JP2000038642A

JP2000038642A - 非磁性鋼材およびその製造方法

Info

Publication number: JP2000038642A
Application number: JP11222661A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Oishi; 幸広大石; Takeshi Yoshioka; 剛吉岡
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1994-10-12
Filing date: 1999-08-05
Publication date: 2000-02-08

Abstract

(57)【要約】【課題】ＰＣ鋼としての機械的特性（引張強度、比例
限、降伏強度、伸び、リラクセーション）を満足し、か
つ遅れ破壊特性に優れた非磁性鋼材と、その製造方法を
提供する。【解決手段】重量％でＣ：０．１５％以下、Ｓｉ：
２．０％以下、Ｍｎ：１．０％以上５．０％未満、Ｎ
ｉ：１０．０〜１３．０％、Ｃｒ：１５．０〜２０．０
％、Ｎ：０．１〜０．５％、残部は実質的にＦｅからな
る鋼材を線引加工した後、熱処理する際、次の条件の少
なくとも一つを満たす。線引加工を０〜１００℃、より好ましくは０〜６０℃
の温度域にて行う。線引加工の断面減少率を５０〜７０％とする。熱処理条件を３００〜６００℃、より好ましくは５０
０〜６００℃で、１０〜６０分とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、非磁性が要求される構
造物におけるプレストレストコンクリート（以下ＰＣと
よぶ）用に好適な鋼材とその製造方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＰＣ鋼は炭素鋼をベースにした鉄
鋼材料が使用されている。これらは全て磁気的に強磁性
体であるため、リニアモーターカーのガイドウェイの様
に構造物の非磁性が要求されるところには使用できな
い。また、非磁性を実現する鉄鋼材料として、Ｍｎを１
５％程度以上添加した高Ｍｎ鋼およびオーステナイト系
のステンレス鋼が従来より知られている（特開平4-1549
38号公報、特開平4-141557号公報、特開平4-193934号公
報、特開平4-143252号公報および特公平6-4891号公報参
照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、高Ｍｎ鋼はＭ
ｎを多量に含有するため遅れ破壊特性が低下し、ＰＣ鋼
として望ましくない。また、オーステナイト系ステンレ
ス鋼にはSUS304やSUS316などがあるが、共に冷間加工に
よって透磁率が上昇し、非磁性が損なわれるほか、ＰＣ
鋼に要求される引張強度、比例限、降伏強度、伸び、リ
ラクセーションといった機械的特性を満足することがで
きないという問題があった。従って、本発明の目的は、
ＰＣ鋼としての機械的特性（引張強度、比例限、降伏強
度、伸び、リラクセーション）を満足し、かつ遅れ破壊
特性に優れた非磁性鋼材と、その製造方法を提供するこ
とにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の第一の構成は、重量％でＣ：０．１５％以
下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１．０％以上５．０％
未満、Ｎｉ：１０．０〜１３．０％、Ｃｒ：１５．０〜
２０．０％、Ｎ：０．１〜０．５％、残部は実質的にＦ
ｅからなる非磁性鋼材で、Ｎｉ＋Ｍｎ：１１〜１８％、
透磁率が１．０１以下、引張強度が１６００N/mm^２以
上、伸びが３．５％以上であることを特徴とする。その
製造方法は、同組成の鋼材を、断面減少率５０％以上７
０％以下の加工度で線引加工し、３００℃以上７００℃
以下、好ましくは５００℃以上６００℃以下に加熱する
ことを特徴とする。

【０００５】また、第二の構成は、重量％でＣ：０．１
５％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１．０％以上
５．０％未満、Ｎｉ：１０．０〜１３．０％、Ｃｒ：１
５．０〜２０．０％、Ｎ：０．１〜０．５％、残部は実
質的にＦｅからなる非磁性鋼材で、Ｎｉ＋Ｍｎ：１１〜
１８％、リラクセーション値が１．５％以下であること
を特徴とする。そして、その製造方法は、同組成の鋼材
に冷間加工を施した後、２００℃〜７００℃の温度に加
熱し、鋼材の破断荷重未満の引張力を与えることを特徴
とする。

【０００６】第三の構成は、重量％でＣ：０．１５％以
下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１．０％以上５．０％
未満、Ｎｉ：１０．０〜１３．０％、Ｃｒ：１５．０〜
２０．０％、Ｎ：０．１〜０．５％、残部は実質的にＦ
ｅからなる鋼材において、次の３つの条件のうち少なく
とも一つを満たすことを特徴とする。体積％でマルテンサイト量が２〜１０％である。Ｘ線回折におけるfcc (220) の半価幅が０．６５以
上、より好ましくは０．７以上。１００nm以下の炭化物が分散されている。

