JPH062077A

JPH062077A - 焼結用軟磁性ステンレス鋼粉末

Info

Publication number: JPH062077A
Application number: JP4185866A
Authority: JP
Inventors: Noboru Yamawaki; 昇山脇; Hiroshi Takigawa; 博滝川; Shinya Okamoto; 晋也岡本; Tetsuya Sawayama; 哲也澤山
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1992-06-19
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1994-01-11

Abstract

(57)【要約】【目的】電磁弁，アクチュエータ，磁気センサ等とし
て採用される軟磁性焼結部品の耐食性，軟磁性特性を向
上できるステンレス鋼粉末を提供する。【構成】水アトマイズ法により製造されたフェライト
系ステンレス鋼粉末において、Ｃｒ含有量１２〜１８wt
％、炭素含有量0.1 wt％以下、窒素含有量0.01wt％以
下、酸素含有量0.3 wt％以下、珪素含有量0.4 〜0.6 wt
％、マンガン含有量0.3 wt％以下、残部Ｆｅ及び不可避
的不純物とし、さらにマンガン／珪素（Mn/Si)比を0.5
以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プレス成形，押出成
形，あるいは射出成形等に用いられるフェライト系ステ
ンレス鋼粉末に関し、特に電磁弁，アクチュエータ，磁
気センサ等、軟磁性特性を必要とする軟磁性焼結部品に
使用されるステンレス鋼粉末の組成の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に電子機器，電気機器に採用される
電磁弁，アクチュエータ，磁気センサ等の部品には、従
来、軟磁性特性を有するフェライト系ステンレス鋼材，
例えばSUS430が多く用いられている。また、近年の電子
機器の分野においては、小型化，高性能化の発展に伴っ
て、これらに使用される電磁弁等の各種部品においても
小型化，形状複雑化，低コスト化の要求が強まってい
る。このような要求に対応するものとして、上記従来の
鋼材に代わるステンレス鋼粉末を採用した焼結部品が注
目されている。この焼結部品は、上記鋼材に比べて材料
歩留まりが良く，しかも機械加工費が低減できる等の利
点がある。また、近年の成形技術の発展から焼結部品の
自由度が向上しており、例えば金属射出成形法では、部
品形状の制約がなくなることから、小型複雑形状部品を
精度良く成形できるとともに、量産，コストダウンが可
能であり、今後のステンレス鋼粉末を使用した焼結部品
の伸張が大いに期待されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記ス
テンレス鋼粉末を用いた焼結部品では、耐食性，軟磁性
特性において鋼材に比べて劣るという問題点がある。こ
の原料となるステンレス鋼粉末に関しては、その焼結特
性や各種材料特性等の研究開発が遅れており、一般的な
ステンレス鋼粉末，例えばSUS304,SUS316 でしか行われ
ておらず、上記フェライト系ステンレス鋼材ではその端
緒についたところである。従って、上述した焼結部品に
最適の焼結用軟磁性ステンレス鋼粉末の出現が期待され
ている。

【０００４】本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされ
たもので、耐食性，及び軟磁性特性に優れた焼結用軟磁
性ステンレス鋼粉末を見出すことを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、水ア
トマイズ法によって製造されたフェライト系ステンレス
鋼粉末であって、Ｃｒ：１２〜１８wt％、Ｃ：0.1 wt％
以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなるこ
とを特徴としている。また、請求項２〜６の発明は上記
請求項１のステンレス鋼粉末において、他の元素の含有
量を規定したものであり、請求項２の発明は、窒素含有
量を0.01wt％以下とし、請求項３の発明は、酸素含有量
を0.3 wt％以下とし、請求項４の発明は、珪素含有量を
0.4 〜0.6 wt％とし、請求項５の発明は、マンガン含有
量を0.3 wt％以下とし、請求項６の発明は、Ｍｎ／Ｓｉ
比を0.5 以下としたことを特徴としている。

