JP3429133B2 - 高磁束密度耐食軟磁性材料 - Google Patents
高磁束密度耐食軟磁性材料Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電磁弁や各種磁気
センサーなどの鉄心に使用される軟磁性材料に関し、更
に詳しくは、電磁気特性、耐食性、被削性に優れ、更に
高い磁束密度を兼備させた軟磁性材料に関する。 【０００２】 【従来の技術】一般的に電磁弁などの鉄心用軟質磁性材
料としては従来から純鉄、珪素鋼、電磁ステンレス鋼な
どがあり、直流・交流など電磁弁の固定鉄心や可動鉄
心、その外各種磁気センサー等にも使用されている。こ
れらの固定鉄心、可動鉄心は通常丸棒または管などから
切削により作られるため、優れた被削性を備えているこ
とが必要である。電磁気特性については、少ない消費電
力にてより優れた作動性を有する材料、すなわち、高い
磁束密度、小さな保磁力等の優れた磁気特性の上に高い
固有抵抗を備えた材料が求められている。また電磁弁に
おいては、作動を繰り返すうちに固定鉄心や可動鉄心の
衝突部分が変形・摩耗する可能性があるので、耐摩耗性
・耐変形性をもたせるために素材としての硬度が高いこ
とが要求される。耐食性については、実機使用時鉄心が
発銹すると、発銹部がはがれ落ち摺動部に詰まって電磁
弁の作動を著しく損ない、鉄心自体の電磁気特性をも損
なうため、用途環境に応じた耐食性が必要である。 【０００３】しかしながら、従来用いられていた鋼のう
ち、純鉄、珪素鋼は被削性および耐食性が悪く、この点
を改善した種々の電磁ステンレス鋼が開発されてきた。
被削性については、ＭｎＳを鋼中に均一に分散させ被削
性を改善させた電磁ステンレス鋼（例えば特許４３９７
６４号）が開発されてきたが、ＭｎＳは、水溶性の介在
物であるため、腐食の起点となりやすく、また、磁気特
性の低下を招くという問題があった。さらにこのＭｎＳ
快削鋼の耐食性、磁気特性を改善させるため、ＭｎＳの
代わりにＰｂ，Ｂｉ，Ｓｅ，Ｔｅ等の被削性改善元素を
添加した種々の電磁ステンレス鋼（例えば特許１５０４
７８３号、特公平６−１０３２４号公報、特公平７−６
５１４４号公報）が開発されてきた。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
既存の電磁ステンレス鋼のうち、Ｐｂ，Ｂｉ，Ｓｅ，Ｔ
ｅ等の元素を添加している材料は、安全性の点から、食
品関係用途などへの使用には制約をさけることができな
かった。これらの高磁束密度、耐食性、被削性、電磁気
特性などの特性をすべて考慮し、かつＰｂ，Ｂｉ，Ｓ
ｅ，Ｔｅ等の元素を含有することなく、高磁束密度でか
つ耐食性、被削性、電磁気特性を兼ね備えた磁性材料の
開発が強く求められていた。すなわちＭｎＳ快削電磁ス
テンレス鋼における磁気特性、耐食性を改善した材料の
開発が望まれていた。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明は、電磁弁などの
鉄心に使用される軟磁性材料として上記の如き問題点を
解決したものであり、不純物元素含有量の極低化、およ
びＣｒ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｓの適量添加、さら
にはＴｉ／Ｓの適正化により、高硬度で高い固有抵抗、
高い磁束密度、高い耐食性を備え、さらにはＰｂ，Ｂ
ｉ，Ｔｅ，Ｓｅなどの毒性元素を用いないで被削性をも
付与させることができる高磁束密度耐食軟磁性材料であ
って、その要旨は次の通りである。 【０００６】本発明である高磁束密度耐食軟磁性材料は
重量％でＣ：≦０．０２０％、Ｓｉ：１．４８〜３．０
％、Ｍｎ：≦０．５％、Ｐ：≦０．０３０％、Ｓ：０．
０１８〜０．０４０％、Ｎｉ：≦０．６％、Ｃｒ：１０
〜１５％、Ｍｏ：≦０．８％、Ａｌ：０．１〜０．５
％、Ｔｉ：０．０５〜０．５０％、Ｏ：≦０．０１０
％、Ｎ：≦０．０２０％、およびＳｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｔ
ｉ：≦１８．０％、Ｔｉ／Ｓ≧３、０．１５％≦Ａｌ＋
Ｔｉ≦１．０％の条件範囲で含有し、その他不可避不純
物および実質的に残部がＦｅの組成になることを特徴と
したものである。 【０００７】以下に、本発明である高磁束密度耐食軟磁
