JPH0790506A - パルス磁気応答性に優れた軟磁性材料 - Google Patents

パルス磁気応答性に優れた軟磁性材料

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JPH0790506A
JPH0790506A JP4245558A JP24555892A JPH0790506A JP H0790506 A JPH0790506 A JP H0790506A JP 4245558 A JP4245558 A JP 4245558A JP 24555892 A JP24555892 A JP 24555892A JP H0790506 A JPH0790506 A JP H0790506A
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JP
Japan
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pulse
magnetic
magnetic flux
response
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JP4245558A
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Giichi Amahiro
義一 天弘
Yoshinobu Motokura
義信 本蔵
Yoshiro Iwama
義郎 岩間
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Aichi Steel Corp
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Aichi Steel Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F1/00Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties
    • H01F1/01Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials
    • H01F1/03Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity
    • H01F1/12Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials
    • H01F1/14Magnets or magnetic bodies characterised by the magnetic materials therefor; Selection of materials for their magnetic properties of inorganic materials characterised by their coercivity of soft-magnetic materials metals or alloys
    • H01F1/147Alloys characterised by their composition
    • H01F1/14766Fe-Si based alloys
    • H01F1/14791Fe-Si-Al based alloys, e.g. Sendust

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Abstract

(57)【要約】 【構成】Fe−Si−Al−Cr合金系において、重量
比で、0.020%以下のC+N、0.1〜2.0%の
Si、1.0〜4.0%のAl、2.0〜70%のC
r、又は必要に応じて少量のTi、Nbの1種又は2種
を含み、さらに、 式=11(Si+Al)+0.85Cr(Si+Al)
+3.2Cr≧65 および 式=37Si+39Al+20Cr≦350 を満足する軟磁性材料。 【効果】磁束密度、パルス磁気応答性かつ加工性も優れ
た軟磁性材料が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0010】
【産業上の利用分野】本発明は、電子燃料噴射制御装置
等の電磁弁に用いられる磁束密度およびパルス磁気応答
性が優れ、かつ加工性に優れた軟磁性材料に関する。
【0020】
【従来の技術】近年、自動車の高性能化への動きにおい
て電子燃料噴射装置に対する要求性能も一層の性能向上
を求められている。特に、高速応答性の優れた電磁弁に
対するニーズも高く、そのため電磁弁の磁芯材料として
用いられる磁束密度およびパルの優れた軟磁性材料が求
められている。他方、磁芯材料の加工性やコストの面か
らできる限り低合金系の材料が要求されている。これら
の磁芯材料として、純鉄(軟鉄)や珪素鉄が使用されて
いる。しかし、これらの材料は磁束密度は優れているも
ののパルス磁気応答性については満足しうるものでなか
った。
【0030】本発明者らはすでに「磁気応答性の優れた
電磁合金(特開昭64−8248号)」において開示し
ているが、当該発明においては磁気応答性,冷間鍛造性
及び耐食性の改善のためにSi含有量の低下とCr含有
量の増加を図っているので磁束密度の改善まで至ってい
ない。また、特開平3−90544号においては、電磁
応答性に優れた軟磁性材料が開示されている。磁束密度
(B20)は15000G以上と優れており、冷鍛性の優
れた材料を提供しているが、電磁応答性は電気比抵抗を
代用特性として表しているためにどの程度の応答性に優
れているかは明らかでない。
【0040】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、電子燃料噴
射装置の電磁弁の磁芯材料として加工性のよい低合金系
の材料において、前記の欠点を解決するためになされた
ものであり、磁束密度(B20)は13000G以上で、
パルス磁気応答性は14μsec以下の優れた軟磁性材
料を提供することを目的とするものである。
【0050】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、低合金系
の材料において磁束密度、パルス磁気応答性におよぼす
合金元素の影響について鋭意研究を重ねた結果、本発明
を完成するに至ったものであり、本発明は次に述べるよ
うな新たな知見に基づくものである。第1に、Fe−S
i−Al−Cr合金系において、Si 0.1〜2.0
%、Al 1.0〜4.0%、Cr 2.0〜7.0%
を複合添加した場合には、パルス磁気応答性が改善され
ることを見いだしたものである。
【0060】第2に、パルス磁気応答性の効果を一層発
揮させるためには固溶元素であるC、Nの不純物元素を
極力低減させることである。また、この低減により磁束
密度の改善も図られる。
【0070】第3に、不可避的に含まれて固溶している
CおよびNによる磁束密度の低下を改善するために、炭
窒化形成元素であるTiあるいはNbを添加して改善を
図ることである。
【0080】第4に、Fe−Si−Al−Cr合金系に
おいて、Si 0.1〜2.0%、Al 1.0〜4.
0%、Cr 2.0〜7.0%を複合添加し、さらにS
i、Al、Crは、11(Si+Al)+0.85Cr
(Si+Al)+3.2Cr≧60および37Si+3
9Al+20Cr≦350を満足する場合には、パルス
磁気応答性が著しく改善されることを見いだしたもので
ある。
【0090】すなわち,本発明の第1発明は重量比で、
C+N;0.020%以下、Si;0.1〜2.0%、
Al;1.0〜4.0%、Cr;2.0〜7.0%を満
足し、残部はFeおよび不可避的な不純物からなるもの
