりに冷間伸線が用いられることもある。この工程は、鋼をダイスに通して特定の形状にするもので、ワイヤーやチューブの製造によく用いられる。

最終熱処理

材料に大きな冷間加工が施された場合、応力緩和熱処理が行われることがある。これは、機械的特性に大きな影響を与えることなく内部応力を緩和するために、鋼材を低温（通常約300℃～400℃）に加熱することである。

仕上げと検査

スケールを除去し、外観と耐食性を向上させるために、鋼材を洗浄・研磨することがある。

最終製品は、機械的特性、耐食性、寸法が規格に適合しているか検査される。

主な検討事項

オーステナイト相とフェライト相のバランスを保つためには、正確な温度と冷却の制御が極めて重要である。

靭性や耐食性を低下させる脆性相の生成を防ぐには、適切な熱処理と冷却が必要である。

熱間成形および焼きなまし／ソーキングの推奨温度

二相鋼の各種鋼種には、熱間成形および焼鈍/ 浸漬の推奨温度範囲がある：

1. S32304 (1.4362)

熱間成形温度範囲1,150 ～ 950 °C (2,100 ～ 1,740 °F)

最低浸漬温度：980 °C

2. S32205 (1.4462)

熱間成形温度範囲1,230 ～ 950 °C (2,250 ～ 1,740 °F)

最低浸漬温度1,040 °C (1,900 °F)

3. S32750 (1.4410)

熱間成形温度範囲1,235 ～ 1,025 °C (2,255 ～ 1,877 °F)

最低浸漬温度1,050 °C (1,920 °F)

4. S32520 (1.4507)

熱間成形温度範囲1,230～1,000 °C (2,250～1,830 °F)

最低浸漬温度1,080 °C (1,980 °F)

5. S32760 (1.4501)

熱間成形温度範囲1,230～1,000 °C (2,250～1,830 °F)

最低浸漬温度1,100℃（2,010度）

二相ステンレス鋼の歴史

1920年代：二相ステンレス鋼合金が初めて概念化され、基礎が築かれた。

1930年代：二相合金の最初の生産が始まる。これらの合金は、炭素含有量が高いため、 主に鋳物製造に使用された。

1960年代後半： 金属鋳物工場は、クロムとニッケルの含有量が高 い低炭素二相鋼を生産できるようになった。

1970年代半ば：Duplex 2205が開発され、優れた耐食性を提供。この合金は今日でも人気がある。

現在：絶え間ない進化が、多様な近代二相鋼を生み出している。

二相ステンレス鋼について知っておくべきその他のこと

二相鋼についての理解は深まった。二相鋼についてより深く理解していただけたと思います。

二相ステンレス鋼は錆びるか？

二相鋼は錆に非常に強い。しかし、それでも錆びたり腐食したりすることはある。

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二相ステンレス鋼は高価か？

二相鋼は、合金含有量が高く製造が困難な ため、他のステンレス鋼よりも高価になる場合があ る。二相鋼は、強度が高く、ニッケル含有 量が低いため、費用対効果も高い。

二相ステンレス鋼は磁性を持つか？

二相鋼は通常、磁性を持つ。その構造には磁性を帯びたフェライト粒が 含まれているため、オーステナイトを含むフェ ライト鋼よりも磁性が弱い場合がある。

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二相鋼の炭素含有量とは？

二相鋼の炭素含有量は、通常0.04%以下 である。この低い炭素含有量と高い窒素含有量は、粒 界腐食のリスクを低減するのに役立つ。 

二相ステンレス鋼は316より優れているか？

はい。二相ステンレス鋼は、 316塩化物応力腐食割れに対する耐性が優れています。

2205二相ステンレス鋼VS 316

2205二相鋼は、耐食性と強度に優れる。316は溶接が容易で、低温靭性に優れる。2205は一般に、より厳しい環境で使用され、 316は海洋および工業用途で一般的である。

2205と2507二相ステンレス鋼の違いは何ですか？

二相鋼2507は、2205よりも強度、耐食性、硬度 に優れている。強度も高い。しかし、二相鋼2205のコストは低い。

まとめ＆さらに

この記事では、二相鋼の定義、成分、特性、鋼種、用途、その他の重要な側面について簡単に説明する。ステンレス鋼やその他の鋼種について詳し くは、以下を参照。 ブログ または 金属専門家へのお問い合わせ.

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