JP2628806B2 - 高強度非磁性低熱膨張合金およびその製造方法 - Google Patents
高強度非磁性低熱膨張合金およびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、０℃から100 ℃におけ
る平均熱膨張係数が７〜13×10-6／℃、０℃から300 ℃
における平均熱膨張係数が14〜17×10-6／℃で、かつ冷
間加工後再加熱した状態での引張強さが80 kgf／mm2 以
上であって透磁率が1.01以下である高強度非磁性低熱膨
張合金およびその製造方法に関する。
る平均熱膨張係数が７〜13×10-6／℃、０℃から300 ℃
における平均熱膨張係数が14〜17×10-6／℃で、かつ冷
間加工後再加熱した状態での引張強さが80 kgf／mm2 以
上であって透磁率が1.01以下である高強度非磁性低熱膨
張合金およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年，磁気浮上リニアモーターカーの構
造部材を初めとして、原子力産業や各種電気部材におい
て、その磁気損失を少なくするため非磁性材料が要求さ
れ、主にＳＵＳ304 を中心としたステンレス鋼が使用さ
れている。
造部材を初めとして、原子力産業や各種電気部材におい
て、その磁気損失を少なくするため非磁性材料が要求さ
れ、主にＳＵＳ304 を中心としたステンレス鋼が使用さ
れている。
【０００３】しかしながら、該鋼材は引張強さが低く、
熱膨張係数も０〜100 ℃で約17×10-6と大きく、かつ冷
間加工により透磁率が上昇するという欠点を有する。
熱膨張係数も０〜100 ℃で約17×10-6と大きく、かつ冷
間加工により透磁率が上昇するという欠点を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は上述の現状に
鑑み、反強磁性を示すオーステナイト相Ｆｅ−Ｍｎ合金
に着目し、長年研究を行って開発されたものであり、前
述リニアモーターカーの構造部材やその他に適合する材
料を適切に提供することに成功した。ここにおいて本発
明合金でいう非磁性とは冷間加工の状態においても透磁
率が1.01 以下を示すことであって、従来の非磁性鋼の
特性をはるかに凌駕するものである。
鑑み、反強磁性を示すオーステナイト相Ｆｅ−Ｍｎ合金
に着目し、長年研究を行って開発されたものであり、前
述リニアモーターカーの構造部材やその他に適合する材
料を適切に提供することに成功した。ここにおいて本発
明合金でいう非磁性とは冷間加工の状態においても透磁
率が1.01 以下を示すことであって、従来の非磁性鋼の
特性をはるかに凌駕するものである。
【０００５】本発明の要旨は下記の通りである。 第１発明 重量比にてＭｎ20〜33％、Ｂ0.001 〜1.0 ％およびＮｉ
0.001 〜5.0 ％を含有し残部が実質的にＦｅおよび不可
避の不純物とからなることを特徴とする高強度非磁性低
熱膨張合金。
0.001 〜5.0 ％を含有し残部が実質的にＦｅおよび不可
避の不純物とからなることを特徴とする高強度非磁性低
熱膨張合金。
【０００６】第２発明 重量比にて主成分として、Ｍｎ20〜33％、Ｂ0.001 〜1.
0 ％およびＮｉ0.001〜5.0 ％を含有し残部Ｆｅおよび
不可避の不純物とからなる合金に副成分として、Ｔｉ，
Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗのそれぞ
れ5.0 ％以下およびＣｏ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ａｌ，Ｇ
ａ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，希土類元素
のそれぞれ4.0 ％以下のうち少なくとも一種または二種
以上の全量0.001 〜5.0 ％をＦｅと置換する形で含有し
てなることを特徴とする高強度非磁性低熱膨張合金。
0 ％およびＮｉ0.001〜5.0 ％を含有し残部Ｆｅおよび
不可避の不純物とからなる合金に副成分として、Ｔｉ，
Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗのそれぞ
れ5.0 ％以下およびＣｏ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ａｌ，Ｇ
ａ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，希土類元素
のそれぞれ4.0 ％以下のうち少なくとも一種または二種
以上の全量0.001 〜5.0 ％をＦｅと置換する形で含有し
てなることを特徴とする高強度非磁性低熱膨張合金。
【０００７】第３発明 重量比にて主成分として、Ｍｎ20〜33％、Ｂ0.001 〜1.
0 ％およびＮｉ0.001〜5.0 ％を含有し残部Ｆｅおよび
不可避の不純物とからなる合金に副成分として、Ｔｉ，
Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗのそれぞ
れ5.0 ％以下のうち少なくとも一種または二種以上の全
量0.001 〜5.0 ％をＦｅと置換する形で含有してなるこ
とを特徴とする高強度非磁性低熱膨張合金。
0 ％およびＮｉ0.001〜5.0 ％を含有し残部Ｆｅおよび
不可避の不純物とからなる合金に副成分として、Ｔｉ，
Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗのそれぞ
れ5.0 ％以下のうち少なくとも一種または二種以上の全
量0.001 〜5.0 ％をＦｅと置換する形で含有してなるこ
とを特徴とする高強度非磁性低熱膨張合金。
【０００８】第４発明 重量比にて主成分として、Ｍｎ20〜33％、Ｂ0.001 〜1.
