JPS5942068B2

JPS5942068B2 - 極低温用高マンガン非磁性鋼

Info

Publication number: JPS5942068B2
Application number: JP56083734A
Authority: JP
Inventors: 晃史佐々木; 清彦野原; 寛小野
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1981-06-01
Filing date: 1981-06-01
Publication date: 1984-10-12
Also published as: JPS57200543A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は高マンガン非磁性鋼に関し、特に本発明は、低
温での延性および靭性にすぐれかつ高強度を有する高マ
ンガン非磁性鋼に関するものであり、さらに本発明は−
１００℃以下特に液体窒素温度−１９６℃の如き極低温
度領賊においても延５性および靭性がすぐれ、かつ高
強度を有する極低温円高マンガン非磁性鋼に関係するも
のである。

近年核融合施設、磁気浮上式鉄道をはじめ、その他モー
タ類、変圧器付属品等の分野で強磁場または弱磁場環境
下で磁場の影響を受けることの少１０ない安価な非磁性
鋼が強く要求されるようになつた。さらに最近ではかか
る非磁性鋼を室温付近における使用ぱかりでなく、低温
特に液体窒素温度である−１９６℃近傍の温度領域にお
いて使用したいという要望があり、かかる極低温におい
ても１５延性ならびに靭性にすぐれ、かつ高強度を有す
る極低温用非磁性鋼の開発が期待されている。従来、非
磁性鋼としては、主としてオーステナイト系ステンレス
鋼が用いられているが、高価なＮｉを多量含有すること
のほか、加工および熱処２０理に対して磁性が不安定で
ありさらに強度材料として使用する場合に耐力が低いと
いう欠点があつた。そのため加工や熱処理に対して安定
な非磁性を保持し、かつ機械的特性にもすぐれ、価格も
比較的低廉な高マンガン非磁性鋼が注目されるよう２５
になつた。しかし従来の高マンガン鋼、例えば標準１３
％Ｍｎ鋼が非磁性鋼として一般に使用されているが低温
における延性、靭性の劣化が著しいという点に問題があ
り、さらに２０〜３０％Ｍｎ鋼においては低温での延性
、靭性はやや改善され３０るがやはりその劣化は大きく
やはり問題がある。このように従来の高マンガン非磁性
鋼は低温での使用には適しておらずその目的のための新
規の非磁性鋼の開発が期待されていた。本発明は、従来
の高マンガン非磁性鋼の有する３５前記諸欠点を除去、
改善した低温での延性および靭性にすぐれ、かつ高強度
を有する極低温円高マツカリ非磁性鋼を提供することを
目的とし、特許請求の範囲記載の高マンガン非磁性鋼を
提供することによつて前記目的を達成することができる
。

すなわち本発明の第１発明の高マンガン非磁性鋼はＣＯ
．２〜１．０％、Ｓｉ３％以下、Ｍｎｌ６〜４０％、Ｃ
ｒ３〜１３％、ＶＯ．３〜２％、ＡｔＯ．５〜７％を含
有し残部Ｆｅおよび不可避的不純物よるなる低温での延
性および靭性にすぐれ、かつ高強度を有する極低温用高
マンガン非磁性鋼であり、本発明の第２発明の高マンガ
ン非磁性鋼はＣＯ．２〜１．０％、Ｓｉ３％以下、Ｍｎ
ｌ６〜４０％、Ｃｒ３〜１３％、０．３〜２％、ＡｔＯ
．５〜７％、Ｎｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉのうちから選ばれ
る何れか少なくとも１種をＮ１にあつては４％以下、Ｎ
ｂ，Ｚｒ，Ｔｌにあつてはそれぞれ２％以下含有し、残
部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなる低温での延性およ
び靭性にすぐれ、かつ高強度を有する極低温用高マンガ
ン非磁性鋼である。本発明者らは本発明の目的を達成す
るための高マンガン非磁性鋼の研究実験を繰返した結果
、Ｃを所定の耐力が得られる適応量含有せしめさらにＣ
ｒ，ＡｔおよびＶを複合添加することによりこれら元素
の固溶および析出効果により低温での延性ならびに靭性
が著しく改善されかつ高耐力が得られることを見出し、
さらにこれらの主要成分のほかに適量のＮｉ，Ｎｂ，Ｚ
ｒ，Ｔｌのうちより選ばれた１種または２種以上を添加
させることにより上記諸特性が一段と増強されることを
新規に知見して本発明を完成した。

