JP4222740B2 - 電磁ステンレス鋼及びその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に自動車のパワーステアリング用トルクセンサのコアや入出力軸に用いられる、軟磁気特性に優れる電磁ステンレス鋼及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁気的な動作や機能をもつ部品に於いて、耐食性が必要とされるか、あるいは高周波での動作のため高い比抵抗率が必要である場合などに、素材としてステンレス鋼が用いられることが多い。この様な用途にステンレス鋼を用いる場合として、コストを問わずに優れた磁気特性を有する鋼を用いる場合と、ある程度磁気特性を犠牲にしてもコスト低減を主目的にした鋼を用いる場合がある。
【０００３】
前者については、鋼の高純化やα相単相化、結晶粒の粗大化を図り、良好な磁気特性を得ている。例えば特開昭６２−１３３０４２号公報や特開平６−４９６０５号公報が知られている。このうち特開平６−４９６０５号公報では、Ｐ量を低減して粒成長性を高める手法を取っている。
【０００４】
一方後者については、磁気特性を殆ど考えていないステンレス鋼を、コストの面だけで採用しているのが実体である。この様なステンレス鋼は一般にプレス成形や冷間鍛造などの加工を行った後に、歪みを除去して磁気特性を少しでも良好にするための焼鈍を行っている。しかし従来の鋼板では、加工、焼鈍後には加工前の磁気特性に対して劣化してしまうという問題があった。
本発明はこの様なステンレス鋼に関する発明である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、鋼の高純化やα相単相化、結晶粒の粗大化などの特別な施策を図らない低コストのステンレス鋼に於いて、加工後かつ焼鈍後の磁気特性に優れるステンレス鋼及びその製造方法を提供することを目的としている。言い換えれば、加工前の磁気特性に対して加工、焼鈍後の磁気特性の劣化が小さいステンレス鋼及びその製造方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するにあたり、発明者らは成分及び脱酸方法を変更した種々のフェライト系ステンレス鋼について、溶製して得られた鋼塊を熱延した後、焼鈍、冷延を組み合わせることによって鋼板を作製した。その後、加工の歪み取りに必要な程度の焼鈍を施し、磁気特性について調査した。その結果、下記の知見を得た。
【０００７】
（Ａ）精錬時に鋼中酸素量を低減するために、通常は脱酸元素としてＡｌ，Ｔｉ，Ｓｉ等が用いられるが、脱酸をＡｌのみで行うことで焼鈍後の磁気特性が向上する場合がある。
（Ｂ）微量のＶの添加によって焼鈍後の磁気特性が向上する場合がある。
（Ｃ）磁気特性に及ぼすＣｒ，Ａｌ，Ｐ量の影響は大きく、図１に示すようにＣｒ量とＡｌ量の比を低くした場合に焼鈍後の磁気特性が向上する。また、ＡｌとＰ量の比を高くした場合にも向上する（図２参照）。
（Ｄ）上記（Ａ）〜（Ｃ）を組み合わせることによって、焼鈍後に良好な磁気特性が安定して得られる。
【０００８】
本発明は上記知見に基づくものであって、その要旨は以下の通りである。
（１）質量％で、
Ｃ ：０．００３〜０．０７％、 Ｓｉ：０．０５〜１．０％、
Ｍｎ：０．０５〜１．０％、 Ｐ ：０．０１〜０．０４％、
Ｓ ：０．０００５〜０．０１％、 Ｃｒ：１０．５〜１３．５％、
Ｎ ：０．００３〜０．０３％、 Ａｌ：０．０１５〜０．０９％、
Ｖ ：０．０１５〜０．２％、 Ｏ ：０．００５％未満
を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、Ｃｒ，Ａｌ，Ｐ量の関係が下記（１）式及び（２）式を満足することを特徴とする電磁ステンレス鋼。
Ｃｒ／Ａｌ≦５００ …………（１）
Ａｌ／Ｐ≧１ …………………（２）
（２）質量％でさらに、
Ｔｉ：０．０３〜０．３％、 Ｎｂ：０．０３〜０．３％
の１種または２種を含有することを特徴とする前記（１）記載の電磁ステンレス鋼。
（３）質量％でさらに、
Ｎｉ：０．１〜０．５％を含有することを特徴とする前記（１）または（２）記載の電磁ステンレス鋼。
（４）前記（１）乃至（３）のいずれか１項に記載の電磁鋼を製造するに際し、脱酸元素としてＳｉ及びＴｉを用いずにＡｌを用いることを特徴とする電磁ステンレス鋼の製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、鋼の成分範囲の限定理由について述べる。
Ｃ：Ｃは鋼板の磁気特性並びに加工性を低下させる元素であるため、上限を０．０７％とした。下限は低いほど好ましいが、精錬時のコストが増加してしまうため、０．００３％とした。
【００１０】
Ｓｉ：Ｓｉは通常脱酸元素として用いられるが、本発明では脱酸元素として用いない。加工性を考慮した場合には低い方が好ましく、上限を１．０％とした。下限はコスト増加を伴わないレベルの０．０５％とした。
