JPH02259047A

JPH02259047A - 耐食軟磁性棒管用鋼

Info

Publication number: JPH02259047A
Application number: JP1080373A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Nakazato; 弘昭中里; Yoshikazu Tanaka; 義和田中
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1990-10-19
Anticipated expiration: 2009-06-29
Also published as: JPH0649916B2

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）本発明は、電磁弁なとの鉄芯に使用される軟磁性棒また
は管用鋼に関し、更に詳しくは、電磁気特性、耐食性、
被剛性に優れ、さらに優れた冷間鍛造性をも兼備させた
棒状または管状鉄芯用材料に関する。

（従来の技術と解決の課題）一般に電磁弁なとの鉄芯材料としては従来から純鉄、珪
素鋼、１３Ｃｒ−２Ｓｉ鋼、１３Ｃｒ−０，８５ｔ−０
，２５八１−ｐｂ鋼などがあり電磁弁の固定鉄芯やプラ
ンジャーその他に使用されており、また最近はＣｒ、　
八〇などを増量あるいは添加して耐食性、磁性、その他
の改善を図った種々の軟磁性材料（例えば特開昭５９−
１８５７６２．５９−２３２２５８゜８２−１４６２４
９．６３−４５３５０）が開発され、一部実用化されて
いる。

これら固定鉄芯やプランジャーは、丸棒または管から冷
鍛、切削により作られるが、加工工程の合理化の推進の
ためには、優れた被剛性を備えていること、更に、小型
複雑形状の製品の冷間鍛造成形など、近年、益々過酷化
しつつある冷間鍛造加工に対応ずべく、材料の硬度を低
減すること（ｆｌｙ≦１２０）が求められている。電磁
気特性については、少ない消費電力にて、より優れた作
動性を有する月料、即ち、優れた磁気特性（磁束密度８
．８０００Ｇ以上、８５１００００Ｇ以上、Ｂ２５１１
０００Ｇ以上、保磁力ｔｌｃ１．００ｅ以下）の上に高
い固有抵抗（０２７０８０ｃｍ）を備えた材料が求めら
れている。また、工場用ロボットから民生品（クーラー
、ガスコンロなど）に至るまで広く使用されている空気
圧電磁弁、自動車用電子制御式自動燃料噴射装置用イン
ジェクターなどにおいては実損使用時鉄芯が発銹すると
、発銹部がはがれおち摺動部に詰まって電磁弁の作動性
を著しく損ない、鉄芯自身の電磁気特性をも損なうこと
があるばかりか、大事故につながる恐れさえ生ずる。よ
フて、発銹の防止が極めて重要な要語であるが、そのた
めには１３％Ｃｒ鋼と同等以上の耐食性を備えた材料が
要求される。

しかしながら、従来用いられてきた鋼の内、純鉄、珪素
鋼は被削性および耐食性が悪く、１３Ｃｒ−２Ｓｌ鋼は
耐食性は改善されたが被剛性が悪く、１３Ｃｒ　−０，
８Ｓｉ　−０，２５Ａ塁−ＰｂｔＩ４は耐食性、被剛性
は改善されたが、硬度が高（（ｌ（ｖ≧１３６）、近年
益々過酷化しつつある冷間鍛造加工に対応するには不十
分である等で、これら必要な特性の全てを滴定させる材
料はなかった。また、前記、最近の開発鋼についても、
電磁気特性、耐食性、被剛性、冷間鍛造性などの改善が
図られているが、特に、冷間鍛造性の改善を目的として
、電磁気特性、耐食性を損なわずに材料の硬度を低減す
る技術については未だ何等の提案もなされていない。

（課題の解決手段）本発明は、電磁弁なとの鉄芯に使用される軟磁性棒また
は管用鋼としての従来鋼の上記の如き問題点を解決した
もので、優れた電磁気特性、耐食性を備え、更に優れた
冷間鍛造性、被削性をも兼備させたもので、不純物元素
の極低化、及びＣｒ、　Ａｎの適量添加により、高い固
有抵抗（ρ≧７０μΩＣ［１１）、優れた磁気特性、耐
食性を備え、更に、硬度を低く抑える（Ｈｖ≦１２０）
ことにより、過酷化する冷間鍛造加工に対応できる優れ
た冷間鍛造性を備え、更に、必要に応じて快削元素Ｐｂ
、　Ｄｉ、　Ｓｅ、　Ｔｅなとの適量添加により優れた
被剛性をも付与することができる耐食軟磁性棒管用鋼で
あって、その要旨は次の通りである。

