JPH0649916B2

JPH0649916B2 - 耐食軟磁性棒管用鋼

Info

Publication number: JPH0649916B2
Application number: JP1080373A
Authority: JP
Inventors: 弘昭中里; 義和田中
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1994-06-29
Anticipated expiration: 2009-06-29
Also published as: JPH02259047A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、電磁弁などの鉄芯に使用される軟磁性棒また
は管用鋼に関し、更に詳しくは、電磁気特性、耐食性、
被削性に優れ、さらに優れた冷間鍛造性をも兼備させた
棒状または管状鉄芯用材料に関する。

（従来の技術と解決の課題）一般に電磁弁などの鉄芯材料としては従来から純鉄、珪
素鋼、１３Cr−２Si鋼、１３Cr−０．８ Si−0.25Al−
Pb鋼などがあり電磁弁の固定鉄芯やプランジヤーその他
に使用されており、また最近はCr，Alなどを増量あるい
は添加して耐食性、磁性、その他の改善を図った種々の
軟磁性材料（例えば特開昭59−185762，59−232258，62
−146249，63−45350）が開発され、一部実用化されて
いる。

これら固定鉄芯やプランジヤーは、丸棒または管から冷
鍛、切削により作られるが、加工工程の合理化の推進の
ためには、優れた被削性を備えていること、更に、小型
複雑形状の製品の冷間鍛造成形など、近年、益々過酷化
しつつある冷間鍛造加工に対応すべく、材料の硬度を低
減すること（Hv≦120）が求められている。電磁気特性
については、少ない消費電力にて、より優れた作動性を
有する材料、即ち、優れた磁気特性（磁束密度B₂8000G
以上、B₅10000G以上、B₂₅11000G以上、保磁力Hc１．０
０ｅ以下）の上に高い固有抵抗（ρ≦７０μΩcm）を備
えた材料が求められている。また、工場用ロボツトから
民生品（クーラー、ガスコンロなど）に至るまで広使用
されている空気圧電磁弁、自動車用電子制御式自動燃料
噴射装置用インジェクターなどにおいては実機使用時鉄
芯が発銹すると、発銹部がはがれおち摺動部に詰まって
電磁弁の作動性を著しく損ない、鉄芯自身の電磁気特性
をも損なうことがあるばかりか、大事故につながる恐れ
さえ生ずる。よって、発銹の防止が極めて重要な要請で
あるが、そのためには１３％Cr鋼と同等以上の耐食性を
備えた材料が要求される。

しかしながら、従来用いられてきた鋼の内、純鉄、珪素
鋼は被削性および耐食性が悪く、１３Cr−２Si鋼は耐食
性は改善されたが被削性が悪く、１３Cr−０．８ Si−
0.25Al−Pb鋼は耐食性、被削性は改善されたが、硬度が
高く（Hv≧136）、近年益々過酷化しつつある冷間鍛造
加工に対応するには不十である等で、これら必要な特性
の全てを満足させる材料はなかった。また、前記、最近
の開発鋼についても、電磁気持性、耐食性、被削性、冷
間鍛造性などの改善が図られているが、特に、冷間鍛造
性の改善を目的として、電磁気特性、耐食性を損なわず
に材料の硬度を低減する技術については未だ何等の提案
もなされていない。

（課題の解決手段）本発明は、電磁弁などの鉄芯に使用される軟磁性棒また
は管用鋼としての従来鋼の上記の如き問題点を解決した
もので、優れた電磁気特性、耐食性を備え、更に優れた
冷間鍛造性、被削性をも兼備させたもので、不純物元素
の極低化、及びCr，Alの適量添加により、高い固有抵抗
（ρ≧７０μΩcm）、優れた磁気特性、耐食性を備え、
更に、硬度を低く抑える（Hv≦120）ことにより、過酷
化する冷間鍛造加工に対応できる優れた冷間鍛造性を備
え、更に、必要に応じて快削元素Pb，Bi，Se，Teなどの
適量添加により優れた被削性をも付与することができる
耐食軟磁性棒管用鋼であって、その要旨は次の通りであ
る。