性材料の成分限定理由について述べる。Ｃは、軟磁気特
性に悪影響を及ぼす炭化物を生成し、また結晶中に固溶
し結晶格子を歪ませ、磁性の劣化および耐食性の劣化を
招くため、その含有量は少ないほど望ましい。しかしな
がら実機性能および実操業を考慮し、上限を０．０２０
％とした。Ｓｉは、固有抵抗および硬さを増加させると
され、１３％Ｃｒ鋼の場合それぞれ１％あたり１４．７
μΩ・ｃｍおよびＨＲＢスケールで１１．８増加させ
る。このことから１．４８％未満ではより目的の硬さ、
固有抵抗が得られず、また３．０％をこえて含有させる
と、靱性、加工性、被削性を劣化させ、磁束密度も低下
させるため上限を３．０％とし、その範囲を１．４８〜
３．０％とする。 【０００８】一般にＭｎは、脱酸材として有効な元素で
あるとともにＳと結合しＭｎＳとなり、このＭｎＳが鋼
中に分散することにより、チップブレーカーとなり被削
性を向上させる効果がある。しかしながらＭｎはオース
テナイト安定化元素であり、０．５％をこえる添加は非
磁性のオーステナイトを析出させ、磁気特性を著しく劣
化させるため０．５％以下の範囲で添加する。Ｐは、磁
気特性を劣化させるため、その上限を０．０３０％以下
に規制する。Ｓは、上記Ｍｎの効果で説明したように、
Ｍｎと結合しＭｎＳとなり被削性を向上させる。しかし
ながらＳ添加量が０．０１８％未満であるとその効果が
小さく、一方０．０４０％をこえる添加は磁気特性、耐
食性および靱性を著しく劣化させるため、Ｓ添加量を
０．０１８〜０．０４０％の範囲とする。 【０００９】Ｎｉは、Ｍｎと同じくオーステナイト安定
化元素であるため、０．６％をこえる添加は磁気特性を
劣化させるのでその上限を０．６％以下に規制する。Ｃ
ｒは、耐食性を高めるために効果的な元素であるが、Ｃ
ｒの過度の添加は磁束密度の減少をもたらすため上限を
１５％とする。しかしながらＣｒ添加量が１０％未満に
なると本発明の目的用途のためには耐食性が不十分にな
るため下限を１０％とし、その範囲を１０〜１５％とす
る。 【００１０】Ｍｏは、Ｃｒと同様に耐食性向上に効果的
な元素であるため添加する。しかしながらＭｏの過剰な
添加は磁束密度の低下をもたらし、また材料価格が経済
的に高価になり、工業的には有効とはいえないため、そ
の上限を０．８％とする。Ａｌは、固有抵抗増加、結晶
粒微細化、磁気特性改善に効果的な元素である。しかし
ながらＡｌ添加量が０．１％未満ではその効果がみられ
ない。一方、過度のＡｌ添加は耐食性を劣化させ、磁束
密度を低下させるのでその上限を０．５％とし、Ａｌ添
加量の範囲を０．１〜０．５％とする。 【００１１】Ｔｉは、Ｃ，Ｎ等の不純物元素を析出物の
形で固定する作用を持ち、磁気特性および耐食性向上を
もたらすことが知られている。本発明においては、少量
のＴｉを添加することによりＳ添加に伴う磁気特性およ
び耐食性の劣化を打ち消す効果があり、極低Ｃ，Ｎ鋼に
おいても磁気特性および耐食性が改善される。またＴｉ
添加は、耐食性を改善させるためにＣｒを増量するより
も、少量の添加で同等の効果が得られるため、Ｆｅ量を
大きく減少させないで済み、磁束密度の低下を最小限に
抑えるため、耐食性と磁気特性両立の点でも効果的であ
る。しかしながら０．０５％未満ではその効果がみられ
ず、また添加量が０．５０％以上となると効果が飽和し
被削性も低下させるので、その範囲を０．０５〜０．５
０％とする。 【００１２】ＯおよびＮは、介在物を形成し磁気特性、
耐食性および靱性を劣化させるので、その含有量をＯは
０．０１０％以下、Ｎは０．０２０％以下に規制する。
Ｓｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｔｉは、上記所望の効果を得
るため添加されるものであるがＦｅ以外のこれらの成分
添加量が増加するに従い、Ｆｅ量が減少し磁束密度が低
下する。本発明の目的用途のためには磁束密度Ｂ25≧１
２．０ｋＧが必要とされるため、Ｓｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ａ
ｌ＋Ｔｉを１８．０％以下に規制する。 【００１３】Ｔｉ／Ｓは、本発明において最も重要な項
目である。Ｔｉの項目で示したように、少量のＴｉを添
加することによりＳ添加に伴う磁気特性、耐食性の劣化
を打ち消す効果があるが、さらにＴｉとＳの比を適正化
