CN117916399A - 切削性优异的沉淀硬化型软磁性铁氧体类不锈钢 - Google Patents

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Abstract

本发明要解决的技术问题为提供一种软磁特性、时效硬度及耐腐蚀性优异，同时切削性优异的沉淀硬化型软磁性铁氧体类不锈钢；本发明解决技术问题的手段为一种切削性优异的沉淀硬化型软磁性铁氧体类不锈钢，其含有C、Si、Mn、S、Cr、Ni、Al，且含有Ti及Zr中的至少一种，同时还含有Bi，其中，以质量％计，C：0.1％以下且不包括0％、Si：0.01～2.5％、Mn：0.5％以下且不包括0％、S：0.1％以下且不包括0％、Cr：12.0～19.0％、Ni：1.0～4.0％、Al：0.5～3.0％、Ti：0.05～0.5％、Zr：0.05～小于0.3％、Bi：0.02～0.5％，剩余部分为不可避免的杂质及基本上的Fe的组成，并且进行固溶处理与时效处理后的组织基本上为铁氧体相，所述不锈钢的时效处理后的硬度为300Hv以上。

Description

切削性优异的沉淀硬化型软磁性铁氧体类不锈钢
技术领域
本发明涉及一种沉淀硬化型软磁性铁氧体类不锈钢，更详细而言，涉及一种不仅软磁特性及耐腐蚀性优异，而且切削性良好的沉淀硬化型软磁性铁氧体类不锈钢。
背景技术
作为各种电磁阀、电子控制燃料喷射装置等的磁芯材料，由于需要磁特性及耐腐蚀性，因此大多使用软磁性铁氧体类不锈钢，本申请人开发出了一种沉淀硬化型软磁性铁氧体类不锈钢，目的是提高装置的滑动部或碰撞部的耐磨损性及耐屈曲性(参照专利文献1)。该沉淀硬化型软磁性铁氧体类不锈钢因Ni、Al、Si等的固溶强化作用，即使在固溶状态下仍具有200Hv以上的硬度。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3550132号公报
发明内容
本发明要解决的技术问题
然而，专利文献1中记载的沉淀硬化型软磁性铁氧体类不锈钢存在切削加工性(包括切屑破碎性)差的问题，其成为了部件加工中成本上升的主要原因。因此，需要一种不丧失软磁特性、时效硬度及耐腐蚀性的有点且提高了切削性的沉淀硬化型软磁性铁氧体类不锈钢。
本发明是着眼于上述技术问题而完成的，目的在于提供一种软磁特性、时效硬度及耐腐蚀性优异，同时切削性优异的沉淀硬化型软磁性铁氧体类不锈钢。
解决技术问题的技术手段
作为提高切削性的添加物，已知有几种添加物，但由于Bi会导致软磁特性的劣化或耐腐蚀性下降，因此业界内不考虑将其用作提高软磁性铁氧体类不锈钢的切削性的添加物。本申请的发明人发现，通过添加适量的Bi，切削性提高且不会使软磁特性、时效硬度及耐腐蚀性劣化，进而完成了本申请发明。
即，第一，本发明的切削性优异的沉淀硬化型软磁性铁氧体类不锈钢，其特征在于，其含有C、Si、Mn、S、Cr、Ni、Al，且含有Ti及Zr中的至少一种，同时还含有Bi，其中，以质量％计，C：0.1％以下且不包括0％、Si：0.01～2.5％、Mn：0.5％以下且不包括0％、S：0.1％以下且不包括0％、Cr：12.0～19.0％、Ni：1.0～4.0％、Al：0.5～3.0％、Ti：0.05～0.5％、Zr：0.05～小于0.3％、Bi：0.02～0.5％剩余部分为不可避免的杂质及基本上的Fe的组成，并且进行固溶处理与时效处理后的组织基本上为铁氧体相，所述不锈钢的时效处理后的硬度为300Hv以上。
