JPH08269547A - 超電導材生成熱処理後の極低温特性の優れたステンレス鋼板の製造方法 - Google Patents

超電導材生成熱処理後の極低温特性の優れたステンレス鋼板の製造方法

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JPH08269547A
JPH08269547A JP6841095A JP6841095A JPH08269547A JP H08269547 A JPH08269547 A JP H08269547A JP 6841095 A JP6841095 A JP 6841095A JP 6841095 A JP6841095 A JP 6841095A JP H08269547 A JPH08269547 A JP H08269547A
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stainless steel
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superconducting material
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Yuichi Sato
雄一 佐藤
Akio Yamamoto
章夫 山本
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Nippon Steel Corp
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Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 超電導材料生成熱処理後、極低温において優
れた機械的性質を有する、超電導磁石の支持構造材およ
び超電導材料の被覆補強材用オーステナイト系ステンレ
ス鋼を製造する。 【構成】 C:0.03%以下、Si:2%以下、M
n:0.1〜20%、Cr:14〜25%、Ni:8〜
20%、N:0.1〜0.5%、残部実質的にFeおよ
び不可避的不純物からなる鋼板に、1100℃〜125
0℃で5〜120分保定後水冷の溶体化処理を行うこ
と。 【効果】 溶体化処理条件を最適化することにより結晶
粒径を制御し、超電導材生成熱処理による結晶粒界への
Cr炭窒化物の析出を抑制し、靭性および延性の優れた
極低温用ステンレス鋼を製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、金属間化合物超電導体
の補強材、支持構造材用のステンレス鋼の製造方法に関
するものである。すなわち、超電導材料である金属間化
合物を生成させる熱処理(以下、超電導材生成熱処理と
称す。)を受けた後の極低温強度、靭性および延性に優
れたオーステナイト系ステンレス鋼に関し、さらに詳し
くは、超電導材料の支持構造材および被覆補強材に代表
される極低温用材料であって、使用に先立って超電導材
生成熱処理を受けた後も極低温特性に優れたオーステナ
イト系ステンレス鋼に関する。
【0002】超電導利用技術はめざましく発展してお
り、高性能の超電導磁石が開発されつつある。Nb3
nおよびNb3 Alに代表される金属間化合物超電導材
料は、超電導特性が非常に優れているが、わずかな歪に
よって劣化してしまうという欠点がある。従って、生成
熱処理前に、超電導線材の素材を被覆補強材および支持
材と共に、導体または超電導磁石に成形し、その後に6
00〜1000℃で超電導材生成熱処理を行う必要があ
る。
【0003】
【従来の技術】金属間化合物超電導体の被覆補強材およ
び支持材は、極低温における強度、靭性および延性が優
れ、超電導材生成熱処理を受けた後の靭性および延性の
劣化が少ない材料でなければならない。極低温において
高強度および高靭性を有する非磁性材料として、多量の
Nを含有するオーステナイト系ステンレス鋼が開発され
たが、超電導材生成熱処理を受けると、Cr炭窒化物の
結晶粒界への析出により、靭性が著しく劣化するという
問題がある。
【0004】このような靭性の劣化に対して、オーステ
ナイト系ステンレス鋼にMoを添加して不純物元素の粒
界への拡散を抑制し、さらにNbを含有させてNbCお
よびNbCrNを微細析出させ、Cr炭窒化物の粒界へ
の析出を抑制することにより靭性の改善を図った例が特
開昭62−222048号公報に開示されている。しか
し、結晶粒内に微細に析出したNbC,NbNおよびN
bCrNの析出強化により強度は大きくなるものの、延