【００１１】
Ｍｎ：ＭｎもＳｉ同様に加工性を低下させる元素であるため、その上限を１．０％とした。下限はコスト増加を伴わないレベルの０．０５％とした。
【００１２】
Ｐ：Ｐは多量に添加すると磁気特性を低下させるため、上限を０．０４％とした。ステンレス鋼では精錬時の脱Ｐが困難であり、Ｐ量を０．０１％未満にするには原料コストが高くなるため、下限を０．０１％とした。
【００１３】
Ｓ：Ｓは多量に添加すると磁気特性だけでなく、ステンレス鋼の基本特性である耐食性を劣化させるため、０．０１％以下とする必要がある。精錬コストを大きく増加させない下限は０．０００５％である。
【００１４】
Ｃｒ：Ｃｒはステンレス鋼の基本的特性である耐食性を確保する元素である。１０．５％以上でその効果を発揮するため、これを下限とした。上限はコストを考慮して１３．５％とした。
【００１５】
Ｎ：ＮもＣ同様に、磁気特性並びに加工性を低下させる元素であるため、上限を０．０３％とした。下限は低いほど好ましいが、精錬時のコストが増加してしまうため、０．００３％とした。
【００１６】
Ａｌ：Ａｌは本発明の根幹をなす元素であり、脱酸元素として用いる。０．０１５％未満であると脱酸が不足する場合がある。０．０９％を超えると磁気特性の観点からは良好な特性が得られ問題はないが、原料コストが増加し、製造時の割れが生じる。従ってＡｌの範囲は０．０１５〜０．０９％とした。
【００１７】
Ｖ：Ｖは焼鈍後の磁気特性の劣化を小さくするために重要である。しかし現在、その理由は不明である。Ｖの範囲は、磁気特性劣化抑制の効果が大きい０．０１５〜０．２％とした。
【００１８】
Ｏ：Ｏは通常酸化物となっており、多量の酸化物が存在すると圧延時に表面キズを生じやすくなる。したがって、０．００５％未満とする必要がある。Ｏ量は低いほど好ましく下限は特に設けない。
【００１９】
Ｔｉ：Ｔｉは加工性を向上させる元素であり、加工が厳しい用途に用いる場合に必要に応じて添加される。加工性向上の効果を発揮する下限は０．０３％である。しかし、０．３％超添加すると加工性向上代が飽和するため、０．３％を上限とした。
【００２０】
Ｎｂ：ＮｂはＴｉ同様に加工性を向上させる元素であり、加工が厳しい用途に用いる場合に必要に応じて添加される。加工性向上の効果を発揮する下限は０．０３％である。しかし、０．３％超添加すると加工性向上代が飽和するため、０．３％を上限とした。
【００２１】
Ｎｉ：Ｎｉは溶接性を向上させる元素であり、用途によっては添加しても良い。但し、多量の添加は材料の硬質化を招くため、上限を０．５％とした。溶接性向上効果は０．１％以上で現れるため、これを下限とした。
【００２２】
なお本発明では、Ｃｒ、Ａｌ，Ｐ量の関係を制御することが重要なポイントとなる。質量％でＣｒ／Ａｌを５００以下にし、またＡｌ／Ｐが１以上の場合に優れた磁気特性が得られる。このようなＣｒ，ＡｌとＰの関係を満足すれば、焼鈍後の磁気特性の劣化が抑えられる。
【００２３】
また本発明鋼を製造するに際し、精錬時にＴｉ及びＳｉを用いずにＡｌを用いて脱酸することが必要である。即ち、溶存酸素量が１００ｐｐｍ以下、Ｓｉが０．２％以下、Ｔｉが０．０２％以下の状態で、Ａｌを用いて脱酸する。Ｔｉ，Ｓｉが必要な場合には、Ａｌで脱酸後に添加すれば良い。
【００２４】
前述のように規定した合金組成でＡｌ脱酸を行い、Ｃｒ，Ａｌ，Ｐ量を制御した際に優れた磁気特性が得られる原因については、現在のところ鋭意解明中であるが、脱酸時に生成したＡｌ酸化物、あるいは酸化物とならずに残存した固溶Ａｌが影響して、焼鈍後に優れた磁気特性が得られる組織を作り込むと推測している。
【００２５】
本発明鋼を製造する際には、前述のように精錬時の脱酸方法及び成分規定をすれば良く、それ以外の製造工程は何ら影響しない。したがって熱延板焼鈍工程の有無、冷延回数等は規定する必要がなく、通常の製造工程で行えばよい。
【００２６】
本明細書中の「磁気特性」とは、一般に言われる軟磁気特性を指しており、磁場をかけたときに高い磁束密度を示すことを示している。「電磁ステンレス鋼」とは、磁気特性が必要な部品に用いられるステンレス鋼を指している。
【００２７】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明を説明する。
（実施例１）
表１に示す数種のステンレス鋼をＡｌによる脱酸で溶製し、熱間圧延後、冷延及び焼鈍の組み合わせにより板厚２．５ｍｍの鋼板を得た。それぞれの鋼板をワイヤーカットにより内径３３ｍｍ、外径４５ｍｍに切り出し、焼鈍を実施した。
焼鈍温度は８５０〜１０００℃で調整し、保定時間は２時間、冷却速度は３．３℃／分とした。その後それぞれの試料に１次、２次巻き線を施し、Ｃｈｉｏｆｆｙ型直流磁気測定装置により直流磁気特性を測定した。結果を表２に示す。Ｂ₈ は磁場８００Ａ／ｍにおける磁束密度（Ｔ）である。
本発明鋼は、良好な軟磁気特性を示すことが分かる。
【００２８】
【表１】

