(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：０．５％以下、Ｓｉ：０．６％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：２〜２５％、Ｎｉ：１０〜５０％、Ｎ：０．０４％以下を含み、残部はＦｅ及び不純物からなり、かつ下記の(1)式と(2)式を満足する構造用高耐食低熱膨張合金。
−10≦(6Cr＋8Fe＋10Ni−870)／Ａ≦5  ・・・  (1)
(2.7Cr＋2.2Ni−70)／Ａ≦13  ・・・・・・・  (2)
ただし、Ａは下記の(9)式により求められる値とする。
Ａ＝2＋3.3C＋7.2N  ・・・・・・・・・・・  (9)
ここで、(1)式、(2)式および(9)式中の元素記号は、合金中に含まれる各元素の含有量（質量％）を意味する。
【請求項２】
質量％で、Ｃ：０．５％以下、Ｓｉ：０．６％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：２〜２５％、Ｎｉ：１０〜５０％、Ｎ：０．０４％以下を含み、さらにＭｏ：０．１〜２％、Ｎｂ：０．０５〜４％、Ｔｉ：０．０５〜４％およびＺｒ：０．０５〜４％のうちから選ばれた１種または２種以上を含み、残部はＦｅ及び不純物からなり、かつ下記の(3)式と(4)式を満足する構造用高耐食低熱膨張合金。
−10≦(6Cr＋8Fe＋10Ni−870)／Ｂ≦5  ・・・  (3)
(2.7Cr＋2.2Ni−70)／Ｂ≦13  ・・・・・・・  (4)
ただし、Ｂは下記の(10)式により求められる値とする。
Ｂ＝2＋3.3C＋7.2N＋0.08(Mo＋Nb＋Zr)＋0.15Ti  ・・・  (10)
ここで、(3)式、(4)式および(10)式中の元素記号は、合金中に含まれる各元素の含有量（質量％）を意味する。
【請求項３】
質量％で、Ｃ：０．５％以下、Ｓｉ：０．６％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：２〜２５％、Ｎｉ：１０〜５０％、Ｃｏ：０．８〜３０％、Ｎ：０．０４％以下を含み、残部はＦｅ及び不純物からなり、かつ下記の(5)式と(6)式を満足する構造用高耐食低熱膨張合金。
−10≦(6Cr＋8Fe＋10Ni＋9Co−870)／Ａ≦5  ・・・  (5)
(2.7Cr＋2.2Ni−Co−70)／Ａ≦13  ・・・・・・・  (6)
ただし、Ａは下記の(9)式により求められる値とする。
Ａ＝2＋3.3C＋7.2N  ・・・・・・・・・・・  (9)
ここで、(5)式、(6)式および(9)式中の元素記号は、合金中に含まれる各元素の含有量（質量％）を意味する。
【請求項４】
質量％で、Ｃ：０．５％以下、Ｓｉ：０．６％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：２〜２５％、Ｎｉ：１０〜５０％、Ｃｏ：０．８〜３０％、Ｎ：０．０４％以下を含み、さらにＭｏ：０．１〜２％、Ｎｂ：０．０５〜４％、Ｔｉ：０．０５〜４％およびＺｒ：０．０５〜４％のうちから選ばれた１種または２種以上を含み、残部はＦｅ及び不純物からなり、かつ下記の(7)式と(8)式を満足する構造用高耐食低熱膨張合金。
−10≦(6Cr＋8Fe＋10Ni＋9Co−870)／Ｂ≦5  ・・・  (7)
(2.7Cr＋2.2Ni−Co−70)／Ｂ≦13  ・・・・・・・  (8)
ただし、Ｂは下記の(10)式により求められる値とする。
Ｂ＝2＋3.3C＋7.2N＋0.08(Mo＋Nb＋Zr)＋0.15Ti  ・・・  (10)
