JPH0649606A - 電磁ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電磁燃料噴射ポンプ等の電磁弁部品に耐食性
材料として用いられる電磁ステンレス鋼について、その
磁気特性を高め、かつ冷鍛性や被削性を良好なものとす
る。 【構成】 電磁ステンレス鋼に重量％でＢおよびＴｉ
を、０．０００５≦Ｂ≦０．０１０％、０．００５≦Ｔ
ｉ≦０．１０％、Ｔｉ／Ｎ≧３の範囲で添加する。Ｂ
は、結晶粒の粗大化による磁気特性向上効果をもたら
す。また、Ｔｉは、ＢにＮ、Ｏ等が結合してしまうこと
を防止するために、自身にＮ等を結合させて固定化し、
Ｂによる結晶粒粗大化を助成する。さらに、その他の元
素として、Ｐ≦０．０２０％、Ｃ≦０．０１０％、Ｎ≦
０．０１５％、Ｃ＋Ｎ≦０．０２０％、Ｃｕ＋Ｎｉ≦
０．１５％、Ｓ≦０．０３０％、Ｍｎ≦０．５０％、８
％≦Ｃｒ≦２５％、Ｍｏ≦２．０％、Ｏ≦０．００５％
を含み、残部が実質的にＦｅおよび不純物である。この
ようにＢ、Ｔｉを添加し、かつ、他のＣ，Ｎ，Ｃｕ，Ｎ
ｉ，Ｓ等の含有量を規制することにより、磁気特性およ
び冷鍛性等を兼備した磁気ステンレス鋼が実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電磁ステンレス鋼に係
り、特にフェライト系電磁ステンレス鋼の磁気特性、冷
鍛性および被削性を向上させた電磁ステンレス鋼に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、耐食性が要求される電磁燃料噴射
ポンプ等の電磁弁部品として、１３％または１８％クロ
ム−鉄系のステンレス鋼が使用されている。このような
電磁ステンレス鋼では、磁気特性（磁束密度、保磁力
等）が良好であるとともに、加工の面からは、冷鍛性や
被削性が良いことが望ましい。

【０００３】ここで、Ｃ、Ｎの低減により電磁ステンレ
ス鋼の磁気特性を向上させ得ることは従来から知られて
いる。例えば、特開昭５７−５４２５２、特開昭５７−
１９２２４６等がそのことを開示している。すなわち、
例えばＮの含有量が多いと、Ｎが粒界に偏拆して結晶粒
の粗大化を阻止するため、フェライトの結晶が細かくな
り、その結果、磁気立上り時の磁束密度が低下し、さら
には保磁力が大きくなって磁気特性が悪化する。そのた
め、Ｎ等の含有量を少なくすることにより、磁気特性の
改善を図るのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
Ｃ、Ｎの低減によるものでは、ステンレス鋼の磁気特性
の改善に限界があり、さらに優れた磁気特性を持つ電磁
ステンレス鋼が求められている。

【０００５】本発明の課題は、電磁ステンレス鋼におけ
る磁気特性を従来より一層向上させるとともに、加工の
面から冷鍛性および被削性も良好な電磁ステンレス鋼を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、本発明者らが鋭意研究を重ねた結果、Ｂ（ボロ
ン）を添加することによってＰ，Ｃ，Ｎ等による磁気特
性劣化を抑制させ得ることを見い出した。これは金相学
的に見ると、Ｂの添加により結晶粒が粗大化し、磁気焼
鈍時の磁壁の移動が容易となって、磁気特性が改善され
るものと考えられる。しかし、ＢはＮやＯと直ぐ結合し
てしまうため、この結合を防がなければＢの添加による
結晶粒粗大化の効果は期待できない。そこで、Ｂととも
にＴｉ（チタン）やＡｌを添加することにより、このＴ
ｉやＡｌにＮやＯを結合させ、固定化することによっ
て、Ｂの上記作用が阻害されないようにし、所期の目的
の達成を図った。

【０００７】すなわち、本発明に係る電磁ステンレス鋼
は、重量％で、Ｂが０．０００５％以上０．０１０％以
下、Ｔｉが０．００５％以上０．１０％以下、かつＴｉ
はＮの３倍以上、Ｐ（リン）が０．０２０％以下、Ｃ
（炭素）が０．０１０％以下、Ｎ（窒素）が０．０１５
％以下、ＣとＮの和が０．０２０％以下、Ｃｕ（銅）と
Ｎｉ（ニッケル）の和が０．１５％以下、Ｓ（イオウ）
が０．０３０％以下、Ｍｎ（マンガン）が０．５０％以
下、Ｃｒ（クロム）が８％以上２５％以下、Ｍｏ（モリ
ブデン）が２．０％以下、Ｏ（酸素）が０．００５％以
下、残部がＦｅ（鉄）および不純物から構成されるもの
である。