しＴｉ／Ｓを３以上とすることにより耐食性が飛躍的に
向上する。また、極低Ｃ，ＮおよびＳｉ，Ａｌ，Ｔｉの
適量添加によりある程度磁気特性が改善されるが、さら
にＴｉ／Ｓを３以上とすることにより磁気特性も向上す
る。しかしながら、Ｔｉ／Ｓが３未満であると耐食性お
よび磁気特性向上の効果が小さいため、Ｔｉ／Ｓを３以
上とする。Ｔｉを０．０５％以上添加し、さらにＡｌを
複合添加することにより磁気特性を低下させることなく
結晶粒が細かくなり、切削加工後の表面粗度を良好にし
被削性に有利に働くため、Ａｌ＋Ｔｉを０．１５％以上
とする。また、その上限は１．０％とする。 【００１４】 【発明の実施の形態】本発明である高磁束密度耐食軟磁
性材料は、不純物元素含有量の極低化、およびＣｒ，Ｓ
ｉ，Ａｌ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｓの適量添加、さらにはＴｉ／
Ｓを適正化した結果、従来ＭｎＳ快削電磁ステンレス鋼
の問題点であった磁気特性、耐食性を改善することがで
き、硬度、固有抵抗、磁気特性、耐食性の全てについて
優れた特性を得ることができたうえ、被削性についても
Ｐｂ，Ｂｉ，Ｔｅ，Ｓｅなどの毒性元素を用いないで優
れた特性を得ることができた。 【００１５】Ｔｉ添加およびＴｉ／Ｓを３以上とするこ
とにより耐食性が向上する理由を以下に示す。理由の１
点目は、ミクロ組織観察の結果、Ｔｉ添加により形成さ
れるＴｉＮがＭｎＳを取り囲むように選択的に形成され
ていることがわかった。耐食性の良いＴｉＮが水溶性で
耐食性が悪く腐食の起点となるＭｎＳを取り囲むように
形成されるため耐食性が向上すると考えられる。２点目
は、添加したＴｉが被削性を向上させるために意図的に
添加しているＳと結合してＴｉＳを形成するためである
と考えられる。ＴｉＳは酸に対しても安定な介在物であ
り、水溶性で腐食の起点となるＭｎＳの一部がＴｉＳに
置きかわることによりＭｎＳが減少するため、耐食性が
向上したものと考えられる。またＴｉ／Ｓを３以上にす
ることによりＭｎＳの代わりにより多くのＴｉＳが形成
され、鋼材全体としての耐食性が飛躍的に向上するもの
と考えられる。 【００１６】 【実施例】表１に本発明鋼、比較鋼の化学成分を示す。
これらは、真空誘導炉にて溶製し５０ｋｇ鋼塊に鋳造
し、φ３０ｍｍに鍛伸後、焼鈍を施し、試験片を作製
し、各測定にあてた。固有抵抗はケルビンダブルブリッ
ジを用いて直流四端子法にて電気抵抗を測定して算出し
た。磁気特性は、リング状試験片を作製し、さらに真空
中で８５０℃×４ｈｒ保持の磁気焼鈍を施した後に直流
Ｂ−Ｈトレーサを用いて磁束密度Ｂ1 ，Ｂ25および保磁
力Ｈｃ等の測定を行った。被削性はＳＫＨ５１製のドリ
ル（直径５ｍｍ）を用い、推力４２．２ｋｇ、回転数９
００ｒｐｍで深さ１０ｍｍの穿孔に要する時間を測定し
た。腐食減量は直径１２ｍｍ長さ２１ｍｍの試験片をエ
メリー研磨紙で８００番まで研磨した後、２５℃の５％
ＨＮＯ3 水溶液中に２４ｈｒ浸漬し、その腐食減量を測
定した。孔食電位は、ＪＩＳ Ｇ０５７７に従い照合電
極としてＳＣＥ（飽和カロメル電極）を用い、電流密度
が１００μＡ／ｃｍ2 になった時の電位（Ｖ′ｃ100 ）
を測定した。そしてこれらの測定結果と各成分との相関
その他について調査した結果を表２および図１から図６
にまとめた。 【００１７】 【表１】【００１８】表２から明らかなように、本発明鋼は８０
ＨＲＢ以上の高い硬さを有しているため耐摩耗性・耐変
形性を有している。結晶粒度についてはＴｉを０．０５
％以上添加し、さらにＡｌを複合添加することにより、
Ｔｉ単独添加鋼およびＴｉ無添加の比較鋼４，５，７，
８に比べ結晶粒が細かい。また、図６に示すようにＡｌ
＋Ｔｉが大きくなるに従い結晶粒が細かくなることがわ
かる。本発明鋼の固有抵抗は７８μΩ・ｃｍ以上の高い
値を示し、これは作動時の低消費電力を得るために要す
ると考えられる固有抵抗値７５μΩ・ｃｍ以上を満たし
ている。 【００１９】磁束密度の立ち上がりを示している磁束密
度Ｂ1 について、ＣおよびＮ量の高い比較鋼１０は１．
０８ｋＧの値を示しているのに対し、ＣおよびＮをそれ
ぞれ０．０２０％以下、Ｔｉ／Ｓを３以上に規制した本
発明鋼は２ｋＧ以上の高い値を示している。磁束密度が
ほぼ飽和する値を示している磁束密度Ｂ25について、本
