特許 5730153 固有抵抗が高く、被削性、磁化特性の優れた電磁鋼

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5730153

(24)【登録日】2015年4月17日

(45)【発行日】2015年6月3日

(54)【発明の名称】固有抵抗が高く、被削性、磁化特性の優れた電磁鋼

(51)【国際特許分類】

   C22C 38/00 20060101AFI20150514BHJP

   C22C 38/60 20060101ALI20150514BHJP

   H01F 1/16 20060101ALI20150514BHJP

【ＦＩ】

   C22C38/00 303U

   C22C38/60

   H01F1/16 A

【請求項の数】1

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2011-167219(P2011-167219)

(22)【出願日】2011年7月29日

(65)【公開番号】特開2013-28855(P2013-28855A)

(43)【公開日】2013年2月7日

【審査請求日】2013年9月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000180070

【氏名又は名称】山陽特殊製鋼株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101085

【弁理士】

【氏名又は名称】横井 健至

(74)【代理人】

【識別番号】100134131

【弁理士】

【氏名又は名称】横井 知理

(72)【発明者】

【氏名】庄 篤史

(72)【発明者】

【氏名】中間 一夫

【審査官】 佐藤 陽一

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６３−１２５６３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−００２３８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０９３８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０４５３５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２７４３６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２９９３０３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｃ ３８／００−３８／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

質量％で、Ｃ：≦０．０２％、Ｓｉ：１．９〜３．２％ 、Ｍｎ：０．２〜０．５％、Ｐ：≦０．０３０％、Ｓ：０．０１０〜０．０４０％、Ｃｒ：６〜１０％、Ａｌ：≦０．８％、Ｔｉ：＜０．０２、Ｎ：≦０．０１％、Ｔｅ：０．００６〜０．０２０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなり、かつ、ＳｉとＡｌ、ＴｅとＳの関係が、Ｓｉ＋Ａｌ＝１．９〜３．２％、Ｔｅ／Ｓ＝０．２〜１．０およびＳ＋（Ｔｅ／４）＝０．０１０〜０．０４０％の３式を共に満足し、保磁力Ｈｃが８０Ａ／ｍ以下であることを特徴とする固有抵抗が高く、被削性および磁化特性に優れた電磁鋼。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、ソレノイド、電磁弁などの各種の電磁アクチュエーターや電磁センサーに使用される固有抵抗が高く、被削性および磁化特性に優れた電磁鋼に関する。

【背景技術】

【0002】

電磁鋼は、軟磁性である性質が利用されて、主に電磁弁や電磁センサーなどの部品に利用されている。これらの部品は基本的に形状が小さいので、このための電磁鋼材には、優れた磁化特性が求められる。また、高い生産性で部品をより正確な寸法に加工するために、この電磁鋼材には、優れた被削性も兼備していることが求められている。また、この部品は、小さな孔をドリルで空ける事例が多く、被削性の中でもドリル穿孔性が特に求められている。

【0003】

従来、電磁鋼として、部品加工前と部品加工後の材料の結晶粒度をそれぞれ最適化し、磁気特性に優れた快削耐食軟磁性材料が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、この発明で示されている材料の磁化特性の保磁力Ｈｃは６４〜１１９Ａ／ｍであり、とりわけ優れたものではなく、改善の余地があった。

【0004】

さらに、切削中にできる構成刃先の表面をＡｌ₂Ｏ₃よりも硬度が高くなるように材料成分を設定し、さらに、鋼中のＡｌ₂Ｏ₃を微細分化し、さらにＣａ系硫化物を形成させることで、飛躍的に被削性を改善した高固有抵抗を有する電磁鋼が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。しかし、この発明は、工具寿命を飛躍的に向上させたものである。穿孔性を飛躍的に改善するためにはＰｂやＢｉの低融点金属を添加する必要があり、改善の余地があった。

【0005】

また、さらに、Ｓ、Ｐｂ、Ｓｅ、Ｔｅ及びＢｉを単独または複合添加して、被削性に優れ、室内環境において十分な耐食・耐侯性に優れた材料が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。しかし、この発明は、単にＳあるいはＰｂを多く含有させることで被削性を改善したものであり、磁化特性を考慮して検討されたものではなかった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０００−３１３９４４号公報

