JPH0770603A

JPH0770603A - 磁気フィルター用軟磁性金属チップおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH0770603A
Application number: JP5219592A
Authority: JP
Inventors: Yushi Yoshida; 祐志吉田; Shigeru Hirata; 茂平田
Original assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Current assignee: Nippon Yakin Kogyo Co Ltd
Priority date: 1993-09-03
Filing date: 1993-09-03
Publication date: 1995-03-14

Abstract

(57)【要約】【目的】磁気特性に優れると共に耐食性が良好で、製
造の容易な磁気フィルター用軟磁性金属チップを得るこ
と。【構成】溶湯から直接製造された材料であって、主要
必須成分が、Ｃ：0.1 wt％以下、Si：0.5 〜2.0 wt％、
Mn：1.0 wt％以下、Ni：0.05〜0.3 wt％、Cr：8.0 〜1
6.0wt％およびＮ：0.01〜0.1 wt％を含有し、残部Feお
よび不可避的不純物からなり、そして選択的添加元素と
してMo, Cuのいずれか少なくとも１種以上を0.15〜2.0
wt％、および／またはNb，Ti，Zrのいずれか少なくとも
１種以上を0.01〜0.2 wt％含有する軟磁性金属チップを
製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁気フィルター用軟磁
性金属チップおよびその製造方法に関し、とくに各種の
流体中に含まれる磁性微粒子の除去あるいは回収を目的
とする磁気フィルター装置に、マトリックスとして用い
られる磁気フィルター用材料とそれの製造方法について
の提案である。

【０００２】

【従来の技術】近年、流体輸送機器, たとえば油圧ポン
プなどは、その構造が次第に精密化している。従って、
もし搬送流体中に金属粉などの異物の含有があると、そ
れが故障の原因となるため、かような金属異物を確実に
除去することが必要になってきた。このような異物（コ
ンタミナント）を除去するために、従来、磁気フィルタ
ーを用いて搬送流体中に含まれる磁性粒子を吸引捕獲す
る磁気分離方法が採用されてきた。この磁気フィルター
の構成としては、磁化材料粉, すなわち強磁性体の繊維
（ファイバーを磁界中に保持し、その表面に大きな磁界
勾配を形成させたもの）が一般的であり、例えば、フェ
ライト系ステンレス鋼のファイバーなどを用いたものが
採用されてきた。それはこの材料の場合、いわゆる飽和
磁化が大きく、透磁率が高く、残留磁化および保磁力が
小さいからである。また、上述したフェライト形ステン
レス鋼ファイバーの他に、磁気分離用材料としては、球
状の各種マトリックス材を用いる方法もある（実公昭60
−34336 号公報）。しかし、この技術の場合、強磁性ス
テンレス鋼のみ記載され、具体的成分は明示されていな
い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一般に、磁気フィルタ
ー装置等に用いられる流体というのは、水、油、水に油
を懸濁させたクーラント、電解液など多様である。しか
しながら、これらはいずれも中性環境で使用されるもの
であるから、当該ファイバー, 即ちマトリックス材はそ
れほど強い腐食環境にさらされることはないのが普通で
ある。従って、従来から用いられているフェライト系ス
テンレス鋼ファイバーのような耐食性は不必要であり、
むしろこの耐食性は多少犠牲になっても、飽和磁化など
の大きい磁気特性に優れた材料の方が、マトリックス材
としては好ましく、効率のよい磁気フィルターを得るこ
とができる。もっとも、この場合でもフェライト系ステ
ンレス鋼と同等の耐食性を有し、しかも飽和磁化の高い
材料が得られればなお好ましく、腐食環境に用いる磁気
フィルター用マトリックス材として有望と言える。

