JPS609862A - 極低温構造用オ−ステナイト系ステンレス鋼 - Google Patents
極低温構造用オ−ステナイト系ステンレス鋼Info
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- JPS609862A JPS609862A JP11888083A JP11888083A JPS609862A JP S609862 A JPS609862 A JP S609862A JP 11888083 A JP11888083 A JP 11888083A JP 11888083 A JP11888083 A JP 11888083A JP S609862 A JPS609862 A JP S609862A
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- Japan
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- yield strength
- toughness
- austenitic stainless
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は極低温構造用オーステナイト系ステンレス鋼に
係シ、特に液体ヘリウム温度(4°K)からLNG温度
(ll10K)に至る極低温で使用する、耐力靭性共に
優れた安定オーステナイト系ステンレス鋼に関するもの
である。
係シ、特に液体ヘリウム温度(4°K)からLNG温度
(ll10K)に至る極低温で使用する、耐力靭性共に
優れた安定オーステナイト系ステンレス鋼に関するもの
である。
(従来技術)
極低温で使用される材料の需要は、LNGのタンク、配
管、液体水素を燃料とするロケット等の容器、液体ヘリ
ウム温度で使用しなければならない超電導磁石用構造材
料等、エネルヤーの転・換とも相俟って、年々増加の傾
向にあり、近い将来には核融合装置、リニアモータカー
、超電導発電機等に飛躍的需要増加が見込まれる。
管、液体水素を燃料とするロケット等の容器、液体ヘリ
ウム温度で使用しなければならない超電導磁石用構造材
料等、エネルヤーの転・換とも相俟って、年々増加の傾
向にあり、近い将来には核融合装置、リニアモータカー
、超電導発電機等に飛躍的需要増加が見込まれる。
極低温で使用される材料の必要特性としては、まず安全
面から使用温度で脆性破壊を起さないことが挙げられ、
ついで、高強度、特に高耐力、さらに、超電導等磁石用
材料として使用する場合には、非磁性であることが挙げ
られる。
面から使用温度で脆性破壊を起さないことが挙げられ、
ついで、高強度、特に高耐力、さらに、超電導等磁石用
材料として使用する場合には、非磁性であることが挙げ
られる。
オーステナイト系ステンレス鋼は、極低温に至るまで延
性を保つため、低温用材料としての可能性があシ、従来
からいくつかの用途に用いられている0しかしながら、
オーステナイト系ステンレス鋼は、低温での耐力が低い
という欠点があシ、構造用材料としては、強度の点から
充分とはいえない。
性を保つため、低温用材料としての可能性があシ、従来
からいくつかの用途に用いられている0しかしながら、
オーステナイト系ステンレス鋼は、低温での耐力が低い
という欠点があシ、構造用材料としては、強度の点から
充分とはいえない。
この低耐力を改善するための、最も効果的な手段として
Nの添加があることは、従来より良く知(2) られており、含窒素オーステナイト系ステンレス鋼とし
て実用に供されている。耐力の増加度は、N量が多いほ
ど大きく、また温度が低くなるほど大になるが、N添加
によシ、低温の靭性が劣化する欠点があるとされ、せい
ぜいN量が0.20 %以下のものが極低温用として、
5US304LN 、 5US316LNなどの名称で
実用化されているに過ぎない。
Nの添加があることは、従来より良く知(2) られており、含窒素オーステナイト系ステンレス鋼とし
て実用に供されている。耐力の増加度は、N量が多いほ
ど大きく、また温度が低くなるほど大になるが、N添加
によシ、低温の靭性が劣化する欠点があるとされ、せい
ぜいN量が0.20 %以下のものが極低温用として、
5US304LN 、 5US316LNなどの名称で
実用化されているに過ぎない。
しかしながら、この程度のN添加量では、極低温で要求
される高耐力は得られないので、最近では他の鋼種、た
とえば高マンガン・オーステナイト鋼などが極低温用材
料の有力な候補として脚光を浴びるようになって来た。
される高耐力は得られないので、最近では他の鋼種、た
とえば高マンガン・オーステナイト鋼などが極低温用材
料の有力な候補として脚光を浴びるようになって来た。
したがって、4°Kにおいて1000100Oメガパス
カル)以上の高耐力とVノツチシャルピー試験でのエネ