【特許文献2】特開２００７−３１４８３０号公報

【特許文献3】特開平６−２２８７１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

一般に、電磁鋼の磁化特性を向上させるには、主として、Ｃ、Ｓ及びＮなどの不純物元素を低減したり、材料の結晶方位を調整することで、高い磁束密度を得る手法と、ＳｉやＡｌを添加して鉄損を小さくする手法とがある。一方、電磁鋼の被削性を向上させるには、主として、ＰｂやＳなどの快削性元素を添加する手法がある。ところで、Ｐｂは磁化特性を悪化させずに被削性を向上する有効な元素であるものの、人体に有害な元素であるので、添加に規制値が設けられ、今後さらに厳しい規制値が求められるものと予想される。そのため、今後は比較的環境に安全な元素であるＳを利用した快削電磁鋼が求められるものと考えられる。しかし、Ｓは磁化特性を悪化させる代表的な元素で、Ｐｂ快削電磁鋼と同等の特性を有したＳ快削電磁鋼は未だ開発されていない。

【0008】

そこで、本願発明が解決しようとする課題は、環境に配慮してＰｂを含有せずに、Ｓを利用してＰｂ添加鋼並の優れたドリル穿孔性を有する、磁化特性に優れた高固有抵抗電磁鋼を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題を解決するための本発明の手段は、請求項１の発明では、質量％で、Ｃ：≦０．０２％、Ｓｉ：１．９〜３．２％ 、Ｍｎ：０．２〜０．５％、Ｐ：≦０．０３０％、Ｓ：０．０１０〜０．０４０％、Ｃｒ：６〜１０％、Ａｌ：≦０．８％、Ｔｉ：＜０．０２、Ｎ：≦０．０１％、Ｔｅ：０．００６〜０．０２０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなる鋼であって、かつ、この鋼は上記のうちＳｉとＡｌ、ＴｅとＳの関係が、Ｓｉ＋Ａｌ＝１．９〜３．２％、Ｔｅ／Ｓ＝０．２〜１．０、Ｓ＋（Ｔｅ／４）＝０．０１０〜０．０４０％の３式を共に満足し、保磁力Ｈｃが８０Ａ／ｍ以下であることを特徴とする固有抵抗が高く、被削性および磁化特性に優れた電磁鋼である。

【0010】

上記電磁鋼の化学成分の限定理由を以下に説明する。なお、％は質量％で示す。

【0011】

Ｃ：≦０．０２％
Ｃは、不可避的に含有されるが、０．０２％を超えて多く含有すると磁化特性が悪化する。そこで、Ｃは０．０２％以下とする。

【0012】

Ｓｉ：１．９〜３．２％
Ｓｉは、鋼の固有抵抗を向上させるために１．９％以上とする必要がある。しかし、３．２％より多く含有すると靱性が悪化する。そこで、Ｓｉは１．９〜３．２％とする。

【0013】

Ｍｎ：０．２〜０．５％
Ｍｎは、Ｓ、Ｔｅと共にＭｎＴｅ−ＭｎＳを生成させて、被削性と磁化特性を同時に向上させるため、０．２％以上が必要である。しかし、０．５％より多く含有すると逆に磁化特性が悪化する。そこで、Ｍｎは０．２〜０．５％とする。

【0014】

Ｐ：≦０．０３０％
Ｐは、不可避的に含有されるが、０．０３０％を超えて多く含有すると磁化特性が悪化する。そこで、Ｐは０．０３０％以下とする。

【0015】

Ｓ：０．０１０〜０．０４０％
Ｓ は、Ｍｎと共にＭｎＳを生成させ、被削性を向上させるために０．０１０％以上が必要である。しかし、０．０４０％より多く含有すると磁化特性が悪化する。そこで、Ｓは０．０１０〜０．０４０％ とする。望ましくは０．０１５〜０．０３５％とする。

【0016】

Ｃｒ：６〜１０％
Ｃｒは、耐食性を向上させるために６％以上とする必要がある。しかし、１０％より多く含有すると靱性が悪化する。そこで、Ｃｒは６〜１０％とする。

【0017】

Ａｌ：≦０．８％
Ａｌは、鋼の固有抵抗を向上させるために必要な元素である。しかし、０．８％を超えて多く含有すると靱性が悪化する。そこで、Ａｌは０．８％以下とする。

