JP3439062B2 - High Mn stainless steel with excellent hot workability and cryogenic toughness - Google Patents

High Mn stainless steel with excellent hot workability and cryogenic toughness

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JP3439062B2
JP3439062B2 JP05649997A JP5649997A JP3439062B2 JP 3439062 B2 JP3439062 B2 JP 3439062B2 JP 05649997 A JP05649997 A JP 05649997A JP 5649997 A JP5649997 A JP 5649997A JP 3439062 B2 JP3439062 B2 JP 3439062B2
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less
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hot workability
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隆司 細谷
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    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

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  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、熱間加工性に優れ、か
つ、絶対温度4K(-269℃)の極低温で高強度、高靱性
を有する高Mnステンレス鋼材に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high Mn stainless steel material which is excellent in hot workability and has high strength and toughness at an extremely low temperature of 4K (-269 ° C) absolute temperature.

【0002】[0002]

【従来技術】近年、大型超電導マグネットを利用したM
HD発電や核融合炉などに関する技術が急速に進展して
いる。これらの装置で用いられる超電導マグネットコイ
ルは、液体ヘリウムにより絶対温度4Kまで冷却された
状態で運転されるため、これらの支持体や構造物等の構
造体も同様の温度まで冷却される。したがって、これら
の構造体に使用される鋼板などの鋼材には、通常の鋼材
とは違う特性を兼備することが要求されるとともに、こ
れらの要求が益々厳しくなってきている。
2. Description of the Related Art In recent years, M using a large superconducting magnet
Technologies related to HD power generation and fusion reactors are making rapid progress. Since the superconducting magnet coils used in these devices are operated in a state where they are cooled by liquid helium to an absolute temperature of 4K, the structures such as these supports and structures are also cooled to the same temperature. Therefore, steel materials such as steel plates used for these structures are required to have characteristics different from those of ordinary steel materials, and these requirements are becoming more and more severe.

【0003】まず、超電導マグネットコイルが、超電導
状態で高磁界を形成すると、前記支持体や構造物には強
大な電磁力が作用し、強磁場の中で繰り返し高応力が働
く。したがって、このような用途に使用される鋼材とし
ては、その溶接部を含めて、極低温で高い耐力と優れた
破壊靱性を有する非磁性鋼が必要とされる。
First, when the superconducting magnet coil forms a high magnetic field in a superconducting state, a strong electromagnetic force acts on the support and the structure, and high stress is repeatedly applied in the strong magnetic field. Therefore, as a steel material used for such an application, a non-magnetic steel having a high yield strength and excellent fracture toughness at an extremely low temperature is required, including the welded portion.

【0004】次に、超電導マグネットコイルの温度を4
Kに到達させるために、前記支持体や構造物の雰囲気を
真空にして断熱する必要から、支持体や構造物の表面に
錆があってはならない。したがって、このような用途に
使用される鋼には更に、その溶接部を含めて、優れた耐
錆性を有する非磁性鋼が必要とされる。
Next, the temperature of the superconducting magnet coil is set to 4
In order to reach K, the atmosphere of the support or the structure needs to be vacuumed for heat insulation, and therefore the surface of the support or the structure must not be rusted. Therefore, the steel used for such an application further needs a non-magnetic steel having excellent rust resistance including the welded portion.

【0005】また、この超電導マグネットコイルは、出
力の増大に伴い、近年次第に大型化しており、その支持
体や構造物の製作には、例えば 110mm厚×2500mm幅
×10000 mm長さ以上の、より厚肉でかつ大面積の鋼材
が必要とされる。
Further, this superconducting magnet coil has become larger in size with the increase in output in recent years, and for manufacturing its support and structure, for example, 110 mm thickness × 2500 mm width × 10000 mm length or more is required. Thick and large area steel is required.

【0006】そして、更に重要なことは、これらの特性
に加えて、大型超電導マグネットの支持体や構造物用の
鋼材に対しては、4Kにおいて、1200N/mm2 以上の 0.2
%耐力(YS)と、200MPam 1/2 以上の破壊靱性値KIC
要求されるようになっている点である。しかも、この高
強度、高靱性は、従来のような鋼材のt/4(t:板
厚)位置での材質保障ではなく、板厚中央部での保障に
変わってきている。この特性要求は、板厚中央部の材質
がより制御しにくい厚肉でかつ大面積の鋼材にとって
は、非常に厳しい要求であり、このような要求を安定し
て満足することは容易ではなかった。
[0006] And, more importantly, in addition to these characteristics, for steel materials for large superconducting magnet supports and structures, at 4K, a value of 1200 N / mm 2 or more of 0.2
The point is that the% yield strength (YS) and the fracture toughness value K IC of 200 MPam 1/2 or more are required. In addition, the high strength and high toughness have been changed to the guarantee at the central portion of the plate thickness, not the guarantee of the material at the t / 4 (t: plate thickness) position of the steel material as in the past. This property requirement is a very strict requirement for a thick and large-area steel material in which the material in the central part of the plate thickness is more difficult to control, and it was not easy to stably satisfy such requirements. .

【0007】これまでに、本用途における厚肉鋼材の従
来技術としては、まず、高窒素型オーステナイトステン
レス鋼である18%Cr− 8%NiのSUS304LNが
あるが、この材料は、前記4Kにおける0.2 %耐力が80
0N/mm2程度しかなく、要求される1200N/mm2 以上の 0.2
%耐力を満足できず、前記近年の厳しい特性要求を満足
できない。
Up to now, as the prior art of the thick-walled steel material for this application, there is 18% Cr-8% Ni SUS304LN which is a high nitrogen type austenitic stainless steel. % Yield strength is 80
0N / mm 2 only about without the required 1200 N / mm 2 or more 0.2
% Yield strength cannot be satisfied, and the recent severe requirement for characteristics cannot be satisfied.

【0008】これに対し、高窒素型で高Mn系の非磁性
鋼材を適用することが提案されているが、この鋼材は、
特公昭55−51423 号公報の従来技術の欄に記載されてい
るように、圧延や鍛造などの熱間加工性が極めて悪いと
いう大きな問題がある。具体的には、この高Mn系非磁
性鋼材を熱間加工する場合、例えば、連鋳後のスラブの
熱間圧延や、造塊後の鋼塊の分塊圧延や厚板への熱間圧
延において、スラブや鋼塊の全表面に大きな割れが発生
したり、鋼板の全表面や幅方向端部に割れが生じてしま
う。
On the other hand, it has been proposed to apply a high nitrogen type and high Mn type non-magnetic steel material.
As described in the column of the prior art of Japanese Patent Publication No. 55-51423, there is a big problem that the hot workability such as rolling and forging is extremely poor. Specifically, when hot working this high Mn-based non-magnetic steel material, for example, hot rolling of a slab after continuous casting, slab rolling of a steel ingot after ingot casting, or hot rolling to a thick plate is performed. In the above, a large crack is generated on the entire surface of the slab or the steel ingot, or a crack is generated on the entire surface of the steel plate or the end portion in the width direction.

【0009】とりわけ、大質量の鋼塊、スラブあるいは
鋼板を用いて熱間加工する場合、前記割れの発生のため
に、前記超電導マグネットコイルの大型化に対応した、
厚肉で広幅、長尺の鋼材を、加工後の圧延材から採取で
きないという問題がある。そして、この問題は、超電導
マグネットコイルおよびその構造体の大型化、ひいては
核融合発電設備の実用化に対する障害となっている。
In particular, in the case of hot working using a large mass steel ingot, slab or steel plate, the above-mentioned superconducting magnet coil can be made larger due to the occurrence of the cracks.
There is a problem that thick, wide, and long steel materials cannot be collected from the rolled material after processing. This problem is an obstacle to the increase in size of the superconducting magnet coil and its structure, and the practical application of the fusion power generation facility.

【0010】したがって、従来より、この種高Mn系非
磁性鋼材の熱間加工性を改善するために種々の技術が提
案されている。まず、その技術の代表的なものは、鋼材
の熱間加工性を阻害する不純物の低減なり無害化であ
る。
Therefore, conventionally, various techniques have been proposed in order to improve the hot workability of this kind of high Mn non-magnetic steel material. First, a typical one of the technologies is reduction of impurities that render hot workability of steel products harmless.

【0011】例えば、前記特公昭55−51423 号公報に
は、LNGのタンクやタンカー等の低温用鋼として、低
温靱性の優れたオーステナイト鋼を用いる技術が開示さ
れている。そして、この従来技術では、オーステナイト
鋼の熱間加工性を改善すべく、AlとCaを複合添加し
て、熱間加工性を阻害する、鋼中のS、Oの固定および
介在物の形態変化により、鋼材の熱間加工割れを防止し
ている。
For example, Japanese Patent Publication No. 55-51423 discloses a technique of using austenitic steel having excellent low temperature toughness as low temperature steel for LNG tanks and tankers. Then, in this conventional technique, in order to improve the hot workability of austenitic steel, Al and Ca are added in combination to inhibit the hot workability, the fixation of S and O in the steel and the morphological change of inclusions. This prevents hot work cracking of steel materials.

【0012】特開昭59−229471号や特公平3 −59136 号
公報では、高窒素型オーステナイトステンレス鋼の分塊
圧延時の割れを防止するために、鋼中のS、Oの低減に
加えて、鋼中のPを、通常の0.020 〜0.035 %の含有量
から、0.020 %以下に低減する技術が開示されている。
In Japanese Patent Laid-Open No. 59-229471 and Japanese Patent Publication No. 3-59136, in order to prevent cracking of a high nitrogen type austenitic stainless steel during slab rolling, in addition to reducing S and O in the steel, , A technique for reducing P in steel from the usual 0.020 to 0.035% content to 0.020% or less is disclosed.

【0013】特公平2 −45695 号、特開昭61−170545号
公報には、耐錆性極低温用高Mn鋼について、4Kでの
50J以上のシャルピ衝撃吸収エネルギーを得るため
に、前者はS量を0.003 %以下とし、後者はCaを0.00
1 〜0.020 %添加した技術が開示され、両者とも、熱間
加工性を改善すべく、Alを添加している。
Japanese Examined Patent Publication No. 2-45695 and Japanese Patent Laid-Open No. 61-170545 disclose that the former is S in order to obtain Charpy impact absorption energy of 50 J or more at 4K for rust-resistant high-Mn steel for cryogenic use. The amount is 0.003% or less, and the latter has a Ca content of 0.003%.
A technique of adding 1 to 0.020% is disclosed, and both of them add Al in order to improve hot workability.

【0014】特開平2 −15151 号公報には、超電導マグ
ネット構造用の高Mn系のオーステナイト鋼であって、
Nb3 Sn生成熱処理後の極低温特性(4Kでの高い破
壊靱性)を得るために、Cr炭化物の粒界析出抑制を目
的としてNb、TiをMoとともに共存含有するととも
に、Sn、Sb、Asの総量を0.020 %以下に規制した
技術が開示されている。この技術においても、熱間加工
性を改善すべく、鋼中のPやS量を制限している。
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-15151 discloses a high Mn austenitic steel for a superconducting magnet structure,
In order to obtain cryogenic characteristics (high fracture toughness at 4K) after Nb 3 Sn formation heat treatment, Nb and Ti are co-containing with Mo for the purpose of suppressing grain boundary precipitation of Cr carbide, and Sn, Sb, As The technology that regulates the total amount to 0.020% or less is disclosed. Also in this technique, the amounts of P and S in steel are limited in order to improve hot workability.