であり、第2発明は第1発明にTi;0.01〜0.1
0%、Nb;0.01〜0.10%の1種または2種を
含有し、磁束密度の改善とともに第1発明のパルス磁気
応答性を一層改善したものである。さらに、第3および
第4発明は、Si、Al、Crは、 式1;11(Si+Al)+0.85Cr(Si+A
l)+3.2Cr≧60 式2;37Si+39Al+20Cr≦350 を満足させることにより第1および第2発明のパルス磁
気応答性を著しく改善したものである。
【0100】
【作用】次に本発明における化学成分の限定理由につい
て説明する。 Si:0.1〜2.0% Siは、磁束密度、パルス磁気応答性を改善する元素で
あるが、2.0%を越えると磁束密度を低下させるとと
もに加工性を劣化させるために上限を2.0%とした。
また、下限は製鋼時の脱酸により不可避的に含まれるた
め0.1%とした。
【0110】Al:1.0〜4.0% Alは、Siと同様に磁束密度、パルス磁気応答性を改
善する元素であるが、4.0%を越えると磁束密度およ
び加工性を劣化させるために上限を4.0%とした。ま
た、下限はパルス磁気応答性を改善に必要な含有量とし
て1.0%とした。
【0120】Cr:2.0〜7.0% Crは、SiおよびAlとの複合添加により磁束密度、
パルス磁気応答性を一層改善する元素である。Crは
7.0%を越えると磁束密度が低下するために上限を
7.0%とした。また、2.0%以下になるとパルス磁
気応答性の改善がみられないために下限を2.0%とし
た。
【0130】C+N:0.020%以下 CおよびNは、磁束密度、パルス磁気応答性を劣化させ
る元素で、少ないほど望ましいが安定した製造性からC
+N:0.020%とした。
【0140】Ti:0.01〜0.10% Tiは、CおよびNを炭窒化物として固定し、微細化さ
せることにより磁束密度の低下の防止とパルス特性の改
善を図る元素である。また、CおよびNの固溶による加
工性低下を防ぐ元素でもある。C+N量の5倍程度添加
した場合が最も大きな効果を発揮し、それ以上の添加は
飽和するとともにコスト的にも不利となるために上限を
0.10%とした。しかし、0.01%未満ではその効
果が十分に得られないために下限を0.01%とした。
【0150】Nb:0.1〜0.10% NbもTiと同様にCおよびNを炭窒化物として固定
し、微細化させることにより磁束密度の低下の防止とパ
ルス特性の改善を図る元素である。また、CおよびNの
固溶による加工性低下を防ぐ元素でもある。C+N量の
5倍程度添加した場合が最も大きな効果を発揮し、それ
以上の添加は飽和するとともにコスト的にも不利となる
ために上限を0.10%とした。しかし、0.01%未
満ではその効果が十分に得られないために下限を0.0
1%とした。
【0160】式1:11(Si+Al)+0.85Cr
(Si+Al)+3.2Cr≧60 Si、CrおよびAlはパルス磁気応答性の改善に効果
的な元素であり、式1において指数が大きくなるととも
にパルス磁気応答性は著しく改善される。式1の指数が
60未満の場合、パルス磁気応答性が改善が十分でない
ので下限を60とした。
【0170】 式2:37Si+39Al+20Cr≦350 Si、CrおよびAlはパルス磁気応答性の改善に効果
的な元素であり、式2において指数が大きくなるととも
にパルス磁気応答性は著しく改善されるが、他方で磁束
密度は低下する。特に、式2の指数が350を越えると
磁束密度が低下し、必要な磁束密度を確保できなくなる
ので式2の指数の上限を350とした。
【0180】なお、Mn含有量については、0.5%以
下が望ましい。Mnは磁束密度を低下させる元素である
ので0.1%以下が望ましいが実際の製造性を考慮して
0.5%以下がよい。
【0190】
【実施例】次に本発明の特徴を従来鋼、比較鋼と比べて
実施例でもって明らかにする。表1には、これら供試鋼
の化学成分を示す。A〜Lは発明鋼である。M〜T鋼は
比較鋼であり、U〜V鋼は従来鋼である。
【0200】
【表1】
【0210】次に、表1の供試鋼について、900℃x
2Hr保持し、次いで冷却速度100℃/Hrという熱
処理を施した後、磁束密度およびパルス磁気応答性を測
定し、また加工性の試験を行いその結果を表2に示し
た。磁束密度については、直流型BHトレーサを用い
て、試験片として外径24φ、内径16φ、厚さ16m
mのリングを作製して磁束密度を測定した。
【0220】パルス磁気応答性については、外径10m
m、内径6mm、厚さ1mm、幅0.5mmのスリット
を設けたリング状試験片に、一次、二次の2つのコイル
を各々20ターン巻き、一次コイルにパルス電流を印可
し、デジタルオシロスコープにより二次電圧を測定、積
分することにより磁束密度を測定する。ここで印可した
パルス電流波形を図1に示す。
【0230】
【図1】
【0240】このときの磁束密度の最大値から(1−1
/e)x100%(63%程度に相当)低下するのに要
した時間、すなわち緩和時間(μsec)を測定したも
のである。この測定法の概念図を図2に示す。
【0250】
【図2】
【0260】加工性については、外径25mmに切削・
研磨後に万能試験機を用いて常温下で圧縮試験を行い、
試験片表面を目視で観察し、割れが発生したときの圧下
率が80%以上の場合は良好(○)とした。この結果を
表2に示す。
【0270】
【表2】
【0280】表2から知られるように、比較鋼であるM
鋼はパルス磁気応答性は優れているが、磁束密度および
加工性については劣っている。N鋼は磁束密度、加工性
は優れているがパルス磁気応答性は劣っている。O鋼は
パルス磁気応答性および加工性は優れているが、磁束密
度は劣っている。P鋼は磁束密度、加工性は優れている
がパルス磁気応答性は劣っている。Q鋼はパルス磁気応
答性および磁束密度は優れているが、加工性は劣ってい
る。
【0290】R鋼は磁束密度、加工性は優れているが、
パルス磁気応答性は劣っている。S鋼およびT鋼は、パ
ルス磁気応答性と加工性は優れているが磁束密度は劣っ
ている。
【0300】また比較鋼であるU鋼およびV鋼は、磁束
密度と加工性は優れているもののパルス磁気応答性は劣
っている
【0310】これらに対して、発明鋼A〜F鋼は、重量
比で、C+Nを0.020%以下、Siを0.1〜2.
0%、Alを1.0〜4.0%、Crを2.0〜7.0
%を含有することによって、また、さらにTiを0.0
1〜0.10%、Nbを0.01〜0.10%の1種ま
たは2種を含有することによって磁束密度(B20)は1
3000G以上で、パルス磁気応答性は14μsec以
下で、かつ加工性も良好である。
【0320】さらに発明鋼G〜L鋼はパルス磁気応答性
が13μsec以下であり、特にG鋼およびI鋼は1
1.5μsecと著しく優れている。
【0330】
【発明の効果】本発明は以上説明したように、Fe−S
i−Al−Cr合金系においてSi、Al、Crを適量
に複合添加し、CおよびNを極力低減させ、さらにはT
iあるいはNbを添加することによって、優れた磁束密
度、パルス磁気応答性、加工性を兼ね合わせ持つもので
ある。さらにSi、Al、Crの合金について式1:1
1(Si+Al)+0.85Cr(Si+Al)+3.
2Cr≧60、および式2:37Si+39Al+20
Cr≦350を満足することにより一層パルス磁気応答
性を改善したものである。本発明は、電子燃料噴射制御
装置等の電磁弁として使用されるパルス作動型磁芯部品
に最適な軟磁性材料である。また、近年の自動制御関連
に需要の多いパルスモーターの磁芯部品としても高い実
用性を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】印可した電流のパルス波形を示す図である。
【図2】パルス磁気応答性を測定する方法の概念図であ
る。
【表1】
【表1】

