JPH09228004A - 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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JPH09228004A
JPH09228004A JP8029296A JP2929696A JPH09228004A JP H09228004 A JPH09228004 A JP H09228004A JP 8029296 A JP8029296 A JP 8029296A JP 2929696 A JP2929696 A JP 2929696A JP H09228004 A JPH09228004 A JP H09228004A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 一つの部材において、強磁性部と非磁性部を
有する複合磁性部材における強磁性部の磁気特性を改善
した複合磁性部材およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 本発明は、質量%でC:0.35〜0.
75%、Cr:10〜16%、Mn:2%を超え7%以
下、N:0.01〜0.05%、Si、Alの1種もし
くは2種を2%以下含有し、残部実質的にFeからなる
組成を有し、かつ最大透磁率μm200以上の強磁性部
と、オーステナイト組織を主体とする透磁率2以下、オ
ーステナイト組織が、マルテンサイト化する開始温度が
−10℃以下の非磁性部を有する複合磁性部材である。
この部材は前記組成の素材を焼鈍し、強磁性組織とした
後、一部を加熱冷却してオーステナイト組織を残留さ
せ、非磁性部を形成することによって得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気目盛等に使用さ
れる一つの部材に強磁性部と非磁性部を設けた複合磁性
部材およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、非磁性部と強磁性部を検出して
物品の相対位置を検出する素材は、磁気目盛、あるいは
磁気スケールと呼ばれ多用されている。この磁気目盛を
得る方法としては、特開昭62−83620号に記載さ
れるように、通常ではオーステナイト組織となるが、加
工によってマルテンサイト化する、いわゆる準安定オー
ステナイト鋼に強加工を与え、強磁性を示す加工誘起マ
ルテンサイト組織に変態させ、次いで目盛となる部分を
レーザ等で加熱して、オーステナイト組織として非磁性
部を形成することによって得ていた。
【0003】また、本出願人等は特開平7−11397
号では、自動車の燃料噴射装置の電磁弁の部品として新
しい複合磁性材料を提案し、それでは強加工を適用する
準安定オーステナイト鋼として最適なニッケル当量、ク
ロム当量、平山当量を提示し、自動車の電磁弁にとって
好ましい磁気特性が得られる最適の組成範囲を提案し
た。このような電磁弁の部品として準安定オーステナイ
ト鋼を使用した複合磁性材料を利用すると、一つの部材
に強磁性部と非磁性部が形成できるため、気密性の確
保、振動等による破損の防止等の信頼性の確保という点
で、強磁性体と非磁性体を接合した部品よりも優れたも
のとなる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述したよう
な準安定オーステナイト鋼は、元々非磁性のオーステナ
イト組織であるため、強磁性部の特性を高めるために
は、極めて高い加工率を適用する必要がある。このよう
な強加工を行なうことは、製造工程により負荷を増大す
るとともに、強化工による割れの発生等の問題が生じて
いる。また、このような強加工を行なっても、最大透磁
率μm160程度の磁気特性しか得られないという問題
があり、最大透磁率が200以上のような強磁性部の磁
気特性を重視する場合に問題となる。
【0005】本発明の目的は、一つの部材において、強
磁性部と非磁性部を有する複合磁性部材における強磁性
部の磁気特性を改善した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。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上述したよ
うな準安定オーステナイト鋼では、強磁性部の特性には
限界があることを見出し、新しい複合磁性材料を検討し
た。そして、通常マルテンサイトとなる合金において
も、オーステナイト変態温度以上からの冷却処理によ
り、非磁性組織であるオーステナイト組織を残留させる
ことができるという知見から、複合磁性材料としての最
適組成を検討した。
【0007】その結果、通常はマルテンサイトとなり強
磁性特性が得られるC−Cr−Fe系合金に対して、オ
ーステナイトを安定化するのに有効な元素としてMnを
選択し、Mnを2%を超え7%以下に高め、かつ窒素を
0.01〜0.05%と比較的高く添加することによっ
て、加熱冷却して得られる残留オーステナイトを安定化
することができ、準安定オーステナイト鋼によって得ら
れる非磁性部に匹敵する安定な非磁性部を得ることがで
きることを見出し、本発明に到達した。
【0008】すなわち本発明は、質量%でC:0.35
〜0.75%、Cr:10〜16%、Mn:2%を超え
