JP2587520B2 - 局部変形能に優れたガス遮断器用高Ｍｎ非磁性鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高Mn非磁性鋼に関し、さらに詳しくは穴拡
げ加工、深絞り加工、厳しい曲げ加工が施される非磁性
構造部材に好適な局部変形能に優れたガス遮断器用高Mn
非磁性鋼に関するものである。

（従来の技術） 従来、各種発電機や変圧器、ガス遮断器などの重電機
器の非磁性構造部材には、SUS304に代表されるオーステ
ナイト系ステンレス鋼が使用されてきたが、この鋼は穴
拡げ加工、深絞り加工などの厳しい冷間加工が施される
と、加工誘起マルテンサイトが生成し、透磁率を劣化さ
せるという欠点がある。したがって、このような加工に
おいては、加工誘起マルテンサイトの発生を防止するた
めに、温間加工や熱間加工が行われ、あるいは冷間加工
後に溶体化熱処理を施し、組織をオーステナイト単相に
し磁気特性を向上させるなどの方法が採られているが、
経済性を大きく損なっているのが現状である。

前記のような実情をふまえて、近年、オーステナイト
系ステンレス鋼に替わるものとして高Mn非磁性鋼の使用
が増大しつつある。この高Mn非磁性鋼はオーステナイト
系ステンレス鋼に比べて、高強度で、磁気特性にも優
れ、かつ、低廉な鋼である。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、高Mn非磁性鋼は強度が高いこと、さら
には、加工硬化性が大きいため、前記の穴拡げ加工ある
いは深絞り加工が施されると加工割れが発生しやすく、
ガス遮断器のような加工が厳しい用途には適用できない
という問題があった。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記で説明した高Mn非磁性鋼の問題点に鑑
み、本発明者らが化学成分、金属組織および非金属介在
物量を制御することによって、高Mn非磁性鋼の有する基
本的特性を損なうことなく、厳しい冷間加工においても
割れの発生、磁気特性の劣化などのないガス遮断器用高
Mn非磁性鋼を提供することが可能であるという知見を得
て完成されたもので、その第１発明は、C:0.15〜0.70
％、Si:0.10〜3.00％、Mn:12〜30％を含有し、かつ、Ｃ
とMnの含有量が60×Ｃ％＋Mn％≧36％を満足し、残部Fe
および不可避不純物からなり、さらに、オーステナイト
組織の未再結晶粒の分率が50％以下で、非金属介在物量
が清浄度0.03％以下である局部変形能に優れたガス遮断
器用高Mn非磁性鋼である。

第２発明は、C:0.15〜0.70％、Si:0.10〜3.00％、Mn:
12〜30％を含有し、さらに、Ni:0.05〜3.00％、Cr:0.05
〜8.00％、Mo:0.05〜3.00％の内から選んだ１種または
２種以上を含有し、かつ、ＣとMnの含有量が60×Ｃ％＋
Mn％≧36％を満足し、残部Feおよび不可避不純物からな
り、さらに、オーステナイト組織の未再結晶粒の分率が
50％以下で、非金属介在物量が清浄度0.03％以下である
局部変形能に優れたガス遮断器用高Mn非磁性鋼である。

（作用） 以下、本発明の作用について説明する。

まず、化学成分の限定理由について説明する。

Ｃは、オーステナイトの安定化と強度の向上に有効な
元素である。しかし、0.15％未満ではオーステナイトの
安定化、強度確保のために、Mn、Ni、Cr、Moなどの元素
を多量に添加する必要があり、経済性を大きく損なうこ
とになる。また、0.70％を超えて含有すると、熱間加工
性および機械加工性が劣化する。したがって、Ｃ含有量
は0.15〜0.70の範囲とする。

Siは、鋼溶製時の脱酸作用を有し、かつ、強度の向上
に有効であるため、0.10以上を添加する。しかし、3.00
％を超えて添加すると熱間加工性を損なうことになる。
したがって、Si含有量は0.10〜3.00％の範囲とする。

