【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、逆磁歪効果を利用して、引張力、圧縮力を測定するセンサに用いられる構造部品、ガソリン等の燃料、油圧を利用した機械装置に使用する油、天然ガス等の流体の流通を制御する各種電磁弁などで、軟磁気特性と高強度の両立が必要とされ、かつ耐食性が要求される電磁部品の素材（但し、トルクセンサ軸材への適用は除く。）としての使用に適したマルテンサイト系ステンレス鋼に関する。
【０００２】
【従来の技術】
小さい磁場の負荷により容易に磁化され、大きな磁束密度が得られるとともに、低保磁力の軟磁性材料は、その優れた磁気特性を活かして、現在多種類の用途に使用されている。
【０００３】
例えば、外力を加えた際に透磁率が変化するという性質（逆磁歪効果）を利用すると、引張力、圧縮力といった外力を測定するセンサを製造することができる。逆磁歪効果を利用して外力を測定するには、当然の如く測定する外力を直接センサで受けなければならないため、その際に塑性変形することのない強度が必要となる。そして、このようなセンサにおいても、小型軽量化のニーズは非常に大きく、外力を受ける部品に使用される材料の高強度化を図る必要がある。
【０００４】
また、前記センサは外力が負荷された際に外力を受けた部品に使用されている材料の透磁率の変化を電気回路により出力に変換して、その大きさを測定している。従って、使用される材料は、大きな透磁率の変化が得られる優れた磁気特性を有していることが必須となる。さらに、磁気特性は、表面に銹等が生成した場合も大きく変化する。従って、逆磁歪効果を利用して、長期間安定して高精度を維持できるセンサを製造するためには、ある程度優れた耐食性を有していることが不可欠となる。
【０００５】
また、軟磁性材料は、逆磁歪効果を利用したセンサ以外でも使用されており、広く知られているものに、油圧を利用した機械装置や自動車の燃料噴射装置等で使用されている電磁弁の構造部品である固定子、可動子、ハウジングがある。そして、この固定子と可動子の周囲には、コイルが配設された構造となっており、さらに、コイルの外側をハウジングが取り囲む構造になっている。このような構造からなる電磁弁のコイルに通電すると、固定子が磁化され、その磁力によって可動子を吸引する。ここで、可動子は、ばね等の力で固定子から離れる方向に力が負荷されているため、コイルへの通電をＯＮ／ＯＦＦすることにより、可動子が直線運動することになり、弁の開閉が行われる。従って、これらの構造部品には、磁場に対する応答性が要求されるため、従来、保磁力が低く、高い磁束密度が得られるフェライト系の軟磁性ステンレス鋼が使用されている。また、この材料には、通常、加工コストを下げるために冷鍛性が要求され、冷鍛性、磁気特性が共に優れたフェライト系ステンレス鋼が多数開発されており、例えば特許文献１〜３に示される鋼が提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−４９６０５号公報
【特許文献２】
特開平６−４９６０６号公報
【特許文献３】
特開平７−７０７１６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記した鋼には、以下の問題がある。
従来、磁気特性が優れるとして提案され、使用されている軟磁性（低保磁力、高磁束密度、高透磁率）ステンレス鋼は、フェライト系ステンレス鋼であって、磁気特性は確かに非常に優れている［１５９０Ａ／ｍ（＝２０Ｏｅ）の磁場で１．２Ｔ（＝１２０００Ｇ）以上］が、硬度が低い。
【０００８】
従って、逆磁歪効果を利用したセンサに用いた場合、出力電圧、ヒステリシス等、磁気特性による影響が大きい評価項目では抜群の値を示すことが期待できるものの、外力を受ける部品の小型、軽量化を図ることが困難であるという問題がある。
【０００９】
また、前記した鋼を電磁弁の構造部品として用いた場合には、以下の問題がある。
すなわち、電磁弁においては、当然の如く油等の流体を通過させる孔を有した弁座部品が必ず存在する。そして、前記した通り、電磁弁内に配設したコイルに電流を通電し、固定子を磁化させ、その磁力によって可動子が直線運動し、可動子と接合された弁部品により、弁座部品の孔を開閉することで、流体の通過量を制御し、油圧を制御したり燃料の供給量を調整したりしている。
【００１０】
従って、この電磁弁の各部品のうち、弁部品と孔の形成された弁座部品は、開閉が繰り返される度に互いに接触して大なる衝撃が負荷されるため、高硬度と優れた耐摩耗性が要求される。これに対し、従来から磁気特性が優れるとして使用されてきたフェライト系の軟磁性ステンレス鋼は、前記したように硬度が低く、優れた耐摩耗性が得られないため、弁部品や弁座部品には使用できない。そのため、このように、高硬度が必要とされる部品には、ＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼が使用されている。
【００１１】
ここで、弁部品、弁座部品自身は、勿論硬度が高く、耐摩耗性が優れ、かつ燃料等と接触した場合に腐食されない耐食性を有していれば良く、優れた軟磁気特性は要求されない部品である。しかし、現在実際に使用されている電磁弁の中には、例えば弁座部材と隣接する部位が、磁場を負荷した際に、磁力線が通過しなければならない部位に位置している場合があり、この場合には、磁気ループ形成のために、その位置に使用される部品には、ある程度優れた磁気特性が要求される。そして、同時にこの部品と、前記弁座部品とを、構造上溶接等で一体化しなければならないことがある。
【００１２】
しかしながら、現状、高硬度と優れた磁気特性を両立できるステンレス鋼が開発されていないため、このような場合には、前記したように、弁座部品とその隣接する部位の部品とを別々の材料で製造して後から溶接により接合することとなり、部品数が増加して溶接箇所等が増加し、構造が複雑になるという問題があった。
【００１３】
勿論、従来から硬度が高いほど優れた磁気特性を得るのが困難となることはよく知られており、高硬度と優れた磁気特性を両立させることが困難なことは言うまでもない。しかしながら、ＳＵＳ４４０Ｃ等、従来のマルテンサイト系ステンレス鋼と比較して、ある程度優れた磁気特性が得られれば、可動子と弁部品又はハウジングと弁座部品等を一体化して、部品数や溶接箇所の低減が可能になる可能性があり、従来のマルテンサイト系ステンレス鋼と比較して同等の高硬度を確保しつつ、優れた磁気特性の得られる材料開発が強く望まれていた。
