(57)【要約】【課題】  比重を改善し、比強度、ヤング率、降伏応力、引張応力を高め、かつ耐酸化性に富む材料を提供することを課題とする。【解決手段】  Ｍｎ：１５．０〜４５．０質量％、Ａｌ：８．０〜２０．０質量％、Ｃ：０．０１〜２．５質量％、Ｓｉ：０．０１〜５．０質量％、Ｃｒ：０．０１〜１０．０質量％、Ｂ：０．００１〜１．５質量％、Ｎ：０．０１〜１．５質量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、α相分率１０〜９５％であるγ＋αの２相を備えた鉄合金からなることを特徴とする低比重鉄合金。【選択図】  図４  
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｎ：１５．０〜４５．０質量％、Ａｌ：８．０〜２０．０質量％、Ｃ：０．０１〜２．５質量％、Ｓｉ：０．０１〜５．０質量％、Ｃｒ：０．０１〜１０．０質量％、Ｂ：０．００１〜１．５質量％、Ｎ：０．０１〜１．５質量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、α相分率１０〜９５％であるγ＋αの２相を備えた鉄合金からなることを特徴とする低比重鉄合金。
【請求項２】
Ａｌ当量（原子量％）＝（Ａｌ原子量％＋１．０７Ｓｉ原子量％＋１．０９Ｃ原子量％＋１．３２Ｎ原子量％＋１．０４Ｂ原子量％）及びＭｎ当量（原子量％）＝（Ｍｎ原子量％＋１．５１Ｃｒ原子量％）で示されるＡｌ当量対Ｍｎ当量図（図１）において、（Ａｌ：１５．１原子量％、Ｍｎ：５６．３原子量％）、（Ａｌ：４１．８原子量％、Ｍｎ：４６．７原子量％）、（Ａｌ：４４．９原子量％、Ｍｎ：１１．３原子量％）、（Ａｌ：１５．６原子量％、Ｍｎ：１３．９原子量％）、（Ａｌ１５．３原子量％、Ｍｎ１７．４原子量％）の５点で囲まれる領域Ａにあり、比重５．５〜７．０ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１記載の低比重鉄合金。
【請求項３】
Ｍｎ：１８．０〜４５．０質量％、Ａｌ：１３．０〜２０．０質量％、Ｃ：０．０１〜２．５質量％、Ｓｉ：０．０１〜５．０質量％、Ｃｒ：０．０１〜１０．０質量％、Ｂ：０．００１〜１．５質量％、Ｎ：０．０１〜１．５質量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、α相分率１０〜９５％であるγ＋αの２相を備えた鉄合金からなることを特徴とする低比重鉄合金。
【請求項４】
Ａｌ当量（原子量％）＝（Ａｌ原子量％＋１．０７Ｓｉ原子量％＋１．０９Ｃ原子量％＋１．３２Ｎ原子量％＋１．０４Ｂ原子量％）及びＭｎ当量（原子量％）＝（Ｍｎ原子量％＋１．５１Ｃｒ原子量％）で示されるＡｌ当量対Ｍｎ当量図（図２）において、（Ａｌ：２３．４原子量％、Ｍｎ５３．７原子量％）、（Ａｌ：４１．８原子量％、Ｍｎ：４６．８原子量％）、（Ａｌ：４４．７原子量％、Ｍｎ：１３．６原子量％）、（Ａｌ：２３．６原子量％、Ｍｎ：１６．０原子量％）の４点で囲まれる領域Ｂにあり、比重５．５〜６．６ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項３記載の低比重鉄合金。
【請求項５】
Ｍｎ：１５．０〜１８．０質量％、Ａｌ：８．０〜１３．０質量％、Ｃ：０．０１〜２．５質量％、Ｓｉ：０．０１〜５．０質量％、Ｃｒ：０．０１〜１０．０質量％、Ｂ：０．００１〜１．５質量％、Ｎ：０．０１〜１．５質量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、α相分率１０〜９５％であるγ＋αの２相を備えた鉄合金からなることを特徴とする低比重鉄合金。
【請求項６】