【０００８】請求項２に係るさらに磁気特性を改善した
電磁ステンレス鋼は、請求項１の要件に加え、重量％
で、Ｓｉ（ケイ素）が１．０％以下、Ａｌ（アルミニウ
ム）が４．０％以下、ＳｉとＡｌの和が１．０％以上と
される。

【０００９】請求項３に係る冷鍛性と磁気特性を兼備し
た電磁ステンレス鋼は、請求項１の要件に加え、重量％
で、Ｓｉが０．１５％以下、Ａｌが４．０％以下、Ｓが
０．０１５％以下、Ｍｏが０．５％以下とされる。

【００１０】請求項４に係る冷鍛性と磁気特性を兼備し
た電磁ステンレス鋼は、請求項２の要件に加え、重量％
で、Ｓｉが０．１５％以下、Ｓが０．０１５％以下、Ｍ
ｏが０．５％以下とされる。

【００１１】請求項５に係る被削性と磁気特性を兼備し
た電磁ステンレス鋼は、請求項１ないし４のいずれかの
要件に加え、さらに重量％で、Ｐｂ（鉛）が０．２５％
以下、Ｂｉ（ビスマス）が０．２０％以下、Ｔｅ（テル
ル）が０．０３％以下、Ｓｅ（セレン）が０．０３％以
下、Ｃａ（カルシウム）が０．０２％以下のうちから選
ばれる１種または２種以上を含む。

【００１２】以上のような電磁ステンレス鋼の成分組成
（重量％）の限定理由は次の通りである。

【００１３】 （１） ０．０００５％≦Ｂ≦０．０１０％ Ｂは結晶粒粗大化による磁気特性向上のための必須元素
である。ここで、磁気特性とは、主に磁束密度：Ｂ８
０、Ｂ８００（単位：Ｔ）等、および保磁力：Ｈｃ（単
位：Ａ／ｍ）を意味し、磁束密度のＢ８０等が高いこと
は電磁弁の立上り特性が良いことを示し、一方、保磁力
が低いことは、立下り特性が良いことを示す。したがっ
て、磁束密度のＢ８０等が高く、保磁力は低いことが磁
気特性の改善のために必要であり、Ｂの添加がこの改善
に寄与する。しかし、Ｂの含有量が０．０１０％を越え
ると、熱間加工性、靭性等が劣化する一方、０．０００
５％未満であると、結晶粒粗大化の効果が不充分とな
る。したがってＢの含有量は０．０００５％以上０．０
１０％以下の範囲とした。

【００１４】（２） ０．００５％≦Ｔｉ≦０．１０
％、Ｔｉ／Ｎ≧３ Ｔｉは、Ｎ等がＢに結合することを防ぐ観点からＮ等を
固定化するために必要な元素である。そこで、Ｔｉの含
有量が０．００５％未満では、Ｎ等の固定化が困難とな
って、固定化されないＮ等がＢと結合してＢによる結晶
粒粗大化を阻害する。また、ＴｉがＮの３倍未満では、
充分なＮの固定化ができない。一方、Ｔｉが０．１０％
を越えると、加工における冷鍛性等が劣化する。以上に
より、Ｔｉの含有量の下限を０．００５％、上限を０．
１０％、また、Ｎとの関係では、Ｔｉ量をＮ量の３倍以
上とした。

【００１５】（３） Ｐ≦０．０２０％ Ｐが０．０２０％を越えると、磁気特性が悪化するた
め、Ｐの含有量は０．０２０％未満とする必要がある。

【００１６】 （４） Ｃ≦０．０１０％、およびＮ≦０．０１５％ 磁気特性は、ＣあるいはＮの量が少ないほど良好であ
り、それぞれ上記上限値以下で磁気特性の改善効果が顕
著であることによる。

【００１７】（５） Ｃ＋Ｎ≦０．０２０％ 磁気特性は、（Ｃ＋Ｎ）量が少ないほど良好であり、特
にそれらの和が０．０２０％以下で磁気特性の改善効果
が顕著であるため、Ｃ＋Ｎの和を０．０２０％以下とし
た。

【００１８】（６） Ｃｕ＋Ｎｉ≦０．１５％ 磁気特性および冷鍛性は、（Ｃｕ＋Ｎｉ）量が少ないほ
と良好であるが、それらの和の含有量が０．１５％以下
になると、磁気特性および冷鍛性を向上させる効果が小
さくなるため、Ｃｕ＋Ｎｉの含有量は０．１５％以下と
した。