【０００４】このような背景の下で従来、フェライト系
ステンレス鋼の磁気特性をさらに向上させるべく、Cr量
を減らすことを試みた。しかしながら、このような方法
では、Cr量を低下させることから、耐食性の劣化は予想
以上に大きく、新たな解決課題が発生した。これに対し
従来、Cr量低減による耐食性の低下を防ぐ方法として、
マトリックス材のアモルファス化などの方法が考えられ
てきた。しかしながら、この技術の場合、耐食性の向上
が著しくかつ磁気特性も優れたものが得られたが、アモ
ルファス材を製造する上で冷却速度を速くしなければな
らず、そのためにマトリックス材が非常に薄い箔、リボ
ン、ワイヤーなどの形状に限られてしまい、用途が限定
されるという別の問題が生じた。そこで、本発明の目的
は、従来技術では解決できなかった上述した問題点、す
なわち、磁気特性に優れると共に耐食性も良好で、製造
の容易な磁気フィルター用軟磁性金属チップと、それの
有利な製法とを提案することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の問題点の解決に関
して、その解決のために鋭意研究を行った結果、発明者
らは、以下に述べる要旨構成の如き課題解決手段の採用
が有効であるとの知見を得て本発明に想到した。すなわ
ち、本発明は、(1) Ｃ：0.1 wt％以下、 Si： 0.5〜2.
0 wt％、Mn：1.0 wt％以下、 Cr：8.0 〜16.0wt％、N
i：0.05〜0.3 wt％、Ｎ：0.01〜0.1 wt％を含有し、残
部Feおよび不可避的不純物からなる磁気フィルター用軟
磁性金属チップ（第１発明）であり、(2) 上記(1) に記
載の成分組成を有する金属チップについて、さらにMoま
たはCuのいずれか１種または２種を合計で 0.1〜2.0 wt
％を含有させてなる磁気フィルター用軟磁性金属チップ
(第２発明）であり、(3) 上記(1) に記載の成分組成を
有する金属チップについて、さらにNb, TiおよびZrのい
ずれか少なくとも１種以上を合計で0.01〜0.2 wt％含有
させてなる磁気フィルター用軟磁性金属チップ（第３発
明）であり、(4) 上記(1) に記載の成分組成を有する金
属チップについて、さらにMoまたはCuのいずれか１種ま
たは２種を合計で 0.1〜2.0 wt％を含有させる他、さら
にNb, TiおよびZrのいずれか少なくとも１種以上を合計
で0.01〜0.2 wt％含有させてなる磁気フィルター用軟磁
性金属チップ（第４発明）である。(5) 上記各金属チッ
プは、基本的に、金属チップ製造装置内に、上記(1) 〜
(4)項のいずれか１つに記載の成分組成とした金属溶湯
を収容し、回転ドラムを回転することにより金属チップ
を掻き出した後、その金属チップを、 900〜700 ℃の温
度域について 0.5〜５℃／min の冷却速度で通過させる
ことを特徴とする磁気フィルター用軟磁性金属チップの
製造方法、(6) または、金属チップ製造装置内に、上記
(1) 〜(4) 項のいずれか１に記載の成分組成とした金属
溶湯を収容し、回転ドラムを回転することにより金属チ
ップを掻き出した後、その金属チップを、 800〜900 ℃
で30min 以上保持し、その後0.5〜5 ℃／min の冷却速
度で 700℃以下まで徐冷することを特徴とする金属チッ
プの製造方法、によって得ることができる。

【０００６】

【作用】以下に、まず、本発明にかかる金属チップの成
分組成が上記のように限定される理由につき述べる。な
お、上記形状の金属チップを製造する方法として、例え
ば本出願人が本願に先行して提案した特公平１−32177
号公報の記載にあるような金属溶湯から金属チップを直
接掻き出して製造する方法が有利に適合するが、この点
については後で詳しく述べる。なお、金属溶湯から微小
な金属チップを直接製造する場合、金属溶湯の粘性、耐
酸化性、融点などにより生産性が決定する。

【０００７】Si：0.5 〜2.0 wt％；さて、本発明において対象とするCr：16wt％以下という
ようなCr量の低い鋼種では、粘性および耐酸化性の問題
から、溶湯からの金属チップの直接製造は操業が難し
く、一般的に生産性が極めて悪い。この問題を解決する
方法としては、Siを添加することが有効である。すなわ
ち、Cr：16wt％以下の鋼に、Siを0.5 wt％以上添加する
と、溶湯の湯流れ性が改善され、低Cr鋼であっても何ら
問題なく上記金属チップの製造ができることが判った。
その上、このSiの添加は、得られる金属チップの飽和磁
化の低下がほとんど見られないという利点のあることも
判った。しかしながら、このSiを2.0 wt％を超えて添加
した場合には、湯流れ性の改善にはほとんど変化がな
く、むしろ飽和磁化を低下させるという現象が生じるた
め、磁気フィルター用材料としては、Siを 0.5〜2.0 wt
％の範囲内で添加することが必要である。