【００１４】
本発明は、以上説明した課題を解決するために成されたもので、従来鋼に比べ同一の強度で比較した場合に、得られる磁気特性を大幅に改善することができ、耐食性にも優れた高強度電磁部品用マルテンサイト系ステンレス鋼を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、重量比にして、Ｃ：０．１５〜０．４５％、Ｓｉ：１．５０〜３．００％、Ｍｎ：１．００％以下、Ｃｒ：９．０〜１４．０％、Ｍｏ：１．５０以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避な不純物からなり、かつ焼入れ焼もどし処理後の残留オーステナイト量が１０％以下であることを特徴とする高強度電磁部品用（但し、トルクセンサ軸材への適用は除く。）マルテンサイト系ステンレス鋼である。
【００１６】
本発明は、以下の考え方の結果により得られたものである。
（１）得られる硬度は焼もどし温度の調整によって、最高でＨｖ５００以上の硬さが得られるようにするためにＣを適量添加するとともに、固溶強化による焼入れ後の硬さ向上を図るためＳｉを多量に添加する。但し、Ｃの添加は磁気特性の低下につながるため、要求される硬さに合わせてできるだけ添加量を抑制する。
【００１７】
（２）Ｓｉは磁気特性を改善し、焼入れ後の硬さを上昇させるため、ＪＩＳＧ４３０３に規定されているマルテンサイト系ステンレス鋼に比べ多量に添加する。
【００１８】
（３）耐食性を付与するためにＣｒが必須であるのは勿論であるが、Ｃｒは磁気特性を低下させるため、上限を１４％以下に抑える。もし、耐食性が不足する場合は、Ｍｏを少量添加して改善を図る。
【００１９】
（４）焼入れ焼もどし後に存在する残留オーステナイトは、当然のごとく非磁性であるため、多量に存在すると同じ強さの磁場を負荷した場合に得られる磁束密度が低下する。特に高硬度領域で使用する場合には、得られる磁束密度が低いため、多量の残留オーステナイトの存在は致命的となる。従って、残留オーステナイトが１０％を超える場合には、サブゼロ処理を実施して、残留オーステナイトの低減を図る。残留オーステナイトが１０％以下の場合であっても、要求される磁気特性に応じて必要と判断される場合には、サブセロ処理を実施して、磁気特性の向上を図る。
【００２０】
（５）得られる磁気特性のレベルは、硬さが高くなるほど低下する。従って、要求される硬さと磁気特性のレベルに合わせて適した硬さ、磁気特性が得られるように、焼もどし温度を調整する。
【００２１】
次に本発明の化学成分の限定理由について述べる。
Ｃ：０．１５〜０．４５％
Ｃは、固溶強化により焼入れ硬さを向上するための必須元素であり、焼入焼もどし後にＨｖ５００以上の硬さを得ることを可能にするために、下限を０．１５％とした。しかし、その含有量が増加すると、磁気特性が劣化して従来鋼に比べ磁束密度を改善することが難しくなるため、その上限を０．４５％とした。優れた磁気特性を得るためには、狙いの硬さが得られる範囲内で、低減した方が良いことは前記した通りである。
【００２２】
Ｓｉ：１．５０〜３．００％
Ｓｉは、鋼の製造時に脱酸剤として有効な元素である。また、最大透磁率などの磁気特性と、焼入れ硬さの両方を改善する元素であるため、本発明にとって最も重要な元素である。従って、ＪＩＳＧ４３０３で規定されているマルテンサイト系ステンレス鋼に比べ多量に添加する必要があり、その下限を１．５０％とした。しかし、多量に添加しすぎると、フェライトが生成し、焼入れ性を損ない、かつ熱間加工性が劣化するので、その上限を３．００％とした。
【００２３】
Ｍｎ：１．００％以下
Ｍｎは、鋼の製造時に脱酸剤として必要な元素であるが、その含有量が多くなると、熱間加工性を損なうため、その上限を１．００％とした。
【００２４】
Ｃｒ：９．０〜１４．０％
Ｃｒは、優れた耐食性を確保するための必須元素であり、最低でも９．００％以上、より好ましくは１０．０％以上の含有が必要である。しかしながら、Ｃｒは、耐食性向上に効果のある反面、含有率が増加すると、磁束密度など磁気特性を劣化させるとともに、Ｓｉと同様にフェライトが生成し、焼入れ性を損なうため、その上限を１４．０％とした。好ましくは上限を１３．０％とするのが良い。
【００２５】
Ｍｏ：１．５０％以下
Ｍｏは、耐食性を改善することができる元素であり、前記したＣｒの添加に加えて必要に応じ添加することができる。また、Ｍｏは固溶強化により焼入れ硬さを増加させる効果もある。但し、多量の添加は熱間加工性を低下させるとともに、Ｓｉと同様にフェライトが生成し、焼入れ性を損なう原因となるため、上限が１．５０％の範囲内で添加できることとした。
【００２６】
その他で含有する元素としては、請求の範囲には記載していないが、製造上不可避に含有する元素である、Ｓ、Ｎと、脱酸元素として使用されるＡｌがある。このうち、Ｓ、Ｎは不純物として、Ｓが０．０３０％以下、Ｎが０．０２％以下程度含有するが、共に磁気特性を低下させる元素であり、本発明では製造性を考慮して、不純物として不可避に含有する範囲に限り、その含有を許容するものとした。
【００２７】
また、Ａｌについては、脱酸元素であり、脱酸のために使用する場合には、０．０２０％以下程度の含有を許容するものとする。
次に化学成分以外の項目に関し、その限定理由について説明する。
【００２８】
残留オーステナイト量：１０％以下
本発明鋼は、圧延して製造された鋼材を焼入れ焼もどし処理して使用される。しかしながら、この焼入れ焼もどし後において、オーステナイトが若干量残留する場合がある。残留オーステナイトは、当然のごとく非磁性であり、磁気特性を大きく劣化させるため、その上限を１０％に規制した。但し、残留オーステナイトは、その量が少ないほど磁気特性が向上するので、５％以下に低減することが好ましい。
【００２９】
なお、残留オーステナイトは、従来から知られているように、室温より低い温度に冷却するサブゼロ処理により低減することができるので、その量が１０％を超える場合は、必ず実施して、磁気特性を改善してから使用することが必要である。また、残留オーステナイトが１０％未満であっても、必要に応じ実施することによって、磁気特性の改善を図ることができる。
【００３０】
次に、硬さの調整方法について説明する。
