JP3184303B2 - 電磁ステンレス鋼 - Google Patents

電磁ステンレス鋼

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、軟磁気特性に優れる
だけでなく、耐食性にも優れた電磁ステンレス鋼に関
し、特に油空圧用電磁弁、水用電磁弁及び電子制御燃料
噴射装置用電磁弁等の各種電磁弁用磁芯材料、並びに各
種センサー用材料などの用途に用いて好適なものであ
る。
【0002】
【従来の技術】電磁弁の可動磁心や固定磁心等の材料と
しては、応答性、とくに高周波領域における応答性の観
点から軟磁気特性に優れると共に、耐食性に優れること
が必要とされ、かかる応答性及び耐食性を兼ね備えた電
磁ステンレス鋼を開発すべく、従来から種々の研究が行
われている。とくに最近では、電磁弁の小型化に伴い、
より優れた軟磁気特性が要求され、また用途の多角化に
伴い、耐食性も一層優れた電磁ステンレス鋼の開発が望
まれている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの特性
は相互に関連し合うだけでなく、多くの場合、相反する
性質であることから、両特性とも優れた材料は、現在ま
でのところまだ開発されていない。この発明の目的は、
上述したような電磁弁用材料に必要とされる軟磁気特性
と耐食性の両者を、それぞれ飛躍的に向上させた電磁ス
テンレス鋼を提案するところにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】さて、発明者らは、上記
の問題を解決すべく、成分組成につき、広範囲にわたる
検討を行なった。その結果、フェライト系電磁ステンレ
ス鋼中に、Ti, Bを複合添加しかつSを極力低減する
こと、Alを比較的多量に含有させることが、所期した
目的の達成に関し、極めて有効であることの知見を得
た。この発明は、上記の知見に立脚するものである。
【0005】すなわちこの発明はの要旨構成は次のとお
りである。 1. C:0.05wt%(以下単に%で示す)以下、Si:
0.30〜2.50%、Mn:0.50%以下、Cr:5.00〜20.0%、A
l:0.50超〜3.00%、Ti:0.01〜0.50%、S:0.03%以
下、N:0.04%以下及びB:0.0005〜0.01%を含有し、
残部は不可避的不純物及び実質的にFeの組成になること
を特徴とする電磁ステンレス鋼(第1発明)。
【0006】2. C:0.05%以下、Si:0.30〜2.50
%、Mn:0.50%以下、Cr:5.00〜20.0%、Al:0.50超〜
3.00%、Ti:0.01〜0.50%、S:0.03%以下、N:0.04
%以下及びB:0.0005〜0.01%を含み、かつCu:2.00%
以下、Nb:1.00%以下及びV:1.00%以下のうちから選
んだ少なくとも一種を含有し、残部は不可避的不純物及
び実質的にFeの組成になることを特徴とする電磁ステン
レス鋼(第2発明)。
【0007】3. C:0.05%以下、Si:0.30〜2.50
%、Mn:0.50%以下、Cr:5.00〜20.0%、Al:0.50超〜
3.00%、Ti:0.01〜0.50%、S:0.03%以下、N:0.04
%以下及びB:0.0005〜0.01%を含み、かつPb:0.30%
以下、Ca:0.03%以下及びSe:0.20%以下のうちから選
んだ少なくとも一種を含有し、残部は不可避的不純物及
び実質的にFeの組成になることを特徴とする電磁ステン
レス鋼(第3発明)。
【0008】4. C:0.05%以下、 Si:0.30〜2.50%、Mn:0.50%以下、Cr:5.00〜20.0
%、Al:0.50超〜3.00%、Ti:0.01〜0.50%、S:0.03
%以下、N:0.04%以下及びB:0.0005〜0.01%を含
み、かつCu:2.00%以下、Nb:1.00%以下及びV:1.00
%以下のうちから選んだ少なくとも一種を含有し、さら