【0015】また、熱間加工自体の制御により、表面割
れを防止する技術も種々提案されている。例えば、特開
平7 −90366 号公報には、高Mnステンレス系非磁性鋼
について、δフェライト生成による熱間加工性と靱性の
劣化を防止すべく、Mn量やCr量の増加に応じて、N
iを増量するとともに、熱間加工による表面割れを防止
するために、1150〜1250℃の狭い領域で鋼塊を加熱する
こと、および分塊圧延も表面温度が1000℃で終了させる
ことなど、圧延の条件も特定した技術が開示されてい
る。そして、この技術においても、熱間加工性を改善す
べく、鋼中のPやSを制限している。
Various techniques have also been proposed for preventing surface cracks by controlling the hot working itself. For example, in Japanese Patent Laid-Open No. 7-90366, in order to prevent the deterioration of hot workability and toughness due to the formation of δ ferrite in high Mn stainless steel non-magnetic steel, N
In order to prevent surface cracking due to hot working while increasing the amount of i, the steel ingot is heated in a narrow area of 1150 to 1250 ° C, and the slabbing rolling is finished at a surface temperature of 1000 ° C. The technology that also specifies the condition is disclosed. Also in this technique, P and S in the steel are limited in order to improve hot workability.

【0016】特公平5 −36482 号公報では、液体He温
度(4K)において、1200MPam(N/mm2) 以上の 0.2%耐
力(YS)と、150MPam 1/2 以上の破壊靱性値KICを有す
る、核融合炉超電導マグネット構造用の高Mn系のオー
ステナイト鋼の熱間加工性を改善すべく、前記特開平7
−90366 号公報と同様に、1150〜1250℃の狭い領域で鋼
塊を加熱後、950 ℃以上で分塊圧延を終了させ、ついで
やはり1150〜1250℃の狭い領域で加熱後、950 〜1010℃
で厚板圧延を終了させる技術が開示されている。また、
この技術でも、鋼材の熱間加工性を改善すべく、鋼中の
PやSを制限している。
Japanese Patent Publication No. 36482/1993 has a 0.2% proof stress (YS) of 1200MPam (N / mm 2 ) or more and a fracture toughness value K IC of 150MPam 1/2 or more at a liquid He temperature (4K). In order to improve the hot workability of a high Mn austenitic steel for a superconducting magnet structure of a fusion reactor, the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No.
Similar to the -90366 publication, after heating the steel ingot in a narrow region of 1150 to 1250 ° C, slab rolling is completed at 950 ° C or higher, and then heating in a narrow region of 1150 to 1250 ° C and then 950 to 1010 ° C.
Discloses a technique for finishing the plate rolling. Also,
This technique also limits P and S in steel in order to improve hot workability of steel.

【0017】[0017]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来技術に記載された熱間加工性改善技術のうち、ま
ず、熱間加工性を阻害する鋼中の不純物の低減技術、即
ち、AlやCaなどを添加して、鋼中のP、S、Oを固
定ないし低減する、あるいは、介在物の形態制御を行う
だけでは、後述する通り、前記超電導マグネットコイル
の大型化に対応した、厚肉で広幅、長尺の鋼材の熱間加
工割れを完全に防止することはできない。
However, among the hot workability improving techniques described in these prior arts, first, a technique for reducing impurities in steel that impedes hot workability, that is, Al, Ca, etc. Is added to fix or reduce P, S, and O in the steel or to control the morphology of inclusions, as will be described later, it is thick and wide in correspondence with the enlargement of the superconducting magnet coil. However, hot work cracking of long steel cannot be completely prevented.

【0018】また、加熱温度や圧延終了温度を特定の範
囲で制御する熱間加工性改善技術では、加熱温度や圧延
終了温度の設定範囲が、前記した通り、必然的に100 ℃
以下の狭い領域となる。このため、超電導マグネットコ
イルなどの大型化に対応した、特に大質量の鋼塊または
スラブを用いて、広幅、長尺の鋼材を製造する場合、加
工中の温度低下が大きく、設定条件内に、加工中の鋼塊
またはスラブ全域を入れることは極めて困難である。し
たがって、適正加工温度を下回り、設定条件外になる鋼
塊部分が必然的に生じるため、この部分において割れが
生じ、熱間加工割れを完全に防止することはできない。
Further, in the hot workability improving technique for controlling the heating temperature and the rolling end temperature in a specific range, the setting range of the heating temperature and the rolling end temperature is necessarily 100 ° C. as described above.
It becomes the following narrow area. Therefore, in response to the large size of the superconducting magnet coil, particularly when using a large mass steel ingot or slab, when manufacturing a wide, long steel material, the temperature drop during processing is large, within the set conditions, It is extremely difficult to insert the entire steel ingot or slab being processed. Therefore, a steel ingot portion that is below the appropriate working temperature and falls outside the set conditions is inevitably generated, so that cracks occur at this portion and hot work cracking cannot be completely prevented.

【0019】更に重要な点は、これら従来技術では、熱
間加工割れを完全に防止した上で、オーステナイト単相
の高Mn系ステンレス鋼材の、4Kにおいて、1200N/mm
2 以上の 0.2%耐力や、200MPam 1/2 以上の破壊靱性値
を、両方とも、しかも鋼材の板厚中央部で安定的に保障
ないし確保することは考慮されておらず、また、この両
特性を達成してもいない点である。即ち、熱間加工割れ
防止と、4Kでの高強度、高靱性の材質とは、言わば相
矛盾する技術的課題であり、特に大質量ないし大面積の
鋼材にとっては、非常に厳しい要求特性であり、このよ
うな要求を安定して満足する鋼材は従来無かった。
More importantly, in these prior arts, hot work cracking is completely prevented, and 1200 N / mm at 4K of austenite single phase high Mn type stainless steel material.
It is not considered to secure or secure 0.2% proof stress of 2 or more and fracture toughness value of 200MPam 1/2 or more both stably, and in the central part of the steel plate thickness. Is the point that has not achieved. That is, the prevention of hot work cracking and the high-strength and high-toughness materials at 4K are technical issues that are contradictory to each other, and are extremely strict required characteristics particularly for steel materials having a large mass or a large area. Conventionally, there has been no steel material that stably satisfies such requirements.

【0020】現に、例えば、前記特開平2 −15151 号公
報は、この種鋼の特性として、4Kにおける 0.2%耐力
と、破壊靱性値KICとを両者とも開示しているが、実施
例において、 0.2%耐力はぎりぎり1200N/mm2 を確保し
ているものの、一方、破壊靱性値の方は、最高でも172M
Pam 1/2 程度に過ぎず、200MPam 1/2 以上の破壊靱性値
を得られていない。しかもこの鋼材自体の厚みは30mm
程度でしかなく、また鋼材特性の試験片採取位置は、明
記されていないが、通常の鋼材のt/4(t:板厚)位
置であり、本発明で対象とする板厚中央部ではないと推
察される。
Actually, for example, the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 2-15151 discloses both 0.2% proof stress at 4K and the fracture toughness value K IC as characteristics of this seed steel. Although 0.2% proof stress is barely 1200 N / mm 2 , the fracture toughness value is 172 M at maximum.
It is only about Pam 1/2, and the fracture toughness value of 200MPam 1/2 or more is not obtained. Moreover, the thickness of this steel material itself is 30 mm.
Although the test piece sampling position of the steel material characteristics is not specified, it is the position of t / 4 (t: plate thickness) of a normal steel material, and not the central portion of the plate thickness targeted by the present invention. It is presumed that.

【0021】また、前記特公平5 −36482 号公報でも、
実施例において、鋼材厚みが70mmの厚板の特性とし
て、4Kにおける1200N/mm2 以上の 0.2%耐力(YS)
と、最高で210MPam 1/2 程度の破壊靱性値(KIC)を有
することが開示されている。しかし、この鋼材も板厚は
厚いが、幅や長さに関する記載が無く、本発明が対象と
する、50mm厚×2000mm幅×10000 mm長さ以上の、
より好ましくは110 mm厚×2000mm幅×10000 mm長
さ以上の、より厚肉でかつ大面積の鋼材よりも小さい鋼
材を対象としているものと推察され、また鋼材特性の試
験片採取位置は、通常の鋼材のt/4(t:板厚)位置
であることが明記されており、本発明で対象とする板厚
中央部ではない。
Further, in the above Japanese Patent Publication No. 36482/1993,
In the examples, as a characteristic of a thick plate having a steel material thickness of 70 mm, 0.2% proof stress (YS) of 1200 N / mm 2 or more at 4K.
And a fracture toughness value (K IC ) of about 210 MPam 1/2 at maximum. However, although this steel material also has a large plate thickness, there is no description about the width and the length, and the present invention targets 50 mm thickness x 2000 mm width x 10000 mm length or more,
It is presumed that it is more preferable to target a steel material having a thickness of 110 mm × 2000 mm width × 10000 mm or more, which is thicker and smaller than a steel material having a large area. It is stipulated that the position is the t / 4 (t: plate thickness) position of the steel material, and it is not the center part of the plate thickness targeted by the present invention.

【0022】即ち、鋼材の板厚中央部は、より表層側の
部分に比して、熱処理や加工の影響が及びにくく、最も
材質が制御しにくく、材質が劣化し易い部分であり、厚
肉でかつ大面積の鋼材になるほど、通常の鋼材の試験片
採取位置であるt/4位置に比して、特性が劣る。した
がって、厚肉でかつ大面積の鋼材になるほど、鋼材のt
/4位置での特性が優れていても、板厚中央部が同等に
優れている保障は何もなく、板厚中央部の特性を保障し
ようとすれば、t/4位置ではなく、板厚中央部におい
て直接保障する必要がある。
That is, the central portion of the plate thickness of the steel material is a portion that is less likely to be affected by heat treatment and processing than the portion closer to the surface layer, the material is the most difficult to control, and the material is easily deteriorated. In addition, as the steel material has a larger area, the characteristics are inferior as compared with the t / 4 position, which is the normal test piece sampling position of the steel material. Therefore, the thicker the steel material and the larger the area, the t
Even if the characteristics at the / 4 position are excellent, there is no guarantee that the center part of the plate thickness is equally excellent. If the properties at the center part of the plate thickness are to be guaranteed, the plate thickness is not at the t / 4 position. It is necessary to guarantee directly in the central part.

【0023】したがって本発明は、これら従来の高Mn
ステンレス鋼や高Mnオーステナイト鋼の問題に鑑み、
板厚中央部で、4Kの極低温での 0.2%耐力が 1200N/m
m2以上の高強度と、KIC値で評価される破壊靱性値が 2
00MPam1/2 以上の高靱性を有し、同時に、熱間加工割れ
を防止し、熱間加工性に優れた高Mnステンレス鋼材を
提供することを目的とする。
Therefore, the present invention is based on these conventional high Mn.
Considering the problems of stainless steel and high Mn austenitic steel,
0.2% proof stress of 1200N / m at 4K cryogenic temperature
High strength of m 2 or more and fracture toughness value evaluated by K IC value is 2
It is an object of the present invention to provide a high Mn stainless steel material having a high toughness of 00 MPam 1/2 or more and, at the same time, preventing hot work cracking and having excellent hot workability.