発明鋼はＦｅ以外の添加元素の和であるＳｉ＋Ｃｒ＋Ｍ
ｏ＋Ａｌ＋Ｔｉを１８％以下に規制したことにより高い
磁束密度を示している。本発明鋼は保磁力Ｈｃについて
もＢ1 と同じ理由で良好な値を示している。本発明鋼の
被削性は１０ｍｍ穿孔所要時間２０秒以下の値を示して
おり、良好な被削性を有している。腐食減量はＴｉを添
加していない、またはＴｉ／Ｓが３未満の比較鋼３，
４，５，６は腐食減量が大きく耐食性が悪いのに対し、
Ｔｉ／Ｓを３以上に規制した本発明鋼は０．１４ｇ／ｍ
2 ｈ以下の良好な値を示していることがわかる。 【００２０】また図３に示すようにＴｉ／Ｓが３以上と
なると腐食減量が飛躍的に少なくなり、耐食性が向上し
ていることがわかる。孔食電位も腐食減量と同じくＴｉ
を添加していない、またはＴｉ／Ｓが３未満の比較鋼
３，４，５，６，１０は孔食電位が低いのに対し、Ｔｉ
／Ｓを３以上に規制した本発明鋼は孔食電位が３７ｍＶ
以上の高い値を示し耐食性が良好であることがわかる。
また、図４に示すように、Ｔｉ／Ｓが３以上になると孔
食電位が飛躍的に高くなり、耐食性が向上することがわ
かる。 【００２１】 【表２】 【００２２】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
鋼は高い硬度、高い固有抵抗、優れた磁気特性（高い磁
束密度、小さな保磁力）、耐食性、被削性を兼備させた
軟磁性材料であり、例えば電磁弁の鉄心材料として使用
されたときに、高い固有抵抗と優れた磁気特性により、
優れた実機特性を発揮する。また、Ｐｂ，Ｂｉ，Ｓｅ，
Ｔｅ等の元素を用いないで、優れた被削性と耐食性を兼
備しているので、食品関係機器用途などにも問題なく使
用できる。
センサーなどの鉄心に使用される軟磁性材料に関し、更
に詳しくは、電磁気特性、耐食性、被削性に優れ、更に
高い磁束密度を兼備させた軟磁性材料に関する。 【０００２】 【従来の技術】一般的に電磁弁などの鉄心用軟質磁性材
料としては従来から純鉄、珪素鋼、電磁ステンレス鋼な
どがあり、直流・交流など電磁弁の固定鉄心や可動鉄
心、その外各種磁気センサー等にも使用されている。こ
れらの固定鉄心、可動鉄心は通常丸棒または管などから
切削により作られるため、優れた被削性を備えているこ
とが必要である。電磁気特性については、少ない消費電
力にてより優れた作動性を有する材料、すなわち、高い
磁束密度、小さな保磁力等の優れた磁気特性の上に高い
固有抵抗を備えた材料が求められている。また電磁弁に
おいては、作動を繰り返すうちに固定鉄心や可動鉄心の
衝突部分が変形・摩耗する可能性があるので、耐摩耗性
・耐変形性をもたせるために素材としての硬度が高いこ
とが要求される。耐食性については、実機使用時鉄心が
発銹すると、発銹部がはがれ落ち摺動部に詰まって電磁
弁の作動を著しく損ない、鉄心自体の電磁気特性をも損
なうため、用途環境に応じた耐食性が必要である。 【０００３】しかしながら、従来用いられていた鋼のう
ち、純鉄、珪素鋼は被削性および耐食性が悪く、この点
を改善した種々の電磁ステンレス鋼が開発されてきた。
被削性については、ＭｎＳを鋼中に均一に分散させ被削
性を改善させた電磁ステンレス鋼（例えば特許４３９７
６４号）が開発されてきたが、ＭｎＳは、水溶性の介在
物であるため、腐食の起点となりやすく、また、磁気特
性の低下を招くという問題があった。さらにこのＭｎＳ
快削鋼の耐食性、磁気特性を改善させるため、ＭｎＳの
代わりにＰｂ，Ｂｉ，Ｓｅ，Ｔｅ等の被削性改善元素を
添加した種々の電磁ステンレス鋼（例えば特許１５０４
７８３号、特公平６−１０３２４号公報、特公平７−６
５１４４号公報）が開発されてきた。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
既存の電磁ステンレス鋼のうち、Ｐｂ，Ｂｉ，Ｓｅ，Ｔ
ｅ等の元素を添加している材料は、安全性の点から、食
品関係用途などへの使用には制約をさけることができな
かった。これらの高磁束密度、耐食性、被削性、電磁気
特性などの特性をすべて考慮し、かつＰｂ，Ｂｉ，Ｓ
ｅ，Ｔｅ等の元素を含有することなく、高磁束密度でか
つ耐食性、被削性、電磁気特性を兼ね備えた磁性材料の
開発が強く求められていた。すなわちＭｎＳ快削電磁ス
テンレス鋼における磁気特性、耐食性を改善した材料の
