JPS61170545A - 耐錆性の優れた極低温用高マンガン鋼 - Google Patents

耐錆性の優れた極低温用高マンガン鋼

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JPS61170545A
JPS61170545A JP1140285A JP1140285A JPS61170545A JP S61170545 A JPS61170545 A JP S61170545A JP 1140285 A JP1140285 A JP 1140285A JP 1140285 A JP1140285 A JP 1140285A JP S61170545 A JPS61170545 A JP S61170545A
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JP
Japan
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steel
rust resistance
toughness
manganese steel
high manganese
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JP1140285A
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Inventor
Kazuo Sugino
杉野 和男
Kenichiro Suemune
末宗 賢一郎
Susumu Shimamoto
進 島本
Kiyoshi Yoshida
清 吉田
Hideo Nakajima
中嶋 秀夫
Masayuki Oshikiri
押切 雅幸
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Nippon Steel Corp
Japan Atomic Energy Agency
Original Assignee
Japan Atomic Energy Research Institute
Nippon Steel Corp
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は湿@壌境で#M性が優れ、25に以下の極低温
で優れた靭性を有する極低温用高マンガン鋼に関するも
のである。
(従来の技術) 最近、超伝導磁石を使用した核融合実験炉2粒子加速器
および発電機など大型設備が世界的に建設されつつある
が、それらの設v//Iにおいて使用される構造材は液
体ヘリウムなどの極低温液体の容器やH1云導体の支持
材およびその周辺の構造物は4に付近の極低温度に冷却
されるためにそのような温度でも脆性破壊を明さないよ
うな優れた靭性を有していなければならない、iた、磁
石容量の巨大化に伴なりて電磁力も大きくなって従来よ
シも高い応力下で使用される丸め高い強度も要求されて
いる。また、かかる構造材は断熱構造部材の一部として
表面に金属光沢を付与した後、真空に接して使用される
場合がhり、その5A面は尚真空を維持するため金属光
沢を保つことが要求されている。したがって大気中の暴
露、あるいは装置の真空夏劣化によシ大気が侵入した場
合に結露、結氷などにより金属光沢向が発錆しないこと
、すなわち耐錆性も重要な特性となる。またその他の用
途においても耐錆性は無視し得ない特性の一つである。
現在かかる要求に対し、低温における強度の増加と靭性
の向上のために通常よシもN含有量を増加させた8US
 304LN +SUB 316LNなどのCr−N1
系オーステナイト鋼が使用されているが、この鋼は耐錆
性が極めて優れている反面、4に付近の極低温でオース
テナイト組織が不安定となって靭性が低下する欠点があ
り、またN1含有量が多いため° に高価である。一方
最近では特開昭57−2868号公報、特開昭58−1
44418号公報などに示されるように多量のMmを含
有した高Mnオーステナイト鋼が低温構造用鋼として開
発されているが、これらは前記した耐錆性に欠けるとい
う問題がある。最近では湿11Sil環境の耐錆性に優
れた高Mn鋼が!#開昭59−104455号公報に1
9提某されているが、この鋼は靭性の向上をはかった。
ものではない。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は大気暴露時あるいは結露時に発銹せず、さらに
4に付近の極低温でも優れた靭性を有するt’1ttt
−安価に提供することを目的とするものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明の要旨とするところはC0,20%(重量−以下
同じ)以下、 Si0.05〜2.5%、Mn9〜35
%、Cr10〜20%、N10.1〜8.0%、N0.
