JP7623400B2 - ステンレス棒状鋼材及び電磁部品 - Google Patents

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Description

本発明は、電磁ステンレス鋼、特に高速冷間鍛造性と切削性、軟磁気特性に優れるステンレス棒状鋼材及びそれを用いた電磁部品に関する。
従来、インジェクタや電磁弁などに代表されるような、電磁ステンレス製品は、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４１０Ｌなどを代表とするフェライト系ステンレス鋼線材、鋼線を素材として加工・成型・熱処理され製造されてきた。しかしながら、上記のようなフェライト系ステンレス鋼線材から加工、製造されたステンレス製品の軟磁気特性は、高精度・高出力な部品に十分対応できていない。また、それら製品は、冷間鍛造性や切削性が部品製造の高生産へ対応できず、用途の制限を受ける欠点があった。上記課題に対して、軟磁気特性や冷間鍛造性、切削性の向上として、合金元素の最適化による技術が検討されている（例えば、特許文献１～３）。しかし、成分とプロセスの組合せによる組織制御を活用することにより、フェライト系ステンレス棒線の軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性の向上を実現できることに着目した発明はない。
特開平６－４９６０６号公報 特開平６－４９６０５号公報 特開平３－４４４４８号公報
以上を踏まえ、本発明は、上記課題を解決し、高速冷間鍛造性と切削性、軟磁気特性に優れる電磁ステンレス鋼、特にステンレス棒状鋼材及びそれを用いた電磁部品を提供することを目的とする。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、下記のステンレス棒状鋼材及び電磁部品を要旨とする。
［１］化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．００１～０．０３０％、Ｓｉ：０．０１～４．００％、Ｍｎ：０．０１～２．００％、Ｎｉ：０．０１～４．００％、Ｃｒ：８．０～３５．０％、Ｍｏ：０．０１～５．００％、Ｃｕ：０．０１～２．００％、Ｎ：０．００１～０．０３０％、Ａｌ：７．０００％以下を含有し、
さらに、
Ｔｉ：０～２．００％、Ｎｂ：０～２．００％、Ｂ：０～０．１０００％であり、
Ｔｉ：０．００１％以上、Ｎｂ：０．００１％以上、Ｂ：０．０００１％以上から選択される一種以上を含有し、
Ｓｎ：０～２．５０％、Ｖ：０～２．０％、Ｗ：０～３．００％、Ｇａ：０～０．０５％、Ｃｏ：０～２．５０％、Ｓｂ：０～２．５０％、Ｔａ：０～２．５０％、Ｃａ：０～０．０５％、Ｍｇ：０～０．０１２％、Ｚｒ：０～０．０１２％、ＲＥＭ：０～０．０５％、Ｐｂ：０～０．３０％、Ｓｅ：０～０．８０％、Ｔｅ：０～０．３０％、Ｂｉ：０～０．５０％、Ｓ：０～０．５０％、Ｐ：０～０．３０％であり、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
窒化物の平均粒子径が１０μｍ以下であり、鋼中の固溶Ｎ量が０．０２０質量％以下であるステンレス棒状鋼材。
［２］化学組成が、質量％で、
Ｃ：０．００１～０．０３０％、Ｓｉ：０．０１～４．００％、Ｍｎ：０．０１～２．００％、Ｎｉ：０．０１～４．００％、Ｃｒ：８．０～３５．０％、Ｍｏ：０．０１～５．００％、Ｃｕ：０．０１～２．００％、Ｎ：０．００１～０．０３０％、Ａｌ：７．０００％以下を含有し、
さらに、
Ｔｉ：０～２．００％、Ｎｂ：０～２．００％、Ｂ：０～０．１０００％であり、
Ｔｉ：０．００１％以上、Ｎｂ：０．００１％以上、Ｂ：０．０００１％以上から選択される一種以上を含有し、
Ｓｎ：０～２．５０％、Ｖ：０～２．０％、Ｗ：０～３．００％、Ｇａ：０～０．０５％、Ｃｏ：０～２．５０％、Ｓｂ：０～２．５０％、Ｔａ：０～２．５０％、Ｃａ：０～０．０５％、Ｍｇ：０～０．０１２％、Ｚｒ：０～０．０１２％、ＲＥＭ：０～０．０５％、Ｐｂ：０～０．３０％、Ｓｅ：０～０．８０％、Ｔｅ：０～０．３０％、Ｂｉ：０～０．５０％、Ｓ：０～０．５０％、Ｐ：０～０．３０％であり、
残部：Ｆｅおよび不純物であり、
窒化物の平均粒子径が１０μｍ以下であり、鋼中の固溶Ｂ量が０．０１５質量％以下であるステンレス棒状鋼材。
［３］前記化学組成が、質量％でさらに、下記第１群～第３群から選択される１群以上を含有する、［１］または［２］に記載のステンレス棒状鋼材。
第１群
Ｓｎ：０．０００１～２．５％、Ｖ：０．００１～２．０％Ｗ：０．０５～３．０％、Ｇａ：０．０００４～０．０５％、Ｃｏ：０．０５～２．５％、Ｓｂ：０．０１～２．５％、およびＴａ：０．０１～２．５％から選択される一種以上。
第２群
Ｃａ：０．０００２～０．０５％、Ｍｇ：０．０００２～０．０１２％、Ｚｒ：０．０００２～０．０１２％、およびＲＥＭ：０．０００２～０．０５％から選択される一種以上。
第３群
Ｐｂ：０．０００１～０．３０％、Ｓｅ：０．０００１～０．８０％、Ｔｅ：０．０００１～０．３０％、Ｂｉ：０．０００１～０．５０％、Ｓ：０．０００１～０．５０％、Ｐ：０．０００１～０．３０％から選択される一種以上。
［４］圧縮率７０％で割れなきひずみ速度が０．１／ｓ以上である、［１］～［３］のいずれか１つに記載のステンレス棒状鋼材。
