(57)【要約】【課題】本発明は、特に加速器装置に使用するマグネットカラーのような超伝導磁石構成部材を製造用の非磁性高強度ステンレス鋼の用途に関する。【解決手段】本発明は、超伝導磁性構成部材の製造材料としてステンレス鋼合金の用途を提供する。この合金は重量％で０．０５〜０．２５％Ｃ、０．０９〜０．８９％Ｓｉ、３．５〜７．５％Ｍｎ、１８．５〜２０．２５％Ｃｒ、１０．０１％以下のＮｉ、０．１０〜０．５０％Ｎ、残部としてＦｅ及び不可避的不純物を含有する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
次のｗｔ％
Ｃ：  ０．０５〜０．２５
Ｓｉ：  ０．０９〜０．８９
Ｍｎ：  ３．５を超え７．５
Ｃｒ：  １８．５２〜２０．２５
Ｎｉ：  １０．０１以下
Ｎ：  ０．１０〜０．５０、及び
残部：  Ｆｅ及び不可避的不純物、
から成る合金から製造された超伝導磁石構成部材あって、
合金化元素の含有量が次の条件式、
Ｃｒ等量＝Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．１５Ｓｉ＝１６〜２２
Ｎｉ等量＝Ｎｉ＋３０Ｃ＋０．５Ｍｎ＋２５Ｎ＝１６〜２２
を満足して調整され、且つ
前記合金は、焼きなまし条件または冷間加工条件において、相対的透磁率係数が４．２Ｋ以下の温度でさえも１．００５以下の値である、
ことを特徴とする超伝導磁石構成部材。
【請求項２】
前記合金が、７〜１０％のＮｉを含有することを特徴とする請求項１記載の超伝導磁石構成部材。
【請求項３】
合金化元素の含有量が次の条件式、
Ｃｒ等量＝Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５Ｓｉ＋０．５Ｎｂ＝１８〜２０
Ｎｉ等量＝Ｎｉ＋３０Ｃ＋０．５Ｍｎ＋２５Ｎ＝１８〜２０
を満足して調整されることを特徴とする請求項１または２に記載の超伝導磁石構成部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に加速器装置に使用するマグネットカラーのような超伝導磁石構成部材を製造することに関し、非磁性高強度ステンレス鋼の用途に関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の先端物理実験室における急速な研究進歩は、従来は想起されなかった又は容易に実現不能であった複数の特性を兼ね備えたより複雑な材料についての必要性が増している。そのような材料として、例えば高い機械的強度であって非磁性的な性質を有し、低温度で磁気的不活性が必要となるような応用分野において使用されるような材料である。
【０００３】
高強度鋼のなかには、非安定オーステナイトバネ鋼と呼ばれ、１７Ｃｒ、７Ｎｉ、０．８Ｓｉ、１．２Ｍｎ、０．１Ｃ及び０．０３Ｎの典型的な公称分析値を有するＳＳ２３３１は、高強度と良好な腐食性質との組合せのために特別な存在である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現在系統的に発展した研究を基に、慎重に選んだ組成により非磁性組織を喪失しない間に、冷間加工によって特別な変形加工硬化を達成することが可能であることが分かった。さらに、磁気的性質に影響を及ぼすことなく、低透磁率と良好な熱収縮性とを組み合わせて持たせた合金に析出硬化を付与でき、非常に低温度で非常に高強度を達成できることが分かった。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
最も包括的な観点から見た本発明の合金の最適組成（重量％で）を次に示す。即ち、
Ｃ：  ０．０５〜０．２５
Ｓｉ：  ０．０９〜０．８９
Ｍｎ：  ３．５を超え７．５
Ｃｒ：  １８．５２〜２０．２５
Ｎｉ：  １０．０１以下
Ｎ：  ０．１０〜０．５０
残部：  Ｆｅ及び不可避的不純物
【０００６】
Ｃｒ含有量は良好な耐食性を達成するために多くする必要がある。この合金は焼鈍して窒素含有高クロムを析出させることが可能である利点がある。オーステナイト相の非安定化と耐食性の減少とを備え持つＣｒ含有量を極端に局部的に減少させる傾向を抑えるために、Ｃｒ含有量は１８．５２％以上とする必要がある。Ｃｒはフェライト安定化元素であるので、あまり高いＣｒ含有量は強磁性フェライトの存在をもたらす。したがって、Ｃｒ含有量は、２０．２５％以下にする必要がある。
【０００７】
Ｎｉは特に有効なオーステナイト安定化元素である。Ｎｉは、マルテンサイトへと変態に対してオーステナイト安定性を増加する。十分安定な非磁性組織を達成するために、また、冷間加工後に高強度を達成するために、Ｎｉ含有量は１０．０１％以下を含有してよい。
【０００８】
