JPH11293419A

JPH11293419A - 冷間鍛造性、磁気特性に優れた耐食軟磁性鋼

Info

Publication number: JPH11293419A
Application number: JP9345098A
Authority: JP
Inventors: Akitomo Masuda; 哲智桝田; Akihiro Takada; 揚大高田
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 1998-04-06
Filing date: 1998-04-06
Publication date: 1999-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた磁気特性、冷間鍛造性、耐食性、及び
被削性を兼ね備えた軟磁性鋼を得ること。【解決手段】重量％でC ≦0.015 、Si≦0.50、Mn≦0.
50、P ≦0.040 、S≦0.015 、Ni≦0.50、Cr：7 〜13、M
o≦0.50、Sn：0.04〜0.50％、Al：1.5 〜3.5 、O ≦0.0
10 、N ≦0.015 を含有し、かつ、下記の（１）式、
（２）式、（３）式、及び（４）式を満足し、残部がFe
とその他の不可避不純物からなることを特徴とする耐食
軟磁性鋼。 C+N ≦0.02％（１） Log₁₀Cr + 0.956 ×Al^2/3 ≧2.286 （２） Cr + 5.985×Al≦28.8 （３）（ただし、この元素記号は、各元素の含有率（重量％）
を表す。） Fe以外の元素の総含有量（原子％）≦17.89 （４）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電磁弁や自動車用燃
料噴射装置などをはじめとする、電磁アクチュエータの
鉄心部分に使用される軟磁性鋼に関し、さらに詳しく
は、磁気特性、冷間鍛造性、被削性及び耐食性に優れた
軟磁性鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、電磁弁をはじめとする電磁アク
チュエータの鉄心部分には、従来から純鉄、珪素鋼など
が使用されてきた。しかしこれらの鋼材は耐食性が悪い
ため、飲料水などを制御する電磁弁や自動車用燃料噴射
装置など、耐食性を必要とする電磁アクチュエータの鉄
心部分には、Crを添加し耐食性を改善した鋼材（例えば
13Cr−2Si 鋼）が使用されている。また、より高い要求
特性を満たすためにAl、Siなどの元素を用途に応じて添
加し、磁気特性などの特性の改善を図った軟磁性鋼も使
用されてきている。

【０００３】特開平2-310345公報には、8 〜18％Cr鋼に
おいて、C 、Si、N の含有量を低減し、Mn、Al、Snを適
正量含有させることにより、電磁気特性を改善した冷間
鍛造用鋼材が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来使用されてきた軟
磁性鋼のうち、純鉄及び珪素鋼は磁束密度は高いが、被
削性及び耐食性が悪く、13Cr−2Si 鋼は、耐食性が改善
されているが被削性が悪く、また硬度が高いために、冷
間鍛造には適さない。耐食性、被削性及び冷間加工性に
ついて改善された軟磁性鋼も近年開発されているが、電
磁アクチュエータ部品の加工工程の合理化に関する要求
はますます高まっており、より冷間加工性の良い軟磁性
鋼が求められている。つまり切削工程を減らし、より複
雑な形状の部品を途中の焼鈍無しに冷間鍛造で製造す
る、といった要求である。また、この要求以外にも、部
品の小型化や高周波化にともなう要求も増加してきてい
る。これらの要求は、具体的には鉄心として使用したと
きの吸引力の大きいこと、つまり磁束密度が高いこと
と、アクチュエータの作動性に関し、応答性と消費電力
に大きく影響する固有抵抗がより高いことなどである。
つまり、13Cr鋼並みの耐食性をもちながら、従来の軟磁
性鋼と比較して、より大きな磁束密度、大きな固有抵
抗、優れた冷間鍛造性をもつ軟磁性鋼が求められている
のである。また、切削工程の必要な用途には、当然被削
性も要求される。

【０００５】このような、電磁アクチュエータの部品な
どの用途に使用される軟磁性鋼において、近年求められ
ている特性のレベルは、焼鈍状態の特性として、磁束密
度B₂₅ ≧13kG、保磁力Hc≦1.0 Oe、固有抵抗≧80μΩ・c
m 、硬度HRB ≦75、13Cr鋼並みの耐食性である。

【０００６】これに対し、先にあげた先行技術、特開平
2-310345公報の電磁気特性を改善した冷間鍛造用鋼材に
おいては、飽和磁束密度がすべて11.4kG以下であり、十
分な磁束密度ではない。また、硬度も75HRB 以上のもの
が13例中6 例あり、過酷な冷間加工に適応する十分な硬
度ではない。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
の解決のため、耐食性改善の点からCr、耐食性改善、固
有抵抗向上、磁気特性向上のためにAl、保磁力低減のた
めにSnの含有を検討し、1 ％以下のSnを含むFe−Cr−Al
−Sn系合金を対象に不純物元素の極低下、及びCr、Alな
ど、合金元素の添加量を幅広く変化させ、磁気特性、固
有抵抗、硬度、及び耐食性などの諸特性に及ぼす不純物
元素量及び合金元素の添加量の影響を詳細に研究した。

