JPS63105952A

JPS63105952A - 磁気目盛用鋼棒の製造方法

Info

Publication number: JPS63105952A
Application number: JP25253286A
Authority: JP
Inventors: Takashi Tsukamoto; 塚本　孝; Chuzo Sudo; 須藤　忠三
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-10-22
Filing date: 1986-10-22
Publication date: 1988-05-11
Anticipated expiration: 2010-08-02
Also published as: JPH0772302B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はメカトロニクス分野で用いられる磁気目盛用の
鋼棒の改良に関するものである。

（従来の技術及びその問題点）近年メカトロニクスの発展に伴い、位置検出機構として
第１０図に示すような磁気目盛が使用される様になって
きたが従来は１８Ｃｒ−７Ｎｉ系の鋼棒が使用されてい
た。なお、第１０図中１は母材部、２は溶体化（非磁性
）部、３は位置検出センサーを示す。

しかしながら前記１８Ｃｒ　　７Ｎｉ系のものは溶体化
状態での非磁性が不十分な場合があり、特に加工誘起磁
性を高めるためにＮｉを低目調整した場合はこの傾向が
顕著になる欠点があった。

また、旧ｇｈ−Ｎｉ系のものはコスト的に不利であるた
めＮｉをＭｎで置き替えたＭｎ　−Ｃｒ系の使用が検討
されたが旧ｇｈＭｎ　−ＨｉｇｈＣｒ系のものでは、溶
体化時にδフェライトが発生して非磁性が保たれず、ま
たεマルテンサイトが発生するため加工誘起による強磁
性化特性が不足する等の欠点を有するため実用化が阻害
されていた。

すなわち、磁気目盛用材料は、溶体化状態での非磁性確
保、冷間伸線加工による強磁性化の２つの要求を満たす
ものでなければならなず、また組織的にはδフェライト
、εマルテンサイトの発生を押え冷間加工によるα゛マ
ルテンサイト生成を促進するものでなければならないの
である。

一方、本発明者らの実験研究によりＭｎ、　Ｃｒ、　Ｃ
１Ｎの成分比を変えることでこれらの緒特性が変化する
事が判明した。

すなわち、本発明は前記諸要求を満足し、コストダウン
と磁気目盛特性の改善を図り得るＭｎ　−Ｃｒ系の磁気
目盛用鋼棒を提供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段）前記第１０図に示される如き代表的な磁気目盛部の具備
すべき特性としては、 ■母材部は強磁性体で、少くとも５ｏｏｏｃ以上の飽和
磁束密度を有すること。

■溶体化部は非磁性体であり透磁率１．０２以下である
こと。

■母材は構造部材としての役目を果たしており特に使用
中の繰り返し衝撃に耐えるため延性、耐衝撃性を有する
こと（ＲＡ≧３０％）。

■構造部材として使用できる様、低合金鋼レベルのコス
トであること。

が必要である。

本発明者らはこれらの要求を満す鋼棒を成分元素の調整
及び加工条件の選定により実現すべく、種々の実験研究
を試みた。

一般に、一種の成分系を有する鋼棒に強磁性と非磁性の
相反する特性を要求することは困難である。しかしなが
ら１８−８ステンレスに代表される不安定オーステナイ
ト鋼にみられる様に溶体化状態で非磁性を有し、冷間加
工後は強磁性を具備させることは可能であり、この特性
を利用すれば、冷間加工により強磁性化した後、レーザ
ー照射等の方法により局部的に再溶体化して当該箇所の
みを非磁性化することで前記の諸要求を実現することが
可能である。

しかして、この様な特性を有する可能性のあるものとし
ては、Ｃｒ−Ｎｉ系の不安定オーステナイト鋼が考えら
れ１８Ｃｒ−７Ｎｉの成分系の実用化が既に検討された
のであるが、当該成分系では、■汎用される低合金鋼に
比べ、コスト高である。

■溶体化状態での非磁性が不安定であり位置検出の精度
が低い。

等の問題が残った。

そこで本発明者らはＭｎ　−Ｃｒ系による不安定オース
テナイトに注目し成分元素の調整、加工条件の選定によ
り、これらの問題を克服した磁気目盛用鋼棒を得、本発
明を成立せしめたのである。