ここで、(7)式、(8)式および(10)式中の元素記号は、合金中に含まれる各元素の含有量（質量％）を意味する。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＬＮＧ貯蔵タンクやその配管などの極低温用構造物に用いて好適な高耐食低熱膨張合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｆｅ−Ｎｉ系合金などの中で特定の成分比を有するものが非常に小さい線膨張係数を有することはインバー効果として広く知られている。その代表的なものとしては、３６％Ｎｉ−６４％Ｆｅや４２％Ｎｉ−５８％Ｆｅ（％は「質量％」、以下同じ）が挙げられる。これらは、その低熱膨張係数を活かして、シャドウマスクや航空機用部材の製造用鋳型、ＬＮＧタンカーのメンブレン材など温度変化による伸縮が問題となる部位に使用されている。
【０００３】
上記のＦｅ−Ｎｉ系低熱膨張合金は、本来構造用材料として開発されたものでないため、必ずしも耐食性に優れているとはいえず、例えば、野外に暴露しただけでも発錆する。
【０００４】
耐候性の改善には、合金元素としてＣｒを添加することが有効なことはよく知られている（例えば、特開昭５５−９７４５３号公報、同５８−１１７６８号公報、特公昭６４−８６９６号公報および特公平３−４９９７９号公報）。
【０００５】
しかし、多量のＣｒ添加は、低い線膨張係数の確保を困難にする。これは、例えば、特公昭６４−８６９６号公報に示される実施例から明らかである。すなわち、同公報の実施例中には、Ｃｒ含有量が０．１２％以下の合金と５．０〜６．０％の合金が示されており、前者合金の室温（２０℃）〜３００℃における平均線膨張係数が４．３×１０-6／℃〜５．０×１０-6／℃であるのに対して、後者合金は７．５×１０-6／℃〜７．８×１０-6／℃であることから明らかである。そして、この７．５×１０-6／℃〜７．８×１０-6／℃という値は、ＪＩＳ  Ｇ３１０１に規定されるＳＳ４００などの汎用鋼の値（およそ１０×１０-6／℃）に比べて小さいとはいえない。
【０００６】
また、社団法人  日本金属学会編  丸善(株)１９９５年発行の「改訂３版  金属データブック」の２３３頁には、１００℃〜２００℃における平均線膨張係数が±０．１×１０-6／℃と小さいステンレスインバーと称されるＣｒを９．５％含むＦｅ−Ｃｏ合金が示されている。しかし、この合金は、高価なＣｏを５４％も含むため、経済性に優れることが要求される構造用材料としては適さず、機能材としての使用にとどまっている。
【０００７】
また、上記金属データブックの２３４頁には、５〜１２％程度のＣｒを含むエリンバと称されるＦｅ−Ｎｉ（−Ｃｏ）合金が示されている。しかし、これら合金の線膨張係数は、いずれも、上記汎用鋼の７０％程度であり、十分に低いとはいえない。
【０００８】
このように、２％以上のＣｒを含むＦｅ−Ｎｉ合金においては、耐食性の確保と低い線膨張係数の確保を両立させることは困難であるといえる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、２％以上のＣｒを含んで良好な耐食性を有するにもかかわらず、線膨張係数が十分に低い経済性に優れた構造用材料として用いて好適な高耐食低熱膨張合金を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記（イ）〜（ニ）の構造用高耐食低熱膨張合金にある。
（イ）質量％で、Ｃ：０．５％以下、Ｓｉ：０．６％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：２〜２５％、Ｎｉ：１０〜５０％、Ｎ：０．０４％以下を含み、残部はＦｅ及び不純物からなり、かつ下記の(1)式と(2)式を満足する構造用高耐食低熱膨張合金。
【００１１】
−10≦(6Cr＋8Fe＋10Ni−870)／Ａ≦5  ・・・  (1)
(2.7Cr＋2.2Ni−70)／Ａ≦13  ・・・・・・・  (2)
ただし、Ａは下記の(9)式により求められる値とする。
【００１２】
Ａ＝2＋3.3C＋7.2N  ・・・・・・・・・・・  (9)
ここで、(1)式、(2)式および(9)式中の元素記号は、合金中に含まれる各元素の含有量（質量％）を意味する。