オーステナイト安定効果に比較してＭｎは、液相及び固相の双方において、窒素の溶解性を与える重要な能力を備える。したがって、Ｍｎは３．５％を越える必要がある。しかしながら、高Ｍｎ量は塩化物を含む環境において耐食性を減少させる、したがって、７．５％を越えてはならない。
【０００９】
この合金の種々の成分量は、ニッケル等量がＮｉ等量＝Ｎｉ＋３０Ｃ＋０．５Ｍｎ＋２５Ｎとして計算され、クロム等量がＣｒ等量＝Ｃｒ＋Ｍｏ＋１．５Ｓｉで計算され、そして両方の量が、１６〜２２、好ましくは１８〜２０の範囲の値に達するように選ぶ必要がある。
【実施例】
【００１０】
次に本発明を得られた研究成果によって説明する。この説明により、機械的性質及び磁気的性質のより詳細な内容が理解されよう。
【００１１】
実施例１
試験材料の製造のため、高周波誘導炉における溶解と約１６００℃でのインゴットへの鋳造とが行われる。これらのインゴットは約１２００℃に加熱し、この材料を鍛造して棒材(bars)に熱間加工した。この材料はその後ストリップに熱間圧延され、その後急冷焼なまし(quench annealing)そして酸洗いをした。急冷焼なましは約１０８０℃で行い且つ急冷は水中で行われた。
【００１２】
急冷焼なまし後に得られたストリップは、種々の圧下量で冷間圧延され、その後種々の試験用の試験試料が採取された。磁気的性質に関する温度変化と起こりうる影響(impact)とを避けるために、試料は各冷間圧延工程後、室温まで冷却された。
【００１３】
表１：  試験材料の重量％による化学分析値
＊  本発明の合金
＊＊  比較試料
鋼番号   C      Si     Mn    Cr     Ni    Mo    Al    N
869*     0.11   0.09   4.29  18.52  -      -    -     0.27
880*     0.052  0.89   3.82  20.25  10.01  -    -     0.29
866**    0.11   0.83   1.49  18.79   9.47  -    -     0.20
AISI**   0.034  0.59   1.35  18.56   9.50  -    -     0.17
304
AISI**   0.042  0.42   1.72  18.44   11.54  -   -     0.036
305
上記の全ての合金に対して、P,S＜0.030重量％が有効である。
【００１４】
冷間加工量の度合いとしての一軸引張り試験を行ったときの合金の強度を表２に示す。ここで、Ｒｐ０．０５及びＲｐ０．２は、０．０５％残留伸び及び０．２％残留伸びを付与した荷重に相当し、Ｒｍは荷重−伸び図における最大荷重値に相当し、Ａ１０は極限伸びに相当する。
【００１５】
表２：  試験材料の降伏点、引張り強度及び伸び
＊  本発明の合金
＊＊  比較試料
鋼番号  条件         Rp0.05      Rp0.2    Rm       A10
MPa         MPa      MPa      %  
869*    35%圧下       792        1062     1203     9  
50% 〃       1007        1311     1464     6  
75% 〃       1082        1434     1638     4  
880*    35% 〃        836        1086     1208     7  
50% 〃       1025        1288     1410     5  
75% 〃        985       1343      1566     4   
866**   35% 〃        796       1036      1151     8   
50% 〃        986       1239      1366     5   
75% 〃        997       1356      1558     4   
AISI**  35% 〃        683        912      1080     9   
304     50% 〃        841       1127      1301     6   
75% 〃        910       1300      1526     5   
AISI**  35% 〃        555        701       791    15   
305     50% 〃        841       1042      1139     6   
75% 〃        868       1177      1338     5   
【００１６】
