JP7337248B2 - 電磁ステンレス棒状鋼材 - Google Patents

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Description

本発明は、電磁ステンレス棒状鋼材、特に軟磁気特性に優れるステンレス棒状鋼材及びそれを用いた電磁部品に関する。
従来、電磁弁などに代表されるような、電磁ステンレス製品は、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４１０Ｌなどを代表とするフェライト系ステンレス鋼線材、鋼線を素材として加工・成型・熱処理され製造されてきた。しかしながら、上記のようなフェライト系ステンレス鋼線材から加工、製造されたステンレス製品の軟磁気特性は高精度・高出力な部品に十分対応できず、用途の制限を受ける欠点があった。上記課題に対して、軟磁気特性の向上として、ＣｒやＳｉ、Ａｌなどの合金元素の最適化による技術が検討されている（例えば、特許文献１～３）が、成分とプロセスの組合せによる集合組織制御を活用したフェライト系ステンレス棒線の軟磁気特性向上に着目した発明はない。
特開平６－４９６０６号公報 特開平６－４９６０５号公報 特開２００４－３０７９７９号公報 特開平０５－３２９５１０号公報
以上を踏まえ、本発明は、上記課題を解決し、軟磁気特性に優れるステンレス棒状鋼材及びそれを用いた電磁部品を提供することを目的とする。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記のステンレス棒状鋼材及び電磁部品を要旨とする。
［１］化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．００１～０．０３０％、
Ｓｉ：０．０１～４．００％、
Ｍｎ：０．０１～２．００％、
Ｎｉ：０．０１～４．００％、
Ｃｒ：６．０～３５．０％、
Ｍｏ：０．０１～５．００％、
Ｃｕ：０．０１～２．００％、
Ｎ：０．００１～０．０５０％、
Ｔｉ：０～２．００％、
Ｎｂ：０～２．００％、
Ｖ：０～２．０％、
Ｂ：０～０．１％、
Ａｌ：０～７．０００％、
Ｗ：０～３．０％、
Ｇａ：０～０．０５％、
Ｃｏ：０～２．５％、
Ｓｎ：０～２．５％、
Ｓｂ：０～２．５％、
Ｔａ：０～２．５％、
Ｃａ：０～０．０５％、
Ｍｇ：０～０．０１２％、
Ｚｒ：０～０．０１２％、
ＲＥＭ：０～０．０５％、
Ｐｂ：０～０．３０％、
Ｓｅ：０～０．８０％、
Ｔｅ：０～０．３０％、
Ｂｉ：０～０．５０％、
Ｓ：０～０．５０％、
Ｐ：０～０．３０％、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、（ａ）式に示すＦ値が２０．０以下であり、
圧延方向の結晶方位ＲＤ／／＜１００＞分率が０．０５以上であるステンレス棒状鋼材。
ただし、圧延方向の結晶方位ＲＤ／／＜１００＞分率とは、＜１００＞方位と圧延方向との角度差が２５°以下である結晶の面積比率を意味する。
Ｆ値＝７００Ｃ＋８００Ｎ＋２０Ｎｉ＋１０Ｃｕ＋１０Ｍｎ－６．２Ｃｒ－９．２Ｓｉ－９．３Ｍｏ－７４．４Ｔｉ－３７．２Ａｌ－３．１Ｎｂ＋６３．２ ・・・（ａ）
但し、式中の各元素記号は、それぞれの元素の鋼中における含有量（質量％）を意味する。
［２］表面から直径の１／８深さ位置部の圧延方向の結晶方位ＲＤ／／＜３３４＞分率が０．２以下である［１］に記載のステンレス棒状鋼材。
ただし、結晶方位ＲＤ／／＜３３４＞分率とは、＜３３４＞方位と圧延方向との角度差が１０°以下である結晶の面積比率を意味する。
［３］前記化学組成が、質量％でさらに、
Ｔｉ：０．００１～２．００％、
Ｎｂ：０．００１～２．００％、
Ｖ：０．００１～２．０％
Ｂ：０．０００１～０．１％
Ａｌ：０．００１～７．０００％、
Ｗ：０．０５～３．０％、
Ｇａ：０．０００４～０．０５％、
Ｃｏ：０．０５～２．５％、
Ｓｎ：０．０１～２．５％、
Ｓｂ：０．０１～２．５％、および
Ｔａ：０．０１～２．５％、
から選択される一種以上を含有する、
［１］又は［２］に記載のステンレス棒状鋼材。
［４］前記化学組成が、質量％でさらに、
Ｃａ：０．０００２～０．０５％、
Ｍｇ：０．０００２～０．０１２％、
Ｚｒ：０．０００２～０．０１２％、および
ＲＥＭ：０．０００２～０．０５％、
から選択される一種以上を含有する、
［１］～［３］のいずれか１項に記載のステンレス棒状鋼材。
［５］前記化学組成が、質量％でさらに、
Ｐｂ：０．０００１～０．３０％、
Ｓｅ：０．０００１～０．８０％、
Ｔｅ：０．０００１～０．３０％、
Ｂｉ：０．０００１～０．５０％、
Ｓ：０．０００１～０．５０％、
Ｐ：０．０００１～０．３０％、
から選択される一種以上を含有する、
［１］～［４］のいずれか１項に記載のステンレス棒状鋼材。
［６］５Ｏｅにおける磁束密度がそれぞれ０．１０Ｔ以上である、［１］～［５］のいずれか１項に記載のステンレス棒状鋼材。
［７］２ｋＨｚの交流周波数で１０Ｏｅにおける最大磁束密度が０．０５Ｔ以上である、［１］～［６］のいずれか１項に記載のステンレス棒状鋼材。
［８］［１］～［７］のいずれか一項に記載のステンレス棒状鋼材を用いた電磁部品。
本発明によれば、軟磁気特性に優れるステンレス棒状鋼材及び電磁部品を得ることができる。
