JPH0619110B2

JPH0619110B2 - 極低温用高Ｍｎオ−ステナイトステンレス鋼の製造方法

Info

Publication number: JPH0619110B2
Application number: JP61115725A
Authority: JP
Inventors: 晴男梶; 睦生廣松; 正二登根
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1986-05-19
Filing date: 1986-05-19
Publication date: 1994-03-16
Anticipated expiration: 2009-03-16
Also published as: JPS62270721A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、極低温において高耐力、高靭性及びすぐれた
磁気特性を兼ね備えた極低温用高Ｍｎオーステナイトス
テンレス鋼の製造方法に関する。

（従来の技術）核融合炉、リニアモーターカー、電磁推進船、大型加速
器等に用いられる超電導マグネツトは、その稼動時に液
体ヘリウム温度（-269℃）に冷却され、しかも、強磁場
中で繰返しの高応力が働く過酷な環境下に曝される。従
つて、超電導マグネツトの支持構造材料には、-269℃に
おいて高耐力及び高靭性を有する非磁性鋼が要求され
る。

従来、極低温用の非磁性鋼としては、SUS 304L、304L
N、316L 等のオーステナイトステンレス鋼が用いられて
いるが、これらのステンレス鋼は-269℃においてすぐれ
た靭性を有するものの、耐力が低いという大きな欠点を
有している。そのために、上記従来のオーステナイトス
テンレス鋼を超電導マグネツトの構造材料として用いる
ためには、肉厚を大きくせざるを得ず、その結果とし
て、液体ヘリウムによる冷却効率が極めて悪くなつた
り、或いは、超電導マグネツトを大型化、大重量化せざ
るを得ないという問題を有している。

（発明の目的）本発明は、上記した極低温用非磁性鋼としての従来のオ
ーステナイト系ステンレス鋼における問題を解決するた
めになされたものであつて、極低温において高耐力、高
靭性及びすぐれた磁気特性を兼ね備えた極低温用高Ｍｎ
オーステナイトステンレス鋼の製造方法を提供すること
を目的とする。

（発明の構成）本発明による極低温用高Ｍｎオーステナイトステンレス
鋼の製造方法は、重量％でＣ０．０１〜０．１５％、Ｓｉ０．１０〜２．００％、Ｍｎ１６〜３０％、Ｎｉ０．１〜８．０％、Ｃｒ１２〜２０％、Ｐ０．０３％以下、Ｓ０．０２％以下、及びＮ０．１０〜０．３５％を含有する鋼塊又は鋼片を熱間圧延した後、全圧下率１
０％以上にて冷間圧延を施し、次いで、９００〜１１５
０℃の温度にて溶体化処理を施した後、全圧下率０．５
〜１０％にて冷間圧延を施すことを特徴とする。

先ず、本発明鋼において化学成分を限定した理由を説明
する。

Ｃは、オーステナイトの安定化と耐力の向上に有効な元
素である。添加量が０．０１％よりも少ないときは、上
記効果に乏しく、他方、０．１５％を越えて過多に添加
するときは、鋼の靭性を劣化させると共に、耐銹性をも
損なうこととなる。従つて、本発明においては、Ｃ量は
０．０１〜０．１５％の範囲とする。

Ｓｉは、鋼溶製時の脱酸に必要であると共に、耐力の向
上にも有効である。かかる効果を有効に発現させるため
には、０．１０％以上を添加することが必要である。し
かし、２．００％を越えて過多に添加するときは、鋼の
高温延性を阻害し、また、靭性を低下させる。従つて、
本発明においては、Ｓｉの添加量は０．１０〜２．００
％の範囲とする。

Ｍｎも、Ｃと同様に、オーステナイトの安定化効果を有
すると共に、靭性を向上させ、また、Ｎの固溶限を増大
させる。しかし、本発明で規定する範囲のＮｉ量におい
ては、Ｍｎの添加量が１６％よりも少ないときは、極低
温においてオーステナイトを十分に安定化させることが
できない。一方、３０％を越えて過多に添加するとき
は、δフエライトを生成しやすくなつて、鋼の熱間加工
性、靭性及び磁気特性を劣化させる。従つて、本発明に
おいては、Ｍｎの添加量は１６〜３０％の範囲とする。

Ｐ及びＳは、鋼の熱間加工性、溶接性及び靭性を損なう
不純物元素であるので、本発明鋼においては、その含有
量を極力抑えることが好ましい。しかし、製鋼上の経済
性を考慮して、含有量は、Ｐについては０．０３％以下
とし、Ｓについては０．０２％以下とする。