0 ％およびＮｉ0.001〜5.0 ％を含有し残部Ｆｅおよび
不可避の不純物とからなる合金に副成分として、Ｃｏ，
Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓ
ｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，希土類元素のそれぞれ4.0 ％以下のう
ち少なくとも一種または二種以上の全量0.001 〜5.0 ％
をＦｅと置換する形で含有してなることを特徴とする高
強度非磁性低熱膨張合金。
0 ％およびＮｉ0.001〜5.0 ％を含有し残部Ｆｅおよび
不可避の不純物とからなる合金に副成分として、Ｃｏ，
Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓ
ｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，希土類元素のそれぞれ4.0 ％以下のう
ち少なくとも一種または二種以上の全量0.001 〜5.0 ％
をＦｅと置換する形で含有してなることを特徴とする高
強度非磁性低熱膨張合金。
【０００９】第５発明 重量比にてＭｎ20〜33％、Ｂ0.001 〜1.0 ％およびＮｉ
0.001 〜5.0 ％を含有し残部が実質的にＦｅおよび不可
避の不純物とからなる合金を（ａ）500 ℃以上融点以下
の高温で１分間以上100 時間以下加熱して均質化処理を
施した後、焼入れするかあるいは毎秒１℃以下の速度で
徐冷して焼鈍を行う工程と、（ｂ）上記焼入れ後あるい
は焼鈍後、10％以上の熱間加工または冷間加工を行う工
程と、（ｃ）上記熱間加工または冷間加工後、200 ℃以
上融点以下の温度で１分間以上100 時間以下加熱し、つ
いで毎秒１℃以下の速度で徐冷する工程とよりなる処理
を施すことを特徴とする高強度非磁性低熱膨張合金の製
造方法。
0.001 〜5.0 ％を含有し残部が実質的にＦｅおよび不可
避の不純物とからなる合金を（ａ）500 ℃以上融点以下
の高温で１分間以上100 時間以下加熱して均質化処理を
施した後、焼入れするかあるいは毎秒１℃以下の速度で
徐冷して焼鈍を行う工程と、（ｂ）上記焼入れ後あるい
は焼鈍後、10％以上の熱間加工または冷間加工を行う工
程と、（ｃ）上記熱間加工または冷間加工後、200 ℃以
上融点以下の温度で１分間以上100 時間以下加熱し、つ
いで毎秒１℃以下の速度で徐冷する工程とよりなる処理
を施すことを特徴とする高強度非磁性低熱膨張合金の製
造方法。
【００１０】第６発明 重量比にて主成分として、Ｍｎ20〜33％、Ｂ0.001 〜1.
0 ％およびＮｉ0.001〜5.0 ％を含有し残部Ｆｅおよび
不可避の不純物とからなる合金に副成分として、Ｔｉ，
Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗのそれぞ
れ5.0 ％以下およびＣｏ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ａｌ，Ｇ
ａ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，希土類元素
のそれぞれ4.0 ％以下のうち少なくとも一種または二種
以上の全量0.001 〜5.0 ％をＦｅと置換する形で含有し
てなる合金を、（ａ）500 ℃以上融点以下の高温で１分
間以上100 時間以下加熱して均質化処理を施した後、焼
入れするかあるいは毎秒１℃以下の速度で徐冷して焼鈍
を行う工程と、（ｂ）上記焼入れ後あるいは焼鈍後、10
％以上の熱間加工または冷間加工を行う工程と、（ｃ）
上記熱間加工または冷間加工後、200 ℃以上融点以下の
温度で１分間以上100 時間以下加熱し、ついで毎秒１℃
以下の速度で徐冷する工程とよりなる処理を施すことを
特徴とする高強度非磁性低熱膨張合金の製造方法。
0 ％およびＮｉ0.001〜5.0 ％を含有し残部Ｆｅおよび
不可避の不純物とからなる合金に副成分として、Ｔｉ，
Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗのそれぞ
れ5.0 ％以下およびＣｏ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ａｌ，Ｇ
ａ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，希土類元素
のそれぞれ4.0 ％以下のうち少なくとも一種または二種
以上の全量0.001 〜5.0 ％をＦｅと置換する形で含有し
てなる合金を、（ａ）500 ℃以上融点以下の高温で１分
間以上100 時間以下加熱して均質化処理を施した後、焼
入れするかあるいは毎秒１℃以下の速度で徐冷して焼鈍
を行う工程と、（ｂ）上記焼入れ後あるいは焼鈍後、10
％以上の熱間加工または冷間加工を行う工程と、（ｃ）
上記熱間加工または冷間加工後、200 ℃以上融点以下の
温度で１分間以上100 時間以下加熱し、ついで毎秒１℃
以下の速度で徐冷する工程とよりなる処理を施すことを
特徴とする高強度非磁性低熱膨張合金の製造方法。
【００１１】第７発明 重量比にて主成分として、Ｍｎ20〜33％、Ｂ0.001 〜1.