開発が望まれていた。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明は、電磁弁などの
鉄心に使用される軟磁性材料として上記の如き問題点を
解決したものであり、不純物元素含有量の極低化、およ
びＣｒ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｓの適量添加、さら
にはＴｉ／Ｓの適正化により、高硬度で高い固有抵抗、
高い磁束密度、高い耐食性を備え、さらにはＰｂ，Ｂ
ｉ，Ｔｅ，Ｓｅなどの毒性元素を用いないで被削性をも
付与させることができる高磁束密度耐食軟磁性材料であ
って、その要旨は次の通りである。 【０００６】本発明である高磁束密度耐食軟磁性材料は
重量％でＣ：≦０．０２０％、Ｓｉ：１．４８〜３．０
％、Ｍｎ：≦０．５％、Ｐ：≦０．０３０％、Ｓ：０．
０１８〜０．０４０％、Ｎｉ：≦０．６％、Ｃｒ：１０
〜１５％、Ｍｏ：≦０．８％、Ａｌ：０．１〜０．５
％、Ｔｉ：０．０５〜０．５０％、Ｏ：≦０．０１０
％、Ｎ：≦０．０２０％、およびＳｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ｔ
ｉ：≦１８．０％、Ｔｉ／Ｓ≧３、０．１５％≦Ａｌ＋
Ｔｉ≦１．０％の条件範囲で含有し、その他不可避不純
物および実質的に残部がＦｅの組成になることを特徴と
したものである。 【０００７】以下に、本発明である高磁束密度耐食軟磁
性材料の成分限定理由について述べる。Ｃは、軟磁気特
性に悪影響を及ぼす炭化物を生成し、また結晶中に固溶
し結晶格子を歪ませ、磁性の劣化および耐食性の劣化を
招くため、その含有量は少ないほど望ましい。しかしな
がら実機性能および実操業を考慮し、上限を０．０２０
％とした。Ｓｉは、固有抵抗および硬さを増加させると
され、１３％Ｃｒ鋼の場合それぞれ１％あたり１４．７
μΩ・ｃｍおよびＨＲＢスケールで１１．８増加させ
る。このことから１．４８％未満ではより目的の硬さ、
固有抵抗が得られず、また３．０％をこえて含有させる
と、靱性、加工性、被削性を劣化させ、磁束密度も低下
させるため上限を３．０％とし、その範囲を１．４８〜
３．０％とする。 【０００８】一般にＭｎは、脱酸材として有効な元素で
あるとともにＳと結合しＭｎＳとなり、このＭｎＳが鋼
中に分散することにより、チップブレーカーとなり被削
性を向上させる効果がある。しかしながらＭｎはオース
テナイト安定化元素であり、０．５％をこえる添加は非
磁性のオーステナイトを析出させ、磁気特性を著しく劣
化させるため０．５％以下の範囲で添加する。Ｐは、磁
気特性を劣化させるため、その上限を０．０３０％以下
に規制する。Ｓは、上記Ｍｎの効果で説明したように、
Ｍｎと結合しＭｎＳとなり被削性を向上させる。しかし
ながらＳ添加量が０．０１８％未満であるとその効果が
小さく、一方０．０４０％をこえる添加は磁気特性、耐
食性および靱性を著しく劣化させるため、Ｓ添加量を
０．０１８〜０．０４０％の範囲とする。 【０００９】Ｎｉは、Ｍｎと同じくオーステナイト安定
化元素であるため、０．６％をこえる添加は磁気特性を
劣化させるのでその上限を０．６％以下に規制する。Ｃ
ｒは、耐食性を高めるために効果的な元素であるが、Ｃ
ｒの過度の添加は磁束密度の減少をもたらすため上限を
１５％とする。しかしながらＣｒ添加量が１０％未満に
なると本発明の目的用途のためには耐食性が不十分にな
るため下限を１０％とし、その範囲を１０〜１５％とす
る。 【００１０】Ｍｏは、Ｃｒと同様に耐食性向上に効果的
な元素であるため添加する。しかしながらＭｏの過剰な
添加は磁束密度の低下をもたらし、また材料価格が経済
的に高価になり、工業的には有効とはいえないため、そ
の上限を０．８％とする。Ａｌは、固有抵抗増加、結晶
粒微細化、磁気特性改善に効果的な元素である。しかし
ながらＡｌ添加量が０．１％未満ではその効果がみられ
ない。一方、過度のＡｌ添加は耐食性を劣化させ、磁束
密度を低下させるのでその上限を０．５％とし、Ａｌ添
加量の範囲を０．１〜０．５％とする。 【００１１】Ｔｉは、Ｃ，Ｎ等の不純物元素を析出物の
形で固定する作用を持ち、磁気特性および耐食性向上を
もたらすことが知られている。本発明においては、少量
のＴｉを添加することによりＳ添加に伴う磁気特性およ
び耐食性の劣化を打ち消す効果があり、極低Ｃ，Ｎ鋼に