（ロ）質量％で、Ｃ：０．５％以下、Ｓｉ：０．６％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：２〜２５％、Ｎｉ：１０〜５０％、Ｎ：０．０４％以下を含み、さらにＭｏ：０．１〜２％、Ｎｂ：０．０５〜４％、Ｔｉ：０．０５〜４％およびＺｒ：０．０５〜４％のうちから選ばれた１種または２種以上を含み、残部はＦｅ及び不純物からなり、かつ下記の(3)式と(4)式を満足する構造用高耐食低熱膨張合金。
【００１３】
−10≦(6Cr＋8Fe＋10Ni−870)／Ｂ≦5  ・・・  (3)
(2.7Cr＋2.2Ni−70)／Ｂ≦13  ・・・・・・・  (4)
ただし、Ｂは下記の(10)式により求められる値とする。
【００１４】
Ｂ＝2＋3.3C＋7.2N＋0.08(Mo＋Nb＋Zr)＋0.15Ti  ・・・  (10)
ここで、(3)式、(4)式および(10)式中の元素記号は、合金中に含まれる各元素の含有量（質量％）を意味する。
（ハ）質量％で、Ｃ：０．５％以下、Ｓｉ：０．６％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：２〜２５％、Ｎｉ：１０〜５０％、Ｃｏ：０．８〜３０％、Ｎ：０．０４％以下を含み、残部はＦｅ及び不純物からなり、かつ下記の(5)式と(6)式を満足する構造用高耐食低熱膨張合金。
【００１５】
−10≦(6Cr＋8Fe＋10Ni＋9Co−870)／Ａ≦5  ・・・  (5)
(2.7Cr＋2.2Ni−Co−70)／Ａ≦13  ・・・・・・・  (6)
ただし、Ａは下記の(9)式により求められる値とする。
【００１６】
Ａ＝2＋3.3C＋7.2N  ・・・・・・・・・・・  (9)
ここで、(5)式、(6)式および(9)式中の元素記号は、合金中に含まれる各元素の含有量（質量％）を意味する。
（ニ）質量％で、Ｃ：０．５％以下、Ｓｉ：０．６％以下、Ｍｎ：１．５％以下、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ｃｒ：２〜２５％、Ｎｉ：１０〜５０％、Ｃｏ：０．８〜３０％、Ｎ：０．０４％以下を含み、さらにＭｏ：０．１〜２％、Ｎｂ：０．０５〜４％、Ｔｉ：０．０５〜４％およびＺｒ：０．０５〜４％のうちから選ばれた１種または２種以上を含み、残部はＦｅ及び不純物からなり、かつ下記の(7)式と(8)式を満足する構造用高耐食低熱膨張合金。
【００１７】
−10≦(6Cr＋8Fe＋10Ni＋9Co−870)／Ｂ≦5  ・・・  (7)
(2.7Cr＋2.2Ni−Co−70)／Ｂ≦13  ・・・・・・・  (8)
ただし、Ｂは下記の(10)式により求められる値とする。
【００１８】
Ｂ＝2＋3.3C＋7.2N＋0.08(Mo＋Nb＋Zr)＋0.15Ti  ・・・  (10)
ここで、(7) 式、(8) 式および(10)式中の元素記号は、合金中に含まれる各元素の含有量（質量％）を意味する。
【００１９】
上記の本発明は、次に述べる知見に基づいて完成させた。すなわち、発明者らは、上記の課題を達成するために鋭意実験検討を重ねた結果、以下のことが判明した。
【００２０】
(a) 線膨張係数が小さい特定のＦｅ−Ｎｉ合金にＣｒを添加すると線膨張係数が大きくなる。これは、Ｃｒの添加によって合金を構成する金属結合に寄与している外殻の電子の数が変わってしまうためであると考えることで線膨張係数の測定結果が整理できることがわかった。すなわち、合金を構成する金属結合に寄与している外殻の電子の数は、ある確率で分布しており必ずしも整数とは限らず、結合電子の濃度はそのため電子雲と称される。
【００２１】