本発明の第１の発明鋼は、重量比にしてＣ≦０．０１％Ｎ≦０．０１％Ｓｉ≦０．１０％Ｍｎ≦０．１５％Ｓ≦０．０１５％Ｃｒ：５〜１５％Ａｌ：１．０〜１．９％を含み、更にＣｒ，Ａｌを Log₁₀（％Ｃｒ）＋0.861×（％Ａｌ）^2/3≧1.90……
（１）（％Ｃｒ）＋2.88×（％Ａｌ）≦18.3……（２）の範囲に規制し残部鉄及び不可避不純物よりなることを特徴とする耐食
軟磁性棒管用鋼であり、本発明の第２の発明鋼は、重量比にしてＣ≦０．０１％Ｎ≦０．０１％Ｓｉ≦０．１０％Ｍｎ≦０．１５％Ｓ≦０．０１５％Ｃｒ：５〜１５％Ａｌ：１．０〜１．９％を含み、更にＰｂ：０．０３〜０．４０％，Ｂｉ：０．
０３〜０．４０％，Ｓｅ：０．０３〜０．４０％，Ｔ
ｅ：０．０１〜０．２０％のうちの少なくとも１種以上
を含み、更にＣｒ，Ａｌを Log₁₀（％Ｃｒ）＋0.861×（％Ａｌ）^2/3≧1.90……
（１）（％Ｃｒ）＋2.88×（％Ａｌ）≦18.3……（２）の範囲に規制し残部鉄及び不可避不純物よりなる耐食軟磁性棒管用鋼で
ある。

（作用）表１に本発明鋼、比較鋼、および従来鋼の化学成分と主
要諸特性を示す。

これらは、真空誘導炉にて溶製し５０kG鋼塊に鋳造し、
φ３０に鍛伸後、焼鈍を施し、試験片を作製し、各測定
に充てた。なお磁気測定は、更に真空中で850℃×４Hr
の歪取り焼鈍を施した後に行った。そしてこれら測定値
とCr，Al含有量との相関その他について調査し、結果を
図１〜図７にまとめた。なお、図１，２，６，７中の添
え字は表１中の試料No.を示す。

図１は、材料の直流磁気特性に及ぼすCr含有量の影響を
示したものである。図より明らかなように、Cr含有量の
増大とともにＢ_２５の値が直線的に減少していく。最初
に述べたように電磁弁などで優れた作動特性を得るには
磁束密度B₂₅11000G以上が必要であるが、Cr含有量が１
５％を越えるとB₂₅11000G以上を安定して得ることがで
きなくなることが解る。

図２は、材料の直流磁気特性に及ぼすAl含有量の影響を
示したものである。図より明らかなように、Al含有量の
増大と共に磁束密度Ｂ_２，Ｂ_５，Ｂ_２５の値が直線的に
減少していく。同じく、最初に述べたように、電磁弁な
どで優れた作動特性を得るには磁束密度B₂8000G以上、B
₅10000G以上が必要であるが、Al含有量が１．９％を越
えるとB₂8000G以上、 B₅10000G以上を安定して得ることができなくなることが
解る。

図３は、固有抵抗ρ（μΩcm）と、Cr，Al含有量との関
係についてプロットしたもので、ρについて図示したよ
うな等高線が描け、これから、次の実験式（ａ）が得ら
れた。

ρ（μΩcm）＝31.8×LoG₁₀（％Ｃｒ）＋２７．４×
（％Al）^2/3＋９．６……（ａ）図４は、硬さHvと、Cr，Al含有量の関係についてプロッ
トしたもので硬さの等高線は図示した通り直線となっ
た。これから次の実験式（ｂ）が得られた。

