JPH02158912A - 磁気記録鋼材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、磁気を利用した情報記録媒体、特に高温環
境や腐食環境などの苛酷な条件下での使用に適した磁気
記録鋼材およびその製造方法に関するもので、具体的に
は、各種自動化機器の制御センサー用や工場内での材料
トラッキング用などの産業用の外、民生用でも耐久性や
記録保護性の要求が強い用途に利用可能な磁気記録鋼材
とその製造方法に関する。

（従来の技術） 情報の記録には磁気テープや磁気カードなど磁気を利用
した情報媒体が広く用いられているが、これは、記録再
生システムが自動化に対応し昌いこと、製造が容易で安
価であり、しがも信鎖性に富むことによる。また、古く
からの情報記録手段である印刷に比べ、記録容量が大き
いこと、記録内容が目視出来ないため機密保持性が高い
ことなども利点となっている。

一般に、磁気テープや磁気カードは、プラスチツクや紙
を基材として、その上にフェライトなどの磁性体粉末を
塗布して作られる。基材としては適度の剛性や機械的強
度、耐水、耐薬品性、加工性、印刷性などが要求され、
目的に応じて各種の材料が選択される。現在では、取り
扱い易さとコストの点から、プラスチックのフィルムや
シートが主流となっている。磁性体としては、γ−Ｆｅ
ｚｅｓなどのフェライト粉末が多く用いられており、記
録密度を上げるため各種の技術開発が行われている。ま
た、永久磁石を用いた製品との接触による記録の消失や
減衰の事故を防ぐため、保磁力の高い磁性材料の検討も
進められている。磁性体に対しては、磁気特性以外に耐
摩耗性や外観特性などが問題とされる。

一方、民生用はど派手ではないが、製造業など各種産業
において磁気記録を応用する試みが盛んに行われている
６例・えば、ロボットのような自動化機器の操作や制ｊ
Ｂには、長さや角度、位置を検出する必要があり、その
センサーとして磁気目盛りが検討されている。磁気目盛
りでは、磁気テープなどと同様にフェライトを磁性媒体
として情報パターンを記録させたものが一部実用化され
ている。しかし、フェライトはキュリー点（それ以上で
は磁性を失う温度）が低いため、使用温度は通常５０°
Ｃ以下に制限される。

製造業においては工場内の材料トラッキングの自動化も
大きなｔ！Ｉ題である。このため、バーコード方式の材
料識別法が検討されており、高温用にはセラミックスｙ
１Ｍのバーコードシールが開発されている。しかし、こ
れらは基本的には光学的検出を行うため、摩耗や汚れに
より表面が変化すると使えな（なる、その他、ＮＣ旋盤
の制御には今なお紙の穿孔テープが主流となっているが
、これは磁気記録の場合、外部磁場や熱などの影響を受
は易く信顧性に問題があることが大きな理由である。

（発明が解決しようとする課Ｂ） 磁気記録は光学式や機械式に比べ多くの利点を持ってい
るが、産業用には必ずしも十分活用されていない、これ
は産業用では民生用以上に高い信頼性が要求される一方
、使用環境が劣悪でそれに耐える記録媒体がないためで
ある。

環境に対する耐性でまず問題になるのは耐熱性である。

記録媒体として良く使われるフェライトは特性上、高温
で使えないことは前述の通りで、ある。また、基材自体
も紙やプラスチックは高温では使えない、この点では金
属材料が最適である。

また、産業用では、腐食や摩耗のはげしい環境で使われ
る場合が多く、従来の記録媒体では対応出来ない、この
点でも金属材料が有利で、特にオーステナイト系のステ
ンレス鋼は良好な耐食性を示す。

特公昭６２−３２４０７号公報には、金属材の表面を局
部的に熱処理して磁気変質部を形成し、変位検出に用い
ることが提案されている。しかし、ここに開示されてい
る磁気変質部を設ける手段は、溶融点以下の温度での加
熱−象、冷という熱処理であって、処理部と未処理部と
の磁気特性の差はそれほど大きくない、しかも熱が加わ
ると急冷によって生じた金属組織（析出物や歪）が変化
するため、その差はますます小さくなる。また、磁気特
性の差を大きくするため、金属材は高価なＮｉｉ合金（
Ｆｅ２５χ−Ｎ＋７５工合金）を用いる必要があるなど
、この方法は、安価で磁気特性の優れた記録体を安定し
て製造するには不向きである。