性が低下するという問題があった。また、この方法は、
安定化熱処理を必要とするため製造コストが高く、さら
に、安定化熱処理条件の変動により特性が変化するため
製品の特性のばらつきが大きくなる。
【0005】従来、金属材料は結晶粒径を微細化すれ
ば、靭性が良くなるというのが常識的な考え方であっ
た。実際、当業者はステンレス鋼板の靭性を向上させる
ために、MoおよびNbなど、粒成長を抑制する元素を
添加したり、製造プロセスを最適化して結晶粒径の微細
化を図っている。また、結晶粒径を小さくすれば、Cr
炭窒化物の析出サイトである結晶粒界の数が多くなり、
結果として結晶粒界に生じる析出物は微細化し、時効後
の靭性劣化を抑制できるというのが当業者の常識的な考
え方であった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明者は、結晶粒径
の粗大化によって、オーステナイト系ステンレス鋼の極
低温における靭性および延性は多少低下するとの常識に
もかかわらず、Cr炭窒化物の析出サイトである結晶粒
界の面積が少なくなり、かつ粒界へのCrの拡散が遅く
なるために、Cr炭窒化物の析出を抑制できるものと考
え、本発明を完成させた。
【0007】溶体化処理条件を大幅に変更し、結晶粒度
を調整した後、超電導材生成熱処理に相当する熱処理を
加えて極低温特性を調査した結果、1100℃以上、5
分超の条件とすれば、結晶粒度が3以下になり、後の超
電導材生成熱処理による靭性低下が軽減されることがわ
かった。しかし、溶体化処理温度が高く、かつ長時間の
場合には、結晶粒が粗大化し過ぎて延性が大幅に低下す
るという欠点も判明した。そこで、さらなる検討を行っ
た結果、溶体化処理条件を1250℃以下、120分未
満とすれば、延性の低下を防止できることがわかった。
【0008】本発明は、この知見を基になされたもの
で、素材の成分系を限定し、溶体化処理を適切に制御す
ることによって超電導材生成熱処理後の極低温における
靭性および延性の低下を防いだ、オーステナイト系ステ
ンレス鋼の製造方法を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、溶体化処理条
件を最適化することにより靭性および延性ともに優れた
極低温用ステンレス鋼板を製造するものであって、(1)
重量%で、C :0.03%以下、 Si:2%
以下、Mn:0.1〜20%、 Cr:14〜2
5%、Ni:8〜20%、 N :0.1〜
0.5%を含有し、残部実質的にFeおよび不可避的不
純物からなる鋼塊または鋼片を熱間圧延または熱間圧延
および冷間圧延によって鋼板とし、溶体化処理を110
0℃以上1250℃以下で5分超120分未満保定後水
冷の条件で行うことを特徴とし、また(2) 重量%で、C
:0.03%以下、 Si:2%以下、Mn:
0.1〜20%、 Cr:14〜25%、Ni:
8〜20%、 N :0.1〜0.5%、を
含有し、必要に応じてさらにMo:5%以下、
Nb:0.01〜0.3およびV :0.01〜
0.5%のうち1種または2種以上を含有し、残部実質
的にFeおよび不可避的不純物からなる鋼塊または鋼片
を熱間圧延または熱間圧延および冷間圧延によって鋼板
とし、溶体化処理を1100℃以上1250℃以下で5
分超120分未満保定後水冷の条件で行うことを特徴と
する。
【0010】
【作用】次に、本発明鋼の成分および溶体化熱処理の範
囲の限定理由を説明する。本発明は、溶体化処理条件を
最適化することにより、粒界へのCr炭窒化物の析出を
抑制し、超電導材生成熱処理後の靭性および延性の優れ
た極低温用ステンレス鋼を製造する方法である。さら
に、Moを添加すれば、固溶強化により低温強度を向上
させることができる。またNbおよび/またはVを添加
した場合、もし、溶体化処理が不十分であればNbおよ
びVの炭窒化物が粒内に微細に析出し、強度は大きくな
るが靭性および延性が低下してしまう。
【0011】しかし、NbおよびVを十分に固溶させれ
ば、超電導材生成熱処理後にNbおよびVの炭窒化物を
生じ、Cr236 およびCr2 Nの析出を抑制すること
ができる。さらに、MoとNbまたはVを複合添加し、
溶体化処理を最適化すれば強度と靭性および延性をより
向上させることができる。
【0012】Cはオーステナイトを安定化し、耐力を向
上させる元素であるが、超電導材生成熱処理によりCr
と結合して炭化物を作り易く、超電導材生成熱処理後の
靭性および延性劣化の原因となるため低く抑えるべきで
あり、0.03%以下とした。
【0013】Nはオーステナイト安定化と耐力の向上に
必要な元素であり、低温での耐力を確保するために0.