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量比で、C+N;0.020%以下、
    Si;0.1〜2.0%、Al;1.0〜4.0%、C
    r;2.0〜7.0%を含有し、残部はFeおよび不可
    避的な不純物からなることを特徴とするパルス磁気応答
    性に優れた軟磁性材料。
  2. 【請求項2】 重量比で、C+N;0.020%以下、
    Si;0.1〜2.0%、Al;1.0〜4.0%、C
    r;2.0〜7.0%を含有し、さらにTi;0.01
    〜0.10%、Nb;0.01〜0.10%の1種また
    は2種を含有し、残部はFeおよび不可避的な不純物か
    らなることを特徴とするパルス磁気応答性に優れた軟磁
    性材料。
  3. 【請求項3】 重量比で、C+N;0.020%以下、
    Si;0.1〜2.0%、Al;1.0〜4.0%、C
    r;2.0〜7.0%を含有し、Si、Al、Crは、 式1;11(Si+Al)+0.85Cr(Si+A
    l)+3.2Cr≧60 式2;37Si+39Al+20Cr≦350 を満足し、残部はFeおよび不可避的な不純物からなる
    ことを特徴とするパルス磁気応答性に優れた軟磁性材
    料。
  4. 【請求項4】 重量比で、C+N;0.020%以下、
    Si;0.1〜2.0%、Al;1.0〜4.0%、C
    r;2.0〜7.0%を含有し、さらにTi;0.01
    〜0.10%、Nb;0.01〜0.10%の1種また
    は2種を含有し、Si、Al、Crは、 式1;11(Si+Al)+0.85Cr(Si+A
    l)+3.2Cr≧60 式2;37Si+39Al+20Cr≦350 を満足し、残部はFeおよび不可避的な不純物からなる
    ことを特徴とするパルス磁気応答性に優れた軟磁性材
    料。
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