JPH0711061B2 - 冷間鍛造用電磁ステンレス鋼 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、冷間鍛造用電磁ステンレス鋼に係り、特にフ
ェライト系電磁ステンレス鋼の磁気特性、電気抵抗特性
を改善すると共に、冷間鍛造性を向上せしめた電磁ステ
ンレス鋼に関するものである。

（背景技術） 従来から、クロム−鉄系のステンレス鋼は、耐蝕性材料
としてよく知られており、またフェライトステンレスと
して、耐蝕性が要求される磁性材料の分野に、主に13Cr
系や18Cr系等として広く用いられている。具体的には、
この電磁ステンレス鋼からなる耐蝕性軟磁性材料は、電
磁バルブ、リレー、その他腐食環境向け電磁材料とし
て、また電気部品に組み込まれるシールド材、具体的に
は、カセットテープのシールド板、電源トランスのシー
ルド材等に多量に用いられているのである。

ところで、従来より、この種のステンレス鋼の特性を改
善するために、その合金成分・組成の調整を行なう各種
の技術が提案されており、例えば、その磁性改善を目的
として適量のケイ素、アルミニウムを含有せしめたり、
また快削性を付与するために少量の鉛、カルシウム、テ
ルル、セレン等を含有せしめたり、更にはフェライト相
の安定化を図って、磁性改善を行なうために、チタン、
ジルコニウム、ニオブ、タンタル等を加える技術等が明
らかにされている。

しかしながら、このようなステンレス鋼について、その
有効な耐蝕性を保持しつつ、その冷間鍛造性を向上せし
める技術については、本発明者らの知る限りにおいて、
未だ何等の提案も為されていない。特に、目的とする製
品を製造するために採用される成形加工の一つである冷
間鍛造性を向上せしめることは、ステンレス鋼材料より
目的とする製品を有利に製造する上において、望ましい
ことである。また、このような冷間鍛造性の向上と共
に、磁気特性や電気抵抗特性をも改善することは、特に
電磁ステンレス鋼の用途において望ましいことである
が、上述のように、そのような要求に答える技術は未だ
見い出されていないのが実情である。

（発明の構成） ここにおいて、本発明は、かかる事情を背景にして為さ
れたものであって、その特徴とするところは、重量で、
0.015％以下の炭素、3.0％以下のケイ素、0.5％以下の
マンガン、0.030％以下の燐、0.030％以下の硫黄、４〜
14％のクロム、0.2〜7.0％のアルミニウム（但し、アル
ミニウム／ケイ素≧1.0）、300ppm以下の窒素、及び100
ppm以下の酸素を含み、且つ残部が実質的に鉄よりなる
ように、ステンレス鋼組成を調整したことにあり、これ
によって有効な耐蝕性を保持せしめ、また磁気特性や電
気抵抗特性を改善しつつ、その冷間鍛造性を効果的に向
上せしめ得たのである。

なお、かかる本発明に従う冷間鍛造用電磁ステンレス鋼
にあっては、更に、重量で、それぞれ1.0％以下の、ニ
オブ、チタン、ジルコニウム及びバナジウムのうちの少
なくとも１種以上が含有せしめられることが望ましく、
それら元素の含有によって、冷間鍛造性が著しく向上せ
しめられることとなる。

また、本発明に従う上記の冷間鍛造用電磁ステンレス鋼
にあっては、上記の追加含有成分（選択成分）と共に、
或いは単独において、重量で、2.0％以下の銅、3.0％以
下のニッケル、及び5.0％以下のモリブデンのうちの少
なくとも１種以上が更に含有せしめられることが望まし
く、これら選択元素の含有によって、ステンレス鋼材料
の耐蝕性が有利に向上せしめられるのである。

さらに、本発明に従う冷間鍛造用電磁ステンレス鋼は、
上記２種の追加含有成分と組み合わせて、或いは単独に
おいて、重量で、0.03〜0.3％の鉛、0.002〜0.02％のビ
スマス、0.002〜0.02％のカルシウム、0.01〜0.2％のテ
ルル及び0.03〜0.3％のセレンのうちの少なくとも１種
以上を更に含むことが望ましく、これら選択元素の含有
によって、ステンレス鋼材料の被削性が有利に向上せし
められることとなる。

