JP3676477B2

JP3676477B2 - 複合磁性部材およびその製造方法

Info

Publication number: JP3676477B2
Application number: JP02929696A
Authority: JP
Inventors: 淳砂川
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Hitachi Metals Ltd
Priority date: 1996-02-16
Filing date: 1996-02-16
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2016-02-16
Also published as: JPH09228004A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は磁気目盛等に使用される一つの部材に強磁性部と非磁性部を設けた複合磁性部材およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、非磁性部と強磁性部を検出して物品の相対位置を検出する素材は、磁気目盛、あるいは磁気スケールと呼ばれ多用されている。
この磁気目盛を得る方法としては、特開昭６２−８３６２０号に記載されるように、通常ではオーステナイト組織となるが、加工によってマルテンサイト化する、いわゆる準安定オーステナイト鋼に強加工を与え、強磁性を示す加工誘起マルテンサイト組織に変態させ、次いで目盛となる部分をレーザ等で加熱して、オーステナイト組織として非磁性部を形成することによって得ていた。
【０００３】
また、本出願人等は特開平７−１１３９７号では、自動車の燃料噴射装置の電磁弁の部品として新しい複合磁性材料を提案し、それでは強加工を適用する準安定オーステナイト鋼として最適なニッケル当量、クロム当量、平山当量を提示し、自動車の電磁弁にとって好ましい磁気特性が得られる最適の組成範囲を提案した。
このような電磁弁の部品として準安定オーステナイト鋼を使用した複合磁性材料を利用すると、一つの部材に強磁性部と非磁性部が形成できるため、気密性の確保、振動等による破損の防止等の信頼性の確保という点で、強磁性体と非磁性体を接合した部品よりも優れたものとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前述したような準安定オーステナイト鋼は、元々非磁性のオーステナイト組織であるため、強磁性部の特性を高めるためには、極めて高い加工率を適用する必要がある。
このような強加工を行なうことは、製造工程により負荷を増大するとともに、強化工による割れの発生等の問題が生じている。
また、このような強加工を行なっても、最大透磁率μｍ１６０程度の磁気特性しか得られないという問題があり、最大透磁率が２００以上のような強磁性部の磁気特性を重視する場合に問題となる。
【０００５】
本発明の目的は、一つの部材において、強磁性部と非磁性部を有する複合磁性部材における強磁性部の磁気特性を改善した複合磁性部材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述したような準安定オーステナイト鋼では、強磁性部の特性には限界があることを見出し、新しい複合磁性材料を検討した。
そして、通常マルテンサイトとなる合金においても、オーステナイト変態温度以上からの冷却処理により、非磁性組織であるオーステナイト組織を残留させることができるという知見から、複合磁性材料としての最適組成を検討した。
【０００７】
その結果、通常はマルテンサイトとなり強磁性特性が得られるＣ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金に対して、オーステナイトを安定化するのに有効な元素としてＭｎを選択し、Ｍｎを２％を超え７％以下に高め、かつ窒素を０．０１〜０．０５％と比較的高く添加することによって、加熱冷却して得られる残留オーステナイトを安定化することができ、準安定オーステナイト鋼によって得られる非磁性部に匹敵する安定な非磁性部を得ることができることを見出し、本発明に到達した。
【０００８】
すなわち本発明は、質量％でＣ：０．３５〜０．７５％、Ｃｒ：１０〜１６％、Ｍｎ：２％を超え７％以下、Ｎ：０．０１〜０．０５％、Ｓｉ、Ａｌの１種もしくは２種を２％以下含有し、残部はＦｅと不可避的不純物からなる組成を有し、かつ最大透磁率μｍ２００以上の強磁性部と、オーステナイト組織を主体とする透磁率２以下、Ｍｓ点（オーステナイト組織が、マルテンサイト化する開始温度であり、この温度が高いほどオーステナイトが不安定であることになる）が−１０℃以下の非磁性部とすることを特徴とする複合磁性部材である。
【０００９】
上述した本発明の複合磁性部材は、上述した組成の素材を焼鈍し、最大透磁率μｍが２００以上の強磁性組織を得た後、該強磁性組織の一部をオーステナイト変態開始温度以上に加熱した後、冷却してオーステナイト組織を残留させ非磁性部を得ることにより製造することができる。
なお、オーステナイト変態開始温度以上に加熱した後、冷却してオーステナイト組織を残留させる方法としては、溶融凝固させても良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
上述したように、本発明は複合磁性材料とし特に優れた強磁性特性を有する強磁性部を得ようとするものである。
そのために、本発明においては、通常は強磁性を示すＣ−Ｃｒ−Ｆｅ系の合金を選択し、かつＭｎおよび窒素を多く添加したものである。
