JP2022186017A - Fe-based alloy for solid phase nitrogen absorption and Fe-based alloy member - Google Patents

Fe-based alloy for solid phase nitrogen absorption and Fe-based alloy member Download PDF

Info

Publication number
JP2022186017A
JP2022186017A JP2021094009A JP2021094009A JP2022186017A JP 2022186017 A JP2022186017 A JP 2022186017A JP 2021094009 A JP2021094009 A JP 2021094009A JP 2021094009 A JP2021094009 A JP 2021094009A JP 2022186017 A JP2022186017 A JP 2022186017A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
based alloy
mass
nitrogen absorption
phase
solid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021094009A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
誉将 佐藤
Yoshimasa Sato
寛幸 宮本
Hiroyuki Miyamoto
千紘 古庄
Chihiro Furusho
禎彦 小柳
Yoshihiko Koyanagi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daido Steel Co Ltd filed Critical Daido Steel Co Ltd
Priority to JP2021094009A priority Critical patent/JP2022186017A/en
Publication of JP2022186017A publication Critical patent/JP2022186017A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

To provide an Fe-based alloy for solid phase nitrogen absorption which can materialize high magnetic permeability, high electric resistance, high saturation magnetic flux density and high hardness, and a member using the Fe-based alloy for solid phase nitrogen absorption.SOLUTION: An Fe-based alloy for solid phase nitrogen absorption contains 0.020 mass% or less C, 0.030 mass% or less N, and 5.0 or more and 18.0 mass% or less Cr, and further contains one or two or more elements of 0.5 or more and 3.0 mass% or less Si, 0.1 or more and 3.0 mass% or less Al, and 0.05 or more and 3.0 mass% or less Ti, and the balance composed of Fe and inevitable impurities, and has an area ratio of a ferrite phase at 23°C of 95% or more. An Fe-based alloy member comprises: a base portion composed of the Fe-based alloy for solid phase nitrogen absorption; and a nitrogen absorption layer formed on the surface of the base portion, wherein hardness of the nitrogen absorption layer is 400 HV or more, and an area ratio of the ferrite phase of the base portion at 23°C is 95% or more.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、固相窒素吸収用Fe基合金及びFe基合金部材に関し、さらに詳しくは、固相窒素吸収法による表面硬化処理に適した固相窒素吸収用Fe基合金、及び、これを用いたFe基合金部材に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an Fe-based alloy for solid-phase nitrogen absorption and an Fe-based alloy member, and more specifically, an Fe-based alloy for solid-phase nitrogen absorption suitable for surface hardening treatment by a solid-phase nitrogen absorption method, and an Fe-based alloy using the same. It relates to an Fe-based alloy member.

内燃機関を有する車両の燃料噴射装置を構成する部品(例えば、インジェクタ等)には、燃料に対する耐食性能に加えて、高精度な燃料噴射制御を可能とするための良好な磁気特性が要求される。電磁ステンレス鋼は、優れた耐食性と軟磁性とを有しているため、燃料噴射装置を構成する多くの部品に用いられている。 Parts (e.g., injectors) that make up a fuel injection device for a vehicle with an internal combustion engine are required to have good magnetic properties to enable highly accurate fuel injection control in addition to corrosion resistance to fuel. . Electromagnetic stainless steel has excellent corrosion resistance and soft magnetism, and is therefore used for many parts that constitute fuel injection devices.

このような燃料噴射装置を構成する部品、あるいは、これに適した材料に関し、従来から種々の提案がなされている。例えば、特許文献1には、固定コアと、固定コアの外周に巻装されたコイルと、固定コアに対抗するように配置された可動コアと、可動コアを収容する弁ハウジングとを備えた電磁式燃料噴射弁が開示されている。
同文献には、弁ハウジングの内周面に設けられた環状ガイド部(可動コアが弁ハウジングの内面に沿って往復運動するときに、可動コアが摺動する部分)の表面には、ショットピーニングやクロムメッキ処理による硬化層が形成される点が記載されている。
Various proposals have been made in the past regarding parts that constitute such a fuel injection device or materials that are suitable for such parts. For example, Patent Document 1 discloses an electromagnetic valve including a fixed core, a coil wound around the outer circumference of the fixed core, a movable core arranged so as to oppose the fixed core, and a valve housing that accommodates the movable core. A type fuel injector is disclosed.
In the document, shot peening was applied to the surface of an annular guide provided on the inner peripheral surface of the valve housing (the portion where the movable core slides when the movable core reciprocates along the inner surface of the valve housing). and that a hardened layer is formed by chrome plating.

特許文献2には、燃料噴射装置を構成する部品への適用を意図したものではないが、所定量のC、Si、Mn、P、S、Cr、N、Al、及びTiを含有し、表層部に窒化物が析出しているフェライト系ステンレス鋼材が開示されている。
同文献には、
(A)N2とH2を含む混合ガス雰囲気中においてフェライト系ステンレス鋼を焼鈍(光輝焼鈍)すると、窒素原子が表面から0.05mm程度まで浸透し、固溶限を超える窒素が拡散した時には表層部に微細な窒化物が分散析出する点、
(B)窒化物を分散析出させると、耐食性を低下させることなく、鋼材の表面硬さを向上させることができる点、及び、
(C)光輝焼鈍によって表層部のみ硬さが高くなり、内部は柔らかいフェライト組織であるため、プレス加工性が良好である点
が記載されている。
Although it is not intended to be applied to parts constituting a fuel injection device in Patent Document 2, it contains predetermined amounts of C, Si, Mn, P, S, Cr, N, Al, and Ti, and the surface layer A ferritic stainless steel material is disclosed in which nitrides are precipitated in the part.
In the same document,
(A) When ferritic stainless steel is annealed (bright annealing) in a mixed gas atmosphere containing N 2 and H 2 , nitrogen atoms permeate from the surface to a depth of about 0.05 mm. Fine nitrides are dispersed and precipitated on the surface layer,
(B) By dispersing and precipitating nitrides, the surface hardness of the steel material can be improved without reducing the corrosion resistance, and
(C) It is stated that the hardness of only the surface layer portion is increased by bright annealing, and the interior has a soft ferrite structure, so press workability is good.

さらに、特許文献3には、燃料噴射装置を構成する部品への適用を意図したものではないが、所定量のC、Si、Mn、Cr、N、及び、Niを含有し、残部がFe及び不可避的不純物からなる強磁性鋼材と、強磁性鋼材の表層部に形成された非磁性部とを備えた複合材料が開示されている。
同文献には、
(A)強磁性鋼材に対して窒素原子の拡散処理(固相窒素吸収法)を行うと、表層部にNが固溶富化した非磁性部を形成することができる点、及び、
(B)このような複合材料は、電磁アクチュエータ等に用いられる磁気回路部品として好適である点が記載されている。
Furthermore, although not intended to be applied to parts constituting a fuel injection device, Patent Document 3 discloses a compound containing predetermined amounts of C, Si, Mn, Cr, N, and Ni, and the balance being Fe and Ni. A composite material is disclosed that includes a ferromagnetic steel material containing unavoidable impurities and a non-magnetic portion formed on the surface layer of the ferromagnetic steel material.
In the same document,
(A) When a ferromagnetic steel material is subjected to nitrogen atom diffusion treatment (solid-phase nitrogen absorption method), a non-magnetic portion in which N is enriched in solid solution can be formed in the surface layer portion;
(B) It is stated that such a composite material is suitable as a magnetic circuit component used in an electromagnetic actuator or the like.

特に、インジェクターにおいては、従来より燃料の精密な噴射制御によって省エネ化が図られていた。近年では、さらなる燃料効率向上のため、インジェクターの駆動圧力を高める傾向にある。そのため、これらの部品に使用される材料には、
(a)燃料の精密制御のための高い透磁率と高い電気抵抗、
(b)高圧駆動(≒高負荷トルク)のための高い飽和磁束密度、及び、
(c)摺動運動に伴う衝突による材料劣化を抑制するための高い硬度
が求められている。
In particular, in the case of injectors, energy saving has conventionally been achieved through precise injection control of fuel. In recent years, there is a tendency to increase the driving pressure of injectors in order to further improve fuel efficiency. Therefore, the materials used for these parts include:
(a) high magnetic permeability and high electrical resistance for precise control of fuel;
(b) high saturation flux density for high pressure drive (≈high load torque) and
(c) High hardness is required to suppress material deterioration due to collisions accompanying sliding motion.