此外，第二，本发明的切削性优异的沉淀硬化型软磁性铁氧体类不锈钢，其特征在于，其含有C、Si、Mn、S、Cr、Ni、Al，且含有Ti及Zr中的至少一种，同时还含有Bi，进一步含有Nb、Mo、Cu、B及REM中的至少一种，其中，以质量％计，C：0.1％以下且不包括0％、Si：0.01～2.5％、Mn：0.5％以下且不包括0％、S：0.1％以下且不包括0％、Cr：12.0～19.0％、Ni：1.0～4.0％、Al：0.5～3.0％、Ti：0.05～0.5％、Zr：0.05～小于0.3％、Bi：0.02～0.5％、Nb：1.0％以下、Mo：4.0％以下、Cu：2.0％以下、B：0.01％以下、REM：0.1以下，剩余部分为不可避免的杂质及基本上的Fe的组成，并且进行固溶处理与时效处理后的组织基本上为铁氧体相，所述不锈钢的时效处理后的硬度为300Hv以上。
发明效果
根据本发明，能够提供一种软磁特性、时效硬度及耐腐蚀性优异，同时切削性优异的沉淀硬化型软磁性铁氧体类不锈钢。
附图说明
图1为示出了本发明的实施例的切削阻力试验方法的说明图。
图2为本发明的实施例的通过切屑破碎试验得到的切屑的外观照片。
具体实施方式
对在本发明中将钢中的成分组成限定在权利要求范围内的原因进行说明。另外，在本说明书中，仅记作“％”时是指“质量％”。
C：0.1％以下且不包括0％
C为阻碍生成以铁氧体相为基底的钢组织的奥氏体稳定化元素，并且，由于其为对磁特性产生不良影响的元素，因此希望C含量尽可能的少，考虑到C会通过Ti、Zr、Nb以碳化物或碳硫化物的形式而被固定以及考虑到制造性，使C含量为0.1％以下。
Si：0.01～2.5％
Si为铁氧体稳定化元素，其通过降低矫顽力等而有助于提高软磁特性，对增加比电阻改善高频响应性也是有效的。此外，在制造不锈钢时，其可用作脱氧剂，因此其为0.01％以上。但若其含量为3％左右，则会成为阻碍冷加工工序中塑性加工性的主要因素，因此其为2.5％以下。
Mn：0.5％以下且不包括0％
Mn为在不锈钢中作为脱氧剂的有用元素，其还具有将S以硫化物形式固定而进一步提高切削性的效果。但由于Mn为奥氏体稳定化元素，因此大于0.5％的过量添加会使铁氧体相不稳定化，进一步阻碍磁特性或耐腐蚀性，因此使Mn含量为0.5％以下。另外，Mn含量的下限没有特别限制，但为了显著发挥上述效果，优选为0.05％以上。
S：0.1％以下且不包括0％
S具有与Mn等生成硫化物从而提高切削性的效果，但同时会使软磁特性变差，因此在本发明中，并不以使其效果显著的程度的量进行添加，而是尽可能地减少其量，但由于还具有由Mn、Ti、Zr形成的固定效果，因此可以含有0.01％以上，并为0.1％以下。
Cr：12.0～19.0％
Cr为铁氧体类不锈钢中的主要成分之一，其使铁氧体相稳定化的同时，在提高耐腐蚀性及增加比电阻方面也是有效的元素，但若不满12％，则缺乏上述效果，若大于19％则阻碍软磁特性的影响变大，因此其为12.0～19.0％。
Ni：1.0～4.0％
Ni通过与Al一同进行时效热处理，以金属互化物的形式从钢中析出，由此使硬度上升。为了发挥该效果，需要其为1.0％以上，但过量添加易于导致生成马氏体相或奥氏体相，因此其为1.0～4.0％。
Al：0.5～3.0％
Al不仅通过与Ni一同以金属互化物的形式从钢中析出从而使硬度上升，其还是作为脱酸剂而有用的元素，进一步还具有铁氧体稳定化作用。此外，较之与Ni同时形成金属互化物而多添加的Al还有助于降低矫顽力进一步有助于增加比电阻从而具有改善高频响应性的效果，因此其为0.5％以上。然而，过量的添加会阻碍冷加工性，导致氧化物类夹杂物增多，因此其上限为3.0％。
含有Ti：0.05～小于0.5％及Zr：0.05～小于0.3％中的至少一种
Ti及Zr是对通过固定C及S从而提高磁特性或耐腐蚀性而有效地发挥作用的元素，但由于过量的添加会使冷加工性下降，因此使Ti含量为0.05～小于0.5％，使Zr含量为0.05～小于0.3％。
Bi：0.02～0.5％
