JPH0121845B2

JPH0121845B2 -

Info

Publication number: JPH0121845B2
Application number: JP7926783A
Authority: JP
Inventors: Rikio Nemoto; Juji Ikegami
Original assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Priority date: 1983-05-09
Filing date: 1983-05-09
Publication date: 1989-04-24
Also published as: JPS59205451A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、熱間加工により高力化を図つた高強
度非磁性鋼の製造方法に関するものである。オーステナイトステンレス鋼や高Mn鋼は非磁
性であるので、非磁性鋼として一般に用いられて
いるが、これらは溶体化処理状態での耐力が低
く、高強度を必要とされる場合は、一般に溶体化
処理後の冷却加工もしくは、時効処理が施された
上で用いられている。特開昭53−117617号および特開昭53−117618号
公報によれば、60Kg／mm²級の0.2％耐力を有する
高力オーストナイトステンレス鋼がそれぞれ開示
されており、これらの鋼は溶体化処理が施される
ことにより、前記特性が得られた鋼である。本発明は、従来の溶体化処理を施した鋼が有す
る耐力が低いという欠点、あるいは前記欠点を除
去するために溶体化処理後冷間加工もしくは時効
処理が施されてなる鋼はコスト的に高くなるとい
う欠点を除去した高強度非磁性鋼の製造方法を提
供することを目的とするものである。すなわち、本発明は、Ｃ：0.15％以下、Si：0.1〜2.0％、Mn：7.0〜
25.0％、Ni：0.5〜10.0％、Cr：15.0〜26.0％、
Mo：4.0％以下、Ｎ：0.2〜0.8％を含み、さらに
は、Cu：0.1〜2.0％またはNb、Zr、Ｖ、Ta、
Ti、Alのなかから選ばれる１種または２種以上
を0.5％以下を含有させてなり、残部実質的にFe
よりなる鋼を、Ａまず、1100℃〜1300℃の温度範囲内に加熱し
て加工を行い、この加工を800℃以上で終了し、Ｂ次いで、1050℃〜1250℃の温度範囲内に加熱
し、1000℃以上の温度でまず10％以上の加工を
施し、引続き600℃〜1000℃の温度範囲内で10
％以上の最終加工を施し、その後空冷速度以上
の冷却速度で常温まで冷却するか、またはＡ、Ｂの工程に引続き、Ｃさらに700℃未満の温度範囲内で熱処理する、
ことを特徴とする高強度非磁性鋼の製造方法、を提案するものである。次に、かかる本発明の製造方法についてその詳
細を説明する。本発明者らは前記従来の鋼について従来必ず施
される前記溶体化処理を施さない状態、すなわち
熱間加工のみが施された状態の鋼について性質を
調べた結果、優れた機械的性質を具備しているこ
とを新規に知見して本発明を完成した。本発明において鋼塊に施される熱間処理Ａ、
Ｂ、Ｃ項についてそれぞれ説明する。Ａ項は、通常の鋳造作業に関する項であり、鍛
練と成形を目的としている。すなわち、鋼塊にお
ける粗大な樹枝状結晶を再結晶温度以上で破壊、
微細化するとともに、気泡、亀裂などの圧着をは
かり所定の形状、ここでは次の制御鍛造で加工率
20％以上とすることができるようにすることが必
要である。鋼塊を1300℃より高温に加熱すると粒界延性が
低下し鍛造により割れが発生し、一方1100℃より
低いと鍛造の作業性が劣化するので1100℃〜1300
℃の温度範囲内に加熱する必要がある。800℃よ
り低い温度では、材料の変形抵抗が高く、上記鍛
練と成形を目的とする場合には非能率的であるの
で加工温度は800℃以上とした。Ｂ項は、本発明において施される最も重要な処
理部分である。1250℃より高温に加熱すると結晶
粒の著しい粗大化を招き、一方1050℃より低温で
の加熱では、炭窒化物の固溶が充分でなく加工後
の機械的性質に悪影響を及ぼすので1050℃〜1250
℃の温度範囲に加熱する必要がある。 100℃以上での加工は結晶粒の微細化を図つた
ものである、この温度範囲内での加工率が10％未
満であると、結晶粒微細化の効果がほとんどない
ので、加工率を10％以上とする必要がある。この
加工を行なわずに次に述べる600℃〜1000℃の温
度範囲内での加工を施すと粗大粒が残存し機械的
性質に悪影響を及ぼす。 600℃〜1000℃の温度範囲内での加工は結晶粒
微細化と炭窒化物の微細析出を図つたもので鋼を
非常に強靭化する。1000℃より高い温度で加工す
ると加工途上に炭窒化物の析出が起らず強化作用
が小さく600℃より低温での加工は、鋼の強化に
は有効であるが靭性、延性が劣化するばかりでな
く、変形抵抗が大きく加工に多大な力を要するの
