JPS61207553A - 極低温用非磁性鋼 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は極低温用非磁性鋼に関する。更に詳しくは極低
温環境下で高い強度と靭性及び非磁性であることが要求
される超電導回転機のローター材や核融合炉用超電導磁
石の支持材などに適する極低温用非磁性鋼に関する。

従来技術 超電導を利用する極低温機器類の開発に伴い、これに使
用する材料の高性能化が要望されている。中でも超電導
回転機のローター材や核融合炉用超電導磁石の支持材等
には、常温から２０に以下の極低温領域に亘って高い強
度を有すると共に非磁性であることが要求される。さら
に極低温機器の大型化に伴い、機器の構成部材中に溶接
部の存在が不可避となる趨勢にあるため、溶接性能にも
優れたものであることが要求されている。

従来、この種の材料としてＡ２８６の鉄基超合金（Ｆｅ
−２６Ｎｉ−１５Ｃｒ−２，２Ｔｉ−１，３ＭｏＸＭｎ
＜１．５　　（重量％））が知られている。この合金は
常温域で７００〜８００ＭＰａ、　４　Ｋで９００〜１
０００ＭＰａの耐力を示し、延性や靭性の温度依存性も
小さいため、材料強度の点では前記の要求を満たす材料
である。しかし、この合金は、元来耐熱性材料として開
発されたものであるため、溶接性や極低温における磁気
特性に対する配慮がされていない。すなわち、溶接性が
よくないため溶接を必要とするものには使用が困難であ
る上、極低温で弱い磁性体となる欠点があった。

この溶接性を改善した合金としてＪＢＫ７５鉄基合金（
Ｆｅ−３ＯＮｉ−１５Ｃｒ−２，２Ｔｉ−１，３Ｍｏ、
Ｍｎ＜０．１　（重量％））が開発された。

しかしながら、この合金は高Ｎｉ、極低Ｍｎ型の合金で
あるため、磁気特性の面では極低温において前記Ａ２８
６の鉄基超合金よりも更に強い磁性体となる欠点を持っ
ている。

発明の目的 本発明は従来の極低温用鉄基超合金の欠点を改善せんと
するものであり、その目的は溶接性に優れ、２０に以下
の極低温領域でも非磁性で、かつ高強度と高靭性を有す
る極低温用非磁鋼を提供するにある。

発明の構成 本発明者らは前記目的を達成すべく研究の結米、重量％
で、Ｆｅ−（２３〜３０）Ｎｊ−（１３〜１６）Ｃｒ−
（１，５〜３）Ｔｉ−（１〜３）Ｍｏに更に３〜１５重
量係ミロｎを加えることにより、極低温域における合金
の強磁性化するのを阻止し得られることを究明し得た。

さらにまた、この合金中に含まれる微量不純物元素がＣ
＜０．０２重ｉ　％　、Ｐ−＝ｏ、ｏｏ５重ｔｈｔチ、
ｓくｏ、ｏｏ５重量％、Ｓｉ＜０．２重’ｉチ、Ｂく０
．０２重量％であることが必要であり、これらの金属を
これより多く含むと、溶接性ならびに低温靭性が損われ
ること及び前記組成のほか、強化元素としてＡ１を０．
５重量％以下、固溶炭素の固定化のためＶを０．５重量
％以下含ませてよいことが分った。

本発明はこれらの知見に基いて完成したものである。

本発明の要旨は、重量でＮｉ２３〜３０％、Ｃｒ１３〜
１６チ、Ｍｎ３〜１５％、Ｔｉ１．５〜３％、Ｍｏ１〜
３％、残部はＦｅよりなる組成で、かつ合金中の微量不
純物元素量がＣ＜０．０２％、Ｐ＜０．００５チ、Ｓ＜
０．００５チ、８ｉ＜住昏ｔチ、Ｂ＜０．００２　％で
ある極低温用非磁性鋼にある。

−４＝ 上記組成の範囲であることが必要である理由は次の通り
である。

Ｎｉが２３重量％より少ないと、極低温領域で安定なオ
ーステナイト相が保持できなくなり、かつ溶接金属部に
χ、σ相等の脆化相が晶出して低温靭性が損われる。ま
た３０重ｉ−％を超えると極低温領域で強磁性化する。

Ｃｒが１３重量％より少ないとオーステナイト相の安定
性が損われ、かつ強磁性化を助長する。

１６重量％を超えると溶接金属部にＮｉの少ない場合と
同様に脆化相が晶出し低温靭性が損われる。

Ｍｎが３重量％より少ないと極低温領域で強磁性化し、
１５重量％を超えると溶接金属部に脆化相が晶出し低温
靭性が損われる。

Ｔｉが１．５重量％より少ないと時効によっても合金は
硬化せず高い強度が得られなく、３重量％を超えると溶
接金属部に脆化相が晶出し低温靭性が損われる。

Ｍｏが１重量％より少ないと時効により粒界反芯型析出
が生じ、低温靭性が著しく損われ、３重量％を超えると
溶接金属部に脆化相が晶出し低温靭性が損われる。

なお、強化元素としてＡＩを、固溶炭素の固定化元素と
してＶを含有させる場合は、いずれも０．５重量％以下
であることが必要である。この量を超えると溶接金属部
に脆化相が晶出して低温靭性が損われる。