本発明者らは軟磁気特性に優れるステンレス棒状鋼材及び電磁部品を得るために、種々の検討を行なった。その結果、以下の（ａ）～（ｃ）の知見を得た。
（ａ）フェライト系ステンレス鋼と熱延プロセス（傾斜圧延時間）の組み合わせで、線材圧延方向の結晶方位ＲＤ／／＜１００＞分率を高めることができる。併せて、表面から直径の１／４深さ位置の間の線材圧延方向の結晶方位ＲＤ／／＜３３４＞分率を低減することができる。
（ｂ）前記線材と二次加工プロセス（線材熱処理温度、伸線加工率、鋼線熱処理温度）の組合せで、鋼線圧延方向の結晶方位ＲＤ／／＜１００＞分率を高めることができる。併せて、表面から直径の１／４位置深さの間の鋼線圧延方向の結晶方位ＲＤ／／＜３３４＞分率を低減することができる。
（ｃ）その結果、５Ｏｅにおける磁束密度が０．１０Ｔ以上であり、２ｋＨｚで１０Ｏｅにおける最大磁束密度が０．０５Ｔ以上となり、軟磁気特性の向上を見出した。
本発明は上記の知見に基づいてなされたものである。また、本発明の好ましい一実施形態を詳細に説明する。以降の説明では、本発明の好ましい一実施形態を本発明として記載する。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。本発明の棒状の鋼材において、熱間加工ままの材料を「棒線」、伸線加工などの冷間加工を行った材料を「鋼線」、それらを総称して「棒状鋼材」と呼ぶ。
１．圧延方向の結晶方位ＲＤ／／＜１００＞分率
本発明に係る棒状鋼材では、圧延方向（ＲＤ）の結晶方位を制御する。具体的には、圧延方向の結晶方位ＲＤ／／＜１００＞分率（面積比率）（以下単に「ＲＤ／／＜１００＞分率」という。）を０．０５以上とする。ＲＤ／／＜１００＞分率が０．０５未満となると、軟磁気特性が低下するためである。ＲＤ／／＜１００＞分率は０．１０以上とするのがより好ましく、０．２０以上とするのがさらに好ましく、０．４０以上とするのが一層好ましい。
なお、ＲＤ／／＜１００＞分率は、以下の手順を用い、算出する。具体的には、ＲＤ／／＜１００＞分率は、棒状鋼材のＬ断面（鋼材の長手方向に平行な断面）において、表層部、中心部、および表層部と中心部との間に存在する１／４深さ位置部において、２００倍の視野で、各１視野以上測定を行う。そして、観察視野における各結晶粒の結晶方位を、ＦＥ－ＳＥＭ／ＥＢＳＤを用いて解析する。圧延方向をＲＤとし、ＲＤ方向における結晶面の解析を行い、＜１００＞の方位成分をクリアランス２５°以内の部分のみ表示させ、ＲＤ／／＜１００＞分率を測定する。なお、上記表層部とは表面から中心軸方向に１ｍｍ深さ位置を指す。即ち、圧延方向の結晶方位ＲＤ／／＜１００＞分率とは、＜１００＞方位と圧延方向との角度差が２５°以下である結晶の面積比率（表層部、中心部、１／４深さ位置部の平均）を意味する。
２．圧延方向の結晶方位ＲＤ／／＜３３４＞分率
本発明に係る棒状鋼材で好ましくは、圧延方向（ＲＤ）の軟磁気特性を劣化させる結晶方位を制御する。表面から直径の１／８深さ位置部の棒線圧延方向の結晶方位ＲＤ／／＜３３４＞分率を好ましくは０．２０以下とする。
圧延方向の結晶方位ＲＤ／／＜３３４＞分率（面積比率）（以下単に「ＲＤ／／＜３３４＞分率」という。）を０．２０以下とする。ＲＤ／／＜３３４＞分率が０．２超となると、軟磁気特性が低下するためである。ＲＤ／／＜３３４＞分率は０．１０以下とするのがより好ましく、０．０５以下とするのがさらに好ましい。
なお、ＲＤ／／＜３３４＞分率は、以下の手順を用い、算出する。具体的には、ＲＤ／／＜３３４＞分率は、棒状鋼材のＬ断面（鋼材の長手方向に平行な断面）において、表面から直径の１／４深さ位置の間の１／８深さ位置部において、２００倍の視野で、１視野以上測定を行う。そして、観察視野における各結晶粒の結晶方位を、ＦＥ－ＳＥＭ／ＥＢＳＤを用いて解析する。圧延方向をＲＤとし、ＲＤ方向における結晶面の解析を行い、＜３３４＞の方位成分をクリアランス１０°以内の部分のみ表示させ、ＲＤ／／＜３３４＞分率を測定する。即ち、圧延方向の結晶方位ＲＤ／／＜３３４＞分率とは、＜３３４＞方位と圧延方向との角度差が１０°以下である結晶の面積比率（表面から直径の１／８深さ位置部）を意味する。
３．化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
Ｃ：０．００１～０．０３０％
Ｃは、鋼材の強度を高める。このため、Ｃ含有量は、０．００１％以上とする。しかしながら、Ｃを過剰に含有させると、軟磁気特性が劣化する。このため、Ｃ含有量は０．０３０％以下とする。Ｃ含有量は０．０２０％以下とするのが好ましく、０．０１５％以下とするのがより好ましく、０．０１０％以下とするのがさらに好ましい。
Ｓｉ：０．０１～４．００％
Ｓｉは、脱酸元素として含有させ、高温酸化特性や交流磁気特性を向上させる。このため、Ｓｉ含有量は０．０１％以上とし、０．１０％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｓｉを過剰に含有させると、軟磁気特性が劣化する。このため、Ｓｉ含有量は４．００％以下とする。Ｓｉ含有量は３．００％以下とするのが好ましく、１．５０％以下とするのがより好ましい。
Ｍｎ：０．０１～２．００％
