JP6574739B2 - フェライト系ステンレス鋼棒材の保磁力調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、フェライト系ステンレス鋼棒材の保磁力調整方法および電磁部材用フェライト系ステンレス鋼棒材または管材に関する。

ステンレス鋼はさびにくい性質を有するため種々の用途に用いられている。ステンレス鋼はフェライト系、オーステナイト系、マルテンサイト系などに分類される。このうちフェライト系およびマルテンサイト系のステンレス鋼は磁性を有するため、電磁部材、たとえばソレノイドコイルや電磁弁などの磁気回路部分の構成部材にも用いられている。また、フェライト系とマルテンサイト系とでは、前者の方がＣｒの含有量が多いため耐食性に優れている。

従来、電磁部材に用いられるステンレス鋼については、保磁力など要求される磁気特性を達成するために、適量の添加元素を添加して成分を調整することが行われている。これは、磁気的な特性要求が緩い用途に汎用のＳＵＳ４３０が用いられる場合もあるが、高精度な制御が必要な機器向けには、磁気特性の厳しい品質管理が求められていたためである（非特許文献１）。事実、非特許文献１の表１には、汎用のＳＵＳ４３０Ｆは保磁力が２．４２Ａ／ｃｍ（２４２Ａ／ｍ）であり、添加元素により成分調整したステンレス鋼に比べて保磁力が高いことが示されている。

特殊鋼、６３巻、５号、１８−２０頁（２０１４）

しかし、適量の添加元素を添加して成分を調整することによって要求される磁気特性を満たすステンレス鋼を得るには、添加元素の量を厳密に制御する必要があるため、製造上の困難がある。

本発明は、汎用のステンレス鋼棒材を用いて要求される磁気特性を容易に満たすことを実現し、電磁部材への応用を容易にすることを課題とする。

本発明に係るフェライト系ステンレス鋼棒材の保磁力調整方法は、フェライト系ステンレス鋼棒材を、２９０〜３９０℃で１〜３時間予熱した後、昇温して８３０〜８５０℃で２〜６時間磁気焼鈍し、前記磁気焼鈍後に前記フェライト系ステンレス鋼棒材を矯正処理することを特徴とする。

本発明に係る電磁部材用フェライト系ステンレス鋼棒材または管材は、フェライト系ステンレス鋼棒材または前記棒材を切削加工した管材からなり、保磁力が２００Ａ／ｍ以下であることを特徴とする。

本発明によれば、フェライト系ステンレス鋼棒材を、２９０〜３９０℃に予熱した後、昇温して８３０〜８５０℃で磁気焼鈍することによって、その保磁力を２００Ａ／ｍ以下にすることができる。さらに、こうして製造された棒材、またはこの棒材を切削加工するだけで得られた管材を電磁部品用途に応用することができる。

８００℃で４時間の磁気焼鈍を行った後に矯正処理したフェライト系ステンレス鋼棒材のヒステリシスループを示す図。 ８２０℃で４時間の磁気焼鈍を行った後に矯正処理したフェライト系ステンレス鋼棒材のヒステリシスループを示す図。 ８５０℃で４時間の磁気焼鈍を行った後に矯正処理したフェライト系ステンレス鋼棒材のヒステリシスループを示す図。

以下、本発明の実施形態を説明する。

本発明においては、フェライト系ステンレス鋼としてＪＩＳ規格に規定されている汎用品を用いる。具体的なフェライト系ステンレス鋼としては、ＳＵＳ４０５、ＳＵＳ４１０Ｌ、ＳＵＳ４２９、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４３０ＬＸ、ＳＵＳ４３０Ｊ１Ｌ、ＳＵＳ４３０Ｆ、ＳＵＳ４３４、ＳＵＳ４３６Ｌ、ＳＵＳ４３６Ｊ１Ｌ、ＳＵＳ４４４、ＳＵＳ４４５Ｊ１、ＳＵＳ４４５Ｊ２、ＳＵＳ４４７Ｊ１、ＳＵＳＸＭ２７などが挙げられる。

たとえば、上記の鋼種のうち最も汎用性が高いＳＵＳ４３０は、質量％で、Ｃ：０．１２％以下、Ｓｉ：０．７５％以下、Ｍｎ：１．００％以下、Ｐ：０．０４０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：１６．００〜１８．００％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物を含む。

