電磁ステンレス鋼及びその製造方法
【課題】 過酷な環境下に晒される自動車の燃料噴射装置等の電磁弁の可動子や固定子の用途に適用可能な高い電気抵抗率を有し、耐食性にも優れた電磁ステンレス鋼及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 質量％でＣ：０．０４％以下、Ｓｉ：０．３〜１．２％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｓ：０．０１〜０．０５％、Ｎｉ：１．０％以下（０％を含まず）、Ｃｒ：１６．０％を超えて１８．０％以下、Ａｌ：０．２〜０．５％、Ｔｉ：０〜０．０５％、残部はＦｅ及び不純物からなる電磁ステンレス鋼。
【解決手段】 質量％でＣ：０．０４％以下、Ｓｉ：０．３〜１．２％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｓ：０．０１〜０．０５％、Ｎｉ：１．０％以下（０％を含まず）、Ｃｒ：１６．０％を超えて１８．０％以下、Ａｌ：０．２〜０．５％、Ｔｉ：０〜０．０５％、残部はＦｅ及び不純物からなる電磁ステンレス鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い電気抵抗率を有し、耐食性に優れた電磁ステンレス鋼及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の燃料噴射装置等の電磁弁の可動子や固定子の部品として、高い電気抵抗率を有することで、動的磁場に対する磁場応答性に優れ、かつ耐食性にも優れた電磁ステンレス鋼が採用されている。
例えば、特許文献１には、質量％でＣ：０．０５％以下、Ｎ：０．０４％以下、Ａｌ：０．５０％を超えて３．０％以下、Ｓｉ：０．３０〜２．５０％、Ｍｎ：０．５０％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．５０％、Ｃｒ：５．０％〜２０．０％、Ｂ：０．０００５〜０．０１％を含有し、残部は不可避不純物及び実質的にＦｅの組成でなる電磁ステンレス鋼が提案されている。この特許文献１で提案される組成の特徴の一つ目は、ＴｉとＢを複合添加し、且つ、Ｓを極力低減すること、及び、特徴の二つ目は、Ａｌを比較的多量に含有させることにより、電気抵抗率を高めるとともに耐食性と磁気特性を向上させるものである。また、被削性の改善を目的に選択元素の一つとして、Ｐｂ：０．３０％以下を含んでも良いとするものである。
また、本願出願人による特許文献２には、質量％でＣ：０．０３％以下、Ｎ：０．０３％以下、Ａｌ：０．２〜１．５％、Ｓｉ：０．３〜１．２％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、Ｓ：０．００８〜０．０６％、Ｃｒ：８〜１６％、残部が実質的にＦｅからなる電磁ステンレス鋼が提案されている。この提案は、１３Ｃｒ−Ｆｅ系合金を基に、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓの含有量を適正化することで、被削性を損なうことなく高い電気抵抗率、優れた軟磁性と冷鍛性を実現するものである。この特許文献２では、ＳとＭｎの量を調整して被削性のよい非金属介在物であるＭｎＳ量を調整することにより、環境に対して有害な元素であるＰｂを含まずとも、耐食性、軟磁性、被削性が得られるという点で優れた技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−０１０１０１号公報
【特許文献２】特開平２−０６１０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、特許文献１に開示される電磁ステンレス鋼では、Ａｌを積極添加することで電気抵抗率の上昇、最大透磁率の上昇と保磁力の低下を実現しようとするものであるが、Ａｌを高めると加工性が劣化する。また、優れた被削性を得るために添加するＰｂは環境に有害な物質である。
また、特許文献２に開示される電磁ステンレス鋼ではＰｂを含まずとも、被削性を得ることができるが、過酷な環境下に晒されると、塩害で電磁ステンレス鋼が錆びるという問題があった。例えば、燃料噴射装置の可動子や固定子の部品に電磁ステンレス鋼を適用する場合、これらの部品に発錆が生じると、電磁弁としての機能に障害が生じて問題となる。また、電気抵抗率を高め、磁性を向上させるために、Ａｌをやや高めて含有するため、やはり加工性に問題を生じる場合がある。
このように、電磁ステンレス鋼には、電気抵抗率、耐食性、軟磁性、加工性、被削性等の諸特性が要求されるが、近年、特に高い電気抵抗率と優れた耐食性が要求される傾向にある。この要求に対し、従来、開示されている電磁ステンレス鋼では不十分であるという課題があった。