まず、コスト高の問題はＮｉを使わず、代りにＭｎを使
用することにより大幅に改善され、はぼ解決することが
期待できたので残る問題である磁気目盛材として具備す
べき機能を有する成分系、加工条件を見出すべく、種々
の実験、研究を行った。

高Ｍｎ、高Ｃｒ系で得られる不安定オーステナイト鋼は
一般には、 ■溶体化状態でδフェライトが生成し易く、非磁性化が
難しい。

■非磁性化するためにδフェライトの生成を抑制できて
もεマルテンサイトが残る。εマルテンサイトは非磁性
であり溶体化状態での特性としては問題ないが、冷間加
工による強磁性化を阻害する。

等の問題が有り、磁気目盛材としての使用は難しいと考
えられていた。

そこで本発明者らは前記の磁気目盛材の具備すべき４つ
の条件を次の様に整理し、従来見過されていた範囲を含
めて、成分、加工条件の検討を行った。

まず、■溶体化状態での非磁性確保、次に■加工による
飽和磁束密度５０００Ｇ以上の確保、■加工後の鋼棒の
延性の確保、である。

その結果、Ｍｎ５Ｃｒｓ　０％　Ｎの成分比に於いてＭ
ｎを１４．０〜１９．０重量％、Ｃｒを３．０〜１０．
０重量％、Ｃ＋Ｎを０．３〜０．５重量％とし、この様
な成分からなる鋼棒を溶体化後、Ｒｄ＝２０〜２５％の
加工度に伸線することで、前記の３条件を満足すること
が明らかとなり本発明を成立させたのである。

すなわち本発明に係る磁気目盛用鋼棒は、Ｍｎ；１４．
０〜１９．０重量％、Ｃｒ；３．０〜１０．０重量％、
Ｃ＋Ｎ；０．３〜０．４重量％で残部がＦｅおよび不可
避的不純物からなる材料を溶体化処理後、冷間で２０〜
２５％伸録して５伸線以上の飽和磁束密度を保有せしめ
、しかる後当該鋼棒の非磁性化せんとする部分を局所加
熱して溶体化することにより当該部分を完全非磁性化す
ることを保障したことを要旨とするものである。

次に成分、加工条件の限定理由について具体的に述べる
。

１）門ｎについてオーステナイト安定化元素であり第１図に示すように１
４重量％未満では溶体化状態（１０５０℃）での非磁性
確保（透磁率μ≦１．０２）が困難となるので１４．０
重量％以上とした。

また一方、１９重量％を超えると伸線加工性が劣化する
と共にオーステナイトが安定化しフェライトの加工誘起
が減少する。その結果、第２図に示すように加工による
強磁性化が困難（Ｒｄ≧２０％の加工不可、飽和磁束密
度４ＫＧ以上不可）となるため１９重量％以下とした。

なお、第１図及び第２図に示す結果は、Ｃｒが５．０重
量％、Ｃ＋Ｎが０．３重量％の場合のものである。

２）ＣｒについてＭｎとの複合添加によりオーステナイトの安定化に存効
であるがＭｎが本発明範囲（１４，０〜１９．０重量％
）にある場合、Ｃｒが１０重量％を超えるとδフェライ
トを発生し第３図に示すように溶体化状態（１０５０℃
）での非磁性確保（透磁率μ≦１．０２）が困難となり
、また３重量％未満でも同様に非磁性確保が困難となる
ため、３．０〜１０重量％とじた。

なお第３図に示す結果は、Ｍｎが１５．０重量％、Ｃ＋
Ｎが０．３重量％の場合のものである。

３）Ｃ＋Ｎについてオーステナイト安定化元素であり０．３重量％未満では
第４図に示すように溶体化状Ｍ（１０５０℃）での非磁
性確保が困難となるため０．３重量％以上とした。

また、０．５重量％を超えると伸線加工性が劣化すると
共にオーステナイトが安定化しフェライトの加工誘起が
減少する。その結果、第５図に示すように加工による強
磁性化が困難（Ｒｄ≧２０％の加工不可、飽和磁束密度
４ＫＧ以上不可）となるため０．５重量％以下とした。

