JPH0241576B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） この発明は極低温用非磁性鋼に関するものであ
る。さらに詳しくは、この発明は、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有用な極低温用非磁性鋼に
関するものである。 （従来の技術） 超電導を利用する極低温機器類の開発にともな
つて、これに使用する材料の高性能化が要望され
ている。なか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
20K以下の極低温領域にわたつて高強度を有する
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ともない、機器の機械部材中
に溶接部の存在下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−1.3Mo、Mn1.5（重
量％）が知られている。この合金は常温域で700
〜800MPa、4Kで900〜1000MPa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
ながら、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なされていない。すなわ
ち、溶接性がよくないため、溶接を必要とする部
材としては使用が困難である上に、極低温下では
弱い強磁性体になるという欠点があつた。 このような溶接性を改善した合金として
JBK75鉄基合金（Fe−30Ni−15Cr−2.2Ti−
1.3Mo、Mn0.1（重量％））が開発されている
が、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A286
の鉄基超合金よりも強い強磁性体になるという欠
点を有している。 （発明の目的） この発明は以上の通りの従来の極低温用鉄基超
合金の欠点を改善し、溶接性に優れ、20K以下の
超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ことを目的とし
ている。 （発明の構成） この発明は、前記目的を実現するものとして、
重量百分率で、Fe−（23〜30）Ni−（13〜16）Cr
−（1.5〜３）Ti−（１〜３）Moにさらに３〜15重
量％のMnを加えた鉄基合金を提供し、極低温域
における合金の強磁性化を阻止する。また、この
発明の合金においては、微量不純物元素の割合を
Ｃ0.02重量％、Ｐ0.005重量％、Ｓ0.005重
量％、Si0.2重量％、Ｂ0.002重量％とする。
これらの不純物元素の含有量が上記範囲より多い
場合には溶接性ならびに低温靭性が損われる。さ
らにこの発明においては、前記組成のほか、強化
元素としてAlを0.5重量％以下、固溶炭素の固定
化のためＶを0.5重量％以下含ませることも態様
としている。 上記の組成の範囲とすることの理由は次の通り
である。 Ni：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重量％を超えると極
低温領域で強磁性化する。 Cr：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％をこ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：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：Tiが1.5重量％より少ないと時効によつて
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：Moが１重量％より少ないと時効により
粒界反応型析出が生じ、低温靭性が著しく損わ
れ、３重量％をこ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Al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、Ｓ、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、合金の低温靭性を悪化させる
ので可能な限り少なくすることが必要である。こ
れらの元素のうち、C0.02重量％、P0.005重量％、
S0.005重量％、Si0.2重量％及びB0.002重量％よ
り多くの割合を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
物の形式を招き、溶接性ならびに低温靭性が損わ
れる。 以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明に
ついて説明する。 実施例 １〜９ (A) 表１に示したように、NiとMnの量を変えた
組成のFe−（23〜30）Ni−14Cr−（３〜15）
Mn−2.2Ti−1.4Moの６種類の合金を作製し
た。 これらの合金中に含まれた不純物元素量は、
Ｃ0.005％、Si＝0.1％、Ｐ0.003％、Ｓ
0.005％、Ｂ＜0.001％（％はいずれも重量％）
であつた。 これらの合金をアルゴン雰囲気中で溶製し、
1100℃で１時間均一化焼鈍後、熱間鍜圧によつ
て15×60mm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、ピツカース硬さ320〜330Hv
を得た。 この試料より引張試験片、シヤルビー試験片
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つた。その結果は表１
に示した通りであつた。 比較のために、A286（Ni26％、Mn1.5％）及
びJBK75（Ni30％、Mn0.05％）の合金につい
ても同様にして強度試験および磁性測定を行つ
た。その結果を表２に示した。 この表１および表２の結果が示すように、こ
の発明の極低温用非磁性鋼は、従来のA286及
びJBK75と同等の高い強度を持つており、し
かも、磁性の面では、従来の合金に比べて磁化
量を約1/2〜１／10と著しく減少させることが
できるという優れた効果を有することがわか
る。

【表】

【表】 (B) 前記の時効処理後の板材（15×60×200mm）
に電子ビーム溶接を板の長手方向にビ−ム電圧
50KV、ビーム電流170mA、溶接速度125cm／
min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ヤルピ
ー衝撃試験を行つた。それらの試験結果は表３
に示した通りであつた。 この表３の比較例を含めた結果からも明らか
なように、この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4Kで高い靭性を持つている。

【表】 実施例 10〜12 実施例１，３および５の組成のものさらにAl
を0.1重量％、またＶを0.1重量％含有した組成の
合金を作製し、上記と同様の試験を行つた。その
結果、表４の結果が得られた。なお、実施例５の
組成に0.1％Alを含有させた合金の溶接部の組織
例を光学顕微鏡写真として示したものが第１図で
ある。溶接部の欠陥は認められない。

【表】 （発明の効果） この発明の合金は次のような優れた効果を奏し
得られる。 (1) 常温ならびに極低温域において高い強度を有
し、かつ欠陥を生じさせることなく溶接するこ
とが可能である。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量が小
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。従つ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
素として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図はこの発明の合金のFe−30Ni−14Cr−
12Mn−2.2Ti−0.1Al−1.4Moの組成合金の溶接
部の組織を示した光学顕微鏡写真である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 重量百分率で、Ni23〜30％、Cr13〜16％、
   Mn3〜15％、Ti1.5〜３％、Mo1〜３％、残部は
   Feよりなる組成を有し、かつ、微量不純物元素
   量がＣ0.02％、Ｐ0.005％、Ｓ0.005％、Si
   0.2％、Ｂ0.002％であることを特徴とする極
   低温用非磁性鋼。 ２ 重量百分率で、Ni23〜30％、Cr13〜16％、
   Mn3〜15％、Ti1.5〜３％、Mo1〜３％、Alを0.5
   重量％以下および／またはＶを0.5重量％以下と
   残部がFeよりなる組成を有し、かつ、微量不純
   物元素量がＣ0.02％、Ｐ0.005％、Ｓ＜0.005
   ％、Si0.2％、Ｂ0.002％であることを特徴と
   する極低温用非磁性鋼。