次に本発明を実験データについて説明する。

ＣＯ．６％、ＳｌＯ．５％、Ｍｎ２４％、ＮＯ．Ｏ２％
、Ａｔ２％、ＶＯ．５％、ＣｒＯ〜２０％を含む数種の
鋼を熱問圧延し、さらに１１００℃で溶体化後水靭処理
を施した。これらの試料についてＣｒ含有量と−１９６
℃での２ｍＶノツチシヤルピ一衝撃値との関係を調べた
。この結果を第１図に示す。同図によれば−１９６℃で
の吸収エネルギーはＣｒ％の増加と共に向上して７％付
近で飽和し、Ｃｒが１３％より多くなると添加による改
善効果が飽和する傾向が生じ、吸収エネルギー値はＣｒ
３〜１３％の範囲内で良好であることが判る。次にＣＯ
．６％、ＳｉＯ．５％、Ｍｎ２４％、ＮＯ．Ｏ２％、Ｃ
ｒ７％、Ａｔ２％、０〜３％を含む数種の鋼について上
記と同様の処理を施した後の試料についてＶ含有量と−
１９６℃での吸収エネルギーとの関係を調べた。

この結果を第２図に示す。同図より−１９６℃での吸収
エネルギーはＶ％の増加と共に向上し、１％付近で飽和
する力人一方Ｖが０．３％より少ないと前記吸収エネル
ギー値は急に低くなることが判る。次にＣＯ．６％、Ｓ
ｉＯ．５％、Ｍｎ２４％、ＮＯ．Ｏ２％、Ｃｒ７％、Ｖ
Ｏ．５％、ＡｔＯ〜７％を含む数種の鋼について上記と
同様の処理を施した後の試料についてＡｔ含有量と−１
９６℃での吸収エネルギーとの関係を調べた。

この結果を第３図に示す。同図より−１９６℃での吸収
エネルギーはＡｔの含有量の増加と共に向上し２．５％
付近で飽和するが、一方Ａｔが０．５％より少ないと前
記吸収エネルギーが極度に低いことが判る。次に本発明
の鋼において成分組成を限定する理由を説明する。Ｃ：
Ｃの存在はオーステナイト相を安定にして非磁性とする
のに有効であり、また強度上昇に対する効果も大きく、
そのためには少なくとも０．２％を必要とする。

一方１，０を越すと熱間加工性が悪くなり、製造性に問
題を生じるので０．２〜１．０％の範囲内にする必要が
ある。Ｓｌ：Ｓｌが３％より多くなると高マンガン鋼で
は冷間加工時に割れを発生するので３％以下にする必要
がある。

Ｍｎ：Ｍｎはオーステナイト相を安定にして非磁性鋼と
するのに欠かせない元素であり、低温での靭性を良好に
保つためには少なくとも１６％を必要とする。

一方４０％を越えると製造上の困難さが生じるため１６
〜４０％の範囲内にする必要がある。Ｃｒ：Ｃｒは強度
を増加させ、さらにおよびＡｔとの複合添加により低温
での延性ならびに靭性を著しく改善させるが、第１図に
ついて説明したようにＣｒ３％より少ないと−１９６℃
での吸収エネルギー値が低く、１３％より多いと添加に
より吸収エネルギー改善効果は飽和しむしろ低下の傾向
がみられ、コスト上昇に見合うほどの効果がないためＣ
ｒ３〜１３％の範囲内にする必要がある。