【０００６】ここで、本発明の各種元素の含有量を規定
した理由について説明する。Ｉ．炭素含有量を0.1wt ％以下とした理由ステンレス鋼粉末の炭素含有量は以下の３点から検討し
た。焼結部品の耐食性を向上させるためにＣｒとの炭化物
が粒界で析出しないよう可能な限り低くする必要があ
る。またプレス成形では、成形時の圧縮特性が良好である
ことが要求されることから、粉末の場合は通常の鋼材よ
りも低い炭素含有量が求められる。さらにまた、磁気特性においても、焼結後の部品に残
留する炭素量が多くなると磁気特性は劣化することが判
明している。磁性の発現には種々の説があるが、残留炭
素量が多い場合、特にステンレス鋼材ではＣｒとの炭化
物が析出し易く、これが磁壁の移動を妨げているものと
考えられる。これらの点から、炭素含有量の最適値を見
出すための実験１〜３を行った。

【０００７】

【表１】

【０００８】

【表２】

【０００９】

【表３】

【００１０】実験１これはＣｒとの炭化物の析出を回避可能な炭素含有量を
見い出すための実験であり、表１に示すように、炭素含
有量を0.02〜0.80wt％の範囲で変化させて各種のステン
レス鋼粉末Ａ〜Ｅを作成し、この各粉末Ａ〜Ｅを使用し
て焼結体を形成した。そしてこの焼結体の断面をＳＥＭ
（走査型電子顕微鏡），及びＥＰＭＡで観察し、焼結体
の粒界におけるＣｒ炭化物の発生状況を調べた。なお、
上記各粉末Ａ〜ＥのＣｒ含有量は16.8〜17.3wt％とし
た。

【００１１】実験２これはプレス成形時の圧縮特性が良好となる炭素含有量
を見い出すための実験であり、表２に示すように、上記
実験１で使用した各ステンレス鋼粉末Ａ〜Ｅを所定の金
型でプレス成形し、その時の粉末の炭素含有量と成形体
の相対密度との関係を調べた。この実験では、0.75wt％
Ｚｎ−Ｓｔ．混合潤滑方式を採用した。

【００１２】実験３これは焼結後の磁気特性の劣化を回避可能の炭素含有量
を見い出すための実験であり、表３に示すように、上記
実験１で使用した各ステンレス鋼粉末Ａ〜Ｅを用いた射
出成形体を真空焼結して焼結体を形成し、該各焼結体の
直流磁気特性を測定した。なお、上記焼結条件は1280℃
×２時間, 真空度は10^-4torrオーダー,焼鈍条件は900
℃×２時間とした。

【００１３】表１〜表３からも明らかなように、何れの
実験結果からも炭素含有量は0.1 wt％以下にするのが望
ましいことがわかる。即ち、Ｃｒ炭化物の生成状況で
は、炭素含有量が0.2 ％以上になると焼結体の粒界にＣ
ｒ，及び炭素リッチ層の存在が認められる。これに対し
て0.08％の場合は全く存在が認められない。また、プレ
ス成形時の圧縮特性では、通常成形圧力は５〜7ton/cm²
で、成形体の相対密度は60％以上必要である。これを満
足しているのは炭素量が0.08％以下の成形体であり、こ
れを越えると成形不可能，もしくは50％以下となってい
る。さらに、焼結体の直流磁気特性( 磁束密度, 及び保
持力) では、炭素含有量が0.2 ％以上にするとＢ₂₀＝0.
75〜0.44T,Hc＝3.5 〜4.2Oe であるのに対して、炭素量
を0.08％以下にするとＢ₂₀＝0.98〜1.12T,Hc＝1.9 〜1.
3Oe となっている。なお、従来のフェライト系ステンレ
ス鋼材, 例えばSUS430の直流磁気特性は、Ｂ₂₀＝１〜1.
1 T,Hc＝３Oe程度である。