で得策ではない。したがつて600℃〜1000℃の温
度範囲内で最終加工を与えることにした。最終加
工率が10％未満では、鋼の強化への寄与のが小さ
いので、10％以上の加工を施すこととした。上記加工後徐冷すると粒界に炭窒化物が析出し
著しい靭性および延性の劣化を招くので加工後は
空冷による冷却の速度以上の冷却速度で常温まで
冷却することとした。Ｃ項は、Ｂ項によつて形成された組織を破壊し
ないように必要に応じ700℃未満の温度範囲内で
熱処理を施す。700℃〜100℃に加熱すると粒界に
炭窒化物が析出して靭性および延性の劣化を招
き、1000℃より高い温度での溶体化処理を施すと
強度が著しく低下する。以上により本発明鋼はＡ項およびＢ項に記載の
加工もしくはＡ項およびＢ項に記載の加工後さら
に700℃未満での歪取焼鈍を施してなる鋼である。次に本発明において鋼素材の成分組成を限定す
る理由を説明する。炭素は、強力なオーステナイト生成元素である
と同時に、オーステナイトマトリツクスの強化に
非常に有効であるが、0.15％より多いと熱間加工
中粒界に炭化物が多量に析出し靭性を著しく損な
うので炭素は0.15％以下にする必要がある。珪素は、有効な脱酸剤で製鋼作業に不可欠の成
分であり、１％程度は通常必要とされる。また珪
素は、フエライト生成元素でありオーステナイト
マトリツクスの強化に有効である。珪素が2.0％
より多いと製造時にキズ、割れを生じやすく、ま
たδフエライトを生成して透磁率が上昇し非磁性
を劣化させる。また、珪素を0.1％未満にするこ
とは製造上困難である。したがつて珪素は0.1〜
2.0％の範囲内にする必要がある。マンガンは、オーステナイト生成元素であり、
かつ窒素の溶解度に著しく増加させる。Ni含有
量とのバランスでオーステナイト単相にするため
には7.0％以上必要であるためマンガンの下限を
7.0％とし、一方25.0％を超えて含有すると熱間
および冷間加工性が著しく悪くなるので、マンガ
ン含有量を7.0〜25.0％の範囲内にする必要があ
る。ニツケルは、Ｃ、Ｎ、Mnとともにオーステナ
イトを安定化する元素であり、安定なオーステナ
イト相を得るには最低0.5％は必要である。ニツ
ケルが10.0％を超えると価格が高くなつて経済的
に不利であり、その上強度が低下して好ましくな
い。したがつてニツケル含有量は0.5〜10.0％の
範囲内にする必要がある。クロムは耐食性を維持するための基本成分であ
ると同時にフエライト元素として作用する元素で
ある。また、マンガンと同様に窒素溶解度を著し
く増加させる。クロムが15.0％未満であると耐食
性が著しく劣化する。窒素溶解度を増すためにク
ロム量は多いほどよいが、26.0％を超えて含有す
るとオーステナイト単相組織とならずフエライト
との混合組織となり、透磁率の上昇および熱間加
工性の劣化を招く。したがつてクロムは15.0〜
26.0％の範囲内にする必要がある。モリブデンは、フエライト生成元素として作用
し、オーステナイト単相を得るには有害な元素で
ある。モリブデンがマトリツクスに固溶する範囲
内であればマトリツクスの強化、靭性の改善およ
び特に耐食性に有効である。4.0％を超えて含有
するとフエライイトを生成させオーステナイト単
相が得にくくなり、また価格が高くなつて経済的
に不利である。したがつてモリブデン含有量は、
4.0％以下にする必要がある。窒素は、炭素と同様に強力なオーステナイト生
成元素であり、かつ著しい強化作用をもつている
が、炭素と異なり熱間加工中粒界に窒化物として
析出する量は少なく、靭性を損なわずに高強度化
を可能にする元素である。0.2％未満では材料強
度の向上が期待できないので下限を0.2％とし、
また0.8％を超えて含有すると、しばしブロホー
ルを生じ健全な鋼塊が得られないので、窒素含有
量は0.2〜0.8％の範囲内にする必要がある。銅は、オーステナイト生成元素として作用しオ
ーステナイト単相を得るのに有効な元素であり、
かつオーステナイトマトリツクスを強化する元素
である。またオーステナイト中への窒素溶解度の
増加および耐食性の向上に寄与する作用がある。
0.1％未満ではその効果が少ないので0.1％以上
に、一方2.0％を超えて含有すると高温での粒界
脆化が促進され熱間加工性を著しく劣化させる。
したがつて銅含有量は0.1〜2.0％の範囲内にする
必要がある。ニオブ、ジルコニウム、バナジウム、チタン、
タンタル、アルミニウムは、結晶粒を微細化し、
材料強度の向上に大きく寄与する元素である。
0.5％を超えて含有すると材料強度への寄与が小
さくなり高価になるので、ニオブ、ジルコニウ
ム、バナジウム、チタン、タンタル、アルミニウ
ムの内から選ばれるいずれか１種または２種以上
0.5％以下にする必要がある。次に本発明を実験データについて説明する。第１表に試料No.1〜10供試材の化学成分を示
す。第２表に示す製造条件のものとで製造した前記
供試材の常温における機械的性質および透磁率を
第３表に示す。