ルギー吸収値100J(ジュール)以上の高靭性を有し
、しかも完全に非磁性である安定オーステナイト系ステ
ンレス鋼の開発が強く望まれている次第である。
カル)以上の高耐力とVノツチシャルピー試験でのエネ
ルギー吸収値100J(ジュール)以上の高靭性を有し
、しかも完全に非磁性である安定オーステナイト系ステ
ンレス鋼の開発が強く望まれている次第である。
ここで、第1図は、C:0.02チ、SIo、8係、M
n : 0.5%、Cr:25%、Nia 13 %の
成分をもつオーステナイト系ステンレス鋼におけるN量
と0.2%耐力との関係を示したものである。同図から
明らかなように、4°Kにおいて100100O以上の
耐力を得ようとするならば少なくとも0.20チ以上の
N添加を必要とすることがわかる。N−i更に増加する
ことにより、低温のN4力は更に上昇するが、Nの溶解
度に限度があシ、オーステナイト系ステンレス鋼におい
てはCr Qが20係の場合で、Nの固溶限は0,2チ
、25%で0.3%程度となる。したがって4°にで1
00100O以上の耐力を有する高窒素ステンレス鋼を
得ようとするならば、Cr量は20チ以上が必要である
。このようにNを大量に添加することによシ、極低温用
構造材料に必要な証1力が確保できることは、公知のq
S実であるが、Nの添加により、低温での靭性値が急激
に低下し、材料が脆化するため、実用に供することは難
しいとされて来た。
n : 0.5%、Cr:25%、Nia 13 %の
成分をもつオーステナイト系ステンレス鋼におけるN量
と0.2%耐力との関係を示したものである。同図から
明らかなように、4°Kにおいて100100O以上の
耐力を得ようとするならば少なくとも0.20チ以上の
N添加を必要とすることがわかる。N−i更に増加する
ことにより、低温のN4力は更に上昇するが、Nの溶解
度に限度があシ、オーステナイト系ステンレス鋼におい
てはCr Qが20係の場合で、Nの固溶限は0,2チ
、25%で0.3%程度となる。したがって4°にで1
00100O以上の耐力を有する高窒素ステンレス鋼を
得ようとするならば、Cr量は20チ以上が必要である
。このようにNを大量に添加することによシ、極低温用
構造材料に必要な証1力が確保できることは、公知のq
S実であるが、Nの添加により、低温での靭性値が急激
に低下し、材料が脆化するため、実用に供することは難
しいとされて来た。
(発明の目的〕
本発明の目的とするところは、極低温で高耐力、高靭性
を有しかつ非磁性である極低温構造用安定オーステナイ
ト系ステンレス鋼を提供するにある。
を有しかつ非磁性である極低温構造用安定オーステナイ
ト系ステンレス鋼を提供するにある。
(発明の構成・作用)
本発明者等は、低温での靭性低下はNそのものによるも
のでなく、介在物析出物、δフェライト、マルテンサイ
ト等の第2相の存在によるものであることを見出した。
のでなく、介在物析出物、δフェライト、マルテンサイ
ト等の第2相の存在によるものであることを見出した。
すなわち、Nは固溶状態で鋼中に存在する場合は低温靭
性の劣化がなく、N添加ステンレス鋼で、低温靭性が劣
化するとされたのは、(1)Nが他の元素と化合して析
出した場合、(2)非金属介在物量が多かった場合、(
3)オーステナイトが完全に安定でなく、δフェライト
あるいは、マルテンサイトが生成された場合、の三条性
の一つ以上が存在する材料について、それが固溶Nによ
るものと誤認したためであることがわかったOしたがっ
て、上述の(1)〜(3)が生じないような成分組成の
N添加オーステナイト系ステンレス鋼とすれば強度、耐
力共に優れた材料が得られることになる。
性の劣化がなく、N添加ステンレス鋼で、低温靭性が劣
化するとされたのは、(1)Nが他の元素と化合して析
出した場合、(2)非金属介在物量が多かった場合、(
3)オーステナイトが完全に安定でなく、δフェライト
あるいは、マルテンサイトが生成された場合、の三条性
の一つ以上が存在する材料について、それが固溶Nによ
るものと誤認したためであることがわかったOしたがっ
て、上述の(1)〜(3)が生じないような成分組成の
N添加オーステナイト系ステンレス鋼とすれば強度、耐
力共に優れた材料が得られることになる。
ここで先ず、前記条件(1)を生じせしめないためには
、Nが固溶限内にあるように他成分とN量を調整し、し
かも熱処理を慎重に行なう必要があり、(5) 条件(2)を制御するためには、非金属介在物量のコン
トロールを行なうことが必要条件であシ条件(3)に関
しては、δフェライトがもともと存在しないばかυでな
く、極低温での使用温度において、かなシ厳しい加工を
加えても、加工誘起マルテンサイト変態が起らないよう
な、完全なオーステナイト安定度が要求される。そして
そのような材料はまた完全非磁性であり、超電導磁石用
