JPH02310345A - 電磁気特性の優れた冷間鍛造用フェライト系ステンレス鋼 - 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、耐食性と冷間鍛造性を備え、しかも電磁気
特性に優れたフェライト系ステンレス鋼であって、液体
、気体を取り扱う装置の電磁弁などの構成部材として好
適なステンレス鋼に関する。

（従来の技術） 流体制御用の°ｉｔＭ１弁の材料には、従来、磁気特性
に優れ安価な軟調が使用されていた。しかし、近年その
使用分野が拡大し、苛酷な使用環境が出てくるとともに
、ｔｉｎ弁そのものの性能の高級化が指向されている。

自動車の電子燃料噴射装置用の電磁弁などがその例であ
るが、このような用途向けの材料は下記のように、電磁
気特性はもとより、耐食性に優れ、しかも、製品製造コ
ストの安い材料が要求される。

ｌ）耐食性 取り扱う流体による腐食や弁の使用環境の影響による発
銹とそれに伴う磁気特性の劣化がない材料が必要。

２）電磁気特性 電磁弁の作動特性、特に、駆動力は材料の磁気特性に大
きく影響される０例えば、材料の保磁力は２．００ｅ（
エルステッド）以下であることが必要。

さらに最近の傾向として、弁の消費電力や応答特性を改
良することが重要となり、電気抵抗（ρ）の高いものが
要求される。電磁弁の応答特性はρ−４２μΩ・１の材
料を基準としその反応時間を１００とすると、ρ＝６４
μΩ・１の材料で反応時間は８５、またρ−１０４μΩ
・１の材料で反応時間は６０になる。即ち、電気抵抗（
ρ）はできるだけ大きい方がよい。

３）冷間鍛造性 電磁弁の成形は切削、あるいは冷間鍛造によって行われ
る。製造コストの点では、冷間鍛造が切削加工よりはる
かに有利であるから、冷間鍛造性の優れた材料が好まれ
る。

冷間鍛造を可能とするには、硬さと引張強さを低くして
ダイスに加わる面圧を小さくして焼付を防止するととも
に、加工材の割れを防止するために延性、靭性を向上さ
せる必要がある。この両者を満足する具体的な特性は、
本発明者の試験結果によれば、硬さがＨＲＢで８０以下
、引張強さが５０Ｋｇｆ／−謡３以下である。なお硬さ
くＩＩＲＢ）が７０以下で、引張強さが４０Ｋｇｆ／ｍ
ｓ”以下であれば、苛酷な冷間鍛造が可能である。

耐食性は、Ｃ「含有量を高くすることにより改善できる
。また、磁気特性もフェライト系であるならば一応満足
する。しかしながら、冷間鍛造が可能で（即ち、引張強
さや硬度が充分低く）シかも８０μΩ・１以上の電気抵
抗を確保することは難しい。

前記のような要求に対して、すでに幾つかの提案がなさ
れている０例えば、特開昭６２−１４６２４９号公報に
は、Ｃｒを高めにして磁気特性を大きく損なわずに耐食
性を向上させたという鋼が記載されている。しかし、こ
の鋼は硬度が高く冷間鍛造が難しい上に、切削性を改善
するためにｐｂを添加しており、そのために保磁力が高
くなる。

一方、特開昭６２−２８０３４９号公報に提案される綱
は、引張強さが低く冷間鍛造が可能であるが、Ｃｒ、５
ｉＳＡｎ！の含有量を制限しているためρは高々７３ｐ
Ω・１であり、耐食性も劣る。

その外、特開昭６３−３５７５７号公報に提案されてい
る鋼では、電気抵抗を高めるＡｉを添加し、Ｍｎを０．
２％以下に抑えることにより引張強さ４４Ｋｇｆ７ａｍ
”以下、ρ≧９０μΩ・１が得られるが、Ａｉは飽和磁
束密度を著しく劣化させる。またこの鋼に含有される切
削性改善元素（Ｐｂ、　Ｓ、　Ｓｅ、　Ｔｅ、Ｓｉ等）
は、保磁力と冷間鍛造性を劣化させる。更に、特開昭６
３−４５３５０号公報には、Ｍｎを低くすることによっ
て、耐食性、磁気特性および冷間鍛造性を改善した鋼が
提案されているが、Ｍｎを低くするとＳの固定が困難に
なり、冷間鍛造用素材とするまでの熱間加工での加工性
と室温での靭性を著しく劣化させる。また、切削性を改
善するためｐｂ、Ｓｅ、旧、Ｔｅ、　Ｚｒ、　Ｃａ等を
添加すると、前記のように保磁力と冷間鍛造性を劣化さ
せる。