Mnは、本発明鋼においてＣとともに重要なオーステナ
イト形成元素であり、非磁性を安定化させるために12％
以上の添加が必要である。しかし、30％を超えて含有す
ると熱間加工性が著しく劣化する。したがって、Mn含有
量は12〜30％の範囲とする。

ただし、本発明鋼では基本的にはＣとMnでオーステナ
イトを安定化し非磁性を確保できるが、Ｃ、Mnともに上
記限定範囲の下限近傍になると、オーステナイトが不安
定になる。これを防ぐためにはＣとMnの含有量は60×Ｃ
％＋Mn％≧36％を満足する量とする必要がある。

上記の元素の他に、オーステナイトの安定化、強度上
昇、靭性向上の点から下記の元素を１種または２種以上
添加しても本発明の効果は損なわれるものではない。

Niは、オーステナイトの安定化および靭性の向上に有
効であり必要に応じて添加される。しかし、0.05％未満
の添加ではこの効果は少なく、また、3.00％を超えると
経済性を損なうため、Ni含有量は0.05〜3.00％の範囲と
する。

Crは、オーステナイトを安定化させるとともに高強度
化に有効であり、必要に応じて添加される。しかし、0.
05％未満の添加ではかかる効果は少なく、また、8.00％
を超えるとδフェライトが生成し易くなり、靭性と磁気
特性を劣化させる。したがって、Cr含有量は0.05〜8.00
％の範囲とする。

Moは、オーステナイトの安定化、高強度化に有効であ
り、必要に応じて添加される。しかし、0.05％未満の添
加ではこのような効果は少なく、また、3.00％を超える
添加は経済性を損なう。したがって、Moの含有量は0.05
〜3.00％の範囲とする。

つぎに本発明におけるオーステナイト組織の限定理由
について説明する。

高Mn非磁性鋼の金属組織はオーステナイト単相組織で
ある。このオーステナイト組織を詳しく観察すると、丸
みを帯びた再結晶粒と圧延方向に伸びた未再結晶粒とに
大別される。この未再結晶粒は転位密度が非常に高く、
硬くて脆い組織といわれている。そこで、発明者らはオ
ーステナイトの未再結晶粒分率が切欠伸びに及ぼす影響
を明らかにするために、以下のような調査を行った。そ
の結果を第１図に示す。

第１図は0.23％Ｃ−0.30％Si−26.5％Mnの成分を有す
る板厚6mmの鋼板について、切欠引張試験を行い、これ
から得られた切欠伸び値をオーステナイトの未再結晶粒
分率で整理したものである。ここでは、局部変形能を切
欠伸び値で評価した。

同図から明らかなように、未再結晶粒分率が高くなる
につれて切欠伸び値が低下する傾向にあり、とくに、未
再結晶粒分率が50％を超えると急激に切欠伸び値が低下
している。以上の理由から、オーステナイト組織中の未
再結晶粒分率を50％以下に限定する。

さらに、本発明における清浄度の限定理由について説
明する。

発明者らは非金属介在物量が切欠伸びに及ぼす影響を
明らかにするために、以下のような調査を行った。その
結果を第２図に示す。

第２図は0.25％Ｃ−0.30％Si−25.0％Mnを基本成分と
して、非金属介在物の清浄度を変化させた板厚6mmの鋼
板について、切欠引張試験を行い、これから得られた切
欠伸び値を清浄度で整理したものである。清浄度はJIS
G 0555により測定した。なお、鋼板のオーステナイトの
未再結晶粒分率は０〜30％であった。

同図から明らかなように、清浄度が高くなるにつれて
切欠伸びは向上し、とくに、清浄度が0.03％以下になる
と急激に上昇することがわかる。したがって、非金属介
在物の清浄度は0.03％以下に限定する。なお、この清浄
度を達成するためには、とくに、ＳおよびＯの含有量を
極力低くする必要があが、Ｓ％＋Ｏ％の総量で0.006％
以下にすることが好ましい。