にPb:0.30%以下、Ca:0.03%以下及びSe:0.20%以下
のうちから選んだ少なくとも一種を含有し、残部は不可
避的不純物及び実質的にFeの組成になることを特徴とす
る電磁ステンレス鋼(第4発明)。
【0009】
【作用】この発明において、合金の成分組成を上記の範
囲に限定した理由は次のとおりである。 C:0.05%以下 Cは、硬度を著しく上昇させ、耐摩耗性が必要な場合は
有効な元素であるが、その反面磁気特性、耐食性を著し
く劣化させるので、0.05%以下に限定した。
【0010】Si:0.30〜2.50% Siは、鋼中において脱酸剤として有用なだけではなく、
電磁ステンレス鋼の磁気特性のうち、最大透磁率の上昇
及び保磁力の低下に有効に寄与し、また比抵抗を増加し
高周波領域の応答性の改善にも有用な元素であるので、
この発明では少なくとも0.30%を含有させるものとし
た。しかしながらSiは、一方で硬度を増加し加工性を阻
害する元素であり、2.50%を超えて多量に含有すると加
工性が阻害されるので、0.30〜2.50%の範囲で含有させ
るものとした。
【0011】Mn:0.50%以下 Mnは、ステンレス鋼中にあって、脱酸剤として効果的な
元素であるが、過度の添加は磁気特性を阻害するので、
0.50%以下とした。
【0012】Cr:5.00〜20.00 % Crは、本合金中における主要成分で、耐食性及び比抵抗
の改善に効果的な元素の一つである。しかしながら含有
量が5.00%に満たないとその添加効果に乏しく、一方 2
0.00%を超えると磁気特性の劣化を招くだけでなく、加
工性も阻害されるので、含有量は5.00〜20.00 %の範囲
に限定した。
【0013】Al:0.50超〜3.00% Alは、本合金中にあって、脱酸剤として有用なだけでな
く、Si同様、最大透磁率の上昇及び保磁力の低下に有効
に寄与する。また比抵抗を効果的に増加して高周波領域
での応答性を改善する作用もあり、しかもSiに比較して
硬度上昇への寄与率は低い。そこでこの発明では、Alの
多量添加によって上記特性の改善を図るものとし、少な
くとも0.50%を超える量のAlを含有させることとした。
しかしながら含有量が3.00%を超えると、特殊な精錬方
法が必要になるだけでなく、加工性の劣化を招くので、
Alは0.50超〜3.00%の範囲で含有させるものとした。
【0014】Ti:0.01〜0.50% Tiは、B,Sと共に本合金系において重要な元素であ
り、Bと共存することにより、鋼中のC,Nに効果的に
作用し、結晶粒を微細かつ整粒としてC,Nを均一に分
散させることによって磁気特性及び耐食性を向上させ、
さらに粒状で微細なTiS系硫化物として粒内及び粒界に
微細均一分散させることによって、磁気特性及び耐食性
の一層の向上をもたらす。しかしながら含有量が0.01%
に満たないとその効果が十分ではなく、一方0.50%を超
えるとその効果は飽和に達し、かえって製造上の弊害が
生じるので、含有量は0.01〜0.50%の範囲に限定した。
【0015】S:0.03%以下 Sは、線状で粗大化する傾向のあるMnSを形成すること
によって、磁気特性及び耐食性を著しく阻害する元素で
ある。そこでこの発明では、Sを0.03%以下に低減する
ことにより、硫化物そのものを低減することによって、
磁気特性及び耐食性を向上させる。さらに硫化物を、粒
状で微細なTiS系として粒内及び粒界に微細均一分散さ
せることにより、磁気特性及び耐食性の向上に寄与させ
る。
【0016】N:0.04%以下 Nは、Cと同様、ステンレス鋼中で磁気特性及び耐食性
を著しく劣化させる元素であり、極力低減することが望
ましいが、0.04%以下の範囲で許容される。
【0017】B:0.0005〜0.01% Bは、上述したTi, Sと共に重要な元素であり、本合金
中のC,Nに効果的に作用して磁気特性及び耐食性を改
善するばかりでなく、結晶粒を微細かつ整粒として本合
金の冷間鍛造性の改善にも有効に寄与する。さらに粒界
