JPS5853706B2 - 熱膨脹率の低い非磁性鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱膨張率の低い非磁性鋼の創案に係り、熱膨張
率がフェライト鋼レベルないしそれ以下に低く、しかも
透磁率が低くて機械加工後においても上昇することがな
く好ましい非磁性を示す鋼を提供し、又斯かる非磁性鋼
を高価な合金元素を必要としないで得しめることにより
大量消費ｚｂ非磁性鋼材としても充分に採用し得るよう
にしたものである。

近時超高速陸上輸送方式として磁気浮上式高速鉄道（リ
ニアモーターカー）の如きが開発され、このような場合
には非磁性鋼材を必要とし、又原子力産業や各種電気部
材などにおいてもその磁気損失を小とするため非磁性材
料の採用を必要とする分野が次第に拡大されつつある。

然して鉄系の非磁性鋼としては基本的にその組成をオー
ステナイト組織を有するように選ぶことにより略適切な
非磁性を得ることができ、その代表的な例としてオース
テナイト系ステンレス鋼がある。

又その外にもＨａｄｆｉｅｌｄ鋼（０，９〜１．３％０
１１１〜１４％Ｍｎ ）なども非磁性鋼として知られ、
その改良型としてのＭｎ−Ｃｒ 鋼（例えばＤＩＮＸ４
０ＭｎＣｒ １８鋼）、Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ鋼（例えば
Ｄ Ｉ ＮＸ ５５ ＭｎＮｉＣｒ １４鋼）、Ｍｎ−
ＣｒＶ鋼（例えばＤ Ｉ ＮＸ ５０ ＭｎＣｒＶ ２
０１０鋼）なども低炭素高マンガン非磁性鋼として知ら
れている。

ところが上記したリニアモーターカーは将来の高速陸上
輸送手段として注目されつつあるものであるところ、こ
のようなリニアモーターカーにおけるガイドウェイ構造
物や略床用鉄筋などにおいては非磁性鋼を多量に必要と
するものであることから前記したまうなＮｉやＶなどの
高価な合金元素を添加することは不適切である。

又このような非磁性鋼に対しては単に非磁性たるに止ま
らず熱膨張率の低いことや電気抵抗性の大きいこと、更
には機械加工後においても透磁率が上昇しないことなど
も夫々に要求され、上記したような従来のものにおいて
はこれらの要請を適切に満足することができない。

本発明は上記したような実情に鑑み検討を重ねて創案さ
れたものであり、前記した磁気浮上式高速鉄道における
ガイドウェイ構造物や路床用鉄筋その他に採用されるに
好ましい非磁性鋼材を適切に得しめることに成功した。

なお本発明でいう非磁性鋼とは冷間加工した状態におい
ても透磁率が１．１以下のものを言い、これは前記した
従来の非磁性鋼と同等ないしそれ以上のものであって、
父上記した従来の非磁性高マンガン鋼の有する高い熱膨
張率を改良して著しく熱膨張率の低いものとした。

即ちこの本発明においてはＣ：０．５％以下、Ｓｉ：２
％以下、Ｍｎ：２０〜３０％、Ｎ：０．００５〜０．０
４０％で、しかも前記ＭｎとＣとの間には、 なる不等式の関係を共に満足した範囲で含有し、残部が
Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼、又はこれに更に
Ｃｒ を２％未満含有した鋼を提案するものであって、
このような本発明による成分限定理由について説明する
と以下の通りである。

蓋し、Ｃはオーステナイトを安定化させる重要な元素で
あって、それが増加すればする程、他のオーステナイト
安定化元素を節約することができるし、又オーステナイ
ト鋼の強化元素としても有効であって、Ｃが０．１％当
り１．８ ｋｇＡｎ４の耐力上昇と２．２ｋｇ ／７ｎ
ｉの引張強さ上昇が可能であり、従って降伏強度とし２
０ｋｇ／−以上のものを得るにはこのＣを０．１％以上
とすることが好ましい。