Ｖ：ＶはＣｒおよびＡｔとの複合添加により低温での延
性ならびに靭性を著しく改善させるが、第２図に示すよ
うにＶは０．３％より少ないと−１９６℃での吸収エネ
ルギー値が低く、一方２％より多いと前記吸収エネルギ
ー値は高く持続されるが、鋼塊の割れ感受性が高くなつ
て製造性が低下するので、Ｖは０．３〜２％の範囲内に
する必要がある。

Ａｔ：ＡｔはＣｒおよびｖとの複合添加により低温での
延性および靭性を著しく改善するが、Ａｔは０．５％よ
り低いと−１９６℃での吸収エネルギー値が低く、一方
７％より多いと前記吸収エネルギー値は高く保持されて
その値は変わらないが、Ａｔを多く含有させるとコスト
の増加を招くので、Ａｔは０．５〜７％の範囲内にする
必要がある。Ｎｉ：Ｎｉの添加により強度は増加するが
、Ｎｉは高価であるためコスト面から４％以下にする必
要がある。Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ：これらの元素は何れも母
相の結晶粒の成長を抑制する効果を有し、かつ固溶なら
びに析出効果により強度を増大させる元素であるが、こ
れらの元素がそれぞれ２％より多いと低温での靭性が低
下するのでそれぞれ２％以下にする必要がある。

次に本発明を実施例について比較例と比較して説明する
。

実施例ならびに比較例第１発明および第２発明の高マンガン非磁性鋼種を溶製
し、従来の高マンガン鋼およびステンレス鋼ＳＵＳ３Ｏ
４および、本発明鋼に類似しているが本発明鋼の成分に
合致しない比較鋼に対して室温ならびに液体チツ素温度
（−１９６℃）における透磁率、耐力、引張強さ、伸び
および２ｍノツチシヤルピ一試１験による吸収エネルギ
ーを比較した。

第１表はこれらの供試材の組成を示し、従来鋼Ａは標準
１３％Ｍｎ鋼、従来鋼ＢはＣｒ５％を添加した１８Ｍｎ
鋼、従来鋼ＣはＣｒ５％を添加した２４Ｍｎ鋼、従来鋼
Ｄは３０Ｍｎ鋼、従来鋼ＥはＳＵＳ３Ｏ４である。本発
明鋼黒１〜１０はＣを０．３％含有した２４Ｍｎ鋼をベ
ースとしたものであり、本発明鋼應１１〜１２はＣを０
．３％含有した３２Ｍｎ鋼をベースとしたものであり、
本発明鋼應１３〜１８はＣを０．６％含有した２４Ｍｒ
１鋼をベースとしたものであり、本発明鋼黒１９〜２４
はＣを０．６％含有した３２Ｍｎ鋼をベースにしたもの
で、屋２５〜２８は２４Ｍｎ鋼ベースで、Ｃ，Ｃｒ，Ｖ
，Ａｔの添加量が異なるものである。比較鋼Ａ，ｂ，ｃ
は本発明鋼の成分組相外のものである。これらの供試材
はすべて１１００℃で溶体化処理後水靭処理を行つた後
、丸棒試験片によつて透磁率の測定をし、さらにＪＩＳ
ｌ４Ａ号丸棒試験片による引張試験ならびにＪＩＳ４号
試験片による衝撃試５験を行つた。次に熱膨張係数の測
定は丸棒試験片によりＯ℃〜１００℃間で行い平均の熱
膨張係数を求めた。上記すべての試験結果は第２表に示
すとおりである。第２表より明らかな如く、本発明鋼の
透磁率はいずれも１，００２であり良好な非磁性鋼であ
る。