Bi通过分散在钢中且几乎不使软磁特性、时效硬度、耐腐蚀性劣化而降低固溶处理后的切削阻力、改善切屑破碎性，从而具有提高切削性的效果，因此其为0.02％以上。由于过量的添加会导致软磁特性劣化或耐腐蚀性下降，因此其上限为0.5％。
剩余部分为不可避免的杂质及基本上的Fe的组成，优选含有70～80质量％的剩余部分的Fe。此外，不可避免的杂质优选为0.1质量％以下，特别优选为0.05质量％以下。作为不可避免的杂质，可列举出P、N、O等。
进一步，可以含有Nb：1.0％以下、Mo：4.0％以下、Cu：2.0％以下、B：0.01％以下及REM：0.1以下中的至少一种。
Nb：1.0％以下
Nb为对固定C从而提高软磁特性、耐腐蚀性有效的元素，当含有该元素时，优选其为0.001～1.0％，过量的添加反而会阻碍软磁特性，因此其上限为1.0％以下。
Mo：4.0％以下
Mo为对改善耐腐蚀性有效的元素，当含有该元素时，优选其为0.05～4.0％，过量的添加会阻碍冷加工性，因此其上限为4.0％。
Cu：2.0％以下
Cu为对改善耐腐蚀性有效的元素，同时还有助于时效效果，当含有该元素时，优选其为0.05～2.0％。过量的添加会导致材料的脆化，阻碍冷加工性，因此其上限为2.0％。
B：0.01％以下
B有助于提高冷加工性，当含有该元素时，优选其为0.001～0.01％。过量的添加反而会阻碍冷加工性，因此其上限为0.01％。
REM：0.1％以下
REM有助于提高冷加工性，当含有该REM时，优选其为0.001～0.1％。由于过量的添加反而会阻碍冷加工性，因此其上限为0.1％。
接着，对根据本发明的切削性优异的沉淀硬化型软磁性铁氧体类不锈钢的制造方法的一个实例进行说明。
首先，例如使用感应熔解炉在氩气气氛中将上述成分组成的钢材料熔解，然后进行铸锭，接着，在1000～1150℃下进行开坯，然后使用磨床边去除氧化皮边制成钢片，进行修整，加热至1000～1150℃后，对其进行热压延，制成线状、棒状或板状的材料。为了去除应力或调整微结构，可以在热压延后进行750～1050℃的退火或固溶热处理。
接着，当为线材材料时，以10～30％的减面率进行冷拉丝与弯曲矫正，在900～1050℃下进行固溶处理。此时的热处理的目的主要在于去除材料的加工变形。当为棒状材料、板状材料时，在对材料表面进行切削加工后，在冷环境下进行弯曲矫正，制成部件加工用的材料并进行提供。
对于部件加工，可以进行切削或在切削前进行冷压加工。在加工后进行时效硬化处理，但为了使部件的软磁特性更加良好，可以在时效硬化处理前进行退火或固溶处理。
实施例
在Ar气流中熔炼7kg的含有表1所示的各种成分组成的钢材料，通过浇铸入金属模具，制成的铸锭。接着，以1000～1150℃对各铸锭进行热锻，制成/>的圆棒，通过外周旋削将外径加工至/>在950℃下进行10分钟的低温固溶处理，制成试样，供于各试验中。
对所得到的试样(实施例：试样No.1～7，比较例：试样No.8～12)的硬度、磁特性、耐腐蚀性、切削阻力、切屑破碎性进行考察，将结果示于表2。
另外，磁特性通过以下方式测定：制作外径为13mm、内径为5.85mm、厚度为5mm的环形试样，使用真空炉在1050℃下加热2小时，然后通过氮气骤冷进行固溶处理，继续以550℃进行3小时的时效处理后，使用B-H环路示踪器(B-H loop tracer)进行测定。进一步使用相同的试样测定硬度。
耐腐蚀性通过以下方式进行评价：对长度为35mm的圆棒进行与磁特性评价试样相同的热处理，在35℃下对以#800目金刚砂纸进行了研磨的试样喷洒48小时的5％NaCl水溶液，然后根据试样表面的生锈程度进行评价。另外，耐腐蚀性的评价以下述两个阶段进行：将未生锈或者虽然生锈但仅在圆棒端部的角部等局部略微生锈的情况评价为“○”，将除此之外的生锈明显的情况评价为“×”。