磁気特性と耐食性を高い次元で両立させた既存材料としては、例えば、13%クロム電磁ステンレス鋼が存在する。しかし、13%クロム電磁ステンレス鋼は、単体では硬度が低く、高圧駆動によるバルブの衝突に対する耐久性に課題がある。この問題を解決するために、インジェクター用途では、材料表面をクロムメッキ処理することで表面硬度を確保するのが一般的である(特許文献1参照)。しかし、クロムは非磁性であるため、クロムメッキ処理により磁気特性の悪化は免れない。 For example, 13% chromium electromagnetic stainless steel exists as an existing material that achieves both magnetic properties and corrosion resistance at a high level. However, 13% chromium electromagnetic stainless steel has a low hardness when used alone, and has a problem of durability against valve collision due to high-pressure driving. In order to solve this problem, in injector applications, the surface of the material is generally plated with chrome to ensure surface hardness (see Patent Document 1). However, since chromium is non-magnetic, the chromium plating treatment inevitably deteriorates the magnetic properties.

一方、特許文献3には、固相窒素吸収法を用いて、強磁性鋼材の表層部に非磁性部を形成する方法が記載されている。ここで、「固相窒素吸収法」とは、鋼材を高温の窒素中に保持することにより、窒素原子を材料表面から材料内部に拡散させ、材料表面近傍又は材料全体の窒素濃度を高める熱処理法をいう。固相窒素吸収法は、窒化物を形成させない点において、窒化法とは異なる。
固相窒素吸収法を用いて材料表面に窒素を固溶させると、材料表面を固溶強化することができる。しかしながら、固相窒素吸収法により表層部に非磁性層が形成された場合には、クロムメッキ処理と同様に磁気特性の悪化は免れない。
On the other hand, Patent Document 3 describes a method of forming a non-magnetic portion on the surface layer portion of a ferromagnetic steel material using a solid-phase nitrogen absorption method. Here, the "solid-phase nitrogen absorption method" is a heat treatment method in which nitrogen atoms are diffused from the surface of the steel material into the interior of the material by holding the steel material in nitrogen at a high temperature, thereby increasing the nitrogen concentration near the surface of the material or in the entire material. Say. The solid state nitrogen absorption method differs from the nitridation method in that it does not form nitrides.
Solid-solution strengthening of the material surface can be achieved by causing nitrogen to form a solid solution on the surface of the material using the solid-phase nitrogen absorption method. However, when a non-magnetic layer is formed on the surface layer by the solid-phase nitrogen absorption method, deterioration of the magnetic properties is unavoidable as in the case of chromium plating.

特開2002-081356号公報JP-A-2002-081356 特開平11-350088号公報JP-A-11-350088 特開2013-028825号公報JP 2013-028825 A

本発明が解決しようとする課題は、高透磁率、高電気抵抗、高飽和磁束密度、及び、高硬度を実現することが可能な固相窒素吸収用Fe基合金を提供することにある。
また、本発明が解決しようとする他の課題は、このような固相窒素吸収用Fe基合金からなる部材を提供することにある。
The problem to be solved by the present invention is to provide an Fe-based alloy for solid-phase nitrogen absorption that can achieve high magnetic permeability, high electrical resistance, high saturation magnetic flux density, and high hardness.
Another problem to be solved by the present invention is to provide a member made of such an Fe-based alloy for solid-phase nitrogen absorption.

上記課題を解決するために本発明に係る固相窒素吸収用Fe基合金は、
C≦0.020mass%、
N≦0.030mass%、及び、
5.0≦Cr≦18.0mass%
を含有し、さらに、
0.5≦Si≦3.0mass%、
0.1≦Al≦3.0mass%、及び、
0.05≦Ti≦3.0mass%
の1種又は2種以上の元素を含有し、
残部がFe及び不可避的不純物からなり、
23℃におけるフェライト相の面積率が95%以上である。
In order to solve the above problems, the Fe-based alloy for solid-phase nitrogen absorption according to the present invention comprises:
C ≤ 0.020 mass%,
N ≤ 0.030 mass%, and
5.0≦Cr≦18.0 mass %
and further
0.5≦Si≦3.0 mass%,
0.1 ≤ Al ≤ 3.0 mass%, and
0.05≤Ti≤3.0mass%
containing one or more elements of
The balance consists of Fe and unavoidable impurities,
The area ratio of the ferrite phase at 23°C is 95% or more.

本発明に係るFe基合金部材は、
本発明に係る固相窒素吸収用Fe基合金からなる基部と、
前記基部の表面に形成された窒素吸収層と
を備え、
前記窒素吸収層の硬さが400HV以上であり、
23℃における前記基部のフェライト相の面積率が95%以上である。
The Fe-based alloy member according to the present invention is
a base made of the Fe-based alloy for solid-phase nitrogen absorption according to the present invention;
A nitrogen absorption layer formed on the surface of the base,
The nitrogen absorption layer has a hardness of 400 HV or more,
The area ratio of the ferrite phase in the base at 23° C. is 95% or more.

所定量のCrを含むFe基合金において、オーステナイト形成能の高いC及びNを極力低減し、かつ、フェライト形成能の高いTiを微量添加すると、フェライト相が安定化する。また、適量のAl及びSiをさらに添加すると、電気抵抗や磁気異方性などの磁気特性が改善される。その結果、室温だけでなく、高温(固相窒素吸収処理が行われる温度域)においてもフェライト相が安定であり、かつ、室温において高透磁率、高電気抵抗、及び、高飽和磁束密度を示すFe基合金が得られる。 In an Fe-based alloy containing a predetermined amount of Cr, the ferrite phase is stabilized by reducing C and N, which have high austenite-forming ability, as much as possible and adding a small amount of Ti, which has high ferrite-forming ability. Further, adding appropriate amounts of Al and Si improves magnetic properties such as electrical resistance and magnetic anisotropy. As a result, the ferrite phase is stable not only at room temperature but also at high temperature (temperature range where solid-phase nitrogen absorption treatment is performed), and exhibits high magnetic permeability, high electrical resistance, and high saturation magnetic flux density at room temperature. An Fe-based alloy is obtained.

このようなFe基合金からなる部材に対して固相窒素吸収処理を行うと、表層部の窒素濃度が高くなり、やがて表層部のみがオーステナイト相となる。この状態から急冷すると、表層部のオーステナイト相がマルテンサイト変態する。その結果、芯部が磁気特性の高いフェライト相からなり、表層部が硬度の高いマルテンサイト相からなる部材を得ることができる。表層部のマルテンサイト相は、芯部のフェライト相に比べて磁気特性は劣るが、軟磁性を示す。そのため、本発明に係るFe基合金部材は、表層部に非磁性層が形成された従来の部材に比べて、高い磁気特性を示す。 When a member made of such an Fe-based alloy is subjected to a solid-phase nitrogen absorption treatment, the nitrogen concentration in the surface layer portion becomes high, and eventually only the surface layer portion becomes the austenite phase. When rapidly cooled from this state, the austenite phase in the surface layer part transforms to martensite. As a result, a member can be obtained in which the core portion is made of a ferrite phase with high magnetic properties and the surface layer portion is made of a martensite phase with high hardness. The martensite phase in the surface layer exhibits soft magnetism, although its magnetic properties are inferior to those of the ferrite phase in the core. Therefore, the Fe-based alloy member according to the present invention exhibits higher magnetic properties than conventional members having a non-magnetic layer formed on the surface layer.