0 ％およびＮｉ0.001〜5.0 ％を含有し残部Ｆｅおよび
不可避の不純物とからなる合金に副成分として、Ｔｉ，
Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗのそれぞ
れ5.0 ％以下のうち少なくとも一種または二種以上全量
0.001 〜5.0 ％をＦｅと置換する形で含有してなる合金
を、（ａ）500 ℃以上融点以下の高温で１分間以上100
時間以下加熱して均質化処理を施した後、焼入れするか
あるいは毎秒１℃以下の速度で徐冷して焼鈍を行う工程
と、（ｂ）上記焼入れ後あるいは焼鈍後、10％以上の熱
間加工または冷間加工を行う工程と、（ｃ）上記熱間加
工または冷間加工後、200 ℃以上融点以下の温度で１分
間以上100 時間以下加熱し、ついで毎秒１℃以下の速度
で徐冷する工程とよりなる処理を施すことを特徴とする
高強度非磁性低熱膨張合金の製造方法。
0 ％およびＮｉ0.001〜5.0 ％を含有し残部Ｆｅおよび
不可避の不純物とからなる合金に副成分として、Ｔｉ，
Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗのそれぞ
れ5.0 ％以下のうち少なくとも一種または二種以上全量
0.001 〜5.0 ％をＦｅと置換する形で含有してなる合金
を、（ａ）500 ℃以上融点以下の高温で１分間以上100
時間以下加熱して均質化処理を施した後、焼入れするか
あるいは毎秒１℃以下の速度で徐冷して焼鈍を行う工程
と、（ｂ）上記焼入れ後あるいは焼鈍後、10％以上の熱
間加工または冷間加工を行う工程と、（ｃ）上記熱間加
工または冷間加工後、200 ℃以上融点以下の温度で１分
間以上100 時間以下加熱し、ついで毎秒１℃以下の速度
で徐冷する工程とよりなる処理を施すことを特徴とする
高強度非磁性低熱膨張合金の製造方法。
【００１２】第８発明 重量比にて主成分として、Ｍｎ20〜33％、Ｂ0.001 〜1.
0 ％およびＮｉ0.001〜5.0 ％を含有し残部Ｆｅおよび
不可避の不純物とからなる合金に副成分として、Ｃｏ，
Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓ
ｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，希土類元素のそれぞれ4.0 ％以下のう
ち少なくとも一種または二種以上の全量0.001 〜5.0 ％
をＦｅと置換する形で含有してなる合金を、（ａ）500
℃以上融点以下の高温で１分間以上100 時間以下加熱し
て均質化処理を施した後、焼入れするかあるいは毎秒１
℃以下の速度で徐冷して焼鈍を行う工程と、（ｂ）上記
焼入れ後あるいは焼鈍後、10％以上の熱間加工または冷
間加工を行う工程と、（ｃ）上記熱間加工または冷間加
工後、200 ℃以上融点以下の温度で１分間以上100 時間
以下加熱し、ついで毎秒１℃以下の速度で徐冷する工程
とよりなる処理を施すことを特徴とする高強度非磁性低
熱膨張合金の製造方法。
0 ％およびＮｉ0.001〜5.0 ％を含有し残部Ｆｅおよび
不可避の不純物とからなる合金に副成分として、Ｃｏ，
Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓ
ｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，希土類元素のそれぞれ4.0 ％以下のう
ち少なくとも一種または二種以上の全量0.001 〜5.0 ％
をＦｅと置換する形で含有してなる合金を、（ａ）500
℃以上融点以下の高温で１分間以上100 時間以下加熱し
て均質化処理を施した後、焼入れするかあるいは毎秒１
℃以下の速度で徐冷して焼鈍を行う工程と、（ｂ）上記
焼入れ後あるいは焼鈍後、10％以上の熱間加工または冷
間加工を行う工程と、（ｃ）上記熱間加工または冷間加
工後、200 ℃以上融点以下の温度で１分間以上100 時間
以下加熱し、ついで毎秒１℃以下の速度で徐冷する工程
とよりなる処理を施すことを特徴とする高強度非磁性低
熱膨張合金の製造方法。
【００１３】
【作用】すなわち本発明においては、Ｍｎ20〜33％、Ｂ
0.001 〜1.0 ％およびＮｉ0.001 〜5.0 ％を含み、残部
実質的にＦｅおよび不可避の不純物とからなるか、ある
いはこれを主成分とし、さらに副成分として、Ｔｉ，
Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗのそれぞ
れ5.0 ％以下、また他の副成分としてＣｏ，Ｃｕ，Ｚ
ｎ，Ｃｄ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐ
ｂ，Ｓｂ，希土類元素のそれぞれ4.0 ％以下、さらに前
記２群に含まれる副成分のうち任意の元素の合計5.0 ％
以下の一種または二種以上の全量0.001 〜5.0％をＦｅ
と置換する形で含有してなる合金について、簡易な熱処
理と加工により発揮し得ることを見出したもので、その
目的とするところはＳＵＳ304 などのステンレス鋼と比
較して機械的強度が高く、透磁率が冷間加工状態で1.01