［５］ドリル加工による穴深さ（工具寿命）が５０ｍｍ以上である、［１］～［４］のいずれか１つに記載のステンレス棒状鋼材。
［６］保磁力が５．０Ａ／ｍ以下である、［１］～［５］のいずれか１つに記載のステンレス棒状鋼材。
［７］［１］～［６］のいずれか１つに記載のステンレス棒状鋼材を用いた電磁部品。
本発明によれば、高速冷間鍛造性と切削性、軟磁気特性に優れるステンレス棒状鋼材及び電磁部品を得ることができる。
本発明者らは高速冷間鍛造性と切削性、軟磁気特性に優れるステンレス棒状鋼材及び電磁部品を得るために、種々の検討を行なった。その結果、以下の（ａ）～（ｃ）の知見を得た。
（ａ）Ｂ，Ｔｉ，Ｎｂの一種以上で成分調整されたフェライト系ステンレス鋼と熱延プロセス（仕上圧延入側温度、仕上げ圧延のロール径、熱処理温度）の組み合わせで、窒化物平均粒子径と鋼中の固溶Ｎ量、固溶Ｂ量を小さくすることができる。
（ｂ）その結果、高速冷間鍛造性については圧縮率７０％で割れなきひずみ速度が０．１／ｓ以上であり、切削性については切削抵抗が５０ｍｍ以上であり、軟磁気特性については保磁力が５．０Ａ／ｍ以下となり、高速冷間鍛造性と切削性、軟磁気特性の特性をいずれも向上することのできる新しい手法を見出した。
本発明は上記の知見に基づいてなされたものである。また、本発明の好ましい一実施形態を詳細に説明する。以降の説明では、本発明の好ましい一実施形態を本発明として記載する。以下、本発明の各要件について詳しく説明する。本発明の棒状の鋼材において、「棒状鋼材」は「棒鋼」、「線材」、「鋼線」、「異形線」、「異形棒鋼」などを含む。
１．窒化物の平均粒子径
本発明に係る棒状鋼材では、窒化物の平均粒子径を制御する。具体的には、窒化物の平均粒子径を１０μｍ以下とする。窒化物の平均粒子径が１０μｍ超となると、粗大窒化物によって高速冷間鍛造性が低下するためである。窒化物の平均粒子径は７μｍ以下とするのがより好ましく、５μｍ以下とするのがさらに好ましくい。一方、窒化物の平均粒子径が小さくなりすぎると、軟磁気特性や切削性が劣化するため、窒化物の平均粒子径は０．０１μｍ以上が好ましい。なお、窒化物には炭窒化物を含む。
窒化物の平均粒子径は、棒状鋼材のＬ断面（棒状鋼材の中心線を含む断面）において、表層部、中心部、および表層部と中心部との間に存在する１／４深さ位置部において、４００倍の視野で、１視野以上測定を行い、観察視野における窒化物を、ＦＥ－ＳＥＭ／ＥＳＤを用いて同定し、同視野の窒化物の円相当径の平均値を算出することによって求めることができる。
２．鋼中の固溶Ｎ量と固溶Ｂ量
本発明に係る棒状鋼材では、鋼中の固溶Ｎ量を０．０２０質量％以下とする、あるいは固溶Ｂ量を０．０１５質量％以下とすることにより、軟磁気特性と高速冷間鍛造性を改善する。以下、本発明の後述する好適な成分組成と上記窒化物の平均粒子径を具備するとともに鋼中の固溶Ｎ量を０．０２０質量％以下と規定する発明を「本発明１」と称する。また、本発明の好適な成分組成と上記窒化物の平均粒子径を具備するとともに鋼中の固溶Ｂ量を０．０１５質量％以下と規定する発明を「本発明２」と称する。
２－１．鋼中の固溶Ｎ量
本発明１に係る棒状鋼材では、鋼中の固溶Ｎ量を制御する。具体的には、鋼中の固溶Ｎ量を０．０２０質量％以下とする。鋼中の固溶Ｎ量が０．０２０質量％超となると、固溶Ｎによる格子ひずみによって軟磁気特性と高速冷間鍛造性が低下するためである。鋼中の固溶Ｎ量は０．０１５質量％以下とするのがより好ましく、０．０１質量％以下とするのがさらに好ましくい。一方、鋼中の固溶Ｎ量が小さくなりすぎると、切削性が劣化するため、好ましくは鋼中の固溶Ｎ量を０．００００１質量％以上とする。なお、本発明１鋼において、結晶組織はフェライト鋼であるため、鋼中の固溶Ｎ量はフェライト相中の固溶Ｎ量に相当する。
鋼中の固溶Ｎ量は、棒状鋼材に対し電解抽出残渣を行い、窒化物を抽出させ、窒化物のＮ量（Ｎｐｒｅ）を測定し、鋼中全Ｎ量（Ｎ０）との差分から、鋼中の固溶Ｎ量（＝Ｎ０－Ｎｐｒｅ）を測定することができる。
２－２．鋼中の固溶Ｂ量
本発明２に係る棒状鋼材では、鋼中の固溶Ｂ量を制御することで本発明の課題を解決することもできる。具体的には、鋼中の固溶Ｂ量を０．０１５質量％以下とする。鋼中の固溶Ｂ量が０．０１５質量％超となると、固溶Ｂによる格子ひずみによって軟磁気特性と高速冷間鍛造性が低下するためである。鋼中の固溶Ｂ量は０．０１０質量％以下とするのがより好ましく、０．００５質量％以下とするのがさらに好ましい。一方、鋼中の固溶Ｂ量が小さくなりすぎると、切削性が劣化するため、好ましくは鋼中の固溶Ｂ量を０．００００１質量％以上とする。なお、本発明２鋼において、結晶組織はフェライト鋼であるため、鋼中の固溶Ｂ量はフェライト相中の固溶Ｂ量に相当する。
鋼中の固溶Ｂ量は、棒状鋼材に対し電解抽出残渣を行い、窒化物を抽出させ、窒化物のＢ量（Ｂｐｒｅ）を測定し、鋼中全Ｂ量（Ｂ０）との差分から、鋼中の固溶Ｂ量（＝Ｂ０－Ｂｐｒｅ）を測定することができる。
３．化学組成
各元素の限定理由は下記のとおりである。なお、以下の説明において含有量についての「％」は、「質量％」を意味する。
Ｃ：０．００１～０．０３０％
