JPH0483857A - 高耐食性軟磁性棒管用鋼 - Google Patents

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］ 本発明は電磁弁等の鉄芯に使用される軟磁性棒管用鋼に
関し、特にｐｂを嫌う環境下で使用する、固有抵抗値が
高く耐食性にすぐれた軟磁性棒管用鋼に関するものであ
る。

［従来の技術］ 一般に電磁弁等の鉄芯材料としてはＦｅ−５ｉ鋼あるい
はＦｅ−５ｉ−Ａρ鋼か使用されている。しかしこれら
の鋼は耐食性に劣り、加工工程における保管時あるいは
電磁弁として使用中に発銹しやすいという欠点かある。

そこで出願人は先に耐食性にすぐれた電磁弁用鋼として
１２〜１８Ｃｒ鋼をベースとした電磁ステンレス鋼（特
願昭６０−２８７１６３号、特開昭６２−１４６２４９
号）を開発し市場に提供している。この電磁ステンレス
鋼はＣ＋　Ｎ　＜０．０２％、Ｓｉ：０〜３％、ＭｎＳ
２．≦０．％、（：ｒ：１２〜１８％、ＡＭ＋０．８〜
３％、Ｍｏ：０．０５〜０．５％、Ｐｂ　：　０．０５
〜０．２５％、Ｐ≦０．（１４０％、Ｓ≦（１，０３０
％および残部実質的にＦｅよりなる鋼でその特性値は、
例えば１５．３Ｃｒ−１，４Ｓｉ−１，３ＡＵ　−０，
３５Ｍｏ　−０，１３Ｐｂ鋼では、孔食電位−２２ｍＶ
　（特願昭６０−２８７１６３号では浸漬試験による腐
食減量で耐食性を評価していたが、本発明では同先願よ
りも高耐食の材料であることと、耐孔食性・すき間腐食
の評価ができるという点で浸漬試験よりも通した孔食電
位で評価することにした。）、固有抵抗値９９μΩ・Ｃ
ｌ１１、硬さＨＲ８８８、保磁力Ｈｃ　Ｏ，≦０．０ｅ
　、磁束密度８５９．６ｋＧ、　　ドリル穿孔時間約７
５であった。

［発明が解決しようとする課題］ 近年電磁弁の使用環境は益々厳しくなりつつあり、電磁
気特性や被剛性を従来鋼レベルに維持しかつ耐孔食性も
兼ね備えた耐食性をより層内上させた材料が望まれてい
る。特に食品関係やハイクリーンルームで用いる電磁弁
にはｐｂ、　　ｓを添加しないことが要望されており、
これらの成分の添加なしで被剛性にすぐれ、種々の特性
を満足する材料を開発することが期待されている。この
ニーズは、とりわけ、半導体等の洗滌等の製造過程にお
いて使用される超純水と接触する鋼について大きく、超
純水と接触してもｐｂの溶出しない鋼が要望されている
。また、環境問題等に対する関心の高まりに伴い、ｐｂ
、　ｓ等の成分に対し注意が高まっていることにもよる
。前述の先願鋼もこれらのニーズに対して、耐食性の不
足と、ｐｂを添加している点で要求を満たしていないも
のであった。

本発明はこのようなニーズに応えるへく完成されたもの
であり、電磁気特性をあまり劣化させずに（Ｈｃ＜　２
０ｅ　、　Ｂｓ＞　８．５ｋＧ）、固有抵抗値を向上さ
せ（８５μΩ・ｃｍ以上、先願では７０μΩ・ｃｍ以上
）、同時に厳しい腐食性環境に耐え得る、耐孔食性を兼
ね備えた高度の耐食性（孔食電位３００ｍＶ以上）と更
に良好な被剛性（トリル穿孔時間２５ｓ以下。これは−
船釣な快削元素を含まずに固有抵抗値・耐食性等におい
て上記の特性を有する材料としては十分に良好な値であ
る。）、硬さ（ＨＲＢ＞８５゜これは耐摩耗性・機械的
強度の点で必要な値である。）を備えた軟磁性棒管用鋼
を提供せんとするものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記課題を解決したもので電磁気特性や被削性
・硬さを劣化させずに、耐食性・固有抵抗値を向上させ
た高耐食性軟磁性棒管用鋼であり、その要旨とするとこ
ろはＣ＋Ｎ≦０．０２％、Ｓｉ６２％、ＭｎＳ２．４％
、Ｐ≦０．０４０％、Ｓ≦０．０２％、Ｃｒ：１６〜２
１％、ＭＯ＝１〜３％、肩、１〜３％、Ｎｂ：０．２〜
０．５％および残部実質的にＦｅよりなる鋼であって、
前記先願鋼に比へてもおよそ以下の特徴を有するもので
ある。

（ａ）　Ｍｉ気時特性改善ために、Ｃ，Ｎを極低におさ
え、またＮｂｉ加によりＣ％Ｎを固定したことで、高Ｃ
ｒ鋼であるにもかかわらずＨｃ＜　２０ｅ、　Ｂｓ＞　
８．５ｋＧの電磁気特性を実現した。