本発明者らは、上記特公昭６２−３２４０７号公報に示
される磁気記録体とは異なるＦｅ系の材料を使用し、し
かもその一部を溶融処理して磁気変位部を製造すること
に成功し、先に、特願昭６０−２２５７３７号として出
願した（特開昭６２−８３６２０号）、この先願発明は
、準安定オーステナイトステンレス鋼に冷間塑性加工を
施し、加工誘起変態を生じせしめて強磁性体に変換し、
これに高エネルギー密度ビームを照射融解して局部的に
非磁性体に変換し、この非磁性−強磁性の対を用いて磁
気尺（磁気目盛）を構成するというものである。この原
理は情報を記録することにも応用できる。これは、準安
定オーステナイトステンレス鋼における冷間加工状態と
溶融処理状態での相変化を利用したもので、前述の特公
昭６２−３２４０７号公報記載の方法に較べて処理部と
未処理部の磁気特性の差は格段に大きい、しかしながら
、この方法も３００〜４００　’Ｃ以上の熱を受けると
、冷間加工によって生じた加工誘起マルテンサイトが再
度オーステナイトに分解してしまうため、記録が失われ
てしまう。

このように、従来の方法では耐熱性が必ずしも十分でな
く、一般に３００°Ｃを超える熱履歴を受けると急激に
記録が失われるのが普通である。また、特公昭６２−３
２４０７号公報の方法に見られるように、出力信号のＳ
／Ｎ比も低い場合が多く、高度の検出技術を必要とした
。

本発明は、上記の状況に鑑み、３００°Ｃ以上の高温に
耐え、且つ優れた耐食性と耐摩耗性を有し、しかも出力
信号のＳ／Ｎ比が高く検出が容易な磁気記録媒体を安価
に提供することを目的とする。

（！１題を解決するための手段） 金属材料は一般に、合金元素の種類や組成あるいは金属
学的組織によって磁気特性が変化することが知られてい
る。単体金属ではＦｅ、、Ｎｉ、　Ｃｏのみが強磁性を
示し、実用鋼では炭素鋼やフェライト系ステンレス鋼は
強磁性、オーステナイト系ステンレス鋼は通常は非磁性
である。

この原理を応用して強磁性の基材を局部的に非磁性の組
織にすることによって情報記録を行うのが、先に掲げた
特開昭６２−８３６２０号の発明である。

しかし、この方法では耐熱性が十分ではない、これは、
前述のとおり、基材の強磁性が準安定オーステナイトに
冷間加工を加えて加工誘起マルテンサイトを生成させた
結果得られたものであるため、熱が加わると非磁性のオ
ーステナイトに戻るからである。また、磁気特性の差を
検出する場合に、強磁性の基材に局部的な非磁性部が存
在するものに較べ、非磁性の基材に強磁性の部分が存在
するものの方が一般に検出が容易でＳ／Ｎ比も高くなる
。

そこで、本発明者らは耐熱性と検出感度の向上をはかる
べく、非磁性の基材の表層部に異種の金属を付着させた
鋼材に、高密度エネルギービームを照射し、その部分の
組成自体を変化させる方法について種々検討を行った。

その結果、ベース材と表層部材の適正な組合わせ及び表
層部材の適正な厚みが存在することが明らかになった。

しかして、本発明は、下記■の磁気記録体と■の磁気記
録体の製造方法を要旨とする。

■　オーステナイト系ステンレス鋼の基材と、その表面
のクロム層とからなり、表面の所定局部が基材とクロム
層とが溶融均一化して形成された強磁性体になっている
ことを特徴とする耐熱耐食性に優れた磁気記録鋼材。

■　オーステナイト系ステンレス鋼の表面に、下記の０
式を満足する厚みＬ（μｓ＋）のクロムを付着させた後
、その表面の所定位置に高エネルギー密度ビームを照射
して局部的に溶融させ、その部分を強磁性化することを
特徴とする耐熱耐食性に優れた磁気記録鋼材の製造方法
。