【０００７】このような鋼材の製造方法は、重量％で
Ｃ：０．１５％以下、Ｓｉ：２．０％以下、Ｍｎ：１．
０％以上５．０％未満、Ｎｉ：１０．０〜１３．０％、
Ｃｒ：１５．０〜２０．０％、Ｎ：０．１〜０．５％、
残部は実質的にＦｅからなる鋼材を線引加工した後、熱
処理する際、次の条件の少なくとも一つを満たすことを
特徴とする。線引加工を０〜１００℃、より好ましくは０〜６０℃
の温度域にて行う。線引加工の断面減少率を５０〜７０％とする。熱処理条件を３００〜６００℃、より好ましくは５０
０〜６００℃で、１０〜６０分とする。

【０００８】このように、成分や製造条件を限定した理
由は次の通りである。Ｃはオーステナイトを安定させ、
かつ固溶強化による強度向上に寄与する元素であり非常
に重要な元素である。しかし、重量％で０．１５％を越
えて含有すると炭化物が析出するため遅れ破壊特性が低
下し、延性が低下するため０．１５％以下とした。Ｓｉ
は脱酸剤として製造上必要とされる元素である。しか
し、一方ではフェライトの安定化元素であるため、２．
０％を越えて含有するとフェライトが生成し、非磁性が
損なわれる可能性があるためである。Ｍｎは強力なオー
ステナイト安定化元素であり、冷間加工後の非磁性を確
保するために必要な元素である。しかし、１．０％未満
の含有量では不十分であり、１５％を越えて含有する
と、線引加工性を低下させるばかりでなく遅れ破壊特性
も低下させるからである。遅れ破壊特性を考慮すると、
Ｍｎ量は１．０％以上５．０％未満が望ましい。

【０００９】ＮｉはＭｎ同様オーステナイト安定化元素
であり、鋼材の非磁性を確保するために有効な元素であ
る。２．０％未満ではその効果が不十分であり、１５％
を越えてもそれ以上の効果はなく、コストアップを招く
だけだからである。実用上、１０．０〜１３．０％が好
ましい。また、ＭｎとＮｉは共にオーステナイト安定化
元素であり、鋼材を確実に非磁性にするためには、Ｍｎ
＋Ｎｉの量が１１％以上必要である。一方、多すぎると
コストアップを招くため、１８％以下が好適である。Ｃ
ｒは鋼材の耐食性を向上させ、かつ適量の添加によりオ
ーステナイトの安定化に寄与する元素であるが、過剰に
含有させるとフェライトの生成を促進する。従って、耐
食性を確保する必要上、１５％以上の含有量が必要であ
るが、フェライトの生成を抑え、非磁性を確保する必要
上、２０％以下とする必要がある。ＮはＣと同様にオー
ステナイト安定化に寄与し、固溶強化により強度確保に
必要な元素である。０．１％未満ではその効果が小さ
く、０．５％を越えて含有すると製鋼時に気泡が多量に
発生し、熱間加工性を損ない、さらに遅れ破壊特性を低
下させる。

【００１０】また、このような組成を有する鋼材の線引
加工後の熱処理温度を３００℃以上７００℃以下とした
のは、非磁性ＰＣ鋼に要求される引張強度、伸びを十分
に満足する鋼材を得るためである。さらに、上記組成の
鋼材に冷間加工を施した後、破断荷重未満の引張力をか
ける際の温度条件を２００℃〜７００℃としたのは、前
記機械的特性の他、比例限、降伏限度を大幅に向上し、
リラクセーションを低く抑えるためである。なお、特公
昭61-53408号公報は、本発明の熱処理と同様の熱処理を
提案しているが、基本的に対象としている鋼材の組成が
異なっている。特にＣの含有量に関しては同公報記載の
発明が０．２％以上であるのに対し、本願のそれは０．
１５％以下と低く、低Ｃ鋼において比例限や降伏強度の
向上を図っている点で大きく異なっている。

【００１１】さらに、線引加工温度を０〜６０℃にする
ことにより、線引後のマルテンサイト量を２〜１０体積
％に、fcc(220)の半価幅を０．６５以上にすることがで
きる。マルテンサイト量が１０％を越えて存在すると、
鋼材の透磁率が大幅に上昇し、一般に非磁性といわれて
いる透磁率１．０１以下の条件を逸脱する。一方、マル
テンサイト量が２％未満では、ＰＣ鋼材として要求され
る強度を満足することができない。同様に、fcc(220)の
半価幅が０．６５未満ではＰＣ鋼材として要求される強
度を満足することができない。同半価幅が０．７０以上
であれば、特に強度向上効果が大きい。

