JPH09157802A - 複合磁性部材およびその製造方法 - Google Patents

複合磁性部材およびその製造方法

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JPH09157802A JP7318887A JP31888795A JPH09157802A JP H09157802 A JPH09157802 A JP H09157802A JP 7318887 A JP7318887 A JP 7318887A JP 31888795 A JP31888795 A JP 31888795A JP H09157802 A JPH09157802 A JP H09157802A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 高い軟磁性を有する強磁性部と十分に低い磁
性（弱磁性または非磁性）と-30℃以下という十分低い
Ｍｓ点を有する非磁性等部を有する組成的に単一材料で
なる複合磁性部材およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 単一材からなるＮｉを含有するマルテ
ンサイト系ステンレス鋼でなり、強磁性部は最大透磁率
200以上、保磁力 2000A/m以下で、弱磁性部は透磁率２
以下、Ｍｓ点が-30℃以下の２部分からなる複合磁性部
材。 Ｎｉを含む特定成分の単一材からなるフェライトと炭
化物よりなる強磁性組織を有するマルテンサイト系ステ
ンレス鋼材料を、部分的にオーステナイト変態温度以上
に加熱した後急冷して、該加熱急冷部をオーステナイト
組織であり、かつＭｓ点を -30℃以下とする複合磁性部
材の製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は自動車の燃料や油圧
用作動油を扱うアクチュエータ等（以下、油量制御機器
と記す）に適した強磁性部と非磁性または弱磁性(本発
明で弱磁性と総称して記す)部をもつ複合磁性部材およ
びその製造方法に属する。
【０００２】
【従来の技術】自動車の油量制御機器に使用されるアク
チュエータとして、強磁性(一般には軟磁性)である固定
子の一部に弱磁性部を設けて磁束を可動片に洩らし、磁
束を有効に利用する構造が一部に用いられている。強磁
性部品の一部に弱磁性部分を設ける方法としては強磁性
部品と弱磁性の部品をろう付けするとか、レーザー溶接
する等の手法が従来から行われてきた。これらの異種材
料を接合する手法に対し、近年、単一材を使用してこれ
に冷間加工または熱処理によって強磁性部および弱磁性
等部を設けることが提案されている。
【０００３】特開平 6-140216号は準安定オーステナイ
トステンレス鋼の部材全体を高温からの溶体化処理によ
り弱磁性化し、この部材の一部をＭｄ点とＭｓ点の間の
温度で加工して加工誘起マルテンサイト化し、該部を強
磁性とする方法を提案している。また特開平6-74124は
燃料噴射装置の固定子鉄心として、強加工によりマルテ
ンサイト化して強磁性化した部材の特定部を加熱処理に
よりオーステナイト化して弱磁性化する方法と、オース
テナイト生成元素を溶融添加したり、オーステナイト合
金の一部にフェライト生成元素を溶融添加して弱磁性部
や強磁性部を得る製造方法を述べている。
【０００４】オーステナイト生成元素やフェライト生成
元素等を母材の特定部分に溶融添加することは一般に容
易でない。そこで本発明者らは、強磁性材の一部に弱磁
性等部を形成した部材およびその製造法について多方面
の実験、検討を行った。その結果、前記提案のように準
安定オーステナイトを冷間加工によってマルテンサイト
化して得られる強磁性部は、加工後に歪み取り焼鈍を施
しても最大透磁率μｍ；１６０、保磁力Ｈｃ；2500[A/
m]程度であり、良好な軟磁気特性は得られなかった。
【０００５】また、自動車等に使用する部品は−３０℃
に達せんとする低温度にさらされる場合があり、例えば
材料の一部を加熱により弱磁性化した部分がこの冷却に
よりマルテンサイト化して透磁率が大きくなり、強磁性