Ａｌ当量（原子量％）＝（Ａｌ原子量％＋１．０７Ｓｉ原子量％＋１．０９Ｃ原子量％＋１．３２Ｎ原子量％＋１．０４Ｂ原子量％）及びＭｎ当量（原子量％）＝（Ｍｎ原子量％＋１．５１Ｃｒ原子量％）で示されるＡｌ当量対Ｍｎ当量図（図３）において、（Ａｌ：１５．２原子量％、Ｍｎ：３１．５原子量％）、（Ａｌ：４３．７原子量％、Ｍｎ：２５．５原子量％）、（Ａｌ：４４．９原子量％、Ｍｎ：１１．２原子量％）、（Ａｌ：１５．６原子量％、Ｍｎ：１３．９原子量％）、（Ａｌ：１５．３原子量％、Ｍｎ：１７．４原子量％）の５点で囲まれる領域Ｃにあり、比重５．５〜７．０ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項５記載の低比重鉄合金。
【請求項７】
添加元素として、さらにＢｅ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｍｏ及びＷからなる群から選択した１種又は２種以上の元素を総量で０．０１〜５．０質量％含有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の低比重鉄合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低比重を有し、高い比強度（強度／比重）を有する鉄合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄は地球に多量に存在し、製造が容易（製造法が確立されている）であること強度（鋼等）が高いこと、耐食性があること（ステンレス鋼、合金鋼）などの理由により、一般構造用材料、建築用材、鉄道車両や自動車のボディやフレーム材、レール材、船舶用材、耐食性材、石油等のパイプライン用材、橋梁材等の様々な分野に使用されている。また、鋼だけでなく、鋳鉄も半永久的な耐食性材料としてマンホールの蓋や大型の下水管等に使用されている。
しかし、鉄の２０°Ｃでの比重は７．８７であり、他の金属に比べて比重が大きく、そのために比強度（強度／比重）がチタン（比重４．５０）やアルミニウム合金（比重２．７０）等に比べて劣るという問題がある。
【０００３】
このようなことから鉄に金属元素等を添加し、また加工や熱処理条件を工夫して比強度（強度／比重）を向上させようとする提案がある。例えば、重量％でＭｎ：２５〜３１％、Ａｌ：６．３〜７．８％、Ｃ：０．６５〜０．８５％、Ｃｒ：５．５〜９．０％、残部Ｆｅとし、この合金を８００°Ｃ〜１０５０°Ｃで熱間鍛造することにより、６．７８〜７．０５ｇ／ｃｍ３とする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
しかし、比重のある程度の改善はあるが、この合金でさらに比重を下げ比強度（強度／比重）を向上させることは事実上難しいという問題がある。
【０００４】
他の参考公知文献としては、次の組成のものがある。高温下で用いる２０〜３５重量％マンガン、５〜１３重量％アルミニウム、０〜５重量％クロム、０〜２．５重量％ケイ素、０．５〜１．４重量％炭素、残部鉄からなる鋳造部材（特許文献２参照）。
Ｃ：０．１０〜１．００重量％、Ｍｎ：１６〜３５重量％、Ｓｉ：０．２〜３．０重量％、Ｃｒ：０．５〜１８．０重量％、Ｃｕ：０．０１〜２．００重量％、Ａｌ：０．０１〜７．００重量％、Ｎ：０．３重量％以下である耐候性、高靭性高Ｍｎ鋼（特許文献３参照）。
Ｃ：１．５重量％未満、Ｍｎ：０〜３５．０重量％、０．１〜６．０重量％、残部Ｆｅからなるオーステナイト高マンガン鋼（特許文献４参照）。
Ａｌ：６〜１３重量％、Ｍｎ：７〜３４重量％、Ｃ：０．２〜１．４重量％、Ｓｉ：０．４〜１．３重量％、Ｎｉ：０．５〜６重量％、Ｃｒ：０．５〜６重量％、残部Ｆｅからなるオーステナイト系ステンレス鋼（特許文献５参照）。  