本発明鋼は、前記したように、高強度と優れた磁気特性の両立を可能とするマルテンサイト系ステンレス鋼の提供を可能にすることが目的である。しかしながら、高強度とは言ってもその要求されるレベルは、使用される目的により、大きく異なる。例えば、逆磁歪効果を利用したセンサに用いる場合には、前記した特許文献に記載のフェライト系ステンレス鋼に比べれば、はるかに高強度が要求されるものの、一方で磁気特性もかなり高いレベルが要求されるため、硬さはＨｖ３００〜４００程度として、１５９０Ａ／ｍ（＝２０Ｏｅ）の強さの磁場における磁束密度が、１Ｔ程度以上となるようにする必要がある。
【００３１】
それに対し、電磁弁の弁座部品のような優れた耐摩耗性が要求されるものの、磁気特性については最高レベルの状態が要求されないような場合には、得られる磁束密度が低くなっても、Ｈｖ５００以上の高硬度を得るために焼もどし温度を低めに調整する必要がある。
【００３２】
従って、使用する硬さは、部品毎の要求特性によって大きく変化するため、本発明では、特に限定しないこととした。但し、強度レベルは変化するといっても、前記したフェライト系の軟磁性ステンレス鋼のＨｖ１００台の強度レベルに比べればはるかに高強度（高硬度）であり、含有する成分によっても変動するが、焼もどし温度が２００℃でＨｖ６５０程度、焼もどし温度が７００℃でＨｖ３００〜３５０程度の硬さを得ることができる。
【００３３】
【実施例】
以下に、本発明鋼の特徴を比較鋼および従来鋼と比較して実施例により説明する。表１は、後述する評価のために使用した供試材の化学成分を示すものである。
【００３４】
【表１】
【００３５】
表１において、Ａ〜Ｄは本発明鋼、Ｅ〜Ｇは一部の成分が本発明の範囲外である比較鋼であり、Ｈ〜Ｊは従来鋼であり、ＨはＳＵＳ４４０Ｃ、ＩはＳＵＳ４１０、ＪはＳＵＳ４２０Ｊ１である。
【００３６】
表１の供試材は、それぞれの成分からなる圧延鋼材を準備し、熱処理後に残留オーステナイト量、硬さ、磁気特性、耐食性を後述の方法により評価し、電磁部品として適した性能が得られるかどうかの確認を行った。
【００３７】
熱処理は、いずれも１０５０℃にて３０分保持後、油焼入れを行い、その後、−８０℃にて１時間のサブゼロ処理を実施した。このサブゼロ処理は、残留オーステナイト量を出来るだけ低減する目的で実施したものである。但し、一部の供試材は、残留オーステナイト量の違いによる磁気特性への影響を正確に把握するため、サブゼロ処理を省略して、後述の評価を実施した。
【００３８】
焼もどし処理は、低温焼もどしと高温焼もどしの２条件とした。焼もどし条件を２条件に分けたのは、硬さによって得られる磁気特性が大きく変化するため、硬さを同程度になるよう調整しないと、公平な比較ができなくなってしまうことと、硬さレベルが変化しても本発明鋼が従来鋼に比べて優れているかどうかを正確に評価するためである。
【００３９】
低温焼もどしは、すべて２００℃にて１時間保持後、空冷とした。これにより得られる硬さはＨｖ６５０程度である。また、高温焼もどしは、焼もどし後の硬さが、Ｈｖ３００〜３５０程度となるように供試材によって焼もどし温度を変更して実施した。加熱保持後の冷却は全て空冷で行った。
【００４０】
次に評価方法について説明する。
焼入れ焼もどし後の残留オーステナイト量は、Ｘ線回折により、オーステナイトとマルテンサイトに起因する回折ピークの積分強度比から算出した。硬さは、ビッカース硬度計を用いて測定した。
【００４１】
磁気特性については、試験片として、外径２４ｍｍ、内径１６ｍｍ、高さ１６ｍｍのリング試験片を作製後、上述の熱処理を施し、直流磁気測定装置を用いて、±１５９２０Ａ／ｍ（＝±２００Ｏｅ）の範囲で磁場の強さを変化させてＢ−Ｈ曲線を測定し、その曲線から保磁力、磁場１５９０Ａ／ｍ（＝２０Ｏｅ）、１１９４０Ａ／ｍ（＝１５０Ｏｅ）における磁束密度を求めるという方法で測定した。但し、１１９４０Ａ／ｍにおける磁束密度の測定は、低温焼もどしの場合のみについて実施した。
【００４２】
耐食性については、１％ＮａＣｌ水溶液を噴霧液として用い、雰囲気温度３５℃の条件で２４時間の塩水噴霧試験を行い、さび発生の面積率が１０％以下のものを○、１０％を超えるものを×として判定した。
以上説明した方法で評価した結果を表２（低温焼もどしの場合）、表３（高温焼もどしの場合）に示す。
【００４３】
【表２】
【００４４】
【表３】
【００４５】
表２、３から明らかなように、本発明鋼であるＡ〜Ｄ（試料番号１〜４、１０〜１３）は、比較鋼、従来鋼（試料番号５〜９、１４〜１９）に比較して、優れた磁気特性を有しつつ必要な耐食性が得られていることがわかる。
【００４６】
それに対し、比較鋼であるＥ鋼はＣｒ含有率が低いため、磁気特性は優れているが、耐食性が劣るものであり、Ｆ鋼はＣ含有率が高くてＳｉ含有率が低く、Ｇ鋼は、Ｓｉ含有率が低いため、どちらも磁気特性が劣るものである。また、従来鋼であるＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＵＳ４１０、ＳＵＳ４２０Ｊ１は、著しく磁気特性が劣るものである。
【００４７】
さらに、試料番号５、１４は、成分は本発明の範囲内であるが、サブゼロ処理を省略したため、１０％を超えるオーステナイトが残留した供試材であるが、Ｅ〜Ｈ鋼と同様に磁気特性が劣るものである。
【００４８】
なお、低温焼もどしの場合、本発明鋼では従来鋼に比べて優れた磁気特性が得られてはいるが、高温焼もどしの従来鋼に比べれば、保磁力、磁束密度共に劣るものである。しかしながら、前記した電磁部品の各部品を磁気特性、強度の２特性について要求レベルで分類すると、最高の磁気特性が要求されるが、強度はそれほど要求されない部品▲１▼と、磁気特性は並以上であれば良いが、強度はＨｖ５００程度以上が要求される部品▲２▼、磁気特性は部品▲１▼ほどではないが、かなり高いレベルが要求され、強度が部品▲１▼と部品▲２▼の中間である部品▲３▼とに分類される。
【００４９】
これに対し、従来の軟磁性ステンレス鋼は部品▲１▼にしか使用できず、部品▲２▼に適した材料はＪＩＳのマルテンサイト系ステンレス鋼の中で最も適したもの、すなわちＳＵＳ４４０Ｃ等の高強度の得られる材料の中から選択するしかなかったのである。本発明は、部品▲２▼のような要求がされる場合に適用すると、従来鋼に比べ格段に優れた性能を発揮できるものであり、その効果は極めて大きいものである。
【００５０】