001〜0.50s、Aj0.001〜0.20s、C
a0.001〜0.020−を含有し、必要に応じてさ
らにMo0.05〜4.0%、およびまたはCu # 
W * Co e Nb * Tl *volaま九は
2種以上f Cu 、 W 、 Co Kライ”C”は
総量テ0.01〜4.0 % 、 Nb 、 TI 、
 VK−)イテは総量で0.005〜2.0%を含有し
、残部が鉄および不可避的不純物から成る耐錆性の曖れ
九極低温用鋼にある。
まず本発明における化学成分の限定理由について述べる
が、こ仁に述べる機械的性質は25に以下における性質
である。
Cは多量のMnとCrt−t)Kする鋼ではきわめて有
効なオーステナイト安定化元素でラシ、オーステナイト
の安定化によj1725に以下の極低温における靭性を
向上させ、さらに引張強さを高める効果を有する。しか
し、その含有量が0.2%を超えると加工性が著しく劣
化し、さらに溶接時、あるいは応力除去焼鈍時などに6
00〜800℃に加熱された部分にOr炭化物が析出し
て耐錆性を劣化させ靭性も低下させる。したがりてC景
は0.20慢以下とした。
Siは強度上昇のために必要であるがo、oss未満で
は効果が不十分でISシ、2.5%を超えるとオーステ
ィトを不安定化して靭性を低下させるため、0.05〜
1.5 %トし九* MnはCrをio〜zo*含有する鋼のオーステナイト
相を安定化して極低温における強度と靭性を向上させる
が、9%未満では十分な量のオーステナイトが得られず
、また重量の増加とともに強度、靭性は同上するが、3
5%を超えると鋼の溶製も困虐になりMn合金の投入量
も増えて局側になる丸め35%以下とした。
Crは耐錆性を付与するとともにオーステナイトの安定
化効果を有するが、10%未満では十分な耐錆性が得ら
れず大気暴露で発情する。ま九20−を超えると7エラ
イト相を生成して靭性を安定させるのに十分な量のオー
ステナイトが得られないため10〜20%とした。
N1はオーステナイトのα′マルテンサイトへの変態を
阻止し強度と靭性を向上させる効果を有し、溶製上問題
となるM総量、Ntを減少させ得るが0.1%未満では
顕著な効果が昭められない。一方N1はMnに比べて強
化作用が小さく、またNの溶解度を減少させるためその
上限を8.01とした。
また、Nlは耐錆性を劣化させる九め6、〇−以下が好
ましい。
Nはオーステナイトを安定化させるとともに極低温にお
いて強度、特に耐力の上昇に著しい効果を有する。特に
本発明鋼ではNの溶解腿を増大させる作用のMnとCr
t−多量に含有するため、N溶解匿を減少させる作用を
有するN1を多量に含むCr−Ni糸オーステナイトス
テンレス鋼にくらべ、高強度化にはきわめて有利である
。しかしながら0.001%未満ではこのような効果が
認められず0.50%を超えると熱間加工性が悪くな夛
圧延中に割れが発生するのでN11t”0.001−0
.50%とした。
AtはMn−Cr系オーステナイト鋼の熱間加工性を向
上させ、さらにCaの歩留を向上し、かつ結晶粒を微細
化して強度を上昇させる成分で0.001  %未満で
はその効果が得られず、一方0.20%を超えると靭性
を低下させるため、o、ooi〜0.20%とした。
Caの含有はMn 9〜35%1CrlO〜20%の高
Mn 、高Cr鋼において4に付近の極低温の靭性を著
しく向上させる効果を有する。第1図はC0.02〜0
.04%、 Sl 0.20〜0.30%、Mn22〜
26 % 、 80.003〜0.005%e Cr 
13〜16%。
N10.7〜3.5%、N0.20〜0.259G、A
zo、01〜0.03%含Mする鋼の4.2にの0.2
%耐力およびシャルピー衝撃吸収エネルプーにおよtt
すCa添加の影響を示したものでめる・これらの試験値
は、1100℃で溶体化処理された厚さ30Mの厚板か
ら引張試験片(平行部の直径7n%r−ジ長450)お
よびJI84号衝耀試験片を製作し液体ヘリウム温度(
4,2K)で試峻したものである。
この結果から明らかなようにCa含有量が0.001俤
において4.2 K Kおけるシャルピー*g吸収エネ
ルギーを著しく向上するが0.020慢を超えて多量に
添加すると逆に靭性や延性の低下原因になる。したがり
てその含有量はo、ooi〜0.0201でなければな
らない、このようなCaの効果はS含有量が少いほどよ
シ大きくなるためSiは0.005。
−以下が望ましい。
本発明はさらに必要に応じてMeおよび/又はCu#W
、 Co 、 Nb 、 TI 、 ’%C)l総量以
上を含有させることができる。
本発明鋼のような極低C高Mn−Crオーステナイト鋼
はNi−0r系オーステナイトステンレス鋼と同様に応
力除去焼鈍や#供などで600〜800℃に加熱された
部分の靭性がCr炭化物などの析出によシ方化するのが
普通でるるか、このIA象をなくすにはMO添加がきわ
めて効果的であることを本発明者らは知見した。第2図
鉱、C0,002〜0.004% 、 Si 0.3〜
0.5%、 Mn22.0〜23.0%、So、003
 % 、 N 0.22〜0.23%、 Cr 12.