なお、第４図及び第５図に示す結果は、Ｍｎが１５．０
重量％、Ｃｒが５．０重量％の場合のものである。

４）冷間での加工度について本発明は前記した成分配合を有する鋼棒を溶体化処理後
、冷間伸線して得られる鋼棒に関するものである。

この冷間加工により所要の強磁性を有し、しかも局部を
溶体化することにより当該箇所のみ非磁性となすことが
出来るのである。

しかして、この冷間伸線加工は鋼棒の強磁性と機械的性
質（特に延性）を、所要の範囲に制御するために必要と
される。本発明者らが前述の成分配合を有する鋼棒を冷
間で伸線することにより飽和磁束密度と絞りが変化する
様子を調査した結果を第６図に示す。

同図より明らかな如く２０％未満では４ＫＧ以上の飽和
磁束密度が得られず、また２５％を超えると延性（絞り
）が極端に低下することが判る。

これらのことより本発明では加工度を２０〜２５％の範
囲に限定した。

なお、第６図の結果はＭｎが１５．０重量％、Ｃｒが５
．０重量％、Ｃ十Ｎが０．３重量％の場合のものである
。

５）飽和磁束密度について第１０図に示す如き位置検出機構に於いて溶体化部２の
非磁性の程度（透磁率の低さ）と母材部１の強磁性の程
度（飽和磁束密度の高さ）は検出精度に影響する。

すなわち、溶体化部２の非磁性が完全に確保されている
場合には検出精度は母材部１の飽和磁束密度に比例する
のである。その様子を調査した結果を第７図（イ）に示
す。

同図より明らかな如＜５に、Ｇ以上で検出精度を示す往
復誤差は高い一定レベルに安定する。このことから本発
明では５ＫＧ以上の飽和磁束密度を必要とした。

なお、第７図（イ）の結果はＭｎが１５．０重量％、Ｃ
ｒが６．０重量％、Ｃ＋Ｎが０．３重量％の場合のもの
であり、同図（イ）の縦軸の往復誤差Ｅは検出センサー
３に付与する起動力を示す。

（実　施　例）その１）本発明の効果を実施例により説明する。下記表に掲げる
成分の鋼Ｎ１１〜２４を１５０ｋｇ真空溶解炉で溶製し
て３２φの棒材に熱間圧延した後、２５φに外削し、試
験に供した。

実施例患１〜６では、Ｍｎの効果及び限定理由について
実証した。

すなわち、前記２５φの供試鋼を１０５０℃で溶体化処
理後透磁率を測定し、さらに伸線後絞り及び飽和磁束密
度について測定したのである。

その結果、比較例であるＦｋＬｌ、５．６では各々、Ｍ
ｎ配合率の低い患１は溶体化時の透磁率が高く、また高
い隘５．６は伸線後の飽和磁束密度が低かった。

これに対し、発明例で−ある寛２．３．４では透磁率、
飽和磁束密度共満足する値が得られている。

次に実施例１１ｈ７〜１２ではＣｒの効果及び限定理由
について実証した。

すなわち、前記２５φの供試鋼を１０５０℃で溶体化処
理後、透磁率を測定したのである。

その結果、比較例である磁７．１１．１２では各々Ｃｒ
配合率の低い！１ｈ７及び高いＮ１１Ｌ１１．１２共透
磁率が高く非磁性が確保されなかった。

これに対し、発明例である隘８．９．１０では完全に非
磁性化されている。

次に実施例磁１３〜２０ではＣ＋Ｎの効果及び限定理由
について実証した。

すなわち、実施例患１３〜１７では、前記２５φの供試
鋼を１０５０“Ｃで溶体化処理後、透磁率を測定した。

また、実施例隘１８〜２０では溶体化後さらに伸線し、
絞り及び飽和磁束密度を測定したのである。

その結果、比較例である患１３．１４．１５．１８．１
９．２０では、各々Ｃ＋Ｎ配合率の低いｍ１３．１４．
１５は溶体化状態の透磁率が高く、又Ｃ＋Ｎの高いＮｃ
Ｌ１８．１９．２０は伸線後の絞り、飽和磁束密度が低
かった。

これに対し、発明例である隘１６．１７では溶体化状態
での透磁率は低く、また伸線後の絞りや飽和磁束密度も
高い値を示している。

最後に、実施例隘２１〜２４では伸線加工度及び飽和磁
束密度の限定理由について実証した。

すなわち、前記２５φの供試鋼を１０５０℃で溶体化処
理後伸線し、絞り及び飽和磁束密度を測定したのである
。さらに、レーザー照射による磁気目盛加工を施し、磁
気センサーによる検出精度も測定した。