ところがこのＣが多過ぎると熱間加工性を阻害したり、
熱膨張率を本発明の目的程度とするために更に多量のＭ
ｎを必要とするので経済的に好ましくなく、又被削性も
損われる等の事情から０．５％未満とする。

次にＭｎは、オーステナイト安定化元素とじて他のもの
に比較して安価であり有効な元素であって、高Ｍｎ鋼の
非磁性についての安定性は基本的ＫＣ量とＭｎ量のバラ
ンスで決定され、高Ｃ程、低Ｍｎで安定化する。

その下限のＭｎ量は高Ｃ鋼において約７％であるが、後
に述べる熱膨張率を低く維持する必要があることから実
質的に２０％以上にする必要がある。

又このＭｎを３０％以上添加することはコストアップと
なり、しかも構造上における困難性も高まるので３０％
を上限とした。

然して約３０鋼種についての熱膨張率に関する重回帰分
析を行って結果によれば、Ｃは熱膨張率を上昇させ、Ｍ
ｎは反対にこれを小さくする傾向があり、熱膨張率を普
通鋼なみの１２５Ｘ１０−５／℃（０〜１００℃平均）
以下トナル範囲は前記した（Ｉ）式の如くなり、これを
図示すると前記した第１図に示すａ・・・・・・・・・
ａ線以上である。

又Ｃ，Ｍｎは共にオーステナイト安定化元素であり、そ
れらが増加すると共に透磁率を低下させるが、２０％冷
間加工を施しても安定して非磁性が得られる範囲を上記
同様に重回帰分析して求めた結果は前記した（■）式の
如くであって、これを図示すると上記した第１図に示す
ｂ・・・・・・・・・ｂ線の如くである。

即ち熱膨張率を普通鋼なみの１．２５ Ｘ １０−５／
℃以下とすると共に冷間加工によっても１．１以下の透
磁率を得るためにはＣ，Ｍｎ量に関して前記したような
制限に加えて前記（Ｉ） （Ｉ［）式を同時に満足させ
ることが必要である。

なお上記した２０％冷間加工と共に８０％冷間加工をな
した場合における非磁性の安定域を得るためのＣ，Ｍｎ
量のバランス関係は別に第２図に示す通りであって、８
０％冷間加工の場合においても殆んど同様である。

然して上記したような従来の非磁性鋼たるＨａｄｆｉｅ
ｌｄ鋼或いはその改良型である低炭素高Ｍｎ鋼におげろ
熱膨張率は１．５−１、８ ＸＩ Ｏ−” ／’Ｃの範
囲のものである。

Ｎについては、Ｎが０．００５％未満ではオーステナイ
トの安定化が失われ易く、又それが０．０４％を超える
と鋼の熱間加工性を損うので、０．００５〜０．０４％
とする。

又Ｎｉ、Ｃｒ、■はオーステナイトＭｎ鋼の強度を上昇
させる有効な元素であるが経済性の観点からは夫々Ｎｉ
：２％未満、Ｃｒ：２％未満、Ｖ：０．５％未満である
ことが好ましく、この範囲内の添加では本発明の特徴で
ある熱膨張率の著しく低い性質を損うことがない。

本発明によるものの具体的な実施態様について説明する
と以下の如くである。

＊本 本発明者等が具体的に２５ｋ
ｇ鋼塊を溶製し、これを熱間圧延して製造した鋼材の中
の若干例について本発明鋼と比較鋼とをその機械的性質
及び物理的性質と共に併せて示すと次の第１表の通りで
ある。

又第３図には０．０２％Ｃ，０，２５％、０．５％Ｃの
場合について、そのＭｎ量との関係における機械的性質
を要約して示し、このグラフにおいて太線部分は安定非
磁性域示すが、Ｃ量が増加すると引張強さが上昇するこ
とは該図の下段に示されているところから明かであり、
一方Ｍｎが増加すると非磁性が安定化し、引張強さはむ
しろ低下する。