Hv＝0.123×（（％Ｃｒ）＋２．８８（％Ａｌ））^２＋7
9.0……（ｂ）図３、図４より、Cr含有量は１０％程度まではその増大
とともに固有抵抗も硬さも共に著しく増大するが、１０
％を越えると固有抵抗の増大が緩やかになり、１５％以
上では硬さだけが増大し、固有抵抗の増大の効果は小さ
くなる。これに対してAlの添加増量効果は、Crに比べ、
固有抵抗増大の効果が大きく、硬さ増大の効果が小さい
ので、固有抵抗を増大させるためにはAlの添加が効果的
であることが解る。

ところで最初に述べたように、電磁弁などがより少ない
消費電力にて、より優れた作動性を発揮するためには使
用される鉄芯材料の固有抵抗を７０（μΩcm）以上に高
く保つことが必要であるので、これを式（ａ）に代入す
ると 31.8×Log₁₀（％Ｃｒ）＋27.4×（％Ａｌ）^2/3＋９．６
≧７０即ち、 Log₁₀（％Ｃｒ）＋0.861×（％Ａｌ）^2/3≧1.90……
（１）が得られる。図３に、式（１）によるCr，Al含有量の範
囲を斜線で示す。

次に同じく前記した通り、過酷化する冷間鍛造加工に対
応するためには、硬さをHv120以下に抑えることが必要
であるので、これを式（ｂ）に代入すると、 0.123×（（％Ｃｒ）＋2.88×（％Ａｌ））^２＋79.0≦1
20 即ち、（％Ｃｒ）＋2.88×（％Ａｌ）≦18.3……（２）が、得られる。図４に式（２）によるCr，Al含有量の範
囲を斜線で示す。

図５は、材料の耐食性の良否（〇，△，×で示す。）
と、Cr，Al含有量との関係をプロットしたものである
が、その上に前記の式（１）および式（２）の曲線によ
る範囲をも重ねて記入したものである。耐食性試験は、
３％Nacl溶液中に、２５℃×２４Hr浸漬して材料の腐食
減量を調べたものである。図より明らかなように、Crが
１０％を越えないと満足な結果が得られないが、Alを１
％以上添加することでこれを５％迄押し下げられること
が解る。結局、本発明の目的用途に必要な耐食性を得る
には、Crは５％以上、および、Alは１％以上が必要であ
る。これと、先述の直流磁気特性、固有抵抗、および硬
さよる限定を加え合わせるとCr，Al含有量は、薄く塗り
つぶした範囲になり、この領域に規制することにより、
はじめて優れた電磁気特性、冷間鍛造性、耐食性を兼ね
備えた材料が得られることが解った。

次に、図６、図７に従来鋼と、本発明鋼との特性比較を
示す。

図６は、硬さHvと固有抵抗ρ（μΩcm）との関係を示し
ている。本発明鋼は、従来鋼に比べ、固有抵抗値に対す
る硬さが低いこと、即ち冷間鍛造性の改善された鋼であ
ることが解る。

図７は、直流磁気特性（磁束密度Ｂ_２（kG）、保磁力Hc
（０ｅ））と固有抵抗ρ（μΩcm）との関係を示してい
る。本発明鋼は、従来鋼に比べ、同一固有抵抗値に対す
る磁束密度Ｂ_２（kG）が大きく、保磁力Hc（０ｅ）が小
さく、従って軟磁性の改善された鋼種であることが解
る。

以上より、本発明鋼は、優れた電磁気特性、耐食性、被
削性に加え、従来鋼に比べ冷間鍛造性において著しく改
善された鋼であることが結論できる。

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。

＜Ｃ、Ｎ＞Ｃ，Ｎは、軟磁気特性に悪影響を及ぼす炭化物、窒化物
を生成し或は、結晶中に固溶し結晶格子を歪ませ、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含有量が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。

よって、Ｃ，Ｎの上限を0.01％とした。

＜Ｓｉ＞ Siは、Ｃ，Ｎと同様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の改善のために、更に、派生
的に他の主要特性（耐食性、磁気特性、固有抵抗）に及
ぼす影響を併せ考慮すると、その含有量は少ないほど望
ましい。