【００１４】II. 窒素含有量を0.01wt％以下とした理由溶製したフェライト系ステンレス鋼材の場合、窒素が直
流磁気特性に影響することは知られているが、これは溶
解Ｃｒに窒素が取り込まれ、最終的にＣｒ窒化物が生成
されることによって磁気特性が劣化するからである。一
方、水アトマイズ法で製造したフェライト系ステンレス
鋼粉末の場合、アトマイズそのものの時間が短いことか
ら残存窒素量は0.01〜0.03％程度である。また、この粉
末の焼結体の残存窒素量は0.001 〜0.005 ％程度である
から、水アトマイズ法で製造した粉末に残存する窒素
は、ガス状態で粉末の表面に化学的, 物理的に吸着して
いると考えられる。従って、上記ステンレス鋼粉末を真
空焼結しても、吸着面から開放された窒素はＣｒと結合
する前に外方に排出されることとなり、直流磁気特性に
何ら影響を及ぼすことがないと考えられる。よって、通
常の水アトマイズ法で製造される一般的なステンレス鋼
粉末の窒素含有量の下限値に近い0.01％よりさらに低い
窒素量を保てば良いことになる。このことから、窒素含
有量は0.01wt％以下とした。この窒素含有量0.01wt％以
下を実現するためには、水アトマイズ時の周辺雰囲気と
して窒素以外の気体, 例えばアルゴン等を用いれば良
い。

【００１５】III.酸素含有量を0.3 wt％以下とした理由一般に、水アトマイズ法で製造された金属粉末には、そ
の製法上から0.8 〜４％の酸素が残存している。フェラ
イト系ステンレス鋼粉末の場合は、安定した酸化物を生
成し易いＳｉ，Ｃｒ，Ｍｎがその主要構成成分となって
いることから、残存する酸素量が多くなれば、それだけ
磁気特性を劣化させる酸化物の生成が容易に起こり易く
なっている。このような酸化物には、Ｓｉ−Ｏ系，Ｃｒ
−Ｍｎ−Ｏ系が確認されている。

【００１６】ここで、水アトマイズ法による金属粉末の
下限酸素量を求めるために、水アトマイズ時の周囲の雰
囲気を不活性ガス，例えばアルゴンで覆い、これにより
純粋に水のみからなる酸素授受状態を形成し、さらにア
トマイズ条件を変えて実験を行った。その結果、0.5 wt
％以下の粉末酸素残存条件が得られた。そして、この条
件下で種々の酸素量を設定し、かつＣｒ含有量を目標値
17.0％に設定してフェライト系ステンレス鋼粉末を製造
し、これを真空焼結( 条件:1280 ℃×2hr,10^-4torrオー
ダー) した。なお、上記粉末のＳｉ含有量は0.64wt％，
Ｍｎ含有量は0.28wt％である。この結果、酸素量を0.3
wt％以下にするとＳｉ−Ｏ系酸化物のみが少量認めら
れ、0.3 wt％を越えるとＣｒ−Ｍｎ−Ｏ系酸化物が混在
し始め、さらに酸素量が0.5 wt％を越えると両者が急激
に増えることがわかった。このような酸化物の形態観察
を行うと、上記Ｓｉ−Ｏ系酸化物は略球状であるが、Ｃ
ｒ−Ｍｎ−Ｏ系酸化物は多角形を呈していた。この多角
形状は一種の切欠き効果を持つと考えられることから、
Ｃｒ−Ｍｎ−Ｏ系酸化物の出現は焼結体の機械的特性面
からみて好ましくない。よって酸素量は0.3 wt％以下が
望ましい。また、この酸素量0.3 wt％以下の焼結体の直
流磁気特性を測定したところ、先の実験３の粉末記号
Ａ，Ｂと略同様の値が得られた（表３参照）。この点か
らも、酸素含有量は0.3 wt％以下とするのが望ましい。