（１，６５Ｘ　−Ｙ　＋　１００） ここで、Ｘ、Ｙはそれぞれオーステナイト系ステンレス
鋼のＮｉ当量、Ｃｒ当量であり、Ｄはビーム照射後の平
均溶は込み深さ（μ輪）である。

（作用） まず、第１図によって本発明の基本概念を説明する。

第１図（ａ）は、オーステナイトステンレス鋼基材１の
表面にクロムＮ２を形成させた状態を示す表面局部の拡
大断面図である。この表面の所定局部に高エネルギー密
度ビームを照射して溶融させれば、第１図（ｂ）に示す
ように、基材のオーステナイトステンレス鋼とクロム層
とが溶融混合してＣｒ含有量の高い強磁性のフェライト
系ステンレス鋼になった部分３が形成される。

即ち、非磁性のオーステナ、イト系ステンレス鋼の表面
に成る適正な厚みのＣｒを付着させた鋼材に高エネルギ
ー密度ビームを照射すると、その部分が溶融して強磁性
のフェライト系ステンレス鋼に変わり、磁気特性の異な
る部分が生成する。目的とするパターンに従ってビーム
を照射することで情報が記録され、このパターンを第１
図（Ｃ）に示すような磁気ヘッドを用いたインダクテイ
プセンサ方式などで検出することにより情報を読み取る
のである。

ベースの母材は、非磁性を示すオーステナイト系ステン
レス鋼であればどのようなものでも良い。

母材コストやＣｒ層の必要厚みをできるだけ薄くするこ
とを考えれば、１含有量の低いＳＯＳ　２０１や５ＵＳ
３０１系が有利であるが、これらは、冷間加工を受ける
と加工誘起マルテンサイトを生成し強磁性化し易いから
注意を要する。

表層部のクロムは、高エネルギー密度ビームの照射で部
分的に強磁性のフェライト系ステンレス鋼を生成するの
に必要となるものである。同様の目的ではＦｅも考えら
れるが、Ｆｅ自身強磁性であるため後工程で除去する必
要があり適当でない。Ａｌ１やＳｉもフェライト生成元
素であるが、酸化し易く処理が難しい。

表層部のクロムの厚さは、基材のオーステナイト系ステ
ンレス鋼中のＮｉ当量とＣｒ当量、およびビーム照射後
の溶は込み深さに依存しており、適当な範囲が存在する
。下限の厚みはビーム照射部に安定してフェライト系ス
テンレス鋼を生成するのに必要であり、下限未満では十
分なＳ／Ｎ比が得られない。一方、上限はビーム照射に
より形成される局部的溶融部の組成を均一化するのに必
要で上限を越えるとやはりＳ／Ｎ比が劣化する。

クロム層厚みの上限と下限の決定方法に関して以下に具
体的に説明する。

第２図は、ビーム照射による溶融部の断面形状を模式的
に表した図である。

第２図で、　　Ｌニクロム層の厚み（μ、）Ｄｏ　：最
大溶は込み深さ（μ鴫） とすれば、平均熔は込み深さＤ（μ■）は、Ｄ−ＡＸＤ
）１　　となる。

ここで、Ａは溶融部断面形状による係数で、溶融部断面
が完全に矩形断面ならＡ−１，０、三角形断面ならＡ−
０，５である。実際の断面形状はこの中間であるから、
Ａは通常０．６〜０．９の範囲になる。

ステンレス鋼の金属学的組織を決定づける主要な因子は
、Ｎｌ含有量とＣ「含有量である。前者ばオーステナイ
ト安定化元素、後者はフェライト安定化元素で、磁性の
面からいえば、前者が非磁性化元素、後者が強磁性化元
素である。　Ｎｉ、　Ｃｒ以外の成分に関しても、オー
ステナイト安定化元素群とフェライト安定化元素群に分
けられ、それぞれの作用効果の程度を加味して、Ｎｉ当
量およびＣｒ当量というものが下記のように定義されて
いる。

