JP2022140960A - Grain-oriented electromagnetic stainless steel and electromagnetic component - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、方向性電磁ステンレス鋼及び電磁部品に関するものである。 The present invention relates to grain-oriented electromagnetic stainless steel and electromagnetic components.
電磁鋼(電磁鋼板や電磁棒鋼)は、電気機器の鉄芯材料として広く使用されている。電磁鋼板は、方向性電磁鋼板と無方向性電磁鋼板に大きく分けられる。方向性電磁鋼板は、結晶配列において、<100>方向が特定の方向(圧延鋼板では圧延方向)に揃ったもので、その方向の磁気特性が非常に優れている。一方の無方向性電磁鋼板は、結晶配列は不特定方向にランダムになっており、磁気特性の方向性は少ない。 Electromagnetic steel (magnetic steel sheets and magnetic steel bars) is widely used as iron core materials for electrical equipment. Electrical steel sheets are broadly classified into grain-oriented electrical steel sheets and non-oriented electrical steel sheets. A grain-oriented electrical steel sheet has a <100> direction aligned in a specific direction (the rolling direction in a rolled steel sheet) in the crystal arrangement, and has extremely excellent magnetic properties in that direction. On the other hand, a non-oriented electrical steel sheet has a random crystal orientation in an unspecified direction, and has little directionality in magnetic properties.
従来、耐食性が要求される電磁燃料噴射ポンプ等の電磁弁部品として、13%または18%Cr-Fe系のステンレス鋼が使用されている。このような電磁ステンレス鋼では、磁気特性(磁束密度、保磁力等)が良好であるとともに、加工の面からは、冷鍛性や被削性が良いことが望ましい。ここで、C、Nの低減により電磁ステンレス鋼の磁気特性を向上させ得ることは従来から知られている。 Conventionally, 13% or 18% Cr--Fe stainless steel is used as electromagnetic valve parts for electromagnetic fuel injection pumps, etc., which require corrosion resistance. Such an electromagnetic stainless steel preferably has good magnetic properties (magnetic flux density, coercive force, etc.) and good cold forgeability and machinability in terms of workability. Here, it is conventionally known that the magnetic properties of electromagnetic stainless steel can be improved by reducing C and N.
電磁ステンレス鋼における磁気特性を従来より一層向上させるとともに、加工の面から冷鍛性および被削性も良好な電磁ステンレス鋼を提供する目的で、特許文献1、2に記載の発明が開示されている。特許文献1では、Bを添加することによってP,C,N等による磁気特性劣化を抑制させている。特許文献2では、Pを0.010%未満にすることにより、磁束密度(B80)、保磁力(Hc)等の磁気特性を向上させている。特許文献1、2には、電磁特性の方向性については記述されていない。
The inventions described in
近年、金属3Dプリンタは革新的な生産技術として期待され、様々な技術が提案されている。主な技術方式として金属粉末を使用する場合と、金属ワイヤを使用する場合が提案されている。金属ワイヤを使用する場合、例えば、金属ワイヤによる溶着ビードを積層して3次元部品に造形する方法が開示されている(特許文献3)。また、ステンレス鋼の金属ワイヤをアークやプラズマを制御して溶着し、3次元に積層させる製造方法が開示されている(特許文献4)。 In recent years, metal 3D printers are expected to be an innovative production technology, and various technologies have been proposed. A case of using metal powder and a case of using metal wire have been proposed as main technical methods. In the case of using a metal wire, for example, a method of forming a three-dimensional part by laminating welding beads of the metal wire is disclosed (Patent Document 3). Moreover, a manufacturing method is disclosed in which metal wires of stainless steel are welded by controlling an arc or plasma and laminated three-dimensionally (Patent Document 4).
特許文献5には、金属3Dプリンタによる溶着積層造形用の金属ワイヤとしてCr,Mo,W含有のフェライト系ステンレス鋼ワイヤを用いることにより、金属3Dプリンタの成型において、熱変形、耐内部割れ性、材質・金属組織均一性、耐応力腐食割れ性に優れ、部品の信頼性を向上させてコストを大幅に低減できる効果を発揮できる発明が開示されている。
In
本発明は、軟磁気特性に優れる電磁ステンレス鋼であって、<100>方向が特定の方向に揃った方向性電磁ステンレス鋼、及び電磁部品を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a grain-oriented electromagnetic stainless steel having excellent soft magnetic properties, in which the <100> directions are aligned in a specific direction, and an electromagnetic component.
即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
[1]化学組成が、質量%で、
C:0.001~0.030%、Si:0.01~4.00%、Mn:0.01~2.00%、Ni:0.01~4.00%、Cr:6.0~35.0%、Mo:0.01~5.00%、Cu:0.01~2.00%、N:0.001~0.050%、
Ti:0~2.00%、Nb:0~2.00%、V:0~2.0%、B:0~0.1%、Al:0~7.000%、W:0~3.0%、Ga:0~0.05%、Co:0~2.5%、Sn:0~2.5%、Sb:0~2.5%、Ta:0~2.5%、Ca:0~0.05%、Mg:0~0.012%、Zr:0~0.012%、REM:0~0.05%、Pb:0~0.30%、Se:0~0.80%、Te:0~0.30%、Bi:0~0.50%、S:0~0.50%、P:0~0.30%、
残部:Feおよび不純物であり、
複数の層が積層されてなり、
前記層の積層方向と結晶<100>方位との角度差が20°以下である結晶の面積比率が0.70以上である方向性電磁ステンレス鋼。
[2]前記化学組成が、質量%でさらに、
Ti:0.001~2.00%、Nb:0.001~2.00%、V:0.001~2.0%、B:0.0001~0.1%、Al:0.001~7.000%、W:0.05~3.0%、Ga:0.0004~0.05%、Co:0.05~2.5%、Sn:0.01~2.5%、Sb:0.01~2.5%、およびTa:0.01~2.5%、から選択される一種以上を含有する、[1]に記載の方向性電磁ステンレス鋼。
[3]化学組成が、質量%でさらに、
Ca:0.0002~0.05%、Mg:0.0002~0.012%、Zr:0.0002~0.012%、およびREM:0.0002~0.05%、から選択される一種以上を含有する、[1]又は[2]に記載の方向性電磁ステンレス鋼。
[4]前記化学組成が、質量%でさらに、
Pb:0.0001~0.30%、Se:0.0001~0.80%、Te:0.0001~0.30%、Bi:0.0001~0.50%、S:0.0001~0.50%、P:0.0001~0.30%、から選択される一種以上を含有する、[1]1~[3]のいずれか1つに記載の方向性電磁ステンレス鋼。
[5][1]~[4]のいずれか一つに記載の方向性電磁ステンレス鋼を用いてなる電磁部品。
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] The chemical composition is % by mass,
C: 0.001-0.030%, Si: 0.01-4.00%, Mn: 0.01-2.00%, Ni: 0.01-4.00%, Cr: 6.0- 35.0%, Mo: 0.01-5.00%, Cu: 0.01-2.00%, N: 0.001-0.050%,
Ti: 0-2.00%, Nb: 0-2.00%, V: 0-2.0%, B: 0-0.1%, Al: 0-7.000%, W: 0-3 .0%, Ga: 0-0.05%, Co: 0-2.5%, Sn: 0-2.5%, Sb: 0-2.5%, Ta: 0-2.5%, Ca : 0-0.05%, Mg: 0-0.012%, Zr: 0-0.012%, REM: 0-0.05%, Pb: 0-0.30%, Se: 0-0. 80%, Te: 0-0.30%, Bi: 0-0.50%, S: 0-0.50%, P: 0-0.30%,
balance: Fe and impurities,
Multiple layers are laminated,
A grain-oriented electromagnetic stainless steel having an area ratio of 0.70 or more for crystals having an angular difference of 20° or less between the stacking direction of the layers and the crystal <100> orientation.