Ｎｉは、オーステナイトの安定化と靭性の向上に有効で
あるが、かかる効果を有効に発現させるためには、少な
くとも０．１％の添加を要する。しかし、本発明で規定
するＭｎ量の範囲においては、Ｎｉを８．０％を越えて
過多に添加しても、上記効果が飽和し、また、経済性を
損なうので、Ｎｉの添加量は０．１〜８．０％の範囲と
する。

Ｃｒは、鋼に耐銹性を付与すると共に、耐力の向上及び
Ｎ固溶限の増大にも有効な元素であり、これらの効果を
有効に得るために、本発明鋼においては、少なくとも１
２％を添加することが必要である。他方、２０％を越え
る多量の添加は、δフエライトの生成を促し、熱間加工
性、靭性、磁気特性等を劣化させるので、添加量は１２
〜２０％の範囲とする。

Ｎは、Ｃと同様に、侵入型固溶元素として鋼のオーステ
ナイトの安定化と耐力の向上に極めて有効であるが、上
記効果を有効に発現させるためには、添加量は０．１０
％以上であることが必要である。しかし、０．３５％を
越えて過多に添加する場合は、靭性や溶接性の劣化が著
しい。従つて、Ｎの添加量は０．１０〜０．３５％の範
囲とする。

更に、本発明鋼は、上記した元素に加えてＣｕ、Ｍｏ及
びＷよりなる群から選ばれる１種又は２種以上の元素を
総量にて０．０１〜２．００％の範囲で含有することが
できる。これらの元素はいずれも、オーステナイト地を
強化し、高耐力化に有効である。しかし、添加量が総量
にて０．０１％よりも少ないときは上記効果に乏しく、
他方、総量にて２．００％を越えて過多に添加するとき
は、鋼の靭性を劣化させるので、添加量は総量にて０．
０１〜２．００％の範囲とする。

また、本発明鋼は上記した元素に加えて、又は上記した
元素とは独立して、Ｎｂ０．０１〜０．５０％、Ｖ０．０１〜０．５０％、及びＴｉ０．０１〜０．５０％よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有す
ることができる。

Ｎｂ、Ｖ及びＴｉは、いずれも固溶強化又は析出強化に
よつて鋼の耐力向上に有効である。かかる効果を有効に
発現させるためには、それぞれの元素について、０．０
１％以上添加することが必要である。しかし、添加量が
０．５０％を越えるときは、靭性を劣化させるので、添
加量の上限はそれぞれの元素について、０．５０％とす
る。

更に、本発明鋼は、上記した諸元素と共に、又は独立し
て、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｅ及びＺｒよりなる群から選ばれる
少なくとも１種の元素を総量にて０．００１〜０．１０
０％の範囲で含有してもよい。これら元素はいずれも、
鋼の清浄化や、介在物の微細化、球状化作用を有して、
鋼の熱間加工性及び靭性を向上させるが、総量で０．０
０１％よりも少ない添加によつては、上記効果を有効に
得ることができず、他方、総量にて０．１００％越える
過多量の添加は、却つて鋼の清浄度を劣化させ、また、
鋼の靭性を劣化させる。

本発明の方法によれば、上記した化学成分を有する鋼塊
又は鋼片を熱間圧延した後、全圧下率１０％以上にて冷
間圧延を施し、次いで、９００〜１１５０℃の温度にて
溶体化処理を施した後、更に、全圧下率０．５〜１０％
にて冷間圧延を施すことによつて、極低温用高Ｍｎオー
ステナイトステンレス鋼を得る。

先ず、熱間圧延後の全圧下率１０％以上の冷間圧延は、
後述する溶体化処理後に鋼のオーステナイト粒を微細化
すると共に、製品の寸法精度を高めるために必要であ
る。この冷間圧延後の溶体化処理は、９００〜１１５０
℃の温度にて行なわれる。９００℃よりも低いときは、
析出物の固溶や、オーステナイト結晶粒の整粒化に不十
分であり、耐銹性及び靭性が劣化する。しかし、１１５
０℃を越える高温域での溶体化処理を行えば、オーステ
ナイト結晶粒の粗大化が著しく、耐力の低下が大きい。

本発明の方法においては、上記溶体化処理後に、全圧下
率０．５〜１０％にて、更に、冷間圧延が行なわれる。
本発明者らは、この冷間圧延によつて、オーステナイト
ステンレス鋼の-269℃における耐力が増大すると同時に
延性及び靭性が改善されることを見出したものである。