【特許文献１】特開２００２−１８０２０５号公報
【特許文献２】特開平２−２４７３５６号公報
【特許文献３】特開昭５８−１９７２５６号公報
【特許文献４】特表平６−５０５５３５号公報
【特許文献５】特表平５−５０４７８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、比重を改善し、比強度、ヤング率、降伏応力、引張応力を高め、かつ耐酸化性に富む材料を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、鉄−マンガン−アルミニウム系材料を改善することにより、上記の比重、比強度等をさらに向上させることができるとの知見を得た。
この知見に基づき本発明は、１）Ｍｎ：１５．０〜４５．０質量％、Ａｌ：８．０〜２０．０質量％、Ｃ：０．０１〜２．５質量％、Ｓｉ：０．０１〜５．０質量％、Ｃｒ：０．０１〜１０．０質量％、Ｂ：０．００１〜１．５質量％、Ｎ：０．０１〜１．５質量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、α相分率１０〜９５％であるγ＋αの２相を備えた鉄合金からなることを特徴とする低比重鉄合金、２）Ａｌ当量（原子量％）＝（Ａｌ原子量％＋１．０７Ｓｉ原子量％＋１．０９Ｃ原子量％＋１．３２Ｎ原子量％＋１．０４Ｂ原子量％）及びＭｎ当量（原子量％）＝（Ｍｎ原子量％＋１．５１Ｃｒ原子量％）で示されるＡｌ当量対Ｍｎ当量図（図１参照）において、（Ａｌ：１５．１原子量％、Ｍｎ：５６．３原子量％）、（Ａｌ：４１．８原子量％、Ｍｎ：４６．７原子量％）、（Ａｌ：４４．９原子量％、Ｍｎ：１１．３原子量％）、（Ａｌ：１５．６原子量％、Ｍｎ：１３．９原子量％）、（Ａｌ：１５．３原子量％、Ｍｎ：１７．４原子量％）の５点で囲まれる領域Ａにあり、比重５．５〜７．０ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１記載の低比重鉄合金、を提供する。
【０００７】
本発明は、また３）Ｍｎ：１８．０〜４５．０質量％、Ａｌ：１３．０〜２０．０質量％、Ｃ：０．０１〜２．５質量％、Ｓｉ：０．０１〜５．０質量％、Ｃｒ：０．０１〜１０．０質量％、Ｂ：０．００１〜１．５質量％、Ｎ：０．０１〜１．５質量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、α相分率１０〜９５％であるγ＋αの２相を備えた鉄合金からなることを特徴とする低比重鉄合金、４）Ａｌ当量（原子量％）＝（Ａｌ原子量％＋１．０７Ｓｉ原子量％＋１．０９Ｃ原子量％＋１．３２Ｎ原子量％＋１．０４Ｂ原子量％）及びＭｎ当量（原子量％）＝（Ｍｎ原子量％＋１．５１Ｃｒ原子量％）で示されるＡｌ当量対Ｍｎ当量図（図２参照）において、（Ａｌ：２３．４原子量％、Ｍｎ：５３．７原子量％）、（Ａｌ：４１．８原子量％、Ｍｎ：４６．８原子量％）、（Ａｌ：４４．７原子量％、Ｍｎ：１３．６原子量％）、（Ａｌ：２３．６原子量％、Ｍｎ：１６．０原子量％）の４点で囲まれる領域Ｂにあり、比重５．５〜６．６ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項３記載の低比重鉄合金、を提供する。
【０００８】