Ｍｎは、鋼材の強度と交流磁気特性を向上させる。このため、Ｍｎ含有量は、０．０１％以上とし、０．０５％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｍｎを過剰に含有させると、軟磁気特性が低下する。また、耐食性が低下する場合もある。このため、Ｍｎ含有量は２．００％以下とする。Ｍｎ含有量は１．００％以下とするのが好ましく、０．５０％以下とするのがより好ましい。
Ｎｉ：０．０１～４．００％
Ｎｉは、鋼材の靭性を向上させる。このため、Ｎｉ含有量は０．０１％以上とし、０．０５％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｎｉを過剰に含有させると、軟磁気特性が低下する。このため、Ｎｉ含有量は４．００％以下とする。Ｎｉ含有量は３．００％以下とするのが好ましく、１．００％以下とするのがより好ましく、０．５０％以下とするのがさらに好ましい。
Ｃｒ：６．０～３５．０％
Ｃｒは、耐食性と交流磁気特性を向上させる。このため、Ｃｒ含有量は、６．０％以上とする。Ｃｒ含有量は７．０％以上とするのが好ましく、１０．０％以上とするのがより好ましい。しかしながら、Ｃｒを過剰に含有させると、軟磁気特性が低下する。Ｃｒ含有量は３５．０％以下にする。Ｃｒ含有量は２１．０％以下とするのが好ましく、２０．０％以下とするのがより好ましい。
Ｍｏ：０．０１～５．００％
Ｍｏは、耐食性と交流磁気特性を向上させる。このため、Ｍｏ含有量は０．０１％以上とする。しかしながら、Ｍｏを過剰に含有させると、軟磁気特性が低下する。このため、Ｍｏ含有量は５．００％以下とする。Ｍｏ含有量は３．００％以下とするのが好ましく、２．００％以下とするのがより好ましく、１．５０％以下とするのがさらに好ましい。
Ｃｕ：０．０１～２．００％
Ｃｕは、耐食性と交流磁気特性を向上させる。このため、Ｃｕ含有量は０．０１％以上とし、０．０５％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｃｕを過剰に含有させると、軟磁気特性が低下する。このため、Ｃｕ含有量は２．００％以下とする。Ｃｕ含有量は１．００％以下とするのが好ましく、０．８０％以下とするのがより好ましく、０．４０％以下とするのがさらに好ましい。
Ｎ：０．００１～０．０５０％
Ｎは、鋼材の強度を向上させる。このため、Ｎ含有量は０．００１％以上とし、０．００２％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｎを過剰に含有させると、軟磁気特性が低下する。このため、Ｎ含有量は０．０５０％以下とする。Ｎ含有量は０．０４０％以下とするのが好ましく、０．０２０％以下とするのがより好ましく、０．０１０％以下とするのがさらに好ましい。
本発明に係る棒状鋼材は、上記元素に加え、必要に応じて、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｂ、Ａｌ、Ｗ、Ｇａ、Ｃｏ、Ｓｎ、ＳｂおよびＴａから選択される一種以上の元素を含有させてもよい。
Ｔｉ：０～２．００％
Ｔｉは、鋼材の強度を高める効果を有する。また、Ｔｉは炭窒化物を形成するので、Ｃｒ炭化物の生成を抑制し、Ｃｒ欠乏層の生成を抑制する。この結果、粒界腐食を防止する効果を有する。すなわち、Ｔｉは、耐食性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。また、Ｔｉ炭窒化物の形成によりＣ、Ｎを固定することで軟磁気特性を高める元素である。
しかしながら、Ｔｉを過剰に含有させると、軟磁気特性が低下する。また、粗大炭窒化物によって靭性が低下する。このため、Ｔｉ含有量は２．００％以下とする。Ｔｉ含有量は１．００％以下とするのが好ましく、０．５０％以下とするのがより好ましく、０．５０％以下とすることがさらに好ましく、０．２５％以下とすると一層好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｔｉ含有量は０．００１％以上とするのが好ましい。
Ｎｂ：０～２．００％
Ｎｂは、鋼材の強度を高める効果を有する。また、Ｎｂは炭窒化物を形成するため、Ｃｒ炭化物の生成を抑制し、Ｃｒ欠乏層の生成を抑制する。この結果、Ｎｂは粒界腐食を防止する効果を有する。すなわち、Ｎｂは、耐食性の向上に有効な元素であるため、必要に応じて含有させてもよい。また、Ｎｂ炭窒化物の形成によりＣ、Ｎを固定することで軟磁気特性を高める元素である。しかしながら、Ｎｂを過剰に含有させると、軟磁気特性が低下する。また、粗大炭窒化物によって靭性が低下する。このため、Ｎｂ含有量は２．００％以下とする。Ｎｂ含有量は１．００％以下とするのが好ましく、０．８０％以下とするのがより好ましく、０．６０％以下が一層好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｎｂ含有量は０．００１％以上とするのが好ましい。
Ｖ：０～２．０％
Ｖは、耐食性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｖを過剰に含有させると、軟磁気特性が低下する。また、粗大炭窒化物によって靭性が低下する。このため、Ｖ含有量は２．０％以下とする。Ｖ含有量は１．０％以下とするのが好ましく、０．５％以下とするのがより好ましく、０．１％以下とするのがさらに好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｖ含有量は０．００１％以上とするのが好ましい。
