(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．１質量％以下，Ｓｉ：５質量％以下，Ｍｎ：６質量％以下，Ｃｒ：９〜３２質量％，Ｎｉ：６〜２５質量％，Ｎ：０．２質量％以下，Ｍｏ：０〜３質量％，Ｃｕ：０〜４質量％，Ａｌ：０〜５質量％，残部Ｆｅおよび不可避的不純物の組成をもち、式（１）で定義されるＡ値が７８以上，式（２）で定義されるＢ値が１４以上に調整されていることを特徴とする電気抵抗器材料。
Ａ＝0.008×(％Ｃｒ)3−0.43×(％Ｃｒ)2＋8.03×(％Ｃｒ)＋6.8×(％Ｓｉ)
＋10.9×(％Ａｌ)＋0.56×(％Ｍｏ)＋0.92×(％Ｎｉ)・・・（１）
Ｂ＝(％Ｎｉ)＋(％Ｃｕ)＋0.6×(％Ｍｎ)＋9.69×(％Ｃ＋％Ｎ)
＋0.18×(％Ｃｒ)−0.11×(％Ｓｉ)2・・・（２）
【請求項２】
更にＴｉ：０．４質量％以下，Ｎｂ：０．４質量％以下，Ｂ：０．００５質量％以下の１種又は２種以上を含む請求項１記載の電気抵抗器材料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主変圧器，発電機の中性点接地抵抗器に代表される電力用抵抗器，抵抗制御車の主抵抗器，ブレーキ抵抗器等の車両用抵抗器等に使用される電気抵抗器材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
抵抗器は、温度を始めとする環境の変化に影響されることなく一定の抵抗値をもつことが望ましい。しかし、抵抗器は通電によって生じるジュール発熱で昇温し、大電流が流れる電力用抵抗器や車両用抵抗器では４００℃付近まで昇温することもある。金属性抵抗器材料を用いた抵抗器では、昇温によって電気抵抗が増大し本来の特性が損なわれることがある。そのため、電力用抵抗器や車両用抵抗器には、電気抵抗の温度依存性が小さい高電気抵抗材が使用されている。
【０００３】
従来の高電気抵抗材には、ＦＣＨ１，ＦＣＨ２等のＦｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金がある。ＦＣＨ１，ＦＣＨ２は、１７〜２６％のＣｒ，２〜６％のＡｌを含んでいるため電気抵抗率が高く、電気抵抗率の温度依存性も小さい。しかし、強磁性であるため、抵抗器に流れる電流によって磁場が生じ、抵抗器自体が振動し騒音が発生する。発生磁場に起因する振動や騒音は、ＮＣＨ１，ＮＣＨ２、ＮＣＨ３等の非磁性抵抗器材料の使用によって防止できる。しかし、ＮＣＨ１，ＮＣＨ２，ＮＣＨ３等は、高温での変形抵抗が高く熱延時にヤヘゲが生じやすい難熱間加工性材料であり、多量のＮｉを含むため高価な材料でもある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これに対し、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼は、Ｃｒを１８質量％含んでいることから電気抵抗率が７０μΩ・ｃｍと普通鋼に比較して高いが、従来の電気抵抗材料に比較すると電気抵抗率の温度依存性が大きい。また、ＳＵＳ３０４ステンレス鋼は、焼鈍ままでは非磁性であるが、加工によって強磁性化する。その結果、電気抵抗器として使用する場合、発生磁場に起因して大きな騒音が生じる。しかも、電気抵抗率向上のためにＳｉ，Ａｌ等の合金成分を増量すると、鋼板が硬質化して曲げ加工性が低下すると共に、強磁性化の傾向が助長される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、電気抵抗率の上昇及び透磁率の低下を可能とする合金設計を採用することにより、電気抵抗率が高く、電気抵抗率の温度依存性が小さく、電流が流れたときに発生する磁場に起因する騒音も抑制される電気抵抗器材料を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の電気抵抗器材料は、その目的を達成するため、Ｃ：０．１質量％以下，Ｓｉ：５質量％以下，Ｍｎ：６質量％以下，Ｃｒ：９〜３２質量％，Ｎｉ：６〜２５質量％，Ｎ：０．２質量％以下，Ｍｏ：０〜３質量％，Ｃｕ：０〜４質量％，Ａｌ：０〜５質量％，残部Ｆｅおよび不可避的不純物の組成をもち、式（１）で定義されるＡ値が７８以上，式（２）で定義されるＢ値が１４以上に調整されていることを特徴とする。
Ａ＝0.008×(％Ｃｒ)3−0.43×(％Ｃｒ)2＋8.03×(％Ｃｒ)＋6.8×(％Ｓｉ)
＋10.9×(％Ａｌ)＋0.56×(％Ｍｏ)＋0.92×(％Ｎｉ)・・・（１）
Ｂ＝(％Ｎｉ)＋(％Ｃｕ)＋0.6×(％Ｍｎ)＋9.69×(％Ｃ＋％Ｎ)