Ｃｒを含むＦｅ、ＮｉまたはＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏを主成分とする合金では、この電子の濃度は、それぞれの質量％の関数として表すことができ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系合金は下記の(11)式、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｃｒ系合金は下記の(12)式で表される。この(11)式と(12)式自体は、外殻の電子濃度と磁化の大きさの関係を示すスレータポーリング曲線と呼ばれる線図の横軸から導出できる。この各式の値が特定の範囲で低い線膨張係数を示す。これは、「温度変化による磁化の変化」が大きくなり「温度変化にともなう金属原子の振動の変化」を相殺しうるようになるためと説明できる。
【００２２】
(6Cr＋8Fe＋10Ni)／100 ・・・・・・  (11)
(6Cr＋8Fe＋10Ni＋9Co)／100  ・・・  (12)
しかし、さらに実験を重ねた結果、これらは線膨張係数が小さくなるための必要条件にすぎないことがわかった。例えば、２０％Ｃｒ−６０％Ｎｉ−２０％Ｆｅ合金の(11)式で求まる値は、線膨張係数が小さい３６％Ｎｉ−６４％Ｆｅ合金の(11)式で求まる値に近い値であるが、２０％Ｃｒ−６０％Ｎｉ−２０％Ｆｅ合金の線膨張係数は小さくならない。
【００２３】
(b) そこで、さらに詳細に調査検討をおこなった結果、さらに今ひとつの条件として、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ系合金については下記の(13)式、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｃｒ系合金については下記の(14)式で求まる値が特定の範囲となることが、線膨張係数が小さくなるためには必要であることがわかった。
【００２４】
(2.7Cr＋2.2Ni)／100  ・・・・・  (13)
(2.7Cr＋2.2Ni−Co)／100  ・・・  (14)
すなわち、Ｆｅ系合金には、多くの場合、キュリー点温度と呼ばれる磁気特性が急激に変化する温度が存在する。常温から低温での線膨張係数が小さくなるためには、キュリー点が高すぎると好ましくなく、上記(13)、(14)の各式によりキュリー点温度も好ましい範囲に制御できることがわかった。
【００２５】
(c) さらには、線膨張係数は、機能材であるインバー合金等ほど低くする必要はなく、むしろ経済性に優れた耐食性構造材料として、線膨張係数の低減は最小限にとどめるとの観点から、上記(11)式と(13)式、および(12)式と(14)式の範囲を特定した。
【００２６】
具体的には、想定される温度差△Ｔ（℃）で線膨張による歪みが降伏歪みを超えない範囲に線膨張係数が存在すれば、線膨張による負荷を吸収するための伸縮継手やＵ字ループ配管が不要となることから、線膨張係数αと降伏歪み（降伏応力σｙｓ（ＭＰａ）を縦弾性係数Ｅ（ＭＰａ）で除した値）が下記の(15)式を満たすことが構造用材料としての要件となる。
【００２７】
α×△Ｔ＜σｙｓ／Ｅ  ・・・  (15)
現実に使用しうる低温用として液体窒素の沸点に近い−２００℃と常温との差を考え、温度差△Ｔを２５０℃と想定し、かつ縦弾性係数Ｅはこれら成分系合金での実測値である２×１０5 ＭＰａを用いた。また、降伏応力σｙｓは成分の関数であり、実験によりその具体的な形を求めた。結果として、上記(9) 、(10)の両式が成分依存性を示す項となっている。
【００２８】
(11)式と(13)式、および(12)式と(14)式の満たすべき範囲は、上記の(15)式により規定され、(15)式も成分の関数であることから、合金の化学組成に応じ、それぞれ、上記の(1)式と(2)式、(3)式と(4)式、(5)式と(6)式、(7)式と(8)式を満足させれば、耐食性、経済性および構造材料として十分な線膨張係数を兼ね備えた低熱膨張合金が得られることがわかった。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の高耐食低熱膨張合金を上記のように定めた理由について詳細に説明する。なお、以下において「％」は「質量％」を意味する。
【００３０】