本発明は、また５）Ｍｎ：１５．０〜１８．０質量％、Ａｌ：８．０〜１３．０質量％、Ｃ：０．０１〜２．５質量％、Ｓｉ：０．０１〜５．０質量％、Ｃｒ：０．０１〜１０．０質量％、Ｂ：０．００１〜１．５質量％、Ｎ：０．０１〜１．５質量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、α相分率１０〜９５％であるγ＋αの２相を備えた鉄合金からなることを特徴とする低比重鉄合金、６）Ａｌ当量（原子量％）＝（Ａｌ原子量％＋１．０７Ｓｉ原子量％＋１．０９Ｃ原子量％＋１．３２Ｎ原子量％＋１．０４Ｂ原子量％）及びＭｎ当量（原子量％）＝（Ｍｎ原子量％＋１．５１Ｃｒ原子量％）で示されるＡｌ当量対Ｍｎ当量図（図３参照）において、（Ａｌ：１５．２原子量％、Ｍｎ：３１．５原子量％）、（Ａｌ：４３．７原子量％、Ｍｎ：２５．５原子量％）、（Ａｌ：４４．９原子量％、Ｍｎ：１１．３原子量％）、（Ａｌ：１５．６原子量％、Ｍｎ：１３．９原子量％）、（Ａｌ：１５．３原子量％、Ｍｎ：１７．４原子量％）の５点で囲まれる領域Ｃにあり、比重５．５〜７．０ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項５記載の低比重鉄合金、を提供する。
【０００９】
本発明は、また７）添加元素として、さらにＢｅ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｍｏ及びＷからなる群から選択した１種又は２種以上の元素を総量で０．０１〜５．０質量％含有することを特徴とする１〜６のいずれかに記載の低比重鉄合金、を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の鉄合金は、比重を７．０〜５．５の範囲に低下させることができ、比強度１００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上、ヤング率１００ＧＰａ以上、０．２％耐力４２０ＭＰａ以上、引張応力７００ＭＰａ以上であるという、低比重であり、比強度に優れた材料が得られるという効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の低比重鉄合金は、Ｍｎ：１５．０〜４５．０質量％、Ａｌ：８．０〜２０．０質量％、Ｃ：０．０１〜２．５質量％、Ｓｉ：０．０１〜５．０質量％、Ｃｒ：０．０１〜１０．０質量％、Ｂ：０．００１〜１．５質量％、Ｎ：０．０１〜１．５質量％、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなり、α相分率１０〜９５％であるγ＋αの２相を備えた鉄合金からなる低比重鉄合金であり、Ａｌを８．０質量％〜２０．０質量％まで含有させた高Ａｌ含有合金である。
本発明の低比重鉄合金は、上記の通りα（ｂｃｃ構造）＋γの２相を備える組織を持ち、比重ｄが５．５≦ｄ≦７．０を有し、延性に優れ、かつ高降伏応力を備えた低比重合金が得られる。
特に、Ａｌ当量（原子量％）＝（Ａｌ原子量％＋１．０７Ｓｉ原子量％＋１．０９Ｃ原子量％＋１．３２Ｎ原子量％＋１．０４Ｂ原子量％）及びＭｎ当量（原子量％）＝（Ｍｎ原子量％＋１．５１Ｃｒ原子量％）で示されるＡｌ当量対Ｍｎ当量図（図１参照）において、（Ａｌ１５．１原子量％、Ｍｎ５６．３原子量％）、（Ａｌ：４１．８原子量％、Ｍｎ：４６．７原子量％）、（Ａｌ：４４．９原子量％、Ｍｎ：１１．３原子量％）、（Ａｌ：１５．６原子量％、Ｍｎ：１３．９原子量％）、（Ａｌ：１５．３原子量％、Ｍｎ：１７．４原子量％）の５点で囲まれる領域Ａにおいて、比重５．５〜７．０ｇ／ｃｍ３を達成することができる。
【００１２】
Ｍｎ：１５．０〜４５．０質量％とする理由は、１５．０質量％未満ではｆｃｃ構造を有するγ相が得られず、４５．０質量％を超えると十分な強度が得られないからである。特にＭｎ：１８．０〜４５．０質量％が望ましい。さらに、Ｍｎ：１５．０〜１８．０質量％とすることができる。これにより引張強度の向上が可能であり、さらに耐食性を向上させることができる。
Ａｌ：８．０〜２０．０質量％とする理由は、８．０質量％未満では７．０以下の低比重が得られず、２０．０質量％を超えるとα相（ｂｃｃ構造）＋κ相(ペロブスカイト構造)の２相組織になり、脆化してしまうためである。特に、Ａｌ：１３．０〜２０．０質量％が望ましい。さらに、Ａｌ：８．０〜１３．０質量％とすることができる。これにより、延性を向上させることができる。