おいても磁気特性および耐食性が改善される。またＴｉ
添加は、耐食性を改善させるためにＣｒを増量するより
も、少量の添加で同等の効果が得られるため、Ｆｅ量を
大きく減少させないで済み、磁束密度の低下を最小限に
抑えるため、耐食性と磁気特性両立の点でも効果的であ
る。しかしながら０．０５％未満ではその効果がみられ
ず、また添加量が０．５０％以上となると効果が飽和し
被削性も低下させるので、その範囲を０．０５〜０．５
０％とする。 【００１２】ＯおよびＮは、介在物を形成し磁気特性、
耐食性および靱性を劣化させるので、その含有量をＯは
０．０１０％以下、Ｎは０．０２０％以下に規制する。
Ｓｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｔｉは、上記所望の効果を得
るため添加されるものであるがＦｅ以外のこれらの成分
添加量が増加するに従い、Ｆｅ量が減少し磁束密度が低
下する。本発明の目的用途のためには磁束密度Ｂ25≧１
２．０ｋＧが必要とされるため、Ｓｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ａ
ｌ＋Ｔｉを１８．０％以下に規制する。 【００１３】Ｔｉ／Ｓは、本発明において最も重要な項
目である。Ｔｉの項目で示したように、少量のＴｉを添
加することによりＳ添加に伴う磁気特性、耐食性の劣化
を打ち消す効果があるが、さらにＴｉとＳの比を適正化
しＴｉ／Ｓを３以上とすることにより耐食性が飛躍的に
向上する。また、極低Ｃ，ＮおよびＳｉ，Ａｌ，Ｔｉの
適量添加によりある程度磁気特性が改善されるが、さら
にＴｉ／Ｓを３以上とすることにより磁気特性も向上す
る。しかしながら、Ｔｉ／Ｓが３未満であると耐食性お
よび磁気特性向上の効果が小さいため、Ｔｉ／Ｓを３以
上とする。Ｔｉを０．０５％以上添加し、さらにＡｌを
複合添加することにより磁気特性を低下させることなく
結晶粒が細かくなり、切削加工後の表面粗度を良好にし
被削性に有利に働くため、Ａｌ＋Ｔｉを０．１５％以上
とする。また、その上限は１．０％とする。 【００１４】 【発明の実施の形態】本発明である高磁束密度耐食軟磁
性材料は、不純物元素含有量の極低化、およびＣｒ，Ｓ
ｉ，Ａｌ，Ｍｏ，Ｔｉ，Ｓの適量添加、さらにはＴｉ／
Ｓを適正化した結果、従来ＭｎＳ快削電磁ステンレス鋼
の問題点であった磁気特性、耐食性を改善することがで
き、硬度、固有抵抗、磁気特性、耐食性の全てについて
優れた特性を得ることができたうえ、被削性についても
Ｐｂ，Ｂｉ，Ｔｅ，Ｓｅなどの毒性元素を用いないで優
れた特性を得ることができた。 【００１５】Ｔｉ添加およびＴｉ／Ｓを３以上とするこ
とにより耐食性が向上する理由を以下に示す。理由の１
点目は、ミクロ組織観察の結果、Ｔｉ添加により形成さ
れるＴｉＮがＭｎＳを取り囲むように選択的に形成され
ていることがわかった。耐食性の良いＴｉＮが水溶性で
耐食性が悪く腐食の起点となるＭｎＳを取り囲むように
形成されるため耐食性が向上すると考えられる。２点目
は、添加したＴｉが被削性を向上させるために意図的に
添加しているＳと結合してＴｉＳを形成するためである
と考えられる。ＴｉＳは酸に対しても安定な介在物であ
り、水溶性で腐食の起点となるＭｎＳの一部がＴｉＳに
置きかわることによりＭｎＳが減少するため、耐食性が
向上したものと考えられる。またＴｉ／Ｓを３以上にす
ることによりＭｎＳの代わりにより多くのＴｉＳが形成
され、鋼材全体としての耐食性が飛躍的に向上するもの
と考えられる。 【００１６】 【実施例】表１に本発明鋼、比較鋼の化学成分を示す。
これらは、真空誘導炉にて溶製し５０ｋｇ鋼塊に鋳造
し、φ３０ｍｍに鍛伸後、焼鈍を施し、試験片を作製
し、各測定にあてた。固有抵抗はケルビンダブルブリッ
ジを用いて直流四端子法にて電気抵抗を測定して算出し
た。磁気特性は、リング状試験片を作製し、さらに真空
中で８５０℃×４ｈｒ保持の磁気焼鈍を施した後に直流
Ｂ−Ｈトレーサを用いて磁束密度Ｂ1 ，Ｂ25および保磁
力Ｈｃ等の測定を行った。被削性はＳＫＨ５１製のドリ
ル（直径５ｍｍ）を用い、推力４２．２ｋｇ、回転数９
００ｒｐｍで深さ１０ｍｍの穿孔に要する時間を測定し
た。腐食減量は直径１２ｍｍ長さ２１ｍｍの試験片をエ
メリー研磨紙で８００番まで研磨した後、２５℃の５％