以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
[1. 固相窒素吸収用Fe基合金]
[1.1. 主構成元素]
本発明に係る固相窒素吸収用Fe基合金(以下、単に「Fe基合金」ともいう)は、以下のような元素を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなる。添加元素の種類、その成分範囲、及び、その限定理由は、以下の通りである。
An embodiment of the present invention will be described in detail below.
[1. Fe-based alloy for solid phase nitrogen absorption]
[1.1. Main constituent element]
The Fe-based alloy for solid-phase nitrogen absorption (hereinafter also simply referred to as "Fe-based alloy") according to the present invention contains the following elements, with the balance being Fe and unavoidable impurities. The types of additive elements, their component ranges, and the reasons for their limitations are as follows.

(1)C≦0.020mass%:
Cは、Fe基合金の磁気特性を悪化させ、母相のオーステナイト化を促進する。そのため、C量は、少ないほど良い。磁気特性の悪化と母相のオーステナイト化を抑制するためには、C量は、0.020mass%以下である必要がある。C量は、好ましくは、0.010mass%以下、さらに好ましくは、0.00510mass%以下である。
(1) C ≤ 0.020 mass%:
C deteriorates the magnetic properties of the Fe-based alloy and promotes austenitization of the parent phase. Therefore, the smaller the amount of C, the better. In order to suppress deterioration of magnetic properties and austenitization of the parent phase, the amount of C should be 0.020 mass% or less. The amount of C is preferably 0.010 mass% or less, more preferably 0.00510 mass% or less.

(2)N≦0.030mass%:
Nは、母相のオーステナイト化を促進する。そのため、固相窒素吸収処理を行う前のN量は、少ないほど良い。母相のオーステナイト化を抑制するためには、N量は、0.030mass%以下である必要がある。N量は、好ましくは、0.010mass%以下、さらに好ましくは、0.00510mass%以下である。
(2) N ≤ 0.030 mass%:
N promotes austenitization of the parent phase. Therefore, the smaller the amount of N before the solid-phase nitrogen absorption treatment, the better. In order to suppress the austenitization of the matrix phase, the N content needs to be 0.030 mass% or less. The amount of N is preferably 0.010 mass% or less, more preferably 0.00510 mass% or less.

(3)5.0≦Cr≦18.0mass%:
Crは、Fe基合金の耐食性を向上させる効果、及び、固相窒素吸収時の平衡窒素濃度を向上させる効果がある。このような効果を得るためには、Cr量は、5.0mass%以上である必要がある。Cr量は、好ましくは、6.0mass%以上、さらに好ましくは、11.0mass%以上である。
一方、Cr量が過剰になると、最大磁束密度が低下する。従って、Cr量は、18.0mass%以下である必要がある。Cr量は、好ましくは、15.0mass%以下、さらに好ましくは、13.0mass%以下である。
(3) 5.0≦Cr≦18.0 mass%:
Cr has the effect of improving the corrosion resistance of the Fe-based alloy and the effect of improving the equilibrium nitrogen concentration during solid-phase nitrogen absorption. In order to obtain such effects, the Cr content should be 5.0 mass % or more. The Cr content is preferably 6.0 mass% or more, more preferably 11.0 mass% or more.
On the other hand, when the amount of Cr becomes excessive, the maximum magnetic flux density decreases. Therefore, the Cr content should be 18.0 mass% or less. The Cr content is preferably 15.0 mass% or less, more preferably 13.0 mass% or less.

(4)0.5≦Si≦3.0mass%:
Siは、母相のフェライト化を促進する効果、並びに、母相の硬さ及び電気抵抗を増加させる効果がある。このような効果を得るためには、Si量は、0.5mass%以上である必要がある。
一方、Si量が過剰になると、最大磁束密度及び加工性が低下する。従って、Si量は、3.0mass%以下である必要がある。Si量は、好ましくは、2.30mass%以下、さらに好ましくは、1.55mass%以下である。
(4) 0.5≦Si≦3.0 mass%:
Si has the effect of promoting ferritization of the matrix and the effect of increasing the hardness and electrical resistance of the matrix. In order to obtain such effects, the amount of Si needs to be 0.5 mass % or more.
On the other hand, when the amount of Si becomes excessive, the maximum magnetic flux density and workability are lowered. Therefore, the Si content should be 3.0 mass% or less. The Si content is preferably 2.30 mass% or less, more preferably 1.55 mass% or less.

(5)0.1≦Al≦3.0mass%:
Alは、母相のフェライト化を促進する効果、及び、母相の電気抵抗を増加させる効果がある。このような効果を得るためには、Al量は、0.1mass%以上である必要がある。Al量は、好ましくは、0.3mass%以上である。
一方、Al量が過剰になると、固相窒素吸収後の焼入れにおいて表層部がマルテンサイト化せず、表層部の硬さが低下する。従って、Al量は、3.0mass%以下である必要がある。Al量は、好ましくは、2.5mass%以下、さらに好ましくは、1.1mass%以下である。
(5) 0.1 ≤ Al ≤ 3.0 mass%:
Al has the effect of promoting ferritization of the matrix and the effect of increasing the electrical resistance of the matrix. In order to obtain such effects, the amount of Al needs to be 0.1 mass % or more. The amount of Al is preferably 0.3 mass% or more.
On the other hand, when the amount of Al is excessive, the surface layer portion does not become martensitic in the quenching after solid phase nitrogen absorption, and the hardness of the surface layer portion decreases. Therefore, the Al content should be 3.0 mass% or less. The Al content is preferably 2.5 mass% or less, more preferably 1.1 mass% or less.

(6)0.05≦Ti≦3.0mass%:
Tiは、少量の添加で母相のフェライト化を促進する効果がある。このような効果を得るためには、Ti量は、0.05mass%以上である必要がある。Ti量は、好ましくは、0.10mass%以上である。
一方、Ti量が過剰になると、固相窒素吸収後の焼入れにおいて表層部がマルテンサイト化せず、表層部の硬さが低下する。従って、Ti量は、3.0mass%以下である必要がある。Ti量は、好ましくは、2.5mass%以下、さらに好ましくは、0.5mass%以下である。
(6) 0.05≦Ti≦3.0 mass%:
Ti has the effect of promoting ferritization of the mother phase when added in a small amount. In order to obtain such effects, the amount of Ti should be 0.05 mass % or more. The amount of Ti is preferably 0.10 mass% or more.
On the other hand, when the amount of Ti is excessive, the surface layer portion does not become martensite during quenching after absorbing solid-phase nitrogen, and the hardness of the surface layer portion decreases. Therefore, the Ti content should be 3.0 mass% or less. The Ti content is preferably 2.5 mass% or less, more preferably 0.5 mass% or less.

なお、本発明に係るFe基合金は、少なくとも
(a)Crと、
(b)0.5≦Si≦3.0mass%、0.1≦Al≦3.0mass%、及び、0.05≦Ti≦3.0mass%の1種又は2種以上の元素と
を含有していれば良い。
ここで、「0.5≦Si≦3.0mass%、0.1≦Al≦3.0mass%、及び、0.05≦Ti≦3.0mass%の1種又は2種以上の元素を含有」とは、Si、Al、及び、Tiの少なくとも1つの元素の含有量が上述した下限値以上である場合、残りの元素の含有量は、上述した下限値未満であっても良く、あるいは、下限値以上であっても良いことを意味する。
The Fe-based alloy according to the present invention contains at least (a) Cr,
(b) 0.5 ≤ Si ≤ 3.0 mass%, 0.1 ≤ Al ≤ 3.0 mass%, and 0.05 ≤ Ti ≤ 3.0 mass%, containing one or more elements I wish I had.
Here, "contains one or more elements of 0.5≦Si≦3.0 mass%, 0.1≦Al≦3.0 mass%, and 0.05≦Ti≦3.0 mass%" means that when the content of at least one element of Si, Al, and Ti is equal to or higher than the above-described lower limit, the content of the remaining elements may be less than the above-described lower limit, or It means that it can be greater than or equal to the value.