【0024】[0024]

【問題を解決するための手段】熱間加工割れ発生を防止
し、かつ、板厚中央部で、4Kでの高強度、高靱性を安
定的に確保するということは、厚肉で広幅材の極低温用
鋼材にとって、前記した通り、相反する課題となる。し
かし、本発明者等は、この課題について鋭意検討を行
い、その結果、まず、鋼材の鋼種としては、オーステナ
イト鋼の欠点である低い耐力を克服できる高Mnステン
レス鋼を選択した。
[Means for Solving the Problem] Preventing hot work cracking and stably securing high strength and high toughness at 4K in the central portion of the plate thickness means that a thick and wide material can be obtained. As described above, the cryogenic steel materials have conflicting problems. However, the present inventors diligently studied this problem, and as a result, first, as the steel type of the steel material, a high Mn stainless steel that can overcome the low yield strength, which is the drawback of austenitic steel, was selected.

【0025】次に、熱間加工割れ対策の方向として、デ
ンドライト粒界の強度および延性を向上させることを選
択した。オーステナイト単相とした、高Mnステンレス
鋼からなる鋳造ままの鋼塊、連鋳スラブの熱間圧延や、
ブレークダウンスラブの熱間圧延の過程で発生する割れ
は、共通して、オーステナイト未再結晶域で加工を受け
たデンドライト粒界に生成している。そして、このこと
から、熱間加工割れを防止するためには、前記デンドラ
イト粒界の強度および延性を向上させることが有効であ
る。
Next, as a countermeasure against hot work cracking, it was selected to improve the strength and ductility of dendrite grain boundaries. Hot rolling of as-cast steel ingots and continuous cast slabs made of high Mn stainless steel with austenite single phase,
The cracks generated during the hot rolling of the breakdown slab are commonly generated at the dendrite grain boundaries processed in the austenite unrecrystallized region. From this, it is effective to improve the strength and ductility of the dendrite grain boundaries in order to prevent hot work cracking.

【0026】このデンドライト粒界の強度および延性を
向上させるための手段として、本発明では、鋳造の凝
固過程でデンドライト粒界への不純物元素や偏析を抑制
すべく、固液凝固温度範囲を狭めることを主眼として、
オーステナイト安定化元素の合金量を適正に制御するこ
と、および、凝固時にデンドライト粒界偏析する有害
な不純物元素を見極めて、その量を低位に制御すること
に着目した。また、これらの手段に更に加えて、4Kに
おいて、凝固金属ままで、高耐力、高靱性を発揮させる
ために、Delongの状態図にあるNi当量(Ni
eq)とCr当量(Creq)とを適正に制御すること、
平均オーステナイト粒径と展伸度を制御することとし
た。
As a means for improving the strength and ductility of this dendrite grain boundary, in the present invention, the solid-liquid coagulation temperature range is narrowed in order to suppress impurity elements and segregation at the dendrite grain boundary during the solidification process of casting. Focusing on
We paid attention to controlling the alloying amount of austenite stabilizing element appropriately, and finding out the harmful impurity element segregating at the dendrite grain boundary during solidification and controlling the amount to a low level. In addition to these means, in order to exert high yield strength and high toughness in the solidified metal at 4K, the Ni equivalent (Ni
eq ) and Cr equivalent (Cr eq ) are properly controlled,
It was decided to control the average austenite grain size and the elongation.

【0027】そして、これら〜を同時に満足するよ
う、後述するごとく、高Mnステンレス鋼の化学成分を
適正量に制御することにより、熱間加工割れの発生を防
止して、健全な表面および内部品質の鋼材が、高歩留り
で得られるとともに、4Kでの耐力および破壊靱性値に
ついても要求値を満足できることを見いだし、本発明に
至ったものである。
As will be described later, the chemical components of the high Mn stainless steel are controlled to an appropriate amount so as to satisfy all of the above items (1) to (5) at the same time, thereby preventing the occurrence of hot work cracks and providing a sound surface and internal quality. It was found that the steel material of No. 1 can be obtained at a high yield and can satisfy the required values of the yield strength and the fracture toughness value at 4K, and the present invention has been completed.

【0028】本発明では、前記技術思想に基づき、高M
nステンレス鋼材の組成を、質量%にて、C:0.03〜0.
10%、Si:0.10〜0.50%、Mn:18〜30%、Ni:5
〜8%、Cr:12〜18%、Mo:0.50〜 3.00 %、A
l:0.01〜0.07%、N:0.10〜0.28%、を含有し、かつ
35%≦Nieq+0.8 ×Creq≦40%( 但し、Nieq= N
i%+30×C%+30×N%+0.5 ×Mn%、Creq= C
r%+Mo%+1.5 ×Si%+0.5 ×Nb%)を満足す
るとともに、P:0.008 %以下、S:0.003 %以下、P
%+S%≦0.011 %、O:0.0050%以下、Pb:5 ×10
-4%以下、清浄度d(但しJIS G 0555測定法による) :0.
1 %以下、に各々規制し、残部Feおよび不可避的不純
物からなりものとし、更に、平均オーステナイト粒径(
但しASTM E112 −1995,13.5,234 頁の測定方法による)
が0.05〜0.17mmで、かつオーステナイト粒の展伸度AIl
( 但しASTM E112 −1995,16.3.5,237 頁の測定方法によ
る)が1.2 以下とする。
In the present invention, based on the above technical idea, a high M
n composition of stainless steel in mass%, C: 0.03 to 0.
10%, Si: 0.10 to 0.50%, Mn: 18 to 30%, Ni: 5
~ 8%, Cr: 12-18%, Mo: 0.50-3.00%, A
1: 0.01 to 0.07%, N: 0.10 to 0.28%, and
35% ≤ Ni eq + 0.8 x Cr eq ≤ 40% (however, Ni eq = N
i% + 30 × C% + 30 × N% + 0.5 × Mn%, Cr eq = C
r% + Mo% + 1.5 × Si% + 0.5 × Nb%), and P: 0.008% or less, S: 0.003% or less, P
% + S% ≦ 0.011%, O: 0.0050% or less, Pb: 5 × 10
-4 % or less, cleanliness d (However, according to JIS G 0555 measurement method): 0.
Each content is regulated to 1% or less, and the balance is made up of Fe and inevitable impurities. Furthermore, the average austenite grain size (
(However, according to the measurement method on ASTM E112-1995, 13.5, page 234)
Of 0.05 to 0.17 mm and the elongation of austenite grains AI l
(However, according to the measuring method on ASTM E112-1995, 16.3.5, page 237) 1.2 or less.

【0029】また、選択添加元素として更に、Nb、
V、Tiの内から1種以上と、B、Caの内から1種以
上を含有しても良い。
Further, as a selective addition element, Nb,
You may contain 1 or more types from V and Ti, and 1 or more types from B and Ca.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下に、本発明における化学成分
の限定理由について説明する。Cは、オーステナイトの
安定化を通じて非磁性の確保および4Kでの耐力上昇に
有効な元素である。含有量が0.03%未満ではこのような
効果が乏しく、一方、0.10%を超えて含有すると、鋳造
冷却時に、デンドライト粒界へのCr炭化物の析出が顕著
になり、4Kでの靱性や耐食性が劣化する。したがっ
て、C含有量は0.03〜0.10%の範囲とする。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The reasons for limiting the chemical components in the present invention will be described below. C is an element effective for securing non-magnetism and increasing proof stress at 4K through stabilizing austenite. If the content is less than 0.03%, such effects are poor, while if it exceeds 0.10%, precipitation of Cr carbides at the dendrite grain boundaries becomes noticeable during casting cooling, and the toughness and corrosion resistance at 4K deteriorate. To do. Therefore, the C content is set to the range of 0.03 to 0.10%.

【0031】Siは溶鋼の脱酸のために必須の元素であ
り、また耐力上昇に有効であるが、0.10%未満では効果
が不十分であり、 0.50 %を超えると高温延性が低下
し、溶接時の高温割れが発生しやすくなるとともに、靱
性劣化をもたらす。したがって、Si含有量は0.10〜0.
50%の範囲とする。
Si is an essential element for deoxidizing molten steel, and is effective for increasing the yield strength, but if it is less than 0.10%, the effect is insufficient, and if it exceeds 0.50%, the high temperature ductility decreases and welding At the same time, high temperature cracking is likely to occur and toughness is deteriorated. Therefore, the Si content is 0.10-0.
The range is 50%.

【0032】Mnは、耐溶接高温割れ性に悪影響を与え
るNiに変わり(代替して)、オーステナイト形成元素
として、4Kでの靱性の向上に不可欠な元素である。ま
た、Nの固溶限を増大させて、オーステナイト組織の安
定化に寄与する。含有量が18%未満では、4Kでの充分
な靱性(破壊靱性値が 200MPam1/2 以上)を得ることが
できず、またα’マルテンサイトなどが析出し易くなり
非磁性が失なわれる。一方、30%を超えて過多に含有す
ると、熱間加工性が劣化し、歩留りが悪くなり、コスト
上昇を招く。したがって、Mn含有量は18〜30%の範囲
とする。
Mn is an element which is indispensable for improving the toughness at 4K as an austenite forming element in place of (substituting for) Ni which adversely affects the weld hot cracking resistance. It also increases the solid solubility limit of N and contributes to stabilization of the austenite structure. If the content is less than 18%, sufficient toughness at 4K (fracture toughness value of 200 MPam 1/2 or more) cannot be obtained, and α'martensite and the like tend to precipitate, resulting in loss of non-magnetism. On the other hand, if the content exceeds 30% and is excessive, the hot workability is deteriorated, the yield is deteriorated, and the cost is increased. Therefore, the Mn content is in the range of 18 to 30%.

【0033】Niは、溶接金属の凝固過程でのδフェラ
イトの晶出を抑制するとともに、オーステナイト組織の
安定と、4Kでの靱性の向上(破壊靱性値が 200MPam
1/2 以上)を得るために不可欠な元素である。Niが5
%未満の含有量ではこのような優れた効果を得ることが
できない。しかし、一方、Niの過剰な含有は、完全オ
ーステナイト組織における固液凝固温度範囲を広げて、
低融点不純物元素のデンドライト粒界への偏析を助長す
るとともに、Sと反応して溶接金属の粒界に、低融点の
NiS化合物を析出させ、凝固金属の粒界の延性を劣化
させる。したがって、Niの過剰な含有は、耐溶接高温
割れ性に悪影響を与えるので、その上限の含有量は8 %
とすべきであり、Ni含有量は5 〜8 %の範囲とする。
Ni suppresses the crystallization of δ-ferrite during the solidification process of the weld metal, stabilizes the austenite structure, and improves the toughness at 4K (the fracture toughness value is 200MPam.
It is an essential element for obtaining ( 1/2 or more). Ni is 5
If the content is less than%, such an excellent effect cannot be obtained. However, on the other hand, excessive Ni content expands the solid-liquid solidification temperature range in the complete austenite structure,
It promotes the segregation of the low melting point impurity element to the dendrite grain boundaries, and reacts with S to precipitate a low melting point NiS compound at the grain boundaries of the weld metal, deteriorating the ductility of the grain boundaries of the solidified metal. Therefore, since an excessive Ni content adversely affects the weld hot cracking resistance, the upper limit content is 8%.
And the Ni content is in the range of 5-8%.