Ｂ：０～０．１％
Ｂは、熱間加工性および耐食性を向上させる効果を有する。このため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｂを過剰に含有させると、軟磁気特性が低下する。このため、Ｂ含有量は０．１％以下とする。Ｂ含有量は０．０２％以下とするのが好ましく、０．０１％以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｂ含有量は０．０００１％以上とするのが好ましい。
Ａｌ：０～７．０００％
Ａｌは、脱酸を促進させ、介在物清浄度レベルを向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。また、Ａｌの添加は交流磁気特性を高める。しかしながら、Ａｌを過剰に含有させると、その効果は飽和し、軟磁気特性が低下する。また、粗大介在物によって靭性が低下する。このため、Ａｌ含有量は７．０００％以下とする。Ａｌ含有量は３．０００％以下とするのが好ましく、０．１００％以下とするのがより好ましく、０．０２０％以下とするのがさらに好ましい。一方、前記効果を得るためには、Ａｌ含有量は０．００１％以上とするのが好ましい。
Ｗ：０～３．０％
Ｗは、耐食性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｗを過剰に含有させると、軟磁気特性が低下する。また、粗大炭窒化物によって靭性が低下する。このため、Ｗ含有量は３．０％以下とする。Ｗ含有量は２．０％以下とするのが好ましく、１．５％以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｗ含有量は０．０５％以上とするのが好ましく、０．１０％以上とするのがより好ましい。
Ｇａ：０～０．０５％
Ｇａは、耐食性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｇａを過剰に含有させると、熱間加工性が低下する。このため、Ｇａ含有量は０．０５％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｇａ含有量は０．０００４％以上とするのが好ましい。
Ｃｏ：０～２．５０％
Ｃｏは、鋼材の強度を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。また、適量のＣｏ添加は飽和磁束密度を高めるため、軟磁気特性を高める。しかしながら、Ｃｏを過剰に含有させると、軟磁気特性が低下する。このため、Ｃｏ含有量は２．５０％以下とする。Ｃｏ含有量は１．００％以下とするのが好ましく、０．８０％以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｃｏ含有量は０．０５％以上とするのが好ましく、０．１０％以上とするのがより好ましい。
Ｓｎ：０～２．５０％
Ｓｎは、軟磁気特性や耐食性、切削性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｓｎを過剰に含有させると、軟磁気特性が低下する。また、Ｓｎの粒界偏析によって靭性が低下する。このため、Ｓｎ含有量は２．５０％以下とする。Ｓｎ含有量は１．００％以下とするのがより好ましく、０．２０％以下とするのがさらに好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｓｎ含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０５％以上とするのがより好ましい。
Ｓｂ：０～２．５％
Ｓｂは、耐食性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｓｂを過剰に含有させると、軟磁気特性が低下する。このため、Ｓｂ含有量は２．５％以下とする。Ｓｂ含有量は１．０％以下とするのがより好ましく、０．２％以下とするのがさらに好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｓｂ含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０５％以上とするのがより好ましい。
Ｔａ：０～２．５％
Ｔａは、耐食性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｔａを過剰に含有させると、軟磁気特性が低下する。このため、Ｔａ含有量は２．５％以下とする。Ｔａ含有量は１．５％以下とするのが好ましく、０．９％以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｔａ含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０４％以上とするのがより好ましく、０．０８％以上とするのがさらに好ましい。
本発明に係る棒状鋼材は、上記元素に加え、必要に応じて、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ、およびＲＥＭから選択される一種以上の元素を含有させてもよい。
Ｃａ：０～０．０５％
Ｍｇ：０～０．０１２％
Ｚｒ：０～０．０１２％
ＲＥＭ：０～０．０５％
Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ、およびＲＥＭは、脱酸のため、必要に応じて、含有させてもよい。しかしながら、これら各元素を過剰に含有させると、軟磁気特性が低下する。また、粗大介在物によって靭性が低下する。このため、Ｃａ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０１２％以下、Ｚｒ：０．０１２％以下、ＲＥＭ：０．０５％以下とする。Ｃａ含有量は、０．０１０％以下とするのが好ましく、０．００５％以下とするのがより好ましい。Ｍｇは、０．０１０％以下とするのが好ましく、０．００５％以下とするのがより好ましい。Ｚｒは、０．０１０％以下とするのが好ましく、０．００５％以下とするのがより好ましい。ＲＥＭは、０．０１０％以下とするのが好ましい。
一方、上記効果を得るためには、Ｃａ：０．０００２％以上、Ｍｇ：０．０００２％以上、Ｚｒ：０．０００２％以上、ＲＥＭ：０．０００２％以上とするのが好ましい。Ｃａ含有量は、０．０００４％以上とするのがより好ましく、０．００１％以上とするのがさらに好ましい。Ｍｇ含有量は、０．０００４％以上とするのが好ましく、０．００１％以上とするのがさらに好ましい。Ｚｒ含有量は、０．０００４％以上とするのがより好ましく、０．００１％以上とするのがさらに好ましい。ＲＥＭ含有量は、０．０００４％以上とするのがより好ましく、０．００１％以上とするのがさらに好ましい。
なお、ＲＥＭとは、ランタノイドの１５元素にＹおよびＳｃを合わせた１７元素の総称である。これらの１７元素のうちの１種以上を鋼に含有させることができ、ＲＥＭ含有量は、これらの元素の合計含有量を意味する。
本発明に係る棒状鋼材は、上記元素に加え、必要に応じて、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉ、ＳおよびＰから選択される一種以上の元素を含有させてもよい。
Ｐｂ：０～０．３０％、
Ｓｅ：０～０．８０％、
Ｔｅ：０～０．３０％、
Ｂｉ：０～０．５０％、
Ｓ：０～０．５０％、
Ｐ：０～０．３０％、
Ｐｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉ、ＳおよびＰは、切削性のため、必要に応じて、含有させてもよい。しかしながら、これら各元素を過剰に含有させると、軟磁気特性が低下する。また、靭性が低下する。このため、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｓｅ：０．８０％以下、Ｔｅ：０．３０％以下、Ｂｉ：０．５０％以下、Ｓ：０．５０以下、Ｐ：０．３０以下とする。Ｐｂ含有量は、０．１％以下とするのが好ましく、０．０５％以下とするのがより好ましい。Ｓｅ含有量は、０．１％以下とするのが好ましく、０．０５％以下とするのがより好ましい。Ｔｅ含有量は、０．１％以下とするのが好ましく、０．０５％以下とするのがより好ましい。Ｂｉ含有量は、０．１％以下とするのが好ましく、０．０５％以下とするのがより好ましい。Ｓ含有量は、０．１％以下とするのが好ましく、０．０５％以下とするのがより好ましい。Ｐ含有量は、０．１％以下とするのが好ましく、０．０５％以下とするのがより好ましい。
一方、上記効果を得るためには、Ｐｂ：０．０００１％以上、Ｓｅ：０．０００１％以上、Ｔｅ：０．０００１％以上、Ｂｉ：０．０００１％以上、Ｓ：０．０００１％以上、Ｐ：０．０００１％以上とするのが好ましい。Ｐｂ含有量は、０．０００４％以上とするのがより好ましく、０．００１％以上とするのがさらに好ましい。Ｓｅ含有量は、０．０００４％以上とするのがより好ましく、０．００１％以上とするのがさらに好ましい。Ｔｅ含有量は、０．０００４％以上とするのがより好ましく、０．００１％以上とするのがさらに好ましい。Ｂｉ含有量は、０．０００４％以上とするのがより好ましく、０．００１％以上とするのがさらに好ましい。Ｓ含有量は、０．０００１％以上とするのがより好ましく、０．０００２％以上とするのがさらに好ましい。Ｐ含有量は、０．０００４％以上とするのがより好ましく、０．００１％以上とするのがさらに好ましい。
（Ｆ値）
Ｆ値：２０．０以下
Ｆ値は下記式（ａ）により求められる。Ｆ値は、凝固や固溶加熱処理時にフェライト単相に近づくか否かの指標であり、フェライト単相に近ければ鋳片の柱状晶が増加し後述する傾斜熱間圧延中にＲＤ／／＜１００＞分率を高め、軟磁気特性を高める。Ｆ値が２０．０を超えると、フェライトに加えオーステナイトやマルテンサイトを含有するため、ＲＤ／／＜１００＞分率が減少する。この結果、軟磁気特性が低下する。そのため、Ｆ値は２０．０以下とする。Ｆ値は、１０．０以下であることが好ましく、０．０以下であることが好ましく、－１０．０以下であることがより好ましい。
Ｆ値＝７００Ｃ＋８００Ｎ＋２０Ｎｉ＋１０Ｃｕ＋１０Ｍｎ－６．２Ｃｒ－９．２Ｓｉ－９．３Ｍｏ－７４．４Ｔｉ－３７．２Ａｌ－３．１Ｎｂ＋６３．２ ・・・（ａ）
但し、式中の各元素記号は、それぞれの元素の鋼中における含有量（質量％）を意味する。
本発明の鋼材の化学組成において、残部はＦｅおよび不純物である。ここで「不純物」とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
