JP4266336B2 - 熱間鍛造性、磁気特性および被削性に優れた軟磁性鋼材と、磁気特性に優れた軟磁性鋼部品およびその製造方法 - Google Patents
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5<[Ti]/[N]<20
{[Ti]はTi含有量(質量%)、[N]はN含有量(質量%)を示す}
を満たし、金属組織がフェライト単相組織であり、該フェライト結晶粒内に、
平均粒径が0.5〜2μmの硫化物が1〜10個/100μm2析出し、
平均粒径が10μmを超える酸化物が200個/鋼4g以下であるところに特徴を有するものである。尚、上記平均粒径とは、短径と長径の平均値を意味する。
5<[Ti]/[N]<20
{[Ti]はTi含有量(質量%)、[N]はN含有量(質量%)を示す}
を満たし、金属組織が平均結晶粒径100μm以上のフェライト単相組織であり、該フェライト結晶粒内に、平均粒径が0.5〜2μmの硫化物が1〜10個/100μm2析出し、平均粒径が10μmを超える酸化物が200個/鋼4g以下であるところに特徴を有する。
(a)所定サイズの硫化物を所定の密度で分散析出させること、および
(b)巨大な酸化物の発生を抑制すること
が有効であることを見出し、本発明を完成した。以下、上記(a)、(b)の具体的条件について詳述する。
図4は、炭素量と磁束密度の関係を示したグラフであるが、この図4より、磁界の強さ:5Oeでの磁束密度が約1.5T以上と高レベルの磁気特性を確保するには、炭素量を0.02%以下、好ましくは0.01%以下に抑えるのがよいことがわかる。またCは、鋼中に固溶してひずみ時効を促進させる元素でもあるため、該作用を抑制する観点から炭素量を上記範囲内に抑えるのがよい。
Siは、溶製時に脱酸剤として作用し、磁気特性に有害な酸化物を除去する効果をもたらす。また、フェライトを硬化させて被削性を改善する作用も有する。これらの効果を発揮させるべく0.01%以上含有させてもよいが、多量に含有させると、生成したSi酸化物が鋼材に残留し、切削工具の寿命を著しく低下させるおそれがある。従って、Si量の上限を0.1%とした。好ましくは0.05%以下である。
Mnは、脱酸剤として作用するとともに、鋼中のS(硫黄)をMnSとして固定することで高温脆化を抑制するのに有効な元素である。従って、0.1%以上、好ましくは0.15%以上含有させるのがよい。しかしMn含有量が増大すると、磁気特性が低下するため0.5%以下に抑える。好ましくは0.3%以下である。
P(リン)は、粒界偏析を起こして磁気特性の低下を招く元素であるので、0.02%以下に抑えて磁気特性の改善を図るのがよい。好ましくはP含有量を0.01%以下にする。
S(硫黄)は、MnSを形成して被削性の向上に寄与する元素である。この様な効果を発揮させるには0.02%を超えるSを含有させるのがよく、好ましくは0.03%以上である。しかしS含有量が過剰になると、硫化物が過剰に析出して磁気特性を低下させたり、鍛造割れの原因となるFeS等の硫化物が生成し易くなるので0.15%以下に抑える。好ましくは0.1%以下である。
Alは、固溶NをAlNの形で固定して結晶粒を微細化させる作用がある。結晶粒の微細化は、結果として磁気特性の低下を招くので、Al含有量は0.01%以下に抑えるのがよく、好ましくは0.005%以下である。
Tiは、S(硫黄)をTiSの形で固定して、熱間鍛造時の割れ発生の原因となるFeSの生成を抑制する。また、固溶NをTiNとして固定し、部品成形時の変形抵抗を低減する効果も有する。これらの効果を発揮させるには0.01%以上含有させるのがよく、好ましくは0.02%以上である。
窒化物の生成に寄与しない固溶Nは、フェライト相を脆化させて被削性を向上させる効果を有する。この様な効果を有効に発揮させるには、0.005%超のNを含有させるのがよい。しかし原子半径の小さいN原子やC原子は、Fe結晶格子のすきまに侵入して格子をひずませるため、磁気特性の経時劣化を招く。また、固溶Nが過剰になると、変形抵抗の増大を招いて熱間鍛造時の成形性が低下する。更に、NはAlと結合して窒化物を形成するが、AlNは、上述の通りフェライト結晶粒を微細化して磁気特性を低下させる原因になる。従って、N量は0.01%以下に抑えるのがよく、好ましくは0.008%以下である。