＋0.18×(％Ｃｒ)−0.11×(％Ｓｉ)2・・・（２）
この電気抵抗器材料は、更にＴｉ：０．４質量％以下，Ｎｂ：０．４質量％以下，Ｂ：０．００５質量％以下の１種又は２種以上を含むことができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の電気抵抗器材料は、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ系で電気抵抗率に及ぼす各合金成分の影響を取り込んだＡ値が７８以上，非磁性化に及ぼす各合金成分の影響を取り込んだＢ値が１４以上となる合金設計を採用しているため、電気抵抗率が高く、電気抵抗率の温度依存性が小さく、電流が流れたときに発生する磁場に起因する騒音も抑制される。したがって、大電流が流れる電力用抵抗器，車両用抵抗器を始めとして各種分野の抵抗器として使用される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】室温での電気抵抗率と２０〜４００℃の温度域における平均温度係数との関係を示したグラフ
【図２】Ｂ値が透磁率μに及ぼす影響を示したグラフ
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明者等は、電気抵抗率が高く電気抵抗率の温度依存性が小さい特性を示す電気抵抗器材料を種々調査し、使用時の騒音が小さく、且つ熱間加工性、曲げ加工性の良好な材料を探求した。大電流が流れることによって４００℃付近まで昇温する電力用抵抗器、車両用抵抗器等では、電気抵抗率の温度依存性が小さいこと、具体的には２０〜４００℃の温度域における電気抵抗率の平均温度係数が１．０００７／℃以下であることが要求される。
【００１０】
電気抵抗率と２０〜４００℃の温度域における平均温度係数との関係を調査したところ、図１に示すように、平均温度係数を１．０００７／℃以下とするためには電気抵抗率を８５μΩ・ｃｍ以上にする必要があることが判った。一方、磁場発生に起因する騒音を防止する上で、電気抵抗器材料には非磁性であることが要求される。
そこで、非磁性が得られやすいオーステナイト系のＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金について、成分・組成と電気抵抗率Ｒとの関係を詳細に調査したところ、電気抵抗率Ｒが次式で表されることを解明した。
Ｒ＝0.008×(％Ｃｒ)3−0.43×(％Ｃｒ)2＋0.83×(％Ｃｒ)＋6.8×(％Ｓｉ)
＋10.9×(％Ａｌ)＋1.0×(％Ｍｏ)＋0.92×(％Ｎｉ)＋7.4
したがって、前掲の式（１）で定義されるＡ値を７８以上にすると、８５μΩ・ｃｍ以上の電気抵抗率Ｒが得られる。
【００１１】
非磁性の指標には、透磁率μが一般に使用されている。抵抗器は抵抗器材料を一定空間に納めるためツヅラ折り状に曲げ加工されるが、曲げ加工後においても透磁率μを１．０１０以下にするとき、抵抗器の騒音発生が抑制される。ツヅラ折り状への曲げ加工で生じる歪量は、最大で冷間圧延率２０％に相当する。そこで、焼鈍ままのサンプル及び圧延率２０％で冷間圧延されたサンプルについて、合金成分と透磁率μとの関係を調査した。その結果、図２にみられるように、前掲の式（２）で定義されるＢ値で透磁率μを整理できることが判った。透磁率μとＢ値との関係から、Ｂ値を１４以上に設定しておくと、圧延率２０％で冷間圧延した場合にあっても透磁率μが１．０１０以下を示し、ツヅラ折り状に曲げ加工した後でも非磁性が維持されるといえる。
【００１２】
本発明の電気抵抗器材料に使用されるＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金は、以上のようにＡ値≧７８，Ｂ値≧１４を満足する合金設計を採用しているが、以下に合金成分ごとに含有量及び作用・効果を説明する。
Ｃ：非磁性の維持に有効な合金成分であるが、０．１質量％を超えると合金が硬質化し、曲げ加工性が低下する。
Ｓｉ：電気抵抗の上昇に有効な合金成分であるが、５質量％を超える過剰量のシリコンが含まれると硬質化によって曲げ加工性が低下する。
【００１３】
Ｍｎ：非磁性の維持に有効な合金成分であるが、６質量％を超える過剰量のＭｎ含有は精錬時に耐火物の溶損量を大きくする原因となる。
Ｃｒ：電気抵抗率を上げると共に耐食性，高温での耐酸化性改善に有効な合金成分であり、９質量％以上でＣｒの添加効果が顕著になる。しかし、３２質量％を超える過剰量のＣｒが含まれると、熱間圧延時に表面傷が発生しやすく、靭性や加工性も低下する。好ましくは、Ｃｒ含有量の上限を２０質量％に設定する。