[1.2. 不可避的不純物]
「不可避的不純物」とは、Fe基合金を製造する際に、原料や耐火物から混入する微量成分をいう。不可避的不純物としては、例えば、
(a)0.10mass%以下のMn、
(b)0.010mass%以下のP、
(c)0.005mass%以下のS、
(d)0.05mass%以下のCu、
(e)0.10mass%以下のNi、
(f)0.005mass%以下のO、
などがある。
[1.2. inevitable impurities]
"Inevitable impurities" refer to trace components mixed in from raw materials and refractories during production of Fe-based alloys. As unavoidable impurities, for example,
(a) Mn of 0.10 mass% or less,
(b) P less than or equal to 0.010 mass%;
(c) 0.005 mass% or less S,
(d) 0.05 mass% or less of Cu;
(e) 0.10 mass% or less of Ni,
(f) 0.005 mass% or less O;
and so on.

特に、Ni及びMnは、いずれも、母相のオーステナイト化を促進する効果がある。そのため、Ni及びMnは、少ないほど良い。母相のオーステナイト化を抑制するためには、Ni量及びMn量は、それぞれ、0.01mass%以下が好ましい。 In particular, both Ni and Mn have the effect of promoting austenitization of the parent phase. Therefore, the less Ni and Mn, the better. In order to suppress the austenitization of the parent phase, each of the Ni amount and the Mn amount is preferably 0.01 mass% or less.

[1.3. 金属組織]
本発明に係るFe基合金は、成分が最適化されているために、固相窒素吸収処理を行う前の23℃におけるフェライト相の面積率が95%以上である。「フェライト相の面積率」については、後述する。
なお、本発明に係るFe基合金は、通常、室温だけでなく、高温(固相窒素吸収処理が行われる温度域)においても金属組織のマトリックス(介在物を除いた領域)はフェライト相単相となる。但し、組成によっては、高温において、微量のオーステナイト相が生成する場合がある。
[1.3. metal structure]
Since the Fe-based alloy according to the present invention has optimized components, the ferrite phase area ratio at 23° C. before the solid-phase nitrogen absorption treatment is 95% or more. The “area ratio of the ferrite phase” will be described later.
In the Fe-based alloy according to the present invention, the matrix of the metal structure (region excluding inclusions) is usually a ferrite phase single phase not only at room temperature but also at high temperature (temperature range where solid phase nitrogen absorption treatment is performed). becomes. However, depending on the composition, a trace amount of austenite phase may be generated at high temperatures.

[1.4. フェライト安定化指数]
本発明に係るFe基合金は、次の式(1)を満たしているものが好ましい。
([Cr]+2.6[Si]+7[Al]+7[Ti])/(5[C]+5[N]+0.35)≧33 …(1)
但し、[X]は、前記固相窒素吸収用Fe基合金に含まれる元素Xの質量割合(mass%)を表す。
[1.4. Ferrite Stabilization Index]
The Fe-based alloy according to the present invention preferably satisfies the following formula (1).
([Cr]+2.6[Si]+7[Al]+7[Ti])/(5[C]+5[N]+0.35)≧33 (1)
However, [X] represents the mass ratio (mass%) of the element X contained in the Fe-based alloy for solid-phase nitrogen absorption.

式(1)の左辺の変数は、「フェライト安定化指数」を表す。フェライト安定化指数が小さくなりすぎると、固相窒素吸収処理を行う温度域(900~1100℃)において芯部のマトリックスがフェライト単相とならず、オーステナイト相が生成する場合がある。この状態から急冷を行うと、芯部にもマルテンサイト相が形成され、磁束密度が低下する。 The variable on the left side of equation (1) represents the "ferrite stabilization index." If the ferrite stabilization index is too small, the matrix of the core may not become a ferrite single phase in the temperature range (900 to 1100° C.) in which the solid-phase nitrogen absorption treatment is performed, and an austenite phase may form. When rapid cooling is performed from this state, a martensite phase is formed also in the core portion, and the magnetic flux density is lowered.

これに対し、フェライト安定化指数が大きくなるほど、高温でフェライトが安定化しやすくなる。固相窒素吸収処理を行う温度域において芯部のマトリックスをフェライト相単相に近づけるためには、フェライト安定化指数は、33以上が好ましい。
一方、フェライト安定化指数が大きくなりすぎると、窒素吸収層が高温でオーステナイト相とならず、焼入れによって表面硬さが得られない場合がある。従って、フェライト安定化指数は、80以下が好ましい。
On the other hand, the larger the ferrite stabilization index, the easier it is for ferrite to stabilize at high temperatures. The ferrite stabilization index is preferably 33 or more in order to bring the core matrix closer to a single ferrite phase in the temperature range in which the solid-phase nitrogen absorption treatment is performed.
On the other hand, if the ferrite stabilization index is too large, the nitrogen absorption layer will not turn into an austenite phase at high temperatures, and surface hardness may not be obtained by quenching. Therefore, the ferrite stabilization index is preferably 80 or less.

[2. Fe基合金部材]
本発明に係るFe基合金部材は、
本発明に係る固相窒素吸収用Fe基合金からなる基部と、
前記基部の表面に形成された窒素吸収層と
を備えている。
[2. Fe-based alloy member]
The Fe-based alloy member according to the present invention is
a base made of the Fe-based alloy for solid-phase nitrogen absorption according to the present invention;
and a nitrogen absorption layer formed on the surface of the base.

[2.1. 基部]
[2.1.1. 材料]
基部は、固相窒素吸収用Fe基合金からなる。Fe基合金の詳細については、上述した通りであるので、説明を省略する。
[2.1. base]
[2.1.1. material]
The base is made of Fe-based alloy for solid phase nitrogen absorption. Since the details of the Fe-based alloy are as described above, the description is omitted.

[2.1.2. フェライト相の面積率]
「フェライト相の面積率(%)」とは、23℃におけるFe基合金の断面の面積に占めるフェライト相の面積の割合をいう。
換言すれば、「フェライト相の面積率(%)」とは、
(a)固相窒素吸収処理後のFe基合金部材を表面に対して垂直方向に切断し、断面を研磨及びエッチングし、
(b)断面の中心付近の領域(窒素吸収層を含まない領域)を室温において光学顕微鏡で観察し、視野面積(S0)、及び、視野に含まれるフェライト相の面積(S)をそれぞれ算出し、
(c)SをS0で除すことにより得られる値(=S×100/S0
をいう。
本発明において、S0は、1mm×4mmとする。
[2.1.2. Area ratio of ferrite phase]
“Ferrite phase area ratio (%)” means the ratio of the area of the ferrite phase to the area of the cross section of the Fe-based alloy at 23°C.
In other words, the "area ratio (%) of the ferrite phase" is
(a) cutting the Fe-based alloy member after the solid phase nitrogen absorption treatment in a direction perpendicular to the surface, polishing and etching the cross section;
(b) A region near the center of the cross section (region not including the nitrogen absorption layer) is observed with an optical microscope at room temperature, and the area of the field of view (S 0 ) and the area of the ferrite phase included in the field of view (S) are calculated. death,
(c) A value obtained by dividing S by S0 (= S x 100/ S0 )
Say.
In the present invention, S 0 is 1 mm×4 mm.

本発明に係るFe基合金は、組成が最適化されているために、基部のフェライト相の面積率は95%以上となる。Fe基合金の組成を最適化すると、フェライト相の面積率は、98%以上となる。 Since the composition of the Fe-based alloy according to the present invention is optimized, the area ratio of the ferrite phase in the base is 95% or more. By optimizing the composition of the Fe-based alloy, the area ratio of the ferrite phase becomes 98% or more.

[2.1.3. 結晶粒径]
「結晶粒径」とは、光学顕微鏡写真からJIS G0551に記載の直線試験線を用いた切断法によって結晶粒度を測定し、JIS G0551附属書A中の表A.1を用いて結晶粒度より換算することにより得られる値をいう。
[2.1.3. Crystal grain size]
"Crystal grain size" refers to the crystal grain size measured by a cutting method using a straight test line described in JIS G0551 from an optical microscope photograph, and shown in Table A.1 in JIS G0551 Annex A. A value obtained by converting from the crystal grain size using 1.