本発明の目的は、この課題を解決し、高い電気抵抗率を有し、耐食性にも優れた電磁ステンレス鋼及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、Ｐｂのような有害物質を排除し、電磁ステンレス鋼の化学組成と電気抵抗率、耐食性、磁気特性の関係を改めて調査した。その結果、Ｃｒ量は１７％近傍が最適であることを知見した。また、従来の電磁ステンレス鋼で磁気特性を向上させるために積極添加されるＡｌは、Ｃｒを増加させることにより、加工性を劣化させない範囲まで低減しても高透磁率、低保磁力の優れた軟磁性が得られることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、質量％でＣ：０．０４％以下、Ａｌ：０．２〜０．５％、Ｓｉ：０．３〜１．２％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｓ：０．０１〜０．０５％、Ｔｉ：０〜０．０５％、Ｃｒ：１６．０％を超えて１８．０％以下、Ｎｉ：１．０％以下（０％を含まず）、残部はＦｅ及び不純物からなる電磁ステンレス鋼である。
本発明において、好ましいＡｌ、Ｃｒ及びＴｉの範囲は、Ａｌ含有量は質量％で、０．２〜０．３５％、Ｃｒ含有量は質量％で、１６．５〜１８．０％、Ｔｉ含有量は質量％で、０．００８〜０．０５％である。
また、本発明は、前述の組成を有する鋼塊を得た後、９５０〜１１５０℃に加熱して熱間加工することにより熱間加工材を得る電磁ステンレス鋼の製造方法である。
さらに本発明は、前記熱間加工工程の後、８５０〜１０５０℃での焼鈍を行う電磁ステンレス鋼の製造方法である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の電磁ステンレス鋼は、高い電気抵抗率を有するため、動的磁場に対する磁場応答性に優れる。また、過酷な環境下での耐食性にも優れている。さらに、高透磁率、低保磁力の軟磁性という点でも優れている。それ故、例えば、磁場応答性が要求され、過酷な環境下で使用される燃料噴射装置の電磁弁用部品に好適である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の電磁ステンレス鋼の塩水噴霧試験後の外観を示す写真である。
【図２】比較例の電磁ステンレス鋼の塩水噴霧試験後の外観を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
上述したように、本発明の重要な特徴は、電磁ステンレス鋼の化学組成、電気抵抗率、耐食性、軟磁性の関係を検討し、適正な範囲の化学組成としたことである。本発明の電磁ステンレス鋼において、各化学組成を規定した理由は、以下の通りである。なお、特に記載のない限り質量％として記す。
Ｃ：０．０４％以下
Ｃは、ＣｒやＴｉと結合して炭化物となり、電磁ステンレス鋼の耐食性と軟磁性を劣化させる元素であるので、含有量は少ない方がよい。そのため、Ｃは本発明で制限すべき元素の一つである。Ｃは０．０４％以下の範囲であれば、顕著な耐食性劣化と軟磁性劣化を起こさない。それ故、上限を０．０４％とした。好ましいＣの下限は０％であり、好ましいＣの上限は０．０２％である。
Ａｌ：０．２〜０．５％
Ａｌは、電磁ステンレス鋼の電気抵抗率を高め、軟磁性を向上する効果のある元素である一方で、加工性を劣化させる元素であるので、含有量は低いことが望ましい。本発明では、Ｃｒを１７％近傍とすることで従来の電磁ステンレス鋼と比較して、Ａｌを低減することが可能である。但し、Ａｌが０．２％未満では高電気抵抗率化と軟磁性の改善効果が小さく、逆に０．５％を超える範囲では電磁ステンレス鋼の硬さが高くなり、塑性加工性を低下させるので、上限を０．５％とした。Ａｌの好ましい下限は０．２２％であり、更に好ましくは０．２４％である。一方、Ａｌの好ましい上限は０．４５％であり、更に好ましくは０．３５％である。
【０００９】
Ｓｉ：０．３〜１．２％
Ｓｉは、電磁ステンレス鋼の電気抵抗率を高め、軟磁性を向上する効果のある元素である。そのため、本発明では必須で添加する。但し、Ｓｉが０．３％未満では高電気抵抗率化と軟磁性向上効果が小さく、逆に１．２％を超える範囲では電磁ステンレス鋼の硬度が高くなって加工性を低下させるので、上限を１．２％とした。好ましいＳｉの下限は０．５％であり、更に好ましくは０．６％である。一方、Ｓｉの好ましい上限は１．０％であり、更に好ましくは０．９％である。
Ｍｎ：０．３〜１．０％
Ｍｎは、Ｓと結合して非金属介在物のＭｎＳとなり、電磁ステンレス鋼の被削性を確保する元素である。但し、Ｍｎが０．３％未満ではＳを固定するには不十分であり、逆に１．０％を超える範囲では、電磁ステンレス鋼の磁束密度を低下させるので、０．３〜１．０％の範囲とした。好ましいＭｎの下限は０．４％であり、更に好ましくは０．４５％である。一方、Ｍｎの好ましい上限は０．９％であり、更に好ましくは０．８％である。
【００１０】
Ｓ：０．０１〜０．０５％
