JPH09263902A

JPH09263902A - 加工性を改善した高硬度軟磁性部品用ステンレス鋼素材

Info

Publication number: JPH09263902A
Application number: JP9620396A
Authority: JP
Inventors: Toshihiko Takemoto; 敏彦武本; Hiroshi Morikawa; 広森川; Ryuji Hirota; 龍二広田; Koji Seto; 孝二瀬戸
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1996-03-26
Filing date: 1996-03-26
Publication date: 1997-10-07
Anticipated expiration: 2016-03-26
Also published as: JP3664539B2

Abstract

(57)【要約】【課題】部品加工時には軟質で加工性に富み、部品完
成時には硬質で耐久性に富むという、いわば硬度の２面
的性質を有する軟磁性材料を提供する【解決手段】重量％で、Ｃ：0.004〜0.070％，Ｓｉ：
0.1〜1.5％未満，Ｍｎ：1.0％以下，Ｃｒ：9.0〜17.0
％，Ｎ：0.004〜0.070％，Ｎｉ：0〜1.0％，Ａｌ：0〜
1.0％，Ｔｉ：0〜1.0％を含み、残部がＦｅおよび不可
避的不純物からなる化学組成を有し、部品加工時にはマ
ルテンサイト相が５容量％未満で残部が実質的にフェラ
イト相からなる金属組織を有する、Ｈｖが１４０未満の
軟質な特性を示し、部品使用時にはマルテンサイト量が
５〜２２容量％，硬度Ｈｖが１４０以上，磁束密度Ｂ₁₀
が６０００Ｇ以上の特性となる、加工性を改善した高硬
度軟磁性部品用ステンレス鋼素材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種リレー鉄心，
各種モーターのヨーク部品等の高磁束密度および高硬度
を必要とする軟磁性部品に用いる、加工性を改善したス
テンレス鋼およびステンレス鋼素材に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】各種リレー鉄芯や各種モーターのヨーク
等の部品特性は、その材料の磁束密度に大きく依存する
ことがよく知られている。従来よりこれらの用途には、
磁束密度が十分に大きい電磁軟鉄（ＳＵＹＰ）や亜鉛め
っき鋼鈑（ＳＥＣＰ）などが広く用いられてきた。

【０００３】ところが、電磁軟鉄は磁束密度が高い反
面、リレー鉄芯やモーターのヨーク等の部品として使用
する場合にはそのままでは耐食性に劣るので、通常は部
品加工後にＮｉめっきやユニクロメッキめっきを施した
ものが使用される。めっき処理を施した場合、それによ
りコストが上昇し、磁気特性もある程度劣化するといっ
た不都合を招く。また、めっき製品においてはめっき厚
がばらつくことがある程度は避けられず、その結果、リ
レー特性やモーター特性がばらつく原因にもなる。この
ため、磁性材料にとってめっき処理を行うことは必ずし
も好ましいことではなく、より耐食性の高い材料を使用
することが望ましい。

【０００４】電磁軟鉄はまた、軟質であるため部品への
加工性が良好であるという利点を有する反面、リレー鉄
芯に使用した場合などではスイッチングの接触部が磨耗
し易いという欠点がある。また、モーターは近年小型化
の傾向にあり、それに伴いヨーク部も薄肉化の要求があ
るが、電磁軟鉄のように軟質な材料を薄肉化したヨーク
部に用いることはヨークの構造強度上問題がある。この
ため、これらの用途においては、より硬質な材料が求め
られてきた。

【０００５】磁束密度がある程度高く、耐食性にも優れ
ている軟磁性材料として、Ｆｅ−Ｃｒ系合金が知られて
いる。例えば、特開昭６１−２７２３５２号では、Ｃｒ
を５．５〜１１．５％含有させて耐銹性を改善し、さら
にＳｉを１．５〜３．５％含有させて高硬度化を図った
軟磁性鋼板を開示している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、リレー鉄芯
やモーターのヨーク等の磁性部品は通常、打ち抜きある
いはプレス等の加工を経て所望の形状に成形される。こ
のため、成形性の観点からはできるだけ軟質な材料が望
まれる。すなわち、硬質な材料では打ち抜き部の品質あ
るいはプレス加工性において問題を生じやすく、また、
金型寿命にも悪影響を及ぼす。前述の特開昭６１−２７
２３５２号の材料はＳｉを１．５％以上添加するするこ
とで高硬度を得ているので、成形加工の時点においてす
でに硬度が高く、「加工性」という点に関しては必ずし
も十分な特性を有しているとは言えない。