【0018】

Ｔｉ：＜０．０２％
Ｔｉは、不可避的に含有されるが、多く含有すると炭窒化物が生じて被削性と靱性が悪化する。そこで、Ｔｉは０．０２％未満とする。

【0019】

Ｎ：≦０．０１％
Ｎは、不可避的に含有されるが、０．０１％を超えて多く含有すると磁化特性が悪化する。そこで、Ｎは０．０１％以下とする。

【0020】

Ｔｅ：０．００６〜０．０２０％
Ｔｅ は、磁化特性と被削性を同時に著しく向上させるため、０．００６％以上が必要である。しかし、０．０２０％より多く含有すると熱間加工性が悪化する。そこで、Ｔｅは０．００６〜０．０２０％ とする。

【0021】

本願発明は、上記の化学成分におけるＳｉおよびＡｌの各含有量並びにＴｅおよびＳの次の３式からなる関係式を共に満足することを必須とする。

【0022】

Ｓｉ＋Ａｌ＝１．９〜３．２（％）・・・・（１）
ＳｉとＡｌの合計量は、鋼の固有抵抗を向上させるために１．９％以上とする必要があるが、３．２％より多いと靱性が悪化する。そこで、Ｓｉ＋Ａｌの合計量はＳｉ＋Ａｌ＝１．９〜３．２（％）・・・・（１）を満足するものとする。

【0023】

Ｔｅ／Ｓ＝０．２〜１．０・・・・（２）
ＴｅとＳは同時に含有するものとするが、ＴｅとＳの含有量の比は、磁化特性を著しく向上させるために０．２以上とする。しかし、１．０を超えると磁化特性が悪化する。そこで、ＴｅとＳの比はＴｅ／Ｓ＝０．２〜１．０・・・・（２）を満足するものとし、望ましくはＴｅ／Ｓ＝０．３〜０．９とする。

【0024】

Ｓ＋（Ｔｅ／４）＝０．０１０〜０．０４０（％）・・・・（３）
上記のようにＳとＴｅは共に被削性を向上させる元素であるが、上記のようにＳとＴｅを同時に含有するとき、ＳとＴｅの総量を規定する必要があり、その合計量を０．０１０〜０．０４０％とする。この合計量が０．０１０％未満では被削性が向上せず、０．０４％を超えると磁化特性が悪化する。そこで、Ｓ＋（Ｔｅ／４）＝０．０１０〜０．０４０（％）・・・・（３）を満足するものとする。

【発明の効果】

【0025】

以上の構成としたことで、本発明の電磁鋼は、環境に配慮してＰｂを含有せずに、Ｓを利用してＰｂ添加鋼並の優れたドリル穿孔性を有する、磁化特性に優れた高固有抵抗電磁高となり、ソレノイド、電磁弁などの各種の電磁アクチュエーターや電磁センサーに使用され、被削性および磁化特性に優れている。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明におけるＡｌとＳｉの含有量およびＡｌとＳｉの関係式のグラフとを共に満足する範囲を示す図である。

【図2】本発明におけるＴｅとＳの含有量およびＴｅとＳの関係式のグラフとを共に満足する範囲を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

本願発明の実施の形態を記載するに先立って、本願発明の原理について以下に説明する。

【0028】

Ｔｅは一般的に、ＭｎＴｅ−ＭｎＳの低融点共晶を生じさせ、切削抵抗とドリル寿命を大幅に改善させる元素として知られている。これは、共晶化合物によるＭｎＳの球状化効果によるものと考えられている。この球状化は、共晶化合物がＭｎＳの周りを覆い、熱間加工の際に潤滑作用が働いて、ＭｎＳの変形が抑制されることで起こるものと知られている。また、Ｔｅは、含有量が過剰でなければ、磁気特性を低下させずに被削性を改善する元素として知られており、磁化特性を飛躍的に改善させる効果があるとは認識されていない。そこで、この磁化特性に及ぼすＴｅの影響を鋭意検討した結果、Ｓの含有量を最小限に留め、同時にＴｅをごく微量含有させた場合、被削性に加えて磁化特性が飛躍的に向上することを発明者らは見出した。

【0029】

上記の被削性に加えて磁化特性を向上させる効果を得るためには、先ず、生成するＭｎＳ量に対し、適正なＭｎＴｅ量を生成させることが必要である。Ｓ含有量に対してＴｅ含有量が少ない場合は、Ｍｎ硫化物が延伸されて球状化効果が得られなくなり、被削性と磁化特性が悪化する。一方、Ｔｅ含有量が多い場合は、ＭｎＳに対してＭｎＴｅ−ＭｎＳの共晶化合物量が過剰となり、この共晶化合物が延伸して磁化特性を悪化する。このために、Ｓ含有量に対する最適なＴｅ含有量の割合を規定する必要がある。そこで、Ｍｎを０．２〜０．５％と規定すると同時に、ＴｅとＳの比を０．２〜１．０の範囲とする。