以下と小さく、しかも熱膨張係数が０℃〜100 ℃におい
て７〜13×10-6／℃および０℃〜300 ℃において14〜17
×10-6／℃と小さい高強度非磁性低熱膨張合金として各
種用途に適合する新規な材料を提供することにある。
0.001 〜1.0 ％およびＮｉ0.001 〜5.0 ％を含み、残部
実質的にＦｅおよび不可避の不純物とからなるか、ある
いはこれを主成分とし、さらに副成分として、Ｔｉ，
Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗのそれぞ
れ5.0 ％以下、また他の副成分としてＣｏ，Ｃｕ，Ｚ
ｎ，Ｃｄ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐ
ｂ，Ｓｂ，希土類元素のそれぞれ4.0 ％以下、さらに前
記２群に含まれる副成分のうち任意の元素の合計5.0 ％
以下の一種または二種以上の全量0.001 〜5.0％をＦｅ
と置換する形で含有してなる合金について、簡易な熱処
理と加工により発揮し得ることを見出したもので、その
目的とするところはＳＵＳ304 などのステンレス鋼と比
較して機械的強度が高く、透磁率が冷間加工状態で1.01
以下と小さく、しかも熱膨張係数が０℃〜100 ℃におい
て７〜13×10-6／℃および０℃〜300 ℃において14〜17
×10-6／℃と小さい高強度非磁性低熱膨張合金として各
種用途に適合する新規な材料を提供することにある。
【００１４】上述の簡易な熱処理と加工の方法は次の通
りである。（ａ）溶体化処理のため、500 ℃以上融点以
下の高温で１分間以上（例えば５分乃至100 時間）加熱
後、焼入れするかあるいは毎秒１℃以下の速度で徐冷し
て焼鈍を行う。（ｂ）上記焼入れ後あるいは焼鈍後、10
％以上の熱間加工または冷間加工を行い、さらに200 ℃
以上融点以下の温度で１分間以上（例えば５分乃至100
時間）加熱し、ついで毎秒１℃以下の速度で徐冷する。
りである。（ａ）溶体化処理のため、500 ℃以上融点以
下の高温で１分間以上（例えば５分乃至100 時間）加熱
後、焼入れするかあるいは毎秒１℃以下の速度で徐冷し
て焼鈍を行う。（ｂ）上記焼入れ後あるいは焼鈍後、10
％以上の熱間加工または冷間加工を行い、さらに200 ℃
以上融点以下の温度で１分間以上（例えば５分乃至100
時間）加熱し、ついで毎秒１℃以下の速度で徐冷する。
【００１５】次に本発明合金の製造方法について説明す
る。まず上記組成範囲において適量のＭｎ，Ｂ，Ｎｉお
よびＦｅのみかあるいはこれを主成分としてさらに副成
分を加え、不活性ガスを通じながら通常の溶解炉によっ
て溶解した後、脱酸剤としてのＳｉ，Ａｌ，Ｃａなどを
0.1 ％以下添加して有害な不純物を除き充分に撹拌して
組成的に均一な溶融合金を造る。なお、ホウ素Ｂを使用
する場合、結晶質ホウ素Ｂのみならず非晶質ホウ素Ｂあ
るいはＦｅｒｒｏボロンも有効に作用することは勿論で
ある。次にこれを鉄型に注入して鋳塊を造り、500 ℃以
上融点以下の温度で１分間以上（例えば５分乃至100 時
間）保持した後、焼入れするかあるいは毎秒１℃以下の
速度で徐冷する。さらにこれを常温あるいは常温以上融
点以下の温度において鍛造、圧延、引抜きあるいはスウ
ェージして用途に適合する形状に成型する。次にこれを
200 ℃以上融点以下の温度で１分間以上（例えば５分乃
至100 時間）加熱し、ついで毎秒１℃以下の速度で徐冷
して製品とする。
る。まず上記組成範囲において適量のＭｎ，Ｂ，Ｎｉお
よびＦｅのみかあるいはこれを主成分としてさらに副成
分を加え、不活性ガスを通じながら通常の溶解炉によっ
て溶解した後、脱酸剤としてのＳｉ，Ａｌ，Ｃａなどを
0.1 ％以下添加して有害な不純物を除き充分に撹拌して
組成的に均一な溶融合金を造る。なお、ホウ素Ｂを使用
する場合、結晶質ホウ素Ｂのみならず非晶質ホウ素Ｂあ
るいはＦｅｒｒｏボロンも有効に作用することは勿論で
ある。次にこれを鉄型に注入して鋳塊を造り、500 ℃以
上融点以下の温度で１分間以上（例えば５分乃至100 時
間）保持した後、焼入れするかあるいは毎秒１℃以下の
速度で徐冷する。さらにこれを常温あるいは常温以上融
点以下の温度において鍛造、圧延、引抜きあるいはスウ
ェージして用途に適合する形状に成型する。次にこれを
200 ℃以上融点以下の温度で１分間以上（例えば５分乃
至100 時間）加熱し、ついで毎秒１℃以下の速度で徐冷
して製品とする。
【００１６】次に本発明の実施例について述べる。 実施例１ 表１に示す合金成分の全量（約２kg）をアルミナ坩堝中
で、Ａｒガスを通じながら高周波誘導電気炉により溶解
した後、溶湯をよく撹拌し、鉄型に鋳込んで50×50 mm2
の角型鋳塊を得た。次にその一部を鍛造によって約20mm
の丸棒にし、1050℃で１時間加熱後100 ℃／時間の速度
で冷却した。それを常温で種々の加工率を施して丸棒と
し、それから長さ100 mmおよび15mmの丸棒２本を切りと
り、一方を冷間加工状態、他方を200 ℃，400 ℃，600
℃，800 ℃，900 ℃および1000℃で１時間加熱した後10