（構成の具体的説明） ところで、かかる本発明に従う冷間鍛造用電磁ステンレ
ス鋼における成分限定理由は、以下の通りである。

先ず、本発明に従う冷間鍛造用電磁ステンレス鋼の主要
合金成分たるクロム（Cr）は、耐蝕性の付与に効果的な
元素であり、また電気抵抗の増加にも効果的な元素であ
る。しかしながら、14％（重量基準、以下同じ）を越え
る多量のCr添加は、電気抵抗の増加が殆ど認められず、
経済性が悪化する。一方、クロムの添加量の下限は、耐
蝕性の面から４％とすることが効果的であり、クロム量
があまりにも少なくなると、有効な耐蝕性を発揮させる
ことが困難となるのである。従って、クロムの添加量と
しては、４〜14％の範囲内において選択されることとな
るのである。そして、このように、低クロム量にするこ
とによって、磁気特性、特に飽和磁束密度（B₃₀）が効
果的に向上せしめられることとなる。

また、主要合金成分たるアルミニウム（Al）は、電気抵
抗の増加に効果的な元素であり、しかも磁気特性を向上
せしめ得る〔保磁力（H_c）を減少せしめ得る〕ところか
ら、0.2％以上の割合において含有せしめられることと
なる。しかしながら、７％を越える多量のアルミニウム
の添加は冷間鍛造性の悪化を招くために、その上限を７
％とすることが望ましいのである。このような高アルミ
ニウム含有量とすることにより、ステンレス鋼の電気抵
抗特性が効果的に改善されるのである。

さらに、ケイ素（Si）は、上記クロムやアルミニウムと
同様に、電気抵抗の増加に効果的な元素であり、ステン
レス鋼中のSi％の増加に伴い、その電気抵抗を増加せせ
しめる特徴を発揮する。また一方、このケイ素は、磁気
特性の改善、換言すれば保持力（H_c）の減少にも効果的
な元素である。しかしながら、３％を越える多量のケイ
素の添加は冷間鍛造性の悪化を招くところから、その上
限は3.0％とする必要がある。

なお、上記のアルミニウム量及びケイ素量に関して、そ
の含有量の比（Al/Si）が1.0以上とすることにより、換
言すれば次式:Al/Si≧1.0とすることにより、良好な冷
間鍛造性を確保することが出来る。

また、炭素（Ｃ）は、ステンレス鋼の製造に際して必然
的に導入されるものであるが、この炭素は磁気特性を劣
化させ、また靱性を劣化させ、冷間鍛造性の悪化を招く
ところから、0.015％を上限として、その含有量が調整
されなければならない。

さらに、燐（Ｐ）、窒素（Ｎ）及び硫黄（Ｓ）は冷間鍛
造性の悪化を招き、また窒素及び硫黄は何れも磁気特性
に悪影響を及ぼす元素でもあるところから、それらは、
それぞれ0.03％（300ppm）を上限として、その含有量が
調整されることとなる。

そして、このように、ステンレス鋼中の炭素、窒素、硫
黄の含有量を低下せしめることにより、目的とするステ
ンレス鋼の保磁力を下げ、その磁気特性を向上させるこ
とに、効果的に寄与せしめ得るのである。

また、マンガン（Mn）は、上記炭素などと同様に、ステ
ンレス鋼の製造工程において必然的に導入される元素で
あるが、その多量の存在は、ステンレス鋼の冷間鍛造性
を損なうものであるところから、その上限は0.5％とさ
れなければならない。

さらに、酸素（Ｏ）は、酸化物系介在物を形成して、ス
レンレス鋼の冷間鍛造性を著しく劣化させるところか
ら、その上限を0.01％（100ppm）として、それ以下、好
ましくは0.005％（50ppm）以下となるように調整するこ
とが望ましい。特に、このように低酸素含有量とするこ
とにより、保磁力（H_c）を下げ、その磁気特性を向上さ
せると同時に、冷間鍛造性を良好と為し得るのである。

そしてまた、上記の如き元素と共に、更に、選択元素と
して含有せしめられるニオブ（Nb）、チタン（Ti）、ジ
ルコニウム（Zr）及びバナジウム（Ｖ）は、靱性を向上
させる元素であり、またステンレス鋼の冷間鍛造性を著
しく向上させる。しかしながら、それら元素の多量の添
加は磁気特性を劣化せしめ、また冷間鍛造性も阻害され
るようになるところから、それぞれ1.0％を上限とし
て、それ以下の割合において、単独にて或いは適宜組み
合わせて、含有せしめられることとなる。

また、他の選択元素である銅（Cu）、ニッケル（Ni）及
びモリブデン（Mo）は、それぞれステンレス鋼の耐蝕性
を効果的に向上せしめ得るものであるところから、Cuに
あっては2.0％以下の割合において、Niにあっては3.0％
以下の割合において、更にMoにあっては5.0％以下の割
合において、含有せしめられることとなる。