切削阻力通过下述方式进行评价：制成长度为55mm的试样，通过将突出量设定为35mm、宽度为10mm的切削进行评价。使用横式CNC车床进行切削加工，刀具使用Tungaloy Corporation制造(TNMG331-SSAH310)，在使用矿物油润滑下进行。关于切削条件，将切削速度设为150[mm/min]、进给量设为0.15[mm/rev]、切入量设为0.5[mm]。切削阻力如图1所示，其为对被切削材料进行外周旋削时产生的“背向力、进给力、主切削力”的合力。将作为比较材料的表1的试样No.12的结果设为“100”，进行与各试样的相对评价。
切屑破碎性以下述两个阶段进行评价：将在切削阻力试验中产生的切屑在长度小于25mm时中断的情况评价为“○”，将切屑为该长度以上的情况评价为“×”。将切削中产生的切屑的外观实例示于图2。
通过表2所示的结果能够确认到，实施例的试样No.1～7的切削性与耐腐蚀性均优异，时效处理后的硬度为310HV5以上，磁特性也良好。并可见到实施例的切削阻力较之比较例有少许优化。如图2及表2所示，能够确认到实施例的切屑破碎性有显著优化。
另一方面，比较例的试样No.8与No.11的Ni及Al的含量低，几乎未确认到时效造成的硬化。此外，比较例的No.9的磁通密度B25小于1特斯拉，矫顽力高，因此作为磁性材料的特性差。这是由于Ni的含量过多，因此奥氏体稳定化元素的影响大。比较例No.10虽然切削性、硬度、磁特性均优异，但由于未添加强力固定C或S的Ti或Zr等元素，因此耐腐蚀性差。比较例No.12虽然满足了特性，但由于未添加Bi，因此切屑的破碎性差。
因此，根据本发明，能够提供一种较之现有的沉淀硬化型软磁性铁氧体类不锈钢而言在切削时具有高切屑破碎性的材料。在硬度、磁特性、耐腐蚀性方面与现有材料具有同等的特性，能够适用于各种电磁阀、电子式燃料喷射装置等磁芯材料。因赋予切屑处理性而生产率得以提高出，这与制造成本的下降紧密相关，因此对产业界的贡献较大。
附图标记说明
1：切削阻力；2：背向力；3：进给力；4：主切削力。

Claims (2)

1.一种切削性优异的沉淀硬化型软磁性铁氧体类不锈钢，其特征在于，其含有C、Si、Mn、S、Cr、Ni、Al，且含有Ti及Zr中的至少一种，同时还含有Bi，
其中，以质量％计，
C：0.1％以下且不包括0％、
Si：0.01～2.5％、
Mn：0.5％以下且不包括0％、
S：0.1％以下且不包括0％、
Cr：12.0～19.0％、
Ni：1.0～4.0％、
Al：0.5～3.0％、
Ti：0.05～0.5％、
Zr：0.05～小于0.3％、
Bi：0.02～0.5％，
剩余部分为不可避免的杂质及基本上为Fe的组成，并且进行固溶处理与时效处理后的组织基本上为铁氧体相，
所述不锈钢的时效处理后的硬度为300Hv以上。
2.一种切削性优异的沉淀硬化型软磁性铁氧体类不锈钢，其特征在于，其含有C、Si、Mn、S、Cr、Ni、Al，且含有Ti及Zr中的至少一种，同时还含有Bi，进一步含有Nb、Mo、Cu、B及REM中的至少一种，
其中，以质量％计，
C：0.1％以下且不包括0％、
Si：0.01～2.5％、
Mn：0.5％以下且不包括0％、
S：0.1％以下且不包括0％、
Cr：12.0～19.0％、
Ni：1.0～4.0％、
Al：0.5～3.0％、
Ti：0.05～0.5％、
Zr：0.05～小于0.3％、
Bi：0.02～0.5％、
Nb：1.0％以下、
Mo：4.0％以下、
Cu：2.0％以下、
B：0.01％以下、
REM：0.1以下，
剩余部分为不可避免的杂质及基本上为Fe的组成，并且进行固溶处理与时效处理后的组织基本上为铁氧体相，
所述不锈钢的时效处理后的硬度为300Hv以上。
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