CN102912249A - 电磁不锈钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电磁不锈钢及其制造方法，该电磁不锈钢具有可适用于在严酷环境下被曝晒的汽车燃料喷射装置等的电磁阀的可动件、固定件的高电阻率，且耐腐蚀性也优异。上述电磁不锈钢中，以质量%计，C：0.04%以下，Si：0.3～1.2%，Mn：0.3～1.0%，S：0.01～0.05%，Ni：1.0%以下（不含0%），Cr：大于16.0%且小于等于18.0%，Al：0.2～0.5%，Ti：0～0.05%，余量由Fe及杂质构成。

Description

电磁不锈钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及具有高电阻率且耐腐蚀性优异的电磁不锈钢及其制造方法。

背景技术

以往，作为汽车燃料喷射装置等的电磁阀的可动件、固定件的部件，采用通过具有高电阻率而针对动态磁场的磁场应答性优异且耐腐蚀性也优异的电磁不锈钢。

例如，在专利文献1中提出了一种电磁不锈钢，其中，以质量%计含有，C：0.05%以下、N：0.04%以下、Al：大于0.50%且小于等于3.0%、Si：0.30～2.50%、Mn：0.50%以下、S：0.03%以下、Ti：0.01～0.50%、Cr：5.0%～20.0%、B：0.0005～0.01%，余量由不可避免的杂质及实质上为Fe的组成所形成。在该专利文献1中提出的组成的第一个特征是将Ti与B进行复合添加且极力减少S，并且第二个特征是比较大量地含有Al，从而提高电阻率，并且使耐腐蚀性与磁特性提高。此外，以改善切削性为目的，可含有0.30%以下的Pb作为选择元素之一。

此外，在由本申请的申请人申请的专利文献2中提出了一种电磁不锈钢，其中，以质量%计，C：0.03%以下，N：0.03%以下，Al：0.2～1.5%，Si：0.3～1.2%，Mn：0.5～1.0%，S：0.008～0.06%，Cr：8～16%，余量实质上由Fe构成。该提案基于13Cr-Fe系合金，适当调整Al、Si、Mn、S的含量，从而可不损害切削性地实现高电阻率、优异的软磁性与冷锻性。在该专利文献2中，调整S与Mn的量而调整作为切削性良好的非金属夹杂物的MnS量，从而即使不含有对环境有害的元素Pb，也可获得耐腐蚀性、软磁性、切削性，在这方面是优异的技术。

专利文献1：日本特开平6-010101号公报

专利文献2：日本特开平2-061028号公报

发明内容

如上所述，在专利文献1中公开的电磁不锈钢通过积极添加Al而实现电阻率的上升、最大磁导率的上升及顽磁力的下降，但是若提高Al，则加工性劣化。此外，为了获得优异的切削性而添加的Pb是对环境有害的物质。

此外，在专利文献2中公开的电磁不锈钢中即使不包含Pb，也可获得切削性，但是存在若在严酷的环境下被暴晒，则电磁不锈钢因盐害而生锈这样的问题。例如，在将电磁不锈钢适用于燃料喷射装置的可动件、固定件的部件时，若这些部件发生生锈，则作为电磁阀的功能产生故障而成为问题。此外，存在如下情况：由于为了提高电阻率并使磁性提高而稍微提高地含有Al，因此加工性上仍然产生问题。

像这样，对于电磁不锈钢要求电阻率、耐腐蚀性、软磁性、加工性、切削性等诸多特性，但是近年来，存在要求特别高的电阻率与优异的耐腐蚀性的趋势。针对该要求，存在以往公开的电磁不锈钢不充分这样的课题。

本发明的目的是解决该课题，提供一种具有高电阻率、耐腐蚀性也优异的电磁不锈钢及其制造方法。

本发明人排除了Pb之类的有害物质而重新研究了电磁不锈钢的化学组成与电阻率、耐腐蚀性、磁特性的关系。其结果是得知Cr量在17%附近是最适的。此外，发现在以往的电磁不锈钢中为了使磁特性提高而积极添加的Al即使通过增加Cr而降低至不使加工性劣化的范围中，也可获得高磁导率、低顽磁力的优异的软磁性，从而完成本发明。

即，本发明为一种电磁不锈钢，其中，以质量%计，C：0.04%以下，Al：0.2～0.5%，Si：0.3～1.2%，Mn：0.3～1.0%，S：0.01～0.05%，Ti：0～0.05%，Cr：大于且16.0%且小于等于18.0%，Ni：1.0%以下（不含0%），余量由Fe及杂质构成。