【０００７】このように、従来の磁性材料では、「加工
性」を重視すれば軟質となって「部品の耐久性」に欠
け、逆に「部品の耐久性」を重視すれば硬質となって
「加工性」に欠けてしまう。これら両特性を同時に満足
するような磁性材料は見当たらず、材料選択に際しては
いずれかの特性を犠牲にせざるを得ないのが現状であ
る。本発明は、このような相反する特性をともに発揮し
うる汎用性の高い磁性材料を提供するものである。具体
的には、めっき処理を施すことなく十分な耐食性を示す
材料であって、打ち抜きあるいはプレス加工時において
は軟質であり、かつ、リレー鉄芯，モーターヨーク等の
部品として使用される時には高硬度を示すという、いわ
ば特性に２面性をもった磁性材料を提供することを目的
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記目的は、重量％で、
Ｃ：０．００４〜０．０７０％，Ｓｉ：０．１〜１．５
％未満，Ｍｎ：１．０％以下（０％を含まず），Ｃｒ：
９．０〜１７．０％，Ｎ：０．００４〜０．０７０％，
Ｎｉ：０〜１．０％（無添加を含む），Ａｌ：０〜１．
０％（無添加を含む），Ｔｉ：０〜１．０％（無添加を
含む）を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からな
る化学組成を有し、マルテンサイト相が５容量％未満
（０％を含む）、残部が実質的にフェライト相からなる
金属組織を有し、かつ、硬度Ｈｖが１４０未満の軟質な
鋼素材であって、真空下で磁気焼鈍後空冷したとき、マ
ルテンサイト量が５〜２２容量％，硬度Ｈｖが１４０以
上，磁束密度Ｂ₁₀が６０００Ｇ以上となる、加工性を改
善した高硬度軟磁性部品用ステンレス鋼素材によって達
成される。

【０００９】ここで「鋼素材」とは、磁性部品としての
所望の形状に成形加工する前の段階の材料を意味し、そ
の形状は用途に応じて種々のものが考えられるが、例え
ば鋼板や棒状の材料が挙げられる。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明者らは、耐食性の良好なＦ
ｅ−Ｃｒ系合金において、材料の硬度を決定付ける要因
として、金属組織に着目した。すなわち、同一組成の合
金においても硬度の異なる複数の相の存在割合を変化さ
せることができれば、材料の硬度をコントロールするこ
とができる。Ｆｅ−Ｃｒ系合金においては、硬質のマル
テンサイト相と軟質のフェライト相の比率を変えること
が有効な手段となる。本発明者らの詳細な研究の結果、
Ｆｅ−Ｃｒ系合金において、その化学組成を特定範囲に
限定したとき、部品加工後に通常行われる最終的な熱処
理（いわゆる磁気焼鈍）によって、磁気特性を付与する
とともに硬度を上昇させることが可能であることがわか
った。すなわち、加工時においてはマルテンサイト量が
少なく軟質であるが、磁気焼鈍によって適量のマルテン
サイト相を生成させ、その結果、磁気特性を損なうこと
なく高硬度化を図った部品を得ることができる。以下、
本発明を特定するための事項について説明する。

【００１１】本発明者らは、請求項１に示した範囲の化
学組成を有するＦｅ−９〜１７％Ｃｒ合金について、熱
処理後のマルテンサイト量とビッカース硬さの関係を調
査した。その結果、図１に示すように、マルテンサイト
量の増加に伴ってほぼ直線的に硬度が上昇することがわ
かった。そして、前記組成範囲の合金であれば、マルテ
ンサイト量が５容量％以上で硬さＨｖが１４０以上の硬
質な特性を示す、換言すればマルテンサイト量が５％容
量未満のときには硬さＨｖが１４０未満の軟質な特性を
示すことがわかった。