また、高温焼もどしにより得られる硬さがＨｖ３００〜３５０という強度レベルも、従来非常に多くの特許が出願されてきたフェライト系の軟磁性ステンレス鋼に比べればかなり高強度である。本発明鋼は、Ｈｖ３００〜３５０の硬度域であれば、前記実施例から明らかなように、磁場１５９０Ａ／ｍにおける磁束密度１１０００Ｇ以上を得ることができ、従来の軟磁性ステンレス鋼ほどではないが、かなり近い磁束密度を得ることができる。従って、部品▲３▼のような要求がされる場合にも最適な材料を提供することができる。
【００５１】
【発明の効果】
従来活発に開発が行われ、多数の出願がされてきた軟磁性ステンレス鋼は、最高の磁気特性が得られる反面、強度が低く、高強度が要求される電磁部品には全く使用することができなかった。本発明鋼は、得られる強度が高い割に優れた磁気特性が得られるため、磁気特性、高強度の両方が要求され、かつ耐食性が要求される部品に対し、最適の材料を提供することができる。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention uses the inverse magnetostriction effect to distribute structural parts used in sensors for measuring tensile force and compressive force, fuel such as gasoline, oil used in machinery utilizing hydraulic pressure, fluid such as natural gas, etc. For various solenoid valves that control the magnetic field, it is necessary to use both as a material for electromagnetic parts (excluding application to torque sensor shafts) that require both soft magnetic properties and high strength and that require corrosion resistance. It relates to a suitable martensitic stainless steel.
[0002]
[Prior art]
While being easily magnetized by applying a small magnetic field to obtain a large magnetic flux density, soft magnetic materials having a low coercive force are currently used in a variety of applications, taking advantage of their excellent magnetic properties.
[0003]
For example, a sensor that measures an external force such as a tensile force or a compressive force can be manufactured by utilizing the property that the magnetic permeability changes when an external force is applied (inverse magnetostrictive effect). In order to measure the external force using the inverse magnetostriction effect, the external force to be measured must be directly received by the sensor as a matter of course, and at that time, strength that does not cause plastic deformation is required. Even in such a sensor, there is a great need for reduction in size and weight, and it is necessary to increase the strength of materials used for components that receive external force.
[0004]
In addition, the sensor converts the change in the magnetic permeability of the material used for the component subjected to the external force when an external force is applied, into an output by an electric circuit, and measures the magnitude. Therefore, it is essential that the material to be used has excellent magnetic properties capable of obtaining a large change in magnetic permeability. Furthermore, the magnetic characteristics change greatly when wrinkles or the like are generated on the surface. Therefore, in order to manufacture a sensor that can stably maintain high accuracy for a long period of time using the inverse magnetostriction effect, it is indispensable to have a certain degree of corrosion resistance.
[0005]