更にまた、本発明における更なる選択元素である鉛（P
b）、ビスマス（Bi）、カルシウム（Ca）、テルル（T
e）、セレン（Se）は、それぞれ被削性向上元素であ
り、目的とするステンレス鋼に快削性を付与するために
添加されるものである。そして、これら元素は冷間鍛造
性や磁気特性を損なわない範囲内において添加されるも
のであり、具体的には、Pbにあっては0.03〜0.3％、Bi
にあっては0.002〜0.02％、Caにあっては0.002〜0.02
％、Teにあっては0.01〜0.2％、Seにあっては0.03〜0.3
％の範囲において、それぞれ単独にて或いは適宜に組み
合わせて、添加されることとなる。

なお、本発明に従う冷間鍛造用電磁ステンレス鋼におい
て、上記の添加元素以外の残余の成分は、実質的に鉄
（Fe）から構成されるものであり、またそこには、不可
避的不純物も含まれること、言うまでもないところであ
る。

（実施例） 以下に、本発明の幾つかの実施例を示し、本発明を更に
具体的に明らかにすることとするが、本発明が、このよ
うな実施例の記載によって何等の制限をも受けるもので
ないことは、言うまでもないところである。本発明は、
以下の実施例の他にも、また上記の具体的記述以外に
も、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の
知識に基づいて種々なる変更、修正、改良などを加え得
るものであることが、理解されるべきである。

先ず、下記第１表に示される各種の合金成分・組成（残
部はFe及び不可避不純物からなる）のクロム−鉄系合金
を溶製し、次いで、それぞれの合金溶湯から所定のイン
ゴットを鋳造し、その後、常法に従って熱間加工して、
目的とする各種の供試材を作製した。

かくして得られた各種の供試材について、それぞれ、そ
の電気抵抗（ρ）、保磁力（H_c）、切削性、耐蝕性、冷
間鍛造性、及び磁気特性（磁束密度：B₃₀）を評価し
た。なお、切削性、耐蝕性及び冷間鍛造性は、それぞれ
下記第２表に示されるテスト方法に従い、そして第２表
の評価記号に基づいて評価した。

得られた結果を下記第３表に示す。

かかる第３表の結果から明らかなように、本発明に従う
供試材No.1〜10のものにあっては、何れも低い保磁力
（H_c）を有すると共に、磁束密度（B₃₀）が高く、しか
も冷間鍛造性に著しく優れたステンレス鋼であることが
理解される。また、それら供試材の耐蝕性は充分なもの
であり、切削性や電気抵抗特性においても優れているこ
とが認められるのである。

これに対して、比較例である供試材No.11〜16のものに
あっては、保磁力（H_c）が比較的高く、また磁束密度
（B₃₀）が低く、冷間鍛造性も充分でないことが窺知さ
れ、ステンレス鋼として、特に電磁ステンレス鋼として
充分でないことが理解されるのである。