Ｃは、鋼材の強度、切削性を高める。このため、Ｃ含有量は、０．００１％以上とする。しかしながら、Ｃを過剰に含有させると、軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性が劣化する。このため、Ｃ含有量は０．０３０％以下とする。Ｃ含有量は０．０２０％以下とするのが好ましく、０．０１５％以下とするのがより好ましい。
Ｓｉ：０．０１～４．００％
Ｓｉは、脱酸元素として含有させ、軟磁気特性、切削性を向上させる。このため、Ｓｉ含有量は０．０１％以上とし、０．１０％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｓｉを過剰に含有させると、高速冷間鍛造性と軟磁気特性、切削性が劣化する。このため、Ｓｉ含有量は４．００％以下とする。Ｓｉ含有量は３．００％以下とするのが好ましく、１．５０％以下とするのがより好ましい。
Ｍｎ：０．０１～２．００％
Ｍｎは、鋼材の強度と軟磁気特性、切削性を向上させる。このため、Ｍｎ含有量は、０．０１％以上とし、０．０５％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｍｎを過剰に含有させると、軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性が低下する。また、耐食性が低下する場合もある。このため、Ｍｎ含有量は２．００％以下とする。Ｍｎ含有量は１．００％以下とするのが好ましく、０．５０％以下とするのがより好ましい。
Ｎｉ：０．０１～４．００％
Ｎｉは、鋼材の靭性と軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性を向上させる。このため、Ｎｉ含有量は０．０１％以上とし、０．０５％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｎｉを過剰に含有させると、軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性が低下する。このため、Ｎｉ含有量は４．００％以下とする。Ｎｉ含有量は３．００％以下とするのが好ましく、１．００％以下とするのがより好ましく、０．５０％以下とするのがさらに好ましい。
Ｃｒ：８．０～３５．０％
Ｃｒは、耐食性と軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性を向上させる。このため、Ｃｒ含有量は、８．０％以上とする。Ｃｒ含有量は１０．０％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｃｒを過剰に含有させると、軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性が低下する。Ｃｒ含有量は３５．０％以下にする。Ｃｒ含有量は２１．０％以下とするのが好ましく、２０．０％以下とするのがより好ましい。
Ｍｏ：０．０１～５．００％
Ｍｏは、耐食性と軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性を向上させる。このため、Ｍｏ含有量は０．０１％以上とする。しかしながら、Ｍｏを過剰に含有させると、高速冷間鍛造性、軟磁気特性、切削性が低下する。このため、Ｍｏ含有量は５．００％以下とする。Ｍｏ含有量は３．００％以下とするのが好ましく、２．００％以下とするのがより好ましく、１．５０％以下とするのがさらに好ましい。
Ｃｕ：０．０１～２．００％
Ｃｕは、耐食性と軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性を向上させる。このため、Ｃｕ含有量は０．０１％以上とし、０．０５％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｃｕを過剰に含有させると、軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性が低下する。このため、Ｃｕ含有量は２．００％以下とする。Ｃｕ含有量は１．００％以下とするのが好ましく、０．８０％以下とするのがより好ましく、０．４０％以下とするのがさらに好ましい。
Ｎ：０．００１～０．０３０％
Ｎは、鋼材の強度、切削性を向上させる。また、窒化物を形成させる元素である。このため、Ｎ含有量は０．００１％以上とし、０．００２％以上とするのが好ましい。しかしながら、Ｎを過剰に含有させると、軟磁気特性、切削性、高速冷間鍛造性が低下する。また、窒化物の平均粒子径が大きくなり、固溶Ｎ量が多くなる。このため、Ｎ含有量は０．０３０％以下とする。Ｎ含有量は０．０２５％以下とするのが好ましく、０．０２０％以下とするのがより好ましい。
Ａｌ：７．０００％以下
Ａｌは、脱酸を促進させ、介在物清浄度レベルを向上させる効果を有する。また、Ａｌの添加は軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性を高める。しかしながら、Ａｌを過剰に含有させると、その効果は飽和し、軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性が低下する。また、粗大介在物によって靭性が低下する。このため、Ａｌ含有量は７．０００％以下とする。Ａｌ含有量は３．０００％以下とするのが好ましく、０．１００％以下とするのがより好ましく、０．０２０％以下とするのがさらに好ましい。一方、前記効果を得るためには、Ａｌ含有量は０．００１％以上とするのが好ましい。