の用途などには、きわめて有利な材料である。
、Nが固溶限内にあるように他成分とN量を調整し、し
かも熱処理を慎重に行なう必要があり、(5) 条件(2)を制御するためには、非金属介在物量のコン
トロールを行なうことが必要条件であシ条件(3)に関
しては、δフェライトがもともと存在しないばかυでな
く、極低温での使用温度において、かなシ厳しい加工を
加えても、加工誘起マルテンサイト変態が起らないよう
な、完全なオーステナイト安定度が要求される。そして
そのような材料はまた完全非磁性であり、超電導磁石用
の用途などには、きわめて有利な材料である。
本発明は以上の知見に基いて得らn、たものであって、
その要旨とするところは、重量%でC:0.05チ以下
、N:0.20〜0.50係、SI:1.0係以下、M
n:4.0%以下、Cr:20〜35%、N1:8〜2
5チを含有し、残部が実質的にFeであシ、非金属介在
物量が、清浄度01%以下なることを特徴とする極低温
構造用オーステナイト系ステンレス鋼にある。
その要旨とするところは、重量%でC:0.05チ以下
、N:0.20〜0.50係、SI:1.0係以下、M
n:4.0%以下、Cr:20〜35%、N1:8〜2
5チを含有し、残部が実質的にFeであシ、非金属介在
物量が、清浄度01%以下なることを特徴とする極低温
構造用オーステナイト系ステンレス鋼にある。
以下に本発明について詳細に説明する。
まず、Cはオーステナイト安定化元素ではあるが、Cr
と結合して炭化物を作夛易く、靭性劣化の(6) 原因となるので低く抑えるべきであり、0.05%以下
とした。
と結合して炭化物を作夛易く、靭性劣化の(6) 原因となるので低く抑えるべきであり、0.05%以下
とした。
次に、Nは低温での耐力確保のため少くとも020%は
必要である。N量は多いほど耐力は大きくなるが、Nを
0.501超固溶状態で含むことは難しく、Nが析出物
の形で存在しても、低温耐力の増加にはほとんど役に立
たず、かえって靭性を劣化させるので、Nの上限10.
50%とした。
必要である。N量は多いほど耐力は大きくなるが、Nを
0.501超固溶状態で含むことは難しく、Nが析出物
の形で存在しても、低温耐力の増加にはほとんど役に立
たず、かえって靭性を劣化させるので、Nの上限10.
50%とした。
SIは、製鋼時における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、1.0%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、1.
0係以下とした。
が、フェライト安定化元素であり、1.0%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、1.
0係以下とした。
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が、Crが
20%以上の鋼では、フェライト安定化元素であシ、4
.0係を超えて含有すると、δフェライトが出やすくな
シ低温靭性を急激に劣化するので、含有量上限を4.0
チと定めた・Crは、Nの固溶量と大きな関係があシ、
Cr量が20チの時Nの固溶量は約0.20 %であ)
、Crが増加すると共にNの固溶量も増加する。たフヒ
し、Crはフェライト安定化元素であり、安定なオース
テナイトを維持するためには、Cr量に見あってNl量
を増加させねばならず、後述のようにNiがあまυ多く
なると、極低温において強磁性を示すおそれがあるので
、Crの添加量は35%が限度である。したがって本発
明鋼のCr量を20〜35係と定めた。
に添加する場合にきわめて有効な元素であるが、Crが
20%以上の鋼では、フェライト安定化元素であシ、4
.0係を超えて含有すると、δフェライトが出やすくな
シ低温靭性を急激に劣化するので、含有量上限を4.0
チと定めた・Crは、Nの固溶量と大きな関係があシ、
Cr量が20チの時Nの固溶量は約0.20 %であ)
、Crが増加すると共にNの固溶量も増加する。たフヒ
し、Crはフェライト安定化元素であり、安定なオース
テナイトを維持するためには、Cr量に見あってNl量
を増加させねばならず、後述のようにNiがあまυ多く
なると、極低温において強磁性を示すおそれがあるので
、Crの添加量は35%が限度である。したがって本発
明鋼のCr量を20〜35係と定めた。
Niは、オーステナイト安定化のために必要な元素であ
p Crとのバランスで決まるが、Nもまたオーステナ
イト安定化元素であるため、Nを含まない一般の安定オ
ーステナイトステンレス鋼はどの多量は必要としない。
p Crとのバランスで決まるが、Nもまたオーステナ
イト安定化元素であるため、Nを含まない一般の安定オ
ーステナイトステンレス鋼はどの多量は必要としない。
本発明者らの試験結果によれば、低温でも安定なオース