1%以上必要である。しかし、超電導材生成熱処理によ
りCrと結合して窒化物を作り易く、超電導材生成熱処
理後の靭性および延性が劣化するため、Nの上限を0.
5%とした。
【0014】Siは、製鋼時の脱酸のために必要な元素
であるが、フェライト安定化元素であり、2%を超える
と安定オーステナイト組織を得にくくなるので、2%以
下とした。Mnは、Nの溶解度を大きくする作用があ
り、Nを多量に添加する場合にきわめて有効な元素であ
る。しかし、0.1%以下ではこの効果は小さいので下
限とし、また20%を超えると、凝固時にδフェライト
を生成しやすくなるのでその上限を20%とした。
【0015】Crは、フェライト安定化元素であるが、
Nの溶解度を大きくする作用があり、Nを多量に添加す
る場合にきわめて有効な元素である。この効果は含有量
14%未満では少ないので14%を下限とし、また、2
5%を超えると超電導材生成熱処理によりσ相を生じ、
靭性および延性が著しく劣化するため上限を25%とし
た。
【0016】Niは、オーステナイトを安定化し、低温
靭性を向上させるために必要な元素であり、本発明鋼に
おいては8%以上の添加を必要とする。しかし、Nの溶
解度を小さくするため、超電導材生成熱処理によってC
r窒化物を析出し易くなり、靭性を劣化させるので、そ
の上限を20%とした。
【0017】以上、本発明の必須の鋼組成についてその
限定理由を説明したが、場合により添加されるMo,N
bおよびVについて以下に説明する。Moは、固溶強化
により低温強度を向上させる元素であるが、5%超では
超電導材生成熱処理により結晶粒界にFe2 Moが多量
に析出し、靭性および延性を低下させるので、5%を上
限とした。
【0018】Nbは、本発明で目論だように、十分に固
溶させれば、超電導材生成熱処理後にNbC,NbNお
よびNbCrNを析出して、Cr236 およびCr2
の析出を抑制し、靭性および延性の低下を抑制すること
ができる。この効果は、0.01%未満では、小さいの
で0.01%を下限とした。しかし、0.3%を超える
と十分な固溶化が難しくなり、溶体化処理が不十分な場
合、NbC,NbNおよびNbCrNを粒内に微細に析
出させ強度を大きくするが靭性および延性を低下せしめ
るので0.3%を上限とした Vは、本発明で目論だように、十分に固溶させれば、超
電導材生成熱処理後にVCおよびVNを析出して、Cr
236 およびCr2 Nの析出を抑制し、靭性および延性
の低下を抑制することができる。この効果は、0.01
%未満では小さいので0.01%を下限とした。しか
し、0.3%超では十分な固溶化が難しくなり、溶体化
処理が不十分な場合、VCおよびVNを粒内に微細に析
出させ強度を大きくするが靭性および延性を低下せしめ
るので0.3%を上限とした。
【0019】溶体化処理温度は、1100℃未満では熱
間加工時に生じた析出物の固溶化が不十分であり、延性
が低下するため1100℃以上で行う必要があり、12
50℃を超えると結晶粒径が粗大になり過ぎ、超電導材
生成熱処理後の靭性は向上するものの、強度および延性
が低下するため1250℃以下とした。保定時間は5分
以下では析出物の固溶化が不十分であり、120分以上
では結晶粒径が粗大になり過ぎるため、5分超120分
未満とした。
【0020】
【実施例】表1に示した化学組成のオーステナイト系ス
テンレス鋼を溶製し、20kgの鋳片として、この鋳片を
熱間圧延により板厚10mmの鋼板とした。この鋼板に、
表1に示す溶体化処理を行った後、700℃×100時
間の超電導材生成に相当する熱処理を加えた。表2にこ
れらの鋼の4Kにおける機械的性質を示した。
【0021】No.1〜7は発明方法により製造された
鋼であり、0.2%耐力、引張強度、シャルピー吸収エ
ネルギーおよび伸びが高い。No.8〜11の材料は比
較鋼である。No.8および9は溶体化処理温度が低い
ため、0.2%耐力および引張強度は高いが、シャルピ
ー吸収エネルギー値は低くなっている。No.10およ
び11は、溶体化処理温度が高く時間が長すぎるため、
靭性は高い値を示しているが、延性が低下している。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】