【０００８】その結果、不純物元素を極低とし、合金元
素の添加量を最適化することにより、近年の要求に対応
できるレベルの、磁気特性、固有抵抗、硬度及び耐食性
を兼備した化学組成の軟磁性鋼を見出した。

【０００９】本発明の要旨を以下に示す。

【００１０】重量％でC ≦0.015 、Si≦0.50、Mn≦0.5
0、P ≦0.040 、S ≦0.015 、Ni≦0.50、Cr：7 〜13、M
o≦0.50、Sn：0.04〜0.50％、Al：1.5 〜3.5 、O ≦0.0
10 、N ≦0.015 を含有し、かつ、下記の（１）式、
（２）式、（３）式、及び（４）式を満足し、残部がFe
とその他の不可避不純物からなることを特徴とする耐食
軟磁性鋼。

【００１１】 C+N ≦0.02％（１） Log₁₀Cr + 0.956 ×Al^2/3 ≧2.286 （２） Cr + 5.985×Al≦28.8 （３）（ただし、この元素記号は、各元素の含有率（重量％）
を表す。） Fe以外の元素の総含有量（原子％）≦17.89 （４）請求項２に係る、被削性を改善した軟磁性鋼は、請求項
１の要件に加え、さらに重量％で、Pb：0.03〜0.40、B
i：0.03〜0.40、Se：0.03〜0.40、Te：0.01〜0.20のう
ちの1 種あるいは2 種以上を含有する。

【００１２】以上のような軟磁性鋼の化学成分組成（重
量％）の限定理由は、次の通りである。

【００１３】＜C ，N ＞これらの元素は、軟磁気特性に
悪影響を及ぼす炭化物や窒化物を生成し、また結晶中に
固溶し結晶格子を歪ませるため、磁性の劣化及び硬度の
著しい増大を招くため、少ないほど望ましい。C 、N の
含有量がそれぞれ0.01％を越えると、他の成分量との関
係によっては本発明で目的とする磁気特性および冷間鍛
造性が得られない。しかしながら、実際の製造性を考慮
し、それぞれ上限を0.015 ％としたが、好ましくは0.01
0 ％以下である。また、C 、N の両方が上限近く含有さ
れると、非常に悪影響が出るため、C+N ≦0.02％
（（１）式）とする。

【００１４】＜Si＞Siは、固有抵抗を高め、透磁率を向
上させる元素であるが、C、N と同様に結晶中に固溶し材
料の硬度を著しく増大させるため、冷間鍛造性を劣化さ
せる。磁気特性に関しては、Alと同様の効果があるが、
固溶強化作用に関しては重量％あたりAlの約２倍の効果
を示す。このため、本発明の目的用途には、Siは不要で
ある。そこで、実際の製造も考慮し、Si≦0.50％とし
た。好ましくはSi≦0.15％である。

【００１５】＜Mn＞Mnは、Siと同様に結晶中に固溶し硬
度を著しく増大させるので冷間鍛造性を損ない、またオ
ーステナイト安定化元素であるため磁気特性を損なう。
また耐食性も低下させるため含有量は少ないほど望まし
い。よって実際の製造性と、目的の特性を考慮し、上限
を0.50％とした。好ましくは0.15％以下である。

【００１６】＜P ＞P は、磁気特性を劣化させるため、
その上限を0.040 ％とした。

【００１７】＜S ＞S は、被削性を向上させる元素であ
るが、含有することにより形成される硫化物は冷間鍛造
性、耐食性に悪影響を及ぼし、また磁気特性劣化させる
ため、含有量は少ないほど望ましい。S 含有量が、0.01
5 ％を越えると、著しく特性が劣化し、本発明の目的と
する特性が得られなくなるのと、実際の製造を考慮し、
上限を0.015 ％とした。

【００１８】＜Ni＞Niは、Mnと同様にオーステナイト安
定化元素であるため、0.50％を越える添加は磁気特性を
劣化させる。このため、その上限を0.50％とした。