[2] The chemical composition is further, in mass %,
Ti: 0.001-2.00%, Nb: 0.001-2.00%, V: 0.001-2.0%, B: 0.0001-0.1%, Al: 0.001- 7.000%, W: 0.05-3.0%, Ga: 0.0004-0.05%, Co: 0.05-2.5%, Sn: 0.01-2.5%, Sb : 0.01 to 2.5%, and Ta: 0.01 to 2.5%.
[3] Further, the chemical composition is % by mass,
One selected from Ca: 0.0002 to 0.05%, Mg: 0.0002 to 0.012%, Zr: 0.0002 to 0.012%, and REM: 0.0002 to 0.05% The grain-oriented electromagnetic stainless steel according to [1] or [2], containing the above.
[4] The chemical composition is further, in mass%,
Pb: 0.0001-0.30%, Se: 0.0001-0.80%, Te: 0.0001-0.30%, Bi: 0.0001-0.50%, S: 0.0001- The grain-oriented electromagnetic stainless steel according to any one of [1]1 to [3], containing one or more selected from 0.50% and P: 0.0001 to 0.30%.
[5] An electromagnetic component using the grain-oriented electromagnetic stainless steel according to any one of [1] to [4].
[6]化学組成が、質量%で、
C:0.001~0.030%、Si:0.01~4.00%、Mn:0.01~2.00%、Ni:0.01~4.00%、Cr:6.0~35.0%、Mo:0.01~5.00%、Cu:0.01~2.00%、N:0.001~0.050%、
Ti:0~2.00%、Nb:0~2.00%、V:0~2.0%、B:0~0.1%、Al:0~7.000%、W:0~3.0%、Ga:0~0.05%、Co:0~2.5%、Sn:0~2.5%、Sb:0~2.5%、Ta:0~2.5%、Ca:0~0.05%、Mg:0~0.012%、Zr:0~0.012%、REM:0~0.05%、Pb:0~0.30%、Se:0~0.80%、Te:0~0.30%、Bi:0~0.50%、S:0~0.50%、P:0~0.30%、
残部:Feおよび不純物である方向性電磁ステンレス鋼からなる電磁部品であって、
電磁部品として使用時の印加磁場方向(以下「予定印加磁場方向」という。)と結晶<100>方位との角度差が20°以下である結晶の面積比率が0.70以上である電磁部品。
[7]前記化学組成が、質量%でさらに、
Ti:0.001~2.00%、Nb:0.001~2.00%、V:0.001~2.0%、B:0.0001~0.1%、Al:0.001~7.000%、W:0.05~3.0%、Ga:0.0004~0.05%、Co:0.05~2.5%、Sn:0.01~2.5%、Sb:0.01~2.5%、およびTa:0.01~2.5%、から選択される一種以上を含有する、[6]に記載の電磁部品。
[8]前記化学組成が、質量%でさらに、
Ca:0.0002~0.05%、Mg:0.0002~0.012%、Zr:0.0002~0.012%、およびREM:0.0002~0.05%、から選択される一種以上を含有する、[6]又は[7]に記載の電磁部品。
[9]前記化学組成が、質量%でさらに、
Pb:0.0001~0.30%、Se:0.0001~0.80%、Te:0.0001~0.30%、Bi:0.0001~0.50%、S:0.0001~0.50%、P:0.0001~0.30%、から選択される一種以上を含有する、[6]~[8]のいずれか1つに記載の電磁部品。
[10]積層造形で製造されてなる[6]~[9]のいずれか1つに記載の電磁部品。
[6] The chemical composition is mass %,
C: 0.001-0.030%, Si: 0.01-4.00%, Mn: 0.01-2.00%, Ni: 0.01-4.00%, Cr: 6.0- 35.0%, Mo: 0.01-5.00%, Cu: 0.01-2.00%, N: 0.001-0.050%,
Ti: 0-2.00%, Nb: 0-2.00%, V: 0-2.0%, B: 0-0.1%, Al: 0-7.000%, W: 0-3 .0%, Ga: 0-0.05%, Co: 0-2.5%, Sn: 0-2.5%, Sb: 0-2.5%, Ta: 0-2.5%, Ca : 0-0.05%, Mg: 0-0.012%, Zr: 0-0.012%, REM: 0-0.05%, Pb: 0-0.30%, Se: 0-0. 80%, Te: 0-0.30%, Bi: 0-0.50%, S: 0-0.50%, P: 0-0.30%,
Balance: An electromagnetic component made of grain-oriented electromagnetic stainless steel as Fe and impurities,
1. An electromagnetic component having a crystal area ratio of 0.70 or more in which the angular difference between the direction of the applied magnetic field (hereinafter referred to as the "intended direction of the applied magnetic field") and the <100> orientation of the crystal is 20° or less when used as an electromagnetic component.