例えば、SiはCr，Alのような耐食性改善の効果はなく、
固有抵抗増大、および直流磁気特性改善の効果もAlより
も小さいにも拘らず、固溶強化作用は重量％当り、Alの
約２倍、Crの約５倍の効果を有し、硬さ増大の効果のみ
が大きく、そのため材料の冷間鍛造性を著しく低下させ
るため本発明の目的用途のためには不要である。

本発明の主要成分（Cr，Al）範囲において、Si含有量が
0.10％を越えると、他の成分との関係によっては硬さが
Hv120を越え、本発明で目的とする冷間鍛造性が得られ
ず、或はSiによる硬さ増大分をCr，Al含有量の低減によ
り補う場合、耐食性、固有抵抗の低下を招き、本発明で
目的とする耐食性、固有抵抗が得られなくなる。

よってSiの上限を１０％とした。

＜Ｍｎ＞ Mnは、Siと同様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い、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。

例えば、MnはCr，Alのような耐食性改善の効果はなく、
固有抵抗増大の効果もAlよりも小さく、更に直流磁化特
性を損なうにもかわらず、固溶強化作用はCr，Alよりも
大であり、よってSiと同様、本発明の目的用途のために
は不要である。

本発明の主要成分（Cr，Al）範囲において、Mn含有量が
0.15％を越えると、他の成分との関係によっては硬さが
Hv120を越えるため、本発明で目的とする冷間鍛造性が
得られず、或はMnによる硬さ増大分をCr，Al含有量の低
減により補う場合、耐食性、固有抵抗の低下を招き、本
発明で目的とする耐食性、固有抵抗が得られなくなり、
また磁気特性においても、磁束密度B₂8000G以上、B₅100
00G以上、Hc１．００ｅ以下が安定して得られなくな
るため、本発明で目的とする磁気特性が得られなくな
る。

よってMnの上限を0.15％とした。

＜Ｓ＞Ｓは、冷間鍛造性、耐食性に悪影響を及ぼす硫化物を形
成するため含有量は少ないほど望ましい。Ｓ含有量が0.
015％を越えると、本発明で目的とする冷間鍛造性、耐
食性が得られなくなる。

よってＳの上限を0.015％とした。

＜Cr，Al＞ Cr，Alについては先に詳述したが、以下に要約して記
す。

Crは、耐食性を高めるために効果的な元素であるが、図
１に示すようにCrの過度の添加は、磁束密度の減少をも
たらし、Cr含有量が１５％を越えると例えば本発明で必
要とする磁束密度B₂₅11000G以上を安定して得ることが
できなくなる。よってCr含有量の上限を１５％にする。
しかし図５より明らかなようにCr含有量が５％未満にな
ると本発明の目的用途のためには耐食性が不十になるた
め下限は５％とする。

Alは、固有抵抗の増大、耐食性の改善などに効果的な元
素であるが、図２に示すように過度の添加は磁束密度の
減少をもたらし、Al含有量が１．９％を越えると例えば
本発明で必要とする磁束密度B₂8000G以上、 B₅10000G以上を安定して得ることができなくなる。よっ
てAl含有量の上限を１．９％とする。しかし、図５より
明らかなようにAl含有量が１％未満になると耐食性が不
安定になるため下限を１％とする。

更に固有抵抗と硬さについては、Cr，Alが密接に相関
し、固有抵抗値については本発明で目的とする７０（μ
Ωcm）以上を得るためには図３に示す範囲、すなわち式
（１）の範囲にする必要があること、硬さについては、
本発明で目的とするHv120以下を得るためには図４の範
囲、即ち式（２）の範囲にする必要化あることを見いだ
し、本発明を完成するに至ったものである。

＜Ｐｂ，Ｂｉ，Ｓｅ，Ｔｅ＞本発明の第２の発明鋼は、特に被削性が問題となる用途
に適するもので、被削性を改善する元素としてPb，Bi，
Se，Teのうち少なくとも１種以上を、Pb，Bi，Seについ
ては、各々0.03〜0.40％，Teについては0.01〜0.20を添
加する。Pb，Bi，Se，Teそれぞれについてその上限値以
上を添加しても、被削性改善の効果は飽和し、更に電磁
気特性、冷間鍛造性の低下をまねき、また下限値以下で
は被削性改善の効果が殆ど無い。したがって、添加量は
各々につき上記の通りとする。