【００１２】このＨｖ１４０という値の硬さは、リレー
鉄芯，モーターヨーク等の軟磁性部品に用いるＦｅ−９
〜１７％Ｃｒ合金にとって重要な意味を持つ値である。
すなわち、「部品の耐久性」を考慮したとき、Ｈｖ１４
０以上の硬度があれば耐磨耗性等の特性において満足で
きる耐久性を示す。しかしＨｖ１４０未満では従来の電
磁軟鉄と比べても耐久性の向上効果は少ない。一方、こ
れらの部品に加工する際の「加工性」（プレス金型の寿
命等）を考慮したときには、Ｈｖ１４０未満の軟質な特
性が要求される。Ｈｖ１４０以上の硬質な材料を加工し
た場合、特にプレス金型の寿命が急激に低下し、大量生
産を行ううえで極めて不利となる。

【００１３】ところで、図１からマルテンサイト量を増
加させると耐久性の高い高硬度の部品が得られることが
わかったが、軟磁性部品である以上、やみくもにマルテ
ンサイト量を増加させることはできない。つまり、マル
テンサイト量が増加するに伴って磁束密度が低下するか
らである。本発明者らは、さらに前記組成範囲のＦｅ−
Ｃｒ系合金について、マルテンサイト量と磁束密度の関
係を調査した。その結果、図２に示すように、マルテン
サイト量が増加するとほぼ直線的に磁束密度が低下する
ことがわかった。

【００１４】リレー鉄芯，モーターヨーク等の用途にお
ける軟磁性部品で、しかも薄肉化した部品に適用する場
合、磁束密度Ｂ₁₀が６０００Ｇ（ガウス）以上でなくて
は高性能の部品を得ることは難しい。図２から判るよう
に、前記組成範囲のＦｅ−Ｃｒ系合金では金属組織中の
マルテンサイト量を２２容量％以下に抑えたとき磁束密
度Ｂ₁₀を６０００Ｇ以上に維持できる。

【００１５】次に、本発明のステンレス鋼が有する硬度
の２面的特性について説明する。本発明の鋼は、後述す
るように、一般的に行われている磁気焼鈍（約９００℃
前後）を受けることによってマルテンサイト量が５〜２
２容量％の間になるように、その化学組成が規定されて
いる。そして、このような化学組成範囲の鋼は、より低
温での焼鈍によってマルテンサイト量を５容量％未満に
調整することができるのである。すなわち、加工前の素
材を製造する段階では磁気焼鈍より低温（例えば約７３
０〜８９０℃）の焼鈍を行ってマルテンサイト量を５容
量％未満に抑えることで、軟質な加工性の良い素材を得
ることができる。そして、加工後に磁気焼鈍を施すこと
によって、磁気焼鈍の本来の目的である磁気特性の付与
を達成するとともに、マルテンサイト量を５〜２２容量
％の範囲とした硬質な耐久性のある部品を得ることがで
きる。

【００１６】このように焼鈍温度によって金属組織中の
マルテンサイト量をコントロールすることができるの
は、高温で出現する変態相が温度によって異なった形態
をとるためであり、化学組成によってその高温変態の仕
方は微妙に影響を受ける。本発明で規定した化学組成範
囲は、リレー鉄芯，モーターヨーク等の軟磁性部品用途
に適用することを前提として、前述のとおり加工性およ
び部品耐久性の両面から臨界的な意味を持つ「Ｈｖ１４
０」という硬度と、部品段階で要求される６０００Ｇ以
上の磁束密度Ｂ₁₀を考慮して、最適化を図ったものであ
る。

【００１７】本発明で提供する鋼素材は、マルテンサイ
ト量を５容量％未満に抑えてＨｖ１４０未満の軟質な特
性に調整されている。したがって、その鋼素材は部品へ
の加工が容易で、金型寿命を延ばすため大量生産に適す
る。そして、この軟質な鋼素材は、通常の工程で採用さ
れる磁気焼鈍を受けることによってマルテンサイト量が
５〜２２容量％の範囲となり、その結果、硬度がＨｖ１
４０以上、かつ磁束密度Ｂ₁₀が６０００Ｇ以上の特性を
示すようになるという性質を潜在的に有している。