0 ℃／時間の速度で冷却して測定した。熱膨張係数は縦
型全膨張計（ＤＬ7000）により、透磁率は透磁率計によ
り200 Ｏe の磁界中常温で測定した。表２には、本発明
合金の測定値の一例と代表的な既知の非磁性合金２種と
を比較して示してある。この表から明らかな如く、本発
明合金はいずれも従来の非磁性合金に比し、０℃〜100
℃あるいは０℃〜300 ℃のいずれの温度範囲においても
熱膨張係数が小さく、かつ機械的強度が大きい。また透
磁率も極めて小さく、優れた非磁性合金であることがわ
かる。
で、Ａｒガスを通じながら高周波誘導電気炉により溶解
した後、溶湯をよく撹拌し、鉄型に鋳込んで50×50 mm2
の角型鋳塊を得た。次にその一部を鍛造によって約20mm
の丸棒にし、1050℃で１時間加熱後100 ℃／時間の速度
で冷却した。それを常温で種々の加工率を施して丸棒と
し、それから長さ100 mmおよび15mmの丸棒２本を切りと
り、一方を冷間加工状態、他方を200 ℃，400 ℃，600
℃，800 ℃，900 ℃および1000℃で１時間加熱した後10
0 ℃／時間の速度で冷却して測定した。熱膨張係数は縦
型全膨張計（ＤＬ7000）により、透磁率は透磁率計によ
り200 Ｏe の磁界中常温で測定した。表２には、本発明
合金の測定値の一例と代表的な既知の非磁性合金２種と
を比較して示してある。この表から明らかな如く、本発
明合金はいずれも従来の非磁性合金に比し、０℃〜100
℃あるいは０℃〜300 ℃のいずれの温度範囲においても
熱膨張係数が小さく、かつ機械的強度が大きい。また透
磁率も極めて小さく、優れた非磁性合金であることがわ
かる。
【００１７】実施例２ 図１および図２には前記方法で作製したNo. １合金につ
いて、それぞれ900 ℃で１時間焼鈍した状態からの冷間
加工率と熱膨張係数との関係および80％冷間加工状態の
ものを時効した時の時効温度と熱膨張係数との関係が示
してある。図に見るように本発明合金は冷間加工率を変
えることにより熱膨張係数を小さくすることができ、ま
たこの値は700 ℃程度までの時効によって殆んど変わら
ないことがわかる。これは本発明合金において基本組成
に含有されるＢがＮｉ，ＦｅあるいはＭｎと共にＦｅ
Ｂ，Ｆｅ2 Ｂ，Ｎｉ3 ＢあるいはＭｎＢ，Ｍｎ2 Ｂなど
の化合物を形成し、Ｆｅ−Ｍｎの地に微細に分散される
結果、熱膨張が抑制され低熱膨張係数が得られるのであ
る。
いて、それぞれ900 ℃で１時間焼鈍した状態からの冷間
加工率と熱膨張係数との関係および80％冷間加工状態の
ものを時効した時の時効温度と熱膨張係数との関係が示
してある。図に見るように本発明合金は冷間加工率を変
えることにより熱膨張係数を小さくすることができ、ま
たこの値は700 ℃程度までの時効によって殆んど変わら
ないことがわかる。これは本発明合金において基本組成
に含有されるＢがＮｉ，ＦｅあるいはＭｎと共にＦｅ
Ｂ，Ｆｅ2 Ｂ，Ｎｉ3 ＢあるいはＭｎＢ，Ｍｎ2 Ｂなど
の化合物を形成し、Ｆｅ−Ｍｎの地に微細に分散される
結果、熱膨張が抑制され低熱膨張係数が得られるのであ
る。
【００１８】実施例３ 図３および図４には前記方法で作製したNo. １合金につ
いて、それぞれ80％冷間加工後、時効した場合の引張強
さおよびビッカース硬度と時効温度との関係、および80
％冷間加工後600 ℃で時効した場合の引張強さおよびビ
ッカース硬度と時効時間との関係を示す。引張強さおよ
びビッカース硬度は時効温度とともに上昇し、約600 ℃
付近に緩やかな極大を作る。また、例えば600 ℃で時効
する場合、その温度に約１分間保持すればその効果が現
われ始め、約60分間の保持で熱処理は殆んど完成するこ
とがわかる。
いて、それぞれ80％冷間加工後、時効した場合の引張強
さおよびビッカース硬度と時効温度との関係、および80
％冷間加工後600 ℃で時効した場合の引張強さおよびビ
ッカース硬度と時効時間との関係を示す。引張強さおよ
びビッカース硬度は時効温度とともに上昇し、約600 ℃
付近に緩やかな極大を作る。また、例えば600 ℃で時効
する場合、その温度に約１分間保持すればその効果が現
われ始め、約60分間の保持で熱処理は殆んど完成するこ
とがわかる。
【００１９】実施例４ 図５には表１に示した比較合金No. 101 と本発明合金N
o. １およびNo. ４について80％冷間加工後600 ℃で１
時間時効した状態の熱膨張Δｌ／ｌと温度との関係が示
してある。図５に示す通り、比較合金は300 ℃の高温度
では伸びの勾配が極めて大きいが、本発明合金はいずれ
も小さく優れた低熱膨張合金であることがわかる。従っ
て本発明合金は常温および高温において使用するリニア
モーターカー用部材、測定機器あるいはその他の構造物
の部材として非常に好適である。本発明合金と比較合金
の組成と、これらの合金を80％冷間加工後、600 ℃、５
時間加熱し徐冷した状態の諸特性は表１と表２に示す通
りである。
o. １およびNo. ４について80％冷間加工後600 ℃で１
時間時効した状態の熱膨張Δｌ／ｌと温度との関係が示
してある。図５に示す通り、比較合金は300 ℃の高温度