Ｃ：０．５％以下
Ｃは、マトリックスであるオーステナイト相を安定にする他、固溶強化により降伏応力σｙｓを高める元素であり、上記の(9) 式と(10)式を構成する元素の一つとして、上記の(1) 式〜(8) 式にも好ましい影響（Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏの含有量の許容範囲を拡大する）を与える。しかし、その含有量が０．５％を超えると、Ｃｒ炭化物の生成を招いて粒界腐食が発生しやすくなる。このため、Ｃ含有量は０．５％以下とする。好ましい上限は０．４％、より好ましい上限は０．３％である。
【００３１】
なお、Ｃ含有量は不純物程度と少なくてもよいが、あまり少なくすると、上記の(9) 式と(10)式からわかるように、(1) 式〜(8) 式の範囲が狭くなり、その分他の合金元素をより多くする必要があり、なかでも後述するＣｏを含むＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｃｒ系合金の場合、高価なＣｏの添加量を多くする必要が生じ、構造用材料としての経済性が損なわれる。このため、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｃｒ系合金のＣ含有量は０．０１％以上、より好ましくは０．０５％以上とするのが望ましい。
【００３２】
Ｓｉ：  ０．６％以下
Ｓｉは、脱酸剤として添加されるが、その含有量が０．６％を超えると、低融点共晶物の生成を招いて合金製造時に割れが発生しやすくなる。このため、Ｓｉ含有量は０．６％以下とする。好ましい上限は０．４％、より好ましい上限は０．３％である。
【００３３】
Ｍｎ：１．５％以下
Ｍｎは、上記のＳｉと同様に、脱酸剤として添加されるが、その含有量が１．５％を超えると、靱性および耐食性の低下を招く。このため、Ｍｎ含有量は１．５％以下とする。好ましい上限は０．６％、より好ましい上限は０．３％で、この場合には靭性が向上する。
【００３４】
Ｐ：０．０２％以下
Ｐは不純物であり、過剰なＰは製造時の熱間割れ感受性を高めるため０．０２％以下とする。なお、Ｐ含有量は少なければ少ないほどよいが、極度の低減は製造コストの上昇を招くので、低減するとしても０．００１％程度の低減に留めるのがよい。
【００３５】
Ｓ：０．０１％以下
Ｓは不純物であり、過剰なＳは、上記のＰと同様に、製造時の熱間割れ感受性を高めるため０．０１％以下とする。なお、Ｓ含有量は少なければ少ないほどよいが、極度の低減は製造コストの上昇を招くので、低減するとしても０．０００５％程度の低減に留めるのがよい。
【００３６】
Ｃｒ：２〜２５％
Ｃｒは、耐食性を確保するために不可欠の元素であり、最低でも２％以上必要である。なお、Ｃｒ含有量は、使用環境に応じて調整され、厳しい腐食環境で使用される場合には当然多くされる。しかし、過剰なＣｒは線膨張係数を著しく大きくする。特に、後述するＣｏを含むＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｃｒ系合金の場合、Ｃｒによる線膨張特性の劣化を避けるためには高価なＣｏの多量添加を余儀なくされ、構造用材料としての経済性が損なわれる。このため、Ｃｒ含有量は２〜２５％とする。好まし範囲は２〜２０％、より好ましい範囲は２〜１５％である。
【００３７】
Ｎｉ：１０〜５０％
Ｎｉは、完全オーステナイト組織とするために必要な元素であり、最低でも１０％以上必要である。しかし、過剰なＮｉは線膨張係数を大きくし、本発明の目的を損なう。このため、Ｎｉ含有量は１０〜５０％とした。好ましい範囲は２０〜５０％、より好ましい範囲は２５〜４５％である。
【００３８】
Ｎ：０．０４％以下