5〜13.5% 、 Ni 2.8〜3.3%、 At
0.01〜0.03%、 Ca0.002〜0.003
 %およびNoを含有する鋼を厚さ30鵡に圧延後、1
100℃で溶体化処理した板、およびさらにその溶体化
6理の後700℃で2時間の加熱処、珊した板から引張
試験片(平行部直径7g、r−ジ長45n)とJI84
号−7ヤ/L/ビー衡乍試験片を製作し、液体ヘリウム
温度(4,2K)で試験した結果を示す。この結果から
れかるように溶体化処理t&700℃加熱によるrN撃
吸収エネルギーの低下はMoの添加によプ著しく軽減さ
れる。
このようなMo効果はその含有量が0.1%以上でらら
れれ、4%を超えるとフェライト相を生成して靭性が低
下するためにMe鰍を0.05〜4.0%とした・ Cu e W a Coは0.01%以上でa注の同上
と地の強化に効果t−有するが4.0%を超えると・初
注の劣化が始まるためそれらの成分の含有量の総和は0
.O2N2.0%でなければならない、 Nb # T
i 。
Vは析出硬化および結晶籾微細化により強度を上昇させ
る効果を有する。しかしこれらの元素は総量で2.0%
を超えると靭性が低下するため総量で0.005〜2.
0%とした。
極低温として、25に以下の温度を用いているが、これ
は現在の超電導磁石がほとんどの場合、液化ヘリウム(
4,2K)で冷却されておシ、また試験の使宜上冷媒と
して液化ヘリウムを用いたためである。実際の使用温度
としては、超流動液化ヘリウムの温度(2,1K)から
液化水素の温度(20,4K)tでを対象としている。
iた、既述のように、最近では磁石容量の巨大化にとも
なう設備の使用応力の増大によJ)25に以下の温度で
1100MPa以上の耐力を要求される場合があるが、
その場合にはN含有量を0.20%以上にする必要がら
る・ 従来、かかる用途に用いられる構造用鋼は強蝉場で用い
られるため、非磁性であることが要求され、従りて4,
2に付近の使用温度で完全にオーステナイトであること
が必要でちった。しかし、本発明鋼では4.2に付近に
おいて完全に非磁性であることは必ずしも必要とするも
のではなく、オーステナイト相の他に強磁性のフェライ
ト相が存在することを妨げるものではなi、そのために
はオーステナイト相は5Ots以上存在すればよく、こ
の限度内で合金元素の増減、取捨選択を行ない得る。も
ちろん4.2Kにおいて完全なオーステナイト鋼とする
ことは可能であってこの場合にはAtは0.005〜0
.0896 、 Drは10〜18 % 、 Mnは2
0〜27%、Nは0.20〜0.40%とすることが望
ましい・ 不発明鋼は、次に述べる工程に従りて製造される。すな
わち転炉あるいは電気炉などの溶解炉を用い、さらに必
talcよっては真空脱ガス法、取鍋N線法、再溶解法
などを用いてn諌することによって所定成分の#!mt
″得、これを鋼塊とした後、1000〜1250℃に加
熱して分JIIBm延ま九は鍛造することによシ、ある
いは迩続鋳造することによって鋼片とする。この鋼片を
通常の方法によって1000〜1250℃に再加熱した
後、あるいは鋼片製造直後、低温まで冷却することなく
圧延または鍛造などの加工を行なって厚板、形鋼、棒鋼
、線材、熱延薄板などとして製造される。この圧延また
は環造後の冷却は通常行われるように自然放冷でもよい
が、冷却中の炭窒化物の析出による靭性や耐錆性の劣化
を防ぐために水冷などの急冷を行ってもよい。
本発明鋼は、圧延または鍛造の11で使用してもよいが
耐錆性や靭性をよ多安定させるには900〜1150℃
に加熱して固溶化処理する仁とが望ましい。
さらに、このよう和して製造された熱延薄板については
、通常の方法で冷間圧延を行い900〜1150℃で再