その結果、比較例である１１ｈ２１では磁気目盛部の検
出精度が１４．１％と発明例であるＮａ２２．２３の５
．０％、４．０％より低い、また比較例である１Ｉｈ２
４では加工度が３０％と亮く、絞りが１３％まで低下し
ている。

以上の如く下記表に示す実施例では発明例により、磁気
目盛用鋼棒として満足できる特性が得られていることが
判る。

その２）実施例その１）の前記表にしめずに２＠を用い、１０５
０℃に溶体化後Ｒｄ＝２４％の伸線加工を行い、得られ
た鋼棒を表面研削後、レーザー照射による表層部の溶体
化を行った。そして当該鋼棒の溶体化部と母材部の磁化
力１０’Ｏｅに於ける磁束密度を測定した。

その結果を第８図（イ）（ロ）に示す、同図より明らか
な様に、本発明に係る鋼棒をレーザー照射等の方法によ
り局部的に溶体化することにより、当該箇所（溶体化部
２）を非磁性化し、磁気目盛として利用できることが判
る。

その３）Ｍｎ、Ｃｒ−、Ｃ＋　Ｎの各配合率による加工誘起磁性
の差を第９図に示す。第９図中〇−〇はＭｎが１５．０
重量％、Ｃｒが５．０重量％、Ｃ＋Ｎが０．３重量％の
ものであり、０−０は前記と同様に夫々、１０．０重量
％、１．０重量％、０．２重量％のもの、・−・は同じ
＜２１．０重量％、１５．０重世％、０．５重量％のも
のを示している。

同図より明らかな如く、〇−〇でかつ伸線率が２０〜２
５％の範囲内のもののみが５ＫＧ以上の飽和磁束密度を
有し本発明を満足していることが判る。

（発明の効果）以上説明したように本発明は、Ｍｎ；１４．０〜１９．
０重量％、Ｃｒ；　３．Ｏ〜１０．０重量％、Ｃ＋Ｎ：
０．３〜０．４重量％で残部がＦｅおよび不可避的不純
物からなる材料を溶体化処理後、冷間で２０〜２５％伸
線して５ＫＧ以上の飽和磁束密度を保有せしめ、しかる
後当該材料の非磁性化せんとする部分を加熱して溶体化
して成る磁気目盛様鋼棒である為、磁気目盛用鋼棒とし
て必要な特性、すなわち溶体化状態での非磁性確保と冷
間伸線加工による強磁性化の２つの特性を十分満足し、
かつコスト的にも有利である。従って本発明によれば近
年、進歩が著しいメカトロニクス分野、特にロボット等
への要求にも十分応えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶体化状態での透磁率に及ぼすＭｎの影響を示
す図、第２図は伸線加工による飽和磁束密度の変化に及
ぼすＭｎの影響を示す図、第３図は溶体化状態での透磁
率に及ぼすＣｒの影響を示す図、第４図は溶体化状態で
の透磁率に及ぼすＣＩＮの影響を示す図、第５図は伸線
加工による飽和磁束密度の変化に及ぼすＣＩＮの影響を
示す図、第６図は伸線による磁気特性と絞りの変化を示
す図、第７図（イ）（ロ）は飽和磁束密度による往復誤
差の変化を示す図、第８図（イ）（ロ）は本発明鋼棒を
使った磁気目盛の一例を示す図、第９図はＭｎ、　Ｃｒ
ｓ　Ｃ＋　Ｎによる加工誘起磁性の差を示す図、第１０
図は磁気目盛による位置検出機構の一例を示す図面であ
る。特許出願人　住友金属工業株式会社Ｍｎ’！檀七つり第３図ＣＩ−量（１−を仏）第４図　　　　　　　第５図Ｃｔｙ量（ｉＥ−１％）第６図７＋Ｉａ！ｌ？（Ａａ　−Ａｓ）／Ａ６　Ｘ　１ａｏ−
ｙ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｍｎ；１４．０〜１９．０重量％、Ｃｒ；３．０
〜１０．０重量％、Ｃ＋Ｎ；０．３〜０．４重量％で残
部がＦｅおよび不可避的不純物からなる材料を溶体化処
理後、冷間で２０〜２５％伸線して５ＫＧ以上の飽和磁
束密度を保有せしめた鋼棒で当該鋼棒の非磁性化せんと
する部分を局所加熱して溶体化することを特徴とする磁
気目盛用鋼棒。