（ｂ）耐孔食性、耐食性を向上、孔食電位３００ｍＶ以
上を実現した。

（ｃ）　Ｐｂ、　Ｓを添加せずに、耐食性・固有抵抗値
等において前述の目標値を維持しながらトリル穿孔時間
２５ｓ以下の被剛性を実現した。

（ｄ）固有抵抗値８５μΩ・ｃｍ以上、硬さはＨＲＢ　
８５以上の特性を確保した。

すなわち、本発明は上述のような構成により、固有抵抗
値か高く、耐孔食性も兼ね備えた優れた耐食性を備える
とともに、電磁気特性・被剛性も良好な高耐食性軟磁性
棒管用鋼を開発することに成功したものである。

次に本発明において成分組成を限定する理由を説明する
。なお、説明に用いるデータは全て後述する第１表に記
載する２２ヒートに基づくものである。

［Ｃ＋Ｎ］ Ｃ，Ｎは結晶中に固溶すると結晶格子を歪ませ軟磁性を
劣化させるため、Ｃ，Ｎ含有量は少ないほど好ましい。

第１図に（Ｃ＋Ｎ）％と保磁力の関係を示す。図から明
らかなように（Ｃ＋Ｎ）の含有量の減少に伴い、保磁力
は減少し特にＣ＋　Ｎ　＝　０．０４％では平均２．８
工ルステツド程度のものかＣ＋　Ｎ　＝　０．０１％で
は平均で１．１エルステツドに向上する。また（Ｃ＋Ｎ
）％と磁束密度の関係を第２図および第３図に示す。こ
れらの図においてＢ３、Ｂ、はそれぞれ印加磁場３エル
ステツド、５エルステツドにおける平均の磁束密度であ
る。これらの図から明らかなように、（Ｃ＋Ｎ）％の増
加に伴い、磁束密度は急激に低下している。これらの図
において特に゛（Ｃ＋Ｎ）％か０．０２％を越すと磁束
密度は急激に低下している。従って（Ｃ＋Ｎ）％の上限
を０．０２％とする。

［Ｓｉ量 般に鉄芯材料の固有抵抗値の増加は鉄損の低減に寄与し
、電磁弁作動時の消費電力の低減に有効である。この固
有抵抗値の増加にはＳｉがＡ２とともに効果的な元素で
ある。第４図にＳｉ量と固有抵抗値の関係を示す。Ｓｉ
は硬さの増加にも効果的である。第５図にＳｉ量と硬さ
の関係を示す。しかし、２％以上のＳｉの添加は切削性
を劣化させるため、上限を２％とする。

なお第４図、第５図でのベース鋼はそれぞれＦｅ　−１
８Ｃｒ　−２ＭｏＸＦｅ　−１８Ｃｒ　−２Ｍｏ　−２
ＡＲ鋼である。

［Ｃｒコ Ｃｒは耐食性に効果的な元素であり、本発明では先述の
先願鋼よりも多く添加する。第６図にＣｒ量と孔食電位
の関係を示す。ベース鋼はＦｅ　−２Ｍｏ−２Ａｆｆｉ
鋼である。　Ｃｒ量の増加に伴い孔食電位は増加するが
、Ｃｒは原子磁気モーメントを減少させ磁束密度を減少
させるため、磁気特性が著しく劣化するので上限を２１
％とする。一方先願の電磁ステンレス鋼よりも高いレベ
ルの耐食性を確保するため、下限は１６％とすることが
必要である。

［Ｍｏ量 Ｍｏは耐食性・硬さに効果的な元素であり、本発明では
先願鋼よりも多く添加する。第７図にＭｏ量と孔食電位
、第８図にＭｏ量と硬さの関係を示す。これらの図でベ
ース鋼はＦｅ　−１８Ｃｒ　−２ＡＵ鋼である。この合
金系では、耐食性・硬さの水準として孔食電位３４０ｍ
Ｖ以上、硬さ（）ＩＲＢ）８４以上が要求され、これに
有効なＭｏ量として下限を１％とする。一方上限は３％
とする。

［古文］ Ａ９はＳｉとともに固有抵抗値の増加に効果的な元素で
あり、鉄芯材料の鉄損の低減に寄与する。第９図にｎ量
と固有抵抗値の関係を示す。

ＡＭは硬さの向上にも効果的な元素である。第１０図に
Ａｎ量と硬さの関係を示す。この合金系においては、固
有抵抗値・硬さの水準として固有抵抗値７５以上、硬さ
（ＨＲＢ）　　８５以上か要求され、これに有効なＡｎ
量として下限を１％とする。しかし第１１図に示すよう
に過剰なＡｎの添加は耐食性を劣化させるため、ＡｆＬ
量の上限を３％とする。なおこれらの図においてベース
鋼はＦｅ　−１８Ｃｒ　−２Ｍｏ鋼である。