【００１２】線引加工後の熱処理温度を３００〜７００
℃に限定することが引張強度や伸びの向上に寄与するこ
とは先に述べた。この熱処理条件を３００〜６００℃、
より好ましくは５００〜６００℃、加熱時間を１０〜６
０分に限定することで、さらに引張強度と遅れ破壊特性
を向上させることができる。即ち、この熱処理により、
鋼材に１００nm以下の微細な炭化物を分散させ、ＰＣ鋼
材として十分な強度を得ることができる。加熱時間が６
０分を越えたり、加熱温度が６００℃を越えたりする
と、炭化物が１００nmよりも大きくなり、強度は得られ
ても遅れ破壊特性が劣る。一方、加熱時間が１０分未満
であったり、加熱温度が３００℃未満であったりする
と、炭化物の析出が不十分で高強度の材料が得難い。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。（実施例１）表１に示す組成の鋼材に熱間処理を行って
７ｍｍφの線材を得た。それらを溶体化処理後、各条件
で線引加工および熱処理を行った。熱処理は各温度に１
０分間保持して水冷を行った。その後、透磁率、引張強
度、破断伸び、降伏強度、比例限、リラクセーションお
よび遅れ破壊特性の調査を行った。その結果を表２及び
図１に示す。

【００１４】

【表１】

【００１５】

【表２】

【００１６】表２は断面減少率が５５％の線引加工を行
ったものを３５０℃で１０分間加熱保持し、これを水冷
した線材に関する機械的特性の結果を示すものである。
遅れ破壊特性は、チオシアン酸アンモニウム（ＮＨ_４
ＳＣＮ）溶液中において、引張強度の７０％の荷重をか
け、破断するまでの時間が２００時間以上保持できるこ
とを条件とした。表２から分かるように、実施例中サン
プルＤは冷間加工後も最も安定した磁気特性を示し、透
磁率は非常に小さい。また、引張強度、破断伸びも他の
実施例および比較例に対して高い値を示している。一
方、図１は表１のサンプルＤに対して冷間加工後の熱処
理における加熱温度の影響を示したものである。同図に
示すように、３００℃以上７００℃以下の温度（特に、
５００〜６００℃）に加熱することによって引張強度が
大幅に向上することが確認された。

【００１７】（実施例２）表１記載のサンプルＤを用
い、熱間圧延により７ｍｍφの線材を作製した。その
後、溶体化処理を行い、断面減少率５５％で線引加工を
行って各温度に加熱し、破断荷重の５０％の荷重をかけ
た材料の降伏強度、比例限、リラクセーションを調べ
た。その結果を表３に示す。

【００１８】

【表３】

【００１９】表３に示すように、２００℃以上７００℃
以下の温度域で荷重をかけることにより、降伏強度、比
例限は大きく向上し、リラクセーションは非常に小さく
なっている。従って、ＰＣ鋼材として非常に優れている
ことが確認できた。

【００２０】（実施例３）さらに、表１記載のサンプル
Ｄを用い、各断面減少率で加工を行い、３５０℃×１０
分の熱処理を行った線材の強度と伸びを測定した。断面
減少率とこれら機械的特性の関係を図２のグラフに示
す。同図に示すように、断面減少率が高くなると、引張
強度が高くなるが伸びが小さくなる傾向があり、断面減
少率を５０〜７０％としたとき、強度と靱性に優れる線
材を得られることがわかる。

【００２１】（実施例４）表４に示す組成（表１におけ
るサンプルＤと同じ）の鋼材を熱間圧延を行って７mmφ
の線材を得た。それらを溶体化処理後、各加工温度で断
面減少率５６．５％の線引加工を行った。その後、５２
５℃にて１０分間保持して水冷し、引張強度・透磁率・
Ｘ線回折によるマルテンサイト量・Ｘ線回折によるfcc
(220)ピークの半価幅を測定した。加工温度は、線引加
工におけるダイス出口の線材の温度とした。

【００２２】

【表４】

【００２３】その結果を図３〜６に示す。各図に示すよ
うに、加工温度の低下に伴い、マルテンサイト量・fcc
(220)ピークの半価幅（オーステナイト相中の歪み量）
が増大し、引張強度を向上できることがわかる。加工温
度１００℃程度でも１６００N/mm^２の引張強度が得ら
れるが、特に６０℃以下で線引加工すると、より高強度
の線材を得ることができる。しかし、加工温度が０℃未
満になると、マルテンサイト量の増大に伴って透磁率の
上昇を招き、非磁性材料として好ましくない。

【００２４】（実施例５）表４に示す組成の鋼材を熱間
圧延を行って７mmφの線材を得た。それらを溶体化処理
後、50〜55℃で断面減少率５６．５％の線引加工を行っ
た。その後、種々の条件で熱処理を行い、引張強度・炭
化物の析出状況・遅れ破壊特性を評価した。遅れ破壊特
性は、０．１規定のＨＣｌ溶液を腐食液として破断荷重
の８０％の荷重で試験し、試験時間は最大２００時間と
した。実施例１では主にＨによる遅れ破壊特性を調べた
が、本例ではさらにＣｌ⁻ の腐食による遅れ破壊特性
も調べている。その結果を表５に示す。