[7] The chemical composition is further, in mass %,
Ti: 0.001-2.00%, Nb: 0.001-2.00%, V: 0.001-2.0%, B: 0.0001-0.1%, Al: 0.001- 7.000%, W: 0.05-3.0%, Ga: 0.0004-0.05%, Co: 0.05-2.5%, Sn: 0.01-2.5%, Sb : 0.01 to 2.5%, and Ta: 0.01 to 2.5%.
[8] The chemical composition is further, in mass %,
One selected from Ca: 0.0002 to 0.05%, Mg: 0.0002 to 0.012%, Zr: 0.0002 to 0.012%, and REM: 0.0002 to 0.05% The electromagnetic component according to [6] or [7], containing the above.
[9] The chemical composition is further, in mass %,
Pb: 0.0001-0.30%, Se: 0.0001-0.80%, Te: 0.0001-0.30%, Bi: 0.0001-0.50%, S: 0.0001- The electromagnetic component according to any one of [6] to [8], containing one or more selected from 0.50% and P: 0.0001 to 0.30%.
[10] The electromagnetic component according to any one of [6] to [9] manufactured by lamination molding.
本発明の方向性電磁ステンレス鋼及び電磁部品は、積層方向又は予定印加磁場方向と結晶<100>方位との角度差が20°以下である結晶の面積比率が0.70以上であるので、優れた軟磁気特性を実現することができる。 The grain-oriented electromagnetic stainless steel and electromagnetic parts of the present invention are excellent because the area ratio of the crystals in which the angle difference between the lamination direction or the planned applied magnetic field direction and the crystal <100> orientation is 20° or less is 0.70 or more. soft magnetic properties can be realized.
特許文献5に記載のように、金属ワイヤを用いる金属3Dプリンタによって、溶着積層造形を行った。ロボットのMIGアーク溶接機を使用して、ステンレス鋼ワイヤの溶材を用い、渦巻き状に連続して積層しつつ繰り返し溶着し、図1に示す積層方向12に積層することにより、3次元造形し、図1に示すような中空の円柱からなる積層構造物1を製造した。
As described in
ここで、溶着積層造形における「積層方向12」について定義する。造形品に固定した座標系において、溶接機の移動方向が溶着方向11であり、溶着物3は溶着方向11に線状に配置され、層6を形成する。すでに溶着が完了した線状の層6(溶着物3)にさらに溶着を繰り返す。図1に記載の場合は、前回溶着した溶着物3の上に、新たな溶着物3を形成する。これを順次繰り返すことにより、層6(溶着物3)が積み重なった積層構造が形成される。ここにおいて、層6(溶着物3)が順次積み上がる方向を「積層方向12」と呼ぶ。積層構造物1は通常は「面」状に形成され、この面をここでは「積層面4」と呼ぶ。図1に示す例では、積層面4は円筒面を形成している。溶着方向11と積層方向12はいずれも当該積層面4に平行であり、積層方向12は溶着方向11と直交する。
Here, the "
溶着積層造形に際し、溶材としてのステンレス鋼製ワイヤの成分を種々変更し、積層1層目の土台となる基板2の種類を種々変更し、さらに溶着の溶接速度を種々変更した。造形終了後に、造形物中の金属結晶の結晶方位について評価し、特に、積層方向12への結晶の配向性について評価を行った。
In the welding layered manufacturing, the composition of the stainless steel wire as the welding material was varied, the type of the
溶着積層造形試験の結果、ステンレス鋼製ワイヤを溶材として用い、基板2として冷却能力の高い基板を用い、溶接速度を特定の範囲としたとき、積層方向12と結晶<100>方位との角度差が20°以下である結晶の面積比率が増大して0.70以上となり、積層方向12への結晶<100>方位の配向性が向上することが見いだされた。その結果、積層方向12に極めて優れた磁気特性を有することが確認された。以下、詳述する。
As a result of the welding additive manufacturing test, when a stainless steel wire is used as the welding material, a substrate with a high cooling capacity is used as the
金属ワイヤを用いる金属3Dプリンタによって、溶着積層造形を行った。ロボットのMIGアーク溶接機を使用して、ステンレス鋼ワイヤの溶材を用い、渦巻き状に連続して積層しつつ繰り返し溶着し、図1に示す積層方向12に積層することにより、3次元造形し、図1に示すような中空の円柱からなる積層構造物1を製造した。表1に示す成分組成を有する、直径1mmの線材を溶材として用いた。積層造形で形成する円筒形の積層構造物1は、外径がφ100mm、高さが80mm、厚みが8mmである。溶接速度(トーチ走査速度)を0.1m/min~30m/minの範囲で変化させた。1層あたりの溶着物3の高さは約5mmとなった。
Welding additive manufacturing was performed by a metal 3D printer using metal wires. Using a robot MIG arc welder, using a stainless steel wire welding material, repeatedly welding while continuously laminating in a spiral shape, and laminating in the
積層造形を行うための基板2として、ステンレス厚板(10mm厚)(強冷基板)とステンレス薄板(0.5mm厚)(緩冷基板)の2種類を用いた。
As the
造形で形成した円筒から、円周方向に10mm、高さ方向全高さ(80mm)、厚み方向全厚(8mm)の試料を切り出した。切り出した試料を用い、結晶方位測定と軟磁気特性の評価を行った。 A sample of 10 mm in the circumferential direction, total height (80 mm) in the height direction, and total thickness (8 mm) in the thickness direction was cut out from the cylinder formed by molding. Crystal orientation measurement and evaluation of soft magnetic properties were performed using the cut sample.
結晶方位については、試料の高さ方向中央位置、厚み方向中央位置において、円筒面に平行な検査面についてEBSD(Electron Back-Scattering Deflection Pattern)評価を行った。円周方向に2.7mm、高さ方向に8.0mmの範囲について、結晶方位を評価した。積層方向と結晶<100>方位との角度差が20°以下である結晶の面積比率を「積層方向//<100>分率」(-)と呼ぶ。 Regarding the crystal orientation, EBSD (Electron Back-Scattering Deflection Pattern) evaluation was performed on an inspection surface parallel to the cylindrical surface at the center position in the height direction and the center position in the thickness direction of the sample. The crystal orientation was evaluated over a range of 2.7 mm in the circumferential direction and 8.0 mm in the height direction. The area ratio of the crystal in which the angle difference between the stacking direction and the crystal <100> orientation is 20° or less is called "stacking direction//<100> fraction" (-).
