JPH1036943A - Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金
の製造において、形状記憶効果が優れかつ製品歩留の良
好な製造法を提供するものである。 【解決手段】 形状記憶性を発現させるための応力変形
による加工誘起マルテンサイト変態させる前に、応力変
形時の割れ原因の起点となる第２相の析出を所定の熱処
理または熱履歴を与えることによって防止することを特
徴とした製造方法である。 【効果】 本発明によれば、経済的に安定して優れた品
質のＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高強度高靭性でかつ
形状記憶効果に優れ、さらには耐食性をもつ鉄−マンガ
ン−シリコン系形状記憶合金の製造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】特開昭６１−２０１７２４号公報、同６
１−２０１７２５号公報などに開示されたＦｅ−Ｍｎ−
Ｓｉ系形状記憶合金は、通常の真空溶解や大気溶解で鋳
塊を製造され、熱間圧延などにより板または棒、パイプ
など、目的の形状に成形された後に、マルテンサイトが
生成し始める温度（以後、Ｍｄ点と略称する）以下の温
度（通常は常温）で応力変形を与えることによってマル
テンサイト変態（以下、加工誘起マルテンサイトと称す
る）が生じる。その後、該マルテンサイトがオーステナ
イト変態終了する温度（以後、Ａｆ点と称する）以上に
加熱することによって、加工誘起マルテンサイトが元の
オーステナイトに変態し変形が回復されて、優れた形状
記憶特性を示すとされている。しかしながら、該形状記
憶合金を、加工誘起マルテンサイト変態させるため、熱
間圧延のまま、または通常の１０００℃以下の焼鈍状態
で応力変形させた場合、割れ疵が発生し、十分な加工誘
起マルテンサイト変態が生じなかったり、該割れ発生の
ため、目的の形状記憶製品の製造歩留が悪い問題が多発
した。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題点を解決し、形状記憶性能の優れたＦｅ−Ｍｎ−
Ｓｉ系形状記憶合金を歩留良く製造することを目的とす
るものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、この問題
を解決すべく種々検討を重ねた結果、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ
系形状記憶合金を製造するに当たって、通常の造塊法に
よる鋳塊や連続鋳造法による鋳片内部には、マクロ的お
よびミクロ的な成分偏析があるため、ＭｎやＳｉが濃化
した微細な金属間化合物が結晶粒界などに連続的に析出
し、加工誘起マルテンサイト変態させるための応力変形
時に、該析出相を起点に割れが発生するとの知見を得
た。特に、量産時に使用される大きな鋳塊や連続鋳造鋳
片においてこのような問題が多く発生することがわかっ
た。そこで、本発明者らは、この問題を解決するため
に、種々の熱間加工条件、熱処理条件の製造実験を行
い、検討を加え、該析出相の生成を防止し、目的の形状
記憶特性の優れた製品を製造する方法を見い出したもの
である。

【０００５】すなわち本発明は、重量％でＭｎ：１５〜
４０％、Ｓｉ：３．５〜８％を含有し、残部はＦｅおよ
び不可避成分からなる形状記憶合金、または前記成分に
加えて１０％以下のＣｒ，Ｎｉ，Ｃｏ、２％以下のＭ
ｏ、１％以下のＣ，Ａｌ，Ｃｕの１種または２種以上を
含有、または／および前記成分に加えて、Ｓを０．０１
％以下、Ｐを０．０２％以下にし、さらにＣａ，Ｍｇ，
希土類元素の１種または２種を０．０００５〜０．００
５％添加し、残部はＦｅおよび不可避成分からなる形状
記憶合金を製造する方法において、熱間圧延または熱間
鍛造により成形後、または成形冷却後に、１０００℃超
〜１２００℃未満の温度域で１５分以上保持した後、比
較的急冷却することにより、応力変形による加工誘起マ
ルテンサイト変態前に、マクロ的またはミクロ的成分偏
析によって生じる金属間化合物の第２相析出防止と室温
におけるマルテンサイト相の量を低減することを特徴と
し、加えて熱間圧延または熱間鍛造前の鋳塊または連続
鋳造された鋳片を１０００℃超〜１２００℃未満に３時
間以上保定ソーキング、または／および熱間圧延または
熱間鍛造の加熱温度を１０００℃超〜１２００℃未満で
１時間以上保持加熱し、また、熱間圧延比または熱間鍛
造比（圧延または鍛造前の鋳塊または連続鋳造された鋳
片厚み対圧延または鍛造製品厚みの比）を７以上とする
ことを特徴とするものである。