Ｃ，Ｐ、　８．　Ｓｉ及びＢは、いずれも合金の強化に
寄与しない炭化物、珪化物、硼化物または非金属介在物
を形成し、合金の低温靭性な悪くするので可能な限り少
なくすることが必要である。

これらの元素Ｃは０．０２重量％、Ｐは０．００５重量
％、重量％より多く含有すると溶接金属部中の結晶粒界
へこれらの元素が偏析し、また低融点非金属化物の形成
を招き、溶接性ならびに低温靭性が損われる。

６一 実施例１〜６ 表１１に示すようなＮ１とＭｎの量を変えた組成のＦｅ
−（２３〜３０）Ｎｉ−１４Ｃｒ−（３〜１５）Ｍｎ−
２，：す、、−１は、Ｃ＜０．００５チ、５ｉ＝０．１
％、Ｐ＜０．００３係、Ｓく０００５係、Ｂ＜０．００
１％（係はいずれもミロ係）であった。

比較のため、Ａ２８６及びＪＢＫ７５の合金も用いた。

これらの合金をアルゴン琢囲気中で溶製し、１１００℃
で１時間均一化焼鈍後、熱間鍛圧によって１５Ｘ６０關
断面の板材に成形し空冷した。

引続き１１００℃で１時間溶体化処理後水冷し、７００
℃で４０時間時効し、ピンカース硬さ３２０〜３３０Ｈ
ｖを得た。

（１）　　この試料より引張試験片、シャルピー試験片
及び磁性測定用試料を採取し、４Ｋにおける強度試験及
び磁性測定を行った。その結果は表１に示す通りであっ
た。

表１ 従来の合金に比べて磁化量を約％〜に吉著しく減少し得
られる優れた効果を有することが分かる。

（２）　　前記（７）　Ｒ効処理後の板材（１５Ｘ６０
Ｘ２００＋１）に電子ビーム溶接を板の長手方向にビー
ム電圧５０ＫＶ、ビーム電流１７０ｍＡ、溶接速度１２
５６ｎ／ｍｉ　ｎの条件で施し、溶接欠陥の有無を調べ
た。また、４Ｋにおいて母材及び溶接材のシャルピー衝
撃試験を行った。それらの試験結果は表２に示す通りで
あった。また、溶接部の組織例（３ＯＮｉ−１２Ｍｎの
もの）の光学顕微鏡写真を示すと第１図の通りである。

表２ この結果が示すように、本発明の極低温用非磁性鋼にお
いては、溶接組織に欠陥は認められなく、母材及び溶接
部共に４にで高い靭性を持っている。

実施例１〜６の組成のものに更にＡｌを０１１重量％ま
たＶを０．１重量％含ませた組成のものを作って、同様
な試験を行った。その結果、実施例１〜６におけると殆
んど同じ結果が得られた。

発明の効果 本発明の合金は次のような優れた効果を奏し得られる。

る。そのため、極低温用の負荷応力の高□い溶接構造部
材への使用が可能である。

（２）　　極低温領域における高磁場中でも磁化’、員
、４＜、。

小さいため、磁場を擾乱させることがなく、また構造部
材に大きな電磁力を発生させることがない。従って構造
部材の負荷応力を従来合金の場合に比べて低目に設計で
き、材料の節約、構造部材の軽量化と熱容量の低減が可
能となり、ひいては極低温機器に付属する冷−１０＝ 凍機系への負担を軽減し得られる。

（３）非磁性化ならびに溶接性をよくするための元素き
してＭｎを特定量使用するものであるから、安価に得ら
れる。また、従来の製造設備をそのまま使用し得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明合金のＦｅ−３ＯＮｉ−１４Ｃｒ　−１
２Ｍｎ−２，２Ｔｉ−０，ｌＡｌ−１，４Ｍｏの組成の
ものにおける溶接部の組織を示す光学顕微鏡写真である
。 特許出願人　科学技術庁金属材料技術研究所長中　　川
　　龍　　− −１，１− 昭和６０年　１月７０　日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、）量で、Ｎｉ２３〜３０％、Ｃｒ１３〜１６％、Ｍ
   ｎ３〜１５％、Ｔｉ１．５〜３％、Ｍｏ１〜３％、残部
   はＦｅよりなる組成であり、かつ合金中の微量不純物元
   素量がＣ≦０．０２％、Ｐ≦０．００５％、Ｓ≦０．０
   ０５％、Ｓｉ≦０．２％、Ｂ≦０．００２％である極低
   温用非磁性鋼。 ２、）前記組成のほかに、Ａｌを０．５重量％以下及び
   またはＶを０．５重量％以下を含有させたものからなる
   特許請求の範囲第１項記載の極低温用非磁性鋼。