JP3276045B2

JP3276045B2 - 遅れ破壊特性に優れた非磁性ｐｃ鋼線材およびその製造方法

Info

Publication number: JP3276045B2
Application number: JP20131495A
Authority: JP
Inventors: 幸広大石; 剛吉岡
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1994-10-12
Filing date: 1995-07-13
Publication date: 2002-04-22
Anticipated expiration: 2015-07-13
Also published as: JPH08165543A

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４−１
５４９３８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
７０％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線解析におけるｆ
ｃｃ（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３００〜６０
０℃、より好ましくは５００〜６００℃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１０％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、１１％以上１８％以下が好適
である。Ｃｒ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、ｆ
ｃｃ（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
６０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】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。（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１０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_４Ｓ
ＣＮ）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１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、５２５℃にて１０分間保持し
て水冷し、引張強度・透磁率・Ｘ線解析によるマルテン
サイト量・Ｘ線解析による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・ｆｃ
ｃ（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
度か得られるが、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〜
６００℃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１０〜６
０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を満足する鋼材を得る
ことができる。特に請求項１記載の鋼材は、透磁率、引
張強度、伸びおよび遅れ破壊に優れている。また、請求
項３記載の鋼材は、これらの機械的特性に加えて、降伏
強度、比例限およびリラクセーションに優れている。さ
らに、請求項５〜７記載の鋼材も、引張強度に優れ、低
透磁率を実現できる。特に請求項７記載の鋼材は、遅れ
破壊特性に優れている。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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平５−271768（ＪＰ，Ａ) 特開昭57−98625（ＪＰ，Ａ) 特開平６−212358（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【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％以下(５.０
％を除く)、Ｎｉ：１０．０〜１３．０％、Ｃｒ：１
５．０〜２０．０％、Ｎ：０．１〜０．５％、残部は実
質的にＦｅからなり、１００nm以下の炭化物が分散され
ており、透磁率が１．０１以下、破断強度が１６００N/
mm^２以上、伸びが３．５％以上であることを特徴とする
遅れ破壊特性に優れた非磁性PC鋼線材。
【請求項２】更に、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請求項1記載の遅れ破壊
特性に優れた非磁性PC鋼線材。
【請求項３】更に、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請求項1また
は2記載の遅れ破壊特性に優れた非磁性PC鋼線材。
【請求項４】更に、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請求項1〜3のいずれかに記載
の遅れ破壊特性に優れた非磁性PC鋼線材。
【請求項５】重量％でＣ：０．１５％以下、Ｓｉ：
２．０％以下、Ｍｎ：１．０％以上５．０％以下(５．
０％を除く)、Ｎｉ：１０．０〜１３．０％、Ｃｒ：１
５．０〜２０．０％、Ｎ：０．１〜０．５％、残部は実
質的にＦｅからなる鋼材を、０〜１００℃の温度域で線
引加工し、その後、５００〜６００℃の温度域で、１０
〜６０分加熱する熱処理を施すことを特徴とする遅れ破
壊特性に優れた非磁性PC鋼線材の製造方法。
【請求項６】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5記載の遅れ破壊特性に
優れた非磁性PC鋼線材の製造方法。
【請求項７】線引加工の温度域が０〜６０℃であるこ
とを特徴とする請求項5または6記載の遅れ破壊特性に優
れた非磁性PC鋼線材の製造方法。
【請求項８】前記熱処理を、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
に置換することを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記
載の遅れ破壊特性に優れた非磁性PC鋼線材の製造方法。