JPH0627303B2

JPH0627303B2 - 冷間鍛造用軟磁性ステンレス鋼

Info

Publication number: JPH0627303B2
Application number: JP60163747A
Authority: JP
Inventors: 義信本蔵; 幸二村田; 孝横山
Original assignee: Aichi Steel Corp
Current assignee: Aichi Steel Corp
Priority date: 1985-07-24
Filing date: 1985-07-24
Publication date: 1994-04-13
Anticipated expiration: 2009-04-13
Also published as: JPS6223962A; US4714502A; DE3624969C2; DE3624969A1

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は電磁バルブ、電磁クラッチおよび内燃機関の電
子燃料噴射装置等に用いられる冷間鍛造性、被削性、電
磁気特性、耐食性に優れた冷間鍛造用軟磁性ステンレス
鋼に関する。

（従来技術）従来、軟磁性ステンレス鋼に要求される特性として、最
大透磁率、磁束密度および保磁力などの磁気特性と、電
気抵抗、耐食性、被削性等があり、特に優れた磁気特性
を得るため２Si-13 Cr鋼、１Si- 0.20 Al -13 Cr鋼等が
開発された一部、実用に供せられている。近年、軟磁性
ステンレス鋼の用途開発が進み、電子燃料噴射装置のボ
ディやコアーなどの複雑な形状を有する部品に適用され
るようになり、前記特性に加えてさらに冷間鍛造性と被
削性の優れた鋼の開発が要求されていた。

上記要求に対して、たとえば、１ Si- 13 Cr -0.2 Al鋼
等のＣ量を0.01％程度まで低減させ、かつ0.018 ％の
Ｓ、0.2 ％のPbを添加した鋼が開発され、一部で使用さ
れている。

（解決しようとする問題点）しかし、これらの鋼についても引張り強さが、44.5kgf
／ｍm²、絞りが75％、限界加工率が47％と十分な冷間鍛
造性を得るものでなく、前記の電子燃料噴射装置のボデ
ィやコアーなどの複雑な形状を有する部品を冷間鍛造す
ることは困難であり、より優れた冷間鍛造性と被削性お
よび電磁気特性を有する軟磁性ステンレス鋼の開発が望
まれてた。

（問題点を解決するための手段）本発明はかかる従来鋼の欠点に鑑みてなしたものであ
り、本発明者等は、13 Cr 鋼の電磁気特性と冷間鍛造
性、被削性に及ぼす各種合金元素の影響について調査し
た結果、磁気特性は、Si、Al、Ti添加と低Ｃ＋Ｎ化によ
って改善され、また、電気特性は、Si、Alの複合添加に
よる相乗作用により大巾に向上し、一方冷間鍛造性は、
Ti添加と低Ｃ＋Ｎ化によって改善され、さらに被削性は
少量のＳとPb添加によって大幅に向上すること、また冷
間鍛造性に対して多量のSi、Al添加は冷間鍛造性を大幅
に損うが、0.10〜0.30％のPb添加による冷間鍛造性への
影響が小さいこと、Ｓ量の1.5 〜４倍のZr添加によっ
て、Ｓの冷間鍛造性への影響を無害化することを見い出
した。

特に、TiはＣ＋Ｎ量が0.06％程度と通常の値の場合には
冷間鍛造性は殆ど改善されず、しかも磁気特性の改善も
わずかである。ところが、Ｃ＋Ｎ量が0.04％以下と極低
域においては0.1 ％程度のTiの添加によって、磁気特
性、冷間鍛造性ともに大巾に向上する。

Tiのこの作用は、相当量のＣ＋Ｎ量を含む場合、すべて
のＣ＋ＮをTiで固定すると大きなTiC、TiNの析出物が形
成されてしまい、これによって冷間鍛造性が低下してし
まうが、Ｃ＋Ｎ量が0.04％以下と非常に少ない場合には
すべてのＣ＋ＮをTiで固定化すると無害で小さなTiC、T
iN析出物のみが形成され、もっぱらＣ＋Ｎの侵入型の固
溶強化作用のみが消滅して、冷間鍛造性、磁性特性が大
巾に向上すると考えられる。