【0034】Crは、耐銹性を付与するとともに、オー
ステナイトを安定化し、4Kでの耐力の上昇のために必
要であり、また、Nの固溶限も増大させる。含有量が12
%未満ではこの効果がなく、18%を超えると溶接金属の
凝固過程で、δフェライトが晶出して完全オーステナイ
ト組織が維持しえなくなり、靱性を低下させ、4Kでの
充分な靱性(破壊靱性値が 200MPam1/2 以上)を得るこ
とができない。したがって、Cr含有量は12〜18%の範
囲とする。
Cr provides rust resistance, stabilizes austenite, and is necessary for increasing the yield strength at 4K, and also increases the solid solution limit of N. Contains 12
If it is less than 18%, this effect does not exist, and if it exceeds 18%, δ ferrite crystallizes in the solidification process of the weld metal and the complete austenite structure cannot be maintained, resulting in a decrease in toughness and a sufficient toughness at 4K (fracture toughness value). But 200MPam 1/2 or more) cannot be obtained. Therefore, the Cr content is in the range of 12 to 18%.

【0035】更に、NiとCrは、4Kにおいての耐
力、靱性および非磁性を確保するために、各元素量の限
定に加えて、Delongの状態図にあるNi当量(N
eq)とCr当量(Creq)とが、Nieq+0.8 ×Cr
eqを35%以上とする必要がある。これが35%未満である
と、完全オーステナイト組織であっても、4Kにおける
必要靱性が得られない。
Further, in order to secure proof stress, toughness and non-magnetism at 4K, Ni and Cr are limited to the content of each element, and Ni equivalent (N
i eq ) and Cr equivalent (Cr eq ) are Ni eq + 0.8 × Cr
It is necessary to make eq 35% or more. If it is less than 35%, the required toughness at 4K cannot be obtained even with a completely austenitic structure.

【0036】そしてまた、一方で、溶接時の高温割れ感
受性を改善するためには、Creqに応じて、Nieqに上
限の制約を設ける必要があり、Nieq+0.8 ×Creq
40%以下とする。40%を越えた場合、溶接高温割れ感受
性が増大してしまう。但し、このNieqとCreqにおい
て、Nieq= Ni%+30×C%+30×N%+0.5 ×Mn
%、Creq= Cr%+Mo%+1.5 ×Si%+0.5 ×N
b%である。
On the other hand, in order to improve the hot cracking susceptibility at the time of welding, it is necessary to set an upper limit constraint on Ni eq in accordance with Cr eq , and Ni eq + 0.8 × Cr eq
40% or less. If it exceeds 40%, the susceptibility to hot cracking will increase. However, in this Ni eq and Cr eq , Ni eq = Ni% + 30 x C% + 30 x N% + 0.5 x Mn
%, Cr eq = Cr% + Mo% + 1.5 x Si% + 0.5 x N
b%.

【0037】NはCと同様にオーステナイトの安定化と
4Kでの耐力向上に有効な元素である。また、CはCr
炭化物の粒界析出による靱性劣化をもたらすが、Nはか
かる悪影響をおよぼさない。上記効果を発揮させるため
には、0.15%以上の含有が必要であるが、0.28%を超え
ると靱性の劣化が著しく、耐溶接高温割れ性に乏しくな
る。よって、N含有量は0.15〜0.28%の範囲とする。
Like C, N is an element effective in stabilizing austenite and improving the proof stress at 4K. C is Cr
Although toughness is deteriorated due to precipitation of grain boundaries of carbide, N does not have such an adverse effect. In order to exert the above effects, the content of 0.15% or more is required, but if it exceeds 0.28%, the toughness is significantly deteriorated and the weld hot cracking resistance becomes poor. Therefore, the N content is set in the range of 0.15 to 0.28%.

【0038】Alは、溶鋼の脱酸元素として、固溶酸素
を捕捉するとともに、ブローホールの発生を防止して、
4Kでの靱性の向上のために必要な元素である。0.01%
未満では十分な効果が得られず、いっぽう、0.07%を超
えると、アルミナ系介在物の増加により、逆に4Kでの
靱性を劣化させる。したがって、Al含有量は0.01〜0.
07%の範囲とする。
Al is a deoxidizing element for molten steel, captures solid solution oxygen, and prevents the formation of blowholes.
It is an element necessary for improving the toughness at 4K. 0.01%
If it is less than 0.05%, a sufficient effect cannot be obtained, while if it exceeds 0.07%, the toughness at 4K is deteriorated due to an increase in alumina inclusions. Therefore, the Al content is 0.01-0.
The range is 07%.

【0039】Moは、固溶強化元素であり、4Kでの0.
2 %耐力を向上させる元素である。また、Cr炭化物の
粒界析出に起因した靱性の劣化を防止するのにも有効で
あるが、このような効果は 0.50 %未満では得られず、
また3.00%を超えると、耐力向上効果は飽和する反面、
4Kでの靱性が劣化する。よって、Mo含有量は 0.50
〜 3.00 %の範囲とする。
Mo is a solid solution strengthening element, and is 0 at 4K.
It is an element that improves the yield strength by 2%. Further, it is also effective in preventing deterioration of toughness due to precipitation of grain boundaries of Cr carbide, but such an effect cannot be obtained at less than 0.50%,
When it exceeds 3.00%, the proof stress improving effect is saturated, but
The toughness at 4K deteriorates. Therefore, the Mo content is 0.50
The range is to 3.00%.

【0040】次に、本発明の選択的添加元素の含有の意
義と含有量限定理由について述べる。 Nb、V、Ti
は炭窒化物を析出させて、析出強化により4Kでの0.2
%耐力向上に有効な元素であるが、いずれの含有量も0.
01%未満ではその効果は乏しく、一方、いずれの含有量
も0.50%を超えて含有すると、4Kでの靱性を劣化させ
る。したがって、Nb、V、Tiの一種または2種以上
の含有量は、総量で0.01〜 0.50 %の範囲とする。
Next, the significance of the inclusion of the selectively added element of the present invention and the reason for limiting the content will be described. Nb, V, Ti
Causes carbonitrides to precipitate and 0.2% at 4K due to precipitation strengthening.
% It is an element effective for improving the yield strength, but the content of each element is 0.
If it is less than 01%, its effect is poor. On the other hand, if any of the contents exceeds 0.50%, it deteriorates the toughness at 4K. Therefore, the total content of one or more of Nb, V, and Ti is 0.01 to 0.50%.

【0041】Caは、鋼の溶製時に強脱酸効果を発揮
し、4Kでの靱性に有害な固溶酸素を捕捉して減少させ
るとともに、非金属介在物の微細化に有効である。含有
量が0.0010%未満では、このような効果に乏しく、逆に
0.0035%を超えて含有すると鋼の清浄度を悪くする。し
たがって、Caの含有量は0.0010〜0.0035%の範囲とす
る。
Ca exerts a strong deoxidizing effect during the melting of steel, traps and reduces solid solution oxygen harmful to the toughness at 4K, and is effective for refining nonmetallic inclusions. If the content is less than 0.0010%, such effects are poor, and conversely
If the content exceeds 0.0035%, the cleanliness of steel deteriorates. Therefore, the content of Ca is set to the range of 0.0010 to 0.0035%.

【0042】Bは、オーステナイト粒界に偏析すること
により、粒界を強化して4Kでの耐力を向上させる効果
があるが、含有量が0.0001%未満では、このような効果
に乏しく、逆に0.0030%を超えて含有すると鋼の靱性を
劣化させる。したがって、Bの含有量は0.0001〜0.0030
%の範囲とする。
B segregates at the austenite grain boundaries to strengthen the grain boundaries and improve the proof stress at 4K, but if the content is less than 0.0001%, such an effect is poor, and conversely. If the content exceeds 0.0030%, the toughness of steel deteriorates. Therefore, the content of B is 0.0001 to 0.0030.
The range is%.

【0043】次に、不純物の規制について、本発明にお
いては、熱間加工割れ防止の点からP、S、O、Pbを
合わせて、各々規制することを特徴としている。これら
の不純物含有量が高いと、前記した通り、凝固過程での
デンドライト粒界に低融点不純物元素が偏析し、耐熱間
加工割れ性を劣化させる。
Next, regarding the regulation of impurities, the present invention is characterized in that P, S, O, and Pb are regulated together in order to prevent hot work cracking. When the content of these impurities is high, as described above, the low melting point impurity element is segregated in the dendrite grain boundaries during the solidification process, and the hot work cracking resistance is deteriorated.

【0044】まず、PおよびSは、耐熱間加工割れ性を
劣化させる元素であり、高Mnステンレス鋼塊の耐熱間
加工割れ性を確保するためには、P:0.008 %以下、
S:0.003 %以下、に各々規制する必要がある。
First, P and S are elements that deteriorate the hot work cracking resistance. To secure the hot work cracking resistance of a high Mn stainless steel ingot, P: 0.008% or less,
It is necessary to regulate S: 0.003% or less.

【0045】Oは、固溶酸素、ブローホール、非金属介
在物として残留して、4Kでの靱性を劣化させる。ま
た、高Mnステンレス鋼塊の耐熱間加工割れ性を劣化さ
せるため、歩留りが悪くなり、コスト上昇を招く。した
がって、Oの含有量は0.0050%以下にする必要がある。
O remains as solid solution oxygen, blowholes and non-metallic inclusions and deteriorates the toughness at 4K. Further, since the hot work cracking resistance of the high Mn stainless steel ingot is deteriorated, the yield is deteriorated and the cost is increased. Therefore, the O content needs to be 0.0050% or less.

【0046】Pbの規制は本発明では重要な規定であ
る。本発明では、前記P、S、O等の不純物の他に、高
Mnステンレス鋼塊の耐熱間加工割れ性を確保するため
に、Pbを規制の対象とすることが特徴である。本発明
者らは、高Mnステンレス鋼塊の耐熱間加工割れ性が、
Pb含有量と正の相関があることを知見した。Pbは、
溶製原材料のメタリックCrに含まれるため、このメタ
リックCr添加とともに鋼中に混入し易い。したがっ
て、高Mnステンレス鋼塊の熱間加工割れ感受性を低減
するためには、原材料や製造過程から必然的に含まれる
低融点のPbが固液共存凝固域においてデンドライト粒
界に偏析する量を減らすことが重要である。このため、
Pbは5 ×10-4%以下に規制することが重要である。
The regulation of Pb is an important regulation in the present invention. In the present invention, in addition to the impurities such as P, S, and O, Pb is regulated in order to secure the hot work cracking resistance of the high Mn stainless steel ingot. The present inventors have found that the high Mn stainless steel ingot is
It was found that there is a positive correlation with the Pb content. Pb is
Since it is contained in the metallic Cr of the ingot raw material, it is easily mixed in the steel together with the addition of the metallic Cr. Therefore, in order to reduce the hot work cracking susceptibility of a high Mn stainless steel ingot, the amount of Pb having a low melting point, which is inevitably included from the raw material and the manufacturing process, segregates at the dendrite grain boundaries in the solid-liquid coagulation solidification region is reduced. This is very important. For this reason,
It is important to regulate Pb to 5 × 10 -4 % or less.