従来は、フェライト系ステンレス鋼を高温で焼鈍すると脆化が起こると考えられていた。

これに対して、本発明者らは、フェライト系ステンレス鋼棒材に対して８３０〜８５０℃の範囲で磁気焼鈍を行えば、脆化を招くことなく保磁力を２００Ａ／ｍ以下にできることを見出し、本発明を完成させた。

本発明においては、熱処理炉において磁気焼鈍を施すためのステンレス鋼棒材を、たとえば以下のようにして準備する。まず、所望の径よりも大きい径を有し、コイル状に巻かれたステンレス鋼線材を用意する。この線材を巻き戻しながら、冷間加工（引き抜きによる伸線）を行い、所望の径を有する線材として、この線材を再びコイル状に巻く。この線材を巻き戻しながら、スピンナーにかけ、線材をねじって直線にする直線加工を行った後、熱処理炉の長さに応じた適切な長さに切断してステンレス鋼棒材を得る。

直線加工された棒材には残留応力が発生しており、これを急速加熱すると加熱歪が発生し保磁力の安定維持に影響を及ぼすため、その加熱歪を軽減することが好ましい。そこで、本発明に係るフェライト系ステンレス鋼棒材の保磁力調整方法においては、磁気焼鈍に先立って、２９０〜３９０℃で予熱をする。予熱時間は、１〜３時間とすることが好ましい。１時間未満だと加熱歪の軽減に至らないおそれがある。一方、３時間をこえて予熱をしても加熱歪を軽減する効果が飽和する。その後、所定の磁気焼鈍の温度域まで昇温する。

本発明に係るフェライト系ステンレス鋼棒材の保磁力調整方法において、磁気焼鈍の温度を８３０〜８５０℃としたのは以下のような理由による。すなわち、８３０℃未満で磁気焼鈍を行うと、磁気焼鈍後のフェライト系ステンレス鋼棒材は保磁力が２００Ａ／ｍ以下になったとしても、その後に矯正機（ロータリ・ストレートナ）を用いて曲りを矯正して真直度を上げるプロセスを適用すると、保磁力が２００Ａ／ｍを超える値に戻るおそれがある。一方、８５０℃を超える温度で磁気焼鈍を行うと、フェライト系ステンレス鋼棒材の脆化が始まる。

磁気焼鈍の時間は、２〜６時間とすることが好ましい。２時間未満の磁気焼鈍ではフェライト系ステンレス鋼棒材の保磁力を十分に低下できないおそれがある。一方、６時間を超えて磁気焼鈍を行っても、フェライト系ステンレス鋼棒材の保磁力を低減させる効果が飽和する。

本発明に係るフェライト系ステンレス鋼の保磁力調整方法においては、磁気焼鈍後のフェライト系ステンレス鋼棒材を室温まで放冷する。

その後、フェライト系ステンレス鋼棒材を矯正機（ロータリ・ストレートナ）にかけて棒材曲りを矯正して真直度を上げる。ロータリ・ストレートナは、２ロール式でも、３ロール以上の多ロール式でもよい。

本発明の方法に従って８３０〜８５０℃で磁気焼鈍を行ったフェライト系ステンレス鋼棒材は、ロータリ・ストレートナによる矯正処理を行った後でも、２００Ａ／ｍ以下の保磁力を維持できる。

本発明に係る電磁部材用フェライト系ステンレス鋼棒材は２００Ａ／ｍ以下を維持している。こうしたフェライト系ステンレス鋼棒材は、必要に応じて外面を切削加工して用いられる。また、フェライト系ステンレス鋼管材は、棒材に対して穴あけ加工を行い、必要に応じて外面の切削加工を行うだけで作製することができる。これらの穴あけ加工や切削加工は、上記の矯正処理に比較してフェライト系ステンレス鋼に加わる応力が小さいため、棒材または管材の保磁力に影響しない。

本発明に係る電磁部材用フェライト系ステンレス鋼棒材または管材は、各種の電磁部材に適用することができる。自動車用の燃料噴射装置の部品を例として挙げる。たとえば棒材はソレノイドコイルの鉄心として使用するバルブおよびリミットスイッチに適用することができる。また、管材は燃料噴射装置のスリーブまたはパイプに適用することができる。