軟磁気特性については、上記切り出した試料を用い、磁化方向が積層方向12に向く磁化力50Oe(3979A/m)を付与したときの磁束密度(T)(B50)にて評価を行った。
The soft magnetic properties were evaluated by magnetic flux density (T) (B50) when a magnetizing force of 50 Oe (3979 A/m) was applied with the magnetization direction oriented in the
その結果、基板2として強冷基板を用い、溶接速度を20m/min以下としたとき、積層方向//<100>分率が0.70(-)以上と大きくなり、同時に軟磁気特性(B50)が1.4T以上と良好な軟磁気特性を得ることができた。なお、同条件で製造した積層品については、積層後の最下端と最上端の位置においても、上記高さ方向中央位置と同様の、積層方向//<100>分率が得られた。軟磁気特性(B50)が1.5T以上であるとより好ましい。
As a result, when a hard-cooled substrate is used as the
以上の現象からは、以下のように結晶成長しているものと推察される。即ち、基板2として強冷基板を用い、溶接速度を20m/min以下としたとき、まず基板2と接する第1層の溶着物3が積層されたとき、基板2による強冷却によって凝固の方向が積層方向12となり、これによって第1層の積層方向//<100>分率が高い値となる。第1層の上に第2層が積層されると、第1層の結晶方位がそのまま第2層に受け継がれる。エピタキシャル成長に似たような結晶成長と推測される。その結果、積層方向//<100>分率が高い値となったものと推測される。溶接速度は、0.5m/min以上、20m/min以下であると好ましい。1.0m/min以上、10m/min以下であるとより好ましい。
From the above phenomenon, it is inferred that the crystal grows as follows. That is, when a hard-cooled substrate is used as the
上記本発明のステンレス鋼は、積層方向//<100>分率が0.70以上であり、<100>磁化容易方向が積層方向に揃っているので、積層方向12に優れた磁気特性を備えており、方向性電磁鋼と呼ぶことができる。積層方向//<100>分率が0.90以上であるとより好ましい。
The stainless steel of the present invention has a lamination direction//<100> fraction of 0.70 or more, and the <100> direction of easy magnetization is aligned in the lamination direction, so it has excellent magnetic properties in the
また上記方向性電磁ステンレス鋼からなる電磁部品は、電磁部品として使用時の印加磁場方向(予定印加磁場方向)と積層方向12とを一致させることにより、前記予定印加磁場方向と結晶<100>方位との角度差が20°以下である結晶の面積比率が0.70以上である電磁部品とすることができる。
In the electromagnetic component made of grain-oriented electromagnetic stainless steel, the direction of the applied magnetic field (planned applied magnetic field direction) during use as an electromagnetic component is matched with the stacking
積層構造物1において、積層界面5については、縦断面を鏡面研磨・エッチングした後光学顕微鏡にて黒いコントラストとして確認することができる。
In the
本発明の方向性電磁鋼の成分組成について説明する。%は質量%を意味する。
まず、必須成分について説明する。
The chemical composition of the grain-oriented electrical steel of the present invention will be described. % means % by mass.
First, the essential ingredients will be explained.
CやNは、溶着・積層時にフェライト単相を安定的に得て材質を均一化し、且つ、結晶粒界へのCr炭窒化物の析出を抑制して鋭敏化や応力腐食割れを防止し、軟磁気特性を確保するように、Cは0.030%以下、Nは0.050%以下に限定する。下限は0.001%とする。 C and N stably obtain a ferrite single phase at the time of welding and lamination to homogenize the material, and suppress precipitation of Cr carbonitride to grain boundaries to prevent sensitization and stress corrosion cracking. In order to secure soft magnetic properties, C is limited to 0.030% or less and N is limited to 0.050% or less. The lower limit is 0.001%.
Siは、軟磁気特性の向上、溶着時の脱酸に有効であるが、過剰に添加すると繰り返しの溶着、加熱、冷却工程でフェライト粒界へのCr炭窒化物の析出を促進して鋭敏化して応力腐食割れが発生し、軟磁気特性も劣化する。そのため、4.00%以下に限定する。好ましくは、0.01%以上、1.5%以下である。 Si is effective in improving soft magnetic properties and deoxidizing during welding. However, when excessively added, it promotes precipitation of Cr carbonitrides on ferrite grain boundaries during repeated welding, heating, and cooling processes, resulting in sensitization. stress corrosion cracking occurs, and the soft magnetic properties also deteriorate. Therefore, it is limited to 4.00% or less. Preferably, it is 0.01% or more and 1.5% or less.
Mnは、溶着時の脱酸に有効であるが、過剰に添加すると繰り返しの溶着、加熱、冷却工程でオーステナイトやマルテンサイト組織が生成してフェライト単相組織が安定的に得られず、材質の均一性を損なうばかりか耐応力腐食割れ性が劣化し、軟磁気特性が劣化する。そのため、2.00%以下に限定する。好ましくは、0.01%以上、1.5%以下である。 Mn is effective for deoxidizing during welding, but if it is added excessively, an austenite or martensite structure is generated in repeated welding, heating, and cooling processes, and a ferrite single-phase structure cannot be stably obtained. In addition to impairing the uniformity, the stress corrosion cracking resistance deteriorates, and the soft magnetic properties deteriorate. Therefore, it is limited to 2.00% or less. Preferably, it is 0.01% or more and 1.5% or less.
Niは、フェライト相の靭性向上に有効であるが、4.00%を超えて過剰に添加すると繰り返しの溶着、加熱、冷却工程でオーステナイトやマルテンサイト組織が生成してフェライト単相組織が安定的に得られず、材質の均一性を損なうばかりか耐応力腐食割れ性が劣化し、軟磁気特性が劣化する。そのため、4.00%以下に限定する。好ましくは、0.01%以上、1.5%以下である。 Ni is effective in improving the toughness of the ferrite phase, but if it is added in excess of 4.00%, an austenite or martensite structure is generated in repeated welding, heating, and cooling processes, and the ferrite single phase structure becomes stable. In addition to impairing the uniformity of the material, the stress corrosion cracking resistance deteriorates and the soft magnetic properties deteriorate. Therefore, it is limited to 4.00% or less. Preferably, it is 0.01% or more and 1.5% or less.