本発明の第１の発明鋼は、重量比にしてＣ６０，０１％Ｎ≦０．０１％Ｓｉ≦０．１θ％Ｍｎ≦０．１５％Ｓ≦０．０１５％Ｃｒ：５〜１５％Ａ又：１．０〜１．９％を含み、更にＣｒ、Ａ２をＬｏｇ１０（％Ｃｒ）＋　　０．８６１Ｘ　　（％ＡＵ
）２／３　　≧１．９０・・・・・　（１）（％Ｃｒ）＋２．８８ｘ　　（％Ａ９）≦１８，３・・
・・・　（２）の範囲に規制し残部鉄及び不可避不純物よりなることを特徴とする耐食
軟磁性棒管用鋼であり、本発明の第２の発明鋼は、重量比にしてＣ５０，０１％Ｎ≦０．０１％Ｓｉ≦０．１０％Ｍｎ≦０．１５％Ｓ≦０．０１５％Ｃｒ：５〜１５％Ａ２：１．０〜１．９％Ｌｏｇ１０（％Ｃｒ）＋　　０．８８１ｘ　　（％Ａｌ
）２／３　　≧１．９０・・・・・　（１）（％Ｃｒ）＋２．８８ｘ　　（％Ａｌ）　　≦１８．３
・・・・・　（２）の範囲に規制し残部鉄及び不可避不純物よりなる耐食軟磁性棒管用鋼で
ある。

（作　用）表１に本発明鋼、比較鋼、および従来鋼の化学成分と主
要諸特性を示す。

これらは、真空誘導炉にて溶製し５０ｋＧ鋼塊に鋳造し
、φ３０に鍛伸後、焼鈍を施し、試験片を作製し、各測
定に充てた。なお磁気測定は、更に真空中で８５０℃×
４Ｈ「の歪取り焼鈍を施した後に行った。そしてこれら
測定値とＣｒＡｌ含有量との相関その他について調査し
、結果うちの少なくとも１ｆＩＩＩ以上を含み、更にＣ
ｒＡ文を図１は、利料の直流磁気特性に及ぼすＣｒ含有量の影響
を示したものである。図より明らかなように、Ｃｒ含有
量の増大とともにａＺＳの値が直線的に減少していく。

最初に述べたように電磁弁などで優れた作動特性を得る
には磁束密度Ｂ２１！１１０００６以上が必要であるが
、Ｃｒ含有量が１５％を越えると８２Ｂ１１０００Ｇ以
上を安定して得ることができなくなることが解る。

図２は、材料の直流磁気特性に及ぼすＡｌ含有量の影響
を示したものである。図より明らかなように、八又含有
量の増大と共に磁束密度Ｂ２゜Ｂ＋＋　８２５の、値が
直線的に減少していく。同じく、最初に述べたように、
電磁弁などで優れた作動特性を得るには磁束密度８．８
０００Ｇ以上、８５１００００Ｇ以上が必要であるが、
ＡＩｌ含有量が１．９％を越えるとＢ、８０００６以上
、８．１００００Ｇ以上を安定して得ることができなく
なることが解る。

図３は、固有抵抗ｐ（μΩｃｍ）と、Ｃｒ、　Ａｌ含有
量との関係についてプロットしたもので、ρについて図
示したような等直線が描け、これから、次の実験式（ａ
）が得られた。

ρ（μΩｃｍ）＝　３１．８ｘ　ＬＯＧ＋ａ（％Ｃｒ）
＋２７．４Ｘ　　（％ＡｆＬ）　　”３＋９．６・・・
・・（ａ）図４は、硬さＨｖと、Ｃｒ、　Ａ交合有量の関係につい
てプロットしたもので硬さの等直線は図示した通り直線
となった。これから次の実験式（ｂ）が得られた。

Ｈｖ＝０．１２３　Ｘ　（（％Ｃｒ）＋２．８８　（％
ＡＲ））２＋７９．０・・・・・（ｂ）図３、図４より、Ｃｒ含有量は１０％程度まではその増
大とともに固有抵抗も硬さも共に著しく増大するが、１
０％を越えると固有抵抗の増大が緩やかになり、１５％
以上では硬さだけが増大し、固有抵抗の増大の効果は小
さくなる。

これに対してＡｌの添加増量効果は、Ｃｒに比べ、固有
抵抗増大の効果が大きく、硬さ増大の効果が小さいので
、固有抵抗を増大させるためには八又の添加が効果的で
あることが解る。