第１図は、前掲の公開特許公報に記載される鋼の硬さく
ＩＲＢ）と電気抵抗（ρ）の関係をグラフにしたもので
ある。即ち、第１図のＯ印は、特開昭６２−１４６２４
９号公報２６４頁第１表（続き）に示された鋼の硬さと
電気抵抗値を示す、また、左下の専部は特開昭６２−２
８０３４９号の発明の鋼の引張強さ≦４０ｋｇｆｌ−一
”　（ＩＩＲＢ≦６７に対応する）と電気抵抗値（７５
μΩ・ａＳ以下）の領域である。この図かられかるよう
に、硬さと電気抵抗とは、若、千の変動はあるものの、
はぼ直線的な関係にあり、ＩＩＲＢ≦７０のときはρ≦
８０μΩ・１、ＨＲＢ≦８０ならばρ≦９０μΩ・１に
なる・。

第１図に明らかなように、優れた冷間鍛造性を確保する
ために硬さをＩ（ＲＢ≦７０の範囲とした場合、これま
でに提案された材料では８０μΩ・１以下の電気抵抗し
か得られない、またＨＩＩＢ≦８０の範囲まで広げてみ
ても、ρは高々９０μΩ・０程度であり、１００μΩ・
１以上のρは到底得られない。

特開昭６２−１４６２４９号公報記載のように（第１図
参照）Ｓｌ、＾ｆｆｉ、Ｃｒの添加によりρは１００μ
Ω・１程度までが得られるが、ρの上昇とともに硬さは
上昇し、冷間鍛造は困難になる。またＣ「、ｉの添加は
飽和磁束密度を下げるため、この材料では８０００Ｇ　
（ガウス）以上の飽和磁束密度は得られない。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の課題は、電磁気特性に優れ、しかも耐食性と冷
間鍛造性にも優れたフェライトステンレス鋼を提供する
ことにある。特に本発明は、電Ｉｎ弁用材料として、引
張強さが５０Ｋｇｆ／ｍ■２以下、硬さではＨＲＢで８
０以下で、冷間鍛造が可能で、かつ電気抵抗が８５μΩ
・ｃｉ＋以上、保磁力が２．００ｅ以下、飽和磁束密度
が８００００以上の耐食性に優れたステンレス鋼を提供
することを目的とする。

耐食性と磁気特性は、Ｃｒ含有量の増加と金属組織をフ
ェライト系とすることによって解決できる。

しかし、通常、冷間鍛造を可能とするため、引張強さを
５０Ｋｇｆ／ａｓ”以下、換言すればＩＩＲＢを８０以
下抑えると、第１図にも示したように、電気抵抗は９０
μΩ・１以下になってしまう、つまり、従来の技術では
、硬さを抑えて冷間鍛造性をよくすることと、電気抵抗
値を高くすることとは相反することと考えられていた。

即ち、電気抵抗は物理量であり、合金元素の添加により
上昇させることが可能である。前掲の特開昭６２−１４
６２４９号公報にも示されているとおり、ＳｉやＡｌは
少量の添加でρを大きく上昇させる。