【0047】更に、本発明では、耐熱間加工割れ性の確
保とともに、かつ、4Kでの高強度、高靱性を安定的に
確保するために、清浄度d( 但しJIS G 0555測定法によ
る)と、平均オーステナイト粒径( 但しASTM E112 −199
5,Lineal Intercept Procedure 13.5, 234 頁の測定法
による) と、展伸度AIl ( 但しASTM E112 −1995,Speci
mens with Nonequiaxed Grain Shapes 16.3.5, 237頁の
測定方法による) とを特定することを特徴とする。因み
にこれらは、熱間加工後の鋼板における特性値であり、
熱間加工後の鋼板のこれら特性値を特定することによっ
て、鋼板の熱間加工性自体が確保できるとともに、合わ
せて熱間加工後の鋼板の4Kでの高強度、高靱性を安定
的に確保できる。
Further, in the present invention, in order to secure the hot work cracking resistance and to stably secure the high strength and high toughness at 4K, the cleanliness d (according to JIS G 0555 measurement method) is used. , Average austenite grain size (However, ASTM E112 −199
5, Lineal Intercept Procedure 13.5, according to the measurement method on page 234), and the elongation AI l (However, ASTM E112 −1995, Speci
mens with Nonequiaxed Grain Shapes 16.3.5, page 237). By the way, these are the characteristic values in the steel sheet after hot working,
By specifying these characteristic values of the steel sheet after hot working, it is possible to secure the hot workability of the steel sheet itself, and also stably secure the high strength and high toughness at 4K of the steel sheet after hot working. it can.

【0048】まず、鋼材の平均オーステナイト粒径は、
4Kでの 0.2%耐力と破壊靱性値とに影響を及ぼし、粒
径が細かくなるほど 0.2%耐力は上昇するが、逆に破壊
靱性値は低下するという関係にある。200MPam 1/2 以上
の破壊靱性値KICを確保するためには、0.05mm以上の平
均オーステナイト粒径が必要であり、また、1200N/mm 2
以上の 0.2%耐力(YS)を確保するためには、0.17mm以
下の平均オーステナイト粒径が必要である。したがっ
て、4Kでの 0.2%耐力と破壊靱性値とを共に満足させ
るためには、平均オーステナイト粒径を0.05〜0.17mmと
する必要がある。この平均オーステナイト粒径は、ASTM
E112 −1995,Lineal Intercept Procedure 13.5, 234
頁の測定法の通り、一辺100mm の方形内のオーステナイ
ト粒の数を測定し、これを顕微鏡の倍率で割った値が、
平均オーステナイト粒径として測定される。
First, the average austenite grain size of steel is
It affects the 0.2% proof stress at 4K and the fracture toughness value,
The smaller the diameter, the higher the 0.2% proof stress, but on the contrary, destruction
The toughness value decreases. 200MPam1/2that's all
Fracture toughness value KI cIn order to secure
A uniform austenite grain size is required and also 1200 N / mm 2
To secure the above 0.2% proof stress (YS), 0.17 mm or less
The lower average austenite grain size is required. According to
The 0.2% proof stress at 4K and the fracture toughness value together.
In order to achieve an average austenite grain size of 0.05 to 0.17 mm,
There is a need to. This average austenite grain size is
 E112 −1995, Lineal Intercept Procedure 13.5,234
As shown in the measuring method on the page, austenite in a rectangle with a side of 100 mm
The number of particles is measured, and the value divided by the magnification of the microscope is
It is measured as the average austenite grain size.

【0049】次に、4Kでの破壊靱性値は、オーステナ
イト粒の展伸度と負の相関がある。4Kでの破壊靱性値
200MPam 1/2 以上を満足させるためには、ASTM E112 −
1995,16.3.5, 237頁の測定方法による展伸度AIl を1.2
以下にする必要がある。この展伸度AIl は、ASTM E112
−1995,Specimens with Nonequiaxed Grain Shapes 16.
3.5, 237頁の測定方法で、以下の通り規定される。
Next, the fracture toughness value at 4K has a negative correlation with the elongation of austenite grains. Fracture toughness value at 4K
In order to satisfy 200MPam 1/2 or more, ASTM E112 −
1995,16.3.5, the elongation AI l exhibition by 237 pages of the measurement method 1.2
Must be: This extensibility AI l is ASTM E112
−1995, Specimens with Nonequiaxed Grain Shapes 16.
It is specified as follows in the measuring method on page 237, 3.5.

【0050】[0050]

【数1】 [Equation 1]

【0051】また、鋼材中の非金属介在物の存在は、4
Kでの破壊靱性値に悪影響を及ぼす。本発明では、この
鋼材中の非金属介在物を、JIS G 0555測定法による清浄
度dで規定し、4Kでの破壊靱性値200MPam 1/2 以上を
満足させるために、清浄度dを0.1 %以下とする。JIS
G 0555測定法による清浄度dは、d=n/(p×f)×
100%で表される(但し、p;顕微鏡視野内の挿入ガ
ラス板上の総格子点数、f;視野数、n;f個の視野に
おける全介在物によって占められた格子点中心の数)。
つまり、清浄度dは、非金属介在物の量の母材生地での
占有面積割合を示している。
The presence of non-metallic inclusions in the steel is 4
It adversely affects the fracture toughness value at K. In the present invention, the non-metallic inclusions in the steel material are defined by the cleanliness d according to the JIS G 0555 measuring method, and the cleanliness d is 0.1% in order to satisfy the fracture toughness value of 200 MPam 1/2 or more at 4K. Below. JIS
The cleanliness d by the G 0555 measurement method is d = n / (p × f) ×
Expressed as 100% (where p is the total number of grid points on the inserted glass plate in the microscope field, f is the number of fields, and n is the number of grid point centers occupied by all the inclusions in f fields).
That is, the cleanliness d indicates the area ratio of the non-metallic inclusions occupied by the base material cloth.

【0052】次に、本発明高Mnステンレス鋼の製造方
法を説明する。本発明高Mnステンレス鋼は、高Mnス
テンレス鋼の通常の製法により製造可能であり、鋼の溶
製後、分塊圧延乃至熱間鍛造や、厚板圧延などの熱間加
工を行い製造される。ただ、本発明高Mnステンレス鋼
は、従来の高Mnステンレス鋼に比して熱間加工性が格
段に向上しているものの、炭素鋼や低合金鋼に比べると
熱間加工性は劣る。したがって、分塊圧延や厚板圧延の
加熱温度や仕上温度が低すぎると、本発明にも係わら
ず、鋼塊、鋼板の表面に割れが生じ、歩留の低下を招く
恐れがある。これを防止するためには、加熱温度や仕上
温度を高めにすることが望ましく、加熱温度を1000〜12
50℃とし、仕上温度を 900℃以上とすることが望まし
い。圧延の後の冷却は空冷あるいは強制冷却のいずれで
もよい。
Next, a method for producing the high Mn stainless steel of the present invention will be described. The high-Mn stainless steel of the present invention can be manufactured by a normal manufacturing method of high-Mn stainless steel, and is manufactured by performing slab rolling, hot forging, hot working such as plate rolling after melting of steel. . However, the high Mn stainless steel of the present invention has markedly improved hot workability as compared with the conventional high Mn stainless steel, but is inferior in hot workability to carbon steel and low alloy steel. Therefore, if the heating temperature or finishing temperature of slab rolling or thick plate rolling is too low, cracks may occur on the surface of the steel ingot or the steel plate, resulting in a decrease in yield, regardless of the present invention. In order to prevent this, it is desirable to raise the heating temperature and finishing temperature.
It is desirable to set the temperature to 50 ℃ and the finishing temperature to 900 ℃ or higher. Cooling after rolling may be air cooling or forced cooling.

【0053】本発明では、後述する通り、最適加工温度
範囲が広がっている(230℃以上)ので、前記望まし
い条件でも、その温度範囲は、従来の加熱温度や圧延終
了温度の設定範囲(100 ℃程度)よりは余程広い。した
がって、特に大質量(広幅で長尺)の鋼塊またはスラブ
をこのより好ましい温度条件で加工しても、加工中に鋼
塊またはスラブが温度低下して適正加工温度を下回り、
熱間加工割れを生じることはない。
In the present invention, as will be described later, the optimum working temperature range is widened (230 ° C. or higher). Therefore, even under the above-mentioned desirable conditions, the temperature range is set to the conventional heating temperature or rolling end temperature (100 ° C.). It is much wider than Therefore, even if a particularly large mass (wide and long) steel ingot or slab is processed under this more preferable temperature condition, the steel ingot or slab falls in temperature during processing and falls below the appropriate processing temperature,
Does not cause hot work cracking.

【0054】[0054]

【実施例】【Example】

〔実施例1〕次に、以上説明した本発明高Mnステンレ
ス鋼材の各要件の意義について、実施例を挙げて説明す
る。
Example 1 Next, the significance of each requirement of the high Mn stainless steel material of the present invention described above will be described with reference to examples.

【0055】表1、2、3に示す化学成分、清浄度、平
均オーステナイト粒径、展伸度などを有する偏平鋼塊を
各々溶製し、これら各鋼塊の熱間加工割れ感受性を調査
した。鋼塊の熱間加工割れ感受性は、鋼塊表層部から引
張試験片を採取して、高温高速引張試験(グリーブル試
験)を行い、破断部の断面収縮率(RA)で評価した。
この場合、RAが40%以上になると、分塊圧延におい
て割れが発生しないことが経験的に分かっており、この
試験では、RAが40%以上であることを、割れが発生
しない臨界的な条件乃至基準とした。
Flat steel ingots having the chemical components, cleanliness, average austenite grain size, and elongation shown in Tables 1, 2, and 3 were melted, and the hot work crack susceptibility of each of these steel ingots was investigated. . The hot work cracking susceptibility of a steel ingot was evaluated by taking a tensile test piece from the surface layer of the steel ingot, performing a high-temperature high-speed tensile test (Gleeble test), and measuring the cross-sectional shrinkage ratio (RA) of the fractured part.
In this case, it has been empirically known that when RA is 40% or more, cracking does not occur in slabbing, and in this test, RA is 40% or more is a critical condition under which cracking does not occur. To the standard.

【0056】まず、Pb量の鋼塊の熱間加工割れ感受性
への影響について、図1〜3を用いて説明する。図1
は、前記表1のNo.1〜4のPb量が異なる供試材
を、各加工温度(例えば、○印のNo.1の供試材では
1160〜1225℃)に10℃/sの速度で加熱およ
び10分間保持し、この加熱状態のままで、ひずみ速度
を2として加工した場合(On heating) の、断面収縮率
(RA)と加工温度との関係を示している。図1の断面
収縮率(RA)に対するPb量の影響から明らかな通
り、Pb量が低い供試材ほど、熱間加工割れを発生しな
い(RAが40%以上の)加熱温度の上限がより高温側
に広がることが分かる。
First, the influence of the amount of Pb on the hot work crack susceptibility of the steel ingot will be described with reference to FIGS. Figure 1
No. in Table 1 above. The sample materials having different Pb amounts of 1 to 4 are heated to each processing temperature (for example, 1160 to 1225 ° C in the sample material of No. 1 marked with ◯) at a rate of 10 ° C / s and held for 10 minutes, remains in this heated state, when processed by strain rate and the second (On heating), shows a relationship between the section of shrinkage and (RA) and processing temperature. As is clear from the influence of the Pb amount on the cross-sectional shrinkage ratio (RA) in FIG. 1, the lower the Pb amount of the test material, the higher the upper limit of the heating temperature at which the hot working crack does not occur (RA is 40% or more). You can see that it spreads to the side.