なお、不純物としては、例えば、Ｏ、Ｚｎ、Ｈ等が例示される。不純物は低減されることが好ましいが、含有される場合は、Ｏ，ＺｎおよびＨは０．０１％以下とするのが望ましい。
４．製造方法
本発明に係るステンレス棒状鋼材の好ましい製造方法を説明する。本発明に係るステンレス棒状鋼材は、例えば、以下のような製造方法により、本発明に係るステンレス棒状鋼材を安定して得ることができる。
本発明に係るステンレス棒状鋼材では、上記化学組成を有する鋼を溶製し、所定の径を有する鋳片を鋳造した後、熱間または温間の傾斜圧延と線材圧延を行う。その後、必要に応じて、適宜、溶体化処理、酸洗、二次加工、熱処理を行う。
４－１．傾斜圧延工程
加熱された鋳片は、傾斜圧延を用い、熱間加工されるのが好ましい。なお、熱間加工は傾斜圧延に限定されず、同様の熱加工履歴を辿る方法であればよく、例えば分塊圧延（ブレークダウン）であっても、同様の熱加工履歴を取れれば用いることができる。
傾斜圧延は、例えば特許文献４に開示されているとおり、３個のワークロールを被圧延材を中心にして同方向に捩って傾斜したロール軸に配置し、各ワークロールが被圧延材の周囲を自転しながら公転することにより、被圧延材は前進しながらスパイラル状に圧延される。フェライト系ステンレス鋼の柱状晶は鋼材半径方向に対し＜１００＞へ配向しているが、傾斜圧延を施すことで柱状晶の＜１００＞を鋼材半径方向から圧延方向へ配向できる。しかし、傾斜圧延の圧延時間（鋼材が３個のワークロールに接触する時間）が短くなると高速加工によって圧延方向へ配向した＜１００＞が＜１００＞以外のランダムな方位の再結晶粒を形成してしまう。
したがって、傾斜圧延の圧延時間は、ＲＤ／／＜１００＞分率を変化させる。併せて、表面から直径の１／４深さ位置の間のＲＤ／／＜３３４＞分率を変化させる。このため、傾斜圧延の圧延時間は軟磁気特性に影響を与える。傾斜圧延の圧延時間を０．１０ｓ未満とすると、ＲＤ／／＜１００＞分率が減少する。併せて、表面から直径の１／４深さ位置の間のＲＤ／／＜３３４＞分率が増加する。この結果、軟磁気特性が低下する。このため、傾斜圧延の圧延時間は０．１０ｓ以上とし、１ｓ以上が好ましく、１０ｓ以上とするのがより好ましく、５０ｓ以上とするのがさらに好ましい。一方で傾斜圧延の圧延時間が長すぎると生産性を落とすため、２００ｓ以下とするのが好ましい。
４－２．棒線熱処理温度
熱間圧延された棒線は熱処理されるのが好ましい。棒線の熱処理温度は、ＲＤ／／＜１００＞分率を変化させる。このため、棒線熱処理温度は軟磁気特性に影響を与える。棒線熱処理温度を１４００℃超とすると、ＲＤ／／＜１００＞の核が成長せず、ＲＤ／／＜１００＞分率が減少する。この結果、軟磁気特性が低下する。このため、棒線熱処理温度は１４００℃以下とし、１３００℃以下が好ましい。一方で棒線熱処理温度が５００℃未満となると、ＲＤ／／＜１００＞の核が成長しないため、５００℃以上とする。棒線熱処理温度は６００℃以上で好ましく、７００℃で更に好ましく、８００℃以上が一層好ましい。ＲＤ／／＜３３４＞分率も棒線熱処理温度の影響を受け、他の製造条件とともに棒線熱処理温度５００～１４００℃の範囲内で条件を調整することにより、好適なＲＤ／／＜３３４＞分率範囲とすることができる。
４－３．伸線加工率
熱間圧延後に熱処理された棒線は伸線加工して鋼線とすることが好ましい。伸線加工率は、ＲＤ／／＜１００＞分率を変化させる。このため、伸線加工率は軟磁気特性に影響を与える。伸線加工率を５０％超とすると、後工程の熱処理で再結晶が促進され、ＲＤ／／＜１００＞分率が減少する。この結果、軟磁気特性が低下する。このため、伸線加工率は５０％以下とし、３０％以下が好ましく、１５％以下が更に好ましく、５％以下が一層好ましい。一方で伸線加工率が０．０１％未満となると、後工程の熱処理でＲＤ／／＜１００＞の核が成長できないため、０．０１％以上とする。なお、伸線加工率（％）は、伸線前後の鋼材の断面積変化量を伸線前断面積で除した値の百分率表示である。ＲＤ／／＜３３４＞分率も伸線加工率の影響を受け、他の製造条件とともに伸線加工率０．０１～５０％の範囲内で条件を調整することにより、好適なＲＤ／／＜３３４＞分率範囲とすることができる。
４－４．鋼線熱処理温度
伸線加工された鋼線は熱処理されるのが好ましい。鋼線の熱処理温度は、ＲＤ／／＜１００＞分率を変化させる。このため、鋼線熱処理温度は軟磁気特性に影響を与える。鋼線熱処理温度を１４００℃超とすると、ＲＤ／／＜１００＞の核が成長せず、ＲＤ／／＜１００＞分率が減少する。この結果、軟磁気特性が低下する。このため、鋼線熱処理温度は１４００℃以下とし、１３００℃以下が好ましい。一方で鋼線熱処理温度が５００℃未満となると、ＲＤ／／＜１００＞の核が成長しないため、５００℃以上とする。鋼線熱処理温度は６００℃以上で好ましく、７００℃で更に好ましく、８００℃以上が一層好ましい。ＲＤ／／＜３３４＞分率も鋼線熱処理温度の影響を受け、他の製造条件とともに鋼線熱処理温度５００～１４００℃の範囲内で条件を調整することにより、好適なＲＤ／／＜３３４＞分率範囲とすることができる。
５．電磁部品
本発明のステンレス棒状鋼材を用いた電磁部品は、例えばインジェクタや電磁弁などのコアやコネクタなどであり、素材とする棒状鋼材が優れた軟磁気特性を有することから、“磁気吸引力の向上”や“部品の細径化”、“応答性の向上”などという効果を奏することができる。
