JP3852019B2 - 冷鍛加工性に優れるＦｅ−Ｃｒ系軟質磁性材料 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＦｅ−Ｃｒ系軟質磁性材料に関し、更に詳しくは、保磁力（Ｈｃ）が1.６Ｏｅ以下であり、しかも冷鍛加工性に優れているＦｅ−Ｃｒ系軟質磁性材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車エンジンの電子制御燃料噴射装置のハウジング部品を構成する材料としては、燃料中の腐食性成分（例えばＳ）と接触する関係から優れた耐食性を有するとともに、燃料噴射のｏｎ−ｏｆｆ動作を迅速に実施させるために磁気特性の優れている材料であることが好適とされる。
【０００３】
そして、上記した磁気特性に関しては、最大透磁率（μｍ）が大きく、飽和時速密度（Ｇ）が大きく、また保磁力（Ｈｃ）が小さいことを好適とする。とりわけ、迅速なｏｎ−ｏｆｆ動作を実現させるためには、Ｈｃが小さければ小さいほど好適である。
また、この材料の場合、棒材などを例えば切削加工して所定形状のハウジング部品にすることを考えると、加工性に優れた材料であることが好ましい。
【０００４】
このように、上記したハウジング部品の材料としては、耐食性に優れていることは勿論のこと、磁気特性が優れており（例えばＨｃが小さい）、しかも加工性に優れていることが要求されることになる。
このような要求に応える材料としては、Ｆｅ−１３％Ｃｒを典型的な組成例とするＦｅ−Ｃｒ系合金が広く用いられている。この材料は、従来から電磁弁や電磁ポンプの材料として用いられている軟磁性のフェライト系ステンレス鋼であって、Ｃｒ成分の働きで耐食性に優れているからである。
【０００５】
このＦｅ−Ｃｒ系合金材料を製造する場合、例えば所定の原料をアーク溶解炉で溶解し、ついで得られた溶鋼にＶＯＤ精錬や真空式ＡＯＤ精錬を行って目的とする合金鋼組成に調整したのち、その溶鋼を鋳造し、更に得られたインゴットに所定条件下で磁気焼鈍が行われる。
そして得られた素材に対し、例えば切削加工を行うことにより目的形状のハウジング部品が製造されている。
【０００６】
このとき、アーク溶解炉に投入される原料には、通常、Ｆｅ−Ｃｒ系合金鋼のスクラップが用いられている。そして精錬時においては、材料に要求される性能との関係で各種の成分が添加されたり、また除去されたりする。
例えば、ＳやＰｂなどの快削元素を積極的に添加することにより、得られた材料の切削加工性を高めることが行われる。しかし、これら快削元素の添加量が多くなると、得られる材料の磁気特性は低下していく傾向を示すので、磁気特性を高めるために、更にＳｉやＡｌなどの元素が積極的に添加される。しかしながら、ＳｉやＡｌの添加量が多くなりすぎると、得られる材料の切削加工性は低下する傾向を示すので、従来のＦｅ−Ｃｒ系合金材料では、上記した快削元素の添加量とＳｉやＡｌの添加量を適正な値に制御することにより、切削加工性と磁気特性のバランスをとるという方策が採用されている。
【０００７】
また、この合金鋼を溶製するときに、用いるスクラップ原料には、Ｎｉ，Ｍｎなどの金属成分が不純物として含有されている場合があるが、そのような場合には、溶鋼にこれら不純物が混入してくる。そして、これら金属成分の混入量が多くなると、得られる合金鋼は、その加工性が低下する。
更に、この合金鋼の場合、溶製の過程で不可避的に、Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｃなどが混入する。そして、これらのうち、Ｃ，Ｐ，Ｎはいずれも合金鋼の磁気特性に悪影響を与える成分であって、これらの混入量が多くなると、Ｈｃ値は大きくなっていく。したがって、Ｈｃ値が小さい合金鋼を得るためには、合金鋼におけるＣ，Ｐ，Ｎの含有量を可能な限り少なくすることが好適となる。
【０００８】
このようなことから、Ｈｃ値が小さく、しかも切削加工性が良好な合金鋼を製造するためには、まず、スクラップ原料としてＮｉ，Ｍｎなどの不純物が少ないものを用い、また精錬時に、脱炭，脱窒処理などの条件を適正に選定することにより、Ｈｃ値を大きくするＣ，Ｎ，Ｐなどを極力除去することが行われている。その結果、現在、ハウジング部品の材料としては、例えば、Ｃｒ：１2.５〜１3.０重量％，Ｓｉ：0.７０〜0.９０重量％，Ｍｎ：0.２０〜0.３０重量％，Ｐｂ：0.１０〜0.２０重量％，Ａｌ：0.２５〜0.３５重量％，Ｓ：0.０１０〜0.０２５重量％，Ｃ：0.００４〜0.０１０重量％，Ｎ：0.０１１〜0.０１７重量％，Ｐ：0.０１５〜0.０２５重量％，残部がＦｅから成る組成のＦｅ−Ｃｒ系合金材料が用いられている。この組成の材料は、温度８５０℃で２時間の磁気焼鈍後におけるＨｃ値が0.６〜1.２Ｏｅ程度であり、また切削加工性も良好な材料である。