ところで最初に述べたように、電磁弁などがより少ない
消費電力にて、より優れた作動性を発揮するためには使
用される鉄芯材料の固有抵抗を７０（μΩｃｍ）以上に
高く保つことが必要であるので、これを式（ａ）に代入
すると３１．８ｘ　ＬＯｇ１０（％Ｃｒ）　＋　２７．
４　ｘ　（％ＡＮ）　２／３＋９．６　≧７０即ち、ＬＯｇ１０（％Ｃｒ）　＋　　０．８６１ｘ　（％Ａｌ
）　２／３　≧１．９０・・・・・（１）が得られる。図３に、式（１）によるＣｒ、　ＡＭＮ含
有量範囲を斜線で示す。

次に同じく前記した通り、過酷化する冷間鍛造加工に対
応するためには、硬さをＨｖ１２０以下に抑えることが
必要であるので、これを式（ｂ）に代入すると、０．１２３　Ｘ　（（９６ｃｒ）　＋２．８８Ｘ　（９
６Ａｌｌ））２＋７９．０≦１２０即ち、（％Ｃｒ）　　＋　２．８８ｘ　　（％Ａｌ）≦１８．
３・・・・・（２）が、得られる。図４に式（２）によるＣｒ、　へＮ含有
量の範囲を斜線で示す。

図５は、材料の耐食性の良否（０，△、Ｘで示す。）と
、Ｃｒ、　ＡＭＮ含有量の関係をプロットしたものであ
るが、その上に前記の式（１）および式（２）の曲線に
よる範囲をも重ねて記入したものである。耐食性試験は
、３％ＮａＣｌ溶液中に、２５℃Ｘ２４Ｈｒ浸漬して材
料の腐食減量を調べたものである。図より明らかなよう
に、Ｃｒが１０％を越えないと満足な結果が得られない
が、八ｌを１％以上添加することでこれを５％迄押し下
げられることが解る。結局、本発明の目的用途に必要な
耐食性を得るには、Ｃｒは５％以上、および、Ａｆｌは
１％以上が必要である。これと、先述の直流磁気特性、
固有抵抗、および硬さによる限定を加え合わせるとＣｒ
、　へ！含有量は、薄く塗りつぶした範囲になり、この
領域に規制することにより、はじめて優れた電磁気特性
、冷間鍛造性、耐食性を兼ね備えた材料が得られること
が解フた。

次に、図６、図７に従来鋼と、本発明鋼との特性比較を
示す。

図６は、硬さｌｖと固有抵抗ρ（μΩａｍ）との関係を
示している。本発明鋼は、従来鋼に比べ、固有抵抗値に
対する硬さが低いこと、即ち冷間鍛造性の改善された鋼
であることが解る。

図７は、直流磁気特性（磁束密度Ｂ２（ｋＧ）、保磁力
Ｎｃ　（Ｏｅ））と固有抵抗ρ（μΩｃｍ）との関係を
示している。本発明鋼は、従来鋼に比べ、同一固有抵抗
値に対する磁束密度Ｂ２（ｋＧ）が大きく、保磁力Ｈｃ
（Ｏｅ）が小さく、従って軟磁性の改善された鋼種であ
ることが解る。

以上より、本発明鋼は、優れた電磁気特性、耐食性、被
剛性に加え、従来鋼に比べ冷間鍛造性において著しく改
善された鋼であることが結論できる。

次に、本発明において成分組成を限定する理由を説明す
る。

＜Ｃ，Ｎ＞Ｃ，Ｎは、軟磁気特性に悪影響を及ぼす炭化物、窒化物
を生成し或は、結晶中に固溶し結晶格子を歪ませ、磁性
の劣化及び硬度の著しい増大を招くため、少ないほど望
ましい。Ｃ，Ｎ含有量が０．０１％を越えると、他の成
分量との関係によっては本発明で目的とする磁気特性お
よび冷間鍛造性が得られない。

よって、Ｃ，Ｈの上限を０．０１％とした。

（Ｓｔ＞Ｓｉは、Ｃ，Ｎと同様結晶中に固溶し材料の硬度を著し
く増大させるため冷間鍛造性の改善のために、更に、派
生的に他の主要特性（耐食性、磁気特性、固有抵抗）に
及ぼす影響を併せ考慮すると、その含有量は少ないほど
望ましい。

例えば、ＳｔはＣｒ、　ｋｌのような耐食性改善の効果
はなく、固有抵抗増大、および直流磁気特性改善の効果
も八Ｕよりも小さいにも拘らず、固溶強化作用は重量％
当り、Ａｎの約２倍、Ｃｒの約５倍の効果を有し、硬さ
増大の効果のみが大きく、そのため材料の冷間鍛造性を
著しく低下させるため本発明の目的用途のためには不要
である。