Crは、フェライト単相を安定的に得て、且つ、マトリックスに固溶することで耐熱性(耐熱変形)と耐食性(耐久性)を確保するために6.0%以上添加する。しかしながら、35.0%を超えて添加すると繰り返しの溶着、加熱、冷却工程時に金属間化合物が生成して材質均一性、耐粒界腐食性や耐応力腐食割れ性が劣化し、軟磁気特性が劣化する。そのため、上限を35.0%に限定する。好ましくは、12.0~25.0%である。 Cr is added in an amount of 6.0% or more in order to obtain a ferrite single phase stably and to ensure heat resistance (heat deformation) and corrosion resistance (durability) by dissolving in the matrix. However, if the addition exceeds 35.0%, intermetallic compounds are formed during repeated welding, heating, and cooling processes, which deteriorates material uniformity, intergranular corrosion resistance, and stress corrosion cracking resistance, and soft magnetic properties deteriorate. to degrade. Therefore, the upper limit is limited to 35.0%. Preferably, it is 12.0 to 25.0%.
Moは、マトリックスに固溶することで耐熱性(耐熱変形)を確保するために、0.01%以上添加する。しかしながら、5.00%を超えて添加するとフェライト相の靭性が劣化し内部割れが発生する。また、軟磁気特性が劣化する。そのため、上限を5.00%に限定する。 Mo is added in an amount of 0.01% or more in order to ensure heat resistance (heat deformation) by dissolving in the matrix. However, if the addition exceeds 5.00%, the toughness of the ferrite phase deteriorates and internal cracks occur. Also, soft magnetic properties deteriorate. Therefore, the upper limit is limited to 5.00%.
Cuは、マトリックスの靭性を向上させる有効な元素であり、0.01%以上添加する。一方、2.00%を超えて過剰に添加すると繰り返しの溶着、加熱、冷却工程でオーステナイトやマルテンサイト組織が生成してフェライト単相組織が安定的に得られず、材質の均一性を損なうばかりか耐応力腐食割れ性が劣化する。また、軟磁気特性が劣化する。そのため、2.00%以下に限定する。好ましくは1.0%以下である。 Cu is an effective element for improving the toughness of the matrix and is added in an amount of 0.01% or more. On the other hand, if it is added in excess of 2.00%, an austenite or martensite structure is formed in repeated welding, heating, and cooling processes, and a ferrite single-phase structure cannot be stably obtained, and the homogeneity of the material is only impaired. or the stress corrosion cracking resistance deteriorates. Also, soft magnetic properties deteriorate. Therefore, it is limited to 2.00% or less. Preferably, it is 1.0% or less.
本発明の金属ワイヤは、選択的に以下の成分を含有すると好ましい。 Preferably, the metal wire of the present invention selectively contains the following components.
Nb,Ti、Vは、繰り返しの溶着、加熱、冷却工程でフェライト粒界へのCr炭窒化物の析出を抑制して鋭敏化や応力腐食割れを防止するために添加する。また、固溶C,Nを固定し、軟磁気特性を向上させる。しかしながら、それぞれ2.00%を超えて添加するとフェライト相の靭性が劣化して内部割れが発生する。また、軟磁気特性が劣化する。そのため、上限を2.00%に限定する。好ましくは、それぞれ0.001%以上1.50%である。 Nb, Ti, and V are added to suppress the precipitation of Cr carbonitrides to ferrite grain boundaries in repeated welding, heating, and cooling steps, thereby preventing sensitization and stress corrosion cracking. In addition, solid solution C and N are fixed to improve the soft magnetic properties. However, if each content exceeds 2.00%, the toughness of the ferrite phase deteriorates and internal cracks occur. Also, soft magnetic properties deteriorate. Therefore, the upper limit is limited to 2.00%. Preferably, they are 0.001% or more and 1.50%, respectively.
Bは、軟磁気特性、マトリックスの靭性を向上させるため、必要に応じて添加してもよい。しかしながら、Bが0.1%を超えて含有すると内部割れが発生し易くなる。また、軟磁気特性が劣化する。そのため、Bの上限を0.1%に限定する。好ましくは、0.0001%以上である。 B may be added as necessary in order to improve the soft magnetic properties and toughness of the matrix. However, if the B content exceeds 0.1%, internal cracks are likely to occur. Also, soft magnetic properties deteriorate. Therefore, the upper limit of B is limited to 0.1%. Preferably, it is 0.0001% or more.
Alは、軟磁気特性、耐熱性に有効であり、また、溶着時の脱酸に有効であるが、過剰に添加するとフェライト相の靭性が劣化し、内部割れが発生し易くなる。また、軟磁気特性が劣化する。そのため、上限を7.000%にする。好ましくは、0.001~2.500%である。 Al is effective for soft magnetic properties and heat resistance, and is also effective for deoxidizing during welding. Also, soft magnetic properties deteriorate. Therefore, the upper limit is set to 7.000%. Preferably, it is 0.001 to 2.500%.
Wは、マトリックスに固溶することで耐熱性(耐熱変形)を確保するために添加する。しかしながら、3.0%を超えて添加するとフェライト相の靭性が劣化し内部割れが発生する。また、軟磁気特性が劣化する。そのため、上限を3.0%に限定する。好ましくは、0.05~3.0%である。 W is added in order to secure heat resistance (heat deformation) by forming a solid solution in the matrix. However, if the addition exceeds 3.0%, the toughness of the ferrite phase deteriorates and internal cracks occur. Also, soft magnetic properties deteriorate. Therefore, the upper limit is limited to 3.0%. Preferably, it is 0.05 to 3.0%.
Gaは、耐食性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Gaを過剰に含有させると、熱間加工性が低下する。上限を0.05%にする。好ましくは0.0004%以上とする。 Ga has an effect of improving corrosion resistance, so it may be contained as necessary. However, if Ga is contained excessively, the hot workability deteriorates. The upper limit is 0.05%. It is preferably 0.0004% or more.