【００２５】

【表５】

【００２６】同表に示すように、加熱温度が３００〜７
００℃の範囲で、１６００N/mm^２以上の引張強度が得ら
れていることがわかる。特に、加熱温度を５００〜６０
０℃にすると、微細な炭化物が析出され、引張強度の向
上が顕著に認められる。また、加熱時間を１０〜６０分
とすれば、高い引張強度と優れた遅れ破壊特性を具えた
線材を得ることができた。加熱温度が高すぎたり、加熱
時間が長すぎると、析出炭化物が大きくなり、引張強度
は高くても遅れ破壊特性が劣る。

【００２７】（実施例６）表６に示す組成の鋼材に熱間
圧延を行って７mmφの線材を得た。それらを溶体化処理
後、各加工温度で断面減少率５６．５％の線引加工を行
った。その後、５２５℃にて１０分間保持して水冷し、
得られた線材の遅れ破壊特性を評価した。評価は実施例
５と同様の方法で行った。その結果を表７に示す。同表
から明らかなように、実施例は参考例に比べて極めて優
れた遅れ破壊特性を示すことがわかる。

【００２８】

【表６】

【００２９】

【表７】

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明により非磁
性ＰＣ鋼に要求される機械的特性（引張強度、比例限、
降伏強度、伸び、リラクセーション）を満足する鋼材を
得ることができる。特に、機械的特性のみならず、遅れ
破壊特性にも優れている。従って、リニアモーターカー
のガイドウェイや核磁気共鳴断層室などの非磁性が要求
される構造物においてＰＣ鋼とし利用することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱処理温度と引張強度の関係を示すグラフであ
る。

【図２】断面減少率と機械的特性の関係を示すグラフで
ある。

【図３】線引加工温度と引張強度の関係を示すグラフで
ある。

【図４】線引加工温度と透磁率の関係を示すグラフであ
る。

【図５】線引加工温度とマルテンサイト量の関係を示す
グラフである。

【図６】線引加工温度とfcc(220)ピークの関係を示すグ
ラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％でＣ：０．１５％以下、Ｓｉ：
２．０％以下、Ｍｎ：１．０％以上５．０％未満、Ｎ
ｉ：１０．０〜１３．０％、Ｃｒ：１５．０〜２０．０
％、Ｎ：０．１〜０．５％、残部は実質的にＦｅからな
り、体積％でマルテンサイト量が２〜１０％であること
を特徴とする非磁性材料。
【請求項２】重量％でＣ：０．１５％以下、Ｓｉ：
２．０％以下、Ｍｎ：１．０％以上５．０％未満、Ｎ
ｉ：１０．０〜１３．０％、Ｃｒ：１５．０〜２０．０
％、Ｎ：０．１〜０．５％、残部は実質的にＦｅからな
り、Ｘ線回折におけるfcc(220) の半価幅が０．６５以
上であることを特徴とする非磁性材料。
【請求項３】重量％でＣ：０．１５％以下、Ｓｉ：
２．０％以下、Ｍｎ：１．０％以上５．０％未満、Ｎ
ｉ：１０．０〜１３．０％、Ｃｒ：１５．０〜２０．０
％、Ｎ：０．１〜０．５％、残部は実質的にＦｅからな
り、１００nm以下の炭化物が分散されていることを特徴
とする非磁性鋼材。
【請求項４】重量％でＣ：０．１５％以下、Ｓｉ：
２．０％以下、Ｍｎ：１．０％以上５．０％未満、Ｎ
ｉ：１０．０〜１３．０％、Ｃｒ：１５．０〜２０．０
％、Ｎ：０．１〜０．５％、残部は実質的にＦｅからな
る鋼材を、０〜１００℃の温度域で線引加工することを
特徴とする非磁性鋼材の製造方法。
【請求項５】線引加工度が断面減少率で５０〜７０％
であることを特徴とする請求項４記載の非磁性鋼材の製
造方法。
【請求項６】重量％でＣ：０．１５％以下、Ｓｉ：
２．０％以下、Ｍｎ：１．０％以上５．０％未満、Ｎ
ｉ：１０．０〜１３．０％、Ｃｒ：１５．０〜２０．０
％、Ｎ：０．１〜０．５％、残部は実質的にＦｅからな
る鋼材を線引加工し、５００〜６００℃の温度域で、１
０〜６０分加熱することを特徴とする非磁性鋼材の製造
方法。
【請求項７】線引加工を０〜１００℃の温度域で行う
ことを特徴とする請求項６記載の非磁性鋼材の製造方
法。