しかしながら、これらの元素の添加で電気抵抗を上昇さ
せると硬さく引張強さ）も必ず高くなり、冷間鍛造が不
可能となる。

（課題を解決するための手段） 本発明者は、上記のような従来の常識を打ち破るべく、
各種の合金元素の影響を詳細に研究したところ、下記の
組成のフェライトステンレス鋼であれば、硬さと引張強
さを低く保ちながら電気抵抗を大きくできること、具体
的には硬さくＨＲＢ）≦８０の範囲で電気抵抗（ρ）が
８５μΩ−ｃｍ以上、保磁力が２．００ｅ以下、飽和磁
束密度が８００００以上の鋼が得られ、しかもその鋼は
優れた耐食性をも備えることを確認した０本発明の要旨
は、■　Ｍｎ　：　０．６〜２．０％、Ｃｒ：８〜１８
％、Ｓｎ　：　０．０１〜０．５％、Ａｆｆｉ　：　１
．０〜４．０％を含み、残部がＦｅおよび不純物からな
り、不純物としてのＣが０．０２％以下、Ｎが０．０２
％以下、Ｓｉが０．２％以下である１に磁気特性の優れ
た冷間鍛造用フェライト系ステンレス鋼、および ■　上記■の成分に加えて更に、Ｎｉ　：　２．０％以
下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｔｉ　：　０．１％以下、Ｍ
ｏ　：　０．５％以下、Ｖ：Ｑ、５％以下、およびＺｒ
　：　０．１％以下のうちの１種以上を含有する電磁気
特性の優れた冷間鍛造用フェライト系ステンレス鋼、に
ある。

なお、本願明細書において、合金成分の含有量について
の％は全て重量％である。

（作用） 第１図中のΔ印、０印およびΔ印は、Ｃ：　ｏ、ｏｏｓ
％、Ｎ：　０．００５％、Ｍｎ：　０．８％、Ｐ：０．
０２％、Ｓ：０．０１％、Ｃｒ：　１２．５〜１３．５
％を含む鋼において、Ａｎ、Ｓｉをそれぞれ０．０２〜
５％、０．０５〜５％の範囲で変化させた場合の、８５
０℃×２時間焼鈍材の硬さくＨＲＢ）と電気抵抗（ρ）
との関係を示したものである。この図かられかるように
、同一のρに対して、Ａｌを０．０２％としＳｉを高く
したもの（ム）が最もＨＲＢが高く、次いでＡｆｆｉと
Ｓｉを同量添加したもの（ロ）のＯＲＢが高い、　Ｓｉ
：　０．０５％とし、Ａｌのみでρを高くしたもの（Δ
）は、最も硬さが低い、このことは、従来の材料（０印
）に比べて、Δ印で示される材料は、同じ硬さのレベル
なら這かに大きな電気抵抗をもつということであり、逆
に同じ電気抵抗のレベルなら、硬さく引張強さ）が低く
冷間鍛造性に優れている、ということである。

本発明の基本的思想は、鋼の組成を第１図のΔで示され
るようなものにすることである。更に具体的にいえば、
第１図に謔で示す範囲のように、＋１ＲＢ≦７０ならρ
≧８５μΩ・１、ＩＩＲＢ　≦８０ならρ≧１００μΩ
・１となる材料であって、例えば電磁弁材料として、消
費電力の低減や応答特性の向上、部品の小型化に寄与し
うるちのを提供するのが本願の発明である。

以下、本発明のステンレス鋼の合金成分の作用と、その
含有量の限定理由を説明する。

ＣおよびＮ： これらは、鋼を硬化させ、しかも焼鈍後粒界に炭（窒）
化物を析出させ、延性、靭性を低下させる。従って、こ
れらはできるだけ少ない方がよい。

それぞれの許容上限値が０．０２％である。なお上記の
好ましくない影響を少なくし、しかも磁気特性をさらに
向上させるにはＣ＋Ｎ≦０．０２％とすることが望まし
い。

Ｓｉ； Ｓｉは、鋼の電気抵抗を大きくするが、同時に鋼を著し
く硬化させる。この傾向は０．２％を超えると顕著にな
る。従って、ＳＩは０．２％以下にする必要がある。な
お、硬さをさらに低くして、より高い電気抵抗を有する
鋼で冷間鍛造が可能な鋼とするには、ＳＩを０．０９％
以下とするのが望ましい。

