JPS6130017B2

JPS6130017B2 -

Info

Publication number: JPS6130017B2
Application number: JP52149757A
Authority: JP
Inventors: Kenji Aihara; Masashi Takahashi
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1977-12-12
Filing date: 1977-12-12
Publication date: 1986-07-10
Also published as: JPS5481118A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は安価でしかも機械的性質のすぐれた非
磁性鋼に関する。電磁気機器およびその関連装置の材料として、
磁場の影響を受けないいわゆる非磁性材料が必要
とされることが多いが、特に最近は、核融合炉に
代表されるような強大な磁場を使用する施設、Ａ
電解炉の如き大電流を使用する施設、地磁気等
の磁気測定施設などの構造用材料、或いは、これ
ら施設のコンクリート補強用鉄筋等に、安価で機
械的性質にもすぐれた非磁性鋼が要求されてい
る。更に、近年開発された磁気浮上式高速鉄道の
路床は、非磁性鉄筋を用いたコンクリートでなけ
ればならないとされ、前記のような施設のコンク
リート構造体におけると同様、非磁性鉄筋に対す
る要求は益々多様化している。即ち、このような
用途に用いられる非磁性鋼は、その磁気的特性が
安定であるとともに、機械的性質においてもすぐ
れ、しかも大量に使用されるものであることか
ら、製造が容易で、できるだけ安価なものでなけ
ればならない。従来、非磁性鋼の代表的なものとして、
SUS304に代表されるオーステナイト系ステンレ
ス鋼が知られているが、これは著しく高価である
だけでなく、降伏点が極めて低く、レラクセーシ
ヨン率も大きいために強度が要求される構造材や
鉄筋、ボルト、バネ等に用いるには適しない。本発明者は、上記のような要求を満す非磁性鋼
として、Mn5〜30％を含有するものを開発し、特
願昭51−68311号（特開昭52−150721号）および
同51−68312号（特開昭52−150720号）としてす
でに提案した。本発明は、上記先願発明の改良に係るもので、
下記のとおりの組成をもつ非磁性鋼を提供する。 (1) C1.5％以下、Si0.1〜1.2％末満、Mn5〜30
％、N0.009〜0.5％、残部実質的にFeから成
り、１００／９（Ｃ＋Ｎ）＋２（Mn）≧25％である非磁性鋼。 (2) 上記(1)に更にCu0.1〜0.5％、Ni0.1〜５％、
Cr1〜９％の１種以上を含有させ、１００／９（Ｃ＋Ｎ）＋２（Mn＋Cu＋2Ni）≧25％の非磁性鋼。 (3) 上記(1)に更にP0.05〜0.5％、V0.01〜４％、
Nb0.01〜４％、Ti0.05〜４％、Zr0.05〜４％、
W0.05〜４％、Ａ0.02〜１％のうちの１種以
上を含有させた非磁性鋼。 (4) 上記(2)に更にP0.05〜0.5％、V0.01〜４％、
Nb0.01〜４％、Zr0.05〜４％、W0.05〜４％、
Ａ0.02〜１％のうちの１種以上を含有させた
非磁性鋼。本発明において鋼の成分を前記の如く限定した
理由は次の如くである。Ｃ：オーステナイト組織を安定化し非磁性とする
に有効であり、又強度を上昇させるに極めて有
効である。Ｃが増大すると強度の上昇とともに
組織が安定化し加熱、曲げ加工を加えても非磁
性を保つが1.5％を超えると加熱時にインゴツ
トの割れが生じ又は、熱間圧延後の冷却の工程
中で粒界に炭化物の析出を生じ鋼が著しく脆化
する。一方鋼の溶接性、加工性の面からはＣは低い
方がよい。一般的にいえばＣを極端に下げる
と、安定なオーステナイト組織を得ることが困
難になるが、本発明鋼では、Ｃ以外のオーステ
ナイト安定化元素を前記のとおり、特定以上含
有させているので、0.01％程度の低炭素にして
も安定してオーステナイト組織が得られる。こ
のように、低炭素でも安定したオーステナイト
相の得られる組成を選べば、溶接時の脱炭或い
は炭化物析出によつて固溶Ｃ量が減少しても、
非磁性が失われることがない。 Mn：鋼をオーステナイト化し非磁性に保つため
に必要な元素であるが、５％未満になると非磁
性を保つためにNi等のオーステナイト安定化
成分の多量の使用が必要になるので下限を５％
とした。又30％を超えると製鋼中溶鋼に接する
炉壁レンガの損傷が大きくなる製鋼コストが著
しく上昇するので好ましくない。 Si：鋼の脱酸剤として0.1％以上の含有が必要で
ある。又Siは鋼の降伏点の上昇に効果がある
が、1.2％以上になると鋼の非磁性を安定に保
つ事が困難となるので上限を1.2％未満とし
た。Ｎ：Ｎは鋼の基地をオーステナイト化して安定に
保つのに非常に有効である。この効果はほぼＣ
と同等である。またＮの添加によて降伏強度が
上昇し、鋼の強化元素としても非常に有用であ
る。Ｎ量は0.009％からオーステナイト安定化
効果が現われ、添加量の増加と共にその安定性
ならびに強度が上昇するが、添加量が0.5％を