表における鋼種Ａの化学成分を有する鋼を板厚４．０mm
に熱間圧延した後、板厚２．０mmに冷間圧延し、更に、
１０５０℃で溶体化処理を施した。これら鋼板を用い
て、全圧下率０〜２０％の範囲にて更に冷間圧延し、こ
のようにして得られた鋼板について、-269℃において引
張試験及び切欠付き引張試験を行なつた。

その結果を第１図に示すが、本発明者らは、冷間圧延率
が増大するにつれて-269℃での耐力及び引張強さが向上
し、他方、伸びは、冷間圧延率約２〜５％の範囲までは
上昇し、その後、冷間圧延率が増加するにつれて低下す
ることを見出した。即ち、冷間加工率０．５〜１０％の
範囲にて冷間圧延した鋼板は、かかる冷間圧延を施さな
い鋼板に比べて、耐力及び引張強さが高く、しかも、延
性が同時以上である。

一方、切欠付き引張試験による破断強さ／平滑引張試験
による０．２％耐力として定義される靭性も、伸びと同
様の傾向を示し、冷間加工率が０．５〜１０％の範囲で
ある鋼板は、冷間加工を施さない鋼板に比べて、同等又
はそれ以上の靭性を有する。

（発明の効果）Ｎ強化型の高Ｍｎオーステナイトステンレス鋼は本来、
溶体化処理ままでも、SUS 304L、304 LN等の鋼と比べ
て、高耐力を有するが、本発明に従つて、所定の化学成
分を有する鋼を所定の条件にて処理することによつて、
一層の高耐力を得ることができ、同時に延性及び靭性を
も向上させる。従つて、本発明によるオーステナイトス
テンレス鋼によれば、例えば、超電導マグネツトの薄肉
化や軽量化を達成することができる。

尚、本発明による製造方法は、鋼板のみならず、線材、
棒鋼、鍛造品、型鋼等への適用も可能である。

（実施例）以下に実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明はこ
れら実施例によつて何ら限定されるものではない。

実施例１表に示す化学成分を有する本発明鋼１〜８及び比較鋼９
〜１６を真空溶解炉にて溶製し、熱間鍛造後、熱間圧延
して、厚さ４．０mmの熱間圧延板を製造した。次いで、
これを酸洗した後、冷間圧延によつて厚さ２．０〜３．
８mmの冷延鋼板を製造し、更に、これら冷延鋼板に８５
０〜１２００℃の溶体化処理を施した。これら冷間圧延
板を酸洗した後、更に、全圧下率０〜２０％の範囲で冷
間圧延を行なつて、供試材とした。これら供試材について、液
体ヘリウム温度（-269℃）において引張試験及び切欠付
き引張試験を行なつた。

本発明の方法による本発明鋼１〜８は、-269℃において
耐力１２０kgf/mm²以上、引張強さ１６０kgf/mm²以上の
高強度を有すると同時に、伸びが３５％以上であつて、
極めてすぐれた延性を有している。また、靭性（定義は
前記に同じ。）もすぐれており、１．５以上の高い値を
示す。

更に、冷間圧延後の-269℃における透磁率はいずれも
１．０以下と低く、すぐれた磁気特性をも有している。

一方、比較鋼９〜１５は、化学成分は、本発明で規定す
る範囲にあるが、製造方法が本発明で規定する条件を満
たしていないために、所定の諸特性を備えていない。

即ち、比較鋼９は、溶体化処理後の冷間圧延を行なつて
いないので、強度、延性及び靭性すべて本発明鋼よりも
劣る。比較鋼１０及び１１は、溶体化処理後の冷間圧延
率がそれぞれ１５％及び２０％と大きいために、強度は
高いが、延性及び靭性が低い。比較鋼１２は、溶体化処
理温度が１２００℃と高すぎるために、特に、耐力が低
い。比較鋼１３は、反対に、溶体化処理温度が低すぎる
ために、炭窒化物の固溶が十分でなく、且つ、オーステ
ナイトが混粒となつているために、延性及び靭性が極め
て低い。比較鋼１４は、熱間圧延後の冷間圧延率が５％
と小さいために、溶体化処理後のオーステナイト粒が粗
大化しており、耐力及び引張強さが十分ではない。

比較鋼１５は、溶体化処理後の冷間圧延率が１５％と大
きいために、延性及び靭性が低い。また、比較鋼１６
は、Ｎ量が０．０５％と低いために、耐力及び引張強さ
が十分ではなく、且つ、-269℃において透磁率も悪い。