【０００８】Cr： 8.0〜16.0wt％； Crは、磁気特性の向上を図る意味において低いほどよ
く、このCrが低いほど飽和磁化が大きくなる。しかしな
がら、このCr含有量があまりに少ないと、溶湯から金属
チップを直接製造することが極めて困難となるので適当
に含有させることが必要である。そこで、本発明では、
上述したSi含有量との関係において、Siを含むことを前
提とすれば、Crは16wt％以下でも通常のステンレス鋼と
ほぼ同等の製造性が確保できる。一方、Crが８wt％より
も少なくなると、Si添加の効果だけでは溶湯の流動性お
よび耐酸化性を維持することができなくなり、生産性が
極めて悪くなる。これらの事実から、生産性を考慮した
場合、Cr量は 8.0〜16.0wt％の範囲とすることが適当で
ある。

【０００９】Ｎ：0.01〜0.1 wt％；Ｎは、該金属チップを流体中で使用する場合に必要とさ
れる耐摩耗性付与のために添加する。また、磁気フィル
ターのマトリックスは使い捨てにする場合と、洗浄後再
利用する場合とがあり、洗浄する場合にはある程度の耐
摩耗性が要求される。従って、Ｎを添加すると、こうし
た耐摩耗性が付与され、しかもこの添加は飽和磁化にほ
どんど影響を与えないため、磁気フィルター用材料とし
て極めて優れた特性を有する。しかしながら、上記範囲
を超えてＮを0.1 wt％を超えて固溶させた場合、Ｎ固溶
による結晶格子歪みに起因すると思われる飽和磁化の低
下を招く。そこで、Ｎは0.01〜0.10wt％の範囲内で添加
することが必要である。

【００１０】Ni：0.05〜0.3 wt％；本発明のような低Cr鋼では、Niを少量添加した方が、高
温での飽和磁化の改善に有効であることが判った。すな
わち、発明者らの研究によると、5000エルステッドの磁
場を印加したときの磁化で比較すると、Niを添加しない
場合、 300℃での磁化は室温の80％程度であるのに対
し、Niを添加した場合、室温の90％近い値が得られるこ
とが判った。このNi添加効果は0.05wt％以上の添加で見
られ、一方、0.3 wt％を超えて添加した場合にはむしろ
材料そのものの飽和磁化を下げる結果となる。従って、
Ni含有量は、0.05〜0.3 wt％の範囲内に規定した。

【００１１】Ｃ：0.1 wt％以下；Ｃは、硬さならびに耐摩耗性の向上に寄与する成分であ
るが、 0.1wt％を超えて含有させると著しく飽和磁化を
低下させるため、0.1 wt％以下に限定した。

【００１２】Mn：1.0 wt％以下； Mnは、脱酸材として添加されるが、1.0 wt％を超えて添
加すると脆化するため、1.0 wt％以下に限定した。

【００１３】本発明においては、上述した主要成分の含
有に加え、さらに必要な機械的性質を得るために、以下
の元素を選択添加することが有効である。 Mo, Cu： 0.1〜2.0 wt％； Mo, Cuは、0.1 wt％以上の添加により、Cr低減による耐
食性の劣化をある程度抑えるのに有効である。しかし、
Mo, Cuは2.0 wt％を超えて添加してもその効果が飽和す
るだけでなく、飽和磁化を低下させる。従って、耐食性
を必要とする場合に、Moまたは／およびCuを合計量で
0.1〜2.0 wt％の範囲で添加する。

【００１４】Nb, Ti, Zr：0.01〜0.2 wt％； Nb, Ti, Zrは、鋼中のＣをカーバイドとして固定する作
用を有し、その量が鋼中のＣ量とつり合っている場合、
飽和磁化を上昇させる効果がある。従って、原料、製造
方法などの都合により、Ｃの混入が避けられないような
場合には、これらの元素を30×Ｃwt％以下の範囲で添加
すると磁気特性が向上する。ただし、0.2 wt％を超えて
添加すると、溶湯の粘性が著しく高くなるため、溶湯か
らの金属チップの製造が極めて困難となるので、これら
の元素は0.01〜0.2 wt％の範囲内で添加する。

【００１５】次に、本発明にかかる金属チップは、溶湯
を機械的に掻き出して急冷することによって製造する方
法であるが、もちろん好ましい形状というものがある。
それは、これらの材料が強磁界中において磁場勾配をつ
けて用いられる用途に使われるものであるため、適当に
突出した先鋭な部分や、エッジ部分を有する形状の方が
好ましいためである。即ち、尖った部分やエッジのよう
に鋭い部分では大きな磁場勾配が発生し、磁気フィルタ
ーとしての磁性体捕獲能力を高めるからである。具体的
な形として考えられるのは、両端の突出したドッグボー
ン状、エッジ部を有する粒状もしくは椀状のものなどが
好適である。