テナイトを得るためには、本発明鋼では8チ以上のNi
が必要であり、Nlが25チを超えると、極低温におい
て、強磁性を帯びる危険性があるため、NI Mは 8
〜25チとした。
テナイトを得るためには、本発明鋼では8チ以上のNi
が必要であり、Nlが25チを超えると、極低温におい
て、強磁性を帯びる危険性があるため、NI Mは 8
〜25チとした。
その他の元素については、介在物、析出物生成の原因と
なるため、できるだけ低く抑えることがのぞましい。
なるため、できるだけ低く抑えることがのぞましい。
以上の成分によシ、極低温で高耐力を有し、しかも安定
オーステナイト組織を有する材料を得ることができるも
のであるがこれだけでは靭性に問題があシ、極低温にお
いても優れた靭性値を得ようとするならば、非金属介在
物量、析出物量をコントロールすることが必要である。
オーステナイト組織を有する材料を得ることができるも
のであるがこれだけでは靭性に問題があシ、極低温にお
いても優れた靭性値を得ようとするならば、非金属介在
物量、析出物量をコントロールすることが必要である。
第2図は、C:0.02チ、N:0.35%、Sl:0
.8チ、Mn:0.5%、Cr : 25 %、Ni:
13%の成分を持つ鋼において、非金属介在物量と77
°KにおけるVノツチシャルピー衝撃吸収エネルギー値
との関係を示すものである。同図から明らかなように、
非金属介在物量は、衝撃吸収エネルギー値と大きな相関
を有し、極低温でも充分な靭性値を得ようとするために
は、非金属介在物の清浄度を0.1%以下(JIS G
O55鋼の非金属介在物の顕微鏡試験方法による)に抑
えなければならないOすなわち、清浄度が0.1%を超
えると、4°Kにおける、衝撃吸収エネルギー値が10
05に達しないという不都合が生じる。よって、非金属
介在物の清浄(9) 度を0.1%以下に限定したものである。
.8チ、Mn:0.5%、Cr : 25 %、Ni:
13%の成分を持つ鋼において、非金属介在物量と77
°KにおけるVノツチシャルピー衝撃吸収エネルギー値
との関係を示すものである。同図から明らかなように、
非金属介在物量は、衝撃吸収エネルギー値と大きな相関
を有し、極低温でも充分な靭性値を得ようとするために
は、非金属介在物の清浄度を0.1%以下(JIS G
O55鋼の非金属介在物の顕微鏡試験方法による)に抑
えなければならないOすなわち、清浄度が0.1%を超
えると、4°Kにおける、衝撃吸収エネルギー値が10
05に達しないという不都合が生じる。よって、非金属
介在物の清浄(9) 度を0.1%以下に限定したものである。
(実施例)
次に、本発明鋼の効果を表1に示す実施例について、さ
らに具体的に述べる。表中A、B、Cは本発明鋼であシ
、4°に、77°にいずれの温度においても、0.2チ
耐力、衝撃吸収エネルギー値にすぐれ、しかも透磁率μ
が1.02以下の非磁性を示している。D鋼は安定オー
ステナイト鋼であるがNの添加を行なわないもので、耐
力が非常に低い。
らに具体的に述べる。表中A、B、Cは本発明鋼であシ
、4°に、77°にいずれの温度においても、0.2チ
耐力、衝撃吸収エネルギー値にすぐれ、しかも透磁率μ
が1.02以下の非磁性を示している。D鋼は安定オー
ステナイト鋼であるがNの添加を行なわないもので、耐
力が非常に低い。
E鋼はN量が本発明の範囲よシ少ないため耐力が低いと
同時に、オーステナイト安定度が充分でなく、透磁率が
1.5以上となシ非磁性鋼とは言えない。F鋼、G鋼は
Cr量が本発明の範囲よシ低く耐力も低く、磁性も生じ
る。特にF鋼は、清浄度が悪いため衝撃吸収エネルギー
値も非常に低い。H鋼は、化学成分範囲に関しては本発
明の範囲内にあシ、耐力、非磁性は共に申分ないが、清
浄度が悪いため衝撃吸収エネルギー値が劣る。
同時に、オーステナイト安定度が充分でなく、透磁率が
1.5以上となシ非磁性鋼とは言えない。F鋼、G鋼は
Cr量が本発明の範囲よシ低く耐力も低く、磁性も生じ
る。特にF鋼は、清浄度が悪いため衝撃吸収エネルギー
値も非常に低い。H鋼は、化学成分範囲に関しては本発
明の範囲内にあシ、耐力、非磁性は共に申分ないが、清
浄度が悪いため衝撃吸収エネルギー値が劣る。
■鋼は、Cr % Ni rN量共に本発明の範囲内に
あり、清浄度も良いが、Mn量が過剰のため、δフェ(
10) ライトが生じ、そのために、衝撃吸収エネルギー値、透
磁率が充分な値となっていない。J鋼は、N1jiが本
発明の範囲よシ少ないため、オーステナイトの安定化が
充分でなく透磁率が大きく、しかも清浄度が良いのにか
かわらずMnも過剰のため、衝撃エネルギーは充分でな
い。
あり、清浄度も良いが、Mn量が過剰のため、δフェ(
10) ライトが生じ、そのために、衝撃吸収エネルギー値、透
磁率が充分な値となっていない。J鋼は、N1jiが本
発明の範囲よシ少ないため、オーステナイトの安定化が