在本发明中，优选的Al、Cr及Ti的范围为：Al含量以质量%计为0.2～0.35%，Cr含量以质量%计为16.5～18.0%，Ti含量以质量%计为0.008～0.05%。

此外，本发明为一种电磁不锈钢的制造方法，其中，在获得具有上述组成的钢块后，加热至950～1150℃而进行热加工，从而获得热加工材。

进而，本发明为一种电磁不锈钢的制造方法，其在上述热加工工序之后，进行850～1050℃的退火。

本发明的电磁不锈钢由于具有高电阻率，因此针对动态磁场的磁场应答性优异。此外，在严酷环境下的耐腐蚀性也优异。进而，在高磁导率、低顽磁力的软磁性这样的方面也优异。因此，例如，适用于要求磁场应答性且在严酷环境下使用的燃料喷射装置的电磁阀用部件。

附图说明

图1为表示本发明的电磁不锈钢的盐水喷雾试验后的外观的照片。

图2为表示比较例的电磁不锈钢的盐水喷雾试验后的外观的照片。

具体实施方式

如上所述，本发明的重要特征为研究了电磁不锈钢的化学组成、电阻率、耐腐蚀性、软磁性的关系并设为适当范围的化学组成。在本发明的电磁不锈钢中，规定各化学组成的理由如下所述。应予说明，在没有特别记载的情况下，记为质量%。

C：0.04%以下

C为与Cr、Ti结合成为碳化物而使电磁不锈钢的耐腐蚀性与软磁性劣化的元素，因此含量最好少些。因此，C为在本发明中应当限制的元素之一。若C为0.04%以下的范围，则不发生显著的耐腐蚀性劣化与软磁性劣化。因此，将上限设为0.04%。优选的C的下限为0%，优选的C的上限为0.02%。

Al：0.2～0.5%

Al为具有提高电磁不锈钢的电阻率、提高软磁性的效果的元素，另一方面，Al为使加工性劣化的元素，因此优选其含量低。在本发明中，通过将Cr设为17%附近，与以往的电磁不锈钢相比，可降低Al。但是，在Al小于0.2%时，高电阻率化与软磁性的改善效果小，反之，在大于0.5%的范围，电磁不锈钢的硬度变高，使塑性加工性下降，因此，将上限设为0.5%。Al的优选下限为0.22%，更优选为0.24%。另一方面，Al的优选上限为0.45%，更优选为0.35%。

Si：0.3～1.2%

Si为具有提高电磁不锈钢的电阻率、提高软磁性的效果的元素。因此，在本发明中必须添加。但是，在Si小于0.3%时，高电阻率化与提高软磁性的效果小，反之在大于1.2%的范围，电磁不锈钢的硬度变高而使加工性下降，因此将上限设为1.2%。优选的Si的下限为0.5%，更优选为0.6%。另一方面，Si的优选上限为1.0%，更优选为0.9%。

Mn：0.3～1.0%

Mn为与S结合成为非金属夹杂物MnS而确保电磁不锈钢的切削性的元素。但是，若Mn小于0.3%，则对S的固定不充分，反之在大于1.0%的范围，使电磁不锈钢的磁通量密度下降，因此设为0.3～1.0%的范围。优选的Mn下限为0.4%，更优选为0.45%。另一方面，Mn的优选上限为0.9%，更优选为0.8%。

S：0.01～0.05%

S也是成为MnS而确保电磁不锈钢的切削性的元素。但是，若S小于0.01%，则MnS的量变少而使改善切削性的效果小，反之在大于0.05%的范围时，MnS的量变得过多而使软磁性劣化，因此设为0.01～0.05%的范围。优选的S下限为0.02%，更优选为0.025%。另一方面，S的优选上限为0.04%，更优选为0.035%。

Ti：0～0.05%

Ti为具有固定C、N而防止由于C、N固溶于电磁不锈钢的母相中所致的软磁性劣化的效果的元素，但是另一方面，Ti有可能通过在母相中固溶而使软磁性劣化，因此根据需要添加即可，也可不添加（0%）。从上述理由考虑，添加Ti时的上限设为0.05%。添加Ti时的优选下限为0.008%，更优选为0.01%。另一方面，Ti的优选上限为0.03%，更优选为0.02%。