化するようでは実用に供しえない。すなわち、上記のよ
うに冷間加工により強磁性化する場合、強磁性部の透磁
率を大きくするような組成（準安定オーステナイトをよ
り不安定にする組成）にすると、弱磁性化部のＭｓ点が
-30℃以上となり、実用に供しえなくなる。したがっ
て、単一材を用いてこの方法を適用するのでは透磁率が
大きく保磁力が小さい軟磁性部と同時にＭｓ点が-30℃
以下の弱磁性の部分を併せ持つ部品を得るのが容易でな
いことが判明した。
【０００６】また、磁性および弱磁性等の部分を有する
金属部品の製法として、古くは特開昭50-3017に「エー
ジング工程中に磁性構造を取得し、かつ高温焼戻後前記
構造を消失し得る金属から作られた一体構造の加工品」
の製法が述べられている。該出願には具体的用途は明示
されておらず、また発明の詳細な説明の項で合金の例と
してC-(Co,Ni)-(Cr,V)-Fe系の磁石合金と0.37C-0.6Si-
0.4Mn-17Cr-6.2Ni-0.5Ti-Fe（重量％）ステンレス鋼等
が示されている。しかし、このステンレス鋼で得られる
軟磁性部分の定量的な磁性値や弱磁性部の特にＭｓ点は
示されていない。また、機械加工性についてもインゴッ
トから製造した鍛伸材で実験しており、成形性について
は不明である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は単一材料であ
り、それを構成する強磁性部は十分高い最大透磁率μｍ
と、十分低い保磁力Ｈｃを有する優れた軟磁性を示し、
かつ弱磁性部のＭｓ点が-30℃以下とした材料とその製
造法に関するものである。本出願人は、自動車のアクチ
ュエータの磁気回路において、従来強磁性（軟磁性）材
と弱磁性材をろう接、溶接等で接合していた部品を単一
材で代替する手段として特開平6-140216号、特開平7-11
397号で開示される方法を先に提案した。しかし、熱処
理のみで強磁性と弱磁性とする該提案の場合、強磁性が
加工誘起マルテンサイトによるものであるため、最大透
磁率μｍ≒160、保磁力Ｈｃ≒2500[A/m]と軟磁性として
は用途的に不十分なものがあり、用途が限定されてい
た。
【０００８】本発明者らは、ＣｒとＣを含有するＦｅ合
金のマルテンサイト系ステンレス鋼を、低温で焼鈍して
フェライト＋炭化物の組織にすると、最大透磁率μｍ：
600程度，保磁力Ｈｃ：880[A/m]程度の高い軟磁性が得
られ、また、その一部を1100℃以上の高温に加熱、急冷
すると透磁率μ＜２の弱磁性が得られるが、そのときの
Ｍｓ点は約-10℃で自動車用に使用するには実用上問題
があることをテストの結果知見し、さらに上記程度の磁
気特性を維持しつつ、Ｍｓ点の低下の具体策についてテ
ストを重ね、本発明を完成したものである。本発明は高
い軟磁性を有する強磁性部と十分な弱磁性と-30℃以下
という十分低いＭｓ点を有する弱磁性部を有する単一材
料でなる複合磁性部材およびその製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、強磁性部
として従来の準安定オーステナイトの加工誘起マルテン
サイト化したものによらず、フェライト組織とすること
により、軟磁性を大幅に向上し、かつこの強磁性部を高
温に加熱、急冷して形成した弱磁性部分のＭｓ点を母材
にＮｉを適量添加することにより、十分に低下すること
ができることを見出し本発明をなした。
【００１０】すなわち、本発明の複合磁性部材は単一材
からなるＮｉを含有するマルテンサイト系ステンレス鋼
でなり、前記単一材は強磁性部と弱磁性部を有し、前記
強磁性部は最大透磁率 200以上、保磁力 2000A/m以下
で、前記弱磁性部は透磁率２以下、Ｍｓ点（非磁性オー
ステナイトが強磁性マルテンサイトに変り始める温度）
が-30℃以下の２部分からなることを特徴とする複合磁
性部材である。また、本発明に係わる上記のマルテンサ
イト系ステンレス鋼の望ましい組成としては、質量％に
て、C:0.35〜0.75%,Cr:10.0〜14.0％,Ni:0.5〜4.0%,N:
0.01〜0.05%と脱酸剤としてSi,Mn,Alの１種もしくは２