Ｎは、マトリックスであるオーステナイト相を安定にする他、固溶強化により降伏応力σｙｓを高める元素であり、上記の(9) 、(10)式を構成する元素の一つとして(1) 式〜(8) 式にも好ましい影響（Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏの含有量の許容範囲を拡大する）を与える。しかし、その含有量が０．０４％を超えると、Ｃｒ窒化物の生成を招いて粒界腐食が発生しやすくなる。このため、Ｎ含有量は０．０４％以下とする。好ましい上限は０．０２％、より好ましい上限は０．０１％である。
【００３９】
Ｃｏ：
Ｃｏは、添加しなくてもよい。添加すれば、上記のＮｉと同様に、組織を完全オーステナイト組織にする他、線膨張係数を低くする作用がある。このため、これらの効果、なかでも耐食性向上のために上記のＣｒを多量添加した際により高くなる線膨張係数をできるだけ低くしたい場合に添加することができ、その効果は０．８％以上で顕著になる。しかし、Ｃｏは高価な元素で、過剰な添加は構造用材料としての経済性を損なう。したがって、添加する場合のＣｏ含有量は０．８〜３０％とするのがよい。好ましい範囲は０．８〜２５％、より好ましい範囲は０．８〜１５％である。
【００４０】
Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ：
これらの元素は添加しなくてもよい。添加すれば、いずれの元素も、固溶強化により降伏応力σｙｓを高め、上記の(10)式を構成する元素の一つとして(3) 式と(4) 式、および(7) 式と(8) 式に好ましい影響（Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏの含有量の許容範囲を拡大する）を与える。このため、その効果を得たい場合には、いずれか１種を単独または２種以上を複合で添加することができ、その効果は、Ｍｏでは０．１％以上、Ｎｂ、ＴｉおよびＺｒでは、いずれも０．０５％以上で顕著になる。しかし、２％を超える過剰なＭｏ、４％超える過剰なＮｂ、ＴｉおよびＺｒは、いずれも線膨張係数の増大を招く。したがって、添加する場合のこれら元素の含有量は、Ｍｏについては０．１〜２％、Ｎｂ、ＴｉおよびＺｒについては、いずれも０．０５〜４％とするのがよい。なお、Ｍｏについては、耐食性を向上させる効果もある。
【００４１】
本発明の合金は、合金の化学組成に応じ、それぞれ、上記の(1) 式と(2) 式、(3) 式と(4) 式、(5) 式と(6) 式、(7) 式と(8) 式を同時に満足する必要があることは前述した通りである。すなわち、合金の化学組成に応じ、それぞれ、上記の(1) 式と(2) 式、(3) 式と(4) 式、(5) 式と(6) 式、(7) 式と(8) を同時に満たさない場合には、構造用材料として必要な所望の低膨張特性が確保できない。このことは、後述する実施例の結果からも明らかである。
【００４２】
以上に説明した本発明の高耐食低熱膨張合金の残部は実質的にＦｅであるが、前述した元素以外に、例えばＣｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ等の元素が不純物として合計で０．５％までであれば含まれていてもよい。
【００４３】
また、その合金は、常法に従って溶製、鋳造し、熱間圧延等の方法を用いて所定の製品に成形すればよく、その製造条件にこの種の汎用合金以上の特別な制約は一切ない。
【００４４】
【実施例】
表１に示す化学組成を有する２０種類の合金を溶製し、得られた鋳片を熱間加工して厚さ１０ｍｍの板材とし、各板材から、図１に示す形状寸法の引張試験片１を２個づつ採取した。
【００４５】
各板材から採取した２個の引張試験片のうちの１つは、そのまま液体窒素（温度：−１９６℃）中に３０分間浸漬した後、室温での引張試験に供して伸び量を調べた（試験１）。
【００４６】