【００１８】通常の工程で採用される磁気焼鈍を受ける
ことによって上記特性を示すような素材であるか否か
は、一例として真空下で９００℃×１時間加熱して空冷
したのちマルテンサイト，硬度，磁束密度を測定する試
験法によって評価することができる。「真空下で９００
℃×１時間加熱して空冷する」という熱処理は、この種
の磁性部品について行う通常の磁気特性条件を最も良く
代表している条件である。このような試験法に従ったと
きに、マルテンサイト量が５〜２２容量％，硬度Ｈｖが
１４０以上，磁束密度Ｂ₁₀が６０００Ｇ以上となる素材
であれば、既存の磁気焼鈍設備をそのまま利用して、耐
久性のある部品を得ることが可能である。

【００１９】次に、本発明の対象となる鋼の成分元素に
ついて説明する。Ｃ：マルテンサイト生成元素であり、本発明鋼の硬度を
得るうえで必要な元素である。しかし、過剰に添加する
と磁気特性および耐食性を劣化させるため、Ｃの含有量
は０．００４重量％以上０．０７０重量％以下に限定し
た。

【００２０】Ｓｉ：磁気特性を向上させるのに有効に作
用する元素である。磁気特性を付与するために０．１重
量％以上を含有する必要がある。しかし１．５重量％以
上では部品加工時の硬度が増加し、打ち抜きあるいはプ
レス加工が困難となる。したがって、Ｓｉの含有量は
０．１重量％以上１．５重量％未満に限定した。

【００２１】Ｍｎ：製鋼時の脱酸に必要な元素である
が、磁気特性を劣化させるため上限を１．０重量％とし
た。

【００２２】Ｎ：Ｃと同様、マルテンサイト生成元素で
ある。しかし、過剰に添加すると磁束密度を劣化させる
ためＮの含有量は０．００４重量％以上０．０７０重量
％以下に限定した。

【００２３】Ｃｒ：リレー鉄芯，モーターヨーク等の部
品用途では、その耐食性を確保するのに必要な元素であ
り、この意味から９．０重量％以上含有する必要があ
る。しかし、Ｃｒを多量に含有させると磁束密度が低下
する。したがって、その上限を１７．０重量％とした。

【００２４】Ｎｉ：マルテンサイト生成元素であり、本
発明鋼の硬度を得るうえで有効な元素である。しかし、
磁束密度の低下を招くため上限を１．０重量％とした。

【００２５】ＡｌおよびＴｉ：鋼の脱酸剤として有効な
元素であり、脱酸にともなって不純物を低減することに
より、磁気特性を向上させる。しかし、過剰に添加する
と磁束密度が低下するため、それぞれ上限を１．０重量
％とした。

【００２６】Ｐ：磁気特性を劣化させる不純物元素であ
るため、その含有量を０．０４重量％以下に制限するこ
とが望ましい。Ｓ：磁気特性を著しく劣化させる不純物元素であるた
め、低く抑える必要がある。本発明では、Ｓ含有量は
０．０１重量％以下に制限することが望ましい。

【００２７】

【実施例】表１に供試鋼の化学成分値（重量％）を示
す。これらのうちＡ１〜Ａ６鋼は本発明で規定する化学
組成を有する鋼であり、Ｂ１〜Ｂ３鋼は比較鋼である。
いずれの鋼も溶解、熱間圧延、冷間圧延を経たのち、８
３０℃×０分の焼鈍を施し、酸洗して板厚０．４ｍｍの
鋼板とした。これらの鋼板から「鋼素材」としての特性
を評価するための試料を採取し、マルテンサイト量とビ
ッカース硬さを測定した。マルテンサイト量の測定は、
鋼板素材のＬ断面の金属組織観察を行って、ポイントカ
ウント法で面積率を求める方法で行った。またビッカー
ス硬さの測定は、鋼板素材の表面について荷重１kgfで
行った。