こえると鋼に気泡を生じて健全な鋼塊ができな
くなる。かかるＮの使用により、他のオーステ
ナイト安定化元素の使用をへらすこともでき、
前記のようにＣ量の低い非磁性の製造も可能と
なる。このような量のＮは、たとえば、溶製時
に窒化Mn、石灰窒素などを添加することによ
つて確保できる。 Cu、Ni、Cr：CuとNiおよび９％までのCrは基地
のオーステナイト相安定化に役立つ。Cuは加
工性から、Niは主としてコストの点から、上
限をそれぞれ５％とした。なお、Crの1.0％以
上の添加は、粒界に炭化物が析出して鋼が脆化
するのを阻止することによりインゴツトの加熱
時の割れ発生および熱間圧延製品の脆化を防止
するにも有効である。Ｐ、Ｖ、Nb、Ti、Zr、Ｗ、Ａ：これらの成分は本発明非磁性鋼の降伏強度を上
昇させるために添加される。後述の実施例にも
示されるとおり、これらの成分を含有しない場
合でも、本発明鋼はオーステナイトステンレス
鋼（SUS 304）に比較すれば著しく高い降伏強
さ、即ちほぼ40Kg/mm²以上を確保できる。しか
し、高張力鉄筋、ボルト、ピンのように、一層
高い降伏強度が要求される場合には、上記の成
分の添加により、非磁性に悪影響を与えること
なく、降伏強度の向上が得られる。Ｐは、固溶
強化によつて基地を強化し、降伏強度を上げる
が、この効果は0.05％以上の含有量で明瞭にな
る。しかし、0.5％をこえると鋼の脆化がはげ
しくなる。Ｖ，Nb，Ti，Zr，ＷおよびＡは、鋼の結
晶粒を微細化し、降伏強度の上昇に寄与する。
Ｖ，Nb，Ti，ZrおよびＷは、熱間加工中、あ
るいは溶体化後の時効処理中にこれらの炭化
物、窒化物等が析出して、顕著な強化作用を示
す。このような作用は、Ｖ，Nbの場合0.01％
から、Ti，Zr，Ｗの場合は0.05％から明らかに
なり、含有量が増すほど効果は大きい。しか
し、いずれも４％をこえると、基地のオーステ
ナイト組織が不安定となり、非磁性鋼の特性が
得にくくなる。Ａの結晶粒微細化作用は0.02
％から顕著となる。しかし、Ａも、フエライ
ト安定化元素であるから、その多量添加はオー
ステナイト相を不安定にする。従つて、この含有量は１％までとするのがよ
い。Ｃ，Ｎ，Mn，Cu，Niの相関々係：前記のとおり、これらの成分はいずれも鋼のオ
ーステナイト相を安定化する成分である。しかし、その効果の大小には差があり、安定
したオーステナイト相を確保し、非磁性鋼とし
ての特微を発揮させるには、これら成分の使用
量を十分に管理しなければならない。即ち、
Cu，Niを使用しない場合、１００／９（Ｃ＋Ｎ）＋２（Mn）≧25％、Cu，Niを使用する場合１００／９（Ｃ＋Ｎ）＋２（Mn＋Cu＋2Ni）≧25％とすることに
より、熱間圧延のまゝでも、又熱延後、種々の加
工をうけた場合でも安定してオーステナイト相が
確保でき、透磁率（μ）が約1.02以下のすぐれた
非磁性鋼が得られる。上の条件を満たさない場
合、冷間加工によつてオーステナイト組織に変化
がおこり、透磁率の上昇をまねくおそれがある。本発明の非磁性鋼は、通常の熱間圧延製品を自
然放冷したままのものでも非磁性であり、且つ
SUS304のようオーステナイトステンレス鋼に比
して降伏点が高く、レラクセーシヨン率は小さ
い。又伸び、絞りについてはフエライト系鋼材よ
り格段に高い値を示している。本発明鋼は、熱間圧延温度を下げることによつ
て機械的性質が向上する傾向を有しているが、さ
らに高い強度とレラクセーシヨン率の低下が要求
される場合には、こうした圧延温度の改善に加え
て更に熱間圧延後の冷却速度を極端に小さくす
る、熱間圧延後直ちに500℃〜700℃で加熱保持
する、又は熱間圧延後自然放冷するかもしくは
溶体化処理した鋼材を700℃付近で再加熱保持す
る等により達成が可能である。又種々の条件の
熱間圧延後の自然放冷材あるいは急冷材に冷間も
しくは温度で加工を加えた後500℃〜700℃に再加
熱する時には、更に短時間で強度の上昇が得られ
る。本発明の非磁性鋼は、板、形鋼等の構造材、ボ
ルト、ピン等の結合部材などに用いられることは
いうまでもないが、特に前記のような磁場の影響
を嫌うコンクリート構造体の補強鉄筋として、利
用価値が大きい。〔実施例１〕表１は従来の代表的非磁性鋼（SUS 304、試料
記号１）と本発明による鋼の代表例（試料記号２
〜14）の成分を示したものである。これらの試料
はいずれも大気中で低周波誘導炉で溶解し、イン
ゴツトにしたのち熱間鍛伸および熱間圧延によつ
て40mm厚さの鋼板としたものである。なお、Ｎの
添加は窒化マンガンを使用することによつて行つ
た。表２は、表１に示した鋼板を試験素材として実
施した圧延、熱処理の条件を示したものである。表３は、前記の表１に示す試料について表２に
示す条件で製造して得られた鋼材の機械的性質お
よび、磁気的性質を示したものである。試験方法については、引張試験は素材より
JIS14A号に準拠して製作された試験片を用い、
JISZ2201に準拠して行い、透磁率の測定は磁気
天秤を用いて行い、又レラクセーシヨン率の測定
は次の試験条件にて行つた。初期応力：室温でのYP×0.8 試験温度：20℃、200℃ 試験時間：10hr 試験機：自動制御式槓桿型試験片：板状、標点距離100mm