更に本発明では、ひずみ時効硬化の原因となるNとの相対量として、Ti含有量(質量%)を[Ti]とし、N含有量(質量%)を[N]とした場合の[Ti]/[N]が、5<[Ti]/[N]<20を満たすようにする。
O(酸素)は常温では鋼に殆ど固溶せず、AlやSi等と結合して硬質酸化物を形成する。これらの酸化物は、磁気特性を低下させるとともに切削加工時の工具寿命を大幅に縮めるので、O含有量は極力低減するのがよく、0.01%以下、好ましくは0.005%以下、より好ましくは0.002%以下に抑える。
これらの元素は、球状の硫化物を形成するため、磁気特性の低下を抑制しつつ被削性を向上させるのに有効である。また、酸化物を核に生成するこれらの硫化物は、酸化物が直接工具に接触して摩耗が促進するのを防止する。この様な効果を発揮させるには、Caを0.002%以上(より好ましくは0.005%以上)、Mgを0.005%以上(より好ましくは0.008%以上)、Zrを0.03%以上(より好ましくは0.05%以上)含有させるのがよい。
Biは、被削性を高めるのに有効な元素であり、そのためには0.002%以上含有させるのがよい。より好ましくは0.01%以上である。しかし過剰に含有させると、上記FeSと同様に熱間加工時に割れが生じ易くなるので、0.1%以下に抑えるのがよく、より好ましくは0.05%以下である。
合金成分を母相に完全に固溶させるべく高温で加熱することが望ましいが、温度が高すぎると、FeSが母相中に析出して熱間延性が著しく低下するため、フェライト結晶粒の粗大化が部分的に顕著となり、部品成型時の熱間鍛造性が低下する。従って1200℃以下、好ましくは1150℃以下で加熱するのがよい。一方、加熱温度が低すぎると、異なる相が局所的に生成して圧延時に割れが生じるおそれがある。また圧延時のロール負荷が上昇して、設備負担の増大や生産性の低下を招くので、1000℃以上に加熱して圧延を行うのがよい。
微細な析出物を母相へ均一に析出させて、析出物の粒径および密度を本発明で規定する範囲内とするには、仕上げ温度を850℃以上とするのがよい。より好ましくは870℃以上である。
熱間鍛造時に優れた磁気特性を確保するには、熱間圧延後の800〜500℃間の平均冷却速度を10℃/s以下(より好ましくは5℃/s以下、更に好ましくは3℃/s以下)にするのがよい。該冷却速度が速すぎると、原子空孔が増加し熱間鍛造後の磁気特性が低下するため好ましくない。一方、該温度域での冷却速度が遅すぎると、粗大な析出物が形成され易く、生産性も低下するので、0.5℃/s以上(より好ましくは1℃/s以上)とするのがよい。
Claims (10)
- 質量%で(以下同じ)、
C :0.02%以下(0%を含まない)、
Si:0.1%以下(0%を含まない)、
Mn:0.1〜0.5%、
P :0.02%以下(0%を含まない)、
S :0.02超〜0.15%、
Al:0.01%以下(0%を含まない)、
Ti:0.01〜0.1%、
N :0.005超〜0.01%、
O :0.01%以下(0%を含まない)、
残部鉄および不可避不純物からなり、
5<[Ti]/[N]<20
{[Ti]はTi含有量(質量%)、[N]はN含有量(質量%)を示す}
を満たし、金属組織がフェライト単相組織であり、該フェライト結晶粒内に、
平均粒径が0.5〜2μmの硫化物が1〜10個/100μm2析出し、
平均粒径が10μmを超える酸化物が200個/鋼4g以下である
ことを特徴とする軟磁性鋼材。 - 質量%で(以下同じ)、
C :0.02%以下(0%を含まない)、
Si:0.1%以下(0%を含まない)、
Mn:0.1〜0.5%、
P :0.02%以下(0%を含まない)、
S :0.02超〜0.15%、
Al:0.01%以下(0%を含まない)、
Ti:0.01〜0.1%、
N :0.005超〜0.01%、
O :0.01%以下(0%を含まない)、
残部鉄および不可避不純物からなり、
5<[Ti]/[N]<20
{[Ti]はTi含有量(質量%)、[N]はN含有量(質量%)を示す}
を満たし、金属組織がフェライト単相組織であり、該フェライト結晶粒内に、
平均粒径が0.5〜2μmの硫化物が1〜10個/100μm 2 析出し、
平均粒径が10μmを超える酸化物が200個/鋼4g以下である
ことを特徴とする、
