JP4502889B2 - 冷間鍛造性、切削加工性および交流磁気特性に優れた軟磁性鋼材、交流磁気特性に優れた軟磁性鋼部品ならびにその製造方法 - Google Patents
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Si:2.0%超〜4.0%以下、
Mn:0.2〜1.0%、
P :0.02%以下(0%を含まない)、
S :0.02〜0.10%、
Al:0.05〜2.0%、
Cu:0.01〜0.1%、
Ni:0.01〜0.1%、
Cr:0.01〜0.1%、
N :0.0050%以下(0%を含まない)、
O :0.010%以下(0%を含まない)、
残部:Feおよび不可避不純物からなり、
[Mn]/[S]≧8
{[Mn]はMn含有量(質量%)、[S]はS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る
ところに特徴を有している。
C(炭素)は、鋼材の強度と延性のバランスを支配する基本元素であり、含有量が低減すると強度は低下し、延性は向上する。またCは、鋼中に固溶し、ひずみ時効効果を生じるので極低Cが望ましく、フェライト相の磁気モーメント向上の面からも極低Cとすることが好ましい。よって本発明では、C含有量の上限を0.020%とした。好ましくは0.015%以下である。一方、C量の低減は電気抵抗の低下をもたらし、交流磁気特性を低下させるため、0.004%を下限とする。
Mnは、上記の通りMnS含有析出物を形成して、交流磁気特性や切削加工性の向上に寄与する元素である。また脱酸剤として作用すると共に、鋼中のSと結合しSによる脆化を抑制する効果も有する。この様な効果を発揮させるには、0.2%以上(好ましくは0.25%以上)含有させるのがよい。しかしMn量が増大すると、交流磁気特性が却って低下するため、本発明では1.0%を上限とする。好ましくは0.5%以下である。
P(リン)は、鋼中で粒界偏析を起こして、冷間鍛造性と磁気特性の低下を招く有害元素である。よって本発明では、P含有量を0.02%以下、好ましくは0.01%以下とする必要があり、この様にP量を制限することで、優れた冷間鍛造性や磁気特性を保証することができる。
S(硫黄)は、MnS含有析出物の構成元素であり、該MnS含有析出物を析出させることで、上述の通り交流磁気特性と切削加工性を向上させることができる。よって本発明では、S量を0.02%以上とする。好ましくは0.025%以上である。しかしS量が過剰になると、多量にMnSが析出して冷間鍛造性を著しく劣化させるため、0.10%以下(好ましくは0.08%以下)とする。
〈Ni:0.01〜0.1%〉
〈Cr:0.01〜0.1%〉
Cu、Ni、Crも、フェライト相の電気抵抗を増加させ、渦電流の減衰時定数低減に有効な元素である。この様な効果を有効に発揮させるため、Cu、Ni、Crをそれぞれ0.01%以上含有させる。好ましくはそれぞれ0.02%以上である。しかし、これらの元素が過剰に含まれていると、磁気モーメントが低下して鋼材の磁気特性が劣化するため、それぞれ0.1%以下に抑える。好ましくはそれぞれ0.07%以下である。
N(窒素)は、BやAl等と結合して窒化物を形成するが、これらの元素と窒化物を形成しないNは固溶Nの状態で残存し、結晶構造を歪ませて電気抵抗の増加に寄与する。この様な観点からN量を0.0015%以上含有させることもできるが、固溶Nは、磁気特性を著しく低下させるため極力低減するのがよい。固溶N量の低減には、鋼中全窒素量を低減することが効果的であることから、本発明ではN量の上限を0.0050%とした。好ましくは0.0040%以下である。
O(酸素)は常温では鋼に殆ど固溶せず、硬質の酸化物として存在し、冷間鍛造性と切削加工性を低下させる。更に、磁気焼鈍工程での結晶粒成長を阻害する為、磁気特性を低下させる。ゆえにO含有量は極力低減すべきであり、本発明では0.010%以下に抑える。好ましくは0.005%以下、より好ましくは0.002%以下にするのがよい。
Bは、固溶NをBNの形で固定して、冷間鍛造時の動的ひずみ時効を抑制し、冷間鍛造時の金型寿命を改善する効果を有する。また、Nと結合しなかったBはFe中に固溶し、電気抵抗を増加させて交流での磁気特性を改善する。これらの効果を発揮させる観点からBを含有させてもよく、好ましくは0.0015%以上のBを含有させる。しかしB量が過剰であると、結晶粒界にFe2Bとして析出し、熱間延性の著しい低下を招き、鋼材の製造性が著しく阻害されるため、0.0050%以下(より好ましくは0.0040%以下)とすることが好ましい。