Ｍｎ； Ｍｎは脱酸元素として添加される。電気抵抗、硬さおよ
び磁気特性には大きな影響はない、ただし、含有量が２
％を超えると、焼鈍後の冷却条件によってはマルテンサ
イトを生成させて鋼の硬さを増すから２．０％以下にと
どめるのがよい、一方、Ｍｎの含有量が０．６％未満で
は、Ｓの粒界偏析を生じさせ常温での靭性および熱間加
工性が劣化する。

また、前記のとおりＳ＋含有量を低く抑えているためＭ
ｎが０．６％未満と低い場合には脱酸が不十分になり鋼
中の酸素量が増加し、冷間鍛造時の衝撃的な変形あるい
はシャー切断の際に脆性破壊を起こして割れが生じるお
それがある。従って、Ｍｎは０．６％以上含有させる必
要がある。

Ｃｒ： Ｃｒは鋼に耐食性を付与する主要成分である。このため
少なくとも８％以上が必要である。また、Ｃ「は電気抵
抗を大きくする元素でもあるが、１３％以上でその効果
は小さくなり、１８％を超えると最早電気抵抗を高（す
る効果はほとんどない、一方、硬さは、Ｃｒの添加とと
もにほぼ直線的に高くなる。

Ｃｒが１８％を超える鋼では１（ＲＢ≦８０を満足でき
ない。

＾ｊ！： Ａｌは、第１図からもわかるように、電気抵抗を高くす
るが、鋼を硬くする作用は比較的小さい。

従って、積極的に利用すべき元素である。ＡＮの含有量
が１．０％未満では電気抵抗（ρ）≧８５μΩ・１を満
足させることができない、しかし、４．５％を超える含
有量になると、硬さくＩＩＲＢ）が８０を超え、また冷
間鍛造に必要な潤滑剤の付着性が低下して焼付が発生し
やすくなり冷間鍛造が困難になる。なおＡｆｆｉは耐食
性を改善する効果も有する。

Ａｌは上記のように好ましい作用をもつものであるが、
反面、綱の飽和磁束密度を劣化させる元素である。しか
し、本発明では、次に述べるＳｎの添加によって、この
ｌの好ましくない作用を補償することができる。

Ｓｎ： Ｓｎを含有することが、本発明鋼の大基な特徴の一つで
ある。　Ｓｎは、耐食性や電気抵抗にほとんど影響を与
えないが、飽和磁束密度のみ上昇させる。

その効果は、０．０１％未満では現れず、０．５％を超
えると、綱の溶製や熱間加工が困難となる。

Ｎｉ、　Ｍｏ、　Ｖ： これらは、高価な元素であり、添加することは必須では
ない、しかし、硬さに対する影響が小さい割に電気抵抗
を高くする効果が大きいため、必要に応じて添加するの
がよい、Ｎｉは２．０％を超えるとマルテンサイトを生
成させ硬さを大幅に高くする。　Ｍｏ、　Ｖは０．５％
以上でもマルテンサイトを生成させず、硬さを著しく高
くすることなく電気抵抗を高めるが、鋼（製品）のコス
ト上昇を招くため０．５％を上限とする。なお、Ｍｏに
は耐食性を向上させる効果もある。

Ｎｂ、　Ｔｉ、　Ｚｒ： これらも必要に応じて添加される成分であり、炭化物あ
るいは窒化物を形成し、固溶するＣ、　Ｎを減少させ、
冷間鍛造性、延性、靭性を向上させる効果がある。同時
に結晶粒を微細化させ、シャー切断や冷間鍛造時の割れ
発生を防止する。ＣおよびＮがそれぞれ０．０２％以下
の本発明鋼においては、上記の効果はＮｂ、　Ｔｉ、　
Ｚｒのそれぞれ０．１％までの含有量で飽和するだけで
なく、過剰な添加は鋼の硬さく引張強さ）を極端に高く
する。

その他、不可避不純物として、ＰおよびＳがある。Ｐは
冷間鍛造性と靭性確保のために０．０４％以下、好まし
くは０．０２％以下とするのがよい、ＳもＰと同様の理
由で、０．０３０％以下、好ましくは０．０１％以下に
抑えるのがよい。