更に物理的性質については第４図に示す通りであって、
熱膨張率はＣ量の増加と共に大きくなり、又Ｍｎ量の増
加と共に小さくなることが理解される。

重回帰分析によれば安定な非磁性域を示す成分系におい
て熱膨張率αとＣ，Ｍｎ量との間には次の■式の関係が
ある。

然してとの■式によって求められる等熱膨張率線図は第
５図に示す通りであって、この第５図において図中に附
された数字は０〜１００℃の平均熱膨張率： Ｘ １０
−５／’Ｃを示すものである。

更に電気抵槓率については第４図の中段に示すように何
れも大きな値を示すが、Ｃ量、Ｍｎ量が増加するに従い
大きくなる傾向を示すものであり、オーステナイト鋼に
おいては一般に大きい値を示すものであるから実質的に
それ程問題になることはない。

最後に透磁率については安定なオーステナイト組織を有
すると、Ｃ量、Ｍｎ量に依らずに小さな値となることは
第４図の上段に示される通りであって非磁性鋼として好
ましいものであることが明かである。

なお第１表におけるＧ鋼はＣｒを１．７％を添加したも
のであるが、この場合においても熱膨張率は０．９８Ｘ
１０ ’／’ｃと充分に低く、電気抵抗率や透磁率に
おいても夫々に低いもので本発明の目的に充分に合致し
たものであることが明かである。

又このＣｒ とは別にＮｉや■を添加した場合について
も検討したが、Ｎｉ については２％以下、■について
は０．５％以下の場合において同様に熱膨率が低く、本
発明の目的を達し得ることが確認された。

以上説明したような本発明によるときは熱膨張率がフェ
ライト鋼レベルないしそれ以下に低く、又透磁率が圧延
まま及び冷間における機械加工後においても充分に低く
上昇することのない非磁性鋼を提供することができるも
のであり、しかもＮｉやＶなどの高価な合金元素を多量
に添加することなしに該非磁性鋼を得しめるものであっ
て、経済的であり、磁気浮上式高速鉄道におけるガイド
ウェイ構造物や路床用鉄筋の如きに充分に採用すること
を可能にし、又原子力産業設備や各種電気部材その他に
も有効に手回せしめ得るものであるから工業的にその効
果の大きい発明である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の技術的内容を示すものであって、第１図
は本発明により検討されたＣ、Ｍｎ量のバランス関係を
示す図表、第２図は冷間加工後における安定な非磁性域
を得るためのＣ，Ｍｎ量のバランス関係を示す図表、第
３図は高Ｍｎ鋼の機械的性質をＭｎ量との関係において
示した図表、第４図は同じく高Ｍｎ鋼の物理的性質を珈
量との関係で示した図表、第５図は安定な非磁性域での
等熱膨張率線図である。 然してこれらの図面において、第１図中ハツチングの施
された範囲は本発明による成分組成範囲であり、又第３
，４図中に夫々太線を以て示されたところは安定な非磁
性域を示す範囲である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＩＣ：０．５％以下、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：２０〜３
   ０％、Ｎ：０．００５〜０．０４％を含有し残部が鉄及
   び不可避不純物からなり、前記したＣとＭｎとの間に下
   記の関係を共に満足し、０〜１００℃の平均熱膨張率が
   １．２５Ｘ １０−５／’Ｃ以下であることを特徴とす
   る熱膨張率の低い非磁性鋼。 ２Ｃ：０．５％以下、Ｓｉ：２％以下、Ｍｎ：２０〜３
   ０％、Ｎ：０．００５〜０．０４％を含有すると共にＣ
   ｒ：２％未満をも含有し、残部が鉄及び不可避不純物か
   らなり、前記したＣと■との間に下記の関係を共に満足
   し、０〜１００℃の平均熱膨張率が１．２５Ｘ１０−５
   ７’Ｃ以下であることを特徴とする熱膨張率の低い非磁
   性鋼。