【００１９】（７） Ｓｉ≦１．０％ Ｓｉの含有率が高いほど比抵抗（ρ）が増加し、例えば
電磁弁部品を構成する場合の応答性が向上する。また、
Ｓｉの増量は保磁力を減少させることに効果的である。
しかしながら、Ｓｉが多すぎると、加工における変形抵
抗が増加して冷鍛性が劣化するので、Ｓｉの含有量は
１．０％を上限とし、特に冷鍛性を重視する場合には
０．１５％を上限とした。

【００２０】（８） Ａｌ≦４．０％ Ａｌは、Ｓｉと同様、比抵抗の増加および磁気特性の向
上（保磁力の減少）に効果的である。しかし、Ａｌが多
すぎると、変形抵抗が増加して冷鍛性が悪くなるので、
Ａｌの上限を４．０％とした。なお、脱酸を効果的に行
うためには、Ａｌの使用が望ましい。

【００２１】（９） Ｓｉ＋Ａｌ≧１．０％ 磁気特性を特に向上させる場合には、ＳｉとＡｌの和を
１．０％以上にする必要がある。ＡｌはＳｉに比べて変
形抵抗を増加させる弊害が小さいので、冷鍛性を特に重
視する場合には、Ａｌをより多く含有させることが望ま
しい。

【００２２】（10） Ｓ≦０．０３０％ Ｓは、冷鍛性と磁気特性の劣化を招くので、０．０３０
％を上限とした。冷鍛性をより重視する場合には、０．
０１５％を上限とする。

【００２３】（11） Ｍｎ≦０．５０％ Ｍｎは、冷鍛性の劣化を招くので、その上限を０．５０
％とした。

【００２４】（12） ８％≦Ｃｒ≦２５％ Ｃｒは、耐食性と電気抵抗の増加に効果的な元素である
が、８％未満であると耐食性が劣化する一方、２５％を
越えると磁気特性および冷鍛性が劣化するとともに、電
気抵抗の増加も飽和する。したがって、Ｃｒは８％以
上、２５％以下とした。

【００２５】（13） Ｍｏ≦２．０％ Ｍｏは耐食性の向上に効果的な元素であり、磁気特性を
損なう度合は比較的小さいが、２．０％を越えると冷鍛
性が劣化するため、その含有量は２．０％以下とした。
冷鍛性を特に重視する場合は、Ｍｏの上限を０．５％と
する。

【００２６】（14） Ｏ≦０．００５％ Ｏは、酸化物系非金属介在物として冷鍛性を劣化させる
だけでなく、Ｂと結合して化合物を生成し、Ｂの効果を
阻害するので、Ｏの上限を０．００５％とした。

【００２７】（15） Ｐｂ≦０．２５％、Ｂｉ≦０．２
０％、Ｔｅ≦０．０３％、Ｓｅ≦０．０３％、Ｃａ≦
０．０２％の１種または２種以上 Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｃａは、いずれも被削性を向
上させる元素であるが、多量に使用すると冷鍛性や靭性
等を損なうので、Ｐｂの上限を０．２５％、Ｂｉの上限
を０．２０％、Ｔｅの上限を０．０３％、Ｓｅの上限を
０．０３％、Ｃａの上限を０．０２％とした。

【００２８】

【作用】本発明に係る電磁ステンレス鋼は、ＢおよびＴ
ｉを含有することを基本的特徴とする。Ｂは結晶粒を粗
大化して、磁気特性を良好なものとする。すなわち、励
磁立上がり時の磁束密度を高め、保磁力を低く抑える。
Ｔｉは、Ｂによる結晶粒粗大化の作用が、Ｎ等によって
阻害されないよう、Ｂと結合しやすいＮ等をＴｉに結合
させ、固定化する。その他にＣ、Ｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓ、
Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｏ等の含有量が適切に規制されるこ
とによって、磁気特性が総合的に改善される。また、Ｃ
ｕ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｓ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｏ等の含有量
が適切に規制されることによって冷鍛性が向上し、さら
にＰｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｃａの適宜の添加が被削性
を向上させる。