本発明はこれらの知見をもとに13Cr鋼においてＣ＋Ｎ量
を0.04％以下とするとともに0.4 〜1.10％のSiと0.31〜
0.60％Alと0.02〜0.25％のTiを含有させ、電磁気特性を
大巾に改善すると同時に冷間鍛造性を改善したものであ
り、さらに、 0.010〜0.030 ％のＳと、0.10〜0.30％の
Pbと、0.02〜0.10％のZrを複合添加し、冷間鍛造性を損
うことなく被削性をも改善したものである。よって、本
発明鋼は4000以上の最大透磁率と、13000 Ｇ以上の磁束
密度（Ｂ₂₀）と、1.2Oe 以下の保磁力と優れた磁気特性
を有し、かつ、電気抵抗が70μΩ-cm以上と優れた電気
特性を有し、冷間加工性についても引張り強さが40.0kg
f/ｍm²以下、限界加工率が50％以上と、優れた冷間鍛造
性を有し、さらに被削性についてもSUS 416 以上と優れ
た冷間鍛造用軟磁性ステンレス鋼であり、電磁バルブ、
電磁クラッチ、内燃機関の電子燃料噴射装置などに適し
た鋼である。

すなわち、本発明鋼は重量比にしてＣ0.03 ％以下、Si
0.40 〜1.10％、Mn 0.50 ％以下、Cr 9.0〜19.0％、Al
0.31 〜0.60％、Ｓ 0.010〜0.030％、Pb 0.10 〜0.30
％、Ti 0.02 〜0.25％、Zr 0.02〜0.10％、Ｎ 0.03 ％
以下を含有し、かつ、Ｃ＋Ｎ 0.04 ％以下、Si＋Al 1.3
5 ％以下で、残部Feならびに不純物元素からなるもの
で、第２発明鋼は第１発明鋼にSe 0.010〜0.050％、Ca
0.002〜0.02％、Te 0.010〜0.02％のうち１種ないし２
種以上を含有させて、第１発明鋼の被削性をさらに改善
したものである。

以下に本発明鋼の成分限定理由について説明する。

Ｃは、固溶強化作用によって冷間鍛造性を害するととも
に磁性特性にも悪影響を与える元素であり、本発明にお
いてはできるだけ低下させることが望ましくその上限を
0.03％とした。なお、冷間鍛造性、磁性特性をさらに向
上させるためには好ましくは0.015 ％以下にすることが
望ましい。

Siは最大透磁率、磁束密度、保磁力などの磁気特性を改
善し、しかも電気抵抗を増加させる元素であり、軟磁性
鋼としては重要な元素であり、少なくとも0.40％以上含
有させる必要がある。

しかし、Siは固溶強度化作用によって冷間鍛造性を害す
る元素であもありその上限を1.10％とした。MnはSiと同
様に製鋼時の脱酸に必要な元素であり、磁気特性を損う
ことのない範囲とし、その上限を0.50％とした。

Crはステンレス鋼の耐食性を付与する基本的な元素であ
り、少なくとも9.0 ％以上含有させる必要がある。

しかしながら、その含有量が増加すると磁束密度など磁
気特性を損うのでその上限を19.0％とした。なお、磁性
特性をより向上させるためには、好ましくは14.0％以下
にすることが望ましい。

Alは磁気特性と電気抵抗を改善する元素であり、特にSi
との複合添加による相乗効果によって電気抵抗を大巾に
向上する元素であり、これらの効果を得るには少なくと
も0.31％以上含有させる必要があり、その下限を0.31％
とした。

しかし、0.60％を越えてAlを含有すると本発明の優れた
冷間鍛造性を損うので上限を0.60％とした。

Ｓは少量の添加によって被削性を著しく改善する元素で
あり、少なくとも0.010 ％以上含有させる必要がある。
しかし、Ｓ量を多く含有させると冷間鍛造性、耐食性を
損うので上限を0.030 ％とした。

Pbは被削性を改善する元素であり、特にＳとの複合添加
によって優れた被削性が得られるもので、少なくとも0.
10％以上含有させる必要がある。

しかし、Pbを多く含有させる冷間鍛造性、熱間加工性を
損うので上限を0.30％とした。

Tiは最大透過率、磁束密度、保磁力などの磁気特性を大
巾に改善するとともにＣ＋Ｎ量が0.04％以下と極低減に
おいては、Ｃ＋Ｎを微細な炭窒化物に固定化することに
よって、引張り強さ、限界加工率などの冷間鍛造性を大
巾に改善する元素であり、本発明においては最も重要な
元素である。これらの効果を得るには少なくとも0.02％
以上含有させる必要があり、その下限を0.02％とした。