7%以下、N:0.01〜0.05%、Si、Alの1
種もしくは2種を2%以下含有し、残部実質的にFeか
らなる組成を有し、かつ最大透磁率μm200以上の強
磁性部と、オーステナイト組織を主体とする透磁率2以
下、Ms点(オーステナイト組織が、マルテンサイト化
する開始温度であり、この温度が高いほどオーステナイ
トが不安定であることになる)が−10℃以下の非磁性
部とすることを特徴とする複合磁性部材である。
【0009】上述した本発明の複合磁性部材は、上述し
た組成の素材を焼鈍し、最大透磁率μmが200以上の
強磁性組織を得た後、該強磁性組織の一部をオーステナ
イト変態開始温度以上に加熱した後、冷却してオーステ
ナイト組織を残留させ非磁性部を得ることにより製造す
ることができる。なお、オーステナイト変態開始温度以
上に加熱した後、冷却してオーステナイト組織を残留さ
せる方法としては、溶融凝固させても良い。
【0010】
【発明の実施の形態】上述したように、本発明は複合磁
性材料とし特に優れた強磁性特性を有する強磁性部を得
ようとするものである。そのために、本発明において
は、通常は強磁性を示すC−Cr−Fe系の合金を選択
し、かつMnおよび窒素を多く添加したものである。以
下、本発明で規定する元素の規定理由を述べる。Mnは
オーステナイト組織を安定化するものであり、本発明に
は欠くことのできない重要な元素である。Mnの範囲を
2%を超え7%以下としたのは、2%以下では非磁性部
として透磁率2以下が得られ難く、また7%を超えると
強磁性部の磁気特性が急激に低下し、また熱間加工性が
劣化するからである。
【0011】なお、本発明は、オーステナイト組織を安
定する元素としてNiを添加することも可能である。N
iはオーステナイト組織を安定化するのに有効な元素で
あるが、Mnに比較して高価である。また、強磁性部の
特性をMnよりも劣化する元素でもあり、特に強磁性部
の磁気特性を確保することを目的とする本発明において
は、添加量を制限する必要がある。本発明においては、
上記を考慮し、添加する場合のNiの上限は4%とし、
強磁性部の磁気特性を劣化しないために、Niを添加す
る場合にはNi+Mnで2%を超え7%以下とした。
【0012】Cは炭化物を形成し、本発明の基本となる
C−Cr−Fe系合金の基本的な強度を確保する元素と
して重要である。また、Cはオーステナイトの安定化に
も寄与する元素である。Cが0.35%未満では、オー
ステナイト変態温度以上に加熱後冷却した際、透磁率2
以下、Ms点が−10℃以下の安定な非磁性組織を得る
ことが困難である。一方、0.75%を超えると冷間で
の加工性が難しくなる。そのため、本発明においては、
Cの範囲を0.35〜0.75%に規定した。Cのより
望ましい範囲は、0.45〜0.65%である。
【0013】Nは本発明において、オーステナイトの安
定化のために必須の元素である。上述したように、本発
明は、C−Cr−Fe系合金であり、フェライトを安定
化させる元素としてCrを多量に含有する。このCr
は、後述するように本発明において強磁性部および炭化
物となって強度を確保する上で重要である。この時Cr
は、合金組織中のCと反応して一部は炭化物を形成する
ため、オーステナイト安定化元素としてC量を増やそう
とすると炭化物量を増加してしまうことになり、冷間加
工性の上で好ましくない。そこで、本発明においては、
Crと化合物を形成しにくいNを添加して、オーステナ
イトの安定化を図ったものである。本発明において、N
を0.01〜0.05%としたのは、0.01%未満で
は非磁性部の安定化に効果が見られず、0.05%を超
えると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。
【0014】Crはマトリックスに固溶すると共に、一
部は炭化物となり、本発明の機械的強度と耐食性を確保
する元素である。本発明においてCrの範囲を10〜1
6%としたのは、10%未満では耐食性が劣り、17%
以上ではフェライト組織が安定化するため、非磁性部を
形成することが困難になるためである。なお、本発明の
部材は脱酸元素としてSi,Alの1種以上を合計で2
%以下含んでもよい。これらの元素は、鋼の精錬過程で
除去されるが、一部は残留するので、特に磁気特性を劣
化しない範囲として本発明においては2%以下で含有し
てもよい。
【0015】上述した本発明の複合磁性部材の製造方法
の特徴は、上述した組成の素材を焼鈍し、最大透磁率μ
m200以上の強磁性組織を得た後、該強磁性組織の一
部をオーステナイト変態開始温度以上に加熱した後、冷
却してオーステナイト組織を残留させ非磁性部を得るこ
とである。この方法により、従来の準安定オーステナイ
ト鋼を使用する場合に得られなかった最大透磁率μm2
00以上の強磁性部と、オーステナイト組織を主体とす
る透磁率2以下、Ms点が−10℃以下の非磁性部とを
併せ持つような複合磁性部材を得ることができる。
【0016】上述した強磁性部を得る際に行なう素材の
焼鈍は、強磁性部の製造工程において残留する歪みの開
放を行なうものであり、強磁性特性を高めるためには、
非磁性部を得る前に予め行なっておく必要がある。本発
明において、強磁性部の最大透磁率μmを200以上と
したのは、従来の準安定オーステナイト鋼では得ること