【表】

〔実施例２〕

表４に示す組成の鋼を実施例１と同様に溶製
し、熱間圧延によつて51mmφの棒鋼（D51鉄筋）
となし、放冷した。Ａは第１表の１と同じSUS
304鋼である。表５にこれらの棒鋼の引張試験結果および透磁
率の測定結果を示す。試料Ａ（SUS 304）に比較
して、Ｂ〜Ｒの本発明鋼によるものはいずれも高
い降伏強度をもつことが明らかである。しかし、
D51のような太径鉄筋になると強化元素を含まな
いＢ鋼では降伏強度が十分ではないから、Ａ、
Ｐその他の成分を添加するのが望ましいといえ
る。

【表】

【表】以上、詳しく説明したとおり、本発明の非磁性
鋼は、Niの如き高価な成分を多量に使用しなく
ても、完全な非磁性となるものであり、しかも機
械的性質においては従来の非磁性材料をはるかに
しのいでいる。従つて、安全な非磁性と高い強度
を要求される構造材、コンクリート補強材等に広
く使用できるものである。

Claims

【特許請求の範囲】１ C1.5％以下、Si0.1〜1.2未満、Mn5〜30％、
N0.009〜0.5％、残部実質的にFeから成り、１００／９（Ｃ＋Ｎ）＋２（Mn）≧25％である非磁性鋼。２ C1.5％以下、Si0.1〜1.2％末満、Mn5〜30
％、N0.009〜0.5％、およびCu0.1〜５％、Ni0.1
〜５％、Cr1〜９％の１種以上を含有し、残部実
質的にFeから成り、１００／９（Ｃ＋Ｎ）＋２（Mn＋Cu ＋2Ni）≧25％である非磁性鋼。３ C1.5％以下、Si0.1〜1.2％末満、Mn5〜30
％、N0.009〜0.5％、およびP0.05〜0.5％、V0.01
〜４％、Nb0.01〜４％、Ti0.05〜４％、Zr0.05〜
４％、W0.05〜４％、Ａ0.02〜１％の１種以上
を含有し、残部実質的にFeから成り、１００／９（Ｃ＋Ｎ）＋２（Mn）≧25％である非磁性鋼。４ C1.5％以下、Si0.1〜1.2％末満、Mn5〜30
％、N0.009〜0.5％およびCu0.1〜５％、Ni0.1〜
５％、Cr1〜９％の１種以上、更にP0.05〜0.5
％、V0.01〜４％、Nb0.01〜４％、Ti0.05〜４
％、Zr0.05〜４％、W0.05〜４％、Ａ0.02〜１
％のうちの１種以上を含有し、残部実質的にFe
から成り、１００／９（Ｃ＋Ｎ）＋２（Mn＋Cu＋2Ni）
≧ 25％である非磁性鋼。