本発明に係る棒状鋼材は、上記元素に加え、Ｔｉ：０．００１％以上、Ｎｂ：０．００１％以上、Ｂ：０．０００１％以上から選択される一種以上の元素を、下記成分範囲内で含有させる。これらの元素は窒化物を構成する主要元素であり、窒化物の平均粒子径や固溶Ｎ量に関係するため制御する必要がある。Ｔｉ、Ｎｂ、Ｂのうち、上記選択されなかった元素については、含有しないか、下記成分範囲内で含有させることができる。
Ｔｉ：０～２．００％
Ｔｉは、鋼材の強度、軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性を高める効果を有する。また、Ｔｉは窒化物を形成し、固溶Ｎ量に関係する。更に炭窒化物を形成するので、Ｃｒ炭化物の生成を抑制し、Ｃｒ欠乏層の生成を抑制する。この結果、粒界腐食を防止する効果を有する。このため、Ｔｉ含有量は０．００１％以上とする。しかしながら、Ｔｉを過剰に含有させると、軟磁気特性、切削性、高速冷間鍛造性が低下する。また、窒化物の平均粒子径が大きくなる。このため、Ｔｉ含有量は２．００％以下とする。Ｔｉ含有量は１．００％以下とするのが好ましく、０．５０％以下とするのがより好ましく、０．５０％以下とすることがさらに好ましく、０．２５％以下とすると一層好ましい。また、効果発現のために、０．０１％以上含有するのが好ましい。０．０５％以上がさらに好ましい。０．１０％以上であってもよい。
Ｎｂ：０～２．００％
Ｎｂは、鋼材の強度、軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性を高める効果を有する。また、Ｎｂは窒化物を形成し、固溶Ｎ量に関係する。更に炭窒化物を形成するので、Ｃｒ炭化物の生成を抑制し、Ｃｒ欠乏層の生成を抑制する。この結果、粒界腐食を防止する効果を有する。このため、Ｎｂ含有量は０．００１％以上とする。しかしながら、Ｎｂを過剰に含有させると、軟磁気特性、切削性、高速冷間鍛造性が低下する。また、窒化物の平均粒子径が大きくなる。このため、Ｎｂ含有量は２．００％以下とする。Ｎｂ含有量は１．００％以下とするのが好ましく、０．８０％以下とするのがより好ましく、０．６０％以下とすることがさらに好ましい。また、効果発現のために、０．０２％以上含有するのが好ましい。０．０５％以上がさらに好ましい。０．１０％以上であってもよい。
Ｂ：０～０．１０００％
Ｂは、鋼材の軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性を高める効果を有する。また、ＢはＢＮなどのボロン窒化物を形成し、固溶Ｎ量、固溶Ｂ量に関係する。特にＢＮは切削性の向上に寄与する。このため、Ｂ含有量は０．０００１％以上とする。しかしながら、Ｂを過剰に含有させると、軟磁気特性、切削性、高速冷間鍛造性が低下する。また、窒化物の平均粒子径が大きくなる。このため、Ｂ含有量は０．１０００％以下とする。Ｂ含有量は０．０２００％以下とするのが好ましく、０．０１００％以下とするのがより好ましい。また、効果発現のために、０．０００５％以上含有するのが好ましい。０．００１０％以上がさらに好ましい。０．００２０％以上であってもよい。
本発明に係る棒状鋼材は、上記元素に加え、必要に応じて、第１群の元素として、Ｓｎ、Ｖ、Ｗ、Ｇａ、Ｃｏ、ＳｂおよびＴａから選択される一種以上の元素を含有させてもよい。
Ｓｎ：０～２．５０％
Ｓｎは、耐食性、軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｓｎを過剰に含有させると、軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性が低下する。また、Ｓｎの粒界偏析によって靭性が低下する。このため、Ｓｎ含有量は２．５０％以下とする。Ｓｎ含有量は１．００％以下とするのがより好ましく、０．２０％以下とするのがさらに好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｓｎ含有量は０．０００１％以上とするのが好ましく、０．０５％以上とするのがより好ましい。
Ｖ：０～２．０％
Ｖは、軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｖを過剰に含有させると、軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性が低下する。また、粗大炭窒化物によって靭性が低下する。このため、Ｖ含有量は２．０％以下とする。Ｖ含有量は１．０％以下とするのが好ましく、０．５％以下とするのがより好ましく、０．１％以下とするのがさらに好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｖ含有量は０．００１％以上とするのが好ましい。
Ｗ：０～３．００％
Ｗは、耐食性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｗを過剰に含有させると、軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性が低下する。また、粗大炭窒化物によって靭性が低下する。このため、Ｗ含有量は３．００％以下とする。Ｗ含有量は２．００％以下とするのが好ましく、１．５０％以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｗ含有量は０．０５％以上とするのが好ましく、０．１０％以上とするのがより好ましい。