Ｎｉ当１（Ｘ）＝χＮｉ＋３０ＸＩＣ＋０．５ＸχＭｎ
Ｃｒ当量（χ）＝ｘＣｒ＋χＭｏ＋１．５ＸχＳｉ＋０
．５ＸχＮｂ（χは重量％を示す、） 第３図がこのＮｉ当量およびＣｒ当量と、組織の関係を
表す図（日刊工業新聞社「ステンレス鋼便覧」より）で
ある。

さて、いま基材のＮｉ当量をＸ％、Ｃｒ当量をＹ％とす
ると、溶融部の平均目当量およびＣｒ当量は、表面のク
ロム層が均一に溶は込むと見做して、となる。

溶融部が強磁性化するためには、５０％以上のフェライ
トの存在が必要とみなされる。この条件を第３図でみる
と直線イの下の領域となる。直線イは、 で表されるから、直線イの下の領域というのは、Ｎｉ当
量≦（Ｃｒ当！−１０）　／１．６５　　・・・■であ
り、この０式に■式および０式のＮｉ当量およびＣｒ当
量を代入すると、 となる。

一方、クロム層厚さｔの上限に関しては溶融部のキュリ
ー点が室温以上である必要から、第４図（朝食書店「磁
性体ハンドブック」より）に基づいて Ｃｒ（％）≦６５　　・　・　・　・　・　・　・　・
　・　・■であり、この０式に０式のＣｒ等量（％）を
代入することにより、 となる。

第３図より、５０％以上のフェライトを生成するには１
０％以上のＣｒ当量が必要であることから、この値を用
いると、はぼ、Ｌ≦０．６ＸＤ・・・＠となる。

なお、Ｃｒ以外の元素もキュリー点に影響を与えるので
、厳密に言えば０式のＣｒ（χ）に０式のＣｒ当量を代
入するのは問題がある。しかし、主要元素であるＮｉに
ついては、Ｃｒで希釈されるとキュリー点が上がる方向
にあり、安定サイドであるため問題はない、その他の元
素は含有量も少なく、実用上は０式、或いは■式を用い
て何ら差し支えはない。

基材表面にクロムを付着させる方法は、電気めっき、蒸
着、クロム箔の貼合わせ、圧延クラッドなど任意の方法
でよい、厚みの調整の容易さや製造コストを考慮すると
現状では電気めっきが最も望ましい。

高エネルギー密度ビームとしては、レーザービーム、電
子ビーム、プラズマビームなどいづれでも良いが、真空
装置を必要としないレーザービームを使うのが実際的で
ある。

なお、溶は込み深さはビームのエネルギー密度を変えれ
ば制御可能で鋼材形状や使用目的に応じて選べば良い。

情報の読み取りは磁気ヘッドを用い、高周波を印加し電
磁誘導による磁束を検出する方法や、着磁した後ファラ
デー素子を用いて磁気光学的に検出したり、ホール素子
で漏洩磁束を検出する方法で可能である。

（実施例） 基材としては、代表的なオーステナイト系ステアＬ／ス
鋼であるＳＵＳ　３０１とＳＵＳ　３１６（７）　１　
ａｍ厚の冷延板を１１００°Ｃで溶体化したものを用い
た。これら基材の表面に種々の厚みのクロム層を電気め
っきで付着させた。その後、シングルモード炭酸ガスレ
ーザー発振機を用い、出力１００−でビームを発振し、
レンズで１００μ閣径に集光して鋼板表面に照射した。

鋼板の送りは５　ｍ／ｓｉｎ、ピッチ０．５ｍ−で走査
し、溶は込みの平均深さ（Ｄ）３０ｕ＋ｍの線状パター
ンを記録した。

こうして得た記録体のレーザー照射のままの試料および
５００℃加熱後の試料について、インダクテイブセンサ
一方式で９００ｋｌｌｚの高周波を印加し、電磁誘導に
よる磁束を検出し、Ｓ／Ｎ比を評価した。その結果を第
１表に示す。