【表】

【表】第２表中Ａ項で15Kg鋼塊を1200℃に加熱して鍛
造を施し、1000℃で前記加工を終了して40mm×40
mm×ｌmmの大きさのビレツトを得たが、前記形状
のビレツトを得るに至るまでに上記鍛造を１回行
つた。かかる処理を１ヒートという表現で第２表
に記載した。またＢ項においてはＡ項で処理した
40mm×40mm×ｌmmの大きさのビレツトを1150℃に
加熱した後鍛造を開始し、1000℃になつたときの
半製品の形状は25mm×25mm×ｌmmとなり、さらに
鍛造を続けた結果25mmφ×ｌmmの最終製品を得る
に至つたときの仕上温度は900℃であつた。第３表によれば、0.2％耐力は85.5〜94.0Kg／mm²
の範囲内にあり、また衝撃値は21.8〜28.1Kgｍ／
cm²の範囲内にあることから、本発明鋼は優れた高
強度、高靭性を有し、かつ100Oeで測定した透磁
率は何れも1.01未満と低いことが判る。次に上記試料中No.5の試料について、さらに
第４表に示す各製造条件のもとで行つた場合の常
温における機械的性質および透磁率を第５表に示
す。

【表】注：鋼塊およびビレツトの寸法はいずれもmm単位
である。

【表】第４表中例えば製造条件ｄにおいてＡ項で500
Kg鋼塊を1230℃に加熱して鍛造を施し、900℃で
前記加工を終了して140mm×140mm×ｌmmの大きさ
のビレツトを得たが、前記形状のビレツトを得る
に至るまでに上記鍛造を３回繰返した。かかる処
理の繰返しを３ヒートという表現で第４表に記載
した。また例えば製造条件ａのＢ項においてはＡ項で
処理した40mm×40mm×ｌmmの大きさのビレツトを
1150℃に加熱した後鍛造を開始し、1000℃になつ
たときの半製品の形状は25mm×25mm×ｌmmとな
り、さらに鍛造を続けた結果、25mmφ×ｌmmの最
終製品を得るに至つたときの仕上温度は900℃で
あつた。第５表によれば、本発明列にあつては0.2％耐
力は89.8〜120.5Kg／mm²の範囲内にあり、また衝
撃値は12.0〜26.8Kgｍ／cm²の範囲内にある。一方
比較例ｆ、ｉにあつては衝撃値は31.9Kgｍ／cm²、
35.1Kgｍ／cm²と高いが、0.2％耐力は60.5Kg／mm²、
70.5Kg／mm²と著しく低い。また比較例ｇ、ｈは
0.2％耐力は100.0Kg／mm²、102.1Kg／mm²と高いが、
衝撃値は何れも2.0Kg／cm²と著しく低い。以上から明らかなように、本発明例は強度と靭
性を兼ね備えているが、比較例は、強度と靭性の
いずれか一方が著しく劣つていることがわかる。
なお、第１表に示した試料No.5について第４表
に示す製造条件ｄで85mmφ×ｌmmの大きさの丸棒
を作り、これから75mmφ／55mmφ×180mmの大き
さのスリープを作製し、核融合炉実験装置で用い
られる同軸ケーブルの継手部材として使用したと
ころ、高強度、高靭性であることから、継手を作
る際の圧縮加工にも充分耐えることができた。ま
た、本発鋼の特徴である低透磁率であることから
使用中発熱を起さなかつた。以上説明したように、本発明製造方法によつて
製造された非磁性鋼は、強度と靭性とが共に優
れ、とくに核融合炉実験装置用部材としして好適
である。またリニアモーターカーの軌道用構造
材、発電機の保持リング、および超電導マグネツ
ト蓄電設備、MHD発電設備および超電導発電機