なお、より優れた磁気特性、冷間鍛造性を得るにはＣ＋
Ｎ量の３倍を目標に添加すべきであり、0.05％以上含有
させることが望ましい。

しかし、0.25％以上のTiを含有させてもその効果が飽和
するので、上限を0.25％とした。

ZrはMnS を球状化して、冷間鍛造性を改善する元素であ
り、少なくとも0.02％以上含有させる必要がある。しか
し、Zrを多く含有させると介在物量が増加し、冷間鍛造
性を損うので上限を0.10％とした。

ＮはＣと同様に固溶強化作用によって冷間鍛造性を損う
元素であり、本発明においてはできるだけ低下させるこ
とが望ましくその上限を0.03％以下とした。

なお、冷間鍛造性をより向上させるには0.020％以下に
することが望ましい。

Ｃ＋Ｎはいずれも固溶強化作用によって冷間鍛造を損う
元素である。本発明においては引張り強さ40.0kgf ／ｍ
m²以下、限界加工率50％以上と優れた冷間鍛造性を得る
ことを目的とするものであり、Ｃ＋Ｎ量をできるだけ低
下させることが必要であり、上限を0.04％とした。

Si＋Alはいずれも磁気特性、電気特性を改善する元素で
あるが、多く含有させると冷間鍛造性を損う元素でもあ
り、本発明は優れた冷間鍛造性を得ることを目的とする
ものであり、Si＋Alの上限を1.35％とした。

Se、Ca、Teはいずれも被削性を改善する元素である。よ
り優れた被削性を得るにはSeは0.010 ％、Caは0.002
％、Teは0.01％以上含有させる必要があり、その下限を
Se 0.010％、Ca 0.002％、Te 0.01％とした。

しかし、Teを0.20％越えて含有させると磁気特性、冷間
鍛造性を害し、かつSeを0.050 ％を越えて含有させると
耐食性、冷間鍛造性を損い、さらにCaは0.02％を越えて
含有させると冷間鍛造性を損うので、その上限をSe 0.0
50％、Ca 0.02 ％、Te 0.20 ％とした。

（実施例）つぎに本発明鋼の特徴を従来鋼、比較鋼と比べて実施例
でもって明らかにする。

第１表はこれらの供試鋼の化学成分を示すものである。

第１表においてＡ〜Ｐ鋼は本発明鋼で、Ｑ〜Ｗ鋼は比較
鋼で、Ｘ〜Ｚ鋼は従来鋼である。

第２表は第１表の供試鋼について、900 ℃×２Hr保持
し、ついで冷却速度100 ℃／Hrという熱処理を施したＡ
〜Ｚ鋼の引張り強さ、限界加工率、磁束密度、保磁力、
耐食性、電気抵抗、被削性を示したものである。

引張り強さについては、JIS 4 号試験片を用いて測定し
たものであり、限界加工率については、日本塑性加工学
会冷間鍛造分科会基準、冷間据込み性試験方法（暫定基
準）にもとづいて、試験片として直径14φ、高さ21mm、
ノッチ付を用い、圧縮試験を行い割れ発生率50％時の据
込率を測定したものである。磁気特性については、直流
型BHトレーサーを用いて、試験片として外径24φ、内径
16φ、厚さ16mmのリングを作製し、磁束密度、保磁力を
測定したものである。

また、耐食性については、５％NaCl、35℃水溶液にて塩
水噴霧試験を行いその発銹率を測定し発銹率が５〜２５
％以下のものを〇とし、発銹率が２５％以上のものを×
とした。電気抵抗にについてはホイーストンブッジ法に
より試験片として1.2 φ×500 mm線を用いて測定したも
のである。

被削性については、10mm厚の試験片を用いて回転数725
r.p.m 、ドリルSKH 5 φ、荷重４kgで穿孔試験を行い、
穴明けに要する時間を測定したものである。

第２表より知られるように、従来鋼であるＸ鋼は耐食性
ついては優れているが、磁束密度が12,100Ｇと磁気特性
については低いものであり、また、必要量のＴｉを含有
しないことによって引張り強さが47kgf ／ｍm²、限界加
工率が44％と冷間鍛造性についても劣るものであり、さ
らに電気抵抗、被削性について劣るものである。