以下、本発明で規定する元素の規定理由を述べる。
Ｍｎはオーステナイト組織を安定化するものであり、本発明には欠くことのできない重要な元素である。Ｍｎの範囲を２％を超え７％以下としたのは、２％以下では非磁性部として透磁率２以下が得られ難く、また７％を超えると強磁性部の磁気特性が急激に低下し、また熱間加工性が劣化するからである。
【００１１】
なお、本発明は、オーステナイト組織を安定する元素としてＮｉを添加することも可能である。Ｎｉはオーステナイト組織を安定化するのに有効な元素であるが、Ｍｎに比較して高価である。また、強磁性部の特性をＭｎよりも劣化する元素でもあり、特に強磁性部の磁気特性を確保することを目的とする本発明においては、添加量を制限する必要がある。
本発明においては、上記を考慮し、添加する場合のＮｉの上限は４％とし、強磁性部の磁気特性を劣化しないために、Ｎｉを添加する場合にはＮｉ＋Ｍｎで２％を超え７％以下とした。
【００１２】
Ｃは炭化物を形成し、本発明の基本となるＣ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金の基本的な強度を確保する元素として重要である。また、Ｃはオーステナイトの安定化にも寄与する元素である。
Ｃが０．３５％未満では、オーステナイト変態温度以上に加熱後冷却した際、透磁率２以下、Ｍｓ点が−１０℃以下の安定な非磁性組織を得ることが困難である。一方、０．７５％を超えると冷間での加工性が難しくなる。
そのため、本発明においては、Ｃの範囲を０．３５〜０．７５％に規定した。Ｃのより望ましい範囲は、０．４５〜０．６５％である。
【００１３】
Ｎは本発明において、オーステナイトの安定化のために必須の元素である。
上述したように、本発明は、Ｃ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金であり、フェライトを安定化させる元素としてＣｒを多量に含有する。このＣｒは、後述するように本発明において強磁性部および炭化物となって強度を確保する上で重要である。
この時Ｃｒは、合金組織中のＣと反応して一部は炭化物を形成するため、オーステナイト安定化元素としてＣ量を増やそうとすると炭化物量を増加してしまうことになり、冷間加工性の上で好ましくない。そこで、本発明においては、Ｃｒと化合物を形成しにくいＮを添加して、オーステナイトの安定化を図ったものである。
本発明において、Ｎを０．０１〜０．０５％としたのは、０．０１％未満では非磁性部の安定化に効果が見られず、０．０５％を超えると加工硬化の度合いが大きくなり、成形性が劣化してくるためである。
【００１４】
Ｃｒはマトリックスに固溶すると共に、一部は炭化物となり、本発明の機械的強度と耐食性を確保する元素である。
本発明においてＣｒの範囲を１０〜１６％としたのは、１０％未満では耐食性が劣り、１７％以上ではフェライト組織が安定化するため、非磁性部を形成することが困難になるためである。
なお、本発明の部材は脱酸元素としてＳｉ，Ａｌの１種以上を合計で２％以下含んでもよい。これらの元素は、鋼の精錬過程で除去されるが、一部は残留するので、特に磁気特性を劣化しない範囲として本発明においては２％以下で含有してもよい。
【００１５】
上述した本発明の複合磁性部材の製造方法の特徴は、上述した組成の素材を焼鈍し、最大透磁率μｍ２００以上の強磁性組織を得た後、該強磁性組織の一部をオーステナイト変態開始温度以上に加熱した後、冷却してオーステナイト組織を残留させ非磁性部を得ることである。
この方法により、従来の準安定オーステナイト鋼を使用する場合に得られなかった最大透磁率μｍ２００以上の強磁性部と、オーステナイト組織を主体とする透磁率２以下、Ｍｓ点が−１０℃以下の非磁性部とを併せ持つような複合磁性部材を得ることができる。
【００１６】
上述した強磁性部を得る際に行なう素材の焼鈍は、強磁性部の製造工程において残留する歪みの開放を行なうものであり、強磁性特性を高めるためには、非磁性部を得る前に予め行なっておく必要がある。本発明において、強磁性部の最大透磁率μｍを２００以上としたのは、従来の準安定オーステナイト鋼では得ることのできない範囲として設定したものである。
本発明においては、加熱冷却により残留するオーステナイトにより非磁性部の特性を確保するものである。このオーステナイトは、急冷であればあるほど多く残留させることが可能であり、オーステナイトが安定で存在する加熱領域から急冷することが望ましい。実際には、空冷以上の冷却速度を確保できる冷却法の適用が望ましく、水冷法あるいは油冷法を適用することが望ましい。
【００１７】
また、オーステナイトを残留させる方法としては、レーザビームやプラズマ加熱により部分的に溶解させ凝固させる方法をとることも可能である。溶解凝固する方法では、オーステナイトは極めて安定になり、非磁性部の磁気特性を確保する手法としては有効である。
このように、本発明においては、本来強磁性のマルテンサイト組織となる鋼を利用するため、非磁性部の特性の確保が重要である。非磁性部の特性は、上述した合金組成とオーステナイトを残留する加熱冷却処理によって大きく変化する。複合磁性部材として有効な非磁性部の磁気特性および安定性の指標として本発明においては、最大透磁率２以下、Ｍｓ点を−１０℃と規定した。
【００１８】
【実施例】
本発明ではＭｎとＮｉの含有量が重要となるので、真空溶解でＭｎとＮｉ含有量を種々に変えた１０ｋｇの鋼塊を得た後、鍛造、熱間圧延を行ない、板厚４．０ｍｍとした。この材料をＡ３変態点以下で焼鈍した後、酸化スケールを除去し、冷間圧延により板厚１．５ｍｍとした。
表１に実験に供した合金の化学組成を示す。
【００１９】
【表１】