Soft magnetic materials are also used in sensors other than those utilizing the inverse magnetostrictive effect, and widely known are those of electromagnetic valves used in mechanical devices utilizing hydraulic pressure, automobile fuel injection devices, etc. There are stators, movers, and housings that are structural parts. A coil is arranged around the stator and the mover, and a housing surrounds the outside of the coil. When the coil of the electromagnetic valve having such a structure is energized, the stator is magnetized, and the mover is attracted by the magnetic force. Here, since the mover is loaded in a direction away from the stator by the force of a spring or the like, turning the energization to the coil ON / OFF causes the mover to move linearly, Opening and closing is performed. Therefore, since these structural components are required to have responsiveness to a magnetic field, conventionally, ferritic soft magnetic stainless steel having a low coercive force and a high magnetic flux density has been used. In addition, this material usually requires cold forgeability in order to reduce the processing cost, and many ferritic stainless steels having excellent cold forgeability and magnetic properties have been developed. The indicated steel has been proposed.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-6-49605 [Patent Document 2]
JP-A-6-49606 [Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 7-70716
[Problems to be solved by the invention]
However, the above steel has the following problems.
Conventionally, soft magnetic (low coercive force, high magnetic flux density, high permeability) stainless steel, which has been proposed and used as having excellent magnetic properties, is a ferritic stainless steel, and the magnetic properties are indeed very good. [1590 A / m (= 20 Oe) with a magnetic field of 1.2 T (= 12000 G) or more], but the hardness is low.
[0008]
Therefore, when used in a sensor using the inverse magnetostriction effect, it can be expected to show outstanding values in evaluation items that are greatly affected by magnetic characteristics such as output voltage and hysteresis, but it is possible to reduce the size and weight of components that receive external force. There is a problem that it is difficult to plan.
[0009]
Moreover, when the above-described steel is used as a structural part of a solenoid valve, there are the following problems.
That is, in a solenoid valve, there is always a valve seat component having a hole through which fluid such as oil passes. As described above, a current is supplied to the coil disposed in the electromagnetic valve, the stator is magnetized, and the mover moves linearly by the magnetic force, and the valve component joined to the mover By opening and closing the holes, the amount of fluid passing is controlled, the hydraulic pressure is controlled, and the amount of fuel supplied is adjusted.