【０００９】
ところで、最近は、Ｆｅ−Ｃｒ系合金材料の線材から前記したハウジング部品を加工するときに、切削加工ではなく、当該線材を直接冷鍛加工してハウジング部品にするということが行われている。それは、製造コストの低減を実現することができるからである。
このようなことから、Ｆｅ−Ｃｒ系合金材料に対しては、Ｈｃ値が小さいことと並んで、冷鍛加工性に優れた材料であることが要求されはじめている。
【００１０】
また、Ｈｃ値に関しても、電子制御燃料噴射装置における燃料噴射のｏｎ−ｏｆｆ動作を一層確実にかつ一層迅速に実施させるために、Ｈｃ値はますます小さい値である材料への要求が強まり、具体的には、Ｈｃ値として1.６Ｏｅを上限とする要求がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、前記した組成のＦｅ−Ｃｒ系合金材料につき、その冷鍛加工性を高めようとする場合には、Ｍｎ，Ｓｉなどの金属成分やＰｂなどの快削元素の含有量を極力抑制し、また、磁気特性には好影響を与えるが加工性には悪影響を与えるＳｉ，Ａｌなどの含有量も極力抑制し、更には、上記成分量を抑制することに対応して、Ｃ，Ｎ，Ｐなどの不純物成分の含有量も抑制して、基本的には、Ｆｅ−１３％Ｃｒのみの組成にすれば効果的である。
【００１２】
しかしながら、その場合には、確かに冷鍛加工性の向上はもたらされるものの、他方では磁気特性、とりわけＨｃ値は大きくなり、しかもＨｃ値のロット間におけるばらつきが大きくなるという問題が生じてくる。
例えば、前記した組成のＦｅ−Ｃｒ系合金材料を、次のような組成、すなわち、Ｃｒ：１2.５〜１3.５重量％，Ｓｉ：0.０１〜0.０６重量％，Ｍｎ：0.１５〜0.３０重量％，Ｐｂは含有せず，Ａｌ：0.０３〜0.０８重量％，Ｓ：0.００２〜0.０１０重量％，Ｃ：0.００２〜0.０１０重量％，Ｎ：0.０１０〜0.０１８重量％，Ｐ：0.０１０〜0.０２０重量％，残部はＦｅにすると、そのＦｅ−Ｃｒ系合金材料の冷鍛加工性は向上するものの、他方では、温度８５０℃で２時間の磁気焼鈍後におけるＨｃ値は0.６〜2.５Ｏｅの範囲でばらつき、確実にＨｃ値1.６Ｏｅ以下という要求には到底対応できなくなるという問題が生じている。
【００１３】
本発明は、従来のＦｅ−Ｃｒ系合金材料の場合には、磁気特性と切削加工性のバランスをとってその組成および不純物制御がなされていたことと異なり、磁気特性と冷鍛加工性とのバランスの観点から合金設計が成されているＦｅ−Ｃｒ系合金材料であって、Ｈｃは確実に1.６Ｏｅ以下の値を示し、また冷鍛加工性も良好なＦｅ−Ｃｒ系軟質磁性材料の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、Ｃｒ：１２．５０〜１３．５０重量％，Ａｌ：０．０５〜０．１０重量％，Ｓｉ：０．０９重量％以下，Ｍｎ：０．２５重量％以下，Ｎｉ：０．１５重量％以下，Ｓ：０．００５重量％以下，Ｏ：０．００２０重量％以下，Ｃ：０．０１０重量％以下，Ｎ：０．０１５０重量％以下，Ｐ：０．０２０重量％以下，Ｃ，Ｎ，Ｐの合計量が０．０３０重量％以下，残部がＦｅから成ることを特徴とする、冷鍛加工性に優れるＦｅ−Ｃｒ系軟質磁性材料が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の材料を開発するに至る過程を説明する。
(1) Ｃ，Ｎ，ＰのＨｃ値に与える影響
Ｃｒ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｓ，Ｏについては、Ｃｒ：１2.５０〜１3.５０重量％，Ａｌ：0.０３〜0.０８重量％，Ｍｎ：0.２５重量％以下，Ｓｉ：0.１０重量％以下，Ｓ：0.００５重量％以下，Ｏ：0.００２０重量％以下，となるようにそれぞれを規制し、かつ、Ｃ，Ｎ，Ｐについては、Ｃ：0.００８重量％以下，Ｎ：0.０１５重量％以下，Ｐ：0。０２０重量％以下をそれぞれが満足し、しかも、その範囲内でＣ，Ｎ，Ｐの含有量が異なっている各種のＦｅ−Ｃｒ系合金材料を製造した。
【００１６】
そして、これらの合金材料に対し、圧延後５〜１０％の加工率で冷間引き抜きし、温度８５０℃で２時間の磁気焼鈍を行い、それぞれのＨｃ値を測定した。
その結果を、ＣとＮとＰの合計量との関係で図１に示した。
図１から明らかなように、上記した組成のＦｅ−Ｃｒ系合金材料において、Ｈｃが1.６Ｏｅ以下となるような磁気特性を付与する場合には、不純物であるＣ，Ｎ，Ｐを総量で0.０３０重量％以下に制限すべきであることがわかる。
【００１７】
