二相ステンレス鋼の概要
スーパーデュプレックスステンレス鋼は、標準的なデュプレックスステンレス鋼と比べて、耐食性が著しく向上しているのが特徴です。クロム（Cr）やモリブデン（Mo）などの耐食性元素を高濃度に含有する高合金材料です。代表的なスーパーデュプレックスステンレス鋼であるS32750は、クロムを最大28.0%、モリブデンを3.5%、ニッケル（Ni）を8.0%含有しています。これらの成分により、酸、塩化物、苛性溶液などの腐食性物質に対して優れた耐性を発揮します。
一般的に、スーパーデュプレックスステンレス鋼は、デュプレックス鋼の確立された利点に加えて、化学的安定性が向上しています。そのため、熱交換器、ボイラー、圧力容器などの石油化学分野における重要な部品の製造に理想的な鋼種となっています。
二相ステンレス鋼の機械的特性
| 成績 | ASTM A789 グレード S32520 熱処理済み | ASTM A790 グレード S31803 熱処理済み | ASTM A790 グレード S32304 熱処理済み | ASTM A815 グレード S32550 熱処理済み | ASTM A815 グレード S32205 熱処理済み |
| 弾性率 | 200 GPa | 200 GPa | 200 GPa | 200 GPa | 200 GPa |
| 伸長 | 25％ | 25％ | 25％ | 15％ | 20％ |
| 抗張力 | 770 MPa | 620 MPa | 600 MPa | 800 MPa | 655 MPa |
| ブリネル硬度 | 310 | 290 | 290 | 302 | 290 |
| 降伏強度 | 550 MPa | 450 MPa | 400 MPa | 550 MPa | 450 MPa |
| 熱膨張係数 | 1E-5 1/K | 1E-5 1/K | 1E-5 1/K | 1E-5 1/K | 1E-5 1/K |
| 比熱容量 | 440～502 J/(kg・K) | 440～502 J/(kg・K) | 440～502 J/(kg・K) | 440～502 J/(kg・K) | 440～502 J/(kg・K) |
| 熱伝導率 | 13～30 W/(m・K) | 13～30 W/(m・K) | 13～30 W/(m・K) | 13～30 W/(m・K) | 13～30 W/(m・K) |
二相ステンレス鋼の分類
1つ目は低合金鋼で、代表的なグレードはUNS S32304（23Cr-4Ni-0.1N）です。この鋼はモリブデンを含まず、PREN値は24～25です。耐食性においてAISI304や316の代替として使用できます。
l 2番目のタイプは中合金タイプに属し、代表的なブランドはUNS S31803（22Cr-5Ni-3Mo-0.15N）で、PREN値は32-33、耐食性はAISI 316Lと6% Mo+Nオーステナイト系ステンレス鋼の中間です。
3つ目のタイプは高合金鋼で、一般的に25%のクロム、モリブデン、窒素を含み、銅やタングステンを含むものもあります。標準グレードUNSS32550（25Cr-6Ni-3Mo-2Cu-0.2N）のPREN値は38～39で、このタイプの鋼の耐食性は22%Cr二相ステンレス鋼よりも優れています。
第4種は、高モリブデン・高窒素含有のスーパーデュプレックスステンレス鋼です。標準グレードはUNS S32750（25Cr-7Ni-3.7Mo-0.3N）で、タングステンや銅を含むものもあります。PREN値は40以上で、過酷な環境下でも使用可能です。耐食性や機械的総合特性に優れ、スーパーオーステナイト系ステンレス鋼に匹敵します。
二相ステンレス鋼の利点
前述のとおり、デュプレックス鋼は通常、その微細構造に含まれる個々の鋼種よりも優れた性能を発揮します。より正確に言えば、オーステナイトとフェライトという2つの元素から得られる優れた特性の組み合わせにより、様々な生産状況においてより優れた総合的なソリューションが提供されるのです。
l 耐食性 – モリブデン、クロム、窒素は、二相合金の耐食性に非常に大きな効果をもたらします。いくつかの二相合金は、304や316などの一般的なオーステナイト系合金と同等、あるいはそれ以上の耐食性を発揮します。特に隙間腐食や孔食に対して効果的です。
応力腐食割れ（SSC）は、いくつかの大気要因、中でも温度と湿度が最も顕著な要因によって発生します。引張応力は、この問題をさらに悪化させるだけです。通常のオーステナイト系ステンレス鋼は応力腐食割れを起こしやすいですが、二相ステンレス鋼はそうではありません。
l 靭性 – デュプレックス鋼はフェライト鋼よりも靭性が高く、低温でもその靭性は維持されますが、この点ではオーステナイト鋼の性能には及びません。
l 強度 – 二相合金は、オーステナイト組織とフェライト組織の両方よりも最大2倍の強度を持つことができます。強度が高いということは、厚みを薄くしても金属がしっかりとした状態を保つことを意味し、これは特に軽量化において重要です。