（実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。

供試鋼板は第１表に示す化学成分を有する鋼を90キロ
高周波炉で溶製し、得られた鋼片を板厚6mmの鋼板に仕
上げたものである。これらの鋼板について、非金属介在
物の清浄度およびオーステナイト未再結晶粒分率を測定
するとともに、引張試験、2mmVシャルピ衝撃試験、透磁
率測定を行い、さらに、切欠引張試験、切欠曲げ試験を
実施した。これらの測定結果および試験結果を第１表に
示す。

第１表には本発明鋼および比較鋼の化学成分、清浄
度、オーステナイト未再結晶粒分率、引張特性、衝撃特
性、透磁率、切欠伸びおよび切欠曲げ特性をそれぞれ示
す。

第１表において、発明鋼Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｇ、Ｉは化学成
分、清浄度、未再結晶粒分率とも本発明の限定範囲内で
あり、優れた透磁率を示すとともに、切欠伸びも15％以
上を有し、かつ、切欠曲げ試験においても割れの発生は
なく、良好な材料特性を示している。

比較鋼Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｈは化学成分、清浄度とも本発明
の限定範囲内であるが、いずれも未再結晶粒分率が50％
を超えているため、優れた透磁率を示すものの、切欠伸
びも15％以下と低く、かつ、切欠曲げ試験においても割
れが発生している。

比較鋼Ｊ、Ｋは清浄度が0.03％を超えているため、切
欠伸びが低く、かつ、切欠曲げ試験においても割れが発
生している。また、比較鋼Ｌは化学成分において、Ｃ含
有量が低めで、かつ、60×Ｃ％＋Mn％が31.8％と本発明
の限定範囲を外れているため、オーステナイトが不安定
となり透磁率が悪く、非磁性鋼としては使用できない。
勿論、機械的特性も劣化している。

なお、上記実施例は鋼板についてのものであるが、本
発明は他の鋼製品、例えば条鋼、形鋼にも適応し得るこ
とはいうまでもない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明に係わる局部変形能に優
れたガス遮断器用高Mn非磁性鋼は、化学成分を適切に調
整するとともに、オーステナイト未再結晶粒分率を低く
抑え、清浄度を高くしているため、高Mn非磁性鋼の基本
特性を損なうことなく、加工硬化性が小さく、穴拡げ加
工あるいは深絞り加工においても加工割れが発生するこ
とはない。このため、本発明鋼は穴拡げ加工、深絞り加
工などの厳しい曲げ加工が施されるガス遮断器用非磁性
構造部材に最適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は切欠伸びに及ぼすオーステナイト未再結晶粒分
率の影響を、第２図は切欠伸びに及ぼす清浄度の影響を
示す図である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】C:0.15〜0.70％、Si:0.10〜3.00％、Mn:12
   〜30％を含有し、かつ、ＣとMnの含有量が60×Ｃ％＋Mn
   ％≧36％を満足し、残部Feおよび不可避不純物からな
   り、さらに、オーステナイト組織の未再結晶粒の分率が
   50％以下で、非金属介在物量が清浄度0.03％以下である
   ことを特徴とする局部変形能に優れたガス遮断器用高Mn
   非磁性鋼。
2. 【請求項２】C:0.15〜0.70％、Si:0.10〜3.00％、Mn:12
   〜30％を含有し、さらに、Ni:0.05〜3.00％、Cr:0.05〜
   8.00％、Mo:0.05〜3.00％の内から選んだ１種または２
   種以上を含有し、かつ、ＣとMnの含有量が60×Ｃ％＋Mn
   ％≧36％を満足し、残部Feおよび不可避不純物からな
   り、さらに、オーステナイト組織の未再結晶粒の分率が
   50％以下で、非金属介在物量が清浄度0.03％以下である
   ことを特徴とする局部変形能に優れたガス遮断器用高Mn
   非磁性鋼。