Ｓも、ＭｎＳとなり、電磁ステンレス鋼の被削性を確保する元素である。但し、Ｓが０．０１％未満では、ＭｎＳの量が少なくて被削性を改善する効果が小さく、逆に０．０５％を超える範囲では、ＭｎＳの量が多くなり過ぎて軟磁性を劣化させるので、０．０１〜０．０５％の範囲とした。好ましいＳの下限は０．０２％であり、更に好ましくは０．０２５％である。一方、Ｓの好ましい上限は０．０４％であり、更に好ましくは０．０３５％である。
Ｔｉ：０〜０．０５％
Ｔｉは、ＣやＮを固定して、ＣやＮが電磁ステンレス鋼の母相に固溶することによる軟磁性の劣化を防ぐ効果のある元素であるが、一方で、Ｔｉが、母相に固溶することによって軟磁性を劣化させるおそれがあるので、必要に応じて添加すればよく、無添加（０％）でもよい。Ｔｉを添加する場合の上限は、上述の理由から０．０５％とした。Ｔｉを添加する場合の好ましい下限は０．００８％であり、更に好ましくは０．０１％である。一方、Ｔｉの好ましい上限は０．０３％であり、更に好ましくは０．０２％である。
【００１１】
Ｃｒ：１６．０％を超えて１８．０％以下
Ｃｒは、本発明の電磁ステンレス鋼にとって最重要元素であるが、Ｃｒが少な過ぎても、或いは、高過ぎても所望の効果が望めないため、極めて狭い範囲に調整する。上述したように、高電気抵抗率化と耐食性、磁気特性の向上には、Ｃｒ量は１７％近傍まで高めた組成が最適であり、Ｃｒ含有量を極めて狭い範囲で調節することにより、Ａｌを低減させることができる。しかし、Ｃｒが１６．０％以下の範囲では、例えば、塩害のような過酷な環境下で電磁ステンレス鋼に発錆の可能性が高まるので、Ｃｒは１６．０％を超えて含有する必要がある。一方、１８．０％を超える範囲であっても高電気抵抗率化と耐食性向上には有利であるものの、磁束密度の低下が顕著となるので、上限を１８．０％に規定した。好ましいＣｒの下限は１６．５％であり、更に好ましくは１６．７％である。一方、好ましいＣｒの上限は１７．８％であり、、更に好ましくは１７．５％である。
Ｎｉ：１．０％以下（０％を含まず）
Ｎｉは、Ｃｒと同様、耐食性の向上に効果があるとともに、電気抵抗率を高める効果のある本発明の必須元素である。また、フェライト組織中にＮｉを固溶することにより、固溶強化で電磁ステンレス鋼の強度が高まる効果もある。但し、１．０％を超える範囲では、軟磁性を劣化させるので、上限を１．０％に規定した。Ｎｉの耐食性向上の効果をより確実に得るには、Ｎｉの下限を０．３％とすると良い。より好ましいＮｉの下限は０．３５％であり、より好ましいＮｉの上限は０．７％である。
【００１２】
残部はＦｅ及び不純物
残部はＦｅ及び製造上不可避的に混入する不純物である。不純物含有量は少ない方が好ましい。代表的な不純物の上限は以下の範囲であれば差し支えない。
Ｐ≦０．０５％、Ｎ≦０．０４％、Ｏ≦０．０１％
【００１３】
次に、本発明の製造方法について説明する。
本発明では、前述の組成を有する鋼塊を製造する。鋼塊の製造方法は常法で差し支えないが、活性なＴｉを添加する組成とするのであれば、真空溶解を行って鋼塊を製造するのが好ましい。
得られた鋼塊に熱間加工を行って熱間加工材とする。これは、鋼塊に熱間加工を行うことにより、電磁ステンレス鋼が再結晶し、優れた軟磁性を得易くなるためである。
熱間加工時の加熱温度が９５０℃未満であると、熱間加工時の変形抵抗が高くなり、熱間加工中の電磁ステンレス鋼に割れが発生する懸念があるので、加熱温度の下限を９５０℃とした。より望ましい下限温度は９８０℃であり、更に望ましい下限温度は１０００℃である。一方、熱間加工時の加熱温度が１１５０℃を超えると、フェライト粒が粗大化して、粒界割れの懸念があるので、加熱温度の上限を１１５０℃とした。より望ましい上限温度は１１２０℃であり、更に望ましい上限温度は１１００℃である。
なお、本発明でいう熱間加工とは、熱間鍛造、熱間プレス加工、熱間圧延等、公知の熱間加工技術をいう。
【００１４】
次に、上述の熱間加工工程の後に焼鈍を行う。
焼鈍は、熱間加工中にできた動的再結晶組織を焼鈍することによって、フェライト粒径の大きさを整え、優れた軟磁性を得るためである。なお、焼鈍を行う際の電磁ステンレス鋼の形状は、部品形状に加工後に行うことが好ましい。
焼鈍工程での加熱温度の下限を８５０℃としたのは、８５０℃未満の温度ではフェライト粒を整粒化する効果が小さいためである。より好ましい下限温度は８８０℃であり、更に望ましい下限温度は９００℃である。一方、加熱温度が１０５０℃を超えると、フェライト粒径が大きく揃うことによって軟磁性は向上するが、部品形状に加工後であると、１０５０℃を超える高温では電磁ステンレス鋼の変形や、部品形状同士の接着の問題が発生するためである。より望ましい上限温度は１０２０℃であり、更に望ましい上限温度は１０００℃である。
以上、説明する本発明の電磁ステンレス鋼は、従来の電磁ステンレス鋼より高い電気抵抗率と優れた耐食性を有する。また、優れた軟磁性も有することから、例えば、自動車の燃料噴射装置等の電磁弁の可動子や固定子の部品に好適である。