Ｃ：０．０１〜２．５質量％とする理由は、０．０１質量％未満ではα単相組織になってしまい、２．５質量％を超えるとＭ３Ｃ（Ｍ：Ｆｅ、Ｍｎ等）等の炭化物が析出してしまうためである。
【００１３】
Ｓｉ：０．０１〜５．０質量％とする理由は、０．０１質量％未満では低比重が得られず、５．０質量％以上ではα＋γの２相組織が得られないためである。
Ｃｒ：０．０１〜１０．０質量％とする理由は、０．０１質量％未満では低比重及び耐酸化性に優れた合金が得られず、１０．０質量％を超えるとＣｒ炭化物やσ相などの金属間化合物が出現し、γ単相やα＋γの２相組織が得られないためである。
Ｂ：０．００１〜１．５質量％とする理由は０．００１質量％未満では鋳造組織及び鍛造組織においても微細な結晶粒組織が得られず、また１．５質量％を超えると硼素化合物等の析出により脆化してしまうからである。
Ｎ：０．０１〜１．５質量％とする理由は、０．０１質量％未満では十分な比強度を得ることができず、１．５質量％を超えると窒化物等の析出により脆化するからである。上記の組成範囲において微細な結晶粒組織が得られ、優れた機械的特性を持つ合金が得られる。
また、α相分率１０〜９５％とする理由は、α相分率１０％未満では十分な硬さが得られず、１０％以上が必要である。さらに６０％程度をピークに増大していくが、それを過ぎると硬さが低下し、α相分率９５％を超えると十分な硬さが得られなくなる。したがって、上記の範囲とする。
【００１４】
また、Ａｌ当量（原子量％）＝（Ａｌ原子量％＋１．０７Ｓｉ原子量％＋１．０９Ｃ原子量％＋１．３２Ｎ原子量％＋１．０４Ｂ原子量％）及びＭｎ当量（原子量％）＝（Ｍｎ原子量％＋１．５１Ｃｒ原子量％）で示されるＡｌ当量対Ｍｎ当量図（図２参照）において、（Ａｌ：２３．４原子量％、Ｍｎ：５３．７原子量％）、（Ａｌ：４１．８原子量％、Ｍｎ：４６．８原子量％）、（Ａｌ：４４．７原子量％、Ｍｎ：１３．６原子量％）、（Ａｌ：２３．６原子量％、Ｍｎ：１６．０原子量％）の４点で囲まれる領域Ｂ（図２参照）とすることにより、比重５．５〜６．６ｇ／ｃｍ３である低比重鉄合金を得ることができる。
この合金組成範囲では、特に、高降伏・引張強度および高比強度特性を得ることができる。
【００１５】
さらに、Ａｌ当量（原子量％）＝（Ａｌ原子量％＋１．０７Ｓｉ原子量％＋１．０９Ｃ原子量％＋１．３２Ｎ原子量％＋１．０４Ｂ原子量％）及びＭｎ当量（原子量％）＝（Ｍｎ原子量％＋１．５１Ｃｒ原子量％）で示されるＡｌ当量対Ｍｎ当量図において、（Ａｌ：１５．２原子量％、Ｍｎ：３１．５原子量％）、（Ａｌ：４３．７原子量％、Ｍｎ：２５．５原子量％）、（Ａｌ：４４．９原子量％、Ｍｎ：１１．３原子量％）、（Ａｌ：１５．６原子量％、Ｍｎ：１３．９原子量％）、（Ａｌ：１５．３原子量％、Ｍｎ１７．４原子量％）の５点で囲まれる領域Ｃ（図３参照）とすることにより、比重５．５〜７．０ｇ／ｃｍ３である低比重鉄合金を得ることができる。
この組成範囲では、特に、耐食性及び延性に優れる低比重鉄合金を提供することができる。
【００１６】
本発明の低比重鉄合金は、さらにＢｅ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｍｏ及びＷからなる群から選択した１種又は２種以上の元素を０．０１〜５．０質量％含有させることができる。
Ｂｅ又はＭｇ添加は低比重化に有効であり、Ｔｉ添加は低比重化及び粒界腐食の防止に有効であり、Ｖ添加は耐摩耗性改善に有効であり、Ｃｏ又はＮｉ添加はγ相の安定化に有効であり、Ｃｕ又はＭｏ添加は耐食性改善に有効であり、Ｍｏ添加は耐粒界腐食改善に有効であり、Ｗ添加は析出硬化に有効であるという理由による。これらを単独添加又は複合添加することができる。