また、Ｙ鋼はAl量が0.20％と低く、かつ必要量のTiを含
有していないため磁束密度などの磁気特性、電気特性に
ついては劣るものであり、かつ引張り強さが45kgf ／ｍ
m²と冷間鍛造性についても劣るものであり、さらにＳ量
が低いことによって被削性についても劣るものである。
さらに、Ｚ鋼についてはＹ鋼と同様にAl量が低く、かつ
必要量のTiを含有していないので、電磁気特性、冷間鍛
造性が劣るものである。

また、比較鋼であるＱ鋼はZrを含有しないことにによっ
て冷間鍛造性、被削性が劣り、他方0.10% を越えて含有
するＲ鋼は冷間鍛造性が低下している。

Ｓ鋼はPbを含有しないことによって被削性が劣る一方、
Ｔ鋼は0.30% を越えているために被削性は大幅に改善さ
れているものの冷間鍛造性は劣っている。

Ｕ鋼は S含有量が0.005%と低いことにによって被削性が
劣る一方、Ｖ鋼は0.042%と多量に含有するために被削性
は大幅に改善されているものの耐食性、冷間鍛造性が劣
っている。

Ｗ鋼は必要量のTiを含有しないことによって磁気特性、
冷間鍛造性、被削性が劣るものである。

（本発明の効果）これらに対して本発明鋼であるＡ〜Ｐ鋼は、Ｃ、Ｎ等の
固溶強化作用によって冷間鍛造性を劣化させる元素の含
有量を極力低下させるとともに0.02〜0.25％のTi、0.40
〜0.40〜1.10％のSi、0.31〜0.60％のAl、0.50％以下の
Mn、9.0 〜19.0％のCr、0.010〜0.030 ％のＳ、0.10〜
0.30％のPb、0.02〜0.10 ％のZrを含有させたことによって引張り強さが40kgf ／
ｍm²以下、限界加工率が50％以上と優れた冷間鍛造性を
有しており、磁気特性についても磁束密度13000 G 以
上、かつ保磁力が1.2 Oe以下と優れており、さらに、耐
食性、電気抵抗、被削性についても優れているものであ
る。

上述のように、本発明鋼はＣ、Ｎの含有量を極力低減さ
せるとともに適量のTiを含有させ、かつSi、Mnの上限を
規制することによって磁気特性を損うことなく冷間鍛造
性を改善したものであり、Ｓ、Pb、Zrの複合添加によよ
り冷間鍛造性を損うことなく被削性を改善し、さらに適
量のCrとTiを含有させることによって耐食性についても
優れており、本発明鋼は電磁バルブ、電磁クラッチ、内
燃機関の電子燃料噴射装置等に適した冷間鍛造用軟磁性
ステンレス鋼であり高い実用性を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は磁束密度とSi、Ti量との関係を示した線図で、
第２図は限界加工率とSi、Ti，Zr量との関係を示した線
図で、第３図は限界加工率とZr／Ｓ，Ｓとの関係を示し
た線図で、第４図は比電気抵抗の増加量とAl、Si量との
関係を示した線図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量比にしてＣ 0.03 ％以下、 Si 0.40〜
1.10％、Mn 0.05 ％以下、Cr 9.0〜19.0％、Al 0.31〜
0.60％、Ｓ 0.010〜0.030 ％、Pb 0.10 〜0.30％、Ti
0.02 〜0.25％、Zr 0.02 〜0.10％、Ｎ 0.03 ％以下含
有し、かつＣ＋Ｎ 0.040％以下、Si＋Al 1.35 ％以下
で、残部Feならびに不純物元素からなることを特徴とす
る冷間鍛造用軟磁性ステンレス鋼。
【請求項２】重量比にしてＣ 0.03 ％以下、Si 0.40〜
1.10％、Mn 0.05 ％以下、Cr 9.0〜19.0％、Al 0.31〜
0.60％、Ｓ 0.010〜0.030 ％、Pb 0.10 〜0.30％、Ti
0.02 〜0.25％、Zr 0.02 〜0.10％、Ｎ 0.03 ％以下含
有し、かつＣ＋Ｎ 0.040％以下、Si＋Al 1.35 ％以下
で、さらにSe 0.010〜0.050％、Ca 0.002〜0.02％、Te
0.01 〜0.20％のうち１種ないし２種以上を含有し、残
部Feならびに不純物元素からなることを特徴とする冷間
鍛造用軟磁性ステンレス鋼。