【0057】図2に、前記表1のNo.1〜4の供試材
を、RAが40%となる最高加工温度(図1における、
No.1〜4の供試材のRAが40%となる加工温度)
に10℃/sの速度で加熱後10分間保持し、この加熱
温度から5℃/sの冷却速度で特定温度に降温した後に
60s間保持し、その後ひずみ速度を2として加工した
場合(On cooling) での、断面収縮率(RA)と加工温
度との関係を示している。図2の断面収縮率(RA)に
対するPb量の影響から明らかな通り、Pb量が低い供
試材ほど、熱間加工割れを発生しない加工温度の下限が
より低温側に広がることが分かる。
FIG. 2 shows the data of No. 1 in Table 1 above. The highest processing temperature (RA in FIG.
No. (Processing temperature at which RA of specimens 1-4 is 40%)
10 ° C. / s and held at a rate of heating after 10 minutes, if the the heating temperature after cooled to a specific temperature at a cooling rate of 5 ° C. / s and held between 60s, and processed subsequently by strain rate of 2 to (On The relationship between the cross-sectional shrinkage rate (RA) and the processing temperature is shown. As is clear from the influence of the Pb amount on the cross-sectional shrinkage ratio (RA) in FIG. 2, the lower the Pb amount of the test material is, the lower the lower limit of the working temperature at which the hot working crack does not occur becomes lower.

【0058】また、図1、2の結果より、RAが40%
以上となる加工温度範囲ΔTと、Pb量との関係を整理
したものを、図3に示す。図3より、本発明供試材N
o.3、4のようにPb量を5×10-4%以下に低減す
ると、Pb量がこれより多い従来例ないし比較例の供試
材No.1、2に比して、熱間加工割れを発生しない、
良好な加工温度範囲が広くなる。
From the results shown in FIGS. 1 and 2, RA is 40%.
FIG. 3 shows a summary of the relationship between the processing temperature range ΔT and the Pb amount as described above. From FIG. 3, the test material N of the present invention
o. When the amount of Pb is reduced to 5 × 10 −4 % or less as in Nos. 3 and 4, the test material Nos. Of the conventional example or the comparative example in which the amount of Pb is larger than this amount. No hot work cracking, compared to 1 and 2,
Good processing temperature range is widened.

【0059】通常の分塊圧延において、前記した超電導
マグネットコイルの大型化に対応した、大質量の鋼塊ま
たはスラブを用いて、広幅、長尺の鋼材を製造する場
合、設定条件内に、加工中の鋼塊またはスラブ全域を入
れ、設定条件外になる部分が生じないようにするために
は、加工温度範囲(ΔT)は少なくとも、230℃以上
であることが必要である。
In the usual slab rolling, when a wide and long steel material is manufactured using a large-mass steel ingot or slab corresponding to the above-mentioned increase in size of the superconducting magnet coil, processing is performed within the set conditions. The processing temperature range (ΔT) must be at least 230 ° C. or higher in order to put the entire steel ingot or slab in the inside and prevent a portion out of the set condition from occurring.

【0060】この点、本発明供試材No.3、4は、従
来例ないし比較例の供試材No.1、2に比して、ΔT
が、230℃以上を確保でき、加工温度範囲が広くなる
ため、より高温での加熱と、それに伴う、より高温での
圧延仕上がりが可能となることが分かる。そしてその結
果、広幅、長尺の鋼材を製造する場合、加工中、鋼塊ま
たはスラブの温度が低下しても、設定条件外になる鋼材
部分が生じずに、熱間加工割れを防止できる。
In this respect, the test material No. Sample materials Nos. 3 and 4 of the conventional example or the comparative example are shown. ΔT compared to 1 and 2
However, it can be seen that 230 ° C. or higher can be secured and the working temperature range is widened, so that heating at a higher temperature and accompanying rolling finish at a higher temperature are possible. As a result, in the case of producing a wide and long steel material, even if the temperature of the steel ingot or the slab decreases during processing, a steel material portion that is out of the set condition does not occur, and hot work cracking can be prevented.

【0061】つぎに、Ni量の鋼塊の熱間加工割れ感受
性への影響について、図4〜6を用いて説明する。図4
は、前記表1のNo.5〜9のNi量が異なる供試材
を、各加熱温度(例えば、○印のNo.5の供試材では
1175〜1220℃)に10℃/sの速度で加熱およ
び10分間保持し、この加熱状態のままで、ひずみ速度
を2として加工した場合(On heating) の、断面収縮率
(RA)と加工温度との関係を示している。図4の断面
収縮率(RA)に対するNi量の影響から明らかな通
り、Ni量が低い供試材ほど、熱間加工割れを発生しな
い(RAが40%以上の)加熱温度の上限がより高温側
に広がることが分かる。
Next, the influence of the amount of Ni on the hot work crack susceptibility of the steel ingot will be described with reference to FIGS. Figure 4
No. in Table 1 above. The test materials having different Ni contents of 5 to 9 are heated to each heating temperature (for example, 1175 to 1220 ° C. for the test material of No. 5 marked with ◯) at a rate of 10 ° C./s and held for 10 minutes, remains in this heated state, when processed by strain rate and the second (On heating), shows a relationship between the section of shrinkage and (RA) and processing temperature. As is clear from the effect of the Ni content on the cross-sectional shrinkage ratio (RA) in FIG. 4, the lower the Ni content, the higher the upper limit of the heating temperature at which the hot working crack does not occur (RA is 40% or more). You can see that it spreads to the side.

【0062】図5に、前記表1のNo.5〜9の供試材
を、RAが40%となる最高加工温度(図4における、
No.5〜9の供試材のRAが40%となる加工温度)
に10℃/sの速度で加熱後10分間保持し、この加熱
温度から5℃/sの冷却速度で特定温度に降温した後に
60秒間保持し、その後ひずみ速度を2として加工した
場合(On cooling) での、断面収縮率(RA)と加工温
度との関係を示している。図5の断面収縮率(RA)に
及ぼすNi量およびNi当量+0.8×Cr当量からな
るパラメータX値の影響から明らかな通り、Ni量が低
い供試材ほど、(Ni量を低減すると)熱間加工割れを
発生しない加工温度の下限がより低温側に広がることが
分かる。
FIG. 5 shows that No. 1 in Table 1 above. 5 to 9 sample materials, the maximum processing temperature (RA in FIG.
No. Processing temperature at which RA of specimens 5 to 9 is 40%)
10 ° C. / s and held at a rate of heating after 10 minutes, if this from the heating temperature at a cooling rate of 5 ° C. / s and held for 60 seconds after cooled to a particular temperature, and processed subsequently by strain rate of 2 to (On The relationship between the cross-sectional shrinkage rate (RA) and the processing temperature is shown. As is clear from the influence of the Ni content and the parameter X value consisting of Ni equivalent + 0.8 × Cr equivalent on the cross-sectional shrinkage (RA) in FIG. 5, the lower the Ni content, the lower the test material (when the Ni content was reduced). It can be seen that the lower limit of the working temperature at which hot working cracks do not occur spreads to the lower temperature side.

【0063】また、図4、5の結果より、RA40%以
上となる加工温度範囲ΔTとNi量との関係を整理した
ものを、図6に示す。図6より、Ni量を5〜8および
Ni当量+0.8×Cr当量からなるパラメータX値を
35〜40%とした、No.3、7〜9の供試材は、N
i量およびパラメータX値がこの範囲からはずれたN
o.5、6の供試材に比して、熱間加工割れを発生しな
い、良好な加工温度範囲が、ΔTで230℃以上確保で
き、より高温での加熱と、それに伴う、より高温での圧
延仕上がりが可能となる。
Further, from the results of FIGS. 4 and 5, FIG. 6 shows a summary of the relationship between the processing temperature range ΔT in which RA is 40% or more and the Ni content. 6, the parameter X value consisting of Ni amount of 5 to 8 and Ni equivalent + 0.8 × Cr equivalent was set to 35 to 40%. The test materials of 3 and 7 to 9 are N
i amount and parameter X value N out of this range
o. Compared with the test materials of Nos. 5 and 6, a good working temperature range that does not cause hot working cracking can be secured at ΔT of 230 ° C. or higher, and heating at higher temperature and accompanying rolling at higher temperature Finishing is possible.

【0064】以上図1〜6で説明した通り、Pb量を5
×10-4%以下と、Ni量8%以下、およびNi当量+
0.8×Cr当量からなるパラメータX値40%以下の
条件を具備すれば、RA40%以上となる加工温度範囲
ΔTを230℃以上とれることが分かる。したがって、
その結果、通常の熱間加工条件の範囲で熱間加工割れを
防止できる。
As described above with reference to FIGS. 1 to 6, the Pb amount is set to 5
× 10 -4 % or less, Ni content 8% or less, and Ni equivalent +
It can be seen that the processing temperature range ΔT of RA 40% or more can be set to 230 ° C. or more if the condition that the parameter X value of 0.8 × Cr equivalent is 40% or less is provided. Therefore,
As a result, hot working cracks can be prevented in the range of normal hot working conditions.

【0065】次に、表1、2、3に示す化学成分、清浄
度、平均オーステナイト粒径、展伸度などを有する偏平
鋼塊を用いて、実際に220mmの分塊スラブに分塊圧
延した場合の割れの発生状況を調査した。この結果を分
塊圧延条件とともに表4、5、6に示す。表1〜3のN
o.は、各々表4〜6のNo.に対応している。表4、
5、6から明らかな通り、Pb量と、Ni量およびNi
当量+0.8×Cr当量からなるパラメータX値が規定
よりはずれる、従来例ないし比較例のNo.1、2、
5、6、27では、分塊圧延時に割れが発生している。
Next, using flat steel ingots having the chemical composition, cleanliness, average austenite grain size, and elongation shown in Tables 1, 2, and 3, the slabs were actually slab-rolled into slabs of 220 mm. The situation of occurrence of cracks was investigated. The results are shown in Tables 4, 5 and 6 together with the slab rolling conditions. N in Tables 1-3
o. Are Nos. In Tables 4 to 6, respectively. It corresponds to. Table 4,
As is clear from 5 and 6, the Pb content, the Ni content and the Ni content
No. of the conventional example or the comparative example in which the parameter X value consisting of the equivalent + 0.8 × Cr equivalent deviates from the standard. 1, 2,
In Nos. 5, 6, and 27, cracking occurred during slabbing.

【0066】この分塊圧延時に割れが発生している例を
除き、分塊圧延時の割れの無いものだけについて、引き
続き厚板圧延を行い、110mmの厚板の厚さ中央部か
ら試験片を採取して、4K(−269℃)で、引張試験
(形状:JIS14A号)およびASTME813−1
989によるJ1C試験を行い、 0.2%耐力(YS)、引っ
張り強さ(TS)、破壊靱性値KICを求めた。この結果を厚
板圧延条件とともに表4、5、6に示す。
Except for the case where cracks occurred during the slabbing, only those without cracks during the slabbing were successively subjected to thick plate rolling, and test pieces were taken from the center of the thickness of the 110 mm thick plate. Sampled, 4K (-269 ° C), tensile test (shape: JIS 14A) and ASTM E813-1
A J 1C test according to 989 was conducted to obtain 0.2% proof stress (YS), tensile strength (TS), and fracture toughness value K IC . The results are shown in Tables 4, 5, and 6 together with the plate rolling conditions.