【実施例】
【００１５】
以下の実施例で本発明を更に詳しく説明する。
真空溶解炉により１０ｋｇの電磁ステンレス鋼の鋼塊を１０種類、溶製した。各電磁ステンレス鋼の化学組成を表１に示す。
表１のＮｏ．１〜８の合金は、本発明の電磁ステンレス鋼の化学組成の範囲内である。一方、比較例のＮｏ．１１では合金、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｒの量が本発明の範囲から外れているとともに、有害物質であるＰｂを含んだ比較例合金である。また、比較例のＮｏ．１２では、Ａｌが本発明の範囲から外れている。
【００１６】
【表１】
【００１７】
本発明のＮｏ．１〜８合金と比較例のＮｏ．１１合金及びＮｏ．１２合金の各電磁ステンレス鋼の鋼塊を１１００℃に加熱して熱間鍛造を行い、直径３０ｍｍの丸棒材を得た。
熱間鍛造時の酸化スケールを除去した後、この丸棒材から直径２０ｍｍ、板厚２ｍｍの塩水噴霧試験片を切り出し、片面をエメリー紙で＃５００まで研磨で仕上げた。また、各丸棒材より、４ｍｍ×４ｍｍ×８０ｍｍの電気抵抗測定片、外径２０ｍｍ、内径１５ｍｍ、板厚５ｍｍのリング試験片と５ｍｍ×１０ｍｍ×３０ｍｍの電磁石試験片を切り出した。
これらの塩水噴霧試験片、電気抵抗測定片、リング試験片、電磁石試験片を、水素雰囲気炉中９５０℃で２時間保持後、炉冷する磁性焼鈍を行って、電気抵抗測定、塩水噴霧試験と磁性測定に供した。電気抵抗は、四端子法による電気抵抗測定装置を用いて測定した。また、塩水噴霧試験は、温度３５℃の５％ＮａＣｌ水溶液を１６８時間噴霧し、錆の発生状況を確認した。
磁気特性の測定は、小リング試験片に１次１００回、２次１０回の巻線を施し、最大印加磁場Ｈｍ＝８００Ａ／ｍ、２０００Ａ／ｍ、４０００Ａ／ｍ、８０００Ａ／ｍの各条件で直流磁気特性を測定した。更に、電磁石試験片に最大印加磁場Ｈｍ＝４００００Ａ／ｍの条件で直流磁気特性を測定した。
【００１８】
本発明のＮｏ．１〜８合金と比較例のＮｏ．１１合金及びＮｏ．１２合金の電気抵抗率、耐食性と磁気特性を表２に一覧にして示す。また、塩水噴霧試験結果の一例として、本発明のＮｏ．１合金の塩水噴霧試験後の外観写真を図１に、比較例のＮｏ．１１合金の塩水噴霧試験後の外観を図２に示す。
図１から、本発明のＮｏ．１合金では端部に僅かに錆の起点が見られるが、顕著な錆は見られない。一方、比較例のＮｏ．１１合金の塩水噴霧試験後には、顕著な赤錆が見られる。このことから、Ｎｏ．１合金の耐食性は、Ｎｏ．１１合金より優れていることが分かる。なお、表２の耐食性には、顕著な錆が見られないものを○、顕著な錆が見られるものを×と記したが、比較例のＮｏ．１１合金以外は、全てＮｏ．１合金と同程度の発錆であった。
また、各電磁ステンレス鋼の電気抵抗率に着目すると、本発明のＮｏ．１〜８合金では、０．７１μΩｍ以上の電気抵抗率が得られているが、比較例のＮｏ．１１合金とＮｏ．１２合金の電気抵抗率は０．７１μΩｍより低い結果となった。
更に、磁気特性に着目すると、本発明のＮｏ．１合金、Ｎｏ．２合金及びＮｏ．５合金では、比較例と比べて最大透磁率μｍが高く、軟磁性にも優れている。
【００１９】
【表２】
【００２０】
以上の結果から、本発明のＮｏ．１〜８合金は比較例のＮｏ．１１合金及びＮｏ．１２合金に対して高い電気抵抗率を有し、かつ耐食性にも優れていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の電磁ステンレス鋼は、高い電気抵抗率を有するとともに、耐食性にも優れているので、例えば、動的磁場に対する磁場応答性が要求され、かつ過酷な環境下に晒される自動車の燃料噴射装置等の電磁弁の可動子や固定子の用途に適用できる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い電気抵抗率を有し、耐食性に優れた電磁ステンレス鋼及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の燃料噴射装置等の電磁弁の可動子や固定子の部品として、高い電気抵抗率を有することで、動的磁場に対する磁場応答性に優れ、かつ耐食性にも優れた電磁ステンレス鋼が採用されている。
例えば、特許文献１には、質量％でＣ：０．０５％以下、Ｎ：０．０４％以下、Ａｌ：０．５０％を超えて３．０％以下、Ｓｉ：０．３０〜２．５０％、Ｍｎ：０．５０％以下、Ｓ：０．０３％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．５０％、Ｃｒ：５．０％〜２０．０％、Ｂ：０．０００５〜０．０１％を含有し、残部は不可避不純物及び実質的にＦｅの組成でなる電磁ステンレス鋼が提案されている。この特許文献１で提案される組成の特徴の一つ目は、ＴｉとＢを複合添加し、且つ、Ｓを極力低減すること、及び、特徴の二つ目は、Ａｌを比較的多量に含有させることにより、電気抵抗率を高めるとともに耐食性と磁気特性を向上させるものである。また、被削性の改善を目的に選択元素の一つとして、Ｐｂ：０．３０％以下を含んでも良いとするものである。