種以上を合計で2.0％以下含み、残部Feと不可避不純物
からなるもの、または質量％にて、Ni0.5〜4.0%を含
み、Nieq(%Ni+30*%C+0.5*%Mn+30*%N)が13.0〜25.0％、C
req(%Cr+%Mo+1.5*%Si+1.5*%Nb)が10.1〜15.0％であり、
残部は不可避不純物とFeでなるものである。
【００１１】また、本発明の製造方法発明は、単一材か
らなり質量％にて、C:0.35〜0.75%,Cr:10.0〜14.0％,N
i:0.5〜4.0%,N:0.01〜0.05%と脱酸剤としてSi,Mn,Alの1
種または2種以上を合計で2.0％以下含むか、またはNiを
0.5〜4.0%を含み、Nieq(%Ni+30*%C+0.5*%Mn+30*%N)が1
3.0〜25.0％、Creq(%Cr+%Mo+1.5*%Si+1.5*%Nb)が10.1〜
15.0％である、フェライトと炭化物よりなる強磁性組織
を有するマルテンサイト系ステンレス鋼を、部分的にオ
ーステナイト変態温度以上に加熱した後急冷し、該加熱
急冷部をオーステナイト組織とし、かつＭｓ点（非磁性
オーステナイトが強磁性のマルテンサイトに変り始める
温度）を -30℃以下とすることを特徴とする複合磁性部
材の製造方法である。
【００１２】本発明は前述のように適正量のＮｉを含
み、例えば焼鈍によりフェライト組織として充分な軟磁
性とした強磁性マルテンサイト系ステンレス鋼部材を局
部的に加熱昇温後，冷却して残留オーステナイト化した
とき、該オーステナイトは十分な弱磁性と十分に低いＭ
ｓ点を有するものとなることを見出したことに基づくも
のである。本発明において素材であるマルテンサイト系
ステンレス鋼部材は、冷間加工や熱間加工を受けたもの
では強磁性部分として十分高い強磁性を得させるため焼
鈍することが望ましい。適当な焼鈍温度範囲は600〜850
℃、望ましくは650〜800℃である。焼鈍加熱後の冷却は
徐冷することが望ましい。
【００１３】特定部の局部加熱の温度は残留オーステナ
イトのＭｓ点を十分低くするため、また短時間加熱によ
る局部限定のため、1000℃またはそれ以上の1100℃また
はさらに1200℃等の高温とすることが望ましい。低いＭ
ｓ点のオーステナイトを得るため、加熱後の冷却は急冷
とすることが望ましく、このためには部材の形状は薄い
または細いものが望ましい。加熱部を限定するため加熱
方法は、高周波、レーザ、電子ビーム等のエネルギー密
度が高い加熱方法が好ましい。
【００１４】次に本発明の数値限定理由を述べる。本発
明の部材は、強磁性部と弱磁性部からなる。強磁性部の
最大透磁率μｍを200以上、保磁力Ｈｃを2000[A/m]以下
および弱磁性部分のＭｓ点を-30℃以下としたのは、こ
の範囲が本発明で容易に得られる範囲であり、かつ本発
明の目的である油量制御機器用等の部材として必要な特
性であるからである。このような特性は、前述の従来技
術では得られなかった特性である。また本発明の弱磁性
部の透磁率を２以下としたのは、これを越える範囲は弱
磁性としての用途に適さなくなるからである。本発明で
は強磁性部を、最大透磁率μｍ250以上、保磁力Ｈｃ100
0[A/m]以下に、および弱磁性部の透磁率μを1.5以下ま
たはさらに1.2以下にすることはそれぞれ容易であり望
ましい。
【００１５】次に本発明の望ましい成分範囲を述べる。
Ｃは本発明の部材の機械的強度を高め、また非磁性オー
ステナイトを安定化するために重要な元素であり、本発
明ではＣの望ましい範囲を0.35〜0.75%とした。Ｃが0.3
5%未満ではオーステナイトの安定度が劣化し、高温から
急冷して得られる透磁率μが２以下の弱磁性部のＭｓ点
が -30℃より高くなりやすい。このため、Ｃは0.35%以
上とするとよい。また、0.75%以下としたのは0。75%を越
えると冷間での成形性が劣化しやすいためである。Ｃの
より望ましい範囲は0.45〜0.65%である。Ｃｒは本発明
の部材の機械的強度を向上し、また耐食性を効果的に向
上する元素である。Ｃｒの望ましい範囲として10.0〜1
4.0%としたのは、12.0%未満ではステンレス鋼としての
