JP2000313944A - 磁気特性に優れた快削耐食軟磁性材料 - Google Patents

磁気特性に優れた快削耐食軟磁性材料

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JP2000313944A
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Akitomo Masuda
哲智 桝田
Yodai Takada
揚大 高田
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Sanyo Special Steel Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147Alloys characterised by their composition

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、電磁弁などの電磁アクチュエータ
用材料としての磁気特性に優れた快削耐食軟磁性材料を
提供すること。 【解決手段】 重量%で、C≦0.020%、Si≦
2.5%、Mn≦1.0%、P≦0.04%、S:0.
010〜0.100%、Ni≦0.50%、Cr:4〜
20%、Mo≦2.5%、Cu≦2.0%、Al:0.
10〜4.0%、N≦0.020%、残部Feと不可避
的不純物からなり、熱間圧延後、熱処理を施した素材の
平均結晶粒径が0.15mm以下で、かつ部品加工後の
熱処理において平均結晶粒度0.10mm以上であるこ
とを特徴とする磁気特性に優れた快削耐食軟磁性材料。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電磁弁などの電磁
アクチュエータ用材料としての磁気特性に優れた快削耐
食軟磁性材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電磁弁などの電磁アクチュエータのうち
軟磁性材料を使用する部品は、その構造や磁気回路形成
の点から複雑形状のものが多く、切削加工が行われてい
るのが一般的である。また、最近は電子機器全般に小型
化が進んでおり、そのために小型複雑形状の部品を精密
に安価に仕上げ加工する要求が増えてきており、切削性
に対する要求もさらに高まってきている。
【0003】一方、切削性を向上させる目的でSを添加
すると、MnSなどの硫化物を形成し磁気特性を著しく
劣化させる。そこで従来は磁気特性をあまり劣化させず
に切削性を改善するPbを含有させたPb快削の快削耐
食軟磁性材料が普及している。しかし、近年の世の中の
ニーズとして毒性の強いPbを用いない快削鋼が求めら
れており、その結果、磁気特性の良好なS快削の快削耐
食軟磁性材料が望まれている。
【0004】上述したことから、従来においては、例え
ば特開平2−61028号公報に開示されているよう
に、Cr:8〜16%、Si:0.3〜1.2%、M
n:0.5〜1.0%、Al:0.2〜1.5%、S:
0.008〜0.06%、C≦0.03%、N≦0.0
3%、Si,Mn,Al,Sの適正含有によるMnS量
の適正化と均一分散化により、切削性を損なうことなく
優れた軟磁性と冷鍛性が得られるもの、また、特開平8
−134603号公報に開示されているように、C≦
0.007%、N≦0.01%、Al:1〜4%、S
i:0〜1.5%、Cr:0〜5%、かつ{2×(Al
%+Si%)+Cr%}:4.5〜9、残部Feからな
る磁束密度および保磁力に優れ、かつ高電気抵抗を有す
る軟磁性鋼材およびその製造方法が知られている。
【0005】
【発明の属する技術分野】しかしながら、上述した特開
平2−61028号公報にあっては、フェライト結晶粒
度に基づく切削性と磁気特性の改善を図る技術思想は全
くなく、また、特開平8−134603号公報において
は、フェライト結晶粒径の記載はあるが、切削性が充分
ではないと言う問題がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述したような問題を解
消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、次の
知見を得た。Sを添加し、素材製造工程最終の熱処理後
の平均結晶粒径を0.15mm(JISフェライト結晶
粒度番号3程度)以下に規制することにより、部品加工
時の切削性、仕上げ面粗度を良好にすることができる。
また、部品加工後に行う歪み取り焼鈍後の平均結晶粒径
を0.1mm(JISフェライト結晶粒度番号4程度)
以上に規制することにより、磁気特性を良好に改善する
ことができる。この発明は、これらの知見に基づいてな
されたもので、部品製造時の加工性と部品として使用す
る時の磁気特性の両方を良好にするものである。
【0007】その発明の要旨とするところは、 (1)重量%で、C≦0.020%、Si≦2.5%、
Mn≦1.0%、P≦0.04%、S:0.010〜
0.100%、Ni≦0.50%、Cr:4〜20%、
Mo≦2.5%、Cu≦2.0%、Al:0.10〜
4.0%、N≦0.020%、残部Feと不可避的不純
物からなり、熱間圧延後、熱処理を施した素材の平均結
晶粒径が0.15mm以下で、かつ部品加工後の熱処理
において平均結晶粒度0.10mm以上であることを特
徴とする磁気特性に優れた快削耐食軟磁性材料。
【0008】(2)熱間圧延とその後の熱処理の間に冷
間での塑性加工を行う前記(1)に記載の磁気特性に優
れた快削耐食軟磁性材料。 (3)熱間圧延とその後の塑性加工が合計で減面率80
%以上の加工である前記(1)または(2)に記載の磁
気特性に優れた快削耐食軟磁性材料。 (4)熱間圧延後、あるいは塑性加工後に700〜10
50℃の範囲内の温度に少なくとも10分以上保持する
熱処理を施して素材を製造する前記(1)〜(3)に記
載の磁気特性に優れた快削耐食軟磁性材料。
【0009】(5)部品加工後の歪み取り焼鈍を700
〜1100℃の範囲内に少なくとも10分以上保持する
条件で行う前記(1)〜(4)に記載の磁気特性に優れ
た快削耐食軟磁性材料。 (6)Pb,Bi,Se,Te,Caのうちの1種また
は2種以上を合計で0.5重量%以下を含む前記(1)
〜(5)に記載の磁気特性に優れた快削耐食軟磁性材
料。 (7)Ti,Zrのうちの1種または両方を合計で0.