また、本願出願人による特許文献２には、質量％でＣ：０．０３％以下、Ｎ：０．０３％以下、Ａｌ：０．２〜１．５％、Ｓｉ：０．３〜１．２％、Ｍｎ：０．５〜１．０％、Ｓ：０．００８〜０．０６％、Ｃｒ：８〜１６％、残部が実質的にＦｅからなる電磁ステンレス鋼が提案されている。この提案は、１３Ｃｒ−Ｆｅ系合金を基に、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｓの含有量を適正化することで、被削性を損なうことなく高い電気抵抗率、優れた軟磁性と冷鍛性を実現するものである。この特許文献２では、ＳとＭｎの量を調整して被削性のよい非金属介在物であるＭｎＳ量を調整することにより、環境に対して有害な元素であるＰｂを含まずとも、耐食性、軟磁性、被削性が得られるという点で優れた技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−０１０１０１号公報
【特許文献２】特開平２−０６１０２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したように、特許文献１に開示される電磁ステンレス鋼では、Ａｌを積極添加することで電気抵抗率の上昇、最大透磁率の上昇と保磁力の低下を実現しようとするものであるが、Ａｌを高めると加工性が劣化する。また、優れた被削性を得るために添加するＰｂは環境に有害な物質である。
また、特許文献２に開示される電磁ステンレス鋼ではＰｂを含まずとも、被削性を得ることができるが、過酷な環境下に晒されると、塩害で電磁ステンレス鋼が錆びるという問題があった。例えば、燃料噴射装置の可動子や固定子の部品に電磁ステンレス鋼を適用する場合、これらの部品に発錆が生じると、電磁弁としての機能に障害が生じて問題となる。また、電気抵抗率を高め、磁性を向上させるために、Ａｌをやや高めて含有するため、やはり加工性に問題を生じる場合がある。
このように、電磁ステンレス鋼には、電気抵抗率、耐食性、軟磁性、加工性、被削性等の諸特性が要求されるが、近年、特に高い電気抵抗率と優れた耐食性が要求される傾向にある。この要求に対し、従来、開示されている電磁ステンレス鋼では不十分であるという課題があった。
本発明の目的は、この課題を解決し、高い電気抵抗率を有し、耐食性にも優れた電磁ステンレス鋼及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、Ｐｂのような有害物質を排除し、電磁ステンレス鋼の化学組成と電気抵抗率、耐食性、磁気特性の関係を改めて調査した。その結果、Ｃｒ量は１７％近傍が最適であることを知見した。また、従来の電磁ステンレス鋼で磁気特性を向上させるために積極添加されるＡｌは、Ｃｒを増加させることにより、加工性を劣化させない範囲まで低減しても高透磁率、低保磁力の優れた軟磁性が得られることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、質量％でＣ：０．０４％以下、Ａｌ：０．２〜０．５％、Ｓｉ：０．３〜１．２％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｓ：０．０１〜０．０５％、Ｔｉ：０〜０．０５％、Ｃｒ：１６．０％を超えて１８．０％以下、Ｎｉ：１．０％以下（０％を含まず）、残部はＦｅ及び不純物からなる電磁ステンレス鋼である。
本発明において、好ましいＡｌ、Ｃｒ及びＴｉの範囲は、Ａｌ含有量は質量％で、０．２〜０．３５％、Ｃｒ含有量は質量％で、１６．５〜１８．０％、Ｔｉ含有量は質量％で、０．００８〜０．０５％である。
また、本発明は、前述の組成を有する鋼塊を得た後、９５０〜１１５０℃に加熱して熱間加工することにより熱間加工材を得る電磁ステンレス鋼の製造方法である。
さらに本発明は、前記熱間加工工程の後、８５０〜１０５０℃での焼鈍を行う電磁ステンレス鋼の製造方法である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の電磁ステンレス鋼は、高い電気抵抗率を有するため、動的磁場に対する磁場応答性に優れる。また、過酷な環境下での耐食性にも優れている。さらに、高透磁率、低保磁力の軟磁性という点でも優れている。それ故、例えば、磁場応答性が要求され、過酷な環境下で使用される燃料噴射装置の電磁弁用部品に好適である。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の電磁ステンレス鋼の塩水噴霧試験後の外観を示す写真である。
【図２】比較例の電磁ステンレス鋼の塩水噴霧試験後の外観を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