すなわち、Ｆｅ−１３％ＣｒをベースとするＦｅ−Ｃｒ系合金材料において、そのＨｃ値を1.６Ｏｅ以下にするためには、その合金材料に含有されてくる不純物であるＣ，Ｎ，Ｐの総量が0.０３０重量％以下となるように制御すべきであることが判明した。
(2) Ａｌの影響
次に、表１で示した組成の合金を３種類製造し、圧延後５〜１０％の加工率で冷間引き抜きし、これらの合金につき、温度８５０℃で２時間の磁気焼鈍を行ったのちＨｃを測定した。その結果を表１に示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】
これらの合金は、いずれも、Ｃ＋Ｎ＋Ｐ値は0.０３０重量％以下のものである。しかし、合金(2)と合金(3)を比較して明らかなように、合金(3)は磁気特性を低下させる不純物であるＭｎが合金(2)より多いにもかかわらず、Ｈｃ値は0.５０Ｏｅと非常に小さい値を示している。また合金(1)と合金(2)を比較すると、Ｍｎ量が少ない合金(1)の方がＨｃ値は大きくなっている。
【００２０】
一方、Ａｌの含有量に着目すると、Ａｌの含有量が増加するにつれてＨｃ値は小さくなっている。このようなことから、Ａｌの含有量の多寡は合金のＨｃ値に大きな影響を与えているものと推定された。
そこで、本発明者は、合金(3)において、Ｃ＋Ｎ＋Ｐ値を0.０２０〜0.０３０重量％の範囲内に制御した状態でＡｌ含有量を変化させて各種の合金(3)を製造し、これら合金(3)につき、圧延後５〜１０％の加工率で冷間引き抜きし、温度８５０℃で２時間の磁気焼鈍を行いそれらのＨｃ値を測定した。その結果を図２に示した。
【００２１】
図２から明らかなように、Ｃ＋Ｎ＋Ｐ値が0.０２０〜0.０３０重量％に制限されている合金(3)において、そのＨｃ値を1.６Ｏｅ以下にしようとする場合には、Ａｌの含有量を0.０５重量％以上にすべきであることがわかる。
しかし、Ａｌの含有量が多くなりすぎると、合金(3)の硬度が高くなって冷鍛加工性に難が生ずるだけではなく、合金(3)の内部にＡｌ2Ｏ3が析出しはじめていることが確認された。とくに、Ａｌ含有量が0.１０重量％より多くなると、このＡｌ2Ｏ3の分布量は増加しており、そのため、冷鍛加工率が増大したときにこのＡｌ2Ｏ3を起点にして表層部に微小のワレやカケなどが発生してきた。このようなことから、Ａｌの含有量の上限値は0.１０重量％に設定すべきであることが確定された。
【００２２】
(3)考察
以上の実験結果から次のことが明らかとなる。
すなわち、上記した組成のＦｅ−１３％Ｃｒ系合金材料においてそのＨｃ値を1.６Ｏｅ以下に制御するためには、不純物として含有されてくるＣ，Ｎ，Ｐを、Ｃ＋Ｎ＋Ｐ値が0.０３０重量％以下となるように制限すべきであり、また磁気特性の向上成分であるＡｌは、その含有量を0.０５重量％以上に設定すべきであるということである。
【００２３】
そして、一方の冷鍛加工性の問題を考えると、Ｃ＋Ｎ＋Ｐ値は上記した値にすることを前提にして、Ａｌの含有量は0.１０重量％以下に制限すべきであるということである。
換言すれば、Ｆｅ−１３％Ｃｒ系合金材料の場合、Ｃ＋Ｎ＋Ｐ値を0.０３０重量％以下、Ａｌ値を0.０５〜0.１０重量％に制限することにより、そのＦｅ−１３％Ｃｒ系合金材料のＨｃ値を1.６Ｏｅ以下にすることができ、また冷鍛加工性も十分に確保できることが判明した。
【００２４】
以上の知見から、本発明者は、Ｃｒ：１２．５０〜１３．５０重量％，Ａｌ：０．０５〜０．１０重量％，Ｓｉ：０．０９重量％以下，Ｍｎ：０．２５重量％以下，Ｎｉ：０．１５重量％以下，Ｓ：０．００５重量％以下，Ｏ：０．００２０重量％以下，Ｃ：０．００８重量％以下，Ｎ：０．０１５０重量％以下，Ｐ：０．０２０重量％以下，Ｃ，Ｎ，Ｐの合計量が０．０３０重量％以下，残部がＦｅから成るＦｅ−Ｃｒ系合金鋼を開発するに至ったのである。
【００２５】
上記した合金組成において、Ｃｒはこの合金の基本成分であって、耐食性の確保に寄与する成分である。その含有量が１2.５０重量％より少なくなると、耐食性が低下してその合金を例えば燃料噴射電子制御装置のハウジング部品に用いた場合には早期の運転段階で腐食してしまう。また含有量を１3.５０重量％より多くしても耐食性は飽和状態に達するだけであって、徒に合金のコストを上昇させることになってしまう。
【００２６】
Ａｌは、前記したように、合金のＨｃ値を1.６Ｏｅ以下に下げるために積極的に配合される成分である。Ａｌ含有量が0.０５重量％より少ない場合には、得られた合金のＨｃ値は1.６Ｏｅより大きくなってしまう。しかし、このＡｌ含有量が0.１０重量％より多くなると、Ｈｃ値はより一層小さくなるものの、他方では、合金の内部にＡｌ2Ｏ3が折出分布しはじめて、冷鍛加工性が悪くなる。このようなことから、本発明においては、Ａｌ含有量は0.０５〜0.１０重量％の範囲内に設定される。
