JPH0772302B2

JPH0772302B2 - 磁気目盛用鋼棒の製造方法

Info

Publication number: JPH0772302B2
Application number: JP61252532A
Authority: JP
Inventors: 孝塚本; 忠三須藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1986-10-22
Filing date: 1986-10-22
Publication date: 1995-08-02
Anticipated expiration: 2010-08-02
Also published as: JPS63105952A

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
鋼棒を製造する方法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、High−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HighMn
−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′
マルテンサイトの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、Ｎの成
分比を変えることでこれらの諸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
鋼棒の製造方法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5000G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の強磁性と非磁性の
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困難であり、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18
Cr−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、ほ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、Mn、Cr、Ｃ、Ｎの成分比に於いてMn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の製造方法は、M
n;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
鋼棒を溶体化処理後、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）Mn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14
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する強磁
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有効で
あるがMn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％とし
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態（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分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の製造方法に関するもの
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＋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く5KG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％、Cr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βは同図（ロ）に示す記号を使
用した場合、で表わされる。また、同図（ロ）において実線は往、破
線は復を示し、縦軸の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No.1〜24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No.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No.1、５、６では各々、Mn配合
率の低いNo.1は溶体化時の透磁率が高く、また高いNo.
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No.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No.7〜12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No.7、11、12では各々Cr配合率
の低いNo.7及び高いNo.11、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No.8、９、10では完全に非磁
性化されている。

次に実施例No.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No.13〜17では、前記25φの供試鋼を1
050℃で溶体化処理後、透磁率を測定した。また、実施
例No.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No.13、14、15、18、19、20で
は，各々Ｃ＋Ｎ配合率の低いNo.13、14、15は溶体化状
態の透磁率が高く、又Ｃ＋Ｎの高いNo.18、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No.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No.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No.21では磁気目盛部の検出精
度が14.1％と発明例であるNo.22、23の5.0％、4.0％よ
り低い。また比較例であるNo.24では加工度が30％と高
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）の前記表にしめすNo.2鋼を用い、1050℃
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10⁴Oe
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、本発明方法によって製造した鋼棒をレーザー照
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○−○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、は前記と同様に夫々、10.0重量％、1.0重量％、0.2重量
％のもの、●−●は同じく21.0重量％、15.0重量％、0.
5重量％のものを示している。

同図より明らかな如く、○−○でかつ伸線率が20〜25％
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％、C
r;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、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用鋼棒の製造方法である
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Ｃ＋Ｎ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Ｃ＋Ｎ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、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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０１Ｄ 5/245 １０１Ｈ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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
純物からなる鋼棒を溶体化処理後、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、その後当該
鋼棒の非磁性化せんとする部分を局部加熱して溶体化す
ることを特徴とする磁気目盛用鋼棒の製造方法。