基部の結晶粒径は、Fe基合金部材の磁気特性に影響を与える。一般に、基部の結晶粒径が大きくなるほど、Fe基合金部材の磁気特性は高くなる。本発明に係るFe基合金部材は、固相窒素吸収処理が施されるので、処理時に粒成長が起こる。製造条件を最適化すると、基部の結晶粒径は、150μm以上となる。製造条件をさらに最適化すると、基部の結晶粒径は、300μm以上となる。
一方、基部の結晶粒径を必要以上に大きくすると、Fe基合金部材の機械的特性が悪化する場合がある。従って、基部の結晶粒径は、1000μm以下が好ましい。
The crystal grain size of the base affects the magnetic properties of the Fe-based alloy member. In general, the larger the crystal grain size of the base, the higher the magnetic properties of the Fe-based alloy member. Since the Fe-based alloy member according to the present invention is subjected to solid-phase nitrogen absorption treatment, grain growth occurs during the treatment. If the manufacturing conditions are optimized, the crystal grain size of the base will be 150 μm or more. If the manufacturing conditions are further optimized, the crystal grain size of the base will be 300 μm or more.
On the other hand, if the crystal grain size of the base portion is increased more than necessary, the mechanical properties of the Fe-based alloy member may deteriorate. Therefore, the crystal grain size of the base is preferably 1000 μm or less.

[2.2. 窒素吸収層]
「窒素吸収層」とは、基材に対して固相窒素吸収処理を施すことにより、基材の表層部に窒素が固溶することにより形成される層をいう。
[2.2. Nitrogen absorption layer]
The term "nitrogen absorption layer" refers to a layer formed by solid-solution of nitrogen in the surface layer of the base material by subjecting the base material to solid-phase nitrogen absorption treatment.

[2.2.1. 固相窒素吸収処理及び焼入れ]
固相窒素吸収処理は、基材を所定の窒素雰囲気中において、所定の温度に加熱することにより行われる。
[2.2.1. Solid phase nitrogen absorption treatment and quenching]
The solid-phase nitrogen absorption treatment is performed by heating the substrate to a prescribed temperature in a prescribed nitrogen atmosphere.

加熱温度は、基材表面の窒素濃度に影響を与える。そのため、加熱温度は、基材の組成に応じて最適な温度を選択するのが好ましい。一般に、加熱温度が低くなるほど、基材表面の平衡窒素濃度が高くなる。しかしながら、加熱温度が低くなりすぎると、Cr2Nが析出し、磁気特性が悪化する場合がある。従って、加熱温度は900℃以上が好ましい。
一方、加熱温度が高くなりすぎると、基材表面の平衡窒素濃度が低下し、硬さが低下する場合がある。従って、加熱温度は1100℃以下が好ましい。
The heating temperature affects the nitrogen concentration on the substrate surface. Therefore, it is preferable to select an optimum heating temperature according to the composition of the substrate. In general, the lower the heating temperature, the higher the equilibrium nitrogen concentration on the substrate surface. However, if the heating temperature is too low, Cr 2 N may precipitate and deteriorate the magnetic properties. Therefore, the heating temperature is preferably 900° C. or higher.
On the other hand, if the heating temperature is too high, the equilibrium nitrogen concentration on the surface of the base material may decrease and the hardness may decrease. Therefore, the heating temperature is preferably 1100° C. or less.

窒素分圧は、基材表面の窒素濃度に影響を与える。そのため、窒素分圧は、基材の組成に応じて最適な値を選択するのが好ましい。一般に、窒素分圧が高くなるほど、基材表面の平衡窒素濃度が高くなる。このような効果を得るためには、窒素分圧は、0.035MPa以上が好ましい。特に、表層部のマトリックスがマルテンサイト単相になりにくい組成(例えば、Crが少ない組成)である場合、窒素分圧を高くして窒素をより多く固溶させ、表層部をオーステナイト化するのが好ましい。
一方、窒素分圧が高くなりすぎると、窒素濃度が過度に増加し、マルテンサイト変態開始温度が低下する。その結果、焼入れ後にオーステナイト相が残留しやすくなり、硬さが低下する場合がある。従って、窒素分圧は、0.7MPa以下が好ましい。
Nitrogen partial pressure affects the nitrogen concentration on the substrate surface. Therefore, it is preferable to select an optimum value for the nitrogen partial pressure according to the composition of the base material. Generally, the higher the nitrogen partial pressure, the higher the equilibrium nitrogen concentration at the substrate surface. In order to obtain such effects, the nitrogen partial pressure is preferably 0.035 MPa or more. In particular, when the matrix of the surface layer has a composition that makes it difficult to form a martensite single phase (for example, a composition with less Cr), it is recommended to increase the nitrogen partial pressure to make more nitrogen solid solution and austenitize the surface layer. preferable.
On the other hand, if the nitrogen partial pressure becomes too high, the nitrogen concentration will increase excessively and the martensite transformation start temperature will decrease. As a result, the austenite phase tends to remain after quenching, and the hardness may decrease. Therefore, the nitrogen partial pressure is preferably 0.7 MPa or less.

基材表面の窒素濃度は、加熱温度及び窒素分圧で決まる。一方、処理時間は、窒素吸収層の厚みに影響する。そのため、処理時間は、要求される窒素吸収層の厚さに応じて最適な時間を選択するのが好ましい。処理時間は、通常1分~300分程度である。 The nitrogen concentration on the substrate surface is determined by the heating temperature and the nitrogen partial pressure. On the other hand, the treatment time affects the thickness of the nitrogen absorption layer. Therefore, it is preferable to select an optimum treatment time according to the required thickness of the nitrogen absorption layer. The treatment time is usually about 1 minute to 300 minutes.

表層部に所定量の窒素を拡散させた後、部材を焼入れする。これにより、表層部のオーステナイト相がマルテンサイト変態する。焼入れ条件は、表層部をマルテンサイト変態させることが可能な条件である限りにおいて、特に限定されない。
例えば、固相窒素吸収処理において、処理温度から基材を急冷することで焼入れを行っても良い。あるいは、固相窒素吸収処理を行った後に、焼入れ温度に加熱し、急冷することで焼入れを行っても良い。急冷は、ガス冷却、水冷、氷水冷、油冷等を用いることができる。
After diffusing a predetermined amount of nitrogen into the surface layer, the member is quenched. As a result, the austenite phase in the surface layer part undergoes martensite transformation. Quenching conditions are not particularly limited as long as they are conditions that allow martensitic transformation of the surface layer portion.
For example, in the solid phase nitrogen absorption treatment, quenching may be performed by rapidly cooling the base material from the treatment temperature. Alternatively, quenching may be performed by heating to a quenching temperature and quenching after solid-phase nitrogen absorption treatment. For rapid cooling, gas cooling, water cooling, ice water cooling, oil cooling, or the like can be used.

また、焼入れを行う前に、部材内部に窒素を拡散させる窒素拡散処理を行っても良い。具体的には、固相窒素吸収処理に続いて、アルゴンガス等の不活性雰囲気中、900~1100℃程度の高温で部材を保持することで部材内部に窒素を拡散させる。窒素拡散処理を行うと、窒素吸収層が厚くなるため、焼入れ後の部材表面の硬さを安定して得ることができる。但し、窒素吸収層が厚くなりすぎると、磁気特性(磁束密度)が低下する。そのため、部材に要求される磁気特性(磁束密度)を考慮して窒素拡散処理の保持温度や保持時間を設定すれば良い。
また、焼入れ後に0℃以下に材料を保持するサブゼロ処理を行っても良い。
Further, before hardening, a nitrogen diffusion treatment for diffusing nitrogen inside the member may be performed. Specifically, following the solid phase nitrogen absorption treatment, the member is held at a high temperature of about 900 to 1100° C. in an inert atmosphere such as argon gas, thereby diffusing nitrogen inside the member. When the nitrogen diffusion treatment is performed, the nitrogen absorption layer becomes thick, so that the surface hardness of the member after quenching can be stably obtained. However, if the nitrogen absorption layer becomes too thick, the magnetic properties (magnetic flux density) will decrease. Therefore, the holding temperature and holding time of the nitrogen diffusion treatment should be set in consideration of the magnetic properties (magnetic flux density) required for the member.
Further, sub-zero treatment may be performed to keep the material at 0° C. or lower after quenching.