【0067】4Kでの 0.2%耐力(YS)および靱性(K
IC値)と、Ni含有量およびNieq+0.8 ×Creq(=
X)のパラメータとの関係について、表4〜6の、特に
No.3、7〜9の供試材のデータを用いて、整理した
結果を各々図7、8に示す。図7、8から明らかな通
り、4Kでの 0.2%耐力(YS)および靱性(KIC値)は
Ni含有量およびパラメータXが増加すると増大する。
このことから、前記した通り、4Kでの1200N/mm2
以上の 0.2%耐力(YS)と200MPam 1/2以上の破壊靱
性値KICを得ようとすれば、Ni含有量を5%以上、パ
ラメータXを35%以上とする必要があることが分か
る。
0.2% yield strength (YS) and toughness (K
IC value), Ni content and Ni eq +0.8 x Cr eq (=
Regarding the relationship with the parameter of (X), in Tables 4 to 6, particularly No. The results arranged using the data of the test materials of 3 and 7 to 9 are shown in FIGS. As is clear from FIGS. 7 and 8, the 0.2% proof stress (YS) and toughness (K IC value) at 4K increase as the Ni content and the parameter X increase.
From this, as described above, 1200 N / mm 2 at 4K
In order to obtain the 0.2% proof stress (YS) and the fracture toughness value K IC of 200 MPa m 1/2 or more, it is necessary to set the Ni content to 5% or more and the parameter X to 35% or more.

【0068】ただし、前記した通り、熱間加工割れを防
止する観点からは、Ni量を8%以下およびパラメータ
Xを40%以下とする必要がある。したがって、本発明
において、熱間加工割れを防止し、同時に4Kでの 0.2
%耐力(YS)および靱性(K IC値)を確保するために
は、Ni量を5〜8%、パラメータXを35〜40%の
範囲とする必要があることが分かる。
However, as described above, hot work cracking is prevented.
From the viewpoint of stopping, the Ni content is 8% or less and the parameter
X needs to be 40% or less. Therefore, the present invention
At the same time, 0.2% at 4K
% Yield strength (YS) and toughness (K I cValue)
Is a Ni content of 5 to 8% and a parameter X of 35 to 40%.
It turns out that it needs to be a range.

【0069】つぎに、4Kでの 0.2%耐力(YS)および
靱性(KIC値)と、清浄度dと、平均オーステナイト粒
径と、オーステナイト粒の展伸度eとの関係を説明す
る。
Next, the relationship among 0.2% proof stress (YS) and toughness (K IC value) at 4K, cleanliness d, average austenite grain size, and elongation austenite grain e will be described.

【0070】図9、10に、4Kでの 0.2%耐力(YS)
および靱性(KIC値)と、鋼の清浄度dとの関係につい
て、各々示す。図9、10は、表4、5の、特にNo.
8、10〜12の供試材の4Kでの 0.2%耐力および靱
性と鋼の清浄度のデータを用いて、整理した結果であ
る。図9から明らかな通り、4Kでの 0.2%耐力は、鋼
の清浄度dによってもあまり影響を受けない。しかし、
図9から明らかな通り、4Kでの靱性(KIC値)は、鋼
の清浄度dによって大きく影響を受け、鋼の清浄度dが
0.1以下と低い(鋼の清浄度が高い)方が、4Kでの
靱性(KIC値)が高い。したがって、4Kでの200MP
am 1/2以上の破壊靱性値KICを得ようとすれば、鋼の清
浄度dを0.1以下にする必要があることが分かる。
9 and 10 show 0.2% proof stress (YS) at 4K.
And the toughness (K IC value) and the cleanliness d of steel are shown below. 9 and 10 show Tables 4 and 5, especially No.
The results are summarized by using the data of 0.2% proof stress and toughness at 4K of 8 and 10 to 12 test materials and the cleanliness of steel. As is clear from FIG. 9, the 0.2% proof stress at 4K is not significantly affected by the cleanliness d of the steel. But,
As is clear from FIG. 9, the toughness (K IC value) at 4K is greatly affected by the cleanliness d of steel, and the cleanliness d of steel is as low as 0.1 or less (high cleanliness of steel). However, the toughness (K IC value) at 4K is high. Therefore, 200MP at 4K
In order to obtain a fracture toughness value K IC of am 1/2 or more, it is understood that the cleanliness d of steel needs to be 0.1 or less.

【0071】次に、図11、12に、4Kでの 0.2%耐
力(YS)および靱性(KIC値)と、平均オーステナイト
粒径との関係について、各々示す。図11、12は、表
4、5の、特にNo. 8、13〜19の供試材の4Kでの
0.2%耐力および靱性と鋼の平均オーステナイト粒径の
データを用いて、整理した結果である。図11から明ら
かな通り、4Kでの 0.2%耐力は、鋼の平均オーステナ
イト粒径(d)の平方根の逆数と正の相関がある(平均
オーステナイト粒径が小さいほど増加する)。したがっ
て、4Kでの1200N/mm2 以上の 0.2%耐力(YS)を
得るためには、平均オーステナイト粒径を0.17mm
以下とする必要がある。
Next, FIGS. 11 and 12 show the relationship between 0.2% proof stress (YS) and toughness (K IC value) at 4K and the average austenite grain size. FIGS. 11 and 12 show the specimens of Tables 4 and 5, especially No. 8, 13 to 19 at 4K.
The results are summarized using the data of 0.2% proof stress, toughness and average austenite grain size of steel. As is clear from FIG. 11, the 0.2% proof stress at 4K has a positive correlation with the reciprocal of the square root of the average austenite grain size (d) of steel (increases as the average austenite grain size decreases). Therefore, in order to obtain 0.2% proof stress (YS) of 1200 N / mm 2 or more at 4K, the average austenite grain size is 0.17 mm.
Must be:

【0072】また、逆に、4Kでの靱性は、図12から
明らかな通り、鋼の平均オーステナイト粒径(d)の平
方根の逆数と負の相関がある(鋼の平均オーステナイト
粒径が大きいほど増加する)。したがって、4Kでの2
00MPam 1/2以上の破壊靱性値KICを得ようとすれば、
平均オーステナイト粒径を0.05mm以下とする必要
がある。以上、図11、12の結果から、4Kでの12
00N/mm2 以上の 0.2%耐力と200MPam 1/2以上の破
壊靱性値KICを両方満足しようとすれば、鋼の平均オー
ステナイト粒径を、0.05〜0.17mmの範囲とす
る必要があることが分かる。
On the contrary, the toughness at 4K has a negative correlation with the reciprocal of the square root of the average austenite grain size (d) of the steel, as is clear from FIG. To increase). Therefore, 2 at 4K
To obtain a fracture toughness value K IC of 00 MPam 1/2 or more,
The average austenite grain size must be 0.05 mm or less. As described above, from the results of FIGS. 11 and 12, 12 at 4K
In order to satisfy both the 0.2% proof stress of 00 N / mm 2 or more and the fracture toughness value K IC of 200 MPa m 1/2 or more, it is necessary to set the average austenite grain size of steel in the range of 0.05 to 0.17 mm. I know there is.

【0073】更に、図13、14に、4Kでの 0.2%耐
力(YS)および靱性(KIC値)と、展伸度との関係につ
いて、各々示す。図13、14は、表4、5の、特にN
o. 8、20〜22の供試材の4Kでの 0.2%耐力およ
び靱性と、鋼の展伸度のデータを用いて、整理した結果
である。図13から明らかな通り、4Kでの 0.2%耐力
は、鋼の展伸度と正の相関がある(展伸度が大きいほど
増加する)。しかし、逆に、4Kでの靱性は、図14か
ら明らかな通り、鋼の展伸度と負の大きな相関がある
(展伸度が大きいほど急激に減少する)。したがって、
4Kでの200MPam 1/2以上の破壊靱性値KICを得よう
とすれば、展伸度を1.2以下とする必要があることが
分かる。
Further, in FIGS. 13 and 14, 0.2% resistance at 4K
Force (YS) and toughness (KI cValue) and the elongation
And show each. 13 and 14 show the results of Tables 4 and 5, especially N.
o. 0.2% proof stress at 8K of 8 and 20-22 test materials and
And toughness and the elongation of steel
Is. As is clear from Fig. 13, 0.2% proof stress at 4K
Has a positive correlation with the elongation of steel (the greater the elongation,
To increase). However, on the contrary, the toughness at 4K is
As is clear from the above, there is a large negative correlation with the elongation of steel.
(The greater the elongation, the more it decreases rapidly). Therefore,
200MPam at 4K 1/2Fracture toughness value above KI cGet
If so, it is necessary to set the extensibility to 1.2 or less.
I understand.

【0074】以上、図9〜14の説明をまとめると、4
Kでの1200N/mm2 以上の 0.2%耐力と200MPam
1/2以上の破壊靱性値KICを両方満足しようとすれば、
Ni含有量を5%以上、パラメータXを35%以上と
する、鋼の清浄度dを0.1以下にする、平均オー
ステナイト粒径を、0.05〜0.17mmの範囲とす
る、展伸度を1.2以下とする必要があることが分か
る。
The above description of FIGS. 9 to 14 can be summarized as 4
0.2% proof stress of 1200N / mm 2 or more at K and 200MPam
If both of the fracture toughness values K IC of 1/2 or more are to be satisfied,
The Ni content is 5% or more, the parameter X is 35% or more, the cleanliness d of the steel is 0.1 or less, and the average austenite grain size is in the range of 0.05 to 0.17 mm. It can be seen that the degree must be 1.2 or less.

【0075】その他、表6のNo.23、24の供試材
は、Ca含有量の影響を見るためのものである。No.
23のCa含有量は0.0035%と本発明のCa量の
上限量を含み、板厚中央部において、4Kでの破壊靱性
値KICが225MPam 1/2と高いのに対し、No.24の
Ca含有量は0.0100%と本発明のCa量の上限量
を超えており、板厚中央部の、4Kでの破壊靱性値KIC
も190MPam 1/2と低い。これは、No.24のCa含
有量が多すぎるため、鋼中の非金属介在物量が大きくな
って、4Kでの破壊靱性を劣化させたためである。
In addition, No. 6 in Table 6 The test materials 23 and 24 are for examining the influence of the Ca content. No.
The Ca content of No. 23 is 0.0035%, which includes the upper limit of the Ca content of the present invention, and the fracture toughness value K IC at 4K is as high as 225 MPa m 1/2 in the central portion of the plate thickness, whereas No. The Ca content of 24 is 0.0100%, which exceeds the upper limit of the Ca content of the present invention, and the fracture toughness value K IC at 4K in the central portion of the plate thickness.
Is also low at 190MPam 1/2 . This is No. This is because the Ca content of 24 is too large and the amount of non-metallic inclusions in the steel becomes large, which deteriorates the fracture toughness at 4K.