Ｎｉ：非磁性化，高電気抵抗化に有効な合金成分であり，添加量が増しても素材の硬度上昇が小さい。加工性を確保するためには，少なくとも６質量％が必要とされる。しかし、Ｎｉ含有量が２５質量％を超えると、高温での変形抵抗が高くなると共に、熱間圧延時に板表面の粒界を起点とする割れが発生しやすくなる。好ましくは、Ｎｉ含有量の上限を１５質量％に設定する。
【００１４】
Ｎ：非磁性の維持に有効な成分であるが、０．２質量％を超える過剰量のＮ含有は固溶強化によって素材を硬質化しやすい。Ｎは、積極的に添加することなく、製鋼上から混入してくるレベル（０．０３質量％以下）にすることもできる。
Ｍｏ：必要に応じて添加される合金成分であり、電気抵抗率を上昇させる作用を呈する。しかし、３質量％を超える過剰量のＭｏ添加は、固溶強化によって素材を硬質化し、加工性を低下させる。
Ｃｕ：必要に応じて添加される合金成分であり、非磁性化に有効で固溶強化能は小さい。しかし、４質量％を超える過剰量のＣｕ添加は、高温延性を低下させ、熱間圧延時に耳割れ発生の原因となる。
【００１５】
Ａｌ：必要に応じて添加される合金成分であり、電気抵抗率の上昇に最も有効な作用を呈する。しかし、５質量％を超える過剰量Ａｌ添加は、Ｎｉとの金属間化合物を多量に発生させ、高温延性を低下させる。好ましくは、Ａｌ含有量の上限を２質量％に設定する。
Ｔｉ：必要に応じて添加される合金成分であり、曲げ加工性の改善に有効である。しかし、０．４質量％を超える過剰量のＴｉを添加すると、連続鋳造で得られるスラブに表面傷が発生しやすくなる。
【００１６】
Ｎｂ：必要に応じて添加される合金成分であり、高温強度の改善に有効である。しかし、０．４質量％を超えるＮｂの過剰添加は、素材の靭性を低下させる。
Ｂ：非磁性化の指標であるＢ値が１７を超えると、熱延板表面に粒界を起点する割れが生じやすくなる。Ｂは、この割れ発生を抑制する作用を呈する。しかし、０．００５質量％を超えてＢを過剰添加すると、粒界が低融点化して熱間加工性が低下する。
【実施例】
【００１７】
表１の組成をもつＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金を３０ｋｇ高周波真空溶解炉で溶製し、粗熱延，仕上げ熱延，焼鈍・酸洗，冷延，仕上げ焼鈍，酸洗圧延の工程を経て板厚２ｍｍのＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金素材を製造した。
熱延に際しては、板表面の割れ，耳割れの発生状況を調査した。Ｎｏ．１〜８（本発明鋼）では耳割れがなく、板の表面割れもほとんど生じなかった。他方、Ｎｏ．１１，１２（比較鋼）は耳割れ，表面割れとも生じなかったが、Ｎｏ．１３（比較鋼）では熱延板に著しい表面割れが発生した。
【００１８】
【表１】
0005300962.tif 000002
【００１９】
各Ｆｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金素材から試験片を切り出し，電気抵抗率，電気抵抗率の温度依存性，透磁率μを次のように測定した。
電気抵抗率の測定にはＪＩＳ Ｃ２５２６に規定されている電気抵抗−温度特性試験方法を採用し、各温度での各試験片の電気抵抗率を測定した。測定値から、２０〜４００℃の温度域における平均温度係数α20〜400を求めた。
透磁率μは、圧延率２０％で冷間圧延した素材から切り出された試験片を用い、磁気天秤で測定した。
【００２０】
表２の測定結果にみられるように、本発明に従ったＦｅ−Ｃｒ−Ｎｉ合金は、電気抵抗率の温度依存性が１．０００７／℃以下であり，２０％冷間圧延後の透磁率μも騒音抑制に有効な１．０１０以下であった。
これに対し、Ａ値，Ｂ値共に小さな比較材１１は、電気抵抗率の温度依存性が大きく、抵抗器として使用した場合に大きな騒音を発した。Ａ値が８５と高い比較材１２は、電気抵抗率の温度依存性こそ小さいものの、Ｂ値が小さいため抵抗器に使用すると磁性化による大きな騒音が発生した。また、Ｂ値が１９と高い比較材１３は、非磁性が維持されているため騒音が少ないものの、Ａ値が小さいため電気抵抗率の温度依存性が大きく抵抗器材料として不適であった。
【００２１】
【表２】
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【図１】
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【図２】
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