結晶および固溶化のための熱処理を行って冷延薄板とす
ることができる。
壜た、本発明鋼は切61j1曲げなどの加工、および浴
接も問題なく行いうる。ま九、?ルトとしての使用もも
ちろん可能でめる壽 次に本発明を実施例について説明する。
第1表に、不発#46Aおよび比較鋼の化学成分と機械
的性質および耐誘性を示す、これらの特性は厚さ30M
の厚板を1100℃で溶体化処理後水焼入した後、所定
寸法の試験片を製作し試験したものである。
lから131での鋼は本発明鋼であるか、14から15
までの鋼伐比較鋼である。この結果かられかるように、
本発明鋼は比較鋼に比べて@零値が著しく優れているこ
とがわかる。また、本発明鋼は60日間の屋外曇露試験
を行っても全く錆が発生することなく耐誘性もきわめて
優れている。
比較鋼のうち、1J410はCaを含有していないこと
を除けば本発明の成分を満足する鋼であシ、鋼11 ハ
SUS 304LN、 412は低C−2596Mn 
711 テある。
(発明の効果) 以上の如く本発明によれば耐誘性と靭性に浸れ九極低温
用高マンガン鋼を提供しうるので、産業上婢益するとこ
ろが極めて大である。
【図面の簡単な説明】
@1図は鋼中のCajlと0.2%耐力、シャルピー*
m吸収エネルイーとの関係を示す図、第2図は鋼中のM
e量と0.2%耐力、シャルピー@撃吸収エネルイーと
の関係を示す図である。 Ca(%)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)C0.20%以下、Si0.05〜2.5%、M
    n9〜35%、Cr10〜20%、Ni0.1〜8.0
    %、N0.001〜0.50%、Al0.001〜0.
    20%、Ca0.001〜0.020%を含有し、残部
    が鉄および不可避的不純物から成ることを特徴とする耐
    錆性の優れた極低温用高マンガン鋼。
  2. (2)C0.20%以下、Si0.05〜2.5%、M
    n9〜35%、Cr10〜20%、Ni0.1〜8.0
    %、N0.001〜0.50%、Al0.001〜0.
    20%、Ca0.001〜0.020%およびMo0.
    05〜4.0%を含有し、残部が鉄および不可避的不純
    物から成ることを特徴とする耐錆性の優れた極低温用高
    マンガン鋼。
  3. (3)C0.20%以下、Si0.05〜2.5%、M
    n9〜35%、Cr10〜20%、Ni0.1〜8.0
    %、N0.001〜0.50%、Al0.001〜0.
    20%、Ca0.001〜0.020%を含有し、さら
    にCu、W、Co、Nb、Ti、Vの1種または2種以
    上をCu、W、Coについては総量で0.01〜4.0
    %、Nb、Ti、Vについては総量で0.005〜2.
    0%を含有し、残部が鉄および不可避的不純物から成る
    ことを特徴とする耐錆性の優れた極低温用高マンガン鋼
    。
  4. (4)C0.20%以下、Si0.05〜2.5%、M
    n9〜35%、Cr10〜20%、Ni0.1〜8.0
    %、N0.001〜0.50%、Al0.001〜0.
    20%、Ca0.001〜0.020%およびMo0.
    05〜4.0%を含有し、さらにCu、W、Co、Nb
    、Ti、Vの1種または2種以上をCu、W、Coにつ
    いては総量で0.01〜4.0%、Nb、Ti、Vにつ
    いては総量で0.005〜2.0%を含有し、残部が鉄
    および不可避的不純物から成ることを特徴とする耐錆性
    の優れた極低温用高マンガン鋼。
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