また、それを０．０１〜５．０質量％の範囲とするのは０．０１質量％未満であると添加の効果がなく、１．５質量％を超えると脆化し、また比重が７．０を超えてしまうという問題があるので、上限を１．５質量％とする。
以上に示す通り、本発明の低比重鉄合金は、比重ｄが５．５≦ｄ≦７．０であり、さらには比重ｄが５．５≦ｄ≦６．６であるという低比重の合金が得られる。  
また、これによって、比強度が１００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上、さらには比強度が１５０ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上である合金が得られる。
【００１７】
本発明合金の製造方法としては、まずＭｎ：１５．０〜４５．０質量％、Ａｌ：８．０〜２０．０質量％、Ｃ：０．０１〜２．５質量％、Ｓｉ：０．０１〜５．０質量％、Ｃｒ：０．０１〜１０．０質量％、Ｂ：０．００１〜１．５質量％、Ｎ：０．０１〜１．５質量％、残部Ｆｅからなる組成範囲内で成分調整する。
また、必要に応じて、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｎｂ、Ｍｏ及びＷからなる群から選択した１種又は２種以上の元素を所定量（０．０１〜５．０質量％）添加して、適宜原料成分を調整する。
【００１８】
次に、これをアーク溶解炉又は高周波溶解炉を用いて溶解し、これを鋳造インゴットとし、さらに８００°Ｃ〜１３００°Ｃの温度にて熱間鍛造あるいは熱間圧延及び冷間圧延・伸線等の加工工程を経て、また必要に応じて、２００°Ｃ〜１３００°Ｃの温度にて熱処理後、焼き入れ又は空冷して製造する。
このようにして得られた材料は、単相又はα（ｂｃｃ構造）相分率を１０％以上含有するα（ｂｃｃ構造）相＋γ（ｆｃｃ構造）の２相鉄合金が得られる。また、比重が５．５〜７．０ｇ／ｃｍ３である比強度が高く、比重が低い鉄合金が得られる。
【実施例】
【００１９】
次に実施例および比較例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によってなんら限定されるものではない。すなわち、本発明の技術思想の範囲における他の例、態様あるいは変形等を当然含むものである。
【００２０】
（実施例１−３４）
本発明の鉄合金の範囲で、表１及び表２に示す実施例１−３４の合金組成についてアーク溶解炉を用いて溶解し、これを鋳造インゴットとした。次に１１００°Ｃの温度にて、熱間圧延、１１００°Ｃの温度にて３０分の熱処理、及び水中焼き入れの製造工程を経てα＋γの２相構造を有する鉄合金を作製した。
なお、実施例２０、実施例２１及び実施例３１については、κ相がそれぞれ１０％、５％、１０％出ているが、主要相はα＋γの２相構造であり、本発明はこのような組織を排除するものではない。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
【表２】
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【００２３】
表３及び表４にα＋γの２相構造を有する鉄合金の比重（ｇ／ｃｍ３）、α分率、γ分率、ビッカース硬さ（Ｈｖ）、冷間加工率（％）、ヤング率（ＧＰａ）、降伏応力（ＭＰａ）、引張強さ（ＭＰａ）、伸び（％）、比強度（ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３））、熱間絞り性を示す。
実施例に示すいずれの合金も、α＋γの２相合金を有していた。γ相の量が増加すると硬さが低下し、冷間加工率が高くなる。逆にγ相が低下すると、硬さが大きくなり、冷間加工率は低下する傾向がある。