【００２０】
この冷間圧延材をＡ３変態点以下で焼鈍して強磁性体化した。
得られた試料の一部を高周波加熱によって約１０００℃で１０分間保持後、水冷し、部分的に非磁性体化した試料を得た。
高周波加熱による熱影響部以外の最大透磁率μｍ、磁束密度Ｂ₄₀₀₀(磁化の強さ４０００（Ａ／ｍ）における磁束密度)を求め、強磁性部の磁気特性を評価した。
一方、高周波加熱によって得られた非磁性部は、Ｘ線回折分析により残留オーステナイトを主体とする相が形成されていることを確認し、最大透磁率μｍおよびＭｓ点の測定を行なった。
それぞれの測定には、透磁率計、微量走査型熱量計を使用した。
表２に結果を示す。
【００２１】
【表２】

【００２２】
表２に示すように、Ｎｉ＋Ｍｎ量が２％を超え７％以下とした本発明の試料は、すべて強磁性部において、最大透磁率が２００を超え、４０００（Ａ／ｍ）における磁束密度も１（Ｔ）を超える優れた強磁性体特性が得られると共に、非磁性部においても最大透磁率が２以下となり、Ｍｓ点も−１０℃以下と安定したものとなったことを確認できた。
また、Ｎｉを添加しないか、２％未満の少量のＮｉを添加した本発明の試料１〜６は、Ｎｉを２％以上という本発明の試料中でも多量に添加した試料７〜８に比べて、透磁率が高く磁束密度も高いものとすることができ、強磁性部の磁気特性を高めるという点で、ＮｉよりもＭｎの添加が有効であることがわかる。
一方、Ｍｎの低い比較例の試料９においては、強磁性体部の特性は優れているものの非磁性部の透磁率が高くなり、Ｍｓ点が上昇して不安定な非磁性部が形成されたことがわかる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、準オーステナイト鋼を用いず、ＭｎとＮを適量添加したＣ−Ｃｒ−Ｆｅ合金を使用することにより、強加工を行なうことなく特に強磁性部の特性に優れた複合磁性材料を得ることができる。したがって、従来のような極めて厳しい加工条件を適用することがなくなり、製造上の効率向上に極めて有効である。
また、本発明においては強磁性部の磁気特性に優れているため、磁気回路におけるポールピースのような磁路形成材料としても有効である。

Claims

質量％でＣ：０．３５〜０．７５％、Ｃｒ：１０〜１６％、Ｍｎ：２％を超え７％以下、Ｎ：０．０１〜０．０５％、Ｓｉ、Ａｌの１種もしくは２種を２％以下含有し、残部はＦｅと不可避的不純物からなる組成を有し、かつ最大透磁率μｍ２００以上の強磁性部と、オーステナイト組織を主体とする透磁率２以下、Ｍｓ点−１０℃以下の非磁性部とすることを特徴とする複合磁性部材。
質量％でＮｉを４％以下含み、かつＮｉ＋Ｍｎ：２％を超え７％以下である請求項１に記載の複合磁性部材。
質量％でＣ：０．３５〜０．７５％、Ｃｒ：１０〜１６％、Ｍｎ：２％を超え７％以下、Ｎ：０．０１〜０．０５％、Ｓｉ、Ａｌの１種もしくは２種を２％以下含有し、残部はＦｅと不可避的不純物からなる組成を有する素材を焼鈍し、最大透磁率μｍ２００以上の強磁性部を得た後、該強磁性組織の一部をオーステナイト変態温度以上に加熱した後、冷却してオーステナイト組織を残留させ非磁性部を得ることを特徴とする複合磁性部材の製造方法。