【００２７】
本発明のＦｅ−１３％Ｃｒ系合金におけるＳｉ，Ｍｎ，Ｎｉなどの金属成分は、できるだけ少なくすべきであるが、前記したように、合金の溶製時に用いる原料などから不純物として混入してくる。
そして、これらの成分の含有量が増加すると、合金の靱性が低下して、結局、冷鍛加工性の低下が引き起こされる。
【００２８】
そのため、これらの成分については、Ｓｉ：０.０９重量％以下，より好ましくは０.０５重量％以下，Ｍｎ：０.２５重量％以下，Ｎｉ：０.１５重量％以下にすることが好ましい。
Ｏ，Ｓもまたできるだけ少なくすべきである。しかし、これらはいずれも不純物として合金に含有されてくる成分であって、含有量を０にすることは事実上不可能である。そして、その含有量が増加していくと、前記した合金成分の場合と同じように、合金の靱性や熱間加工性が低下して、結局は冷鍛加工性の低下が引き起こされるので、その含有量は、Ｏ：０.００２０重量％以下，Ｓ：０.００５重量％以下に制御されることが好ましい。
【００２９】
さて、本発明の合金組成において、Ｃ，Ｎ，Ｐもできるだけ少なくすべきである。しかし、合金にはこれら不純物は不可避的に含有されてくる。そして、その含有量が増加するにつれて、合金の磁気特性は低下していき、また冷鍛加工性の低下も認められるようになる。
そのため、前記した図１で示したように、目的とする合金のＨｃ値が1.６Ｏｅ以下にする場合には、Ｃ＋Ｎ＋Ｐ値を０．０３０重量％以下に設定することが必要である。その場合、Ｃ，Ｎ，Ｐの個々の含有量は、それらの合計量が上記した値（０．０３０重量％以下）を満足するような値であればよい。具体的には、Ｃ：０．０１０重量％以下，Ｎ：０．０１５０重量％以下，Ｐ：０．０２０重量％以下に設定される。
【００３０】
本発明のＦｅ−Ｃｒ系合金の製造に際しては、まず、従来と同じように、Ｆｅ−Ｃｒ系合金のスクラップを例えばアーク溶解炉で溶解し、その溶鋼に対し、所定の操業条件下においてＶＯＤ精錬や真空式ＡＯＤ精錬を行って成分調整する。そして、得られた溶鋼を連続鋳造または造塊し、圧延後例えば加工率５〜１０％の冷間引き抜きを行ったのち、例えば温度８５０℃で２時間の磁気焼鈍を行って製造される。
【００３１】
【実施例】
実施例１〜８，比較例１〜５
表１で示した各種組成のＦｅ−１３％Ｃｒ系合金を製造し、これら合金を圧延後加工率５〜１０％で冷間引き抜きしたのち、温度８５０℃で２時間の磁気焼鈍を行い、それぞれのＨｃ値を測定した。その結果を一括して表２に示した。また、得られた合金の表面観察を行い、その結果を表２に示した。
【００３２】
【表２】
【００３３】
表２で示した結果から以下のことが明らかである。
1)Ｃ＋Ｎ＋Ｐ値が0.０３０重量％より大きい合金（比較例１，２）は、いずれも、Ｈｃ値が2.０Ｏｅより大きくなっている。
2)Ｃ＋Ｎ＋Ｐ値が0.０３０重量％より小さくても、Ａｌ含有量が0.０５重量％より少ない合金（比較例３，４）の場合は、いずれも、Ｈｃ値が1.６Ｏｅより大きくなってしまう。
【００３４】
3)実施例１〜８および比較例５から明らかなように、合金のＨｃ値を1.６Ｏｅより小さくするためには、Ｃ＋Ｎ＋Ｐ値を0.０３０重量％以下に制限し、かつＡｌ含有量を0.０５重量％以上に設定すべきことがわかる。
4)しかし、比較例５から明らかなように、Ａｌ含有量が0.１０重量％を超えると、Ｈｃ値は確かに1.６Ｏｅより小さくなるが、他方では内部にＡｌ2Ｏ3が分布しはじめるようになって冷鍛加工性の悪くなることが推定される。したがって、冷鍛加工性も確保しようとした場合には、Ａｌ含有量の上限は0.１０重量％に設定すべきことがわかる。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明のＦｅ−１３％Ｃｒ合金材料は、Ｈｃ値が1.６Ｏｅ以下の値であり、しかも冷鍛加工性も良好な水準が確保されている。したがって、自動車エンジンの電子制御燃料噴射装置のハウジング部品を冷鍛加工で製造するときの材料としてその工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｆｅ−１３％Ｃｒ合金材料におけるＣ＋Ｎ＋Ｐ値とＨｃ値との関係を示すグラフである。
【図２】Ａｌ含有量とＨｃ値との関係を示すグラフである。
【発明の属する技術分野】
本発明はＦｅ−Ｃｒ系軟質磁性材料に関し、更に詳しくは、保磁力（Ｈｃ）が1.６Ｏｅ以下であり、しかも冷鍛加工性に優れているＦｅ−Ｃｒ系軟質磁性材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車エンジンの電子制御燃料噴射装置のハウジング部品を構成する材料としては、燃料中の腐食性成分（例えばＳ）と接触する関係から優れた耐食性を有するとともに、燃料噴射のｏｎ−ｏｆｆ動作を迅速に実施させるために磁気特性の優れている材料であることが好適とされる。
