JPH108222A - 複合磁性部材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一つの部材において、強磁性部と非磁性部を
有する複合磁性部材における強磁性部の磁気特性を特に
改善した複合磁性部材を提供する。 【解決手段】 強磁性が得られるＣ：０.３５〜０.７５
％、Ｃｒ：１０〜１６％、Ｍｎ：７％以下、Ｃｕ：４％
以下、Ｎ：０.０５％以下、ＳｉおよびＡｌの１種もし
くは２種を２％以下含有し、残部実質的にＦｅよりなる
強磁性を有する素材を、部分的にオーステナイト変態温
度以上に加熱し冷却することにより、オーステナイトを
残留させ、強磁性部と非磁性部を形成する。強磁性部
は、最大透磁率μｍ２００以上とし、非磁性部は、オー
ステナイト組織を主体とする透磁率２以下、Ｍｓ点−１
０℃以下とする。合金元素としてＮｉを４％以下をＣｕ
＋Ｎｉ：６％以下を満足する範囲で含み得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は磁目盛等等に使用さ
れる一つの部材に強磁性部と非磁性部を設けた複合磁性
部材およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、非磁性部と強磁性部を検出して
物品の相対位置を検出する素材は、磁気目盛、あるいは
磁気スケールと呼ばれ一部実用化されている。この磁気
目盛を得る方法としては、特開昭６２−８３６２０号に
記載されるように、通常ではオーステナイト組織となる
が、加工によってマルテンサイト化する、いわゆる準安
定オーステナイト鋼に強加工を与え、強磁性を示す加工
誘起マルテンサイト組織に変態させ、次いで目盛となる
部分をレーザ等で加熱して、オーステナイト組織として
非磁性部を形成していた。

【０００３】また、本出願人等は、特開平７−１１３９
７号において、強加工を適用して強磁性化する準安定オ
ーステナイト鋼として、最適なニッケル当量、クロム当
量、平山当量を提示し、自動車の電磁弁にとって好まし
い磁気特性が得られる新しい複合磁性材料を提案した。
このような準安定オーステナイト鋼を使用した複合磁性
材料を利用すると、一つの部材に強磁性部と非磁性部が
形成できるため、気密性の確保、振動等による破損の防
止等の信頼性の確保という点で、強磁性体と非磁性体を
接合した部品よりも優れたものとなる。

【０００４】しかし、前述したような準安定オーステナ
イト鋼は、強磁性部の特性を高めるためには、高い加工
率を適用する必要がある。このような強加工を行うこと
は、製造工程の負荷を増大するとともに、強加工による
割れの発生等の問題が生じる可能性がある。また、上述
した強加工を行っても、最大透磁率μｍ１６０程度の磁
気特性しか得られないという問題があり、最大透磁率μ
ｍが２００以上のような強磁性部の磁気特性を特に重視
する場合問題となる。

【０００５】本発明の目的は、一つの部材において、強
磁性部と非磁性部を有する複合磁性部材における強磁性
部の磁気特性を特に改善した複合磁性部材およびその製
造方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述したよ
うな準安定オーステナイト鋼では、強磁性部の特性に限
界があることを見出し、新しい複合磁性部材を検討し
た。そして、通常マルテンサイトとなる合金において
も、オーステナイト変態温度以上からの冷却処理によ
り、非磁性組織であるオーステナイト組織を残留させる
ことができるという知見から、新しい複合磁性材料を検
討した。

【０００７】その結果、通常はマルテンサイトとなり強
磁性が得られるＣ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金に対して、オース
テナイトを安定化するのに有効な元素としてＣｕを選択
し、Ｃｕを４％以下添加することによって、部分的に加
熱冷却して得られる残留オーステナイトを安定化するこ
とができ、これによって部分的な非磁性部を得ることが
できることを見出し本発明に到達した。

【０００８】すなわち本発明は、質量％でＣ：０.３５
〜０.７５％、Ｃｒ：１０〜１６％、Ｍｎ：７％以下、
Ｃｕ：４％以下、Ｎ：０.０５％以下、ＳｉおよびＡｌ
の１種もしくは２種を２％以下含有し、残部実質的にＦ
ｅからなる組成を有し、かつ最大透磁率μｍ２００以上
の強磁性部と、オーステナイト組織を主体とする透磁率
２以下、Ｍｓ点（オーステナイト組織が、マルテンサイ
ト化する温度であり、この温度が高いほどオーステナイ
トが不安定であることになる。）が−１０℃以下の非磁
性部が形成された複合磁性部材である。また、本発明に
おいてはＮｉを４％を上限として、Ｃｕ＋Ｎｉで６％以
下添加することができる。

【０００９】上述した本発明の複合磁性部材は、上述し
た組成の素材を焼鈍し、最大透磁率μｍが２００以上の
強磁性組織を得た後、該強磁性組織の一部をオーステナ
イト変態開始温度以上に加熱した後、冷却してオーステ
ナイト組織を残留させ非磁性部を得ることにより製造す
ることができる。なお、オーステナイト変態開始温度以
上に加熱した後、冷却してオーステナイト組織を残留さ
せる方法としては、部分的に溶融凝固させる手段をとっ
ても良い。