本発明の主要成分（Ｃｒ、＾交）範囲において、Ｓｔ含
有量が０．１θ％を越えると、他の成分との関係によっ
ては硬さが１ｌｖ１２０を越え、本発明で目的とする冷
間鍛造性が得られず、或はＳｉによる硬さ増大分をＣｒ
、　へｊｊ含有量の低減により補う場合、耐食性、固有
抵抗の低下を招き、本発明で目的とする耐食性、固有抵
抗が得られなくなる。

よってＳｔの上限を１０％とした。

＜Ｍｎ＞Ｍｎは、Ｓｉと同様結晶中に固溶し硬度を著しく増大さ
せるので冷間鍛造性を損ない、またオーステナイト安定
化元素であるため磁気特性を損ない、また耐食性も低下
させるため含有量は少ないほど望ましい。

例えば、ＭｎはＣｒ、　ＡＮのような耐食性改善の効果
はなく、固有抵抗増大の効果もＡＭよりも小さく、更に
直流磁化特性を損なうにもかかわらず、固溶強化作用は
Ｃｒ、　ｋｆＬよりも大であり、よってＳｔと同様、本
発明の目的用途のためには不要である。

本発明の主要成分（Ｃｒ、　へ父）範囲において、Ｍｎ
含有量が０．１５％を越えると、他の成分との関係によ
っては硬さが１Ｉｖ１２Ｑを越えるため、本発明で目的
とする冷間鍛造性が得られず、或はＭｎによる硬さ増大
分をＣｒ、＾交合有量の低減により補う場合、耐食性、
固有抵抗の低下を招き、本発明で目的とする耐食性、固
有抵抗が得られなくなり、また磁気特性においても、磁
束密度Ｂ２８０００Ｇ以上、Ｂｓ　１００ＯＯＧ以上、
Ｈｃ　１．００ｅ以下が安定して得られなくなるため、
本発明で目的とする磁気特性が得られなくなる。

よってＭｎの上限を０．１５％とした。

＜Ｓ＞Ｓは、冷間鍛造性、耐食性に悪影響を及ぼす硫化物を形
成するため含有量は少ないほど望ましい。Ｓ含有量が０
．０１５％を越えると、本発明で目的とする冷間鍛造性
、耐食性が得られなくなる。

よってＳの上限な０゜０１５％とした。

＜Ｃｒ、　Ａｆｌ＞Ｃｒ、　Ａ！ｌについては先に詳述したが、以下に要約
して記す。

Ｃｒは、耐食性を高めるために効果的な元素であるが、
図１に示すようにＣｒの過度の添加は、磁束密度の減少
をもたらし、Ｃｒ含有量が１５％を越えると例えば本発
明で必要とする磁束密度Ｂ１５ｌｌＯＯＯＧ以上を安定
して得ることができなくなる。よってＣｒ含有量の上限
を１５％にする。

しかし図５より明らかなようにＣｒ含有量が５％未満に
なると本発明の目的用途のためには耐食性が不十分にな
るため下限は５％とする。

Ａｎは、固有抵抗の増大、耐食性の改善などに効果的な
元素であるが、図２に示すように過度の添加は磁束密度
の減少をもたらし、へ文含有量が１．９％を越えると例
えば本発明で必要とする磁束密度Ｂ２８００００以上、８．１００００Ｇ以上を安定して得ることができなくな
る。よってＡｌ含有量の上限を１．９％とする。しかし
、図５より明らかなようにＡｌ含有量が１％未満になる
と耐食性が不安定になるため下限を１％とする。

更に固有抵抗と硬さについては、Ｃｒ、　ＡＭが密接に
相関し、固有抵抗値については本発明で目的とする７０
（μΩｃｍ）以上を得るためには図３に示す範囲、すな
わち式（１）の範囲にする必要があること、硬さについ
ては、本発明で目的とするＨｖ１２Ｑ以下を得るために
は図４の範囲、即ち式（２）の範囲にする必要化あるこ
とを見いだし、本発明を完成するに至ったものである。

＜Ｐｂ、　Ｂｉ、　Ｓｅ、　Ｔｅ＞本発明の第２の発明鋼は、特に被剛性が問題となる用途
に適するもので、被剛性を改善する元素としてＰｂ、　
Ｂｌ、　Ｓｅ、　Ｔｅのうち少なくとも１種以上を、Ｐ
ｂ、　ＤＩ、　Ｓｅについては、各々０．０３〜０．４
０％、　Ｔｅについては０．０１〜０．２０を添加する
。