ＨＮＯ3 水溶液中に２４ｈｒ浸漬し、その腐食減量を測
定した。孔食電位は、ＪＩＳ Ｇ０５７７に従い照合電
極としてＳＣＥ（飽和カロメル電極）を用い、電流密度
が１００μＡ／ｃｍ2 になった時の電位（Ｖ′ｃ100 ）
を測定した。そしてこれらの測定結果と各成分との相関
その他について調査した結果を表２および図１から図６
にまとめた。 【００１７】 【表１】【００１８】表２から明らかなように、本発明鋼は８０
ＨＲＢ以上の高い硬さを有しているため耐摩耗性・耐変
形性を有している。結晶粒度についてはＴｉを０．０５
％以上添加し、さらにＡｌを複合添加することにより、
Ｔｉ単独添加鋼およびＴｉ無添加の比較鋼４，５，７，
８に比べ結晶粒が細かい。また、図６に示すようにＡｌ
＋Ｔｉが大きくなるに従い結晶粒が細かくなることがわ
かる。本発明鋼の固有抵抗は７８μΩ・ｃｍ以上の高い
値を示し、これは作動時の低消費電力を得るために要す
ると考えられる固有抵抗値７５μΩ・ｃｍ以上を満たし
ている。 【００１９】磁束密度の立ち上がりを示している磁束密
度Ｂ1 について、ＣおよびＮ量の高い比較鋼１０は１．
０８ｋＧの値を示しているのに対し、ＣおよびＮをそれ
ぞれ０．０２０％以下、Ｔｉ／Ｓを３以上に規制した本
発明鋼は２ｋＧ以上の高い値を示している。磁束密度が
ほぼ飽和する値を示している磁束密度Ｂ25について、本
発明鋼はＦｅ以外の添加元素の和であるＳｉ＋Ｃｒ＋Ｍ
ｏ＋Ａｌ＋Ｔｉを１８％以下に規制したことにより高い
磁束密度を示している。本発明鋼は保磁力Ｈｃについて
もＢ1 と同じ理由で良好な値を示している。本発明鋼の
被削性は１０ｍｍ穿孔所要時間２０秒以下の値を示して
おり、良好な被削性を有している。腐食減量はＴｉを添
加していない、またはＴｉ／Ｓが３未満の比較鋼３，
４，５，６は腐食減量が大きく耐食性が悪いのに対し、
Ｔｉ／Ｓを３以上に規制した本発明鋼は０．１４ｇ／ｍ
2 ｈ以下の良好な値を示していることがわかる。 【００２０】また図３に示すようにＴｉ／Ｓが３以上と
なると腐食減量が飛躍的に少なくなり、耐食性が向上し
ていることがわかる。孔食電位も腐食減量と同じくＴｉ
を添加していない、またはＴｉ／Ｓが３未満の比較鋼
３，４，５，６，１０は孔食電位が低いのに対し、Ｔｉ
／Ｓを３以上に規制した本発明鋼は孔食電位が３７ｍＶ
以上の高い値を示し耐食性が良好であることがわかる。
また、図４に示すように、Ｔｉ／Ｓが３以上になると孔
食電位が飛躍的に高くなり、耐食性が向上することがわ
かる。 【００２１】 【表２】 【００２２】 【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
鋼は高い硬度、高い固有抵抗、優れた磁気特性（高い磁
束密度、小さな保磁力）、耐食性、被削性を兼備させた
軟磁性材料であり、例えば電磁弁の鉄心材料として使用
されたときに、高い固有抵抗と優れた磁気特性により、
優れた実機特性を発揮する。また、Ｐｂ，Ｂｉ，Ｓｅ，
Ｔｅ等の元素を用いないで、優れた被削性と耐食性を兼
備しているので、食品関係機器用途などにも問題なく使
用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁束密度Ｂ1 に及ぼすＴｉ／Ｓ比の影響を示す
グラフである。 【図２】保磁力Ｈｃに及ぼすＴｉ／Ｓ比の影響を示すグ
ラフである。 【図３】腐食減量に及ぼすＴｉ／Ｓ比の影響を示すグラ
フである。 【図４】孔食電位に及ぼすＴｉ／Ｓ比の影響を示すグラ
フである。 【図５】磁束密度Ｂ25に及ぼすＳｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ａｌ
＋Ｔｉの影響を示すグラフである。 【図６】結晶粒度Ｎｏ．に及ぼすＡｌ＋Ｔｉの影響を示
すグラフである。
グラフである。 【図２】保磁力Ｈｃに及ぼすＴｉ／Ｓ比の影響を示すグ
ラフである。 【図３】腐食減量に及ぼすＴｉ／Ｓ比の影響を示すグラ
フである。 【図４】孔食電位に及ぼすＴｉ／Ｓ比の影響を示すグラ
フである。 【図５】磁束密度Ｂ25に及ぼすＳｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ａｌ
＋Ｔｉの影響を示すグラフである。 【図６】結晶粒度Ｎｏ．に及ぼすＡｌ＋Ｔｉの影響を示
すグラフである。