上述したように、本発明の重要な特徴は、電磁ステンレス鋼の化学組成、電気抵抗率、耐食性、軟磁性の関係を検討し、適正な範囲の化学組成としたことである。本発明の電磁ステンレス鋼において、各化学組成を規定した理由は、以下の通りである。なお、特に記載のない限り質量％として記す。
Ｃ：０．０４％以下
Ｃは、ＣｒやＴｉと結合して炭化物となり、電磁ステンレス鋼の耐食性と軟磁性を劣化させる元素であるので、含有量は少ない方がよい。そのため、Ｃは本発明で制限すべき元素の一つである。Ｃは０．０４％以下の範囲であれば、顕著な耐食性劣化と軟磁性劣化を起こさない。それ故、上限を０．０４％とした。好ましいＣの下限は０％であり、好ましいＣの上限は０．０２％である。
Ａｌ：０．２〜０．５％
Ａｌは、電磁ステンレス鋼の電気抵抗率を高め、軟磁性を向上する効果のある元素である一方で、加工性を劣化させる元素であるので、含有量は低いことが望ましい。本発明では、Ｃｒを１７％近傍とすることで従来の電磁ステンレス鋼と比較して、Ａｌを低減することが可能である。但し、Ａｌが０．２％未満では高電気抵抗率化と軟磁性の改善効果が小さく、逆に０．５％を超える範囲では電磁ステンレス鋼の硬さが高くなり、塑性加工性を低下させるので、上限を０．５％とした。Ａｌの好ましい下限は０．２２％であり、更に好ましくは０．２４％である。一方、Ａｌの好ましい上限は０．４５％であり、更に好ましくは０．３５％である。
【０００９】
Ｓｉ：０．３〜１．２％
Ｓｉは、電磁ステンレス鋼の電気抵抗率を高め、軟磁性を向上する効果のある元素である。そのため、本発明では必須で添加する。但し、Ｓｉが０．３％未満では高電気抵抗率化と軟磁性向上効果が小さく、逆に１．２％を超える範囲では電磁ステンレス鋼の硬度が高くなって加工性を低下させるので、上限を１．２％とした。好ましいＳｉの下限は０．５％であり、更に好ましくは０．６％である。一方、Ｓｉの好ましい上限は１．０％であり、更に好ましくは０．９％である。
Ｍｎ：０．３〜１．０％
Ｍｎは、Ｓと結合して非金属介在物のＭｎＳとなり、電磁ステンレス鋼の被削性を確保する元素である。但し、Ｍｎが０．３％未満ではＳを固定するには不十分であり、逆に１．０％を超える範囲では、電磁ステンレス鋼の磁束密度を低下させるので、０．３〜１．０％の範囲とした。好ましいＭｎの下限は０．４％であり、更に好ましくは０．４５％である。一方、Ｍｎの好ましい上限は０．９％であり、更に好ましくは０．８％である。
【００１０】
Ｓ：０．０１〜０．０５％
Ｓも、ＭｎＳとなり、電磁ステンレス鋼の被削性を確保する元素である。但し、Ｓが０．０１％未満では、ＭｎＳの量が少なくて被削性を改善する効果が小さく、逆に０．０５％を超える範囲では、ＭｎＳの量が多くなり過ぎて軟磁性を劣化させるので、０．０１〜０．０５％の範囲とした。好ましいＳの下限は０．０２％であり、更に好ましくは０．０２５％である。一方、Ｓの好ましい上限は０．０４％であり、更に好ましくは０．０３５％である。
Ｔｉ：０〜０．０５％
Ｔｉは、ＣやＮを固定して、ＣやＮが電磁ステンレス鋼の母相に固溶することによる軟磁性の劣化を防ぐ効果のある元素であるが、一方で、Ｔｉが、母相に固溶することによって軟磁性を劣化させるおそれがあるので、必要に応じて添加すればよく、無添加（０％）でもよい。Ｔｉを添加する場合の上限は、上述の理由から０．０５％とした。Ｔｉを添加する場合の好ましい下限は０．００８％であり、更に好ましくは０．０１％である。一方、Ｔｉの好ましい上限は０．０３％であり、更に好ましくは０．０２％である。
【００１１】
Ｃｒ：１６．０％を超えて１８．０％以下
Ｃｒは、本発明の電磁ステンレス鋼にとって最重要元素であるが、Ｃｒが少な過ぎても、或いは、高過ぎても所望の効果が望めないため、極めて狭い範囲に調整する。上述したように、高電気抵抗率化と耐食性、磁気特性の向上には、Ｃｒ量は１７％近傍まで高めた組成が最適であり、Ｃｒ含有量を極めて狭い範囲で調節することにより、Ａｌを低減させることができる。しかし、Ｃｒが１６．０％以下の範囲では、例えば、塩害のような過酷な環境下で電磁ステンレス鋼に発錆の可能性が高まるので、Ｃｒは１６．０％を超えて含有する必要がある。一方、１８．０％を超える範囲であっても高電気抵抗率化と耐食性向上には有利であるものの、磁束密度の低下が顕著となるので、上限を１８．０％に規定した。好ましいＣｒの下限は１６．５％であり、更に好ましくは１６．７％である。一方、好ましいＣｒの上限は１７．８％であり、、更に好ましくは１７．５％である。
Ｎｉ：１．０％以下（０％を含まず）
Ｎｉは、Ｃｒと同様、耐食性の向上に効果があるとともに、電気抵抗率を高める効果のある本発明の必須元素である。また、フェライト組織中にＮｉを固溶することにより、固溶強化で電磁ステンレス鋼の強度が高まる効果もある。但し、１．０％を超える範囲では、軟磁性を劣化させるので、上限を１．０％に規定した。Ｎｉの耐食性向上の効果をより確実に得るには、Ｎｉの下限を０．３％とすると良い。より好ましいＮｉの下限は０．３５％であり、より好ましいＮｉの上限は０．７％である。