（実施例）次に、本発明鋼としてPbを添加したNo.４鋼を選び、ま
た従来鋼としてNo.47鋼およびNo.48鋼を選んで冷間据込
み試験を行い、更に別途電磁弁の可動鉄芯、および固定
鉄芯に加工し、実機試験を行った。冷間据込み試験の結
果、No.４鋼の加工硬化指数（Ｋ値）は、No.47鋼に比べ
１２％、No.48鋼に比べ１７％低減した。実機試験の結
果では、No.４鋼の消費電力は、従来鋼に比べ消費電
は、No.47鋼に対して６％、No.48鋼に対して４％低減
し、長時間にわたり従来鋼よりも安定した性能を発揮し
た。更に、本発明鋼のNo.４鋼は快削鋼でもあるので、
従来鋼のNo.48鋼、およびNo.49鋼に比べ製品加工時の工
具寿命も約１５〜３５％向上した。

（効果）以上の説明から明らかなように、本発明鋼は優れた冷間
鍛造性、電磁気特性、耐食性、被削性を兼備した材料で
あって、特に腐食環境向けの電磁材料として有利に用い
られるものであり、例えば、パルス作動型の自動車用電
子制御式自動燃料噴射装置用電磁弁の鉄芯材として使用
されたときに、高い固有抵抗と優れた磁気特性により、
従来材を用いたものよりもより小さな消費電力でより優
れた作動特性（吸引力が大きく、反応が敏感である）を
発揮する。更に、優れた冷間鍛造性と、優れた被削性を
兼備しているので、従来材より過酷な冷間鍛造が可能で
あり、部品加工工程のより一層の合理化が図れる。

【図面の簡単な説明】

図１は、Cr含有量と磁束密度Ｂ_２５との関係を表す図、
図２はAl含有量と磁束密度Ｂ_２，Ｂ_５，Ｂ_２５，および
保磁力Hcとの関係を表す図、図３は、Cr，Al含有量と固
有抵抗値との関係を表す図、図４は、Cr，Al含有量と硬
さとの関係を表す図、図５は、Cr，Al含有量と、硬さ、
固有抵抗、および耐食性との関係をまとめた図、図６
は、本発明鋼と従来鋼の硬さおよび固有抵抗を比較した
図、図７は、本発明鋼と従来鋼の直流磁気特性および固
有抵抗を比較した図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ≦０．０１％Ｎ≦０．０１％Ｓｉ≦０．１０％Ｍｎ≦０．１５％Ｓ≦０．０１５％Ｃｒ：５〜１５％Ａｌ：１．０〜１．９％を含み、更にＣｒ，Ａｌを Log₁₀（％Ｃｒ）＋0.861×（％Ａｌ）^2/3≧1.90……
（１）（％Ｃｒ）＋2.88×（％Ａｌ）≦18.3……（２）の範囲に規制し残部鉄及び不可避不純物よりなることを特徴とする耐食
軟磁性棒管用鋼
【請求項２】Ｃ≦０．０１％Ｎ≦０．０１％Ｓｉ≦０．１０％Ｍｎ≦０．１５％Ｓ≦０．０１５％Ｃｒ：５〜１５％Ａｌ：１．０〜１．９％を含み、更にＰｂ：０．０３〜０．４０％，Ｂｉ：０．
０３〜０．４０％，Ｓｅ：０．０３〜０．４０％，Ｔ
ｅ：０．０１〜０．２０％のうちの少なくとも１種以上
を含み、更にＣｒ，Ａｌを Log₁₀（％Ｃｒ）＋0.861×（％Ａｌ）^2/3≧1.90……
（１）（％Ｃｒ）＋2.88×（％Ａｌ）≦18.3……（２）の範囲に規制し残部鉄及び不可避不純物よりなることを特徴とする耐食
軟磁性棒管用鋼