充分でなく透磁率が大きく、しかも清浄度が良いのにか
かわらずMnも過剰のため、衝撃エネルギーは充分でな
い。
(発明の効果)
以上の説明から明らかなごとく、本発明によれば、極低
温において、耐力、靭性に優れた非磁性の極低温構造用
オーステナイトステンレス鋼e[供することができるの
で、産業上稗益するところがきわめて犬である。
温において、耐力、靭性に優れた非磁性の極低温構造用
オーステナイトステンレス鋼e[供することができるの
で、産業上稗益するところがきわめて犬である。
第1図は、オーステナイトステンレス鋼の耐力におよぼ
すN量の効果を示す図、第2図は、安定オーステナイト
ステンレス鋼におけるVノツチシャルピー衝撃吸収エネ
ルギー値と、非金属介在物量との関係を示す図である。 (13) 第 2 ワ θ、 / 0.2 り3 ヲ青゛ ヲ二戸 度 C%) 第1頁の続き 0発 明 者 中島秀夫 茨城県那珂郡東海村村松945 (ル出 願 人 日本原子力研究所 東京都千代田区内幸町二丁目2 番2号
すN量の効果を示す図、第2図は、安定オーステナイト
ステンレス鋼におけるVノツチシャルピー衝撃吸収エネ
ルギー値と、非金属介在物量との関係を示す図である。 (13) 第 2 ワ θ、 / 0.2 り3 ヲ青゛ ヲ二戸 度 C%) 第1頁の続き 0発 明 者 中島秀夫 茨城県那珂郡東海村村松945 (ル出 願 人 日本原子力研究所 東京都千代田区内幸町二丁目2 番2号
Claims (1)
- 重量%でC:0.05%以下、N:0.20〜0.50
%、 81 : 1.(l以下、Mn : 4.Q%
以下、Cr:20〜35%、NS:8〜25qbを含有
し、残部が実質的にFeであり、非金属介在物量が清浄
度011%以下なることを特徴とする極低温構造用オー
ステナイト系ステンレス鋼。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11888083A JPS609862A (ja) | 1983-06-30 | 1983-06-30 | 極低温構造用オ−ステナイト系ステンレス鋼 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11888083A JPS609862A (ja) | 1983-06-30 | 1983-06-30 | 極低温構造用オ−ステナイト系ステンレス鋼 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS609862A true JPS609862A (ja) | 1985-01-18 |
JPS644577B2 JPS644577B2 (ja) | 1989-01-26 |
Family
ID=14747411
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11888083A Granted JPS609862A (ja) | 1983-06-30 | 1983-06-30 | 極低温構造用オ−ステナイト系ステンレス鋼 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS609862A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61261463A (ja) * | 1985-05-13 | 1986-11-19 | Nisshin Steel Co Ltd | 加工硬化型非磁性ステンレス鋼 |
CN111334714A (zh) * | 2020-04-16 | 2020-06-26 | 浙江志达管业有限公司 | 超低温不锈钢管件材料及其制备方法 |
-
1983
- 1983-06-30 JP JP11888083A patent/JPS609862A/ja active Granted
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS61261463A (ja) * | 1985-05-13 | 1986-11-19 | Nisshin Steel Co Ltd | 加工硬化型非磁性ステンレス鋼 |
CN111334714A (zh) * | 2020-04-16 | 2020-06-26 | 浙江志达管业有限公司 | 超低温不锈钢管件材料及其制备方法 |
CN111334714B (zh) * | 2020-04-16 | 2021-11-26 | 浙江志达管业有限公司 | 超低温不锈钢管件材料及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS644577B2 (ja) | 1989-01-26 |
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