Ｇａ：０～０．０５％
Ｇａは、耐食性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｇａを過剰に含有させると、熱間加工性が低下する。このため、Ｇａ含有量は０．０５％以下とする。一方、上記効果を得るためには、Ｇａ含有量は０．０００４％以上とするのが好ましい。
Ｃｏ：０～２．５０％
Ｃｏは、鋼材の強度、軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。また、適量のＣｏ添加は飽和磁束密度を高めるため、軟磁気特性を高める。しかしながら、Ｃｏを過剰に含有させると、軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性が低下する。このため、Ｃｏ含有量は２．５０％以下とする。Ｃｏ含有量は１．００％以下とするのが好ましく、０．８０％以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｃｏ含有量は０．０５％以上とするのが好ましく、０．１０％以上とするのがより好ましい。
Ｓｂ：０～２．５０％
Ｓｂは、耐食性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｓｂを過剰に含有させると、軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性が低下する。このため、Ｓｂ含有量は２．５０％以下とする。Ｓｂ含有量は１．００％以下とするのがより好ましく、０．２０％以下とするのがさらに好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｓｂ含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０５％以上とするのがより好ましい。
Ｔａ：０～２．５０％
Ｔａは、耐食性を向上させる効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ｔａを過剰に含有させると、軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性が低下する。このため、Ｔａ含有量は２．５０％以下とする。Ｔａ含有量は１．５０％以下とするのが好ましく、０．９０％以下とするのがより好ましい。一方、上記効果を得るためには、Ｔａ含有量は０．０１％以上とするのが好ましく、０．０４％以上とするのがより好ましく、０．０８％以上とするのがさらに好ましい。
本発明に係る棒状鋼材は、上記元素に加え、必要に応じて、第２群の元素として、Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ、およびＲＥＭから選択される一種以上の元素を含有させてもよい。
Ｃａ：０～０．０５％
Ｍｇ：０～０．０１２％
Ｚｒ：０～０．０１２％
ＲＥＭ：０～０．０５％
Ｃａ、Ｍｇ、Ｚｒ、およびＲＥＭは、脱酸のため、必要に応じて、含有させてもよい。しかしながら、これら各元素を過剰に含有させると、軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性が低下する。また、粗大介在物によって靭性が低下する。このため、Ｃａ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０１２％以下、Ｚｒ：０．０１２％以下、ＲＥＭ：０．０５％以下とする。Ｃａ含有量は、０．０１０％以下とするのが好ましく、０．００５％以下とするのがより好ましい。Ｍｇは、０．０１０％以下とするのが好ましく、０．００５％以下とするのがより好ましい。Ｚｒは、０．０１０％以下とするのが好ましく、０．００５％以下とするのがより好ましい。ＲＥＭは、０．０１０％以下とするのが好ましい。
一方、上記効果を得るためには、Ｃａ：０．０００２％以上、Ｍｇ：０．０００２％以上、Ｚｒ：０．０００２％以上、ＲＥＭ：０．０００２％以上とするのが好ましい。Ｃａ含有量は、０．０００４％以上とするのがより好ましく、０．００１％以上とするのがさらに好ましい。Ｍｇ含有量は、０．０００４％以上とするのがより好ましく、０．００１％以上とするのがさらに好ましい。Ｚｒ含有量は、０．０００４％以上とするのがより好ましく、０．００１％以上とするのがさらに好ましい。ＲＥＭ含有量は、０．０００４％以上とするのがより好ましく、０．００１％以上とするのがさらに好ましい。
なお、ＲＥＭとは、ランタノイドの１５元素にＹおよびＳｃを合わせた１７元素の総称である。これらの１７元素のうちの１種以上を鋼に含有させることができ、ＲＥＭ含有量は、これらの元素の合計含有量を意味する。
本発明に係る棒状鋼材は、上記元素に加え、必要に応じて、第３群の元素として、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉ、ＳおよびＰから選択される一種以上の元素を含有させてもよい。
Ｐｂ：０～０．３０％、
Ｓｅ：０～０．８０％、
Ｔｅ：０～０．３０％、
Ｂｉ：０～０．５０％、
Ｓ：０～０．５０％、
Ｐ：０～０．３０％、