【０００３】
そして、上記した磁気特性に関しては、最大透磁率（μｍ）が大きく、飽和時速密度（Ｇ）が大きく、また保磁力（Ｈｃ）が小さいことを好適とする。とりわけ、迅速なｏｎ−ｏｆｆ動作を実現させるためには、Ｈｃが小さければ小さいほど好適である。
また、この材料の場合、棒材などを例えば切削加工して所定形状のハウジング部品にすることを考えると、加工性に優れた材料であることが好ましい。
【０００４】
このように、上記したハウジング部品の材料としては、耐食性に優れていることは勿論のこと、磁気特性が優れており（例えばＨｃが小さい）、しかも加工性に優れていることが要求されることになる。
このような要求に応える材料としては、Ｆｅ−１３％Ｃｒを典型的な組成例とするＦｅ−Ｃｒ系合金が広く用いられている。この材料は、従来から電磁弁や電磁ポンプの材料として用いられている軟磁性のフェライト系ステンレス鋼であって、Ｃｒ成分の働きで耐食性に優れているからである。
【０００５】
このＦｅ−Ｃｒ系合金材料を製造する場合、例えば所定の原料をアーク溶解炉で溶解し、ついで得られた溶鋼にＶＯＤ精錬や真空式ＡＯＤ精錬を行って目的とする合金鋼組成に調整したのち、その溶鋼を鋳造し、更に得られたインゴットに所定条件下で磁気焼鈍が行われる。
そして得られた素材に対し、例えば切削加工を行うことにより目的形状のハウジング部品が製造されている。
【０００６】
このとき、アーク溶解炉に投入される原料には、通常、Ｆｅ−Ｃｒ系合金鋼のスクラップが用いられている。そして精錬時においては、材料に要求される性能との関係で各種の成分が添加されたり、また除去されたりする。
例えば、ＳやＰｂなどの快削元素を積極的に添加することにより、得られた材料の切削加工性を高めることが行われる。しかし、これら快削元素の添加量が多くなると、得られる材料の磁気特性は低下していく傾向を示すので、磁気特性を高めるために、更にＳｉやＡｌなどの元素が積極的に添加される。しかしながら、ＳｉやＡｌの添加量が多くなりすぎると、得られる材料の切削加工性は低下する傾向を示すので、従来のＦｅ−Ｃｒ系合金材料では、上記した快削元素の添加量とＳｉやＡｌの添加量を適正な値に制御することにより、切削加工性と磁気特性のバランスをとるという方策が採用されている。
【０００７】
また、この合金鋼を溶製するときに、用いるスクラップ原料には、Ｎｉ，Ｍｎなどの金属成分が不純物として含有されている場合があるが、そのような場合には、溶鋼にこれら不純物が混入してくる。そして、これら金属成分の混入量が多くなると、得られる合金鋼は、その加工性が低下する。
更に、この合金鋼の場合、溶製の過程で不可避的に、Ｎ，Ｏ，Ｐ，Ｃなどが混入する。そして、これらのうち、Ｃ，Ｐ，Ｎはいずれも合金鋼の磁気特性に悪影響を与える成分であって、これらの混入量が多くなると、Ｈｃ値は大きくなっていく。したがって、Ｈｃ値が小さい合金鋼を得るためには、合金鋼におけるＣ，Ｐ，Ｎの含有量を可能な限り少なくすることが好適となる。
【０００８】
このようなことから、Ｈｃ値が小さく、しかも切削加工性が良好な合金鋼を製造するためには、まず、スクラップ原料としてＮｉ，Ｍｎなどの不純物が少ないものを用い、また精錬時に、脱炭，脱窒処理などの条件を適正に選定することにより、Ｈｃ値を大きくするＣ，Ｎ，Ｐなどを極力除去することが行われている。その結果、現在、ハウジング部品の材料としては、例えば、Ｃｒ：１2.５〜１3.０重量％，Ｓｉ：0.７０〜0.９０重量％，Ｍｎ：0.２０〜0.３０重量％，Ｐｂ：0.１０〜0.２０重量％，Ａｌ：0.２５〜0.３５重量％，Ｓ：0.０１０〜0.０２５重量％，Ｃ：0.００４〜0.０１０重量％，Ｎ：0.０１１〜0.０１７重量％，Ｐ：0.０１５〜0.０２５重量％，残部がＦｅから成る組成のＦｅ−Ｃｒ系合金材料が用いられている。この組成の材料は、温度８５０℃で２時間の磁気焼鈍後におけるＨｃ値が0.６〜1.２Ｏｅ程度であり、また切削加工性も良好な材料である。
【０００９】
ところで、最近は、Ｆｅ−Ｃｒ系合金材料の線材から前記したハウジング部品を加工するときに、切削加工ではなく、当該線材を直接冷鍛加工してハウジング部品にするということが行われている。それは、製造コストの低減を実現することができるからである。
このようなことから、Ｆｅ−Ｃｒ系合金材料に対しては、Ｈｃ値が小さいことと並んで、冷鍛加工性に優れた材料であることが要求されはじめている。
【００１０】