【００２９】
【表２】

【００３０】
（実施例２）
表１の鋼種Ｃとほぼ同一組成の鋼種を脱酸方法を変えて溶製した。溶製後は実施例１と同じ方法で鋼板を製造し、ワイヤーカット、９５０℃での焼鈍を行い、磁気特性を測定した。表３に脱酸方法と磁気特性の関係を示す。
本発明法により優れた磁気特性が得られることが分かる。
【００３１】
【表３】

【００３２】
【発明の効果】
本発明により、低Ｐ化せずにコストが低く、且つ加工、焼鈍後の磁気特性に優れるステンレス鋼が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気特性とＣｒ／Ａｌの関係を示す図。
【図２】磁気特性とＡｌ／Ｐの関係を示す図。

Claims (4)

1. 質量％で、
   Ｃ ：０．００３〜０．０７％、
   Ｓｉ：０．０５〜１．０％、
   Ｍｎ：０．０５〜１．０％、
   Ｐ ：０．０１〜０．０４％、
   Ｓ ：０．０００５〜０．０１％、
   Ｃｒ：１０．５〜１３．５％、
   Ｎ ：０．００３〜０．０３％、
   Ａｌ：０．０１５〜０．０９％、
   Ｖ ：０．０１５〜０．２％、
   Ｏ ：０．００５％未満
   を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなり、Ｃｒ，Ａｌ，Ｐ量の関係が下記（１）式及び（２）式を満足することを特徴とする電磁ステンレス鋼。
   Ｃｒ／Ａｌ≦５００ …………（１）
   Ａｌ／Ｐ≧１ …………………（２）
2. 質量％でさらに、
   Ｔｉ：０．０３〜０．３％、
   Ｎｂ：０．０３〜０．３％
   の１種または２種を含有することを特徴とする請求項１記載の電磁ステンレス鋼。
3. 質量％でさらに、
   Ｎｉ：０．１〜０．５％
   を含有することを特徴とする請求項１または２記載の電磁ステンレス鋼。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電磁鋼を製造するに際し、脱酸元素としてＳｉ及びＴｉを用いずにＡｌを用いることを特徴とする電磁ステンレス鋼の製造方法。

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