Ｐｂ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｂｉ、ＳおよびＰは、切削性のため、必要に応じて、含有させてもよい。しかしながら、これら各元素を過剰に含有させると、軟磁気特性、高速冷間鍛造性が低下する。また、靭性が低下する。このため、Ｐｂ：０．３０％以下、Ｓｅ：０．８０％以下、Ｔｅ：０．３０％以下、Ｂｉ：０．５０％以下、Ｓ：０．５０％以下、Ｐ：０．３０％以下とする。Ｐｂ含有量は、０．１％以下とするのが好ましく、０．０５％以下とするのがより好ましい。Ｓｅ含有量は、０．１％以下とするのが好ましく、０．０５％以下とするのがより好ましい。Ｔｅ含有量は、０．１％以下とするのが好ましく、０．０５％以下とするのがより好ましい。Ｂｉ含有量は、０．１％以下とするのが好ましく、０．０５％以下とするのがより好ましい。Ｓ含有量は、０．１％以下とするのが好ましく、０．０５％以下とするのがより好ましい。Ｐ含有量は、０．１％以下とするのが好ましく、０．０５％以下とするのがより好ましい。
一方、上記効果を得るためには、Ｐｂ：０．０００１％以上、Ｓｅ：０．０００１％以上、Ｔｅ：０．０００１％以上、Ｂｉ：０．０００１％以上、Ｓ：０．０００１％以上、Ｐ：０．０００１％以上とするのが好ましい。Ｐｂ含有量は、０．０００４％以上とするのがより好ましく、０．００１％以上とするのがさらに好ましい。Ｓｅ含有量は、０．０００４％以上とするのがより好ましく、０．００１％以上とするのがさらに好ましい。Ｔｅ含有量は、０．０００４％以上とするのがより好ましく、０．００１％以上とするのがさらに好ましい。Ｂｉ含有量は、０．０００４％以上とするのがより好ましく、０．００１％以上とするのがさらに好ましい。Ｓ含有量は、０．０００１％以上とするのがより好ましく、０．０００２％以上とするのがさらに好ましい。Ｐ含有量は、０．０００４％以上とするのがより好ましく、０．００１％以上とするのがさらに好ましい。
本発明の鋼材の化学組成において、残部はＦｅおよび不純物である。ここで「不純物」とは、鋼材を工業的に製造する際に、鉱石、スクラップ等の原料、製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本発明に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
なお、不純物としては、例えば、Ｏ、Ｚｎ、Ｈ等が例示される。不純物は低減されることが好ましいが、含有される場合は、Ｏ，ＺｎおよびＨは０．０１％以下とするのが望ましい。
４．製造方法
本発明に係る電磁ステンレス鋼（ステンレス棒状鋼材）の好ましい製造方法を説明する。本発明に係るステンレス棒状鋼材は、製造方法によらず、上述の構成を有していれば、その効果を得られるが、例えば、以下のような製造方法により、本発明に係るステンレス棒状鋼材を安定して得ることができる。
本発明に係るステンレス棒状鋼材では、上記化学組成を有する鋼を溶製し、所定の径を有する鋳片を鋳造した後、熱間または温間の棒線圧延を粗圧延、中間圧延、仕上圧延にて行い、棒状鋼材の熱処理を行う。粗圧延の前に傾斜圧延を行うと好ましい。その後、必要に応じて、適宜、酸洗などを行う。
４－１．仕上圧延入側温度
棒状鋼材の熱間圧延は仕上圧延の入側温度を制御するのが好ましい。棒状鋼材の仕上圧延入側温度は、窒化物の平均粒子径を変化させるとともに、鋼中に含まれるＮ、Ｂの固溶量分率を変化させる。このため、仕上圧延入側温度は軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性に影響を与える。棒状鋼材の仕上圧延入側温度を１２００℃超とすると、窒化物が溶解しやすくなり、固溶Ｎ量、固溶Ｂ量が増加する。この結果、軟磁気特性、高速冷間鍛造性が低下する。また、窒化物の平均粒子径が小さくなりすぎるため、切削性が低下する。そのため、仕上圧延入側温度は１２００℃以下とし、１１００℃以下が好ましく、１０５０℃以下が更に好ましい。一方で仕上圧延入側温度が６００℃未満となると、固溶Ｎ量が少なりなりすぎるため、切削性が低下する。また、未固溶窒化物の存在によって窒化物の平均粒子径が大きくなるため、高速冷間鍛造性が低下する。そのため、仕上圧延入側温度は６００℃以上とする。仕上圧延入側温度は７００℃以上で好ましく、８００℃で更に好ましい。
４－２．仕上圧延のロール径
仕上圧延のロール径は棒状鋼材のひずみ分布と量に影響を与え、窒化物の平均粒子径と鋼中の固溶Ｎ量に関係し、軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性に影響を与えるため、制御する必要がある。仕上圧延ロール径が５０ｍｍ未満となると、棒状鋼材中心部へひずみが導入されず、転位上への微細窒化物の形成が促進されず、窒化物の平均粒子径が大きくなる。また、固溶Ｎ量は多くなる。この結果、軟磁気特性、高速冷間鍛造性が低下する。なお、前記の仕上圧延ロール径の鋼中の固溶Ｎ量に及ぼす作用は、固溶Ｂの場合も同様であり、仕上圧延ロール径が５０ｍｍ未満となると固溶Ｂ量が多くなる。このため、仕上圧延ロール径は５０ｍｍ以上とし、８０ｍｍ以上が好ましく、１００ｍｍ以上が更に好ましい。一方で仕上圧延ロール径が５００ｍｍ超となると、窒化物が微細になりすぎ、固溶Ｎ量、固溶Ｂ量も多くなるため、切削性と軟磁気特性が低下するため、５００ｍｍ以下とし、４００ｍｍ以下で好ましく、３００ｍｍ以下で更に好ましい。