第１表中の比較例１は、オーステナイト系ステンレス＠
　（ＳＯ３３０１）を冷間圧延して加工誘起変態によっ
て強磁性化した基材にレーザービームを照射して局部的
に溶融させて非磁性化したもので、特開昭６２−８３６
２０号公報に提案されるものに相当する。比較例の２は
、特公昭６２−３２４０７号公報に開示されている方法
に従って、２５％Ｆｅ　−７５％ＮｉのＮｉ１合金にレ
ーザービーム照射して熱処理したものである。

第１表の試験結果をみれば、本発明例に相当するもので
は、５００℃加熱の後でもＳ／Ｎ比に変化がなく、耐熱
性に優れていることが明らかである。

比較例の１では、加熱の前には本発明例の一部に匹敵す
るＳ／Ｎ比が得られている。これは、本発明例と同じく
、原理的に強磁性と非磁性の差を検出しているからであ
る。ただし、基材が強磁性であるため、本発明で得られ
る高いＳ／Ｎ比のレベルには達していない、さらに５０
０℃に加熱すると、記録は全（失われてしまう、これは
、基材の強磁性を支えている加工誘起マルテンサイトが
オーステナイト化して非磁性化したためである。

比較例の２は、単にレーザービーム照射後の急冷による
金属組織の差（析出物や歪の差と考えられる）を利用し
ているにすぎないので、加熱の前のＳ／Ｎ比が小さいだ
けでなく、加熱によってその記録も消失してしまう、こ
れに対して、本発明の例では、基材とレーザービーム照
射部との金属組織自体の相違に基づく磁気特性の差を利
用しているので、高温でも高いＳ／Ｎ比が得られる。即
ち、本発明の磁気記録鋼材は、原理的には、材料の融点
までの温度に耐えられる。

なお、表面のクロム層の厚みは、特許請求の範囲第２項
に記載した条件を満たすのが望ましいことが、第１表の
結果からも言える。

（発明の効果） 本発明の磁気記録鋼材は、これまでに知られている磁気
記録体に較べて、高い耐熱性とＳ／Ｎ比が得られ、且つ
材料特性上、耐食性や耐摩耗性にも優れている。また、
磁気記録の特性上、記録内容の秘匿性が高く、しかも外
部磁場に対する記録の保護性も極めて高い、従って、環
境変動の激しい産業用の磁気記録体として工業的応用範
囲は非常に広い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の磁気記録鋼材の基本概念を説明する図
で、（ａ）が基材にクロム層を付着させた状態の断面図
、（ｂ）がこれに局部的に溶融部（強磁性部）を形成さ
せた断面図、（ｃ）が記録検出方法を示す図である。 第２図は、溶融部の拡大断面図である。 第３図は、Ｎｉ当量およびクロム当量と金属学的組織と
の関係を示す図である。 第４図は、Ｆｅ　−Ｃｒ二元系におけるＣｒ含有量とキ
ュリー点との関係を示す図である。 Ｎ１図 第２図 第３図 Ｃｒ！ｉＩ量四％Ｃｒ＋％Ｍｏ＋１．５Ｘ％Ｓｉ＋ＯＪ
Ｘ％島第４図 ｗｔ％

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）オーステナイト系ステンレス鋼の基材と、その表
   面のクロム層とからなり、表面の所定局部が基材とクロ
   ム層とが溶融均一化して形成された強磁性体になってい
   ることを特徴とする耐熱耐食性に優れた磁気記録鋼材。
2. （２）オーステナイト系ステンレス鋼の表面に、下記の
   ［１］式を満足する厚みｔ（μｍ）のクロムを付着させ
   た後、その表面の所定位置に高エネルギー密度ビームを
   照射して局部的に溶融させ、その部分を強磁性化するこ
   とを特徴とする耐熱耐食性に優れた磁気記録鋼材の製造
   方法。 ［（１．６５Ｘ−Ｙ＋１０）／（１．６５Ｘ−Ｙ＋１０
   ０）］×＠Ｄ＠≦ｔ≦０．６×＠Ｄ＠…［１］ここで、
   Ｘ、Ｙはそれぞれオーステナイト系ステンレス鋼のＮｉ
   当量、Ｃｒ当量であり、Ｄはビーム照射後の平均溶け込
   み深さ（μｍ）である。