本発明鋼の機械的性質は屋１〜１２の場合、基本成分が
類似している従来鋼Ｂと比較して耐力、引張強さとも上
昇しておりかつ−１９６℃における伸びと吸収エネルギ
ーが大幅に改善されている。さらに本発明鋼應１３〜２
８の場合、従来鋼Ｃ，Ｄに比較して耐力および−１９６
℃における伸びと吸収エネルギーが大幅に改善されてい
る。従来鋼Ｅと本発明鋼との比較では室温における耐力
、引張強さ、吸収エネルギーおよび−１９６℃における
耐力、伸び、靭性が著しく改善されている。次に比較鋼
ａはＣｒ，Ｖを含まず、比較鋼ｂはＡι，Ｖを含まず、
比較鋼ＣはＣｒ，Ａιを含まない高マンガン鋼であるが
、いずれも室温および−１９６℃における耐力ならびに
引張強度が本発明鋼よりも劣つており、かつ−１９６℃
における吸収エネルギーならびに伸びが本発明鋼よりも
著しく劣つている。次に第３表に示す鋼種Ｐ，Ｑに対し
て５ｔ０ｎの鋼塊を高周波誘導加熱溶解炉で溶製し１２
００℃で加熱後分塊圧延し、得られたスラブを１２００
℃で再加熱後熱間圧延を施し板厚５０ｍｍおよび２０ｍ
？！ｌの熱延鋼板に仕上げた。

第４表には５０ｍｍ＊ト厚板について、熱延まま材の厚
板中心での特性値および１１００℃で６０分間溶体化処
理後水冷した材料についての特性値を示す。Ｐ，Ｑいず
れの鋼種ともすぐれた特性が得られることを示している
。上記実施例より明らかな如く、本発明鋼はＭｔｌ６〜
４０％の高マンガン鋼であるが、Ｃ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｖ，
Ａｌおよびその他の基本組成を適正に限定し、さらに必
要により適正量のＮｉ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｌのうちより選
ばれた１種または２種以上を添加することにより、従来
の高マンガン非磁性鋼の欠点を克服し、次の如き効果を
収めることができた。

（イ）室温ならびに−１９６℃の低温において．耐力が
従来鋼よりも大幅に改善され、かつ−１９６℃における
伸びと吸収エネルギーが格段にすぐれている。

（ｃ］）透磁率はいずれの鋼種とも１．００２を示し、
すぐれた非磁性鋼である。

（（−，Ｎｉ等の高価な合金元素の含有量が少ないので
コストが安い。

上記本発明鋼は非磁性鋼でかつ低温用鋼として適してい
るので、極低温で強磁場を発生する超電導マグネツトの
周辺構造用鋼として適用できるほか常温における非磁性
材料としてトランス用側板および磁気的影響を嫌う装置
例えば消磁装置周辺の構造物等にも適用できる。

さらに低温用鋼としてもＬＮＧ用タンク等の−１００℃
以下の温度にさらされる構造物の素材としても適用可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は高マンガン鋼のＣｒ含有量と−１９６℃におけ
る吸収エネルギーとの関係を示す図、第２図は別種の高
マンガン鋼のＶ含有量と−１９６℃における吸収エネル
ギーとめ関係を示す図、第３図はさらに別種の高マンガ
ン鋼のＡι含有量と−１９６℃における吸収エネルギー
との関係を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ０．２〜１．０％、Ｓｉ３％以下、Ｍｎ１６〜４
０％、Ｃｒ３〜１３％、Ｖ０．３〜２％、Ａｌ０．５〜
７％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなる
低温での延性および靭性にすぐれ、かつ高強度を有する
極低温用高マンガン非磁性鋼。２Ｃ０．２〜１．０％、Ｓｉ３％以下、Ｍｎ１６〜４
０％、Ｃｒ３〜１３％、Ｖ０．３〜２％、Ａｌ０．５〜
７％、Ｎｉ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉのうちから選ばれる何れ
か少なくとも１種をＮｉにあつては４％以下、Ｎｂ、Ｚ
ｒ、Ｔｉにあつてはそれぞれ２％以下含有し、残部Ｆｅ
および不可避的不純物よりなる低温での延性および靭性
にすぐれ、かつ高強度を有する極低温用高マンガン非磁
性鋼。