[0010]
Therefore, among the parts of this solenoid valve, the valve part and the valve seat part in which the hole is formed are in contact with each other every time the opening and closing is repeated, and a large impact is applied. Therefore, high hardness and excellent wear resistance Sex is required. On the other hand, ferritic soft magnetic stainless steel, which has been used for its excellent magnetic properties, has low hardness as described above, and excellent wear resistance cannot be obtained. Cannot be used. Therefore, martensitic stainless steel such as SUS440C is used for parts that require high hardness.
[0011]
Here, the valve component and the valve seat component themselves need only have high hardness, excellent wear resistance, and corrosion resistance that does not corrode when in contact with fuel, etc., and excellent soft magnetic properties are not required. It is a part. However, among the solenoid valves that are currently used in practice, for example, the part adjacent to the valve seat member may be located at a part where magnetic lines of force must pass when a magnetic field is applied, In this case, in order to form a magnetic loop, a part used at that position is required to have a certain level of magnetic characteristics. At the same time, this part and the valve seat part may have to be integrated by welding or the like.
[0012]
However, since stainless steel that can achieve both high hardness and excellent magnetic properties has not been developed at present, in such a case, as described above, the valve seat part and the adjacent part parts are made of different materials. In this case, there is a problem that the number of parts is increased, the number of parts to be welded is increased, and the structure is complicated.
[0013]
Of course, it is well known that the higher the hardness is, the more difficult it is to obtain excellent magnetic properties, and it goes without saying that it is difficult to achieve both high hardness and excellent magnetic properties. However, if magnetic properties superior to some extent are obtained compared to conventional martensitic stainless steel such as SUS440C, the mover and valve parts or the housing and valve seat parts are integrated, so There is a possibility that it can be reduced, and there has been a strong demand for the development of a material capable of obtaining excellent magnetic properties while ensuring the same high hardness as compared with conventional martensitic stainless steel.
[0014]
The present invention has been made to solve the above-described problems. When compared with the conventional steel with the same strength, the magnetic properties obtained can be greatly improved, and the corrosion resistance is excellent. An object is to provide martensitic stainless steel for high strength electromagnetic parts.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, the weight ratio is C: 0.15 to 0.45%, Si: 1.50 to 3.00%, Mn: 1.00% or less, Cr: 9.0 to 14.0%, Mo: for high-strength electromagnetic parts containing 1.50 or less, the balance being Fe and inevitable impurities, and the amount of retained austenite after quenching and tempering treatment being 10% or less (however, torque Except for application to sensor shafts.) Martensitic stainless steel.
[0016]
The present invention has been obtained as a result of the following concept.
(1) The hardness to be obtained is adjusted by adjusting the tempering temperature, and an appropriate amount of C is added in order to obtain a hardness of Hv500 or more at the maximum, and in order to improve the hardness after quenching by solid solution strengthening, Si Is added in large quantities. However, since addition of C leads to deterioration of magnetic properties, the addition amount is suppressed as much as possible in accordance with required hardness.
[0017]
(2) Si improves the magnetic properties and increases the hardness after quenching, so it is added in a larger amount than martensitic stainless steel specified in JIS G4303.
[0018]
(3) Of course, Cr is essential for imparting corrosion resistance, but Cr lowers the magnetic properties, so the upper limit is kept to 14% or less. If the corrosion resistance is insufficient, a small amount of Mo is added to improve the corrosion resistance.
[0019]
(4) Since retained austenite present after quenching and tempering is naturally non-magnetic, if it is present in a large amount, the magnetic flux density obtained when a magnetic field having the same strength is loaded is lowered. Particularly when used in a high hardness region, the presence of a large amount of retained austenite becomes fatal because the magnetic flux density obtained is low. Therefore, when the retained austenite exceeds 10%, sub-zero treatment is performed to reduce the retained austenite. Even if the retained austenite is 10% or less, if it is determined that it is necessary according to the required magnetic characteristics, sub-cell processing is performed to improve the magnetic characteristics.
[0020]
(5) The level of magnetic properties obtained decreases as the hardness increases. Accordingly, the tempering temperature is adjusted so as to obtain hardness and magnetic properties suitable for the required hardness and magnetic property levels.
[0021]
Next, the reasons for limiting the chemical components of the present invention are described.
C: 0.15-0.45%
C is an essential element for improving the quenching hardness by solid solution strengthening, and the lower limit is set to 0.15% in order to obtain a hardness of Hv 500 or higher after quenching and tempering. However, when its content increases, the magnetic properties deteriorate and it becomes difficult to improve the magnetic flux density as compared with the conventional steel, so the upper limit was made 0.45%. As described above, in order to obtain excellent magnetic properties, it is better to reduce the hardness within a range in which the target hardness can be obtained.