４－３．棒状鋼材の熱処理温度
熱間圧延された棒状鋼材は熱処理されるのが好ましい。棒状鋼材の熱処理温度は、窒化物の平均粒子径と鋼中の固溶量分率を変化させる。このため、棒状鋼材の熱処理温度は軟磁気特性、高速冷間鍛造性、切削性に影響を与える。棒状鋼材の熱処理温度を１３００℃超とすると、窒化物が溶解しやすくなり、固溶Ｎ量、固溶Ｂ量が増加する。この結果、軟磁気特性、高速冷間鍛造性が低下する。また、窒化物の平均粒子径が小さくなりすぎるため、切削性が低下する。そのため、熱処理温度は１３００℃以下とし、１２００℃以下が好ましく、１１００℃以下が更に好ましい。一方で棒状鋼材の熱処理温度が５００℃未満となると、固溶Ｎ量が少なくなりすぎるため、切削性が低下する。また、未固溶窒化物の存在によって窒化物の平均粒子径が大きくなるため、高速冷間鍛造性が低下する。そのため、熱処理温度は５００℃以上とする。熱処理温度は６００℃以上で好ましく、７００℃で更に好ましい。
５．ステンレス棒状鋼材の品質
本発明のステンレス棒状鋼材は、圧縮率７０％で割れなきひずみ速度が０．１／ｓ以上となり、優れた高速冷間鍛造性を実現することができる。
本発明のステンレス棒状鋼材は、ドリル加工による穴深さ（工具寿命）が５０ｍｍ以上となり、優れた切削性を実現することができる。
本発明のステンレス棒状鋼材は、保磁力が５．０Ａ／ｍ以下となり、優れた軟磁気特性を実現することができる。
６．電磁部品
本発明のステンレス棒状鋼材を用いた電磁部品は、例えばインジェクタや電磁弁などのコアやコネクタなどであり、素材とする棒状鋼材が優れた軟磁気特性を有することから、“磁気吸引力の向上”や“部品の細径化”、“応答性の向上”などという効果を奏することができる。また、素材とする棒状鋼材が優れた高速冷間鍛造性と切削性を有することから、当該部品を高生産・低コストで製造することが可能となり、冷間鍛造でのニアネットシェイプ化も可能にする。
以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明は例示でありこれらの実施例に限定されるものではない。
表１、２に記載の化学組成を有する鋼を溶製した。鋼の溶製の際には、ステンレス鋼の安価な溶製プロセスであるＡＯＤ溶製を想定し、１００ｋｇの真空溶解炉にて溶解し、直径１８０ｍｍの鋳片に鋳造した。その後、下記の製造条件により直径２０．０ｍｍのステンレス棒線とした。
以下に条件を記載する。具体的には、鋳造した鋳片を加熱し、傾斜圧延、粗圧延、中間圧延の後、表６のＮｏ．１２３の条件の仕上圧延入側温度１１８０℃、仕上圧延ロール径４８０ｍｍで仕上圧延を行い、その後表６のＮｏ．１２３の条件の温度１２９０℃で熱処理を施し、直径２０．０ｍｍの棒線（棒状鋼材）を作製した。
Figure 0007623400000001
Figure 0007623400000002
得られた棒線（棒状鋼材）について、窒化物の平均粒子径および鋼中の固溶Ｎ量、固溶Ｂ量、高速冷間鍛造性、軟磁気特性、切削性を評価した。以下、表３、表４および表５にまとめて結果を示す。表３、表４は本発明１に対応する本発明例及び比較例であり、表中に鋼中の固溶Ｎ量を記載している。表５は本発明２に対応する本発明例及び比較例であり、表中には鋼中の固溶Ｂ量の実績を記載している。なお、これらの測定は以下の手順に従い、測定を行った。
Figure 0007623400000003
Figure 0007623400000004
Figure 0007623400000005
窒化物の平均粒子径は、棒状鋼材のＬ断面（棒状鋼材の中心線を含む断面）において、表層部、中心部、および表層部と中心部との間に存在する１／４深さ位置部において、４００倍の視野で、１視野以上測定を行った。そして、観察視野における窒化物を、ＦＥ－ＳＥＭ／ＥＳＤを用いて同定し、同視野の窒化物の円相当径の平均値を算出した。窒化物の平均粒子径が０．０１～５μｍであれば「Ａ」、５～７μｍであれば「Ｂ」、７～１０μｍであれば「Ｃ」、１０μｍ超であれば「Ｄ」とした。本発明の棒状鋼材を使用した場合、「Ａ」および「Ｂ」、「Ｃ」であり、窒化物の平均粒子径に優れていた。なお、窒化物には炭窒化物を含む。
鋼中の固溶Ｎ量は、棒状鋼材に対し電解抽出残渣を行い、窒化物を抽出させ、窒化物のＮ量（Ｎｐｒｅ）を測定し、鋼中全Ｎ量（Ｎ０）との差分から、鋼中の固溶Ｎ量（＝Ｎ０－Ｎｐｒｅ）を測定した。鋼中の固溶Ｎ量が０．００００１～０．０１質量％であれば「Ａ」、０．０１～０．０１５質量％であれば「Ｂ」、０．０１５～０．０２０質量％であれば「Ｃ」、０．０２０質量％超であれば「Ｄ」とした。本発明の棒状鋼材を使用した場合、表３に示すとおり、「Ａ」および「Ｂ」、「Ｃ」であり、鋼中の固溶Ｎ量に優れていた。
鋼中の固溶Ｂ量は、棒状鋼材に対し電解抽出残渣を行い、窒化物を抽出させ、窒化物のＢ量（Ｂｐｒｅ）を測定し、鋼中全Ｂ量（Ｂ０）との差分から、鋼中の固溶Ｂ量（＝Ｂ０－Ｂｐｒｅ）を測定した。鋼中の固溶Ｂ量が０．０１質量％以下であれば「Ｂ」、０．０１～０．０１５質量％であれば「Ｃ」、０．０１５質量％超であれば「Ｄ」とした。本発明の棒状鋼材を使用した場合、表５に示すとおり、「Ｂ」および「Ｃ」であり、鋼中の固溶Ｂ量に優れていた。