8重量%以下を含む前記(1)〜(6)に記載の磁気特
性に優れた快削耐食軟磁性材料にある。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、本発明における成分組成の
限定理由を説明する。 C≦0.020% Cは、軟磁気特性に悪影響を及ぼす炭化物を生成し、ま
た結晶中に固溶し結晶格子を歪ませ、磁気特性、および
加工性を劣化させるので、その上限を0.020%とし
た。 Si≦2.5% Siは、磁気特性、耐食性を向上させ,固有抵抗を増加
させる。しかし、2.5%を超えるとその効果はなくな
り、むしろ加工性が劣化するので、その上限を2.5%
とした。
【0011】Mn≦1.0% Mnは、脱酸材として有効な元素であるとともにSと結
合してMnSとなり、このMnSが鋼中に分散すること
により、被削性を向上させる効果がある。しかしなが
ら、1.0%を超える添加は磁気特性および加工性を劣
化させるので、上限を1.0%とした。好ましくは0.
50%以下とする。 P≦0.04% Pは、Mnと同様に、磁気特性および加工性を劣化させ
るので、その上限を0.04%に規制した。好ましくは
0.03%以下とする。
【0012】S:0.010〜0.100% Sは、切削性を向上させる効果的な元素である。しかし
ながらS添加量が0.010%未満であるとその効果が
小さく、一方0.100%を超える添加は耐食性、磁気
特性および加工性を劣化させるので、そのS添加量を
0.010〜0.100%とした。 Ni≦0.50% Niは、耐食性を向上させる元素である。しかし、0.
50%を超える添加は磁気特性を劣化させるので、その
上限を0.50%に規制した。好ましくは0.30%以
下とする。
【0013】Cr:4〜20% Crは、耐食性および固有抵抗を高めるために効果的な
元素であるが、Crの過剰の添加は加工性および磁気特
性を劣化させるために上限を20%とする。しかしなが
ら、Cr添加量が4%未満になると本発明の目的用途の
ためには耐食性が不十分になるため下限を4.0%と
し、その範囲を4〜20%とした。 Mo≦2.5% Moは、Crと同様に、耐食性および固有抵抗を高める
ために効果的な元素であるが、Moの過剰の添加は加工
性および磁気特性を劣化させるために上限を2.5%と
した。
【0014】Cu≦2.0% Cuは、耐食性および抗菌性付与に効果的な元素であ
る。しかしながらCuの過剰な添加は磁気特性および加
工性を劣化させるので、その上限を2.0%とする。好
ましくは1.0%以下とする。 Al:0.10〜4.0% Alは、磁気特性、耐食性および固有抵抗増加に効果的
な元素である。しかし、0.10%未満では、その効果
がなく、また、過剰のAl添加は加工性を劣化させるの
で、その範囲を0.10〜4.0%とした。好ましくは
0.10〜2.0%とする。
【0015】N≦0.020% Nは、Cと同様に、磁気特性、および加工性を劣化させ
るので、その上限を0.020%とした。好ましくは
0.015%以下とする. Pb,Bi,Se,Te,Caのうちの1種または2種
以上を合計で0.5重量%以下 Pb,Bi,Se,Te,Caは、切削性を向上させる
効果的な元素である。しかしながら、それらの合計が
0.5%以上であるとその効果が小さく、また磁気特性
を劣化させるので、0.5%以下とした。
【0016】Ti,Zrのうちの1種または両方を合計
で0.8重量%以下 Ti,Zrは、切削性および靱性を向上させる。特にT
iの場合は、C,Nを固定する。しかしながら、それら
の合計が0.8%を超えるとその効果がなくなり、加工
性を劣化させることから、0.8%以下とした。
【0017】部品加工前の平均結晶粒径0.15mm以
下 熱間圧延後、あるいは塑性加工後に熱処理を施した素材
の平均結晶粒を微細化させることにより、切削性が良好
となり、かつ仕上げ面粗度も良好となる。また、冷間鍛
造などの冷間加工性を向上させる。従って、その平均結
晶粒径を0.15mm以下とする。好ましくは0.10
mm以下とする。 部品加工後の熱処理において平均結晶粒度0.10mm
以上 結晶粒を粗大化させ磁気特性を向上させる。従って、そ
の部品加工後の平均結晶粒度を0.10mm以上とす
る。好ましくは、0.20mm以上とする。
【0018】製造工程としては、熱間圧延後、熱処理を
施した素材の平均結晶粒を微細化させることにより、そ
の平均結晶粒径を0.15mm以下とする。好ましくは
0.10mm以下とする。その後部品加工を行い磁気特
性を向上させるために、その部品加工後の平均結晶粒度
を0.10mm以上とする。好ましくは、0.20mm