【００１７】IV. 珪素含有量を0.4 〜0.6wt ％とした理
由溶製のフェライト系ステンレス鋼材では、その珪素含有
量を0.75wt％以下に規定しているが、この強化元素であ
る珪素量を極端に減らすと機械的特性が劣化する。水ア
トマイズで製造したステンレス鋼粉末の場合、機械的特
性を劣化させることなく、かつＳｉ−Ｏ系酸化物の生成
を極力抑えることが必要になる。そこで、この両方を満
足できる珪素量を見出すための実験を行った。この実験
は、酸素量を目標値0.3 wt％に、Ｃｒ量を目標値17.0wt
％にそれぞれ設定し、珪素量を0.15〜0.75wt％の範囲で
変化させてステンレス鋼粉末を製造し、この粉末を焼結
した後、焼鈍し、これにより得られた各焼結体の引張強
さを測定して行った。

【００１８】図１は、その測定結果を示す。ここで、溶
製のフェライト系ステンレス鋼材における引張強さの規
格下限値は451MPaであり、この下限値の80％以上を有す
るものが焼結部品として使用に耐えるとした場合、同図
から、珪素量は0.4 wt％以上必要であることがわかる。
一方、珪素量が0.6 wt％を越えるとＳｉ−Ｏ系酸化物の
生成が認められることから、上記珪素の含有量は0.4 〜
0.6 wt％とした。

【００１９】Ｖ．マンガンの含有量を0.3wt ％以下とし
た理由水アトマイズ法によりステンレス鋼粉末を製造した場
合、マンガン含有量と酸素含有量との間には、図２に示
すような関係があることが判明した。この結果、酸素量
を0.3 wt％以下に抑えるためにはマンガン量は0.3 wt％
以下にするのが望ましい。

【００２０】VI. マンガン／珪素比を0.5 以下とした理
由一般に水アトマイズ法で製造したステンレス鋼粉末の場
合、そのＭｎ／Ｓｉ比が高い領域にある材料では、アト
マイズ時の高温酸化によって粉末表面に酸化物の皮膜が
生成し易い傾向がある。この酸化物皮膜が生成すると、
プレス成形時に必要な圧縮特性が得られ難いだけでな
く、焼結時のネックの成長が妨げられて気孔の形状が異
形になるとともに、緻密化が進まず焼結密度が低下し易
くなり、機械的特性が悪化する。上記IV, 及びＶでは珪
素, マンガンの単独の含有量を規定したが、実際にはこ
の両者のＭｎ／Ｓｉ比を最適にしないと上述の各特性効
果を得ることができない。

【００２１】そこで、上記Ｍｎ／Ｓｉ比の最適値を見出
すための実験を行った。この実験は、上記IV, 及びＶで
規定した珪素, マンガンの各含有量の範囲内で、Ｍｎ／
Ｓｉ比を0.05〜1.3 に変化させてフェライト系ステンレ
ス鋼粉末を製造し、これらの粉末を射出成形して成形体
を形成し、これを焼結して焼結体を得た。そして、この
焼結体の酸化物の生成状況, 機械的特性, 及び直流磁気
特性を調べた。その結果、上記Ｍｎ／Ｓｉ比を0.5 以下
にした場合は、いずれもＳｉ−Ｏ系酸化物の生成は微量
であり、また引張強さは420MPa以上あり、さらに磁束密
度Ｂ₂₀は0.96T以上, 保持力Hcは2.0Oe 以下であった。
このことから上記Ｍｎ／Ｓｉ比は0.5 以下にするのが望
ましい。

【００２２】

【作用】本発明に係る焼結用軟磁性ステンレス鋼粉末に
よれば、上述のように炭素，窒素，酸素，珪素，及びマ
ンガンの含有量をそれぞれ規定するとともに、マンガ
ン，珪素を添加する際のＭｎ／Ｓｉ比を規定したので、
これにより得られたステンレス鋼粉末は、耐食性，磁気
特性，及び機械的特性の全てを満足できる。その結果、
電磁弁，アクチュエータ，磁気センサ用焼結部品として
採用を可能にでき、上述の要請に応えられる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。本実施例
では、本発明の焼結用軟磁性ステンレス鋼粉末の効果を
確認するために行った試験について説明する。