Ｐｂ、　Ｂｉ、　Ｓｅ、　Ｔｅそれぞれについてその上
限値以上を添加しても、被剛性改善の効果は飽和し、更
に電磁気特性、冷間鍛造性の低下をまねき、また下限値
以下では被剛性改善の効果が殆ど無い。したがって、添
加量は各々につき上記の通りとする。

（実施例）次に、本発明鋼としてｐｂを添加したＮｏ、４＠を選び
、また従来鋼としてＮｏ、　４’１ｇ４およびＮｏ、　
４８鋼を選んで冷間据込み試験を行い、更に別途電磁弁
の可動鉄芯、および固定鉄芯に加工し、実機試験を行っ
た。冷間据込み試験の結果、Ｎｏ、４鋼の加工硬化指数
（Ｋ値）は、Ｎｏ、　４１＠に比べ１２％、Ｎｏ、　４
８＠に比べ１７％低減した。実機試験の結果では、Ｎｏ
、４鋼の消費電力は、従来鋼に比べ消費電力は、Ｎｏ、
　４７鋼に対して６％、Ｎｏ、　４８鋼に対して４％低
減し、長時間にわたり従来鋼よりも安定した性能を発揮
した。更に、本発明鋼のＮｏ、４鋼は快削鋼でもあるの
で、従来鋼のＮｏ、　４８鋼、およびＮｏ、　４９鋼に
比べ製品加工時の工具寿命も約１５〜３５％向上した。

（効　果）以上の説明から明らかなように、本発明鋼は優れた冷間
鍛造性、電磁気特性、耐食性、被剛性を兼備した材料で
あって、特に腐食環境向けの電磁材料として有利に用い
られるものであり、例えば、パルス作動型の自動車用電
子制御式自動燃料噴射装置用電磁弁の鉄芯材として使用
されたときに、高い固有抵抗と優れた磁気特性により、
従来材を用いたものよりもより小さな消費電力でより優
れた作動特性（吸引力が大きく、反応が敏感である）を
発揮する。更に、優れた冷間鍛造性と、優れた被剛性を
兼備しているので、従来材より過酷な冷間鍛造が可能で
あり、部品加工工程のより一層の合理化が図れる。

【図面の簡単な説明】

図１は、Ｃｒ含有量と磁束密度Ｂ２Ｓ　との関係を表す
図、図２は、へＭ含有量と磁束密度Ｂ２＋　＋１５８２
５、および保磁力Ｈｃとの関係を表す図、図３は、Ｃｒ
、　Ａｎ含有量と固有抵抗値との関係を表す図、図４は
、Ｇｒ、　へＮ含有量と硬さとの関係を表す図、図５は
、Ｃｒ、　Ｉｌｊ！含有量と、硬さ、固有抵抗、および
耐食性との関係をまとめた図、図６流磁気特性および固
有抵抗を比較した図である。＾Ｈｊ（９）り”ｇ圓吊革聰（ａ□）Ｊ（ｇ扉浸

Claims

【特許請求の範囲】１　Ｃ≦０．０１％Ｎ≦０．０１％Ｓｉ≦０．１０％Ｍｎ≦０．１５％Ｓ≦０．０１５％Ｃｒ：５〜１５％Ａｌ：１．０〜１．９％を含み、更にＣｒ、ＡｌをＬｏｇ＿１＿０（％Ｃｒ）＋０．８６１×（％Ａｌ）＾
２＾／＾３≧１．９０・・・・・（１）（％Ｃｒ）＋２．８８×（％Ａｌ）≦１８．３・・・・
・（２）の範囲に規制し残部鉄及び不可避不純物よりなることを特徴とする耐食
軟磁性棒管用鋼２　Ｃ≦０．０１％Ｎ≦０．０１％Ｓｉ≦０．１０％Ｍｎ≦０．１５％Ｓ≦０．０１５％Ｃｒ：５〜１５％Ａｌ：１．０〜１．９％を含み、更にＰｂ：０．０３〜０．４０％、Ｂｉ：０．
０３〜０．４０％、Ｓｅ：０．０３〜０．４０％、Ｔｅ
：０．０１〜０．２０％のうちの少なくとも１種以上を
含み、更にＣｒ、ＡｌをＬｏｇ＿１＿０（％Ｃｒ）＋０．８６１×（％Ａｌ）＾
２＾／＾３≧１．９０・・・・・（１）（％Ｃｒ）＋２．８８×（％Ａｌ）≦１８．３・・・・
・（２）の範囲に規制し残部鉄及び不可避不純物よりなることを特徴とする耐食
軟磁性棒管用鋼