なお、この種の綱では従来Ｐｂ、　Ｓｂ、　Ｔｅその他
の快削性元素を添加することが多い、しかし、これらの
元素は冷間鍛造性を劣化させるから添加しない方がよい
、不純物として含有される場合にも、その総量が０．１
％を越えると冷間鍛造は極めて困難になるからから、こ
れ以下、望ましくは０．０５％以下にする。さらに望ま
しくは０．０１％以下であれば、冷間鍛造上の問題はな
くなる。

（実施例） 第１表に示す組成の鋼を、Ａ−Ｃは電気炉とＡＯ［ｌ炉
を使用し、Ｄ−Ｗは真空炉を用いて溶製した。インゴッ
トを分塊圧延して１００ｍｍ角のビレットとし、これを
線材圧延ミルで１５＋ｓｇｉφに仕上げ、次いで１０５
０°Ｃ×３０分→水冷の焼入れを施して素材とした。圧
延の際には、疵の発生状況を観察した。

上記の素材から１０ｍ＋ｓφ×２０１１１１長の試験片
を採り、常温で圧縮試験を行い、軸方向圧縮にて割れの
生た高さくｈ）を求め、（（２０−ｈ）／２０　）　ｘ
ｌＯＯ（χ）によって限界圧縮率を求めた。また、通常
の方法で引張強さと硬さ、および電気的、磁気的性質を
測定した。

第２表に上記の試験によって得られた測定値を示す、ま
た、前記圧延時の疵発生状況を併記する。

第２表中、本発明の実施例に相当する鋼（Ａ〜Ｍ）は、
いずれも引張強さが５０ｋｇｆ／ａｍ”以下、硬さく）
ＩＲＢ）が８０以下で、限界圧縮比で見られるように優
れた冷間加工性をもっている。熱間圧延の際の疵発生も
ない、！磁気特性をみれば、電気抵抗（ρ）は８５μΩ
・　ｃｍ以上、保持力は２．００ｅ以下であり、飽和磁
束密度は８００００以上である。

一方、比較鋼として示したもののうち、０、Ｑ、Ｓ、Ｔ
、Ｖ、Ｗは、すべて限界圧縮比が１０％に達せず、また
、Ｎ、、ＰおよびＵのそれも本発明鋼に比べて温かに低
く冷間加工性に劣る。これらは、引張強さ、硬さを高く
する合金成分を過剰に含有しているからである。電磁気
特性を見ても、電気抵抗、飽和磁束密度および保持力の
全てが本発明において目標とする値を満足するものはな
い、比較鋼のＱ−Ｗは、Ｓｉを低くした上にＭｎの含有
量も０．６０％より低（抑えたものである。これらは熱
間圧延の際に疵が多発し、特にＱ、■およびＷでは、シ
ャー切断の際に脆性破壊が見られた。

（発明の効果） 実施例に具体的に示したように、本発明の鋼は１を磁気
特性および冷間加工性に著しく優れている。

また、Ｃｒを８％以上含有するステンレス鋼であるから
耐食性にも優れ、適正量のＭｎを含むので熱間加工性に
おいても問題がない。

本発明鋼は、特に、消費電力が少なく応答性に優れた電
磁弁等を製造する素材として好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来の鋼、本発明の鋼および比較するために
作製した鋼の硬さと電気抵抗との関係を示す図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で、Ｍｎ：０．６〜２．０％、Ｃｒ：８〜
   １８％、Ｓｎ：０．０１〜０．５％、Ａｌ：１．０〜４
   ．０％を含み、残部がＦｅおよび不純物からなり、不純
   物としてのＣが０．０２％以下、Ｎが０．０２％以下、
   Ｓｉが０．２％以下である電磁気特性の優れた冷間鍛造
   用フェライト系ステンレス鋼。
2. （２）請求項（１）の成分に加えて更に、Ｎｉ：２．０
   ％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｔｉ：０．１％以下、Ｍ
   ｏ：０．５％以下、Ｖ：０．５％以下、およびＺｒ：０
   ．１％以下のうちの１種以上を含有する電磁気特性の優
   れた冷間鍛造用フェライト系ステンレス鋼。