耐食性が劣り、14.0%を越えるとフェライトが安定化し
て高温から急冷したとき弱磁性化が難しくなるためであ
る。Ｃｒの望ましい範囲は12.0〜14.0%である。
【００１６】Ｎｉは弱磁性部のＭｓ点を効果的に低下す
る重要な元素である。Ｎｉの望ましい範囲を0.5〜4.0%
としたのは、0.5%未満では弱磁性部のＭｓ点が -30℃よ
り高くなりやすく、4.0%を越えると焼鈍材の耐力が60kg
f/mm2を越えるので成形が難しくなり、また、焼鈍して
も保磁力がＨｃ≧2000[A/m]と良好な軟磁性が得られ難
くなるためである。Ｎｉのより望ましい範囲は1%以上で
ある。
【００１７】Ｎはオーステナイト生成元素としてＮｉと
類似の効果を有する元素で、価格的にも安価に添加でき
る利点が有る。Ｎの望ましい範囲をO.O1〜0.05%とした
のは、O.O1%未満では非磁性部のＭｓ点を低下させる効
果が少なく、かつＣｒを含めた他の材料において低窒素
の価格的に高価な材料を使用したり、溶解時に脱窒素処
理等を行わねばならなくなるからである。また、0.05%
以上になると耐力が大きくかつ加工硬化の度合いが大き
くなり、成形性が劣化してくるためである。Ｎのより望
ましい範囲はO.O15〜0.040%である。なお、本発明の部
材は前記Ｃ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｎの他に脱酸元素としてＳ
ｉ，Ｍｎ，Ａｌの１種または２種以上を合計で2.0%以下
含んでもよい。また、本発明の部材は耐食性、機械的強
度等特定の性質の向上のため、Ｗ，Ｍｏ，Ｎｂ，Ｔｉ，
Ｃｕ等を添加されてもよい。
【００１８】本発明の部材の望ましいマルテンサイト系
ステンレス鋼の成分範囲としてNieq，Creqで規定しても
よい。Nieqは、Nieq＝(%Ni+30*%C+0.5*%Mn+30*%N)，Cre
qはCreq＝(%Cr+%Mo+1.5*%Si+1.5*%Nb)で定義される値で
ある。望ましいNieqを13.0〜25.0％としたのは、13.0％
未満では高温から急冷してもμ≦２の弱磁性部のＭｓ点
が -30℃以下になりにくく、また25.0％を越えると焼鈍
したときの強磁性部の軟磁性が劣り、μｍ≧200となり
にくいためである。また、望ましいCreqを10.1〜15.0％
としたのは、10.1％未満になると耐食性が劣ってくるた
めであり、15.0％を越えると高温から急冷した時の透磁
率を２以下にするためには、オーステナイト生成元素の
Ｎｉ，Ｃ，Ｎを上述の範囲より多く添加する必要が有
り、強磁性部の軟磁性が劣化し、また加工が難しくなる
ため、上限を15.0%とした。望ましいNieqとCreqはそれ
ぞれ15.0〜23.5と12.1〜14.5%であり、さらに望ましい
Ｃｅｑは13.0〜14.5%である。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下に示す実験は、強磁性部と弱
磁性部を単一部材中に共存させることなく、別々のテス
トピース上に、または順次的に形成させる方法で行なっ
た。しかし、このテストは、弱磁性部形成用テストピー
スの加熱後の冷却を空冷を介在させた後、油冷すること
で強磁性部と弱磁性部を共存させることを模したものと
した。
【００２０】（実験例１）マルテンサイト系ステンレス
鋼を冷間圧延後600〜850℃で焼鈍すると、μｍ＝600，
Ｈｃ＝800[A/m]程度の軟磁気特性が得られる。しかし、
この焼鈍材を高温から焼入れした時の透磁率はμ＝1.3
とエレクトロニクス用弱磁性材としては若干高目であっ
たが、それ以上にＭｓ点が -30℃より高目であり、自動
車用には実用上困難な材料であった。本発明者らは高温
から急冷して非磁性の残留オーステナイト組織にした合
金のＭｓ点を下げ、かつ焼鈍により（フェライト＋炭化
物）の組織として、高い透磁率を得るためＮｉの効果を
検討した。真空溶解でＮｉ含有量を種々に変えた10Ｋｇ
の鋼塊を得たのち鍛造、熱間圧延を行い板厚3.5ｍｍと
した。この材料を組成により600〜850℃の範囲で温度を
変えて焼鈍したのち、表面の酸化層部を除去し、板厚1.