【００２８】

【表１】

【００２９】次に、これら各鋼板素材から外径４５ｍ
ｍ，内径３３ｍｍのリング試験片を切り出し、真空下で
９００℃×１ｈ加熱して常温まで空冷するという熱処理
（磁気焼鈍に相当する）を施した。これらの試験片につ
いて、磁束密度Ｂ₁₀を測定し、さらにＬ断面の金属組織
の観察を行って上記と同様の方法でマルテンサイト量を
測定した。また、上記と同様の方法でビッカース硬さを
測定した。

【００３０】さらに、前記の鋼板素材から３０ｍｍ角の
試料を切り出し、上記のリング試験片と同じ条件で熱処
理を施し、これらの試料についてＪＩＳＺ２３７１に準
拠した２４時間の塩水噴霧試験により耐食性を調査し
た。

【００３１】表２に試験結果を示す。本発明で規定する
化学組成を有するＡ１〜Ａ６鋼は、磁気焼鈍に相当する
熱処理を行う前の素材の段階では軟質であり、打ち抜き
あるいはプレス加工も容易に行うことが可能なものであ
る。そして、磁気焼鈍に相当する熱処理を施すことによ
って硬度がＨｖ１４０以上に上昇し、しかも磁束密度Ｂ
₁₀は６０００Ｇ以上を示し、加えて耐食性も良好であ
る。したがって、これらの本発明対象鋼は、リレー鉄
芯，モーターヨーク等の軟磁性部品としてふさわしい特
性を発現するものであると言える。なお、表２中、耐食
性の評価は、目視判定によりほとんど発錆しないものを
○、点錆が軽く分布しているものを△、面積率で１０％
以上の錆が発生したものについては×で示した。

【００３２】

【表２】

【００３３】これに対し、比較鋼であるＢ１鋼は高磁束
密度を有するが、磁気焼鈍に相当する熱処理後も硬度が
低い。Ｂ２，Ｂ３鋼は磁気焼鈍に相当する熱処理後に高
硬度を示すが、マルテンサイト量が２２％を越えている
ため、磁束密度Ｂ₁₀が低い。また、Ｂ３鋼はＣｒ含有量
が低いため、耐食性にも劣る。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、部品加工時には軟質で
加工性に富み、部品完成時には硬質で耐久性に富むとい
う、いわば硬度の２面的性質を有する軟磁性材料を提供
することが可能となった。そして、本発明により、各種
リレー鉄芯、および各種モーターのヨーク部品を大量生
産するのに適した素材が提供される。したがって本発明
は、これらの用途において、高性能化を図った高硬度軟
磁性部品の普及に寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ｆｅ−９〜１７％Ｃｒ合金における、マルテン
サイト量とビッカース硬さの関係を表すグラフ。

【図２】Ｆｅ−９〜１７％Ｃｒ合金における、マルテン
サイト量と磁束密度Ｂ₁₀の関係を表すグラフ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者瀬戸孝二山口県新南陽市野村南町4976番地日新製鋼株式会社技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ：０．００４〜０．０７０
％，Ｓｉ：０．１〜１．５％未満，Ｍｎ：１．０％以下
（０％を含まず），Ｃｒ：９．０〜１７．０％，Ｎ：
０．００４〜０．０７０％，Ｎｉ：０〜１．０％（無添
加を含む），Ａｌ：０〜１．０％（無添加を含む），Ｔ
ｉ：０〜１．０％（無添加を含む）を含み、残部がＦｅ
および不可避的不純物からなる化学組成を有し、マルテンサイト相が５容量％未満（０％を含む）、残部
が実質的にフェライト相からなる金属組織を有し、かつ、硬度Ｈｖが１４０未満の軟質な鋼素材であって、真空下で磁気焼鈍後空冷したとき、マルテンサイト量が
５〜２２容量％，硬度Ｈｖが１４０以上，磁束密度Ｂ₁₀
が６０００Ｇ以上となる、加工性を改善した高硬度軟磁
性部品用ステンレス鋼素材。