では伸びの勾配が極めて大きいが、本発明合金はいずれ
も小さく優れた低熱膨張合金であることがわかる。従っ
て本発明合金は常温および高温において使用するリニア
モーターカー用部材、測定機器あるいはその他の構造物
の部材として非常に好適である。本発明合金と比較合金
の組成と、これらの合金を80％冷間加工後、600 ℃、５
時間加熱し徐冷した状態の諸特性は表１と表２に示す通
りである。
【００２０】
【表１】
【００２１】
【表２】
【００２２】本発明の目的とする高強度性、非磁性、低
熱膨張性を得る反応機構は次の通りである。 （Ａ）高強度性について；- 本発明合金の主成分Ｆｅ−Ｍｎ−Ｂ−Ｎｉのうち、Ｂが
0.001 〜1.0 ％およびＮｉが0.001 〜5.0 ％を含有され
ると、これらの元素がＦｅ−Ｍｎ地中に溶け込んでＦｅ
Ｂ，Ｆｅ2 Ｂ，Ｎｉ3 Ｂ，ＭｎＢ，Ｍｎ2 Ｂ化合物を生
成させて機械的性質を向上する。 （Ｂ）非磁性について；- 本発明合金の主成分のうちＭｎが20〜33％含有される
と、反強磁性を安定化させるのに必須の元素となり、こ
れを越えると他の磁性が現れ反強磁性相が少なくなる。 （Ｃ）低熱膨張特性について；- 本発明合金の主成分Ｆｅ−Ｍｎ−Ｂ−Ｎｉのうち、Ｍｎ
が20〜33％の存在下でＢが0.001 〜1.0 ％およびＮｉが
0.001 〜5.0 ％含有されれば、これらの元素がＦｅ−Ｍ
ｎ地中に溶け込んでＦｅＢ，Ｆｅ2 Ｂ，Ｎｉ3 Ｂ，Ｍｎ
Ｂ，Ｍｎ2 Ｂなどの微細な化合物が生成分散され、熱膨
張が抑制され低膨張合金が得られるのである。本発明合
金の組成を限定した理由を述べる。まず、Ｆｅ−Ｍｎ−
Ｂ−Ｎｉ４元合金において、Ｍｎ20〜33％、Ｂ0.001 〜
1.0 ％、Ｎｉ0.001 〜5.0 ％、残部Ｆｅと限定したの
は、その組成範囲外では熱膨張係数が本発明の目的とす
る、０℃から100 ℃で７〜13×10-6／℃および０℃から
300 ℃で14〜17×10-6／℃の範囲を越えるからである。
Ｍｎは合金の反強磁性特性を安定化させるに必須の元素
であり、この範囲より少ないと強磁性相が出現し易くな
り、これを越えると反強磁性相が少なくなるからであ
る。また、ＢおよびＮｉはＦｅ−Ｍｎ地中に溶け込んで
ＦｅＢ，Ｆｅ2 Ｂ，Ｎｉ3 Ｂ，ＭｎＢ，Ｍｎ2 Ｂ化合物
を生成させ、熱膨張係数を低下させかつ機械的強度を向
上させるに必須の元素であり、これより少ないと化合物
相が生成されず、これを越えると化合物相が過多になり
機械的強度を下げるからである。
熱膨張性を得る反応機構は次の通りである。 （Ａ）高強度性について；- 本発明合金の主成分Ｆｅ−Ｍｎ−Ｂ−Ｎｉのうち、Ｂが
0.001 〜1.0 ％およびＮｉが0.001 〜5.0 ％を含有され
ると、これらの元素がＦｅ−Ｍｎ地中に溶け込んでＦｅ
Ｂ，Ｆｅ2 Ｂ，Ｎｉ3 Ｂ，ＭｎＢ，Ｍｎ2 Ｂ化合物を生
成させて機械的性質を向上する。 （Ｂ）非磁性について；- 本発明合金の主成分のうちＭｎが20〜33％含有される
と、反強磁性を安定化させるのに必須の元素となり、こ
れを越えると他の磁性が現れ反強磁性相が少なくなる。 （Ｃ）低熱膨張特性について；- 本発明合金の主成分Ｆｅ−Ｍｎ−Ｂ−Ｎｉのうち、Ｍｎ
が20〜33％の存在下でＢが0.001 〜1.0 ％およびＮｉが
0.001 〜5.0 ％含有されれば、これらの元素がＦｅ−Ｍ
ｎ地中に溶け込んでＦｅＢ，Ｆｅ2 Ｂ，Ｎｉ3 Ｂ，Ｍｎ
Ｂ，Ｍｎ2 Ｂなどの微細な化合物が生成分散され、熱膨
張が抑制され低膨張合金が得られるのである。本発明合
金の組成を限定した理由を述べる。まず、Ｆｅ−Ｍｎ−
Ｂ−Ｎｉ４元合金において、Ｍｎ20〜33％、Ｂ0.001 〜
1.0 ％、Ｎｉ0.001 〜5.0 ％、残部Ｆｅと限定したの
は、その組成範囲外では熱膨張係数が本発明の目的とす
る、０℃から100 ℃で７〜13×10-6／℃および０℃から
300 ℃で14〜17×10-6／℃の範囲を越えるからである。
Ｍｎは合金の反強磁性特性を安定化させるに必須の元素
であり、この範囲より少ないと強磁性相が出現し易くな
り、これを越えると反強磁性相が少なくなるからであ
る。また、ＢおよびＮｉはＦｅ−Ｍｎ地中に溶け込んで
ＦｅＢ，Ｆｅ2 Ｂ，Ｎｉ3 Ｂ，ＭｎＢ，Ｍｎ2 Ｂ化合物
を生成させ、熱膨張係数を低下させかつ機械的強度を向
上させるに必須の元素であり、これより少ないと化合物
相が生成されず、これを越えると化合物相が過多になり
機械的強度を下げるからである。
【００２３】つぎに副成分をＴｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎ
ｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗのそれぞれ5.0 ％以下、Ｃ
ｏ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｇ
ｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，希土類元素のそれぞれ4.0 ％以
下、前記２群に含まれる副成分のうち任意の元素の合計
5.0 ％以下の一種または二種以上の全量0.001 〜5.0 ％