5ｍｍに冷間圧延して実験に供した。表１に実験に供し
た発明部材および比較部材の合金の化学組成を示す。
【００２１】
【表１】
【００２２】この冷間圧延材から内径33ｍｍ，外径45ｍ
ｍの磁性リングと15ｍｍ角の試料を採取し、それぞれの
ロットともＡ1点以下の温度で焼鈍し、リング材につい
て磁気特性を測定した。この場合は最大透磁率μｍ、保
磁力Ｈｃ[A/m]、磁束密度Ｂ4000[T]（磁化の強さH=4000
[A/m]における磁束密度）を求めた。また、上記15ｍｍ
角の焼鈍済みの試料を、1200℃に保持した加熱炉中に5
秒保持したのち、1秒間の空冷後、油冷する溶体化処理
を施して透磁率（透磁率計により測定）とＭｓ点（微分
走査型熱量計により測定）を測定した。表２に焼鈍によ
る強磁性部の磁気特性と溶体化処理後の弱磁性部の磁気
特性を示す。
【００２３】
【表２】
【００２４】表２よりＮｉの増加に伴い強磁性部（焼鈍
材）のμｍとＢ4000は低下し、Ｈｃが上昇して軟磁性が
劣化するのに対して弱磁性部(溶体化処理材)のμが低下
するとともに、Ｍｓ点が効果的に低下することが分る。
金属組織的にはＮｉ量が約４％を越えると焼鈍材はベイ
ナイト的相も混在してくることが認められる。このた
め、上記のように強磁性部の軟磁性が劣化するのであ
る。一方、弱磁性部はＮｉ量の増加に伴いオーステナイ
トが安定化してＭｓ点は効果的に低下する。表２からμ
ｍ≧200，Ｈｃ≦1600[A/m]程度の軟磁性を示すＮｉ量と
しては約４％以下が良いことが知られる。
【００２５】（実験例２）Ｃ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｎ，Ｍｏ，
Ｎｂの影響を総合的に調査するため表３に示す合金を溶
解し、（実験例１）の項で述べたのと同じ方法で試験片
を作製し、特性を調査した。その結果を表４に示す。表
４から知られるようにＮｉ量が４％を越えると焼鈍材の
透磁率が低下して良好な軟磁性を示さなくなることがわ
かる。また合金No.109のようにＣが低く、Ｃｒが高いと
溶体化処理によってもμが比較的大きくかつ -30℃以下
のＭｓ点が得られなかった。
【００２６】
【表３】
【００２７】
【表４】
【００２８】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、例えば
自動車用の油量制御装置部品で磁路構造上、強磁性部と
弱磁性部を必要とする箇所を、強磁性部材と弱磁性部材
の２種類の材料をろう付けする等の工数をとることもな
く１種類の材料である単一材で、かつ準安定オーステナ
イト材料を用いる従来のものより強磁性部は高い軟磁
性、弱磁性部は低い透磁率と特に低いＭｓ点をそれぞれ
有する構成とすることができる。
【００２９】すなわち、このような複合特性をもつ磁性
材として、準安定オーステナイト材料を用い、冷間成形
によるマルテンサイトで強磁性特性を得、その一部を熱
処理によって弱磁性部を得ていた機構等と異なり、強磁
性部を歪の少ない（フェライト＋炭化物）組織としたた
め、強磁性部の透磁率は大きくなり、かつ特定量のＮｉ
を添加することにより弱磁性部のμおよび特にＭｓ点を
低下させることにより、従来用途が限定されていた範囲
のアクチュエータにも適用でき、製造コストの低減、機
能向上および用途拡大の効果はきわめて大きいものであ
る。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 竹内 桂三 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 清水 真樹 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 杉浦 慎也 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 単一材からなるＮｉを含有するマルテン
    サイト系ステンレス鋼でなり、強磁性部と弱磁性部を有
    し、前記強磁性部は最大透磁率 200以上、保磁力 2000A
    /m以下で、前記弱磁性部は透磁率２以下、Ｍｓ点（非磁
    性オーステナイトが強磁性マルテンサイトに変り始める
    温度）が-30℃以下の２部分からなることを特徴とする
    複合磁性部材。
  2. 【請求項２】 マルテンサイト系ステンレス鋼は質量％
    にて、C:0.35〜0.75%,Cr:10.0〜14.0％,Ni:0.5〜4.0%,
    N:0.01〜0.05%と脱酸剤としてSi,Mn,Alの１種または２
    種以上を合計で2.0％以下含むものである請求項１の複
    合磁性部材。
  3. 【請求項３】 マルテンサイト系ステンレス鋼は質量％
    にて、Ni0.5〜4.0%を含み、Nieq(%Ni+30*%C+0.5*%Mn+30
    *%N)が13.0〜25.0％、Creq(%Cr+%Mo+1.5*%Si+1.5*%Nb)
    が10.1〜15.0％である請求項１の複合磁性部材。
  4. 【請求項４】 単一材からなり質量％にて、C:0.35〜0.
    75%,Cr:10.0〜14.0％,Ni:0.5〜4.0%,N:0.01〜0.05%と脱
    酸剤としてSi,Mn,Alの1種または2種以上を合計で2.0％
    以下含むか、またはNiを0.5〜4.0%を含み、Nieq(%Ni+30
    *%C+0.5*%Mn+30*%N)が13.0〜25.0％、Creq(%Cr+%Mo+1.5
    *%Si+1.5*%Nb)が10.1〜15.0％である、フェライトと炭
    化物よりなる強磁性組織を有するマルテンサイト系ステ
    ンレス鋼材料を、部分的にオーステナイト変態温度以上
    に加熱した後急冷して、該加熱急冷部をオーステナイト
    組織とし、かつＭｓ点（非磁性オーステナイトが強磁性
    のマルテンサイトに変り始める温度）を -30℃以下とす
    ることを特徴とする複合磁性部材の製造方法。
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