を強化することにより磁気特性及び耐食性を一層改善す
る。しかしながら含有量が0.0005%未満ではその効果が
十分とは言えず、一方0.01%を超えると熱間、冷間での
加工性が劣化するので、0.0005〜0.01%の範囲で含有さ
せるものとした。
【0018】以上、基本成分について説明したが、この
発明ではさらに、加工性を加味し耐食性を向上させるた
めに Cu, Nb,及びVのうちから選んだ少なくとも一種
を、またさらに被削性改善のために、Pb, Ca及び Se の
うちから選んだ少なくとも一種を以下の範囲で添加する
ことができる。 Cu:2.00%以下、Nb:1.00%以下、V:1.00%以下 Cu, Nb及びVはいずれも、本合金中において耐食性のよ
り一層の改善に有効に寄与するが、各々上限を超えると
かえって冷間鍛造性が阻害されるので、それぞれ上記し
た上限以下の範囲で添加するものとした。
【0019】 Pb:0.30%以下、Ca:0.03%以下、Se:0.20%以下 Pb, Ca及びSeはいずれも、本合金の被削性を改善する有
用元素であるが、上掲した上限を超えて多量に含有され
るとかえって冷間鍛造性、磁気特性及び耐食性の劣化を
招くので、それぞれ上記の範囲で添加するものとした。
【0020】
【実施例】表1に示す種々の成分組成になる供試鋼を、
Ar気流中で5kg誘導溶解し、65mmφのインゴットを作製
した。次に各インゴットを1050℃で熱間鍛造して18mmφ
の丸棒としたのち、15mmφまで切削後、13mmφまで冷間
圧延して供試鋼とした。かくして得られた鋼材の磁気特
性、耐食性及び比抵抗について調べた結果を、表2に示
す。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】なお各供試鋼の特性評価方法は以下の述べ
るとおりである。磁気特性は、10mmφ×5.5mm φ×5mm
t のリング試料を作製し、950 ℃で磁気焼鈍後、B−H
ループトレーサーで直流磁気特性を測定した。孔食電位
は、13mmφ×2mmの試験片を作製し、800 番までサンド
ペーパーで研磨後、真空中で950 ℃、2hの磁気焼鈍を
行ったのち、30℃の 3.5%NaCl水溶液中で孔食電位を測
定した。比抵抗は、各試料を1mmφまで冷間線引きし、
950 ℃で真空焼鈍した後、測定した。
【0024】適合例No.1〜3 、比較鋼No.16 〜17は、Ti
とBを一定量で含有させ、Sの影響を調査したものであ
るが、Sの含有量が0.03%以下で磁気特性のμm 及び耐
食性の孔食電位が大幅に改善されている。これに対し、
適合例No.1〜3 、比較鋼No.16 〜17の化学成分と比しTi
とBを含有しない比較鋼No.18 〜21を作製し、Sの影響
を調査した結果、μm 及び孔食電位はそれぞれSの含有
量に対し1次的に減少し、いずれも良好な結果は得られ
なかった。この結果からも明らかなように、TiとBを複
合添加しSを極力低減することにより、μm 及び孔食電
位が相乗的に向上し、結果として磁気特性及び耐食性の
飛躍的改善が実現されるのである。
【0025】この理由は、まずTiとBの複合添加により
結晶粒を微細かつ整粒とし、さらにTiとBの複合添加に
よりC,Nを均一に分散させることによって磁気特性及
び耐食性が向上していると考えられる。またSを低減す
ることにより硫化物等の介在物が減少し、磁気特性及び
耐食性が向上することは知られているが、Ti, Bを複合
添加し、さらにSを0.03%以下にすることによって飛躍
的に磁気特性及び耐食性は向上する。これは、線状で粗
大化する傾向のあるMnSを、Sを極力低減させることに
よって硫化物の量そのものを低減させ、しかも粒状で微
細な TiS系硫化物として粒内及び粒界に微細均一分散さ
せ、さらにBによる粒界強化とが噛み合って磁気特性及
び耐食性が飛躍的に向上するものと推察される。
【0026】さて表2から明らかなように、適合例No.1
〜15はいずれも、μm ≧5000、B10≧1.10T、B25≧1.