【００１９】＜Cr＞Crは、耐食性を向上させる元素であ
る。本発明の目的用途には、13Cr鋼と同等の耐食性が求
められているが、本発明は基本的にC 、N をはじめとす
る不純物が極低となっており、また他の耐食性に有効な
合金元素の添加も考え合わせると、湿潤環境や、高温高
湿環境などでは、13％以下のCr量でも13Cr鋼と同等の発
銹しか起こさない。しかしながら7 ％以下の添加量で
は、他の合金元素の添加を考慮しても13Cr鋼と同等の耐
食性は得られない。また、Crの過度の添加は、冷間加工
性を劣化させるだけでなく、磁束密度が低下する。Cr以
外の添加元素の含有も考慮すると、13％以上含有させる
と、硬度及び磁束密度の点で本発明の目的の特性が得ら
れなくなる。従って、Crの含有量は、7 〜13％とする。

【００２０】＜Mo＞Moは、Crと同様に耐食性を向上させ
る元素であるが、冷間加工性及び磁気特性を劣化させ
る。Crと比較して、経済的に高価であるため実際の製造
を考えると少ないほど望ましい。そのため、上限を0.50
％とした。

【００２１】＜Sn＞Snは、保磁力を低減するのに有効な
元素であるが、過度の添加は硬度を増加させ、靭性を著
しく劣化させる。また、切削性も劣化させる。0.50％を
越えて含有すると、著しく冷間加工性を劣化させる。ま
た、0.04％以下の含有では、Sn添加の十分な効果が得ら
れない。従って、0.04％〜0.50％の範囲とする。

【００２２】＜Al＞Alは、固有抵抗増加、磁気特性の改
善、耐食性向上に効果のある元素である。他の添加元素
と比較し、硬度を増加させずに固有抵抗を増加させるの
にもっとも有効な元素である。しかし、3.5 ％を越える
添加は冷間加工性を著しく劣化させるため、上限を3.5
％とする。また、1.5 ％以下の添加では、耐食性や固有
抵抗などに対するAl添加の効果が十分に得られないた
め、下限を1.5 ％とし、1.5 ％〜3.5 ％とする。

【００２３】＜O ＞O は、酸化物を形成し、冷間鍛造
性、磁気特性及び耐食性を劣化させる。このため、少な
いほど望ましく上限を0.010 ％とした。好ましくは0.00
5 ％以下である。

【００２４】＜Pb、Bi、Se、Te＞近年、電磁アクチュエ
ータなどの部品加工工程はコストダウンの点から、切削
を減らし、主に冷間鍛造により加工する場合が多くなっ
てきているが、用途や形状によっては、切削性も重要と
される場合がある。また、冷間鍛造により加工を行って
も、仕上げに切削が必要な場合が多い。このような用途
に適応するため、被削性を改善する元素としてPb、Bi、
Se、Teのうち、１種あるいは２種以上を、Pb、Bi、及び
Seについてはそれぞれ0.03〜0.40％、Teについては、0.
01〜0.20％を添加する。これらの元素は、この上限値を
越えて添加しても、被削性改善の効果は飽和し、さらに
磁気特性及び冷間加工性の劣化をまねき、また下限値以
下の添加では、その添加による被削性改善の効果が殆ど
無い。従って、それぞれの添加量範囲は上記の通りとす
る。

【００２５】＜（２）式＞本発明の目的用途に使用され
る軟磁性鋼に対し、求められている固有抵抗のレベル
は、80μΩ・cm 以上である。Cr及びAlの含有量で固有抵
抗は大きく変化する。固有抵抗に及ぼす添加元素の影響
は、CrとAlで影響の大きさ及びその作用の飽和する状況
が違う。詳細な実験により、固有抵抗が80μΩ・cm 以上
となる条件として、（２）式が得られた。従って、
（２）式によりCr及びAlの添加量を規制する。 Log₁₀Cr + 0.956 ×Al^2/3 ≧2.286 （２）

【００２６】＜（３）式＞本発明の目的用途に使用され
る軟磁性鋼に対し、求められている硬度のレベルは、HR
B ≦75である。固有抵抗と同様に、HRB を75以下にする
ため、（３）式を見い出した。よって、（３）式によ
り、Cr及びAlの添加量を規制する。 Cr + 5.985×Al≦28.8 （３）

【００２７】＜（４）式＞以上のように規制したすべて
の元素は、含有することによりFeの占める割合を低下さ
せる。このことにより、本来Feのもっている飽和磁束密
度は低下する。本発明の目的とする磁束密度、B₂₅ ≧13
kGを得るためには、含有するFe以外の元素の総量を規制
する必要があることを知見した。研究の結果、B₂₅ が13
kG以上となる条件として、下記（４）式を見い出した。
Fe以外の元素の総含有量を原子％で表し、 Fe以外の元素の総含有量（原子％）≦17.89 （４）とする。