のできない範囲として設定したものである。本発明にお
いては、加熱冷却により残留するオーステナイトにより
非磁性部の特性を確保するものである。このオーステナ
イトは、急冷であればあるほど多く残留させることが可
能であり、オーステナイトが安定で存在する加熱領域か
ら急冷することが望ましい。実際には、空冷以上の冷却
速度を確保できる冷却法の適用が望ましく、水冷法ある
いは油冷法を適用することが望ましい。
【0017】また、オーステナイトを残留させる方法と
しては、レーザビームやプラズマ加熱により部分的に溶
解させ凝固させる方法をとることも可能である。溶解凝
固する方法では、オーステナイトは極めて安定になり、
非磁性部の磁気特性を確保する手法としては有効であ
る。このように、本発明においては、本来強磁性のマル
テンサイト組織となる鋼を利用するため、非磁性部の特
性の確保が重要である。非磁性部の特性は、上述した合
金組成とオーステナイトを残留する加熱冷却処理によっ
て大きく変化する。複合磁性部材として有効な非磁性部
の磁気特性および安定性の指標として本発明において
は、最大透磁率2以下、Ms点を−10℃と規定した。
【0018】
【実施例】本発明ではMnとNiの含有量が重要となる
ので、真空溶解でMnとNi含有量を種々に変えた10
kgの鋼塊を得た後、鍛造、熱間圧延を行ない、板厚
4.0mmとした。この材料をA3変態点以下で焼鈍し
た後、酸化スケールを除去し、冷間圧延により板厚
1.5mmとした。表1に実験に供した合金の化学組成
を示す。
【0019】
【表1】
【0020】この冷間圧延材をA3変態点以下で焼鈍し
て強磁性体化した。得られた試料の一部を高周波加熱に
よって約1000℃で10分間保持後、水冷し、部分的
に非磁性体化した試料を得た。高周波加熱による熱影響
部以外の最大透磁率μm、磁束密度B4000(磁化の強さ
4000(A/m)における磁束密度)を求め、強磁性
部の磁気特性を評価した。一方、高周波加熱によって得
られた非磁性部は、X線回折分析により残留オーステナ
イトを主体とする相が形成されていることを確認し、最
大透磁率μmおよびMs点の測定を行なった。それぞれ
の測定には、透磁率計、微量走査型熱量計を使用した。
表2に結果を示す。
【0021】
【表2】
【0022】表2に示すように、Ni+Mn量が2%を
超え7%以下とした本発明の試料は、すべて強磁性部に
おいて、最大透磁率が200を超え、4000(A/
m)における磁束密度も1(T)を超える優れた強磁性
体特性が得られると共に、非磁性部においても最大透磁
率が2以下となり、Ms点も−10℃以下と安定したも
のとなったことを確認できた。また、Niを添加しない
か、2%未満の少量のNiを添加した本発明の試料1〜
6は、Niを2%以上という本発明の試料中でも多量に
添加した試料7〜8に比べて、透磁率が高く磁束密度も
高いものとすることができ、強磁性部の磁気特性を高め
るという点で、NiよりもMnの添加が有効であること
がわかる。一方、Mnの低い比較例の試料9において
は、強磁性体部の特性は優れているものの非磁性部の透
磁率が高くなり、Ms点が上昇して不安定な非磁性部が
形成されたことがわかる。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、準オーステナイト鋼を
用いず、MnとNを適量添加したC−Cr−Fe合金を
使用することにより、強加工を行なうことなく特に強磁
性部の特性に優れた複合磁性材料を得ることができる。
したがって、従来のような極めて厳しい加工条件を適用
することがなくなり、製造上の効率向上に極めて有効で
ある。また、本発明においては強磁性部の磁気特性に優
れているため、磁気回路におけるポールピースのような
磁路形成材料としても有効である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量%でC:0.35〜0.75%、C
    r:10〜16%、Mn:2%を超え7%以下、N:
    0.01〜0.05%、Si、Alの1種もしくは2種
    を2%以下含有し、残部実質的にFeからなる組成を有
    し、かつ最大透磁率μm200以上の強磁性部と、オー
    ステナイト組織を主体とする透磁率2以下、Ms点−1
    0℃以下の非磁性部とすることを特徴とする複合磁性部
    材。
  2. 【請求項2】 質量%でNiを4%以下含み、かつNi
    +Mn:2%を超え7%以下である請求項1に記載の複
    合磁性部材。
  3. 【請求項3】 質量%でC:0.35〜0.75%、C
    r:10〜16%、Mn:2%を超え7%以下、N:
    0.01〜0.05%、Si、Alの1種もしくは2種
    を2%以下含有し、残部実質的にFeからなる組成を有
    する素材を焼鈍し、最大透磁率μm200以上の強磁性
    部を得た後、該強磁性組織の一部をオーステナイト変態
    温度以上に加熱した後、冷却してオーステナイト組織を
    残留させ非磁性部を得ることを特徴とする複合磁性部材
    の製造方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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