【００１２】
残部はＦｅ及び不純物
残部はＦｅ及び製造上不可避的に混入する不純物である。不純物含有量は少ない方が好ましい。代表的な不純物の上限は以下の範囲であれば差し支えない。
Ｐ≦０．０５％、Ｎ≦０．０４％、Ｏ≦０．０１％
【００１３】
次に、本発明の製造方法について説明する。
本発明では、前述の組成を有する鋼塊を製造する。鋼塊の製造方法は常法で差し支えないが、活性なＴｉを添加する組成とするのであれば、真空溶解を行って鋼塊を製造するのが好ましい。
得られた鋼塊に熱間加工を行って熱間加工材とする。これは、鋼塊に熱間加工を行うことにより、電磁ステンレス鋼が再結晶し、優れた軟磁性を得易くなるためである。
熱間加工時の加熱温度が９５０℃未満であると、熱間加工時の変形抵抗が高くなり、熱間加工中の電磁ステンレス鋼に割れが発生する懸念があるので、加熱温度の下限を９５０℃とした。より望ましい下限温度は９８０℃であり、更に望ましい下限温度は１０００℃である。一方、熱間加工時の加熱温度が１１５０℃を超えると、フェライト粒が粗大化して、粒界割れの懸念があるので、加熱温度の上限を１１５０℃とした。より望ましい上限温度は１１２０℃であり、更に望ましい上限温度は１１００℃である。
なお、本発明でいう熱間加工とは、熱間鍛造、熱間プレス加工、熱間圧延等、公知の熱間加工技術をいう。
【００１４】
次に、上述の熱間加工工程の後に焼鈍を行う。
焼鈍は、熱間加工中にできた動的再結晶組織を焼鈍することによって、フェライト粒径の大きさを整え、優れた軟磁性を得るためである。なお、焼鈍を行う際の電磁ステンレス鋼の形状は、部品形状に加工後に行うことが好ましい。
焼鈍工程での加熱温度の下限を８５０℃としたのは、８５０℃未満の温度ではフェライト粒を整粒化する効果が小さいためである。より好ましい下限温度は８８０℃であり、更に望ましい下限温度は９００℃である。一方、加熱温度が１０５０℃を超えると、フェライト粒径が大きく揃うことによって軟磁性は向上するが、部品形状に加工後であると、１０５０℃を超える高温では電磁ステンレス鋼の変形や、部品形状同士の接着の問題が発生するためである。より望ましい上限温度は１０２０℃であり、更に望ましい上限温度は１０００℃である。
以上、説明する本発明の電磁ステンレス鋼は、従来の電磁ステンレス鋼より高い電気抵抗率と優れた耐食性を有する。また、優れた軟磁性も有することから、例えば、自動車の燃料噴射装置等の電磁弁の可動子や固定子の部品に好適である。
【実施例】
【００１５】
以下の実施例で本発明を更に詳しく説明する。
真空溶解炉により１０ｋｇの電磁ステンレス鋼の鋼塊を１０種類、溶製した。各電磁ステンレス鋼の化学組成を表１に示す。
表１のＮｏ．１〜８の合金は、本発明の電磁ステンレス鋼の化学組成の範囲内である。一方、比較例のＮｏ．１１では合金、Ｍｎ、Ｓ、Ｃｒの量が本発明の範囲から外れているとともに、有害物質であるＰｂを含んだ比較例合金である。また、比較例のＮｏ．１２では、Ａｌが本発明の範囲から外れている。
【００１６】
【表１】
【００１７】
本発明のＮｏ．１〜８合金と比較例のＮｏ．１１合金及びＮｏ．１２合金の各電磁ステンレス鋼の鋼塊を１１００℃に加熱して熱間鍛造を行い、直径３０ｍｍの丸棒材を得た。
熱間鍛造時の酸化スケールを除去した後、この丸棒材から直径２０ｍｍ、板厚２ｍｍの塩水噴霧試験片を切り出し、片面をエメリー紙で＃５００まで研磨で仕上げた。また、各丸棒材より、４ｍｍ×４ｍｍ×８０ｍｍの電気抵抗測定片、外径２０ｍｍ、内径１５ｍｍ、板厚５ｍｍのリング試験片と５ｍｍ×１０ｍｍ×３０ｍｍの電磁石試験片を切り出した。
これらの塩水噴霧試験片、電気抵抗測定片、リング試験片、電磁石試験片を、水素雰囲気炉中９５０℃で２時間保持後、炉冷する磁性焼鈍を行って、電気抵抗測定、塩水噴霧試験と磁性測定に供した。電気抵抗は、四端子法による電気抵抗測定装置を用いて測定した。また、塩水噴霧試験は、温度３５℃の５％ＮａＣｌ水溶液を１６８時間噴霧し、錆の発生状況を確認した。
磁気特性の測定は、小リング試験片に１次１００回、２次１０回の巻線を施し、最大印加磁場Ｈｍ＝８００Ａ／ｍ、２０００Ａ／ｍ、４０００Ａ／ｍ、８０００Ａ／ｍの各条件で直流磁気特性を測定した。更に、電磁石試験片に最大印加磁場Ｈｍ＝４００００Ａ／ｍの条件で直流磁気特性を測定した。
【００１８】
本発明のＮｏ．１〜８合金と比較例のＮｏ．１１合金及びＮｏ．１２合金の電気抵抗率、耐食性と磁気特性を表２に一覧にして示す。また、塩水噴霧試験結果の一例として、本発明のＮｏ．１合金の塩水噴霧試験後の外観写真を図１に、比較例のＮｏ．１１合金の塩水噴霧試験後の外観を図２に示す。
図１から、本発明のＮｏ．１合金では端部に僅かに錆の起点が見られるが、顕著な錆は見られない。一方、比較例のＮｏ．１１合金の塩水噴霧試験後には、顕著な赤錆が見られる。このことから、Ｎｏ．１合金の耐食性は、Ｎｏ．１１合金より優れていることが分かる。なお、表２の耐食性には、顕著な錆が見られないものを○、顕著な錆が見られるものを×と記したが、比較例のＮｏ．１１合金以外は、全てＮｏ．１合金と同程度の発錆であった。