また、Ｈｃ値に関しても、電子制御燃料噴射装置における燃料噴射のｏｎ−ｏｆｆ動作を一層確実にかつ一層迅速に実施させるために、Ｈｃ値はますます小さい値である材料への要求が強まり、具体的には、Ｈｃ値として1.６Ｏｅを上限とする要求がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
例えば、前記した組成のＦｅ−Ｃｒ系合金材料につき、その冷鍛加工性を高めようとする場合には、Ｍｎ，Ｓｉなどの金属成分やＰｂなどの快削元素の含有量を極力抑制し、また、磁気特性には好影響を与えるが加工性には悪影響を与えるＳｉ，Ａｌなどの含有量も極力抑制し、更には、上記成分量を抑制することに対応して、Ｃ，Ｎ，Ｐなどの不純物成分の含有量も抑制して、基本的には、Ｆｅ−１３％Ｃｒのみの組成にすれば効果的である。
【００１２】
しかしながら、その場合には、確かに冷鍛加工性の向上はもたらされるものの、他方では磁気特性、とりわけＨｃ値は大きくなり、しかもＨｃ値のロット間におけるばらつきが大きくなるという問題が生じてくる。
例えば、前記した組成のＦｅ−Ｃｒ系合金材料を、次のような組成、すなわち、Ｃｒ：１2.５〜１3.５重量％，Ｓｉ：0.０１〜0.０６重量％，Ｍｎ：0.１５〜0.３０重量％，Ｐｂは含有せず，Ａｌ：0.０３〜0.０８重量％，Ｓ：0.００２〜0.０１０重量％，Ｃ：0.００２〜0.０１０重量％，Ｎ：0.０１０〜0.０１８重量％，Ｐ：0.０１０〜0.０２０重量％，残部はＦｅにすると、そのＦｅ−Ｃｒ系合金材料の冷鍛加工性は向上するものの、他方では、温度８５０℃で２時間の磁気焼鈍後におけるＨｃ値は0.６〜2.５Ｏｅの範囲でばらつき、確実にＨｃ値1.６Ｏｅ以下という要求には到底対応できなくなるという問題が生じている。
【００１３】
本発明は、従来のＦｅ−Ｃｒ系合金材料の場合には、磁気特性と切削加工性のバランスをとってその組成および不純物制御がなされていたことと異なり、磁気特性と冷鍛加工性とのバランスの観点から合金設計が成されているＦｅ−Ｃｒ系合金材料であって、Ｈｃは確実に1.６Ｏｅ以下の値を示し、また冷鍛加工性も良好なＦｅ−Ｃｒ系軟質磁性材料の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、Ｃｒ：１２．５０〜１３．５０重量％，Ａｌ：０．０５〜０．１０重量％，Ｓｉ：０．０９重量％以下，Ｍｎ：０．２５重量％以下，Ｎｉ：０．１５重量％以下，Ｓ：０．００５重量％以下，Ｏ：０．００２０重量％以下，Ｃ：０．０１０重量％以下，Ｎ：０．０１５０重量％以下，Ｐ：０．０２０重量％以下，Ｃ，Ｎ，Ｐの合計量が０．０３０重量％以下，残部がＦｅから成ることを特徴とする、冷鍛加工性に優れるＦｅ−Ｃｒ系軟質磁性材料が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の材料を開発するに至る過程を説明する。
(1) Ｃ，Ｎ，ＰのＨｃ値に与える影響
Ｃｒ，Ａｌ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｓ，Ｏについては、Ｃｒ：１2.５０〜１3.５０重量％，Ａｌ：0.０３〜0.０８重量％，Ｍｎ：0.２５重量％以下，Ｓｉ：0.１０重量％以下，Ｓ：0.００５重量％以下，Ｏ：0.００２０重量％以下，となるようにそれぞれを規制し、かつ、Ｃ，Ｎ，Ｐについては、Ｃ：0.００８重量％以下，Ｎ：0.０１５重量％以下，Ｐ：0。０２０重量％以下をそれぞれが満足し、しかも、その範囲内でＣ，Ｎ，Ｐの含有量が異なっている各種のＦｅ−Ｃｒ系合金材料を製造した。
【００１６】
そして、これらの合金材料に対し、圧延後５〜１０％の加工率で冷間引き抜きし、温度８５０℃で２時間の磁気焼鈍を行い、それぞれのＨｃ値を測定した。
その結果を、ＣとＮとＰの合計量との関係で図１に示した。
図１から明らかなように、上記した組成のＦｅ−Ｃｒ系合金材料において、Ｈｃが1.６Ｏｅ以下となるような磁気特性を付与する場合には、不純物であるＣ，Ｎ，Ｐを総量で0.０３０重量％以下に制限すべきであることがわかる。
【００１７】
すなわち、Ｆｅ−１３％ＣｒをベースとするＦｅ−Ｃｒ系合金材料において、そのＨｃ値を1.６Ｏｅ以下にするためには、その合金材料に含有されてくる不純物であるＣ，Ｎ，Ｐの総量が0.０３０重量％以下となるように制御すべきであることが判明した。
(2) Ａｌの影響
次に、表１で示した組成の合金を３種類製造し、圧延後５〜１０％の加工率で冷間引き抜きし、これらの合金につき、温度８５０℃で２時間の磁気焼鈍を行ったのちＨｃを測定した。その結果を表１に示す。
【００１８】
【表１】