[0022]
Si: 1.50 to 3.00%
Si is an element effective as a deoxidizer during the production of steel. Further, since it is an element that improves both the magnetic properties such as maximum magnetic permeability and the quenching hardness, it is the most important element for the present invention. Therefore, it is necessary to add a large amount compared to martensitic stainless steel defined in JIS G4303, and the lower limit is set to 1.50%. However, if too much is added, ferrite is generated, hardenability is impaired, and hot workability is deteriorated, so the upper limit was made 3.00%.
[0023]
Mn: 1.00% or less Mn is an element necessary as a deoxidizer during the production of steel, but when its content increases, hot workability is impaired, so the upper limit was made 1.00%.
[0024]
Cr: 9.0 to 14.0%
Cr is an essential element for ensuring excellent corrosion resistance, and should be contained at least 9.00% or more, more preferably 10.0% or more. However, while Cr is effective in improving corrosion resistance, when the content is increased, magnetic properties such as magnetic flux density are deteriorated, and ferrite is formed in the same manner as Si, and the hardenability is impaired. Therefore, the upper limit is 14.0. %. Preferably, the upper limit is 13.0%.
[0025]
Mo: 1.50% or less Mo is an element that can improve corrosion resistance, and can be added as necessary in addition to the addition of Cr. Mo also has the effect of increasing the quenching hardness by solid solution strengthening. However, addition of a large amount reduces hot workability and causes ferrite to be formed in the same manner as Si, thereby impairing hardenability. Therefore, the upper limit can be added within a range of 1.50%.
[0026]
Other elements contained are S, N, which are elements inevitably contained in the production, and Al used as a deoxidizing element, although they are not described in the claims. Among these, S and N are contained as impurities in an amount of S of 0.030% or less and N of 0.02% or less, both of which are elements that deteriorate the magnetic properties. In the present invention, in consideration of manufacturability, As long as it is inevitably contained as an impurity, its inclusion is allowed.
[0027]
Al is a deoxidizing element, and when used for deoxidation, its content is allowed to be about 0.020% or less.
Next, the reason for the limitation on items other than chemical components will be described.
[0028]
Residual austenite amount: 10% or less The steel of the present invention is used after quenching and tempering a steel material produced by rolling. However, after this quenching and tempering, some amount of austenite may remain. Residual austenite is naturally non-magnetic and its magnetic property is greatly deteriorated, so its upper limit is regulated to 10%. However, the retained austenite is preferably reduced to 5% or less because the smaller the amount, the better the magnetic properties.
[0029]
In addition, since the retained austenite can be reduced by sub-zero treatment that is cooled to a temperature lower than room temperature, as is conventionally known, if the amount exceeds 10%, it must be carried out to improve the magnetic properties. It is necessary to use after improving. Further, even if the retained austenite is less than 10%, the magnetic properties can be improved by carrying out as necessary.
[0030]
Next, a method for adjusting the hardness will be described.
As described above, the steel of the present invention is intended to enable the provision of martensitic stainless steel that can achieve both high strength and excellent magnetic properties. However, the required level of high strength varies greatly depending on the purpose of use. For example, when used for a sensor utilizing the inverse magnetostriction effect, a much higher strength is required compared to the ferritic stainless steel described in the above-mentioned patent document, but on the other hand, a magnetic property is also required to have a considerably high level. Therefore, it is necessary that the hardness is about Hv 300 to 400, and the magnetic flux density in a magnetic field having a strength of 1590 A / m (= 20 Oe) is about 1 T or more.
[0031]
On the other hand, although excellent wear resistance is required, such as the valve seat parts of solenoid valves, if the highest level of magnetic properties is not required, even if the magnetic flux density obtained is low, In order to obtain a high hardness of Hv 500 or higher, it is necessary to adjust the tempering temperature to be low.
[0032]
Accordingly, the hardness to be used varies greatly depending on the required characteristics for each part, and is not particularly limited in the present invention. However, even though the strength level changes, the strength level is much higher (high hardness) compared to the strength level of Hv100 of the ferritic soft magnetic stainless steel described above. A hardness of about Hv 650 at a tempering temperature of 200 ° C. and a hardness of about Hv 300 to 350 at a tempering temperature of 700 ° C. can be obtained.
[0033]
【Example】
Hereinafter, the characteristics of the steel of the present invention will be described with reference to examples in comparison with comparative steel and conventional steel. Table 1 shows the chemical components of the test materials used for the evaluation described later.
[0034]
[Table 1]
In Table 1, A to D are steels of the present invention, E to G are comparative steels having some components outside the scope of the present invention, H to J are conventional steels, H is SUS440C, I is SUS410, J is SUS420J1.
[0036]
The test materials shown in Table 1 are prepared from rolled steel materials composed of the respective components. After the heat treatment, the amount of retained austenite, hardness, magnetic properties, and corrosion resistance are evaluated by the methods described below. Confirmation was made.
[0037]
In each heat treatment, after holding at 1050 ° C. for 30 minutes, oil quenching was performed, and then subzero treatment was performed at −80 ° C. for 1 hour. This subzero treatment is performed for the purpose of reducing the amount of retained austenite as much as possible. However, in order to accurately grasp the influence on the magnetic properties due to the difference in the amount of retained austenite, some of the test materials were subjected to the evaluation described later, omitting the sub-zero treatment.