また、各電磁ステンレス鋼の電気抵抗率に着目すると、本発明のＮｏ．１〜８合金では、０．７１μΩｍ以上の電気抵抗率が得られているが、比較例のＮｏ．１１合金とＮｏ．１２合金の電気抵抗率は０．７１μΩｍより低い結果となった。
更に、磁気特性に着目すると、本発明のＮｏ．１合金、Ｎｏ．２合金及びＮｏ．５合金では、比較例と比べて最大透磁率μｍが高く、軟磁性にも優れている。
【００１９】
【表２】
【００２０】
以上の結果から、本発明のＮｏ．１〜８合金は比較例のＮｏ．１１合金及びＮｏ．１２合金に対して高い電気抵抗率を有し、かつ耐食性にも優れていることが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の電磁ステンレス鋼は、高い電気抵抗率を有するとともに、耐食性にも優れているので、例えば、動的磁場に対する磁場応答性が要求され、かつ過酷な環境下に晒される自動車の燃料噴射装置等の電磁弁の可動子や固定子の用途に適用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％でＣ：０．０４％以下、Ａｌ：０．２〜０．５％、Ｓｉ：０．３〜１．２％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｓ：０．０１〜０．０５％、Ｔｉ：０〜０．０５％、Ｃｒ：１６．０％を超えて１８．０％以下、Ｎｉ：１．０％以下（０％を含まず）、残部はＦｅ及び不純物からなることを特徴とする電磁ステンレス鋼。
【請求項２】
Ａｌ含有量が質量％で、０．２〜０．３５％であることを特徴とする請求項１に記載の電磁ステンレス鋼。
【請求項３】
Ｃｒ含有量が質量％で、１６．５〜１８．０％であることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁ステンレス鋼。
【請求項４】
Ｔｉ含有量が質量％で、０．００８〜０．０５％であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電磁ステンレス鋼。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の組成を有する鋼塊を得た後、９５０〜１１５０℃に加熱して熱間加工することにより熱間加工材を得ることを特徴とする電磁ステンレス鋼の製造方法。
【請求項６】
前記熱間加工程の後、８５０〜１０５０℃での焼鈍を行うことを特徴とする請求項５に記載の電磁ステンレス鋼の製造方法。
【請求項１】
質量％でＣ：０．０４％以下、Ａｌ：０．２〜０．５％、Ｓｉ：０．３〜１．２％、Ｍｎ：０．３〜１．０％、Ｓ：０．０１〜０．０５％、Ｔｉ：０〜０．０５％、Ｃｒ：１６．０％を超えて１８．０％以下、Ｎｉ：１．０％以下（０％を含まず）、残部はＦｅ及び不純物からなることを特徴とする電磁ステンレス鋼。
【請求項２】
Ａｌ含有量が質量％で、０．２〜０．３５％であることを特徴とする請求項１に記載の電磁ステンレス鋼。
【請求項３】
Ｃｒ含有量が質量％で、１６．５〜１８．０％であることを特徴とする請求項１または２に記載の電磁ステンレス鋼。
【請求項４】
Ｔｉ含有量が質量％で、０．００８〜０．０５％であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の電磁ステンレス鋼。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れかに記載の組成を有する鋼塊を得た後、９５０〜１１５０℃に加熱して熱間加工することにより熱間加工材を得ることを特徴とする電磁ステンレス鋼の製造方法。
【請求項６】
前記熱間加工程の後、８５０〜１０５０℃での焼鈍を行うことを特徴とする請求項５に記載の電磁ステンレス鋼の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−４９９１８（Ｐ２０１３−４９９１８Ａ）
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６８０４３（Ｐ２０１２−１６８０４３）
【出願日】平成２４年７月３０日（２０１２．７．３０）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月１４日（２０１３．３．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月３０日（２０１２．７．３０）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
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