【００１０】

【発明の実施の形態】上述したように、本発明は複合磁
性材料として特に優れた強磁性特性を有する強磁性部を
得ようとするものである。そのために、本発明において
は、通常は強磁性を示すＣ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金を選択
し、かつＣｕをオーステナイト安定化元素として添加し
たものである。以下、本発明で規定する元素の規定理由
を述べる。Ｃｕはオーステナイト組織を安定化するもの
であり、本発明において重要な元素である。Ｃｕの範囲
を４％以下としたのは、４％をこえたＣｕは、オーステ
ナイト変態点以上からの冷却処理において析出するた
め、非磁性化に対し有効な効果を示さないからである。

【００１１】なお、本発明は、オーステナイト組織を安
定化する元素としてＮｉを添加することも可能である。
Ｎｉはオーステナイト組織を安定化するのに有効な元素
であるが、Ｃｕに比較して高価である。また、焼鈍後の
０.２％耐力を高め、冷間での加工をＣｕよりも難しく
する。また強磁性部の磁気特性を低下させる元素でもあ
るため、添加量を制限する必要がある。本発明において
は、上記を考慮し、添加する場合のＮｉの上限は４％と
し、冷間での加工性および強磁性部の磁気特性を劣化し
ないために、Ｎｉを添加する場合にはＮｉ＋Ｃｕで６％
以下とした。

【００１２】Ｃは炭化物を形成し、本発明の基本となる
Ｃ−Ｃｒ−Ｆｅ系合金の基本的な強度を確保する元素と
して重要である。また、Ｃはオーステナイトの安定化に
も寄与する元素である。Ｃが０.３５％未満では、オー
ステナイト変態開始温度以上に加熱後冷却した際、透磁
率２以下、Ｍｓ点が−１０℃以下の安定な非磁性組織を
得ることが困難である。一方、０.７５％を超えると冷
間での加工が難しくなる。そのため、本発明において
は、Ｃの範囲を０.３５〜０.７５％に規定した。Ｃのよ
り望ましい範囲は、０.４５〜０.６５％である。

【００１３】Ｍｎは、脱酸元素として精錬のために添加
される他、オーステナイト組織を安定化する元素として
も作用する。Ｍｎの範囲を７％以下としたのは、７％を
超えると強磁性部の磁気特性が急激に低下し、また熱間
加工性が劣化するからである。

【００１４】Ｎを０.０５％以下としたのは、０.０５％
を超えると加工硬化の度合が大きくなり、成形性が劣化
してくるためである。Ｎはオーステナイト安定化元素で
あり、好ましくは０.０１％以上添加することによっ
て、非磁性部を一層安定化させることができる。

【００１５】Ｃｒはマトリックスに固溶すると共に、一
部は炭化物となり、本発明の機械的強度と耐食性を確保
する元素である。本発明においてＣｒの範囲を１０〜１
６％としたのは、１０％未満では耐食性が劣り、１６％
以上ではフェライト組織が安定化するため、非磁性部を
形成することが困難になるためである。なお、本発明に
おいては、ＳｉおよびＡｌの１種もしくは２種以上を合
計で２％以下含んでもよい。これらの元素は、脱酸元素
として精錬のために添加することができるものである。
なお、これらの元素は精錬過程で除去されるが、一部は
残留する。本発明においては、特に磁気特性を劣化しな
い範囲として、２％以下に制限する。

【００１６】上述した本発明の複合磁性部材の製造方法
の特徴は、上述した組成の素材を焼鈍し、最大透磁率μ
ｍ２００以上の強磁性組織を得た後、該強磁性組織の一
部をオーステナイト変態開始温度以上に加熱した後、冷
却してオーステナイト組織を残留させ非磁性部を得るこ
とである。この方法により、従来の準安定オーステナイ
ト鋼を使用する場合に得られなかった最大透磁率μｍ２
００以上の強磁性部と、オーステナイト組織を主体とす
る透磁率２以下、Ｍｓ点が−１０℃以下の非磁性部を併
せ持つ複合磁性部材を得ることができる。

【００１７】上述した強磁性部を得る際に行う素材の焼
鈍は、強磁性部の製造工程において残留する歪みの開放
を行うものであり、強磁性特性を高めるには、非磁性部
を得る前に予め行っておく必要がある。本発明における
強磁性部の最大透磁率μｍ２００以上は、強加工によっ
て強磁性を得る必要がある準安定オーステナイト鋼では
得ることのできないものである。本発明は、加熱冷却に
より残留するオーステナイトにより非磁性部の特性を確
保するものである。このオーステナイトは、冷却速度を
速めることでより多く残留させることが可能であり、オ
ーステナイトが安定して存在する温度域から急冷するこ
とが望ましい。実際には、空冷以上の冷却速度を確保で
きる冷却方法の適用が望ましく、水冷法あるいは油冷法
を適用することが望ましい。