20T、Hc≦0.80A/cmの磁気特性を示し、また耐食性につ
いては 100mV以上の孔食電位を示し、さらに比抵抗につ
いては70μΩ・cm以上を有しており、磁気特性、耐食性
及び比抵抗について優れていることが確認された。これ
に対し比較鋼No.16, 17 はTiとBは添加されているもの
の、Sが過剰に含有されているために、耐食性が劣って
いる。
【0027】さらに、比較鋼No.18 〜21のうち、鋼No.1
8, 19 は、Sが0.03%以下に低減されているものの、Ti
とBが添加されていないために耐食性が劣っており、ま
た鋼No.20, 21 はTiとBが添加されていない上にSが過
剰に含有されているために、耐食性のみならず磁気特性
についても劣っている。さらに、C,Si, Mn, Al, Tiが
過剰に含有されている比較鋼No.22 は、比抵抗について
は優れているが、磁気特性及び耐食性が共に劣ってい
る。
【0028】比較鋼No.23 は、Crが下限量に満たなく P
b, Ca, Se が過剰に含有されているために、磁気特性及
び耐食性について劣っている。比較鋼No.24 は、Si, Al
が下限量に満たなく、またCr, Cu, Nbが過剰に含有され
ているために、耐食性と比抵抗については良好である
が、磁気特性が劣っている。比較鋼No.25 は、N,B,
Vが過剰に含有されているために、磁気特性と耐食性が
共に劣っている。
【0029】
【発明の効果】かくしてこの発明によれば、従来、兼備
させることが困難とされた優れた軟磁気特性及び耐食性
を兼ね備える電磁ステンレス鋼を得ることができ、油空
圧用電磁弁、水用電磁弁、電子制御燃料噴射装置用電磁
弁などの各種電磁弁磁芯用材料及び各種センサー用材料
として産業界に貢献するところ大である。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C:0.05wt%以下、 Si:0.30〜2.50wt%、 Mn:0.50wt%以下、 Cr:5.00〜20.0wt%、 Al:0.50超〜3.00wt%、 Ti:0.01〜0.50wt%、 S:0.03wt%以下、 N:0.04wt%以下及び B:0.0005〜0.01wt% を含有し、残部は不可避的不純物及び実質的にFeの組成
    になることを特徴とする電磁ステンレス鋼。
  2. 【請求項2】C:0.05wt%以下、 Si:0.30〜2.50wt%、 Mn:0.50wt%以下、 Cr:5.00〜20.0wt%、 Al:0.50超〜3.00wt%、 Ti:0.01〜0.50wt%、 S:0.03wt%以下、 N:0.04wt%以下及び B:0.0005〜0.01wt% を含み、かつ Cu:2.00wt%以下、 Nb:1.00wt%以下及び V:1.00wt%以下 のうちから選んだ少なくとも一種を含有し、残部は不可
    避的不純物及び実質的にFeの組成になることを特徴とす
    る電磁ステンレス鋼。
  3. 【請求項3】C:0.05wt%以下、 Si:0.30〜2.50wt%、 Mn:0.50wt%以下、 Cr:5.00〜20.0wt%、 Al:0.50超〜3.00wt%、 Ti:0.01〜0.50wt%、 S:0.03wt%以下、 N:0.04wt%以下及び B:0.0005〜0.01wt% を含み、かつ Pb:0.30wt%以下、 Ca:0.03wt%以下及び Se:0.20wt%以下 のうちから選んだ少なくとも一種を含有し、残部は不可
    避的不純物及び実質的にFeの組成になることを特徴とす
    る電磁ステンレス鋼。
  4. 【請求項4】C:0.05wt%以下、 Si:0.30〜2.50wt%、 Mn:0.50wt%以下、 Cr:5.00〜20.0wt%、 Al:0.50超〜3.00wt%、 Ti:0.01〜0.50wt%、 S:0.03wt%以下、 N:0.04wt%以下及び B:0.0005〜0.01wt% を含み、かつ Cu:2.00wt%以下、 Nb:1.00wt%以下及び V:1.00wt%以下 のうちから選んだ少なくとも一種を含有し、さらに Pb:0.30wt%以下、 Ca:0.03wt%以下及び Se:0.20wt%以下 のうちから選んだ少なくとも一種を含有し、残部は不可
    避的不純物及び実質的にFeの組成になることを特徴とす
    る電磁ステンレス鋼。
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