【0030】

ところで、一方、ＭｎＴｅ−ＭｎＳ量が一定量を超えると著しく磁化特性を悪化する。そこでＳ＋Ｔｅ／４を０．０１０〜０．０４０（％）に規定する。

【実施例1】

【0031】

表１に示す化学成分並びにそのＡｌとＳｉの関係式およびＴｅとＳの関係式が図１および図２に示す実線の範囲内にある、化学成分および残部のＦｅおよび不可避不純物からなる本発明例のＮｏ．１〜１０と、比較例のＮｏ．１１〜１８の、それぞれ１００ｋｇの鋼を、真空誘導溶解炉で溶解して鋳造により鋼塊を得た。これらの鋼塊を１０００℃の加熱温度でφ６０ｍｍとφ２０ｍｍの棒材に鍛造した後、９００℃で焼鈍した。これらの素材を磁気特性およびドリル穿孔試験の調査素材とした。

【0032】

【表1】

【0033】

磁気特性は、上記の調査素材のφ２０ｍｍの棒材を、外径１３ｍｍ、内径９ｍｍ、厚さ５ｍｍの磁気リングに機械加工し、８５０℃で真空磁気焼鈍をした後、直流磁気測定装置にて保磁力Ｈｃを測定して表１に示した。保磁力Ｈｃが８０Ａ／ｍ以下を良好とし、１００Ａ／ｍ以上を不良として評価した。

【0034】

ドリル穿孔性試験は、上記φ６０ｍｍの調査素材を長さ５０ｍｍに切断後、両端面を旋盤で平滑化し、新品のＳＫＨ５１ドリル（φ５）で推力４１４Ｎ、回転数１１９０ｒｐｍ、乾式の条件で深さ７ｍｍの孔を５つ孔あけし、これを３回繰り返して平均の穿孔時間を求めて表１に示した。Ｐｂ添加鋼の穿孔時間がおよそ１２秒以下であったので、穿孔時間が１２秒未満を良好とし、１２秒以上を不良として評価した。

【0035】

表１に示すように、実施例のＮｏ．１〜１０では、いずれも本願発明の成分範囲並びにＳｉとＡｌの合計量、ＴｅとＳの比であるＴｅ／ＳおよびＳ＋Ｔｅ／４を満足する鋼で、保持力Ｈｃは８０Ａ／ｍ以下で、かつ、ドリル穿孔性１２秒未満であり、いずれも良好であった。

【0036】

一方、比較例のＮｏ．１１〜１８では、全ての比較例で保持力Ｈｃが８０Ａ／ｍ超で発明の範囲を超えている。さらに、Ｎｏ．１１はＳ含有量が発明の範囲を超えており、したがってＳ＋Ｔｅ／４が発明の範囲を超えている。Ｎｏ．１２はＳ含有量が発明の範囲未満であり、したがってＴｅ／Ｓが発明の範囲を超えており、ドリル穿孔性が１５．８秒と実施例より劣っている。比較例のＮｏ．１３はＴｅ／Ｓが発明の範囲を超えており、ドリル穿孔性が１２．１秒と実施例の範囲を超えている。比較例のＮｏ．１４はＴｅの含有量が発明の範囲より少なく、Ｔｅ／Ｓが発明の範囲より少なく、ドリル穿孔性が１２．０秒と実施例より劣っている。比較例のＮｏ．１５はＴｅの含有量が発明の範囲を超えており、Ｓ＋Ｔｅ／４が発明の範囲を超えており、保持力Ｈｃが１３１Ａ／ｍと大幅に発明の範囲を超えている。比較例のＮｏ．１６はＴｅの含有量が発明の範囲を超えており、Ｔｅ／Ｓが発明の範囲を超えており、ドリル穿孔性が１５．２秒と実施例より大きく劣っている。比較例のＮｏ．１７はＳ＋Ｔｅ／４が発明の範囲を超えている。比較例のＮｏ．１８はＴｅの含有量が発明の範囲を超えており、したがってＴｅ／Ｓが発明の範囲を超えている。さらに、これは熱間加工割れが多発し、製品加工が困難であった。

【図1】

【図2】