と限定したのは、これらの組成範囲外では熱膨張係数が
本発明の目的とする、０℃から100 ℃で７〜13×10-6／
℃および０℃から300 ℃で14〜17×10-6／℃の範囲を越
えるからである。また、これらの副成分は機械的強度と
耐食性の改善元素であり、切削などの機械加工性の改善
に有効に寄与する。尚、希土類元素は、Ｓｃ，Ｙおよび
ランタン系元素からなるものであり、その副成分添加の
効果は上述のように同一である。
ｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗのそれぞれ5.0 ％以下、Ｃ
ｏ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｇ
ｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，希土類元素のそれぞれ4.0 ％以
下、前記２群に含まれる副成分のうち任意の元素の合計
5.0 ％以下の一種または二種以上の全量0.001 〜5.0 ％
と限定したのは、これらの組成範囲外では熱膨張係数が
本発明の目的とする、０℃から100 ℃で７〜13×10-6／
℃および０℃から300 ℃で14〜17×10-6／℃の範囲を越
えるからである。また、これらの副成分は機械的強度と
耐食性の改善元素であり、切削などの機械加工性の改善
に有効に寄与する。尚、希土類元素は、Ｓｃ，Ｙおよび
ランタン系元素からなるものであり、その副成分添加の
効果は上述のように同一である。
【図１】図１は本発明の代表的な合金の熱膨張係数と冷
間加工率との関係を示した図である。
間加工率との関係を示した図である。
【図２】図２は本発明の代表的な合金の80％冷間加工後
時効した場合の熱膨張係数と時効温度との関係を示した
図である。
時効した場合の熱膨張係数と時効温度との関係を示した
図である。
【図３】図３は本発明の代表的な合金を80％冷間加工後
時効した場合の引張強さとおよびビッカース硬度と時効
温度との関係を示した図である。
時効した場合の引張強さとおよびビッカース硬度と時効
温度との関係を示した図である。
【図４】図４は本発明の代表的な合金を80％冷間加工後
600 ℃で時効した場合の引張強さとおよびビッカース硬
度と時効時間との関係を示した図である。
600 ℃で時効した場合の引張強さとおよびビッカース硬
度と時効時間との関係を示した図である。
【図５】図５は本発明の代表的な合金を600 ℃で時効し
た状態と従来の非磁性合金の熱膨張曲線を比較した図で
ある。
た状態と従来の非磁性合金の熱膨張曲線を比較した図で
ある。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 38/54 Ｃ２２Ｃ 38/54
Claims (8)
- 【請求項１】 重量比にてＭｎ20〜33％、Ｂ0.001 〜1.
0 ％およびＮｉ0.001 〜5.0 ％を含有し残部が実質的に
Ｆｅおよび不可避の不純物とからなることを特徴とする
高強度非磁性低熱膨張合金。 - 【請求項２】 重量比にて主成分として、Ｍｎ20〜33
％、Ｂ0.001 〜1.0 ％およびＮｉ0.001 〜5.0 ％を含有
し残部Ｆｅおよび不可避の不純物とからなる合金に副成
分として、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，
Ｍｏ，Ｗのそれぞれ5.0 ％以下およびＣｏ，Ｃｕ，Ｚ
ｎ，Ｃｄ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐ
ｂ，Ｓｂ，希土類元素のそれぞれ4.0 ％以下のうち少な
くとも一種または二種以上の全量0.001 〜5.0 ％をＦｅ
と置換する形で含有してなることを特徴とする高強度非
磁性低熱膨張合金。 - 【請求項３】 重量比にて主成分として、Ｍｎ20〜33
％、Ｂ0.001 〜1.0 ％およびＮｉ0.001 〜5.0 ％を含有
し残部Ｆｅおよび不可避の不純物とからなる合金に副成
分として、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，
Ｍｏ，Ｗのそれぞれ5.0 ％以下のうち少なくとも一種ま
たは二種以上の全量0.001 〜5.0 ％をＦｅと置換する形
で含有してなることを特徴とする高強度非磁性低熱膨張
合金。 - 【請求項４】 重量比にて主成分として、Ｍｎ20〜33
％、Ｂ0.001 〜1.0 ％およびＮｉ0.001 〜5.0 ％を含有
し残部Ｆｅおよび不可避の不純物とからなる合金に副成
分として、Ｃｏ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉ
ｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，希土類元素のそれ
ぞれ4.0 ％以下のうち少なくとも一種または二種以上の
全量0.001 〜5.0 ％をＦｅと置換する形で含有してなる
ことを特徴とする高強度非磁性低熱膨張合金。 - 【請求項５】 重量比にてＭｎ20〜33％、Ｂ0.001 〜1.