これらの合金は、いずれも、Ｃ＋Ｎ＋Ｐ値は0.０３０重量％以下のものである。しかし、合金(2)と合金(3)を比較して明らかなように、合金(3)は磁気特性を低下させる不純物であるＭｎが合金(2)より多いにもかかわらず、Ｈｃ値は0.５０Ｏｅと非常に小さい値を示している。また合金(1)と合金(2)を比較すると、Ｍｎ量が少ない合金(1)の方がＨｃ値は大きくなっている。
【００２０】
一方、Ａｌの含有量に着目すると、Ａｌの含有量が増加するにつれてＨｃ値は小さくなっている。このようなことから、Ａｌの含有量の多寡は合金のＨｃ値に大きな影響を与えているものと推定された。
そこで、本発明者は、合金(3)において、Ｃ＋Ｎ＋Ｐ値を0.０２０〜0.０３０重量％の範囲内に制御した状態でＡｌ含有量を変化させて各種の合金(3)を製造し、これら合金(3)につき、圧延後５〜１０％の加工率で冷間引き抜きし、温度８５０℃で２時間の磁気焼鈍を行いそれらのＨｃ値を測定した。その結果を図２に示した。
【００２１】
図２から明らかなように、Ｃ＋Ｎ＋Ｐ値が0.０２０〜0.０３０重量％に制限されている合金(3)において、そのＨｃ値を1.６Ｏｅ以下にしようとする場合には、Ａｌの含有量を0.０５重量％以上にすべきであることがわかる。
しかし、Ａｌの含有量が多くなりすぎると、合金(3)の硬度が高くなって冷鍛加工性に難が生ずるだけではなく、合金(3)の内部にＡｌ2Ｏ3が析出しはじめていることが確認された。とくに、Ａｌ含有量が0.１０重量％より多くなると、このＡｌ2Ｏ3の分布量は増加しており、そのため、冷鍛加工率が増大したときにこのＡｌ2Ｏ3を起点にして表層部に微小のワレやカケなどが発生してきた。このようなことから、Ａｌの含有量の上限値は0.１０重量％に設定すべきであることが確定された。
【００２２】
(3)考察
以上の実験結果から次のことが明らかとなる。
すなわち、上記した組成のＦｅ−１３％Ｃｒ系合金材料においてそのＨｃ値を1.６Ｏｅ以下に制御するためには、不純物として含有されてくるＣ，Ｎ，Ｐを、Ｃ＋Ｎ＋Ｐ値が0.０３０重量％以下となるように制限すべきであり、また磁気特性の向上成分であるＡｌは、その含有量を0.０５重量％以上に設定すべきであるということである。
【００２３】
そして、一方の冷鍛加工性の問題を考えると、Ｃ＋Ｎ＋Ｐ値は上記した値にすることを前提にして、Ａｌの含有量は0.１０重量％以下に制限すべきであるということである。
換言すれば、Ｆｅ−１３％Ｃｒ系合金材料の場合、Ｃ＋Ｎ＋Ｐ値を0.０３０重量％以下、Ａｌ値を0.０５〜0.１０重量％に制限することにより、そのＦｅ−１３％Ｃｒ系合金材料のＨｃ値を1.６Ｏｅ以下にすることができ、また冷鍛加工性も十分に確保できることが判明した。
【００２４】
以上の知見から、本発明者は、Ｃｒ：１２．５０〜１３．５０重量％，Ａｌ：０．０５〜０．１０重量％，Ｓｉ：０．０９重量％以下，Ｍｎ：０．２５重量％以下，Ｎｉ：０．１５重量％以下，Ｓ：０．００５重量％以下，Ｏ：０．００２０重量％以下，Ｃ：０．００８重量％以下，Ｎ：０．０１５０重量％以下，Ｐ：０．０２０重量％以下，Ｃ，Ｎ，Ｐの合計量が０．０３０重量％以下，残部がＦｅから成るＦｅ−Ｃｒ系合金鋼を開発するに至ったのである。
【００２５】
上記した合金組成において、Ｃｒはこの合金の基本成分であって、耐食性の確保に寄与する成分である。その含有量が１2.５０重量％より少なくなると、耐食性が低下してその合金を例えば燃料噴射電子制御装置のハウジング部品に用いた場合には早期の運転段階で腐食してしまう。また含有量を１3.５０重量％より多くしても耐食性は飽和状態に達するだけであって、徒に合金のコストを上昇させることになってしまう。
【００２６】
Ａｌは、前記したように、合金のＨｃ値を1.６Ｏｅ以下に下げるために積極的に配合される成分である。Ａｌ含有量が0.０５重量％より少ない場合には、得られた合金のＨｃ値は1.６Ｏｅより大きくなってしまう。しかし、このＡｌ含有量が0.１０重量％より多くなると、Ｈｃ値はより一層小さくなるものの、他方では、合金の内部にＡｌ2Ｏ3が折出分布しはじめて、冷鍛加工性が悪くなる。このようなことから、本発明においては、Ａｌ含有量は0.０５〜0.１０重量％の範囲内に設定される。
【００２７】
本発明のＦｅ−１３％Ｃｒ系合金におけるＳｉ，Ｍｎ，Ｎｉなどの金属成分は、できるだけ少なくすべきであるが、前記したように、合金の溶製時に用いる原料などから不純物として混入してくる。
そして、これらの成分の含有量が増加すると、合金の靱性が低下して、結局、冷鍛加工性の低下が引き起こされる。
【００２８】
そのため、これらの成分については、Ｓｉ：０.０９重量％以下，より好ましくは０.０５重量％以下，Ｍｎ：０.２５重量％以下，Ｎｉ：０.１５重量％以下にすることが好ましい。