（発明の効果） 以上の説明から明らかなように、本発明に従う電磁ステ
ンレス鋼は、特に優れた冷間鍛造性を有するものであ
り、しかも磁気特性や電気抵抗特性の改善されたもので
あり、また有効な耐蝕性を有するものであって、冷間鍛
造用材料として、特に腐食環境向けの電磁材料として有
利に用いられるものであって、そこに本発明の大きな工
業的意義が存するものである。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量で、0.015％以下の炭素、3.0％以下の
   ケイ素、0.5％以下のマンガン、0.030％以下の燐、0.03
   0％以下の硫黄、４〜14％のクロム、0.2〜7.0％のアル
   ミニウム（但し、アルミニウム／ケイ素≧1.0）、300pp
   m以下の窒素、及び100ppm以下の酸素を含み、且つ残部
   が実質的に鉄よりなる冷間鍛造用電磁ステンレス鋼。
2. 【請求項２】重量で、0.015％以下の炭素、3.0％以下の
   ケイ素、0.5％以下のマンガン、0.030％以下の燐、0.03
   0％以下の硫黄、４〜14％のクロム、0.2〜7.0％のアル
   ミニウム（但し、アルミニウム／ケイ素≧1.0）、300pp
   m以下の窒素、及び100ppm以下の酸素を含み、更にそれ
   ぞれ1.0％以下の、ニオブ、チタン、ジルコニウム、及
   びバナジウムのうちの少なくとも１種以上を含み、且つ
   残部が実質的に鉄よりなる冷間鍛造用電磁ステンレス
   鋼。
3. 【請求項３】重量で、0.015％以下の炭素、3.0％以下の
   ケイ素、0.5％以下のマンガン、0.030％以下の燐、0.03
   0％以下の硫黄、４〜14％のクロム、0.2〜7.0％のアル
   ミニウム（但し、アルミニウム／ケイ素≧1.0）、300pp
   m以下の窒素、及び100ppm以下の酸素を含み、更に2.0％
   以下の銅、3.0％以下のニッケル、及び5.0％以下のモリ
   ブデンのうちの少なくとも１種以上を含み、且つ残部が
   実質的に鉄よりなる冷間鍛造用電磁ステンレス鋼。
4. 【請求項４】重量で、0.015％以下の炭素、3.0％以下の
   ケイ素、0.5％以下のマンガン、0.030％以下の燐、0.03
   0％以下の硫黄、４〜14％のクロム、0.2〜7.0％のアル
   ミニウム（但し、アルミニウム／ケイ素≧1.0）、300pp
   m以下の窒素、及び100ppm以下の酸素を含み、更にそれ
   ぞれ1.0％以下の、ニオブ、チタン、ジルコニウム、及
   びバナジウムのうちの少なくとも１種以上と、2.0％以
   下の銅、3.0％以下のニッケル、及び5.0％以下のモリブ
   デンのうちの少なくとも１種以上とを含み、且つ残部が
   実質的に鉄よりなる冷間鍛造用電磁ステンレス鋼。
5. 【請求項５】重量で、0.015％以下の炭素、3.0％以下の
   ケイ素、0.5％以下のマンガン、0.030％以下の燐、0.03
   0％以下の硫黄、４〜14％のクロム、0.2〜7.0％のアル
   ミニウム（但し、アルミニウム／ケイ素≧1.0）、300pp
   m以下の窒素、及び100ppm以下の酸素を含み、更に0.03
   〜0.3％の鉛、0.002〜0.02％のビスマス、0.002〜0.02
   ％のカルシウム、0.01〜0.2％のテルル及び0.03〜0.3％
   のセレンのうちの少なくとも１種以上を含み、且つ残部
   が実質的に鉄よりなる冷間鍛造用電磁ステンレス鋼。
6. 【請求項６】重量で、0.015％以下の炭素、3.0％以下の
   ケイ素、0.5％以下のマンガン、0.030％以下の燐、0.03
   0％以下の硫黄、４〜14％のクロム、0.2〜7.0％のアル
   ミニウム（但し、アルミニウム／ケイ素≧1.0）、300pp
   m以下の窒素、及び100ppm以下の酸素を含み、更にそれ
   ぞれ1.0％以下の、ニオブ、チタン、ジルコニウム、及
   びバナジウムのうちの少なくとも１種以上と、0.03〜0.
   3％の鉛、0.002〜0.02％のビスマス、0.002〜0.02％の
   カルシウム、0.01〜0.2％のテルル及び0.03〜0.3％のセ
   レンのうちの少なくとも１種以上とを含み、且つ残部が
   実質的に鉄よりなる冷間鍛造用電磁ステンレス鋼。
7. 【請求項７】重量で、0.015％以下の炭素、3.0％以下の
   ケイ素、0.5％以下のマンガン、0.030％以下の燐、0.03
   0％以下の硫黄、４〜14％のクロム、0.2〜7.0％のアル
   ミニウム（但し、アルミニウム／ケイ素≧1.0）、300pp
   m以下の窒素、及び100ppm以下の酸素を含み、更に2.0％
   以下の銅、3.0％以下のニッケル、及び5.0％以下のモリ
   ブデンのうちの少なくとも１種以上と、0.03〜0.3％の
   鉛、0.002〜0.02％のビスマス、0.002〜0.02％のカルシ
   ウム、0.01〜0.2％のテルル及び0.03〜0.3％のセレンの
   うちの少なくとも１種以上とを含み、且つ残部が実質的
   に鉄よりなる冷間鍛造用電磁ステンレス鋼。
8. 【請求項８】重量で、0.015％以下の炭素、3.0％以下の
   ケイ素、0.5％以下のマンガン、0.030％以下の燐、0.03
   0％以下の硫黄、４〜14％のクロム、0.2〜7.0％のアル
   ミニウム（但し、アルミニウム／ケイ素≧1.0）、300pp
   m以下の窒素、及び100ppm以下の酸素を含み、更にそれ
   ぞれ1.0％以下の、ニオブ、チタン、ジルコニウム、及
   びバナジウムのうちの少なくとも１種以上と、2.0％以
   下の銅、3.0％以下のニッケル、及び5.0％以下のモリブ
   デンのうちの少なくとも１種以上と、0.03〜0.3％の
   鉛、0.002〜0.02％のビスマス、0.002〜0.02％のカルシ
   ウム、0.01〜0.2％のテルル及び0.03〜0.3％のセレンの
   うちの少なくとも１種以上とを含み、且つ残部が実質的
   に鉄よりなる冷間鍛造用電磁ステンレス鋼。