【００２８】

【実施例】本実施例に用いた供試材は、真空誘導炉で溶
製された100kg 鋼塊である。得られた100kg 鋼塊を、φ
30mmに熱間鍛造後、焼鈍を施し、各特性試験用に試験片
を作製し測定を行った。磁気特性は、リング状試験片を
作製後、真空中で850 ℃、保持時間４時間の条件で磁気
焼鈍を施し、直流Ｂ−ＨトレーサでB₂₅ 及び保磁力Hcの
測定を行った。

【００２９】固有抵抗は、φ20mm、長さ400mm の試験片
を用いて、ケルビンダブルブリッジを用いた一般的な直
流四端子法で電気抵抗を測定し、算出した。硬度は、ロ
ックウェルB スケールで評価した。

【００３０】耐食性は、φ12mm、長さ21mmの試験片をエ
メリー研磨紙で800 番まで研磨した後、サイクル湿潤試
験（20℃、90％RH、1.5 時間保持⇔ 70 ℃、90％RH、4.
5 時間保持；サイクル数20回）を行い、試験片表面の発
銹の程度で評価した。評価は発銹なし…○，13Cr鋼と同
等の発銹…△，発銹多…×，とした。

【００３１】被削性は、ドリルの穿孔性試験で評価し
た。試験条件は、φ5mm のSKH51 製ドリルを用いて、推
力42.2kg、回転数900rpmで深さ10mmの穿孔に要する時間
で評価した。

【００３２】表１に本発明実施例及び比較例の化学成
分、表２にそれぞれの各種特性を示す。表１及び表２か
らわかるように、本発明の実施例は、含有する元素量を
規制することにより、磁気特性はすべてB₂₅ が13kG以
上、Hcが1.0 Oe以下と良好な特性を示している。固有抵
抗はすべて80μΩ・cm 以上と十分に高いレベルを示して
おり、アクチュエータとしての作動特性も良好であると
考えられる。また、硬度もすべて75 HRB以下であり、優
れた冷間加工性を有している。また、発銹の程度は、発
明例においてはすべて○、あるいは△であり、13Cr鋼と
同等の耐食性を有していることがわかる。Pb、Biなどの
快削元素を含有させたものは、被削性が向上している。

【００３３】これに対し、比較例では、磁気特性、硬度
及び耐食性において、本発明の目的をすべての特性で満
たすものは無かった。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【発明の効果】以上の結果から明らかなように本発明の
軟磁性鋼は、高い磁束密度、高い固有抵抗を有している
ため、優れた磁気特性を示し、硬度が低いため優れた冷
間鍛造性をもっている。また、13Cr鋼と同等の耐食性を
もっているため、幅広い用途に適用できる。

【００３７】各種電磁アクチュエータの部品加工工程に
おいて、優れた加工性をもちながら、磁気応答性や消費
電力など実機特性にも非常に優れる軟磁性鋼である。こ
のような軟磁性鋼であるので、電磁弁や自動車用燃料噴
射装置など、各種電磁アクチュエータの部品において、
幅広い効果を示すものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁束密度B₂₅ とFe以外の元素の総含有量（原子
％）の関係を示す図である。図中に（４）式と、目標と
する特性範囲を示している。耐食性の評価である、○、
△、×も併せて表示した。

【図２】Cr及びAlの本発明範囲を示す図である。図中に
（２）式、（３）式と、本発明実施例及び比較例をプロ
ットしている。耐食性の評価である、○、△、×も併せ
て表示した。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％でC ≦0.015 、Si≦0.50、Mn≦0.
50、P ≦0.040 、S≦0.015 、Ni≦0.50、Cr：7 〜13、M
o≦0.50、Sn：0.04〜0.50％、Al：1.5 〜3.5 、O ≦0.0
10 、N ≦0.015 を含有し、かつ、下記の（１）式、
（２）式、（３）式、及び（４）式を満足し、残部がFe
とその他の不可避不純物からなることを特徴とする耐食
軟磁性鋼。 C+N ≦0.02％（１） Log₁₀Cr + 0.956 ×Al^2/3 ≧2.286 （２） Cr + 5.985×Al≦28.8 （３）（ただし、この元素記号は、各元素の含有率（重量％）
を表す。） Fe以外の元素の総含有量（原子％）≦17.89 （４）
【請求項２】重量％で、Pb：0.03〜0.40、Bi：0.03〜
0.40、Se：0.03〜0.40、Te：0.01〜0.20のうちの1 種あ
るいは2 種以上をさらに含むことを特徴とする請求項１
に記載の耐食軟磁性鋼。