Ｏ，Ｓもまたできるだけ少なくすべきである。しかし、これらはいずれも不純物として合金に含有されてくる成分であって、含有量を０にすることは事実上不可能である。そして、その含有量が増加していくと、前記した合金成分の場合と同じように、合金の靱性や熱間加工性が低下して、結局は冷鍛加工性の低下が引き起こされるので、その含有量は、Ｏ：０.００２０重量％以下，Ｓ：０.００５重量％以下に制御されることが好ましい。
【００２９】
さて、本発明の合金組成において、Ｃ，Ｎ，Ｐもできるだけ少なくすべきである。しかし、合金にはこれら不純物は不可避的に含有されてくる。そして、その含有量が増加するにつれて、合金の磁気特性は低下していき、また冷鍛加工性の低下も認められるようになる。
そのため、前記した図１で示したように、目的とする合金のＨｃ値が1.６Ｏｅ以下にする場合には、Ｃ＋Ｎ＋Ｐ値を０．０３０重量％以下に設定することが必要である。その場合、Ｃ，Ｎ，Ｐの個々の含有量は、それらの合計量が上記した値（０．０３０重量％以下）を満足するような値であればよい。具体的には、Ｃ：０．０１０重量％以下，Ｎ：０．０１５０重量％以下，Ｐ：０．０２０重量％以下に設定される。
【００３０】
本発明のＦｅ−Ｃｒ系合金の製造に際しては、まず、従来と同じように、Ｆｅ−Ｃｒ系合金のスクラップを例えばアーク溶解炉で溶解し、その溶鋼に対し、所定の操業条件下においてＶＯＤ精錬や真空式ＡＯＤ精錬を行って成分調整する。そして、得られた溶鋼を連続鋳造または造塊し、圧延後例えば加工率５〜１０％の冷間引き抜きを行ったのち、例えば温度８５０℃で２時間の磁気焼鈍を行って製造される。
【００３１】
【実施例】
実施例１〜８，比較例１〜５
表１で示した各種組成のＦｅ−１３％Ｃｒ系合金を製造し、これら合金を圧延後加工率５〜１０％で冷間引き抜きしたのち、温度８５０℃で２時間の磁気焼鈍を行い、それぞれのＨｃ値を測定した。その結果を一括して表２に示した。また、得られた合金の表面観察を行い、その結果を表２に示した。
【００３２】
【表２】
表２で示した結果から以下のことが明らかである。
1)Ｃ＋Ｎ＋Ｐ値が0.０３０重量％より大きい合金（比較例１，２）は、いずれも、Ｈｃ値が2.０Ｏｅより大きくなっている。
2)Ｃ＋Ｎ＋Ｐ値が0.０３０重量％より小さくても、Ａｌ含有量が0.０５重量％より少ない合金（比較例３，４）の場合は、いずれも、Ｈｃ値が1.６Ｏｅより大きくなってしまう。
【００３４】
3)実施例１〜８および比較例５から明らかなように、合金のＨｃ値を1.６Ｏｅより小さくするためには、Ｃ＋Ｎ＋Ｐ値を0.０３０重量％以下に制限し、かつＡｌ含有量を0.０５重量％以上に設定すべきことがわかる。
4)しかし、比較例５から明らかなように、Ａｌ含有量が0.１０重量％を超えると、Ｈｃ値は確かに1.６Ｏｅより小さくなるが、他方では内部にＡｌ2Ｏ3が分布しはじめるようになって冷鍛加工性の悪くなることが推定される。したがって、冷鍛加工性も確保しようとした場合には、Ａｌ含有量の上限は0.１０重量％に設定すべきことがわかる。
【００３５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明のＦｅ−１３％Ｃｒ合金材料は、Ｈｃ値が1.６Ｏｅ以下の値であり、しかも冷鍛加工性も良好な水準が確保されている。したがって、自動車エンジンの電子制御燃料噴射装置のハウジング部品を冷鍛加工で製造するときの材料としてその工業的価値は大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｆｅ−１３％Ｃｒ合金材料におけるＣ＋Ｎ＋Ｐ値とＨｃ値との関係を示すグラフである。
【図２】Ａｌ含有量とＨｃ値との関係を示すグラフである。
Claims (2)
- Ｃｒ：１２.５０〜１３.５０重量％，Ａｌ：０．０５〜０．１０重量％，Ｓｉ：０．０９重量％以下，Ｍｎ：０．２５重量％以下，Ｎｉ：０．１５重量％以下，Ｓ：０．００５重量％以下，Ｏ：０．００２０重量％以下，Ｃ：０．０１０重量％以下，Ｎ：０．０１５０重量％以下，Ｐ：０．０２０重量％以下，Ｃ，Ｎ，Ｐの合計量が０．０３０重量％以下，残部がＦｅから成ることを特徴とする、冷鍛加工性に優れるＦｅ−Ｃｒ系軟質磁性材料。
- Ｃｒ：１２ . ５０〜１３ . ５０重量％，Ａｌ：０ . ０５〜０ . １０重量％，Ｓｉ：０ . ０５重量％以下，Ｍｎ：０ . ２５重量％以下，Ｎｉ：０ . １５重量％以下，Ｓ：０ . ００５重量％以下，Ｏ：０ . ００２０重量％以下，Ｃ：０ . ０１０重量％以下，Ｎ：０ . ０１５０重量％以下，Ｐ：０ . ０２０重量％以下，Ｃ，Ｎ，Ｐの合計量が０ . ０３０重量％以下，残部がＦｅである請求項１の冷鍛加工性に優れるＦｅ−Ｃｒ系軟質磁性材料。
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