Ａｌ濃度が高い本低比重鉄合金は、特にＭｎ濃度およびＣ濃度を多くし、それらの濃度に応じ、耐酸化性に優れα＋γ２相かつ微細な組織を有するようにＣｒ、Ｓｉ、ＮおよびＢの濃度を任意に調製することができる（例えば範囲Ｂで示される合金）。これらの合金は、高い強度を有する特徴を有する（例えば、実施例８〜実施例１９）。
一方、Ａｌ濃度が低い合金は、特にＭｎ濃度およびＣ濃度を低くすることが可能であり、それらの濃度に応じ、耐酸化性に優れα＋γ２相かつ微細な組織を有するようにＣｒ、Ｓｉ、ＮおよびＢの濃度を任意に調製することができる（例えば範囲Ｃで示される合金）。これらの合金は、特に室温延性(引張伸び)に優れ、また耐食性に優れている特徴を有する（例えば、実施例２５〜実施例２８）。
実施例２０、実施例２１及び実施例３１については、上記の通り、κ相が出ている。このため、延性は損なわれるが、高い引張強さを得ることができる特徴を有する。したがって、同じ比重を持つγ＋αの２相合金よりも優れた比強度を示す。また、本発明はＢを必須元素として含有するため、非常に微細な粒構造を持ち、優れた熱間絞り性を有する。
本発明の鉄合金は、含有成分の添加量を調整することにより、比重、α分率、γ分率、硬さ、冷間加工率、ヤング率、降伏応力、引張強さ、伸び、比強度、熱間絞り性を多様に変化させることができることが分かる。
【００２４】
【表３】
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【００２５】
【表４】
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【００２６】
図４に、実施例１−３１に関するα相分率とビッカース硬さとの相関を示す。α相分率１０％未満では十分な硬さが得られず、１０％以上が必要である。
図４から明らかなように、α相分率が高くなるにつれ、硬さは除々に上昇し、６０％程度にピークに達する。それを過ぎると硬さが低下し、α相分率９５％を超えると十分な硬さが得られなくなる。したがって、この図からα相分率１０〜９５％にすることが良いことが分かる。
【００２７】
図５に、実施例１−３１に関するα相分率と冷間加工率との相関を示す。α相分率１０％未満では、極めて優れた加工性を有するが、上述したように、十分な硬さが得られない。１０％以上では加工性を有すると同時に、十分な硬さが得られるという特徴を有する。
しかし、図５から明らかなように、α相分率が高くなるにつれ、冷間加工率は急速に低下し、９５％を超えると著しく脆化し、全く加工できなくなる。したがって、この図からα相分率１０〜９５％にすることが良いことが分かる。
κ相が存在する実施例２０、２１、３１は冷間加工性が他に比べて悪いが、それでも１０％程度の加工率があるので、用途に応じて、これらも低比重鉄合金とすることができる。
【００２８】
図６に、実施例１、１７、２７及び後述する比較例４（比較例はＢの添加がないケース）に関する、各温度における絞り（熱間絞り性）に及ぼすＢの影響を調べた結果を示す。Ｂの添加は絞り特性を向上させる効果があった。これは、Ｂ添加により結晶粒が微細化したことによるものと考えられる。
【００２９】
（比較例１−６）
比較例１−６は、本発明から逸脱する鉄合金であり、表２に示す比較例１−６の合金成分を、実施例と同様の製造工程を経てγ単相及びα単相構造を有する鉄合金を作製した。
比較例１−６については、表４に、実施例と同様にα＋γの２相構造を有する鉄合金の比重（ｇ／ｃｍ３）、α分率、γ分率、ビッカース硬さ（Ｈｖ）、冷間加工率（％）、ヤング率（ＧＰａ）、降伏応力（ＭＰａ）、引張強さ（ＭＰａ）、伸び（％）、比強度（ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３））、熱間絞り性を示す。