【０００６】

【発明の実施の態様】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明は、特開昭６１−２２３１５９号、同６２−１１
２７５１号、同６２−１１２７２０号などの公報に示さ
れた重量％でＭｎ：１５〜４０％、Ｓｉ：３．５〜８％
を含有し、残部はＦｅおよび不可避成分からなる形状記
憶合金、または前記成分に加えて１０％以下のＣｒ，Ｎ
ｉ，Ｃｏ、２％以下のＭｏ、１％以下のＣ，Ａｌ，Ｃｕ
の１種または２種以上を含有し、または前記成分に加え
てＳを０．０１％以下、Ｐを０．０２％以下にし、さら
にＣａ，Ｍｇ，希土類元素の１種または２種を０．００
０５〜０．００５％添加し、残部はＦｅおよび不可避成
分からなる形状記憶合金の製造に当たり、熱間圧延また
は熱間鍛造により、板、棒またはパイプなどに成形後、
または成形冷却後に、１０００℃超〜１２００℃未満の
温度域、望ましくは１０５０〜１１５０℃の温度で１５
分以上、望ましくは１５〜６０分加熱保持させた後に冷
却する（以下、簡単のため固溶化熱処理と称する）こと
により、マクロ的またはミクロ的成分偏析によって生じ
る金属間化合物の第２相析出物を固溶化させ、その後の
応力変形による加工誘起マルテンサイト変態時の割れ発
生を防止し、該応力変形前の室温における残留マルテン
サイト相の量を低減させ形状記憶特性を向上させる。な
お、該固溶化熱処理後の冷却速度は、少なくとも８００
℃までの冷却速度は１００℃／分以上にすることによ
り、冷却中に有害な該第２相の再析出を防止させること
が望ましい。また、該熱間圧延や鍛造時の加熱温度が１
０００℃超〜１２００℃未満の温度域、望ましくは１０
５０℃以上〜１１５０℃未満の温度域で１時間以上加熱
保持し、熱間圧延比や熱間鍛造比（圧延または鍛造前の
鋳塊または連続鋳造された鋳片厚みと圧延または鍛造製
品厚みとの比）を７以上とすることによって、該鋳塊ま
たは連続鋳造された鋳片中のミクロ的成分偏析を拡散さ
せ、該第２相の析出防止を図るものである。

【０００７】ここで、固溶化熱処理や熱間圧延または鍛
造時の加熱温度域を１０００℃超〜１２００℃未満とし
たのは、１０００℃未満では有害な該第２相は固溶化さ
れず、逆に析出を促進させるため１０００℃超とし、ま
た、１２００℃以上の温度では、Ｍｎ，Ｓｉや他の元素
のマクロ的、またはミクロ的に濃化偏析した結晶粒界な
どが固相線温度（溶融開始温度）以上となり、再溶融ま
たは粒界脆化を起こす危険性があるため１２００℃未満
とした。

【０００８】また、固溶化熱処理の保持時間を１５分以
上としたのは、１５分未満では第２相の再固溶化が不十
分のため１５分以上とし、望ましくは１５〜６０分とし
たのは、６０分以上では結晶粗大化が促進されるため６
０分までとした。

【０００９】さらに、熱間圧延比または鍛造比を７以上
としたのは、該鋳塊または連続鋳造された鋳片中のミク
ロ的成分偏析を伴った鋳造組織を十分に破壊し、ミクロ
偏析の拡散を促進させ、該第２相の析出防止を図るもの
である。

【００１０】また、本発明合金が含有する合金元素の添
加量の限定理由を以下に説明する。Ｍｎは１５％以下で
は応力誘起によってマルテンサイト相（ε）の生成と共
に、塑性変形によってα′マルテンサイト相も導入され
形状記憶効果を低下させる。また、逆にＭｎが４０％を
超えるとオーステナイト相（γ）が安定化され、応力変
形に対してγ→ε変態よりもγのすべり変形が優先的に
生じるようになり形状記憶効果を低下させる。Ｓｉは応
力誘起によるγ→ε変態を促進させる元素であるが、そ
の十分な効果は３．５％以上の添加によって得られる。
しかし、Ｓｉを８％を超えて添加すると、合金の加工性
および成形性が損なわれてしまう。

【００１１】Ｃｒは該γ→ε変態を容易にし、形状記憶
特性を向上させる上、耐食性の向上にも役立つが１０％
を超えて添加すると、Ｓｉと低融点の金属間化合物をつ
くり、合金の溶製が不可能となる。Ｎｉは形状記憶特性
を劣化させることなく靭性の向上に寄与するが、これも
また１０％を超えて添加すると熱間加工性が悪くなる。
Ｃｏは形状記憶効果を向上させ、熱間加工性も向上させ
るが高価であり、また多量に添加しても効果が顕著でな
いのでその上限を１０％とした。Ｍｏは形状記憶効果を
向上させると共に耐熱性をも向上させるが、２％を超え
て添加すると熱間加工性が悪くなり、逆に形状記憶特性
も劣化させる。

【００１２】Ｃは形状記憶効果を向上させるが１％を超
える添加では靭性が著しく劣化する。Ａｌは脱酸剤とし
て働くと共に、形状記憶効果を向上させるが、１％以上
の添加では効果に変化がない。Ｃｕは形状記憶効果を劣
化させることなく、耐食性を向上させるがその添加は上
限１％で充分である。