Cr：大于16.0%且小于等于18.0%

Cr对于本发明的电磁不锈钢而言是最重要的元素，但是由于Cr过少或者过高均达不到所希望的效果，因此在极其狭窄的范围内进行调整。如上所述，对于高电阻率化以及耐腐蚀性、磁特性的提高，Cr量提高至17%附近的组成是最佳的，通过将Cr含量在极其狭窄的范围内进行调整，可使Al降低。然而，在Cr为16.0%以下的范围内，例如，在如盐害之类的严酷环境下电磁不锈钢生锈的可能性提高，因此含有的Cr需要大于16.0%。另一方面，即使为大于18.0%的范围，虽然对高电阻率化与提高耐腐蚀性是有利的，但是磁通量密度的下降变得显著，因此将上限规定成18.0%。优选的Cr下限为16.5%，更优选为16.7%。另一方面，优选的Cr上限为17.8%，更优选为17.5%。

Ni：1.0%以下（不含0%）

Ni为与Cr同样在提高耐腐蚀性方面具有效果、并且具有提高电阻率的效果的本发明的必需元素。此外，通过将Ni固溶在铁素体组织中，还具有因固溶强化而提高电磁不锈钢强度的效果。但是，在大于1.0%的范围，使软磁性劣化，因此将上限规定成1.0%。为了更可靠地获得提高Ni的耐腐蚀性的效果，优选将Ni的下限设为0.3%。更优选Ni的下限为0.35%，更优选Ni的上限为0.7%。

余量为Fe及杂质

余量为Fe及在制造上不可避免地混入的杂质。杂质含量优选少些。代表性的杂质上限为以下范围即可。

P≤0.05%、N≤0.04%、O≤0.01%

接着，对本发明的制造方法进行说明。

在本发明中，制造具有上述组成的钢块。钢块的制造方法用常规方法即可，但是若为添加活性Ti的组成的钢块，则优选进行真空熔化而制造钢块的方法。

对所得钢块进行热加工而制成热加工材。这是由于通过对钢块进行热加工，电磁不锈钢再结晶而变得容易获得优异的软磁性。

若热加工时的加热温度小于950℃，则热加工时的变形抗力变高，有可能在热加工中的电磁不锈钢中产生裂纹，因此将加热温度的下限设为950℃。更优选的下限温度为980℃，进一步优选的下限温度为1000℃。另一方面，若热加工时的加热温度大于1150℃，则铁素体粒变粗大，有可能出现晶粒边界裂纹，因此将加热温度的上限设为1150℃。更优选的上限温度为1120℃，进一步优选的上限温度为1100℃。

应予说明，在本发明中所述的热加工是指热锻、热压加工、热轧等公知的热加工技术。

接着，在上述热加工工序后进行退火。

进行退火是因为通过将在热加工中形成的动态再结晶组织进行退火，从而使铁素体粒径大小整齐，获得优异的软磁性。应予说明，优选将电磁不锈钢形状加工成部件形状后进行退火。

将在退火工序中的加热温度下限设为850℃的原因是在小于850℃的温度时将铁素体粒进行整粒的效果小。更优选的下限温度为880℃，进一步优选的下限温度为900℃。另一方面，若加热温度大于1050℃，则铁素体粒径大而整齐，从而提高软磁性，但若是对部件形状进行加工后，则在大于1050℃的高温时，产生电磁不锈钢变形、部件形状彼此粘合的问题。更优选的上限温度为1020℃，进一步优选的上限温度为1000℃。

以上说明的本发明的电磁不锈钢与以往的电磁不锈钢相比具有高电阻率与优异的耐腐蚀性。此外，由于还具有优异的软磁性，因此例如适于汽车燃料喷射装置等的电磁阀中的可动件、固定件的部件。

实施例

在以下实施例中更详细地说明本发明。

利用真空熔化炉熔制10种10kg的电磁不锈钢的钢块。将各电磁不锈钢的化学组成示于表1中。

表1的No.1～8的合金在本发明电磁不锈钢的化学组成的范围内。另一方面，比较例的No.11为合金、Mn、S、Cr的量在本发明的范围之外且含有有害物质Pb的比较例合金。此外，在比较例的No.12中，Al在本发明的范围之外。

表1

(质量％)

No	C	Al	Si	Mn	S	Ti	Cr	Ni	Pb	余量	备注
												1	0.012	0.27	0.62	0.49	0.0260	0.018	16.79	0.50	-	Fe及杂质	本发明
2	0.014	0.24	0.64	0.49	0.0280	0.015	16.40	0.50	-	同上	本发明
												3	0.015	0.26	0.64	0.49	0.0270	0.013	17.06	0.50	-	同上	本发明
4	0.015	0.28	0.64	0.53	0.0290	0.013	17.76	0.50	-	同上	本发明
												5	0.014	0.45	0.63	0.52	0.0290	-	17.08	0.50	-	同上	本发明
6	0.015	0.25	0.64	0.51	0.0290	0.012	17.12	0.89	-	同上	本发明
												7	0.014	0.29	0.90	0.50	0.0287	0.013	17.15	0.52	-	同上	本发明
8	0.014	0.30	0.65	0.87	0.0284	0.013	17.09	0.51	-	同上	本发明
												11	0.010	0.25	0.67	0.21	0.0005	0.011	13.85	0.08	0.16	同上	比较例
12	0.013	0.10	0.63	0.55	0.0250	0.020	17.08	0.51	-	同上	比较例