【００３０】
比較例１はＡｌ量が２．９０と低く、表４に示すようにγ相を持つがα相がなく、比重は７以上であり、比強度が１００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以下と悪かった。
比較例２は、比較例１と同様に、Ａｌ量が６．８５と低く、表４に示すように、γ相を持つがα相がなく、比強度が１００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以下と悪かった。
比較例３は、本発明の成分組成にあるが、α相分率が５％と低いために、比強度が１００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以下と悪かった。
【００３１】
比較例４は、Ａｌ含有量が１０．１ｗｔ％とやや低く、またＢを添加していないものである。この場合、熱間絞り性が著しく悪かった。
比較例５は、α相分率が９６％と大きいために、冷間加工性が全くなく、ヤング率、降伏応力、引張強さ、伸び、比強度が測定できなかった。また、熱間絞り性も悪かった。
比較例６は、Ａｌ量が本発明から逸脱し、Ｃ量、Ｓｉ量も基準を満たしていない。また、α相分率が１００％と大きいために、冷間加工性が全くなく、ヤング率、降伏応力、引張強さ、伸び、比強度が測定できなかった。また、熱間絞り性も悪かった。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の鉄合金は、比重を７．０〜５．５の範囲に低下させることができ、比強度１００ＭＰａ／（ｇ／ｃｍ３）以上、ヤング率１００ＧＰａ以上、０．２％耐力４２０ＭＰａ以上、引張応力７００ＭＰａ以上、かつ低比重であり、比強度に優れた材料が低コストで得ることができるという効果を有するので、一般構造用材料、建築用材、鉄道車両や自動車のボディやフレーム材、レール材、船舶用材、耐食性材、石油等のパイプライン用材、橋梁材、ゴルフ用品等の様々な分野に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】５点（Ａｌ：１５．１原子量％、Ｍｎ：５６．３原子量％）、（Ａｌ：４１．８原子量％、Ｍｎ：４６．７原子量％）、（Ａｌ：４４．９原子量％、Ｍｎ：１１．３原子量％）、（Ａｌ：１５．６原子量％、Ｍｎ：１３．９原子量％）、（Ａｌ：１５．３原子量％、Ｍｎ：１７．４原子量％）で囲まれる領域Ａを示すＡｌ当量対Ｍｎ当量図である。
【図２】４点（Ａｌ：２３．４原子量％、Ｍｎ：５３．７原子量％）、（Ａｌ：４１．８原子量％、Ｍｎ：４６．８原子量％）、（Ａｌ：４４．７原子量％、Ｍｎ：１３．６原子量％）、（Ａｌ：２３．６原子量％、Ｍｎ：１６．０原子量％）で囲まれる領域Ｂを示すＡｌ当量対Ｍｎ当量図である。
【図３】５点（Ａｌ：１５．２原子量％、Ｍｎ：３１．５原子量％）、（Ａｌ：４３．７原子量％、Ｍｎ：２５．５原子量％）、（Ａｌ：４４．９原子量％、Ｍｎ：１１．３原子量％）、（Ａｌ：１５．６原子量％、Ｍｎ：１３．９原子量％）、（Ａｌ：１５．３原子量％、Ｍｎ：１７．４原子量％）で囲まれる領域Ｃを示すＡｌ当量対Ｍｎ当量図である。
【図４】実施例合金及び比較例の合金のα分率とビッカース硬さの相関を示す図である。
【図５】実施例合金及び比較例の合金のα分率と冷間加工率の相関を示す図である。
【図６】実施例合金及び比較例の合金のＢ添加と絞り性の相関を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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