1150〜1300℃で圧下率:80%の熱間鍛造を行う際の変形抵抗が150N/mm 2 以下でかつ加工割れ及びバーニングが発生せず、かつ
上記熱間鍛造後における、磁界の強さ:2Oeでの磁束密度が1.1T以上、かつ磁界の強さ:3Oeでの磁束密度が1.25T以上、かつ保磁力が63.2A/m以下であり、かつ
超鋼工具を用いて、切削速度:220m/min、送り速度:0.15mm/rev、切込み量:0.2mmの条件で湿式切削加工を5分間実施したときの工具摩耗量が40μm以下である熱間鍛造性、磁気特性および被削性に優れた軟磁性鋼材。 - 更に他の元素として、
Ca:0.002〜0.01%、
Mg:0.005〜0.02%、および
Zr:0.03〜0.1%
よりなる群から選択される1種以上を含む請求項1または2に記載の軟磁性鋼材。 - 更に他の元素として、Bi:0.002〜0.1%を含む請求項1〜3のいずれかに記載の軟磁性鋼材。
- 質量%で(以下同じ)、
C :0.02%以下(0%を含まない)、
Si:0.1%以下(0%を含まない)、
Mn:0.1〜0.5%、
P :0.02%以下(0%を含まない)、
S :0.02〜0.15%、
Al:0.01%以下(0%を含まない)、
Ti:0.01〜0.1%、
N :0.005〜0.01%、
O :0.01%以下(0%を含まない)、
残部鉄および不可避不純物からなり、
5<[Ti]/[N]<20
{[Ti]はTi含有量(質量%)、[N]はN含有量(質量%)を示す}
を満たし、金属組織が平均結晶粒径100μm以上のフェライト単相組織であり、該フェライト結晶粒内に、平均粒径が0.5〜2μmの硫化物が1〜10個/100μm2析出し、平均粒径が10μmを超える酸化物が200個/鋼4g以下であることを特徴とする軟磁性鋼部品。 - 質量%で(以下同じ)、
C :0.02%以下(0%を含まない)、
Si:0.1%以下(0%を含まない)、
Mn:0.1〜0.5%、
P :0.02%以下(0%を含まない)、
S :0.02〜0.15%、
Al:0.01%以下(0%を含まない)、
Ti:0.01〜0.1%、
N :0.005〜0.01%、
O :0.01%以下(0%を含まない)、
残部鉄および不可避不純物からなり、
5<[Ti]/[N]<20
{[Ti]はTi含有量(質量%)、[N]はN含有量(質量%)を示す}
を満たし、金属組織が平均結晶粒径100μm以上のフェライト単相組織であり、該フェライト結晶粒内に、平均粒径が0.5〜2μmの硫化物が1〜10個/100μm 2 析出し、平均粒径が10μmを超える酸化物が200個/鋼4g以下であることを特徴とする、
磁界の強さ:2Oeでの磁束密度が1.1T以上、かつ磁界の強さ:3Oeでの磁束密度が1.25T以上、かつ保磁力が63.2A/m以下である磁気特性に優れた軟磁性鋼部品。 - 更に他の元素として、
Ca:0.002〜0.01%、
Mg:0.005〜0.02%、および
Zr:0.03〜0.1%
よりなる群から選択される1種以上を含む請求項5または6に記載の軟磁性鋼部品。 - 更に他の元素として、Bi:0.002〜0.1%を含む請求項5〜7のいずれかに記載の軟磁性鋼部品。
- 前記請求項5〜8のいずれかに記載の軟磁性鋼部品を製造する方法であって、前記請求項1〜4のいずれかに記載の鋼材を用いて、1150〜1300℃で熱間鍛造することを特徴とする軟磁性鋼部品の製造方法。
- 前記請求項5〜8のいずれかに記載の軟磁性鋼部品を製造する方法であって、前記請求項1〜4のいずれかに記載の鋼材を用いて、1150〜1300℃で熱間鍛造することを特徴とする、
磁界の強さ:2Oeでの磁束密度が1.1T以上、かつ磁界の強さ:3Oeでの磁束密度が1.25T以上、かつ保磁力が63.2A/m以下である磁気特性に優れた軟磁性鋼部品の製造方法。
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JP2003349853A JP4266336B2 (ja) | 2003-10-08 | 2003-10-08 | 熱間鍛造性、磁気特性および被削性に優れた軟磁性鋼材と、磁気特性に優れた軟磁性鋼部品およびその製造方法 |
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