【発明の効果】核融合炉や超電導電力貯蔵装置などは、
特性の優れたNb3 SnおよびNb3Alの超電導磁石
が必要不可欠である。本発明により、Nb3 Snおよび
Nb3Alの超電導磁石の実用化が可能になり、将来の
エネルギー源の開発に大いに貢献することができるもの
である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C :0.03%以下、 Si:2%以下、 Mn:0.1〜20%、 Cr:14〜25%、 Ni:8〜20%、 N :0.1〜0.5%を含有し、残部実質的にFeお
    よび不可避的不純物からなる鋼塊または鋼片を熱間圧延
    または熱間圧延および冷間圧延によって鋼板とし、溶体
    化処理を1100℃以上1250℃以下で5分超120
    分未満保定後水冷の条件で行うことを特徴とする極低温
    特性に優れたステンレス鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】 重量%で、 C :0.03%以下、 Si:2%以下、 Mn:0.1〜20%、 Cr:14〜25%、 Ni:8〜20%、 N :0.1〜0.5%、 Mo:5%以下を含有し、残部実質的にFeおよび不可
    避的不純物からなる鋼塊または鋼片を熱間圧延または熱
    間圧延および冷間圧延によって鋼板とし、溶体化処理を
    1100℃以上1250℃以下で5分超120分未満保
    定後水冷の条件で行うことを特徴とする極低温特性に優
    れたステンレス鋼板の製造方法。
  3. 【請求項3】 重量%で、 C :0.03%以下、 Si:2%以下、 Mn:0.1〜20%、 Cr:14〜25%、 Ni:8〜20%、 N :0.1〜0.5%、さらに、 Nb:0.01〜0.3%および V :0.01〜0.5%のうち1種または2種を含有
    し、残部実質的にFeおよび不可避的不純物からなる鋼
    塊または鋼片を熱間圧延または熱間圧延および冷間圧延
    によって鋼板とし、溶体化処理を1100℃以上125
    0℃以下で5分超120分未満保定後水冷の条件で行う
    ことを特徴とする極低温特性に優れたステンレス鋼板の
    製造方法。
  4. 【請求項4】 重量%で、 C :0.03%以下、 Si:2%以下、 Mn:0.1〜20%、 Cr:14〜25%、 Ni:8〜20%、 N :0.1〜0.5%、 Mo:5%以下、さらに、 Nb:0.01〜0.3および V :0.01〜0.5%のうち1種または2種以上を
    含有し、残部実質的にFeおよび不可避的不純物からな
    る鋼塊または鋼片を熱間圧延または熱間圧延および冷間
    圧延によって鋼板とし、溶体化処理を1100℃以上1
    250℃以下で5分超120分未満保定後水冷の条件で
    行うことを特徴とする極低温特性に優れたステンレス鋼
    板の製造方法。
JP6841095A 1995-03-27 1995-03-27 超電導材生成熱処理後の極低温特性の優れたステンレス鋼板の製造方法 Withdrawn JPH08269547A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1234894A1 (en) * 2001-02-27 2002-08-28 Hitachi, Ltd. Corrosion resistant, high strength alloy and a method for manufacturing the same
US6541121B2 (en) * 2000-02-01 2003-04-01 Zentrum Fuer Funktionswerkstoffe Gemeinnuetzige Gesellschaft Mbh Superconducting element
JP2016128608A (ja) * 2014-04-17 2016-07-14 新日鐵住金株式会社 オーステナイト系ステンレス鋼及びその製造方法

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