【００２４】

【表４】

【００２５】この試験は、表４に示すように、本発明の
請求範囲の化学成分からなるフェライト系ステンレス鋼
粉末Ｘ，Ｙを水アトマイズ法で製造した。そしてこの各
粉末Ｘ，Ｙを射出成形して成形体を形成し、この成形体
を真空度10^-4torrオーダー,焼結温度1280℃×２時間で
真空焼結し、この後900 ℃×２時間で焼鈍処理を施して
焼結部品を作成した。これにより得られた各焼結部品の
磁束密度，保持力を測定して直流磁気特性を調べた。な
お、この焼結後の相対密度は98％であった。また、上記
各焼結部品の耐食性を調べるために耐食試験を行った。
この試験は、５％NaCl＋２％H₂O₂の腐食液を40±２℃に
保持し、この腐食液中に上記焼結部品を24時間浸漬し、
これによる焼結部品の腐食減量g/m²・hrを調べた。ま
た、比較するために従来の溶製材,SUS430 を使用して同
様の耐食試験を行った。

【００２６】

【表５】

【００２７】

【表６】

【００２８】表５，及び表６は、上記試験結果を示す。
表５からも明らかなように、直流磁気特性では、両粉末
Ｘ，Ｙとも磁束密度はＢ₂₀＝0.99,1.03Tと高く、保持力
はHc＝2.1,1.6Oe と低く、満足できる軟磁性特性が得ら
れている。また、表６からも明らかなように、耐食試験
では、両粉末Ｘ，Ｙとも0.84,0.96g/m² ・hrと、溶製材
の0.62に近い耐食性が得られている。これにより、本実
施例のステンレス鋼粉末は、耐食性，軟磁性特性とも優
れており、電磁弁等の各種部品に十分使用できることが
わかる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明に係る焼結用軟磁性
ステンレス鋼粉末によれば、これを構成する炭素，窒
素，酸素，珪素，及びマンガンの含有量をそれぞれ規定
するとともに、マンガン，珪素を添加する際のＭｎ／Ｓ
ｉ比を規定したので、従来のステンレス鋼粉末では困難
であった耐食性，磁気特性，及び機械的特性のいずれも
向上でき、上述の電磁弁，アクチュエータ，磁気センサ
の焼結部品として採用できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の成立過程を説明するための珪素量と引
張強さとの関係を示す特性図である。

【図２】本発明の成立過程を説明するためのマンガン量
と酸素量との関係を示す特性図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｆ 1/14 (72)発明者澤山哲也兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号株式会社神戸製鋼所西神総合研究地区内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水アトマイズ法によって製造されたフェ
ライト系ステンレス鋼粉末であって、Ｃｒ：１２〜１８
wt％、Ｃ：0.1 wt％以下を含有し、残部Ｆｅ及び不可避
的不純物からなることを特徴とする焼結用軟磁性ステン
レス鋼粉末。
【請求項２】請求項１において、窒素含有量が0.01wt
％以下であることを特徴とする焼結用軟磁性ステンレス
鋼粉末。
【請求項３】請求項１又は２において、酸素含有量が
0.3 wt％以下であることを特徴とする焼結用軟磁性ステ
ンレス鋼粉末。
【請求項４】請求項１ないし３のいずれかにおいて、
珪素含有量が0.4 〜0.6 wt％であることを特徴とする焼
結用軟磁性ステンレス鋼粉末。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかにおいて、
マンガン含有量が0.3 wt％以下であることを特徴とする
焼結用軟磁性ステンレス鋼粉末。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれかにおいて、
マンガン／珪素（Mn/Si)比が0.5 以下であることを特徴
とする焼結用軟磁性ステンレス鋼粉末。