杂质：P≤0.05％、N≤0.04％、0≤0.01％

“-”标记为无添加。

将本发明的No.1～8合金与比较例的No.11合金及No.12合金的各电磁不锈钢的钢块于1100℃加热，进行热锻，获得直径30mm的圆棒材。

在除去热锻时的氧化皮后，从该圆棒材中切割直径20mm、板厚2mm的盐水喷雾试验片，将片面用砂纸研磨精加工至#500。此外，从各丸棒材中切割4mm×4mm×80mm的电阻测定片，外径20mm、内径15mm、板厚5mm的环状试验片以及5mm×10mm×30mm的电磁铁试验片。

将这些盐水喷雾试验片、电阻测定片、环状试验片、电磁铁试验片在氢气氛炉中于950℃保持2小时后，进行炉冷的磁性退火，供以电阻测定、盐水喷雾试验及磁性测定。电阻使用利用四端法的电阻测定装置进行测定。此外，盐水喷雾试验将温度35℃的5%NaCl水溶液喷雾168小时，确认锈的产生状况。

磁特性的测定如下进行：对小环状试验片实施1次100圈、2次10圈的绕线，在最大施加磁场Hm=800A/m、2000A/m、4000A/m、8000A/m的各条件下测定直流磁特性。进而，对电磁铁试验片在最大施加磁场Hm=40000A/m的条件下测定直流磁特性。

将本发明的No.1～8合金与比较例的No.11合金及No.12合金的电阻率、耐腐蚀性与磁特性一并表示在表2中。此外，作为盐水喷雾试验结果的一个例子，将本发明的No.1合金的盐水喷雾试验后的外观照片表示在图1中，将比较例的No.11合金的盐水喷雾试验后的外观表示在图2中。

根据图1，在本发明的No.1合金中，在端部稍微看到锈的起点，但是未看到显著的锈。另一方面，比较例的No.11合金在盐水喷雾试验后，看到显著的红锈。由此可知，No.1合金的耐腐蚀性比No.11合金优异。应予说明，对于表2的耐腐蚀性，将未看到显著的锈的记为○，将看到显著的锈的记为×，但是除了比较例的No.11合金以外，全部为与No.1合金相同程度的生锈。

此外，若着眼于各电磁不锈钢的电阻率，则结果是本发明的No.1～8合金可得到0.71μΩm以上的电阻率，但是比较例的No.11合金与No.12合金的电阻率低于0.71μΩm。

进而，若着眼于磁特性，则本发明的No.1合金、No.2合金及No.5合金与比较例相比，最大磁导率μm高，软磁性也优异。

表2

○：未看到显著的锈；×：看到显著的锈

由以上结果可知，相对于比较例的No.11合金及No.12合金，本发明的No.1～8合金具有高电阻率且耐腐蚀性也优异。

产业上的可利用性

本发明的电磁不锈钢具有高电阻率，并且耐腐蚀性也优异，因此例如可适用于要求针对动态磁场的磁场应答性且在严酷环境下被暴晒的汽车燃料喷射装置等的电磁阀的可动件、固定件的用途。

Claims (6)

1.一种电磁不锈钢，其特征在于，以质量%计，C：0.04%以下，Al：0.2～0.5%，Si：0.3～1.2%，Mn：0.3～1.0%，S：0.01～0.05%，Ti：0～0.05%，Cr：大于16.0%且小于等于18.0%，Ni：1.0%以下且不含0%，余量由Fe及杂质构成。

2.根据权利要求1所述的电磁不锈钢，其特征在于，Al含量以质量%计为0.2～0.35%。

3.根据权利要求1或2所述的电磁不锈钢，其特征在于，Cr含量以质量%计为16.5～18.0%。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的电磁不锈钢，其特征在于，Ti含量以质量%计为0.008～0.05%。

5.一种电磁不锈钢的制造方法，其特征在于，在获得具有权利要求1～4中任一项所述的组成的钢块之后，加热至950～1150℃而进行热加工，从而获得热加工材。

6.根据权利要求5所述的电磁不锈钢的制造方法，其特征在于，在所述热加工工序之后，进行850～1050℃的退火。

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