[2.2.2. 窒素吸収層の硬さ]
「窒素吸収層の硬さ」とは、
(a)固相窒素吸収処理後のFe基合金部材を表面に対して垂直方向に切断し、断面を研磨し、
(b)部材の表面から深さ20μm±5μmの位置にある任意の5箇所において、ビッカース硬さを測定し、
(c)5点のビッカース硬さの平均値を算出する
ことにより得られる値をいう。
[2.2.2. Hardness of nitrogen absorption layer]
"Hardness of nitrogen absorption layer"
(a) cutting the Fe-based alloy member after the solid phase nitrogen absorption treatment in a direction perpendicular to the surface and polishing the cross section;
(b) Vickers hardness is measured at any five points at a depth of 20 μm ± 5 μm from the surface of the member,
(c) Refers to a value obtained by calculating the average value of five points of Vickers hardness.

本発明に係るFe基合金部材において、基材の組成、並びに、固相窒化処理及び焼入れの条件を最適化すると、窒素吸収層の硬さは、400HV以上となる。基材の組成及び製造条件を最適化すると、窒素吸収層の硬さは、500HV以上となる。 In the Fe-based alloy member according to the present invention, the hardness of the nitrogen absorbing layer becomes 400 HV or more by optimizing the composition of the base material and the conditions of solid-phase nitriding treatment and quenching. By optimizing the composition of the base material and the manufacturing conditions, the hardness of the nitrogen absorbing layer becomes 500 HV or more.

[2.2.3. 窒素吸収層の厚さ]
芯部のフェライト相と表層部の窒素吸収層との間の界面は、通常、平坦ではなく、凹凸の激しい形状を有している。本発明において、「窒素吸収層の厚さ」とは、
(a)固相窒素吸収処理後のFe基合金部材を表面に対して垂直方向に切断し、断面を研磨し、
(b)幅(基材の表面に対して平行方向の距離)が約500μmの領域を観察可能な倍率で、任意の3箇所において断面の表面近傍を観察し、
(c)各視野において部材の表面からフェライト相までの最短距離を算出し、
(d)合計3箇所の最短距離の平均値を算出する
ことにより得られる値をいう。
[2.2.3. Thickness of nitrogen absorption layer]
The interface between the ferrite phase in the core and the nitrogen-absorbing layer in the surface layer is usually not flat but has a highly uneven shape. In the present invention, the "thickness of the nitrogen absorption layer"
(a) cutting the Fe-based alloy member after the solid phase nitrogen absorption treatment in a direction perpendicular to the surface and polishing the cross section;
(b) Observe the vicinity of the surface of the cross section at any three points at a magnification that allows observation of a region with a width (distance in the direction parallel to the surface of the base material) of about 500 μm,
(c) calculating the shortest distance from the surface of the member to the ferrite phase in each field of view;
(d) A value obtained by calculating the average value of the shortest distances at a total of three locations.

本発明において、窒素吸収層の厚さは、特に限定されない。一般に、窒素吸収層の厚さが厚くなるほど、耐摩耗性が向上する。一方、窒素吸収層の厚さが厚くなりすぎると、部材の磁気特性が低下する場合がある。従って、窒素吸収層の厚さは、これらの点を考慮して、最適な厚さを選択するのが好ましい。
上述したように、窒素吸収層の厚さは、主として、固相窒素吸収処理の処理時間に依存する。製造条件を最適化すると、窒素吸収層の厚さは、20~200μm程度となる。
In the present invention, the thickness of the nitrogen absorption layer is not particularly limited. In general, the thicker the nitrogen absorbing layer, the better the wear resistance. On the other hand, if the thickness of the nitrogen absorption layer is too thick, the magnetic properties of the member may deteriorate. Therefore, it is preferable to select an optimum thickness of the nitrogen absorption layer in consideration of these points.
As mentioned above, the thickness of the nitrogen absorption layer mainly depends on the treatment time of the solid phase nitrogen absorption treatment. If the manufacturing conditions are optimized, the thickness of the nitrogen absorption layer will be about 20 to 200 μm.

[2.3. 用途]
本発明に係るFe基合金部材は、種々の用途に適用できる。本発明が適用される部材としては、例えば、
(a)電磁式燃料噴射装置の可動コア、
(b)電動自動車用モータのロータコア
などがある。
[2.3. Application]
The Fe-based alloy member according to the present invention can be applied to various uses. Examples of members to which the present invention is applied include:
(a) a movable core of an electromagnetic fuel injector;
(b) rotor cores of motors for electric vehicles;

[3. 作用]
所定量のCrを含むFe基合金において、オーステナイト形成能の高いC及びNを極力低減し、かつ、フェライト形成能の高いTiを微量添加すると、フェライト相が安定化する。また、適量のAl及びSiをさらに添加すると、電気抵抗や磁気異方性などの磁気特性が改善される。その結果、室温だけでなく、高温(固相窒素吸収処理が行われる温度域)においてもフェライト相が安定であり、かつ、室温において高透磁率、高電気抵抗、及び、高飽和磁束密度を示すFe基合金が得られる。
[3. action]
In an Fe-based alloy containing a predetermined amount of Cr, the ferrite phase is stabilized by reducing C and N, which have high austenite-forming ability, as much as possible and adding a small amount of Ti, which has high ferrite-forming ability. Further, adding appropriate amounts of Al and Si improves magnetic properties such as electrical resistance and magnetic anisotropy. As a result, the ferrite phase is stable not only at room temperature but also at high temperature (temperature range where solid-phase nitrogen absorption treatment is performed), and exhibits high magnetic permeability, high electrical resistance, and high saturation magnetic flux density at room temperature. An Fe-based alloy is obtained.

このようなFe基合金からなる部材に対して固相窒素吸収処理を行うと、表層部の窒素濃度が高くなり、やがて表層部のみがオーステナイト相となる。この状態から急冷すると、表層部のオーステナイト相がマルテンサイト変態する。その結果、芯部が磁気特性の高いフェライト相からなり、表層部が硬度の高いマルテンサイト相からなる部材を得ることができる。表層部のマルテンサイト相は、芯部のフェライト相に比べて磁気特性は劣るが、軟磁性を示す。そのため、本発明に係るFe基合金部材は、表層部に非磁性層が形成された従来の部材に比べて、高い磁気特性を示す。 When a member made of such an Fe-based alloy is subjected to a solid-phase nitrogen absorption treatment, the nitrogen concentration in the surface layer portion becomes high, and eventually only the surface layer portion becomes the austenite phase. When rapidly cooled from this state, the austenite phase in the surface layer part transforms to martensite. As a result, a member can be obtained in which the core portion is made of a ferrite phase with high magnetic properties and the surface layer portion is made of a martensite phase with high hardness. The martensite phase in the surface layer exhibits soft magnetism, although its magnetic properties are inferior to those of the ferrite phase in the core. Therefore, the Fe-based alloy member according to the present invention exhibits higher magnetic properties than conventional members having a non-magnetic layer formed on the surface layer.

部材表層部のマルテンサイト相は、フェライト相と同様に磁性を有するため、非磁性のメッキ処理よりも磁気特性の劣化が少ない。また、本発明に係るFe基合金は、成分が最適化されているので、高い硬度が得られ、しかも、従来材と同等以上の磁気特性が得られる。 Since the martensite phase in the surface layer of the member has magnetism like the ferrite phase, deterioration of magnetic properties is less than that of non-magnetic plating. In addition, since the Fe-based alloy according to the present invention has optimized components, high hardness can be obtained, and magnetic properties equal to or better than those of conventional materials can be obtained.