0 ％およびＮｉ0.001 〜5.0 ％を含有し残部が実質的に
Ｆｅおよび不可避の不純物とからなる合金を（ａ）500
℃以上融点以下の高温で１分間以上100 時間以下加熱し
て均質化処理を施した後、焼入れするかあるいは毎秒１
℃以下の速度で徐冷して焼鈍を行う工程と、（ｂ）上記
焼入れ後あるいは焼鈍後、10％以上の熱間加工または冷
間加工を行う工程と、（ｃ）上記熱間加工または冷間加
工後、200 ℃以上融点以下の温度で１分間以上100 時間
以下加熱し、ついで毎秒１℃以下の速度で徐冷する工程
とよりなる処理を施すことを特徴とする高強度非磁性低
熱膨張合金の製造方法。 - 【請求項６】 重量比にて主成分として、Ｍｎ20〜33
％、Ｂ0.001 〜1.0 ％およびＮｉ0.001 〜5.0 ％を含有
し残部Ｆｅおよび不可避の不純物とからなる合金に副成
分として、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，
Ｍｏ，Ｗのそれぞれ5.0 ％以下およびＣｏ，Ｃｕ，Ｚ
ｎ，Ｃｄ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐ
ｂ，Ｓｂ，希土類元素のそれぞれ4.0 ％以下のうち少な
くとも一種または二種以上の全量0.001 〜5.0 ％をＦｅ
と置換する形で含有してなる合金を、（ａ）500 ℃以上
融点以下の高温で１分間以上100 時間以下加熱して均質
化処理を施した後、焼入れするかあるいは毎秒１℃以下
の速度で徐冷して焼鈍を行う工程と、（ｂ）上記焼入れ
後あるいは焼鈍後、10％以上の熱間加工または冷間加工
を行う工程と、（ｃ）上記熱間加工または冷間加工後、
200 ℃以上融点以下の温度で１分間以上100 時間以下加
熱し、ついで毎秒１℃以下の速度で徐冷する工程とより
なる処理を施すことを特徴とする高強度非磁性低熱膨張
合金の製造方法。 - 【請求項７】 重量比にて主成分として、Ｍｎ20〜33
％、Ｂ0.001 〜1.0 ％およびＮｉ0.001 〜5.0 ％を含有
し残部Ｆｅおよび不可避の不純物とからなる合金に副成
分として、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，
Ｍｏ，Ｗのそれぞれ5.0 ％以下のうち少なくとも一種ま
たは二種以上全量0.001 〜5.0 ％をＦｅと置換する形で
含有してなる合金を、（ａ）500 ℃以上融点以下の高温
で１分間以上100 時間以下加熱して均質化処理を施した
後、焼入れするかあるいは毎秒１℃以下の速度で徐冷し
て焼鈍を行う工程と、（ｂ）上記焼入れ後あるいは焼鈍
後、10％以上の熱間加工または冷間加工を行う工程と、
（ｃ）上記熱間加工または冷間加工後、200 ℃以上融点
以下の温度で１分間以上100 時間以下加熱し、ついで毎
秒１℃以下の速度で徐冷する工程とよりなる処理を施す
ことを特徴とする高強度非磁性低熱膨張合金の製造方
法。 - 【請求項８】 重量比にて主成分として、Ｍｎ20〜33
％、Ｂ0.001 〜1.0 ％およびＮｉ0.001 〜5.0 ％を含有
し残部Ｆｅおよび不可避の不純物とからなる合金に副成
分として、Ｃｏ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｄ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉ
ｎ，Ｓｉ，Ｇｅ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂ，希土類元素のそれ
ぞれ4.0 ％以下のうち少なくとも一種または二種以上の
全量0.001 〜5.0 ％をＦｅと置換する形で含有してなる
合金を、（ａ）500 ℃以上融点以下の高温で１分間以上
100 時間以下加熱して均質化処理を施した後、焼入れす
るかあるいは毎秒１℃以下の速度で徐冷して焼鈍を行う
工程と、（ｂ）上記焼入れ後あるいは焼鈍後、10％以上
の熱間加工または冷間加工を行う工程と、（ｃ）上記熱
間加工または冷間加工後、200 ℃以上融点以下の温度で
１分間以上100 時間以下加熱し、ついで毎秒１℃以下の
速度で徐冷する工程とよりなる処理を施すことを特徴と
する高強度非磁性低熱膨張合金の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3163510A JP2628806B2 (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 高強度非磁性低熱膨張合金およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3163510A JP2628806B2 (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 高強度非磁性低熱膨張合金およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04362158A JPH04362158A (ja) | 1992-12-15 |
| JP2628806B2 true JP2628806B2 (ja) | 1997-07-09 |
Family
ID=15775239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3163510A Expired - Fee Related JP2628806B2 (ja) | 1991-06-07 | 1991-06-07 | 高強度非磁性低熱膨張合金およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2628806B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6459078B2 (ja) * | 2014-09-30 | 2019-02-06 | 公益財団法人電磁材料研究所 | Ｆｅ−Ｍｎ系恒弾性・不感磁性合金 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5585659A (en) * | 1978-12-25 | 1980-06-27 | Daido Steel Co Ltd | Free-cutting nonmagnetic high-manganese steel |
| JPS55145154A (en) * | 1979-04-28 | 1980-11-12 | Daido Steel Co Ltd | Rail steel with low weld crack sensibility and thermal expansion coefficient |
-
1991
- 1991-06-07 JP JP3163510A patent/JP2628806B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04362158A (ja) | 1992-12-15 |
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