［Ｎｂ量 Ｃ，Ｎは前述のように軟磁性に対して好ましくない。特
に固溶したＣ、Ｎは結晶格子を歪ませ、磁壁移動を阻害
するため、軟磁性に悪影響を及ぼす。このＣ％Ｎを炭窒
化物を形成させることにより固定し、軟磁性に及ぼすＣ
，Ｎの悪影響を軽減させるためＮｂを添加する。理論的
に！ｆｃ、ＮとＮｂの原子量比はおよそ１：８であるの
で、Ｃ，ＮをＮｂＣ、ＮｂＮ　、　Ｎｂ　（Ｃ，Ｎ　）
として固定するのに最低限必要なＮｂ量は、前述の上限
値（Ｃ＋　Ｎ　）　＝０．０２％として（Ｃ＋Ｎ）Ｘ８
より０．１６％であるが完全にＣ，Ｎを固定するために
は０．２〜０．５％必要であることが分かった。

実質的なＮｂの有効性のためと考えられる。

［Ｓコ ＳはＭｎＳ系・ＣｒＳ系・（Ｍｎ、Ｃｒ）　　Ｓ系など
の硫化物を形成し、腐食反応の起点となるため、耐食性
に対して好ましくない。また電磁弁として使用中に、制
御する流体（薬品等）によっては硫化物が溶は出す可能
性があり好ましくない。

製造上不可避的に伴う不純物濃度として、上限を０．０
２％とする。

その他製造上不可避的に伴う不純物元素については電磁
気特性等をそこなわない範囲としてＭｎＳ２．４％、Ｐ
≦０．０４％とする。

［実　　施　　例コ 第１表に本発明実施例鋼・比較鋼・先願鋼および従来鋼
の化学成分を示す。

これらの材料のうち本発明実施例鋼と比較鋼は真空誘導
溶解炉にて溶製し１００ｋｇ鋼塊に鋳込んだ後、直径４
０ｍｍの丸棒に鍛造・焼鈍後各種テスト用試料に加工し
た。固有抵抗値はケルビンダブルブリッジを用いて直流
四端子法にて電気抵抗を測定して算出した。耐食性は孔
食電位により評価した。また硬さを測定した。磁気特性
はリング状の試験片により直流Ｂ−Ｈトレーサで測定し
た。被削性はＳＫＨ９のドリル（直径８　ｍｍ、先端角
　１２０°　ねじれ角２５°）を使用し、推カフ　０　
ｋｇ、回転数９１５ｒｐｍで１０ｍｍ深さの穿孔に要す
る時間を測定した。

第２表に本発明実施例鋼・比較鋼および従来鋼の緒特性
測定結果を示す。本発明実施例鋼では各項目とも比較鋼
・従来鋼と比べて同等レベルあるいはそれ以上のすぐれ
た値を示している。第１２図に従来のステンレス鋼と本
発明実施例鋼の孔食電位の比較を示す。本発明実施例鋼
の特筆すべき特徴は、磁気特性を劣化させずに耐食性・
固有抵抗・硬さを改善していること、耐食性・固有抵抗
値・硬さか大きく改善され、ｐｂ−ｓを添加していない
にもかかわらず被剛性を維持していることである。

果 表 ［発明の効果］ 以上述べたように本発明鋼は電磁気特性を劣化させずに
固有抵抗値・硬さを向上させ、同時に腐食性環境に耐え
得るに十分な耐食性を備え、また溶出する不都合、有害
のおそれがあるｐｂ、　　ｓの添加なしにすぐれた被剛
性を有しており、よりきびしい環境での使用を目的とし
た電磁弁の鉄芯などに適している。

したがって、既述の各種業界のニーズに応えた極めて有
用な発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は（Ｃ十Ｎ）量が保磁力に及ぼす影響を示した図
である。 第２図、第３図は（Ｃ＋Ｎ）量が磁束密度に及ぼす影響
を示した図である。 第４図はＳｔ量が固有抵抗に及ぼす影響を示した図であ
る。 第５図はＳｔ量が硬さに及ぼす影響を示した図である。 第６図はＣｒ量が孔食電位に及ぼす影響を示した図であ
る。 第７図はＭｏ量か孔食電位に及ぼす影響を示した図であ
る。 第８図はＭｏ量が硬さに及ぼす影響を示した図である。 第９図はへ２量か固有抵抗に及ぼす影響を示した図であ
る。 第１０図はＡＭ量が硬さに及ぼす影響を示した図である
。 第１１図はＡＮ量が孔食電位に及ぼす影響を示した図で
ある。 第１２図は本発明実施例鋼と先願鋼・従来のステンレス
鋼の孔食電位の比較を示した図である。 ９４図 Ｓｔ’／。 第５図 Ｓｔ”／１１ 他４名 −３８８＝ Ｈｃ　（Ｏｅ） 孔食電位（ｍＶ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　Ｃ＋Ｎ≦０．０２％、 Ｓｉ≦２％、 Ｍｎ≦０．４％、 Ｐ≦０．０４％、 Ｓ≦０．０２％、 Ｃｒ：１６〜２１％、 Ｍｏ：１〜３％、 Ａｌ：１〜３％、 Ｎｂ：０．２〜０．５％ および残部実質的にＦｅよりなる、固有抵抗値が高く耐
   食性にすぐれた高耐食性軟磁性棒管用鋼。