(実施例1~21、比較例1~8)
[1. 試料の作製]
真空誘導炉にて、表1に示す組成の鋼50kgを溶解し、造塊した。その後、スタート温度1100℃、終止温度900℃の条件下でφ35mmの丸棒を鍛造し、その後空冷した。さらに、得られた丸棒から外径28mm×内径20mm×厚み3mmのリング試験片と、3mm×3mm×50mmの角棒試験片を切り出した。
(Examples 1 to 21, Comparative Examples 1 to 8)
[1. Preparation of sample]
In a vacuum induction furnace, 50 kg of steel having the composition shown in Table 1 was melted and cast into an ingot. Thereafter, a round bar of φ35 mm was forged under conditions of a start temperature of 1100° C. and an end temperature of 900° C., and then air-cooled. Further, a ring test piece with an outer diameter of 28 mm, an inner diameter of 20 mm, and a thickness of 3 mm and a square bar test piece of 3 mm×3 mm×50 mm were cut out from the obtained round bar.

Figure 2022186017000001
Figure 2022186017000001

次に、各試験片に対して、固相窒素吸収処理及び焼入れを行った。すなわち、まず、試験片を処理室内に設置し、その後、減圧手段により処理室内を真空にした。次に、処理室内に窒素ガスを導入し、処理室内の圧力を所定の値に維持した。処理室内の圧力は、
(a)0.1MPa(実施例1~2、実施例4~19、比較例3~5)、又は、
(b)0.7MPa(実施例3、実施例20、比較例1~2)
とした。
この状態で試験片を900~1100℃の温度で所定時間加熱した。加熱時間は、焼入れ後の窒素吸収層の厚さが10μm以上となるように調整した。さらに、固相窒素吸収処理が終了した後、試験片の焼入れを行った。焼入れは、ガス冷却により行い、その後、-70℃×2hrのサブゼロ処理を実施した。
Next, solid-phase nitrogen absorption treatment and quenching were performed on each test piece. That is, first, the test piece was placed in the processing chamber, and then the processing chamber was evacuated by the depressurizing means. Next, nitrogen gas was introduced into the processing chamber to maintain the pressure in the processing chamber at a predetermined value. The pressure inside the processing chamber is
(a) 0.1 MPa (Examples 1-2, Examples 4-19, Comparative Examples 3-5), or
(b) 0.7 MPa (Example 3, Example 20, Comparative Examples 1 and 2)
and
In this state, the test piece was heated at a temperature of 900 to 1100° C. for a predetermined time. The heating time was adjusted so that the thickness of the nitrogen absorption layer after quenching was 10 μm or more. Furthermore, after the solid-phase nitrogen absorption treatment was completed, the test pieces were quenched. Quenching was performed by gas cooling, and then subzero treatment was performed at −70° C. for 2 hours.

[2. 試験方法]
[2.1. 窒素吸収層の厚さ]
固相窒素吸収処理後の試験片を切断し、窒素吸収層の厚さを測定した。
[2.2. 表面窒素濃度(窒素吸収層の窒素濃度)]
電子プローブマイクロアナライザ(EPMA)を用いて、試験片の表層部の窒素濃度を測定した。
[2. Test method]
[2.1. Thickness of nitrogen absorption layer]
After the solid-phase nitrogen absorption treatment, the specimen was cut and the thickness of the nitrogen absorption layer was measured.
[2.2. Surface nitrogen concentration (nitrogen concentration of nitrogen absorption layer)]
Using an electron probe microanalyzer (EPMA), the nitrogen concentration in the surface layer of the test piece was measured.

[2.3. 表面硬さ(窒素吸収層の硬さ)]
固相窒素処理後の試験片を切断し、表面から深さ20μm±5μmの位置において、ビッカース硬さを測定した。
[2.4. 磁束密度B30000
上記の焼入れ後のリング試験片を樹脂ケースに入れ、磁界印加用コイル500巻、検出用コイル100巻をケース周囲に巻き付け、直流磁化特性アナライザを用いて、磁場が30kA/mであるときの磁束密度B30000を測定した。
[2.3. Surface hardness (hardness of nitrogen absorption layer)]
After the solid-phase nitrogen treatment, the test piece was cut, and the Vickers hardness was measured at a depth of 20 μm±5 μm from the surface.
[2.4. Magnetic flux density B 30000 ]
Put the quenched ring test piece in a resin case, wrap 500 coils for magnetic field application and 100 coils for detection around the case, and use a DC magnetization property analyzer to measure the magnetic flux when the magnetic field is 30 kA / m. A density B of 30000 was measured.

[2.5. 電気抵抗]
上記の焼入れ後の角棒試験片を用いて、4端子法により、試験片の電気抵抗を測定した。
[2.6. 芯部のフェライト相の面積率]
固相窒素吸収処理後の試験片を切断し、芯部のフェライト相の面積率を算出した。
[2.5. electrical resistance]
Using the square bar test piece after quenching, the electrical resistance of the test piece was measured by the four-probe method.
[2.6. Area ratio of ferrite phase in the core]
The test piece after the solid-phase nitrogen absorption treatment was cut, and the area ratio of the ferrite phase in the core was calculated.

[3. 結果]
表2に結果を示す。表2より、以下のことが分かる。
(1)比較例1は、表面硬さが低い。これは、Al量が過剰であるために、表層部がマルテンサイト化しなかったためと考えられる。
(2)比較例2は、表面硬さが低い。これは、Si量が過剰であるために、表層部がマルテンサイト化しなかったためと考えられる。
(3)比較例3は、B30000が低い。これは、C量が過剰であるために、高温域において芯部にオーステナイトが形成され、室温において芯部のマトリックスがフェライト単相とならなかったためと考えられる。
(4)比較例4は、B30000が低い。これは、Cr量が過剰であるためと考えられる。
[3. result]
Table 2 shows the results. Table 2 shows the following.
(1) Comparative Example 1 has a low surface hardness. It is considered that this is because the surface layer portion did not martensite because the amount of Al was excessive.
(2) Comparative Example 2 has low surface hardness. It is considered that this is because the surface layer portion did not martensite because the amount of Si was excessive.
(3) Comparative Example 3 has a low B 30000 . This is probably because the C content was excessive, so austenite was formed in the core in the high temperature range, and the matrix of the core did not become a ferrite single phase at room temperature.
(4) Comparative Example 4 has a low B 30000 . It is considered that this is because the amount of Cr is excessive.

(5)比較例5は、表面硬さが低く、かつ、B30000も低い。表面硬さが低いのは、Crが少なく、固溶する窒素濃度が低いことに加えて、Si等の硬さを向上させる合金元素を含まないためと考えられる。B30000が低いのは、Al、Si、及びTiを含まないために、焼入れ時に芯部のマトリックスがほぼマルテンサイト化し、室温において芯部のマトリックスがフェライト単相とならなかったためと考えられる。
(6)比較例6は、表面硬さが低く、B30000も低い。表面硬さが低いのは、Ti量が過剰であるために、表層部がマルテンサイト化しなかったためと考えられる。B30000が低いのは、Ti量が過剰であるために、ラーベス相が形成され、室温において芯部のマトリックスがフェライト単相とならなかっためと考えられる。
(7)比較例7は、B30000が低い。これはSi量が少ないために、高温において芯部にオーステナイトが形成され、室温において芯部のマトリックスがフェライト単相とならなかったためと考えられる。
(8)比較例8は、磁気特性が低い。これは、N量が過剰であるために芯部にオーステナイトが生成し、芯部がフェライト単相にならなかったためと考えられる。
(5) Comparative Example 5 has a low surface hardness and a low B30000 . The low surface hardness is considered to be due to the low content of Cr, the low concentration of dissolved nitrogen, and the absence of alloying elements such as Si that improve the hardness. The reason why B 30000 is low is considered to be that the matrix of the core part was almost martensitic during quenching because it did not contain Al, Si and Ti, and the matrix of the core part did not become a ferrite single phase at room temperature.
(6) Comparative Example 6 has a low surface hardness and a low B30000 . The reason for the low surface hardness is considered to be that the surface layer did not turn into martensite due to the excessive amount of Ti. The reason why B 30000 is low is considered to be that the Laves phase is formed due to the excessive amount of Ti, and the core matrix does not become a ferrite single phase at room temperature.
(7) Comparative Example 7 has a low B 30000 . This is probably because austenite was formed in the core at high temperatures due to the small amount of Si, and the matrix of the core did not become a ferrite single phase at room temperature.
(8) Comparative Example 8 has low magnetic properties. This is probably because austenite was generated in the core portion due to the excessive amount of N, and the core portion did not become a ferrite single phase.