Coは、軟磁気特性、マトリックスの靭性を向上させるため、必要に応じて添加してもよい。しかしながら、Coが2.5%を超えて含有すると、繰り返しの溶着、加熱、冷却工程でマルテンサイト組織やオーステナイト組織が生成し、フェライト単相組織が得られる、材質均一性が劣化するばかりか応力腐食割れ性が低下する。また、軟磁気特性が劣化する。そのため、Coの上限を2.5%にする。好ましくは0.05%以上とする。 Co may be added as necessary in order to improve the soft magnetic properties and toughness of the matrix. However, if the Co content exceeds 2.5%, a martensitic structure or an austenitic structure is generated in repeated welding, heating, and cooling steps, resulting in a ferrite single-phase structure. Corrosion cracking resistance is lowered. Also, soft magnetic properties deteriorate. Therefore, the upper limit of Co is set to 2.5%. Preferably, it is 0.05% or more.
Sn,Sbは、マトリックスの耐食性を向上させるため、必要に応じて添加してもよい。しかしながら、それぞれ2.5%を超えて添加すると内部割れが発生し易くなる。また、軟磁気特性が劣化する。そのため、上限を2.5%にする。好ましくは、0.01%以上である。 Sn and Sb may be added as necessary in order to improve the corrosion resistance of the matrix. However, when each of these elements is added in excess of 2.5%, internal cracks tend to occur. Also, soft magnetic properties deteriorate. Therefore, the upper limit is set to 2.5%. Preferably, it is 0.01% or more.
Taは、繰り返しの溶着、加熱、冷却工程でマトリクスに微細な析出物を形成して耐熱性(耐熱変形性)を高めるため、必要に応じて添加しておよい。しかしながら、2.5%を超えて添加すると粗大な析出物を形成して、内部割れを助長する。また、軟磁気特性が劣化する。そのため、上限を2.5%にする。好ましくは、0.01%以上である。 Ta forms fine precipitates in the matrix in repeated welding, heating, and cooling steps to improve heat resistance (heat deformation resistance), so it may be added as necessary. However, when added in excess of 2.5%, coarse precipitates are formed, promoting internal cracking. Also, soft magnetic properties deteriorate. Therefore, the upper limit is set to 2.5%. Preferably, it is 0.01% or more.
Ca,Mg、REMは、溶着時の脱酸に有効であるため、必要に応じて添加してもよい。しかしながら、過剰に添加すると繰り返しの溶着工程で粗大な酸化物が形成して内部割れが発生し易くなる。また、軟磁気特性が劣化する。そのため、Ca、REMはそれぞれ0.05%以下、Mgは0.012%以下に限定する。好ましくは、それぞれ0.0002%以上である。 Ca, Mg, and REM are effective in deoxidizing during welding, and may be added as necessary. However, if it is added excessively, coarse oxides are formed in repeated welding processes, and internal cracks are likely to occur. Also, soft magnetic properties deteriorate. Therefore, Ca and REM are each limited to 0.05% or less, and Mg is limited to 0.012% or less. Preferably, each is 0.0002% or more.
Zrは、繰り返しの溶着、加熱、冷却工程でマトリクスに微細な析出物を形成して耐熱性(耐熱変形性)を高めるため、必要に応じて添加しておよい。しかしながら、0.012%を超えて添加すると粗大な析出物を形成して、内部割れを助長する。また、軟磁気特性が劣化する。そのため、上限を0.012%にする。好ましくは、0.0002%以上である。 Zr forms fine precipitates in the matrix in repeated welding, heating, and cooling steps to improve heat resistance (heat deformation resistance), so that it may be added as necessary. However, if added in excess of 0.012%, it forms coarse precipitates and promotes internal cracking. Also, soft magnetic properties deteriorate. Therefore, the upper limit is set to 0.012%. Preferably, it is 0.0002% or more.
Pb、Se、Te、Biは、3D造形後の切削加工性を付与するために、必要に応じて添加してもよい。しかしながら、Pbは0.30%、Seは0.80%、Teは0.30%、Biは0.50%を超えて含有すると、内部割れを助長する。また、軟磁気特性が劣化する。そのため、Pbは0.30%、Seは0.80%、Teは0.30%、Biは0.50%を上限とする。好ましくは、それぞれ0.0001%以上である。 Pb, Se, Te, and Bi may be added as necessary in order to impart machinability after 3D modeling. However, when the Pb content exceeds 0.30%, the Se content exceeds 0.80%, the Te content exceeds 0.30%, and the Bi content exceeds 0.50%, internal cracks are promoted. Also, soft magnetic properties deteriorate. Therefore, the upper limits of Pb are 0.30%, Se is 0.80%, Te is 0.30%, and Bi is 0.50%. Preferably, each is 0.0001% or more.
Sは3D造形後の切削加工性を付与するために、必要に応じて添加してもよい。しかし、0.50%を超えて含有すると内部割れが発生しやすくなる。また、軟磁気特性が劣化する。そのため、上限を0.50%にする。Sは低いほど好ましく、下限を設けない。 S may be added as necessary in order to impart machinability after 3D modeling. However, if the content exceeds 0.50%, internal cracks tend to occur. Also, soft magnetic properties deteriorate. Therefore, the upper limit is set to 0.50%. S is preferably as low as possible, and there is no lower limit.
Pは、溶着時の内部割れや応力腐食割れ、軟磁気特性の劣化を抑制するため0.30%以下に限定する。好ましくは、0.05%以下である。Pは低いほど好ましく、下限を設けない。 P is limited to 0.30% or less in order to suppress internal cracking and stress corrosion cracking during welding and deterioration of soft magnetic properties. Preferably, it is 0.05% or less. P is preferably as low as possible, and there is no lower limit.
本発明の金属ワイヤの成分組成は、上述してきた元素以外は、Feおよび不純物からなる化学成分から構成される。 The chemical composition of the metal wire of the present invention is composed of chemical components consisting of Fe and impurities other than the elements described above.
代表的な不可避的不純物としては、Ge,Na、Be、F、Ga等が挙げられ、通常、鉄鋼の製造プロセスで不可避的不純物として、0.01%以下の範囲で混入する場合がある。 Typical unavoidable impurities include Ge, Na, Be, F, Ga, and the like, and are usually mixed in the range of 0.01% or less as unavoidable impurities in the steel manufacturing process.