等の構造材としても有利に用いることができる。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｃ：0.15％以下、Si：0.1〜2.0％、Mn：7.0
〜25.0％、Ni：0.5〜10.0％、Cr：15.0〜26.0％、
Mo：4.0％以下、Ｎ：0.2〜0.8％を含み、残部実
質的にFeよりなる鋼を、Ａまず、1100℃〜1300℃の温度範囲内に加熱し
て加工を行い、この加工を800℃以上で終了し、Ｂ次いで、1050℃〜1250℃の温度範囲内に加熱
し、1000℃以上の温度でまず10％以上の加工を
施し、引続き600℃〜1000℃の温度範囲内で10
％以上の最終加工を施し、その後空冷速度以上
の冷却速度で常温まで冷却する、ことを特徴とする高強度非磁性鋼の製造方法。２Ｃ：0.15％以下、Si：0.1〜2.0％、Mn：7.0
〜25.0％、Ni：0.5〜10.0％、Cr：15.0〜26.0％、
Mo：4.0％以下、Ｎ：0.2〜0.8％を含み、残部実
質的にFeよりなる鋼を、Ａまず、1100℃〜1300℃の温度範囲内に加熱し
て加工を行い、この加工を800℃以上で終了し、Ｂ次いで、1050℃〜1250℃の温度範囲内に加熱
し、1000℃以上の温度でまず10％以上の加工を
施し、引続き600℃〜1000℃の温度範囲内で10
％以上の最終加工を施し、その後空冷速度以上
の冷却速度で常温まで冷却し、Ｃさらに、700℃未満の温度範囲内で熱処理を
施す、ことを特徴とする高強度非磁性鋼の製造方法。３Ｃ：0.15％以下、Si：0.1〜2.0％、Mn：7.0
〜25.0％、Ni：0.5〜10.0％、Cr：15.0〜26.0％、
Mo：4.0％以下、Ｎ：0.2〜0.8％を含み、かつ下
記(イ)、(ロ)の中から選ばれるいずれか１種または２
種を含み、残部実質的にFeよりなる鋼を、Ａまず、1100℃〜1300℃の温度範囲内に加熱し
て加工を行い、この加工を800℃以上で終了し、Ｂ次いで、1050℃〜1250℃の温度範囲内に加熱
し、1000℃以上の温度でまず10％以上の加工を
施し、引続き600℃〜1000℃の温度範囲内で10
％以上の最終加工を施し、その後空冷速度以上
の冷却速度で常温まで冷却する、ことを特徴とする高強度非磁性鋼の製造方法。 (イ) Cu：0.1〜2.0％。 (ロ) Nb、Zr、Ｖ、Ta、Ti、Alの中から選ばれ
るいずれか１種または２種以上、0.5％以下。４Ｃ：0.15％以下、Si：0.1〜2.0％、Mn：7.0
〜25.0％、Ni：0.5〜10.0％、Cr：15.0〜26.0％、
Mo：4.0％以下、Ｎ：0.2〜0.8％を含み、かつ下
記(イ)、(ロ)の中から選ばれるいずれか１種または２
種を含み、残部実質的にFeよりなる鋼を、Ａまず、1100℃〜1300℃の温度範囲内に加熱し
て加工を行い、この加工を800℃以上で終了し、Ｂ次いで、1050℃〜1250℃の温度範囲内に加熱
し、1000℃以上の温度でまず10％以上の加工を
施し、引続き600℃〜1000℃の温度範囲内で10
％以上の最終加工を施し、その後空冷速度以上
の冷却速度で常温まで冷却し、Ｃさらに、700℃未満の温度範囲内で熱処理を
施す、ことを特徴とする高強度非磁性鋼の製造方法。 (イ) Cu：0.1〜2.0％。 (ロ) Nb、Zr、Ｖ、Ta、Ti、Alの中から選ばれ
るいずれか１種または２種以上、0.5％以下。