本発明に係る電磁部材用フェライト系ステンレス鋼棒材または管材は、汎用のステンレス鋼棒材からなっているにも関わらず、所定の磁気焼鈍によって要求される磁気特性を容易に満たすことができ、電磁部材に容易に適用できる。

以下、本発明の実施例を説明する。
まず、所望の径よりも大きい径を有し、コイル状に巻かれたＳＵＳ４３０の線材を用意した。このＳＵＳ４３０は、質量％で、Ｃ：０．０５％以下、Ｓｉ：０．２０％、Ｍｎ：０．３０％、Ｐ：０．０２８％、Ｓ：０．００４％、Ｃｒ：１６．１８％、残部：Ｆｅおよび不可避不純物からなる組成を有する。

この線材を巻き戻しながら、引き抜きによる伸線を行い、約１４ｍｍ径の線材とし、この線材を再びコイル状に巻いた。この線材を巻き戻しながら、スピンナーにかけて直線加工を行った後、熱処理炉の長さに応じた適切な長さに切断してステンレス鋼棒材を得た。これらの一連の操作は１台の連続抽伸機で行った。

得られた棒材は、磁気焼鈍前に残留磁束密度Ｂｒが８１５４Ｇ（０．８１５Ｔ）、保磁力Ｈｃが５．６３Ｏｅ（４４８Ａ／ｍ）であった。

得られた棒材を熱処理炉に入れ、３５０℃で２時間にわたって予熱し、さらに昇温して８００℃、８１０℃、８２０℃、８３０℃、８４０℃または８５０℃で４時間にわたって磁気焼鈍を行った。

これらの棒材の温度を室温まで下げた後、２ロール式のロータリ・ストレートナにかけて曲りを矯正して真直度を上げた。

これらの棒材について、８００℃、８１０℃、８２０℃、８３０℃、８４０℃もしくは８５０℃で各４時間の磁気焼鈍を行った後にそれぞれヒステリシスループを測定し、残留磁束密度Ｂｒおよび保磁力Ｈｃを測定した。

また、これらの棒材について、磁気焼鈍後に矯正処理を行った後にそれぞれヒステリシスループを測定し、保磁力Ｈｃを測定した。

ヒステリシスループは電子磁気工業株式会社製のＢＨアナライザ（ＢＨ−５５０１）を用い、磁界の最大強さ５０Ｏｅ（３９７９Ａ／ｍ）の条件で測定した。

これらの結果を表１に示す。また、ヒステリシスループの代表例として、図１に８００℃で４時間の磁気焼鈍を行った後に矯正処理したフェライト系ステンレス鋼棒材のヒステリシスループ、図２に８００℃で４時間の磁気焼鈍を行った後に矯正処理したフェライト系ステンレス鋼棒材のヒステリシスループ、図３に８４０℃で４時間の磁気焼鈍を行った後に矯正処理したフェライト系ステンレス鋼棒材のヒステリシスループを示す。

表１からわかるように、８００〜８５０℃で磁気焼鈍を行った棒材はいずれも、磁気焼鈍後に保磁力が２００Ａ／ｍ以下になる。しかし、８００〜８２０℃で磁気焼鈍を行った棒材は、矯正処理後に保磁力が２００Ａ／ｍを超えた。これに対して、８３０〜８５０℃で磁気焼鈍を行った棒材は、矯正処理後でも２００Ａ／ｍ以下の保磁力を維持した。

このように、本発明によれば、磁気焼鈍および矯正処理後のＳＵＳ４３０棒材の保磁力を２００Ａ／ｍ以下にすることができ、電磁部品用途に応用することができる。

なお、いずれの棒材も、耐食性（塩水噴霧試験）については、磁気焼鈍前と同等の性能を示した。

Claims (1)

1. フェライト系ステンレス鋼棒材を、２９０〜３９０℃で１〜３時間予熱した後、昇温して８３０〜８５０℃で２〜６時間磁気焼鈍し、前記磁気焼鈍後に前記フェライト系ステンレス鋼棒材を矯正処理することを特徴とするフェライト系ステンレス鋼棒材の保磁力調整方法。