(9)実施例1~21は、いずれも、表面硬さが400HV以上であり、かつ、室温において芯部のフェライト相の面積率が95%以上となった。
(10)実施例3、20は、成分がほぼ同等である他の材料に比べて表面硬さが高い。これは、窒素分圧を0.7MPaにすることによって、表層部により多くの窒素が固溶したためと考えられる。一方、比較例1、2は、窒素分圧を0.7MPaとしても表面硬さは400HV未満であった。これは、Al量又はSi量が過剰であるために、表層部がマルテンサイト化しなかったためと考えられる。
(11)Al量及び/又はSi量が少なくなるほど、B30000は増加した。一方、Al量及び/又はSi量が多くなるほど、電気抵抗は増加した。
(9) In all of Examples 1 to 21, the surface hardness was 400 HV or more, and the area ratio of the ferrite phase in the core was 95% or more at room temperature.
(10) Examples 3 and 20 have higher surface hardness than other materials having substantially the same composition. This is probably because a larger amount of nitrogen dissolved in the surface layer by setting the nitrogen partial pressure to 0.7 MPa. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, the surface hardness was less than 400 HV even at a nitrogen partial pressure of 0.7 MPa. It is considered that this is because the surface layer did not turn into martensite because the amount of Al or Si was excessive.
(11) B 30000 increased as the amount of Al and/or Si decreased. On the other hand, the electrical resistance increased as the amount of Al and/or Si increased.

Figure 2022186017000002
Figure 2022186017000002

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is by no means limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible without departing from the gist of the present invention.

本発明に係るFe基合金は、電磁式燃料噴射装置の可動コア、電動自動車用モーターのローターコアなどに用いることができる。 The Fe-based alloy according to the present invention can be used for a movable core of an electromagnetic fuel injection device, a rotor core of a motor for an electric vehicle, and the like.

Claims (5)

C≦0.020mass%、
N≦0.030mass%、及び、
5.0≦Cr≦18.0mass%
を含有し、さらに、
0.5≦Si≦3.0mass%、
0.1≦Al≦3.0mass%、及び、
0.05≦Ti≦3.0mass%
の1種又は2種以上の元素を含有し、
残部がFe及び不可避的不純物からなり、
23℃におけるフェライト相の面積率が95%以上である
固相窒素吸収用Fe基合金。
C ≤ 0.020 mass%,
N ≤ 0.030 mass%, and
5.0≦Cr≦18.0 mass %
and further
0.5≦Si≦3.0 mass%,
0.1 ≤ Al ≤ 3.0 mass%, and
0.05≤Ti≤3.0mass%
containing one or more elements of
The balance consists of Fe and unavoidable impurities,
An Fe-based alloy for solid-phase nitrogen absorption having a ferrite phase area ratio of 95% or more at 23°C.
次の式(1)を満たす請求項1に記載の固相窒素吸収用Fe基合金。
([Cr]+2.6[Si]+7[Al]+7[Ti])/(5[C]+5[N]+0.35)≧33 …(1)
但し、[X]は、前記固相窒素吸収用Fe基合金に含まれる元素Xの質量割合(mass%)を表す。
The Fe-based alloy for solid-phase nitrogen absorption according to claim 1, which satisfies the following formula (1).
([Cr]+2.6[Si]+7[Al]+7[Ti])/(5[C]+5[N]+0.35)≧33 (1)
However, [X] represents the mass ratio (mass%) of the element X contained in the Fe-based alloy for solid-phase nitrogen absorption.
請求項1又は2に記載の固相窒素吸収用Fe基合金からなる基部と、
前記基部の表面に形成された窒素吸収層と
を備え、
前記窒素吸収層の硬さが400HV以上であり、
23℃における前記基部のフェライト相の面積率が95%以上である
Fe基合金部材。
a base made of the Fe-based alloy for solid-phase nitrogen absorption according to claim 1 or 2;
A nitrogen absorption layer formed on the surface of the base,
The nitrogen absorption layer has a hardness of 400 HV or more,
An Fe-based alloy member, wherein the ferrite phase area ratio of the base portion at 23°C is 95% or more.
前記基部の結晶粒径が150μm以上である請求項3に記載のFe基合金部材。 4. The Fe-based alloy member according to claim 3, wherein the crystal grain size of said base portion is 150 [mu]m or more. 電磁式燃料噴射装置の可動コアからなる請求項3又は4に記載のFe基合金部材。 5. The Fe-based alloy member according to claim 3, comprising a movable core of an electromagnetic fuel injection device.
JP2021094009A 2021-06-04 2021-06-04 Fe-based alloy for solid phase nitrogen absorption and Fe-based alloy member Pending JP2022186017A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021094009A JP2022186017A (en) 2021-06-04 2021-06-04 Fe-based alloy for solid phase nitrogen absorption and Fe-based alloy member

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021094009A JP2022186017A (en) 2021-06-04 2021-06-04 Fe-based alloy for solid phase nitrogen absorption and Fe-based alloy member

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2022186017A true JP2022186017A (en) 2022-12-15

Family

ID=84442275

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021094009A Pending JP2022186017A (en) 2021-06-04 2021-06-04 Fe-based alloy for solid phase nitrogen absorption and Fe-based alloy member

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2022186017A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sutou et al. High-strength Fe–20Mn–Al–C-based alloys with low density
US7909945B2 (en) Soft magnetic iron-cobalt-based alloy and method for its production
WO2013111407A1 (en) Case hardening steel material with little heat-treatment strain
WO2015151771A1 (en) Austenitic stainless-steel sheet for gasket, and gasket
WO2012005373A1 (en) Drawn and heat-treated steel wire for high-strength spring, and undrawn steel wire for high-strength spring
KR20080057205A (en) High strength spring steel and high strength spring heat-treated steel wire
CN113015818B (en) High strength non-magnetic austenitic stainless steel and method for manufacturing same
WO2009082107A1 (en) Steel wire rod for bearing steel, manufacturing method of steel wire rod for bearing steel, heat treatment method of steel bearing, steel bearing and soaking method of bearing steel
JP2009108398A (en) Forging steel
WO2017150738A1 (en) Stainless steel member and method for manufacturing same, and stainless steel component and method for manufacturing same
KR20210101302A (en) Austenitic stainless steel and manufacturing method thereof
JP3550132B2 (en) Precipitation hardening type soft magnetic ferritic stainless steel
JPWO2019203343A1 (en) Steel materials for connecting rods, machine parts and connecting rods
JP2010235976A (en) Soft-magnetic steel, soft magnetism steel component, and manufacturing method therefor
JP2022186017A (en) Fe-based alloy for solid phase nitrogen absorption and Fe-based alloy member
JP4210495B2 (en) High-strength soft magnetic stainless steel and manufacturing method thereof
WO2020003425A1 (en) Reinforcing bar for nitriding, and machine component
JP2013044037A (en) Iron-based material and manufacturing method therefor
JP2020041186A (en) Case hardened steel for gas carburization, and gas carburization
JP2011111666A (en) Nonmagnetic steel
KR20100115752A (en) Fe-co alloy for high dynamic electromagnetic actuator
JP2007107046A (en) Steel material to be induction-hardened
KR20220010185A (en) Non-magnetic austenitic stainless steel
JP7168059B2 (en) Steel for nitriding and quenching treatment, nitriding and quenching parts, and manufacturing method thereof
KR0141048B1 (en) Steel for carburized gear

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240415