(実施例1)
45kgの真空溶解炉にて表1、表2に示す化学組成の鋼を溶解し、熱間鍛造と熱間押し出しにより直径11mmの棒鋼に加工した。その後、伸線と焼鈍を繰り返し、直径1.0mmの金属ワイヤに試作した。表1、表2において、空欄部は積極的に添加していないことを意味する。また、本発明範囲から外れる数値に下線を付している。
(Example 1)
Steels having the chemical compositions shown in Tables 1 and 2 were melted in a 45 kg vacuum melting furnace and processed into steel bars with a diameter of 11 mm by hot forging and hot extrusion. After that, wire drawing and annealing were repeated to make a trial metal wire with a diameter of 1.0 mm. In Tables 1 and 2, blanks mean that they were not intentionally added. In addition, numerical values outside the scope of the present invention are underlined.
積層造形を行うための基板2として、ステンレス厚板(10mm厚)(強冷基板)を用い、ロボットのMIGのアーク溶接機を使用して、上記試作した金属ワイヤを基板2上に渦巻き状に連続して積層しつつ繰り返し溶着し、図1に示す積層方向12に積層することにより3次元造形し、図1に示すような、中空の円柱からなる積層構造物1(電磁部品)(外径:100mm、高さ80mm、厚さ:8mm)を製造した。アークによる溶着条件として、Ar+3%酸素のシールドガスを用い、溶接電流229A、アーク電圧17.1V、溶接速度:1.1m/minとした。
A thick stainless steel plate (10 mm thick) (strongly cooled substrate) is used as the
造形で形成した円筒から、円周方向に10mm、高さ方向全高さ(80mm)、厚み方向全厚(8mm)の試料を切り出した。切り出した試料を用い、結晶方位測定、軟磁気特性と孔食電位の評価を行った。 A sample of 10 mm in the circumferential direction, total height (80 mm) in the height direction, and total thickness (8 mm) in the thickness direction was cut out from the cylinder formed by molding. Crystal orientation measurement, soft magnetic properties and pitting potential were evaluated using the cut samples.
結晶方位については、試料の高さ方向中央位置、厚み方向中央位置において、円筒面に平行な検査面についてEBSD(Electron Back-Scattering Deflection Pattern)評価を行った。評価条件は前述と同様の条件を採用した。積層方向//<100>分率が0.90以上である場合は特に良好として◎、0.70以上0.90未満は良好として○、それ以外は×(不合格)とした。 Regarding the crystal orientation, EBSD (Electron Back-Scattering Deflection Pattern) evaluation was performed on an inspection surface parallel to the cylindrical surface at the center position in the height direction and the center position in the thickness direction of the sample. The evaluation conditions were the same as those described above. When the lamination direction//<100> fraction was 0.90 or more, it was evaluated as particularly good.
軟磁気特性については、上記切り出した試料を用い、磁化方向が積層方向に向く磁化力50Oeを付与したときの磁束密度(T)(B50)にて評価を行った。B50が1.5T以上である場合は特に良好として◎、1.4T以上1.5T未満は良好として○、それ以外は×(不合格)とした。
孔食電位については、JIS G0577に準拠して測定した。孔食電位が50mV以上は良好として○、それ以外は×とした。
The soft magnetic properties were evaluated by magnetic flux density (T) (B50) when a magnetizing force of 50 Oe was applied with the magnetization direction directed to the lamination direction using the above-cut sample. When the B50 was 1.5 T or more, it was evaluated as particularly good, and when it was 1.4 T or more and less than 1.5 T, it was evaluated as good.
The pitting potential was measured according to JIS G0577. A pitting potential of 50 mV or more was evaluated as good, and the others were evaluated as x.
表3、表4に評価結果について示す。
表1、表3は本発明例であり、成分組成が本発明範囲内にあり、積層方向//<100>分率、B50ともに良好な成績であった。本発明例14~20は、積層方向//<100>分率、B50ともに◎であって特に良好であった。
一方、表2、表4は比較例であり、成分組成が本発明範囲から外れ、積層方向//<100>分率、B50ともに不合格(×)となった。
Tables 3 and 4 show the evaluation results.
Tables 1 and 3 are examples of the present invention, the component composition was within the range of the present invention, and good results were obtained in both the stacking direction//<100> fraction and B50. In Examples 14 to 20 of the present invention, both the laminate direction//<100> fraction and B50 were ⊚ and were particularly good.
On the other hand, Tables 2 and 4 are comparative examples, and the component composition is out of the range of the present invention, and both the stacking direction//<100> fraction and B50 are disqualified (x).
(実施例2)
図1に示す形状の積層構造物1を製造するに際し、前記実施例1の表1の鋼種Pに示す成分のワイヤを用い、冷却用基板として強冷基板(ステンレス厚板(厚さ10mm))、緩冷基板(ステンレス薄板(厚さ0.5mm))を用い、表5に示す溶接速度で積層造形を行った。
(Example 2)
When manufacturing the
結果を表5に示す。
本発明No.55~60は、強例基板を用い、溶接速度が好適範囲にあり、積層方向//<100>分率、B50ともに良好であった。特にNo.57~60は溶接速度が特に好適な範囲にあり、積層方向//<100>分率、B50ともに◎であった。
一方、比較例No.61、62は溶接速度が本発明好適範囲を外れ、No.63~66は冷却用基板が緩冷基板であったため、積層方向//<100>分率、B50ともに×であった。
Table 5 shows the results.
Invention No. Nos. 55 to 60 used strong example substrates, the welding speed was in the preferred range, and both the lamination direction//<100> fraction and B50 were good. Especially No. In 57 to 60, the welding speed was in a particularly suitable range, and both the stacking direction//<100> fraction and B50 were ⊚.
On the other hand, Comparative Example No. Nos. 61 and 62 have welding speeds outside the preferred range of the present invention. In 63 to 66, the cooling substrate was a slow-cooling substrate, so both the stacking direction//<100> fraction and B50 were x.