【００１３】また、Ｓを０．０１％以下およびＰを０．
０２％以下にする理由は母相の地鉄に固溶しているＳお
よびＰおよびＭｎＳ系の硫化物の低減を図るためであ
る。また、Ｃａ，ＭｇあるいはＣｅ，Ｙなどの希土類元
素を０．０００５〜０．００５％とした理由は０．００
０５％未満では硫化物の形態制御や介在物の低減効果が
なく、また０．００５％を超えると熱間加工時の脆化が
激しくなるためである。かくして上記問題点が解決さ
れ、製品製造歩留が良好な優れたＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形
状記憶合金を安定して製造することが可能になった。

【００１４】

【実施例】次に本発明の実施例について説明する。表１
に高周波大気溶解炉および真空溶解炉を用いて溶製した
合金の成分を示す。実施例１〜１２は全て厚み３００mm
の鋼塊に造塊後、１０２０〜１１５０℃で１〜３時間保
持し、板厚５〜４０mmに熱間圧延し冷却した後、１１０
０℃で１５〜６０分保持後、水冷却または空冷した。そ
の板から溶接パイプとして製管した後、常温でパイプ径
を７．５％拡管加工し、６００℃加熱後、再度５％拡管
加工し、パイプ継手部品を製造した。また、パイプ径拡
管時の製品の表面欠陥発生率と、形状記憶特性を表２に
示した。表２から明らかのように、本発明実施例では、
表面性状の良好な、かつＡｆ点以上に加熱した際のパイ
プ径の回復度は安定し、良好な形状記憶効果の優れた製
品が得られた。

【００１５】

【表１】

【００１６】

【表２】

【００１７】

【発明の効果】本発明に従って製造されたＦｅ−Ｍｎ−
Ｓｉ系形状記憶合金は、経済的に安定して優れた品質の
Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金が得られるので、産業
上に及ぼす効果は極めて大きい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡部 十四雄 東京都千代田区大手町１−６−１ 大平洋 金属株式会社内 (72)発明者 丸山 忠克 東京都千代田区神田小川町３−６ 淡路産 業株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％でＭｎ：１５〜４０％、Ｓｉ：
   ３．５〜８％を含有し、残部はＦｅおよび不可避成分か
   らなる形状記憶合金を製造する方法において、熱間圧延
   または熱間鍛造により成形後、または成形冷却後に、１
   ０００℃超〜１２００℃未満の温度域で１５分以上保持
   焼鈍することを特徴とするＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶
   合金の製造方法。
2. 【請求項２】 重量％でＭｎ：１５〜４０％、Ｓｉ：
   ３．５〜８％、および、１０％以下のＣｒ，Ｎｉ，Ｃ
   ｏ、２％以下のＭｏ、１％以下のＣ，Ａｌ，Ｃｕの１種
   または２種以上を含有し、残部はＦｅおよび不可避成分
   からなる形状記憶合金を製造する方法において、熱間圧
   延または熱間鍛造により成形後、または成形冷却後に、
   １０００℃超〜１２００℃未満の温度域で１５分以上保
   持焼鈍することを特徴とするＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記
   憶合金の製造方法。
3. 【請求項３】 重量％でＭｎ：１５〜４０％、Ｓｉ：
   ３．５〜８％を含有し、加えてＳを０．０１％以下、Ｐ
   を０．０２％以下にし、さらにＣａ，Ｍｇ，希土類元素
   の１種または２種を０．０００５〜０．００５％添加
   し、残部はＦｅおよび不可避成分からなる形状記憶合金
   を製造する方法において、熱間圧延または熱間鍛造によ
   り成形後、または成形冷却後に、１０００℃超〜１２０
   ０℃未満の温度域で１５分以上保持焼鈍することを特徴
   とするＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金の製造方法。
4. 【請求項４】 重量％でＭｎ：１５〜４０％、Ｓｉ：
   ３．５〜８％、および、１０％以下のＣｒ，Ｎｉ，Ｃ
   ｏ、２％以下のＭｏ、１％以下のＣ，Ａｌ，Ｃｕの１種
   または２種以上を含有し、加えてＳを０．０１％以下、
   Ｐを０．０２％以下にし、さらにＣａ，Ｍｇ，希土類元
   素の１種または２種を０．０００５〜０．００５％添加
   し、残部はＦｅおよび不可避成分からなる形状記憶合金
   を製造する方法において、熱間圧延または熱間鍛造によ
   り成形後、または成形冷却後に、１０００℃超〜１２０
   ０℃未満の温度域で１５分以上保持焼鈍することを特徴
   とするＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形状記憶合金の製造方法。
5. 【請求項５】 熱間圧延また熱間鍛造前の鋳塊または連
   続鋳造された鋳片を加熱温度が１０００℃超〜１２００
   ℃未満の温度域で１時間以上保定し、熱間圧延比または
   熱間鍛造比を７以上とすることを特徴とする請求項１，
   ２，３或いは４の何れかに記載のＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ系形
   状記憶合金の製造方法。