表２は、本発明の合金に関して、非常に高い強度水準が冷間加工により得られることが可能であることを示す。ＡＩＳＩ３０５は、むしろ高ニッケル含有量との組み合わせるよりも、すなわち窒素と炭素である溶解合金元素の低含有量によって実質的に遅い加工硬化を示すことが分かった。
【００１７】
本発明にしたがう材料としては、高強度であることに加え可能なかぎりにおいて１に近い低い透磁率を有する必要がある。
【００１８】
表３は、７５％冷間圧下及び４５０℃／２ｈの焼鈍後の種々の合金に対する磁界の強さに依存する透磁率を示す。
【００１９】
表３：  試験合金の透磁率。下線値は最大測定透磁率を示す。
一番下の値は相当条件での引張り強度を示す。
＊  本発明の合金
＊＊  比較試料
磁場強さ                               鋼番号
エルステッド   869*       880*         866**        AISI     AISI    
304**    305**   
25          1.0350       -            -            -        -      
50          1.0389      1.0099      1.0346       1.5231   1.0593   
100         1.0372      1.0118      1.0248       1.8930   1.0666   
150         1.0359      1.0115      1.0413       2.1056   1.0688   
200         1.0350      1.0110      1.0505       2.2136   1.0729   
300         1.0329      1.0099      1.0640       2.2258   1.0803   
400         1.0322      1.0089      1.0754       2.1506   1.0855   
500         1.0321      1.0081      1.0843       2.0601   1.0884 
700          -          1.0071      1.0917          -     1.0859   
1000          -           -          1.0882           -              

Rm  MPa     1840        1740        1720           1644     1380     
【００２０】
表３は、本発明に関して冷間加工と析出硬化によって、透磁率＜１．０５の非常に低い値を組み合わせ、１７００または１８００ＭＰａさえもを越える高強度を達成することが可能であることを示している。本発明の範囲から外れた組成の比較合金と、ＡＩＳＩ３０４と、ＡＩＳＩ３０５とは、オーステナイトにおいても不安定すぎることが分かり、且つ、不十分な加工硬化量であることが分かる。
表４の結果から分かるように、本発明の合金に関しては、冷間加工と析出硬化によって、透磁率＜１．０５の非常に低い値を組み合わせ、１７００を越える高強度を達成することが不可能である。比較鋼ＡＩＳＩ３０４及びＡＩＳＩ３０５はオーステナイトにおいて不安定すぎることが分かり、合金８６６及びＡＩＳＩ３０４は高強度で磁性を持つことが分かり、または、不十分な加工硬化量であることが分かる。
【００２１】
低い値の透磁率を有するこのような材料についての別の結果によれば、その材料は低温度で望ましい程度の熱収縮値を有することが分かった。測定結果によれば、７７Ｋ〜３００Ｋの温度範囲に対する全熱収縮量は、約０．２５％であることが分かった。
【００２２】
さらに、焼きなまし、または僅かに冷間圧延した条件（引張り強度〜１０００Ｎ／ｍｍ２）の材料に対して、相対的透磁率係数は、４．２Ｋ以下の温度または１．８Ｋでさえも１．００５以下の値が測定された。
測定は、重量％で次の分析値を有する材料に関して行った。
【００２３】
Ｃ      Ｓｉ      Ｍｎ      Ｃｒ      Ｎｉ      Ｎ
0.11    0.8       6.0       18.5      7.2       0.25
残部はＦｅと不可避的不純物である。
【００２４】
表４：
条件        温度Ｋ    Ｒｐ０．２    Ｒｍ
焼きなまし     293       475          850    N/mm2
〃            77      1090         1620     〃  
冷間圧延       293      1375         1630     〃  
〃            77      1820         2385     〃