合金成分を母相に完全に固溶させるには、できるだけ高温で加熱することが望ましい。また、本発明の鋼材の様にSiが比較的多く含まれていると、オーステナイト相からフェライト相に変態する温度も一般的な純鉄系材料より高くなるのに対し、加熱温度が低すぎると、異なる相が局所的に生成し圧延時の割れ発生を招く危険性があるからである。また、圧延時のロール負荷が上昇し生産性の低下も招くことにもなる。よって加熱温度は1000℃以上とする。好ましくは1050℃以上である。しかし、1200℃超の高温で長時間保持すると、フェライト結晶粒の粗大化が顕著となり部品成型時の冷間鍛造性が低下するので、加熱温度の上限を1200℃とした。好ましくは1150℃以下である。
熱間圧延における仕上げ圧延温度が低すぎると、ミクロ組織が細粒となりやすく、その後の冷却過程や焼鈍過程で、部分的な異常粒成長(GG)の発生を招く。該GG発生部は、冷間鍛造時の肌荒れや磁気特性のばらつきの原因となるため、均一な整粒を確保する観点から、仕上げ圧延温度を850℃以上(好ましくは900℃以上)とする。上記仕上げ圧延後は、800℃以上の温度で巻取りを完了し、徐冷することが推奨される。低温圧延では結晶粒が細かくなり、結晶粒成長の駆動力が増加するため、異常粒成長部(GG)が生じ易くなるからである。
本発明の軟磁性鋼材および軟磁性鋼部品は、磁気焼鈍を行わなくとも優れた磁気特性を有するが、本発明で要求するレベルのより優れた磁気特性を確保するには、所定の部品形状に成形したのち、真空中または不活性ガス雰囲気中において850℃以上の温度で2時間以上焼鈍し、鋼部品のミクロ組織を、JIS G 0552で規定するフェライト結晶粒度番号:4.0以下のフェライト単相組織とすることが大変有効である。
Claims (6)
- C:0.004〜0.020%(質量%の意味、以下同じ)、
Si:2.0%超〜4.0%以下、
Mn:0.2〜1.0%、
P :0.02%以下(0%を含まない)、
S :0.02〜0.10%、
Al:0.05〜2.0%、
Cu:0.01〜0.1%、
Ni:0.01〜0.1%、
Cr:0.01〜0.1%、
N :0.0050%以下(0%を含まない)、
O :0.010%以下(0%を含まない)、
残部:Feおよび不可避不純物からなり、
[Mn]/[S]≧8
{[Mn]はMn含有量(質量%)、[S]はS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る
ことを特徴とする軟磁性鋼材。 - C:0.004〜0.020%(質量%の意味、以下同じ)、
Si:2.0%超〜4.0%以下、
Mn:0.2〜1.0%、
P :0.02%以下(0%を含まない)、
S :0.02〜0.10%、
Al:0.05〜2.0%、
Cu:0.01〜0.1%、
Ni:0.01〜0.1%、
Cr:0.01〜0.1%、
N :0.0050%以下(0%を含まない)、
O :0.010%以下(0%を含まない)、
残部:Feおよび不可避不純物からなり、
[Mn]/[S]≧8
{[Mn]はMn含有量(質量%)、[S]はS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る
ことを特徴とする、
直径20mm×高さ30mmの試料を用いて端面拘束圧縮(ひずみ速度10/s)を行ったときの、割れが発生しない限界の圧縮率が60%以上であり、かつ
超硬工具を用いて、切削速度:260m/min、送り:0.18mm/rev、切込み:0.2mmの条件で旋削加工を4分20秒実施したときの工具磨耗量が30μm以下であり、かつ
850℃以上で2時間以上焼鈍した後、周波数10kHzにおける磁束密度が0.3T以上である軟磁性鋼材。 - 更に他の元素として、B:0.0050%以下(0%を含まない)を含む請求項1または2に記載の軟磁性鋼材。
- 前記請求項1〜3のいずれかに記載の成分組成を満たし、金属組織が、JISG 0552で規定するフェライト結晶粒度番号で4.0以下のフェライト単相組織であることを特徴とする軟磁性鋼部品。
- 前記請求項1〜3のいずれかに記載の成分組成を満たし、金属組織が、JISG 0552で規定するフェライト結晶粒度番号で4.0以下のフェライト単相組織であることを特徴とする、
周波数10kHzにおける磁束密度が0.3T以上である軟磁性鋼部品。 - 前記請求項4または5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1〜3のいずれかに記載の成分組成を有する鋼材を用い、熱間圧延に際して1000〜1200℃に加熱すると共に仕上圧延温度を850℃以上とし、かつ、所定の部品形状に成型加工後、真空中または不活性ガス雰囲気中において850℃以上で2時間以上焼鈍することを特徴とする軟磁性鋼部品の製造方法。
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