他の１つは、図２に示す形状寸法の鋼製の枠材２の開口部２ａの中央部に、枠材２とともに５４℃に予熱して図に示すように溶接固定した。その際、試験片１の外側には、ステンレス鋼製のガス導管３が接続された厚さ５ｍｍの２分割型の蓋材４によってその両端を気密シールするようにした外径３８ｍｍ、肉厚３ｍｍ、長さ１９０ｍｍのステンレス鋼管５を配置した。次いで、図示は省略するが、枠材２にリボンヒータを巻き付けてその温度を５４℃に保ちながら、ガス導管３を用いてステンレス鋼管５の管内に液体窒素を循環させて試験片１を−１９６℃に冷却して３０分間保持した後に枠材２から試験片１を取り出し、室温での引張試験に供して伸び量を調べた（試験２）。
【００４７】
そして、試験１における伸び量Ｅｌ1 に対する試験２における伸び量Ｅｌ2 の比（Ｅｌ2 ／Ｅｌ1 ）を調べ、その比（Ｅｌ2 ／Ｅｌ1 ）が９５％以上のものを熱膨張特性が良好「○」、９５％未満のものを熱膨張特性が不芳「×」として評価し、その結果を表１に併せて示した。
【００４８】
ここで、試験２は、枠材２で拘束された状態で５４℃から−１９６℃にまで冷却された際の熱歪みによる塑性変形の有無を、引張試験後の伸び量Ｅｌ2 により評価する試験であり、拘束冷却時に塑性変形が生じていれば、その伸び量Ｅｌ2 は試験１によった場合の伸び量Ｅｌ1 に比べて小さくなる。
【００４９】
一方、試験２による伸び量Ｅｌ2 が試験１によった場合の伸び量Ｅｌ1 と等しければ、試験２の拘束冷却時に塑性変形が生じていないことになり、その線膨張係数は降伏強さの関係が前述の(15)式を満足するほどに十分に小さいといえる。
【００５０】
したがって、構造用材料として使用する際には、温度による歪み吸収対策が不必要となり、冷却時の拘束の有無が、材料の伸び値に与える影響の差違により、本発明の目的とする効果が得られているか否かを確認できる。
【００５１】
表１に示す結果から明らかなように、本発明で規定する要件を満たすNo. １〜１５の合金は、両端を完全に拘束して２５０℃の温度差の冷却サイクルを受けても塑性変形による伸び値の低下がいずれも９５％以上と小さく熱膨張特性が良好で、Ｕ字ループや伸縮継手のような温度差による歪みを吸収する構造を必要とせずに構造用材料として用いることができることがわかる。
【００５２】
これに対して、本発明で規定する要件を満たさないNo. １６〜２０の合金は、Ｃｒの添加にともなうＮｉ、Ｃｏ量の適正化とＣ、Ｎ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｔｉによる強度調整が不十分であるため、両端を完全に拘束して２５０℃の温度差の冷却サイクルを受けた際に降伏歪み以上の塑性変形が生じて伸び値がいずれも９５％未満にまで低下し、熱膨張特性が不芳で、一般の材料と同様に、Ｕ字ループや伸縮継手のような温度差による歪みを吸収する構造を必要とし、構造用材料として用いることができないことがわかる。
【００５３】
具体的に説明すると、No. １６の合金は本発明で規定する(2) 式、No. １７および２０の合金は本発明で規定する(5) 式を満たすものの、(1) 式または(6) 式を満たさず、Ｃｒ添加にともなうＮｉ、Ｃｏ量の調整が不十分なために線膨張係数が十分に小さくならなかった。また、No. １８の合金は本発明で規定する(1) 式は満たすものの(2) 式を満たさず、No. １９の合金は本発明で規定する(5) 式は満たすものの(6) 式を満たさず、Ｃｒ添加にともなうＮｉ、Ｃｏ量の調整が不十分なために線膨張係数が十分に小さくならなかった。
【００５４】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【図１】実施例において使用した試験片の形状、寸法を示す模式図である。
【図２】実施例における拘束引張試験方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１：試験片、
２：枠材、
２ａ：開口部、
３：ガス導管、
４：蓋材
５：ステンレス鋼管。
【図１】
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【図２】
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