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フロントページの続き
(72)発明者 田中 義和
兵庫県姫路市飾磨区中島字一文字3007番
地 山陽特殊製鋼株式会社内
(72)発明者 伊藤 永勝
愛知県小牧市大字北外山字早崎3005番地
シーケーディ株式会社内
(72)発明者 沓名 隆雄
愛知県小牧市大字北外山字早崎3005番地
シーケーディ株式会社内
(72)発明者 鵜飼 良行
愛知県小牧市大字北外山字早崎3005番地
シーケーディ株式会社内
(72)発明者 馬明 満
愛知県小牧市大字北外山字早崎3005番地
シーケーディ株式会社内
(72)発明者 伊藤 彰浩
愛知県小牧市大字北外山字早崎3005番地
シーケーディ株式会社内
(56)参考文献 特開 平２−61028（ＪＰ，Ａ)
特公 平５−10419（ＪＰ，Ｂ２)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C22C 38/00 - 38/60
H01F 1/14
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 重量％で Ｃ ：≦０．０２０％、 Ｓｉ：１．４８〜３．０％、 Ｍｎ：≦０．５％、 Ｐ ：≦０．０３０％、 Ｓ ：０．０１８〜０．０４０％、 Ｎｉ：≦０．６％、 Ｃｒ：１０〜１５％、 Ｍｏ：≦０．８％、Ａｌ：０．１〜０．５％、 Ｔｉ：０．０５〜０．５０％、 Ｏ ：≦０．０１０％、 Ｎ ：≦０．０２０％、 およびＳｉ＋Ｃｒ＋Ｍｏ＋Ａｌ＋Ｔｉ：≦１８．０％、
Ｔｉ／Ｓ≧３、０．１５％≦Ａｌ＋Ｔｉ≦１．０％の条
件範囲で含有し、その他不可避不純物および実質的に残
部がＦｅの組成になることを特徴とする高磁束密度耐食
軟磁性材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16397996A JP3429133B2 (ja) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | 高磁束密度耐食軟磁性材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16397996A JP3429133B2 (ja) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | 高磁束密度耐食軟磁性材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH108219A JPH108219A (ja) | 1998-01-13 |
| JP3429133B2 true JP3429133B2 (ja) | 2003-07-22 |
Family
ID=15784456
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16397996A Expired - Fee Related JP3429133B2 (ja) | 1996-06-25 | 1996-06-25 | 高磁束密度耐食軟磁性材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3429133B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US7297214B2 (en) | 1999-09-03 | 2007-11-20 | Kiyohito Ishida | Free cutting alloy |
| JP3425129B2 (ja) * | 1999-09-03 | 2003-07-07 | 清仁 石田 | 快削合金材料 |
| US7381369B2 (en) | 1999-09-03 | 2008-06-03 | Kiyohito Ishida | Free cutting alloy |
-
1996
- 1996-06-25 JP JP16397996A patent/JP3429133B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH108219A (ja) | 1998-01-13 |
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