[0038]
The tempering treatment was performed under two conditions of low temperature tempering and high temperature tempering. The reason why the tempering conditions are divided into two conditions is that the magnetic properties obtained greatly vary depending on the hardness. If the hardness is not adjusted to the same level, a fair comparison cannot be made. This is to accurately evaluate whether the steel of the present invention is superior to the conventional steel even if the level changes.
[0039]
All low-temperature tempering was held at 200 ° C. for 1 hour and then air-cooled. The hardness obtained by this is about Hv650. Moreover, the high temperature tempering was performed by changing the tempering temperature with the test material so that the hardness after tempering was about Hv 300 to 350. All the cooling after heating and holding was performed by air cooling.
[0040]
Next, the evaluation method will be described.
The amount of retained austenite after quenching and tempering was calculated from the integrated intensity ratio of diffraction peaks caused by austenite and martensite by X-ray diffraction. The hardness was measured using a Vickers hardness meter.
[0041]
Regarding magnetic characteristics, a ring test piece having an outer diameter of 24 mm, an inner diameter of 16 mm, and a height of 16 mm was prepared as a test piece, and then subjected to the above-described heat treatment, and using a DC magnetometer, ± 15920 A / m (= ± 200 Oe) The BH curve is measured by changing the strength of the magnetic field in the range of, and the coercive force, the magnetic flux density in the magnetic field of 1590 A / m (= 20 Oe), and 11940 A / m (= 150 Oe) are obtained from the curve. did. However, the measurement of the magnetic flux density at 11940 A / m was carried out only in the case of low temperature tempering.
[0042]
For corrosion resistance, a 1% NaCl aqueous solution is used as a spray solution, and a salt spray test is performed for 24 hours under the condition of an atmospheric temperature of 35 ° C. Judged as x.
The results evaluated by the method described above are shown in Table 2 (in the case of low-temperature tempering) and Table 3 (in the case of high-temperature tempering).
[0043]
[Table 2]
[Table 3]
As is clear from Tables 2 and 3, AD of the present invention steels (sample numbers 1 to 4, 10 to 13) are compared with comparative steels and conventional steels (sample numbers 5 to 9 and 14 to 19). Thus, it can be seen that the necessary corrosion resistance is obtained while having excellent magnetic properties.
[0046]
On the other hand, steel E, which is a comparative steel, has a low Cr content and therefore excellent magnetic properties, but is inferior in corrosion resistance. Steel F has a high C content and a low Si content. Both have poor magnetic properties due to the low Si content. Further, SUS440C, SUS410, and SUS420J1, which are conventional steels, have remarkably inferior magnetic properties.
[0047]
Further, Sample Nos. 5 and 14 are components within the scope of the present invention, but the sub-zero treatment is omitted, and thus the specimens in which austenite exceeding 10% remains are present, but the magnetic properties are similar to those of E to H steels. Is inferior.
[0048]
In the case of low-temperature tempering, the steel of the present invention has excellent magnetic properties compared to the conventional steel, but the coercive force and the magnetic flux density are inferior to those of the conventional steel tempered at high temperature. However, if each of the above-mentioned electromagnetic components is classified at the required level with respect to the two characteristics of magnetic characteristics and strength, the highest magnetic characteristics are required, but the magnetic characteristics are more than normal, with the parts {circle around (1)} that do not require so much strength. However, the strength of the component is required to be about Hv500 or higher (2), and the magnetic characteristics are not as high as the component (1). Are classified into the part {circle around (3)} in the middle of the above.
[0049]
In contrast, the conventional soft magnetic stainless steel can only be used for the part (1), and the material suitable for the part (2) is the most suitable among JIS martensitic stainless steels, ie, SUS440C and the like. There was no choice but to select from materials that could provide strength. When the present invention is applied in the case where there is a demand for the component (2), it can exhibit much better performance than the conventional steel, and its effect is extremely great.
[0050]
Further, the strength level of Hv 300 to 350 obtained by high temperature tempering is considerably higher than that of ferritic soft magnetic stainless steel for which a large number of patents have been applied. The steel of the present invention can obtain a magnetic flux density of 11000 G or more in a magnetic field of 1590 A / m, as is apparent from the above examples, as long as it is in a hardness range of Hv 300 to 350, which is not as high as that of conventional soft magnetic stainless steel, A fairly close magnetic flux density can be obtained. Therefore, the optimum material can be provided even when the demand of the component (3) is required.
[0051]
【The invention's effect】
Soft magnetic stainless steel, which has been actively developed and has been filed in the past, has the best magnetic properties, but it can be used for electromagnetic parts that require low strength and high strength. There wasn't. The steel according to the present invention can provide an optimum material for parts that are required to have both magnetic properties and high strength, and that require corrosion resistance, because magnetic properties that are superior to the high strength obtained are obtained. it can.