高速冷間鍛造性は圧縮試験によって端面の割れ有無から判定した。φ１０×１５ｍｍの試験片を作製し、常温で圧縮率７０％の条件でひずみ速度を変化させ、試験片を圧縮させ、試験後の試験片側面を観察し、割れの有無を判定し、高速冷間鍛造性を評価した。圧縮率７０％で割れなきひずみ速度１０／ｓ以上であれば「Ａ」、１／ｓ以上であれば「Ｂ」、０．１／ｓ以上であれば「Ｃ」、０．１／ｓ未満であれば「Ｄ」とした。本発明の棒状鋼材を使用した場合、「Ａ」および、「Ｂ」、「Ｃ」であり、高速冷間鍛造性に優れていた。
軟磁気特性は、保磁力（Ａ／ｍ）を測定した。厚さ３ｍｍ×外径１０ｍｍ×内径８ｍｍのリング状試験片を作製し、９５０℃×２ｈｒの熱処理を施した後に保磁力を測定した。保磁力が２．０Ａ／ｍ以下であれば「Ａ」、３．５Ａ／ｍ以下であれば「Ｂ」、５．０Ａ／ｍ以下であれば「Ｃ」、５．０Ａ／ｍ超であれば「Ｄ」とした。本発明の棒状鋼材を使用した場合、「Ａ」および「Ｂ」、「Ｃ」であり、軟磁気特性に優れていた。
切削性は、工具寿命によって評価した。φ１５×３０ｍｍの試験片を作製し、長手方向へドリル加工（乾式、ドリル径：φ４ｍｍ、切削速度：２５ｍ／ｍｉｎ、送り：０．１ｍｍ／ｒｅｖ、工具：ＳＫＨ９）を行い、切削不能となる穴深さを測定し、切削性を評価した。穴深さ（工具寿命）が１３０ｍｍ以上であれば「Ａ」、１００ｍｍ以上であれば「Ｂ」、５０ｍｍ以上であれば「Ｃ」、５０ｍｍ未満であれば「Ｄ」とした。本発明の棒状鋼材を使用した場合、「Ａ」および「Ｂ」、「Ｃ」であり、切削性に優れていた。
続いて表１に示す鋼種Ｐを用いて、表６、表７に記載の条件により、直径１５ｍｍの棒状鋼材を作製した。なお、仕上圧延入側温度、仕上圧延ロール径、熱処理温度以外の履歴は前記実施例１と同様とした。作製した棒線（棒状鋼材）について、窒化物の平均粒子径および鋼中の固溶Ｎ量、固溶Ｂ量、高速冷間鍛造性、軟磁気特性、切削性を、上述の方法で測定した。以下、結果をまとめて、表６、表７に示す。表６は本発明１に対応する本発明例及び比較例であり、表中に鋼中の固溶Ｎ量を記載している。表７は本発明２に対応する本発明例及び比較例であり、表中には鋼中の固溶Ｂ量の実績を記載している。
Figure 0007623400000006
Figure 0007623400000007
本発明によれば、高速冷間鍛造性、切削性、および軟磁気特性に優れる棒状鋼材を得ることができ、産業上極めて有用である。

Claims (3)

  1. 化学組成が、質量％で、
    Ｃ：０．００１～０．０３０％、
    Ｓｉ：０．０１～４．００％、
    Ｍｎ：０．０１～２．００％、
    Ｎｉ：０．０１～４．００％、
    Ｃｒ：８．０～３５．０％、
    Ｍｏ：０．０１～５．００％、
    Ｃｕ：０．０１～２．００％、
    Ｎ：０．００１～０．０３０％、
    Ａｌ：７．０００％以下を含有し、
    さらに、
    Ｔｉ：０～２．００％、
    Ｎｂ：０～２．００％、
    Ｂ：０～０．１０００％であり、
    Ｔｉ：０．００１％以上、Ｎｂ：０．００１％以上、Ｂ：０．０００１％以上から選択される一種以上を含有し、
    Ｓｎ：０～２．５０％、
    Ｖ：０～２．０％、
    Ｗ：０～３．００％、
    Ｇａ：０～０．０５％、
    Ｃｏ：０～２．５０％、
    Ｓｂ：０～２．５０％、
    Ｔａ：０～２．５０％、
    Ｃａ：０～０．０５％、
    Ｍｇ：０～０．０１２％、
    Ｚｒ：０～０．０１２％、
    ＲＥＭ：０～０．０５％、
    Ｐｂ：０～０．３０％、
    Ｓｅ：０～０．８０％、
    Ｔｅ：０～０．３０％、
    Ｂｉ：０～０．５０％、
    Ｓ：０～０．５０％、
    Ｐ：０～０．３０％であり、
    残部：Ｆｅおよび不純物であり、
    窒化物の平均粒子径が０．０１μｍ以上１０μｍ以下であり、鋼中の固溶Ｎ量が０．０２０質量％以下及び／又は鋼中の固溶Ｂ量が０．０１５質量％以下であり、
    圧縮率７０％で割れなきひずみ速度が０．１／ｓ以上、またはドリル加工による穴深さ（工具寿命）が５０ｍｍ以上、または保磁力が５．０Ａ／ｍ以下であるステンレス棒状鋼材。
  2. 前記化学組成が、質量％でさらに、下記第１群～第３群から選択される１群以上を含有する、請求項１に記載のステンレス棒状鋼材。
    第１群
    Ｓｎ：０．０００１～２．５％、
    Ｖ：０．００１～２．０％
    Ｗ：０．０５～３．０％、
    Ｇａ：０．０００４～０．０５％、
    Ｃｏ：０．０５～２．５％、
    Ｓｂ：０．０１～２．５％、および
    Ｔａ：０．０１～２．５％、
    から選択される一種以上。
    第２群
    Ｃａ：０．０００２～０．０５％、
    Ｍｇ：０．０００２～０．０１２％、
    Ｚｒ：０．０００２～０．０１２％、および
    ＲＥＭ：０．０００２～０．０５％、
    から選択される一種以上。
    第３群
    Ｐｂ：０．０００１～０．３０％、
    Ｓｅ：０．０００１～０．８０％、
    Ｔｅ：０．０００１～０．３０％、
    Ｂｉ：０．０００１～０．５０％、
    Ｓ：０．０００１～０．５０％、
    Ｐ：０．０００１～０．３０％、
    から選択される一種以上。
  3. 請求項１または請求項２に記載のステンレス棒状鋼材を用いた電磁部品。
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