【0076】また、表6のNo.25、26、28、2
9、30の供試材は、本発明例であり、本発明の諸規定
を満足するため、熱間加工性と4Kでの 0.2%耐力(Y
S)および靱性(KIC値)なども良好である。これに対
し、表6のNo.27の比較例は、Si量およびパラメ
ータX等が本発明の規定より上限にはずれるため、分塊
圧延で割れが発生しており、熱間加工性に劣る。また、
表6のNo.31の比較例は、Nb、Vの総量が、本発
明の規定より上限にはずれるため、4Kでの破壊靱性値
ICが160MPam 1/2と低い。
Further, in Table 6, No. 25, 26, 28, 2
The test materials of Nos. 9 and 30 are examples of the present invention, and since they satisfy the requirements of the present invention, hot workability and 0.2% proof stress at 4K (Y
S) and toughness (K IC value) are also good. On the other hand, No. In the comparative example of No. 27, since the Si amount, the parameter X, and the like deviate from the upper limits of the present invention, cracks occur in the slabbing and the hot workability is poor. Also,
No. of Table 6 In the comparative example No. 31, the total amount of Nb and V deviates from the upper limit of the present invention, so that the fracture toughness value K IC at 4K is as low as 160 MPam 1/2 .

【0077】[0077]

【表1】 [Table 1]

【0078】[0078]

【表2】 [Table 2]

【0079】[0079]

【表3】 [Table 3]

【0080】[0080]

【表4】 [Table 4]

【0081】[0081]

【表5】 [Table 5]

【0082】[0082]

【表6】 [Table 6]

【0083】[0083]

【発明の効果】本発明によれば、板厚中央部で、4Kの
極低温での 0.2%耐力が 1200N/mm2以上の高強度と、破
壊靱性値が 200MPam1/2 以上の高靱性を有し、同時に、
熱間加工割れを防止し、熱間加工性に優れた高Mnステ
ンレス鋼を提供することが出来、その結果、MHD発電
や核融合炉などに用いられる超電導マグネットの構造材
料の大型化を可能にする点で工業的な価値は大きい。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, in the central part of the plate thickness, 0.2% proof stress at an extremely low temperature of 4K is 1200 N / mm 2 or more, and high fracture toughness value is 200 MPa m 1/2 or more. Have and at the same time
It is possible to provide high-Mn stainless steel that prevents hot work cracking and has excellent hot workability, and as a result, it is possible to increase the size of structural materials for superconducting magnets used in MHD power generation and fusion reactors. The industrial value is great in that it does.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明におけるPb量と、断面収縮率(RA)
および加工温度との関係を示す説明図である。
FIG. 1 is an amount of Pb and a cross-sectional shrinkage rate (RA) in the present invention.
It is explanatory drawing which shows the relationship with and processing temperature.

【図2】本発明におけるPb量と、断面収縮率(RA)
および加工温度との関係を示す説明図である。
FIG. 2 is an amount of Pb and cross-sectional shrinkage ratio (RA) in the present invention.
It is explanatory drawing which shows the relationship with and processing temperature.

【図3】本発明におけるPb量と、断面収縮率(RA)
が40%以上となる加工温度との関係を示す説明図であ
る。
FIG. 3 is an amount of Pb and cross-sectional shrinkage ratio (RA) in the present invention.
It is explanatory drawing which shows the relationship with the processing temperature which becomes 40% or more.

【図4】本発明におけるNi含有量およびNieq+0.8
×Creq(=X)のパラメータと、断面収縮率(RA)
と加工温度の関係を示す説明図である。
FIG. 4 Ni content and Ni eq +0.8 in the present invention
× Cr eq (= X) parameter and cross-sectional shrinkage (RA)
It is explanatory drawing which shows the relationship between processing temperature.

【図5】本発明におけるNi含有量およびNieq+0.8
×Creq(=X)のパラメータと、断面収縮率(RA)
と加工温度の関係を示す説明図である。
FIG. 5: Ni content and Ni eq +0.8 in the present invention
× Cr eq (= X) parameter and cross-sectional shrinkage (RA)
It is explanatory drawing which shows the relationship between processing temperature.

【図6】本発明におけるNi含有量およびNieq+0.8
×Creq(=X)のパラメータと、断面収縮率(RA)
が40%以上となる加工温度との関係を示す説明図であ
る。
FIG. 6 Ni content and Ni eq +0.8 in the present invention
× Cr eq (= X) parameter and cross-sectional shrinkage (RA)
It is explanatory drawing which shows the relationship with the processing temperature which becomes 40% or more.

【図7】本発明におけるNi含有量と、4Kでの 0.2%
耐力との関係を示す説明図である。
FIG. 7: Ni content in the present invention and 0.2% at 4K
It is explanatory drawing which shows the relationship with yield strength.

【図8】本発明におけるNi含有量と、4Kでの破壊靱
性値KICとの関係を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing the relationship between the Ni content and the fracture toughness value K IC at 4K in the present invention.

【図9】本発明における鋼の清浄度と、4Kでの 0.2%
耐力との関係を示す説明図である。
FIG. 9: Cleanliness of steel according to the invention and 0.2% at 4K
It is explanatory drawing which shows the relationship with yield strength.

【図10】本発明における鋼の清浄度と、4Kでの破壊
靱性値KICとの関係を示す説明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing the relationship between the cleanliness of steel and the fracture toughness value K IC at 4K in the present invention.

【図11】本発明における鋼の平均オーステナイト粒径
と、4Kでの 0.2%耐力との関係を示す説明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the relationship between the average austenite grain size of steel and the 0.2% proof stress at 4K in the present invention.

【図12】本発明における鋼の平均オーステナイト粒径
と、4Kでの破壊靱性値KICとの関係を示す説明図であ
る。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing the relationship between the average austenite grain size of steel and the fracture toughness value K IC at 4K in the present invention.

【図13】本発明における鋼の展伸度と、4Kでの 0.2
%耐力との関係を示す説明図である。
FIG. 13: Elongation of steel according to the invention and 0.2 at 4K
It is explanatory drawing which shows the relationship with% yield strength.

【図14】本発明における鋼の展伸度と、4Kでの破壊
靱性値KICとの関係を示す説明図である。
FIG. 14 is an explanatory view showing the relationship between the elongation of steel in the present invention and the fracture toughness value K IC at 4K.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−41087(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-9-41087 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) C22C 38/00-38/60

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 質量%にて、C:0.03〜0.10%、Si:
0.10〜0.50%、Mn:18〜30%、Ni:5 〜8 %、C
r:12〜18%、Mo:0.50〜 3.00 %、Al:0.01〜0.
07%、N:0.15〜0.28%を含有し、かつ35%≦Nieq
0.8 ×Creq≦40%( 但し、Nieq= Ni%+30×C%
+30×N%+0.5 ×Mn%、Creq= Cr%+Mo%+
1.5 ×Si%+0.5 ×Nb%)を満足するとともに、
P:0.008%以下、S:0.003 %以下、O:0.0050%以
下、Pb:5 ×10-4%以下、清浄度d (但しJIS G 0555
測定法による) :0.1 %以下に各々規制し、残部Feお
よび不可避的不純物からなり、平均オーステナイト粒径
( 但しASTM E112 −1995,13.5,234 頁の測定方法によ
る) が0.05〜0.17mmで、かつオーステナイト粒の展伸度
AIl ( 但しASTM E112 −1995,16.3.5,237 頁の測定方法
による) が1.2 以下であり、板厚中央部において、絶対
温度4Kで、1200N/mm2 以上の 0.2%耐力および200MPa
m 1/2 以上の破壊靱性値を有することを特徴とする、熱
間加工性および極低温靱性の優れた高Mnステンレス鋼
材。
1. In mass%, C: 0.03 to 0.10%, Si:
0.10 to 0.50%, Mn: 18 to 30%, Ni: 5 to 8%, C
r: 12-18%, Mo: 0.50-3.00%, Al: 0.01-0.
07%, N: 0.15 to 0.28%, and 35% ≤ Ni eq +
0.8 x Cr eq ≤ 40% (however, Ni eq = Ni% + 30 x C%
+30 x N% + 0.5 x Mn%, Cr eq = Cr% + Mo% +
1.5 x Si% + 0.5 x Nb%), and
P: 0.008% or less, S: 0.003% or less, O: 0.0050% or less, Pb: 5 × 10 −4 % or less, cleanliness d (However, JIS G 0555
(By measuring method): Each is regulated to 0.1% or less, consisting of balance Fe and inevitable impurities, and average austenite grain size
(However, according to the measuring method of ASTM E112-1995, 13.5, 234 pages) is 0.05 to 0.17 mm, and the elongation of austenite grains is
AI l (according However ASTM E112 -1995,16.3.5,237 page measurement method) is 1.2 or less, the sheet thickness central part, in the absolute temperature 4K, 1200 N / mm 2 or more 0.2% proof stress and 200MPa
A high Mn stainless steel material excellent in hot workability and cryogenic toughness, characterized by having a fracture toughness value of m 1/2 or more.
【請求項2】 選択添加元素として更に、Nb:0.01〜
0.20 %、V:0.01〜 0.50 %、Ti:0.01〜 0.50
%、の内から1種又は2種以上を総量で0.01〜0.50 %
含有する請求項1に記載の熱間加工性および極低温靱性
の優れた高Mnステンレス鋼材。
2. Further, as a selective addition element, Nb: 0.01 to
0.20%, V: 0.01 to 0.50%, Ti: 0.01 to 0.50
%, The total amount of one or more of 0.01% to 0.50%
A high Mn stainless steel material containing the excellent hot workability and cryogenic toughness according to claim 1.
【請求項3】 選択添加元素として更に、B:0.0001〜
0.0030 %を含有する請求項1または2に記載の熱間加
工性および極低温靱性の優れた高Mnステンレス鋼材。
3. As a selective additive element, B: 0.0001 to
A high Mn stainless steel material having excellent hot workability and cryogenic toughness according to claim 1 or 2, containing 0.0030%.
【請求項4】 選択添加元素として更に、Ca:0.0010
〜0.0035%を含有する請求項1乃至3のいずれか1項に
記載の熱間加工性および極低温靱性の優れた高Mnステ
ンレス鋼材。
4. Ca: 0.0010 as a selective additive element.
The high Mn stainless steel material having excellent hot workability and cryogenic toughness according to any one of claims 1 to 3, containing 0.0035% to 0.0035%.
【請求項5】 破断部の断面収縮率(RA)が40%以
上となる高温高速引張試験(グリーブル試験)による熱
間加工温度範囲ΔTが230℃以上である請求項1乃至
4のいずれか1項に記載の熱間加工性および極低温靱性
の優れた高Mnステンレス鋼材。
5. The cross-sectional shrinkage ratio (RA) of the fractured portion is 40% or less.
Heat from the high-temperature high-speed tensile test (greeble test) above
The high Mn stainless steel material excellent in hot workability and cryogenic toughness according to any one of claims 1 to 4, having a hot working temperature range ΔT of 230 ° C or higher.
【請求項6】 鋼材の用途が、超電導マグネットコイル
の構造体用である請求項1乃至5のいずれか1項に記載
の熱間加工性および極低温靱性の優れた高Mnステンレ
ス鋼材。
6. A high-Mn stainless steel material excellent in hot workability and cryogenic toughness according to claim 1, wherein the steel material is used for a structure of a superconducting magnet coil.
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