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
表１、２に記載の化学組成を有する鋼を溶製した。鋼の溶製の際には、ステンレス鋼の安価な溶製プロセスであるＡＯＤ溶製を想定し、１００ｋｇの真空溶解炉にて溶解し、直径１８０ｍｍの鋳片に鋳造した。その後、下記の製造条件により直径２０．０ｍｍのステンレス棒線とした。
表２、表４～６において、成分組成又はＲＤ／／＜１００＞分率が本発明範囲から外れる数値に下線を付している。表４～６において、磁気特性が本発明の好適範囲から外れる数値、及び表５、６において、製造条件が本発明の好適範囲から外れる数値に、それぞれ下線を付している。
以下に条件を記載する。具体的には、鋳造した鋳片を加熱し、傾斜圧延を３ｓの圧延時間で施し、引き続き連続で焼鈍、圧延を施し、直径２０．０ｍｍの棒線（棒状鋼材）を作製し、９００℃で棒線熱処理を行った。
Figure 0007337248000001
Figure 0007337248000002
得られた棒線（棒状鋼材）について、ＲＤ／／＜１００＞分率、ＲＤ／／＜３３４＞分率、および軟磁気特性を測定した。以下、表３、表４にまとめて結果を示す。なお、これらの測定は以下の手順に従い、測定を行った。
Figure 0007337248000003
Figure 0007337248000004
ＲＤ／／＜１００＞分率は、線材のＬ断面において、表層部、中心部、および表層部と中心部との間に存在する１／４深さ位置部において、２００倍の視野で、各１視野以上測定を行った。そして、観察視野における各結晶粒の結晶方位を、ＦＥ－ＳＥＭ／ＥＢＳＤを用いて解析した。圧延方向をＲＤとし、ＲＤ方向における結晶面の解析を行い、＜００１＞の方位成分をクリアランス２５°以内の部分（＜１００＞方位と圧延方向との角度差が２５°以下である結晶）のみ表示させ、ＲＤ／／＜１００＞分率（面積率（－））（表層部、中心部、１／４深さ位置部の平均）を測定した。
ＲＤ／／＜３３４＞分率は、線材のＬ断面において、表面から直径の１／４深さ位置の間、具体的には表面から直径の１／８深さ位置部において、２００倍の視野で、１視野以上測定を行った。そして、観察視野における各結晶粒の結晶方位を、ＦＥ－ＳＥＭ／ＥＢＳＤを用いて解析した。圧延方向をＲＤとし、ＲＤ方向における結晶面の解析を行い、＜３３４＞の方位成分をクリアランス１０°以内の部分のみ表示させ、ＲＤ／／＜３３４＞分率（面積比率（－））（表面から直径の１／８深さ位置部）を測定した。
直流磁気特性は、５Ｏｅにおける磁束密度（Ｔ）を測定した。厚さ３ｍｍ×外径１０ｍｍ×内径８ｍｍのリング状試験片を作製し、９００℃×２ｈｒの熱処理を施した後に５Ｏｅにおける磁束密度を測定した。なお、圧延方向とリング状試験片の直径方向が平行となるように試験片加工を行うことで、ＲＤ／／＜１００＞と磁気特性の関係を評価し、以下も同様にサンプリングを行った。磁束密度：０．１Ｔ以上を良好とした。
交流磁気特性は、前記リング状試験片に９００℃×２ｈｒの熱処理を施し、２ｋＨｚで１０Ｏｅにおける最大磁束密度（Ｔ）を測定した。最大磁束密度：０．０５Ｔ以上を良好とした。
Ｎｏ．１～３９は、本発明の規定を満足し、軟磁気特性が良好であった。一方、本発明の規定を満足しないＮｏ．４０～５５は軟磁気特性が不良であった。
続いて表１に示す鋼種Ｑを用いて、表５に記載の条件により、直径１５ｍｍの棒状鋼材を作製した。なお、傾斜圧延の圧延時間以外の履歴は前記実施例１と同様とした。作製した棒線（棒状鋼材）について、ＲＤ／／＜１００＞分率、ＲＤ／／＜３３４＞分率および軟磁気特性を、上述の方法で測定した。以下、結果をまとめて、表５に示す。
Figure 0007337248000005
Ｎｏ．１０９～１２０については、本発明の好適な条件を満足するため、軟磁気特性が良好であった。一方、本発明の好適な条件を満足しないＮｏ．１２１～１２３は軟磁気特性が不良であった。
続いて表１に示す鋼種Ｐを用いて、鋳造した鋳片を加熱し、傾斜圧延の時間は５０ｓとし、引き続き連続で焼鈍、圧延を施し、種々の直径の棒線を作製した。続いて、表６記載の条件により、棒線熱処理および伸線加工、鋼線熱処理を行い、直径２０ｍｍの鋼線（棒状鋼材）を作製した。作製した鋼線（棒状鋼材）について、ＲＤ／／＜１００＞分率、ＲＤ／／＜３３４＞分率および軟磁気特性を、上述の方法で測定した。以下、結果をまとめて、表６に示す。
Figure 0007337248000006
Ｎｏ．１２４～１３８については、本発明の好適な条件を満足するため、軟磁気特性が良好であった。一方、本発明の好適な条件を満足しないＮｏ．１３９～１４４は軟磁気特性が不良であった。
本発明によれば、軟磁気特性に優れる棒状鋼材を得ることができ、産業上極めて有用である。

Claims (11)

  1. 化学組成が、質量％で、
    Ｃ：０．００１～０．０３０％、
    Ｓｉ：０．０１～４．００％、
    Ｍｎ：０．０１～２．００％、
    Ｎｉ：０．０１～４．００％、
    Ｃｒ：６．０～３５．０％、
    Ｍｏ：０．０１～５．００％、
    Ｃｕ：０．０１～２．００％、
    Ｎ：０．００１～０．０５０％、
    Ｔｉ：０～２．００％、
    Ｎｂ：０～２．００％、
    Ｖ：０～２．０％、
    Ｂ：０～０．１％、
    Ａｌ：０～７．０００％、
    Ｗ：０～３．０％、