以上とする。または、熱間圧延後冷延・引抜き等の塑性
加工が合計で減面率80%以上の加工を行い、上記同様
には熱処理を施した素材の平均結晶粒を微細化させるこ
とにより、その平均結晶粒径を0.15mm以下とし、
切削等の部品加工後の熱処理で平均結晶粒度を0.10
mm以上とする。この場合の熱間圧延後、あるいは塑性
加工後に700〜1050℃の範囲内の温度に少なくと
も10分以上保持する熱処理を施すか、部品加工後の歪
み取り焼鈍を700〜1100℃の範囲内に少なくとも
10分以上保持する条件で行うものである。
【0019】
【実施例】表1に本発明鋼および比較鋼の化学成分を示
す。これらは、真空誘導炉にて溶製し50kg鋼塊に鋳
造し、熱間圧延後、800〜1000℃の範囲内の温度
で10分以上保持する焼鈍を行って試験片を作製し、各
測定にあてた。保磁力(Hc)は、リング状試験片に加
工後、850〜1000℃の範囲内の温度で歪み取り焼
鈍を行った後、巻線を施し、直流B−Hトレーサにより
測定したB−Hループより得た。また、フェライト結晶
粒度番号は顕微鏡による組織観察により判定した。さら
に、切削性は、SKH51のドリル(直径8mm、先端
角120°、ねじれ角25°)を使用し、推力75k
g、回転数900rpmで10mmの深さを穿孔するの
に要する時間で評価した。塩水噴霧試験については、5
%NaCl水溶液を使用して、表面の発銹面積で評価
し、発銹が10%以下を○、10%以上を×とした。そ
の結果を表1に示す。
【0020】
【表1】
【0021】表1に示すように、No1〜19は本発明
例であり、No20〜No26は比較例である。本発明
鋼はいずれも平均結晶粒径を10mm以上を保ち、被削
性は10mm穿孔所要時間12秒以下の値を示してお
り、良好な被削性を有している。また耐食性は塩水噴霧
での発銹面積での評価で、発銹が10%以下の良好であ
ることを示していることが判る。さらにその保磁力(H
c)も良好である。これに対して、比較例No20〜N
o23は被削性、および保磁力(Hc)が悪く、また、
比較例No24〜No26は耐食性、および保磁力(H
c)が悪いことが判る。
【0022】
【発明の効果】以上述べたように、本発明による鋼は優
れた磁気特性、耐食性および被削性を兼備させた軟磁性
材料であり、例えば複雑形状が多く、切削加工を必要と
する用途である電磁弁等の電磁アクチュエータ部品の材
料として使用したときの、部品製造時の加工性と、部品
として使用する時の磁気特性の良好な材料として拡販さ
れる極めて優れた効果を奏するものである。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C≦0.020%、 Si≦2.5%、 Mn≦1.0%、 P≦0.04%、 S:0.010〜0.100%、 Ni≦0.50%、 Cr:4〜20%、 Mo≦2.5%、 Cu≦2.0%、 Al:0.10〜4.0%、 N≦0.020%、 残部Feと不可避的不純物からなり、熱間圧延後、熱処
    理を施した素材の平均結晶粒径が0.15mm以下で、
    かつ部品加工後の熱処理において平均結晶粒度0.10
    mm以上であることを特徴とする磁気特性に優れた快削
    耐食軟磁性材料。
  2. 【請求項2】 熱間圧延とその後の熱処理の間に冷間で
    の塑性加工を行う請求項1に記載の磁気特性に優れた快
    削耐食軟磁性材料。
  3. 【請求項3】 熱間圧延とその後の塑性加工が合計で減
    面率80%以上の加工である請求項1または2に記載の
    磁気特性に優れた快削耐食軟磁性材料。
  4. 【請求項4】 熱間圧延後、あるいは塑性加工後に70
    0〜1050℃の範囲内の温度に少なくとも10分以上
    保持する熱処理を施して素材を製造する請求項1〜3に
    記載の磁気特性に優れた快削耐食軟磁性材料。
  5. 【請求項5】 部品加工後の歪み取り焼鈍を700〜1
    100℃の範囲内に少なくとも10分以上保持する条件
    で行う請求項1〜4に記載の磁気特性に優れた快削耐食
    軟磁性材料。
  6. 【請求項6】 Pb,Bi,Se,Te,Caのうちの
    1種または2種以上を合計で0.5重量%以下を含む請
    求項1〜5に記載の磁気特性に優れた快削耐食軟磁性材
    料。
  7. 【請求項7】 Ti,Zrのうちの1種または両方を合
    計で0.8重量%以下を含む請求項1〜6に記載の磁気
    特性に優れた快削耐食軟磁性材料。
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