【図面の簡単な説明】

図面は、表において鋼種Ａにて示す化学成分を有する鋼
を板厚４．０mmに熱間圧延した後、板厚２．０mmに冷間
圧延し、更に、１０５０℃で溶体化処理を施し、このよ
うにして得た鋼板を用いて、全圧下率０〜２０％の範囲
にて更に冷間圧延し、このようにして得られた鋼板につ
いて、-269℃における０．２％耐力、引張強さ、伸び及
び靭性に及ぼす冷間圧延率の影響を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％でＣ０．０１〜０．１５％、Ｓｉ０．１０〜２．００％、Ｍｎ１６〜３０％、Ｎｉ０．１〜８．０％、Ｃｒ１２〜２０％、Ｐ０．０３％以下、Ｓ０．０２％以下、及びＮ０．１０〜０．３５％を含有する鋼塊又は鋼片を熱間圧延した後、全圧下率１
０％以上にて冷間圧延を施し、次いで、９００〜１１５
０℃の温度にて溶体化処理を施した後、更に、全圧下率
０．５〜１０％にて冷間圧延を施すことを特徴とする極
低温用高Ｍｎオーステナイトステンレス鋼の製造方法。
【請求項２】重量％で (a)Ｃ０．０１〜０．１５％、Ｓｉ０．１０〜２．００％、Ｍｎ１６〜３０％、Ｎｉ０．１〜８．０％、Ｃｒ１２〜２０％、Ｐ０．０３％以下、Ｓ０．０２％以下、及びＮ０．１０〜０．３５％を含有し、更に、 (b)Ｎｂ０．０１〜０．５０％、Ｖ０．０１〜０．５０％、及びＴｉ０．０１〜０．５０％よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素と、 (c)Ａｌ、Ｃａ、Ｃｅ及びＺｒよりなる群から選ばれる
１種又は２種以上の元素を総量にて０．００１〜０．１
００％とを含有する鋼塊又は鋼片を熱間圧延した後、全
圧下率１０％以上にて冷間圧延を施し、次いで、９００
〜１１５０℃の温度にて溶体化処理を施した後、更に、
全圧下率０．５〜１０％にて冷間圧延を施すことを特徴
とする極低温用高Ｍｎオーステナイトステンレス鋼の製
造方法。
【請求項３】重量％で (a)Ｃ０．０１〜０．１５％、Ｓｉ０．１０〜２．００％、Ｍｎ１６〜３０％、Ｎｉ０．１〜８．０％、Ｃｒ１２〜２０％、Ｐ０．０３％以下、Ｓ０．０２％以下、及びＮ０．１０〜０．３５％を含有し、更に、 (b)Ｃｕ、Ｍｏ及びＷよりなる群から選ばれる１種又は
２種以上の元素を総量にて０．０１〜２．００％と、 (c)Ａｌ、Ｃａ、Ｃｅ及びＺｒよりなる群から選ばれる
１種又は２種以上の元素を総量にて０．００１〜０．１
００％とを含有する鋼塊又は鋼片を熱間圧延した後、全
圧下率１０％以上にて冷間圧延を施し、次いで、９００
〜１１５０℃の温度にて溶体化処理を施した後、更に、
全圧下率０．５〜１０％にて冷間圧延を施すことを特徴
とする極低温用高Ｍｎオーステナイトステンレス鋼の製
造方法。
【請求項４】重量％で (a)Ｃ０．０１〜０．１５％、Ｓｉ０．１０〜２．００％、Ｍｎ１６〜３０％、Ｎｉ０．１〜８．０％、Ｃｒ１２〜２０％、Ｐ０．０３％以下、Ｓ０．０２％以下、及びＮ０．１０〜０．３５％を含有し、更に、 (b)Ｃｕ、Ｍｏ及びＷよりなる群から選ばれる１種又は
２種以上の元素を総量にて０．０１〜２．００と、 (c)Ｎｂ０．０１〜０．５０％、Ｖ０．０１〜０．５０％、及びＴｉ０．０１〜０．５０％よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素と、 (d)Ａｌ、Ｃａ、Ｃｅ及びＺｒよりなる群から選ばれる
１種又は２種以上の元素を総量にて０．００１〜０．１
００％とを含有する鋼塊又は鋼片を熱間圧延した後、全
圧下率１０％以上にて冷間圧延を施し、次いで、９００
〜１１５０℃の温度にて溶体化処理を施した後、更に、
全圧下率０．５〜１０％にて冷間圧延を施すことを特徴
とする極低温用高Ｍｎオーステナイトステンレス鋼の製
造方法。