【００１８】また、オーステナイトを残留させる方法と
しては、レーザービームやプラズマ加熱により部分的に
溶解させ凝固させる方法をとることも可能である。溶解
凝固する方法では、オーステナイトは極めて安定にな
り、非磁性部の磁気特性を確保する手法としては有効で
ある。このように、本発明においては、本来強磁性のマ
ルテンサイト組織となる鋼を利用するため、非磁性部の
特性の確保が重要である。非磁性部の特性は、上述した
合金組成とオーステナイトを残留するための加熱冷却処
理によって大きく変化する。複合磁性部材として有効な
非磁性部の磁気特性および安定性の指標として、本発明
においては、最大透磁率２以下、Ｍs点を−１０℃以下
と規定した。

【００１９】

【実施例】表１に示す組成の素材を、真空溶解にて１０
ｋｇの鋼塊を得た後、鍛造、熱間圧延を行い、板厚４．
０ｍｍとした。この材料をＡ３変態点以下で焼鈍した
後、酸化スケールを除去し、冷間圧延により板厚１．５
ｍｍとすることにより得た。

【００２０】

【表１】

【００２１】この素材の一部を高周波加熱によってＡ３
変態点以上の1150℃で１分間保持後、水冷し、強磁性を
有する素材にオーステナイト組織を主体とする非磁性部
を形成した。得られた複合磁性材料の磁気特性およびＭ
ｓ点の測定を行った。その結果を表２に示す。ここで、
強磁性部に対しては、Ｂ−Ｈループから最大透磁率μｍ
と磁束密度Ｂ4000（磁化の強さ4000(A/m)における磁束
密度）とを評価し、非磁性部に対しては、透磁率計によ
って測定した透磁率μと微量走査型熱量によって測定し
たＭｓ点とを評価した。また、加工性を評価するため
に、上述した素材を得る工程の途中の熱間圧延後の材料
から試料を採取して、引っ張り試験を行い０．２％耐力
を測定した。この結果を表２に併せて示す。

【００２２】

【表２】

【００２３】表２に示すように、Ｃｕ４％以下またはＣ
ｕ＋Ｎｉ量を６％以下とした本発明の試料は、すべて強
磁性部において、最大透磁率が２００を越え、４０００
（Ａ／ｍ）における磁束密度も１（Ｔ）を越える優れた
強磁性が得られると共に、非磁性部においても透磁率が
２以下となり、Ｍs点も−１０℃以下と安定したものと
なったことを確認できた。また、本発明の試料１と、Ｃ
ｕを添加せずＣｕのかわりにオーステナイト組織を安定
化するためにＮｉを多く添加した以外は試料１と同等の
組成を有する比較例１１とを比較すると、強磁性化状態
および非磁性状態における磁気特性はほぼ同等である
が、比較例１１は耐力値が本発明例よりも高くなってい
る。このことから、加工性を高めて同等の磁気特性を得
るという点において、オーステナイト安定化元素として
はＮｉよりもＣｕの方が好ましいことがわかる。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、準安定オーステナイト
鋼ではなく、Ｃｕを適量添加したＣ−Ｃｒ−Ｆｅ合金を
使用することにより、強加工を行うことなく特に強磁性
部の特性に優れた複合磁性材料を得ることができる。従
って、従来のような極めて厳しい加工条件を適用するこ
とがなくなり、製造上の効率向上に極めて有効である。
また、本発明においては強磁性部の磁気特性に優れてい
るため、磁気回路におけるポールピースのような磁路形
成材料としても有効である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量％でＣ：０.３５〜０.７５％、Ｃ
   ｒ：１０〜１６％、Ｍｎ：７％以下、Ｃｕ：４％以下、
   Ｎ：０.０５％以下、ＳｉおよびＡｌの１種または２種
   を合計で２％以下含有し、残部実質的にＦｅからなる組
   成を有し、かつ最大透磁率μｍ２００以上の強磁性部
   と、オーステナイト組織を主体とする透磁率２以下、Ｍ
   ｓ点−１０℃以下の非磁性部とが形成されていることを
   特徴とする複合磁性部材。
2. 【請求項２】 質量％でＮｉを４％以下含み、かつＣｕ
   ＋Ｎｉ：６％以下である請求項１に記載の複合磁性部
   材。
3. 【請求項３】 質量％でＣ：０.３５〜０.７５％、Ｃ
   ｒ：１０〜１６％、Ｍｎ：７％以下、Ｃｕ：４％以下、
   Ｎ：０.０５％以下、ＳｉおよびＡｌの１種または２種
   を合計で２％以下含有し、残部実質的にＦｅからなる組
   成を有する素材を焼鈍し、最大透磁率μｍ２００以上の
   強磁性部を得た後、該強磁性組織の一部をオーステナイ
   ト変態点以上に加熱した後、冷却してオーステナイト組
   織を残留させ非磁性部を得ることを特徴とする複合磁性
   部材の製造方法。
4. 【請求項４】 素材は質量％でＮｉを４％以下含み、か
   つＣｕ＋Ｎｉ：６％以下であることを特徴とする請求項
   ３に記載の複合磁性部材の製造方法。