【００２９】

【実施例】表１（本発明の実施例および比較例）に示す
成分組成の各ステンレス鋼を溶製し、直径３８mmの丸棒
に圧延した。引き続き７５０℃で焼鈍処理した後、これ
を機械加工することにより、磁気リング試験片、丸棒状
の体積抵抗率（比抵抗）測定試験片、引張試験片および
塩水噴霧試験片を製作した。そして、磁気リング試験片
と体積抵抗率測定試験片については、８５０℃×２時間
の条件で磁気焼鈍した後、前者の試験片によって磁気特
性（磁束密度：Ｂ８０およびＢ８００、保磁力：Ｈｃ）
を測定し、後者の試験片によって、体積抵抗率（比抵
抗）を測定した。また、引張試験片による引張特性（絞
り）の評価と、徐々圧下試験による冷鍛性の評価を行
い、さらに塩水噴霧試験片により、耐食性の観点から塩
水噴霧試験を行った。また、磁気リング試験片につい
て、ＪＩＳ Ｇ ０５５２に基づき、フェライト結晶粒度
番号を測定した。

【００３０】

【表１】

【００３１】

【表２】

【００３２】なお、磁気リング試験片は、外径３５mm、
内径２５mm、厚さ７mmのもので、体積抵抗率測定試験片
は、直径５mm、長さ１００mmの丸棒である。また、引張
試験片は、ＪＩＳ４号に規定されるものを縮小したもの
で、引張試験部の直径が８mm、長さが３４mmのものであ
る。一方、徐々圧下試験片は、直径６mm、長さ９mmであ
り、また塩水噴霧試験片は、長さが１００mmの所定の直
径のものである。

【００３３】このような各試験の結果について、本発明
の実施例の結果および比較例の結果を表２に示した。

【００３４】これらの結果から明らかなように、本発明
の実施例品においては、比較例と比べて、磁束密度Ｂ８
０等が高く、励磁の際の立上り特性が良いことがわか
る。また、保磁力は、本発明の実施例品では７０以下
で、電磁弁に適用された場合の応答性が良いことを表し
ている。このような磁気特性の改善は、特にＢ、Ｔｉの
添加によるところが大きいが、表２右欄のフェライト結
晶粒度番号は、本実施例品におけるＢおよびＴｉの添加
が結晶粒粗大化の効果を生じることを顕著に表してい
る。また、絞りの％値は引張りによる断面積減少率を示
し、これが８０％以上のものは、電磁燃料噴射弁の冷鍛
シュミレ−ション試験（徐々圧下試験）において、８０
％の据込みで割れが発生しなかった。さらに、塩水噴霧
試験は、ＪＩＳZ２３７１の条件で４８時間実施し、さ
び発生の有無で評価した。ここで、×印はさび発生あ
り、○印はさび発生なし、◎印は９６時間の試験でもさ
びの発生が認められなかったことを示すが、本発明の実
施例品では、さびの発生は認められなかった。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、電磁ステンレス鋼にＢ
およびＴｉを添加することを主眼として、Ｂによる結晶
粒粗大化効果およびＴｉによるＮ等の固定化等によっ
て、かつその他の元素の含有量を適正に規制することに
よって、良好な磁気特性を備えるとともに、冷鍛性や耐
食性をバランス良く兼ね備えた電磁ステンレス鋼を提供
することができる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、Ｂが０．０００５％以上０．
   ０１０％以下、Ｔｉが０．００５％以上０．１０％以
   下、かつＴｉはＮの３倍以上、Ｐが０．０２０％以下、
   Ｃが０．０１０％以下、Ｎが０．０１５％以下、ＣとＮ
   の和が０．０２０％以下、ＣｕとＮｉの和が０．１５％
   以下、Ｓが０．０３０％以下、Ｍｎが０．５０％以下、
   Ｃｒが８％以上２５％以下、Ｍｏが２．０％以下、Ｏが
   ０．００５％以下、残部がＦｅおよび不純物から構成さ
   れることを特徴とする電磁ステンレス鋼。
2. 【請求項２】 重量％で、Ｓｉが１．０％以下、Ａｌが
   ４．０％以下、ＳｉとＡｌの和が１．０％以上である請
   求項１記載の電磁ステンレス鋼。
3. 【請求項３】 重量％で、Ｓｉが０．１５％以下、Ａｌ
   が４．０％以下、Ｓが０．０１５％以下、Ｍｏが０．５
   ％以下である請求項１記載の電磁ステンレス鋼。
4. 【請求項４】 重量％で、Ｓｉが０．１５％以下、Ｓが
   ０．０１５％以下、Ｍｏが０．５％以下である請求項２
   記載の電磁ステンレス鋼。
5. 【請求項５】 重量％で、Ｐｂが０．２５％以下、Ｂｉ
   が０．２０％以下、Ｔｅが０．０３％以下、Ｓｅが０．
   ０３％以下、Ｃａが０．０２％以下の１種または２種以
   上を含む請求項１ないし４のいずれかに記載の電磁ステ
   ンレス鋼。