(実施例3)
ここで、製造方法別の造形物の結晶方位特性と軟磁気特性(B50)の評価結果比較を行う。材料としてはいずれも前記表1の鋼種Sに示す成分組成のステンレス鋼を用いる。積層造形品については、図1に示す形状の積層構造物1を製造するに際し、溶接速度(トーチ走査速度)を5m/min、1m/minの2種類とし、基板2を、ステンレス厚板(10mm)(強冷基板)とステンレス薄板(0.5mm)(緩冷基板)の2種類とした。鍛造品については、直径100mm、高さ80mmの円柱形状に鍛造し、厚み8mmの円筒形状となるように切削を行った。線材については、線材圧延にて直径10mmの線材を製造した。結晶方位(表6の「<100>分率」)の配向性評価方向、B50評価時の磁化方向のいずれも、積層造形品と鍛造品は円筒の中心軸の方向(積層造形品については積層方向12に一致)、線材については線材の長手方向とした。
(Example 3)
Here, evaluation results of the crystal orientation characteristics and the soft magnetic characteristics (B50) of the shaped objects according to the manufacturing methods are compared. As materials, stainless steels having chemical compositions shown in steel type S in Table 1 are used. Regarding the laminate-molded product, when manufacturing the
結果を表6に示す。表6から明らかなように、積層造形した積層構造物1であって、基板2として強冷基板を用い、溶接速度を20m/min以下としたとき(本発明条件)、積層方向//<100>分率が○又は◎となり、同時に軟磁気特性(B50)が○又は◎と良好な軟磁気特性を得ることができた。積層造形条件が上述の本発明条件から外れる場合、鍛造品の場合、線材の場合のいずれも、上記本発明条件に比較して、<100>分率、B50のいずれも、本発明条件で製造した積層造形品に比較して劣る結果となった。
Table 6 shows the results. As is clear from Table 6, when the
1 積層構造物
2 基板
3 溶着物
4 積層面
5 積層界面
6 層
11 溶着方向
12 積層方向
REFERENCE SIGNS
Claims (5)
C:0.001~0.030%、
Si:0.01~4.00%、
Mn:0.01~2.00%、
Ni:0.01~4.00%、
Cr:6.0~35.0%、
Mo:0.01~5.00%、
Cu:0.01~2.00%、
N:0.001~0.050%、
Ti:0~2.00%、
Nb:0~2.00%、
V:0~2.0%、
B:0~0.1%、
Al:0~7.000%、
W:0~3.0%、
Ga:0~0.05%、
Co:0~2.5%、
Sn:0~2.5%、
Sb:0~2.5%、
Ta:0~2.5%、
Ca:0~0.05%、
Mg:0~0.012%、
Zr:0~0.012%、
REM:0~0.05%、
Pb:0~0.30%、
Se:0~0.80%、
Te:0~0.30%、
Bi:0~0.50%、
S:0~0.50%、
P:0~0.30%、
残部:Feおよび不純物であり、
複数の層が積層されてなり、
前記層の積層方向と結晶<100>方位との角度差が20°以下である結晶の面積比率が0.70以上である方向性電磁ステンレス鋼。 The chemical composition, in mass %,
C: 0.001 to 0.030%,
Si: 0.01 to 4.00%,
Mn: 0.01 to 2.00%,
Ni: 0.01 to 4.00%,
Cr: 6.0 to 35.0%,
Mo: 0.01 to 5.00%,
Cu: 0.01 to 2.00%,
N: 0.001 to 0.050%,
Ti: 0 to 2.00%,
Nb: 0 to 2.00%,
V: 0 to 2.0%,
B: 0 to 0.1%,
Al: 0 to 7.000%,
W: 0 to 3.0%,
Ga: 0-0.05%,
Co: 0-2.5%,
Sn: 0-2.5%,
Sb: 0-2.5%,
Ta: 0-2.5%,
Ca: 0-0.05%,
Mg: 0-0.012%,
Zr: 0 to 0.012%,
REM: 0-0.05%,
Pb: 0 to 0.30%,
Se: 0 to 0.80%,
Te: 0 to 0.30%,
Bi: 0 to 0.50%,
S: 0 to 0.50%,
P: 0 to 0.30%,
balance: Fe and impurities,
Multiple layers are laminated,
A grain-oriented electromagnetic stainless steel having an area ratio of 0.70 or more for crystals having an angular difference of 20° or less between the stacking direction of the layers and the crystal <100> orientation.
Ti:0.001~2.00%、
Nb:0.001~2.00%、
V:0.001~2.0%、
B:0.0001~0.1%、
Al:0.001~7.000%、
W:0.05~3.0%、
Ga:0.0004~0.05%、
Co:0.05~2.5%、
Sn:0.01~2.5%、
Sb:0.01~2.5%、および
Ta:0.01~2.5%、
から選択される一種以上を含有する、
請求項1に記載の方向性電磁ステンレス鋼。 Further, the chemical composition is, in mass %,
Ti: 0.001 to 2.00%,
Nb: 0.001 to 2.00%,
V: 0.001 to 2.0%,
B: 0.0001 to 0.1%,
Al: 0.001 to 7.000%,
W: 0.05 to 3.0%,
Ga: 0.0004 to 0.05%,
Co: 0.05-2.5%,
Sn: 0.01 to 2.5%,
Sb: 0.01-2.5%, and Ta: 0.01-2.5%,
containing one or more selected from
The grain-oriented electromagnetic stainless steel according to claim 1.
Ca:0.0002~0.05%、
Mg:0.0002~0.012%、
Zr:0.0002~0.012%、および
REM:0.0002~0.05%、
から選択される一種以上を含有する、
請求項1又は請求項2に記載の方向性電磁ステンレス鋼。 Further, the chemical composition is, in mass %,
Ca: 0.0002-0.05%,
Mg: 0.0002-0.012%,
Zr: 0.0002-0.012%, and REM: 0.0002-0.05%,
containing one or more selected from
The grain-oriented electromagnetic stainless steel according to claim 1 or 2.
Pb:0.0001~0.30%、
Se:0.0001~0.80%、
Te:0.0001~0.30%、
Bi:0.0001~0.50%、
S:0.0001~0.50%、
P:0.0001~0.30%、
から選択される一種以上を含有する、
請求項1~請求項3のいずれか1項に記載の方向性電磁ステンレス鋼。 Further, the chemical composition is, in mass %,
Pb: 0.0001 to 0.30%,
Se: 0.0001 to 0.80%,
Te: 0.0001 to 0.30%,
Bi: 0.0001 to 0.50%,
S: 0.0001 to 0.50%,
P: 0.0001 to 0.30%,
containing one or more selected from
The grain-oriented electromagnetic stainless steel according to any one of claims 1 to 3.
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