    Ｇａ：０～０．０５％、
    Ｃｏ：０～２．５％、
    Ｓｎ：０～２．５％、
    Ｓｂ：０～２．５％、
    Ｔａ：０～２．５％、
    Ｃａ：０～０．０５％、
    Ｍｇ：０～０．０１２％、
    Ｚｒ：０～０．０１２％、
    ＲＥＭ：０～０．０５％、
    Ｐｂ：０～０．３０％、
    Ｓｅ：０～０．８０％、
    Ｔｅ：０～０．３０％、
    Ｂｉ：０～０．５０％、
    Ｓ：０～０．５０％、
    Ｐ：０～０．３０％、
    残部：Ｆｅおよび不純物であり、（ａ）式に示すＦ値が２０以下であり、
    圧延方向の結晶方位ＲＤ／／＜１００＞分率が０．０５以上であるステンレス棒状鋼材。
    ただし、圧延方向の結晶方位ＲＤ／／＜１００＞分率とは、＜１００＞方位と圧延方向との角度差が２５°以下である結晶の面積比率を意味する。
    Ｆ値＝７００Ｃ＋８００Ｎ＋２０Ｎｉ＋１０Ｃｕ＋１０Ｍｎ－６．２Ｃｒ－９．２Ｓｉ－９．３Ｍｏ－７４．４Ｔｉ－３７．２Ａｌ－３．１Ｎｂ＋６３．２ ・・・（ａ）
    但し、式中の各元素記号は、それぞれの元素の鋼中における含有量（質量％）を意味する。
  2. 化学組成が、質量％で、Ｓｉ：３．００％以下、Ａｌ：３．０００％以下であり、
    表面から直径の１／８深さ位置部の圧延方向の結晶方位ＲＤ／／＜３３４＞分率が０．２以下であり、
    圧延方向の結晶方位ＲＤ／／＜１００＞分率が０．６２以上である請求項１に記載のステンレス棒状鋼材。
    ただし、結晶方位ＲＤ／／＜３３４＞分率とは、＜３３４＞方位と圧延方向との角度差が１０°以下である結晶の面積比率を意味する。
  3. 前記化学組成が、質量％でさらに、
    Ｔｉ：０．００１～２．００％、
    Ｎｂ：０．００１～２．００％、
    Ｖ：０．００１～２．０％
    Ｂ：０．０００１～０．１％
    Ａｌ：０．００１～３．０００％、
    Ｗ：０．０５～３．０％、
    Ｇａ：０．０００４～０．０５％、
    Ｃｏ：０．０５～２．５％、
    Ｓｎ：０．０１～２．５％、
    Ｓｂ：０．０１～２．５％、および
    Ｔａ：０．０１～２．５％、
    から選択される一種以上を含有する、
    請求項１又は請求項２に記載のステンレス棒状鋼材。
  4. 前記化学組成が、質量％でさらに、
    Ｃａ：０．０００２～０．０５％、
    Ｍｇ：０．０００２～０．０１２％、
    Ｚｒ：０．０００２～０．０１２％、および
    ＲＥＭ：０．０００２～０．０５％、
    から選択される一種以上を含有する、
    請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のステンレス棒状鋼材。
  5. 前記化学組成が、質量％でさらに、
    Ｐｂ：０．０００１～０．３０％、
    Ｓｅ：０．０００１～０．８０％、
    Ｔｅ：０．０００１～０．３０％、
    Ｂｉ：０．０００１～０．５０％、
    Ｓ：０．０００１～０．５０％、
    Ｐ：０．０００１～０．３０％、
    から選択される一種以上を含有する、
    請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のステンレス棒状鋼材。
  6. ５Ｏｅにおける磁束密度が０．１０Ｔ以上である、請求項１～請求項５のいずれか１項に記載のステンレス棒状鋼材。
  7. ２ｋＨｚの交流周波数で１０Ｏｅにおける最大磁束密度が０．０５Ｔ以上である、請求項１～請求項６のいずれか１項に記載のステンレス棒状鋼材。
  8. 請求項１～請求項７のいずれか一項に記載のステンレス棒状鋼材を用いた電磁部品。
  9. 前記化学組成が、質量％でさらに、
    Ｔｉ：０．００１～２．００％、
    Ｎｂ：０．００１～２．００％、
    Ｖ：０．００１～２．０％
    Ｂ：０．０００１～０．１％
    Ａｌ：０．００１～７．０００％、
    Ｗ：０．０５～３．０％、
    Ｇａ：０．０００４～０．０５％、
    Ｃｏ：０．０５～２．５％、
    Ｓｎ：０．０１～２．５％、
    Ｓｂ：０．０１～２．５％、および
    Ｔａ：０．０１～２．５％、
    から選択される一種以上を含有する、
    請求項１に記載のステンレス棒状鋼材。
  10. 前記化学組成が、質量％でさらに、
    Ｃａ：０．０００２～０．０５％、
    Ｍｇ：０．０００２～０．０１２％、
    Ｚｒ：０．０００２～０．０１２％、および
    ＲＥＭ：０．０００２～０．０５％、
    から選択される一種以上を含有する、
    請求項１又は請求項９に記載のステンレス棒状鋼材。
  11. 前記化学組成が、質量％でさらに、
    Ｐｂ：０．０００１～０．３０％、
    Ｓｅ：０．０００１～０．８０％、
    Ｔｅ：０．０００１～０．３０％、
    Ｂｉ：０．０００１～０．５０％、
    Ｓ：０．０００１～０．５０％、
    Ｐ：０．０００１～０．３０％、
    から選択される一種以上を含有する、
    請求項１、請求項９、請求項１０のいずれか１項に記載のステンレス棒状鋼材。
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