【００１６】次に、本発明によるショット用金属粉末を
製造する方法につき説明する。上記組成の溶融金属を溶
製し、これを例えば、特願昭59−60384 号 (特公平２−
44881 号) 「片状金属チップとその製造方法及びその製
造装置」の明細書に記載されているように、第１図に示
す装置の溶融槽６内に収容し、熱伝導率の高い銅製の直
径 300mm程度の回転ドラム１の外周に設けた椀状の突起
３の先端部3aを溶融金属２中に挿入し、発熱体７によっ
て溶融金属の温度を調整するとともにレベル調整ブロッ
ク４を溶融金属２中に昇降させて溶融金属レベルを調整
し、回転ドラム１を 200〜300 rpm 程度の回転数で回転
して突起３の先端部に付着した溶融金属を少なくとも部
分的に凝固させ、その後突起３から剥離させ、例えば、
厚さが 0.3mm程度の第５図に示すような椀状金属チップ
８を製造する。

【００１７】上記の製造方法において本発明では、溶湯
から掻き出した金属チップ８については、適当な後処理
が必要であることをつきとめ、以下に述べるような方法
を開発した。一般に、上記の成分組成の材料を溶湯から直接、掻
き出して小片のまま冷却すると、特にCrの低い組成では
マルテンサイトが発生し、思い通りの磁気特性を得られ
ない場合がある。そこで、溶湯から掻き出された金属チ
ップを直ちに保温容器に入れ、 900〜700 ℃の温度域を
0.5〜５℃／min の冷却速度で通過するようにした。こ
のような処理により、マルテンサイトの発生を抑えるこ
とができ、ひいては高い磁気特性が得られるようにな
る。上記の冷却速度（徐冷）を外れて急冷すると、室温
になった状態でのマルテンサイト量が30〜40％となり、
飽和磁化が10〜13％低下する。

【００１８】また、冷却温度をコントロールだけで
はマルテンサイトを完全に消し去ることができない。そ
こで本発明では、飽和磁化がより高くかつ均一な材料を
必要とする場合には、 900〜800 ℃に30min 以上保持し
た後、 700℃以下になるまで 0.5〜５℃／min で冷却す
ることとした。それは、このような処理を行うと、マル
テンサイトが消失するからである。また、上記の冷却速
度（徐冷）を外れて急冷すると、消失したマルテンサイ
トが冷却中に再度発生し飽和磁化を低下させる結果とな
る。

【００１９】

【実施例】以下に本発明の実施例を比較例に併せて説明
する。金属チップの製造は、実施例, 比較例ともに図１
に示す装置を用いた。この装置において、回転ドラム３
の表面形状を種々の形態にすることで、ドッグボーン状
や椀状の金属チップを製造することができる。なお、こ
の装置を用いた製造に際しては、 900〜700 ℃の温度域
の冷却速度は50℃／min 程度とした。上記装置を介して
得られた金属チップを、1000ppm の塩素イオン濃度の水
溶液中に浸漬放置した場合の、化学成分と発錆までの時
間の関係を表１に示す。表１に示す結果から明らかなよ
うに、Mo, Cuによって耐食性が向上している。

【００２０】

【表１】

【００２１】また、表２に、実際に本発明材料を用いて
流体中の微細鉄粉を捕獲した例を示す。流体は 270℃の
原油であり、除去対象物は原油中に含まれる微小鉄粉で
ある。原油処理量は10リットル/minの流量で100 リット
ルを循環させて処理した。用いた金属チップ量は200g
で、椀状形のものを使用し、3000エルステッドの磁場中
に保持した。処理時間は約100minである。SUS 430 、SU
S 444 に比べて除鉄率が大幅に向上していることが判
る。

【００２２】

【表２】

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、Cr
を減らしたフェライト系ステンレス鋼相当材で、しかも
マルテンサイトを生成しないような製造方法を採用した
ことで、飽和磁束密度の高い磁気特性に優れた金属チッ
プを高い生産性を維持して製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】金属チップ製造装置の概略を示す断面図。

【符号の説明】

１回転ドラム２溶融金属３突起４レベルブロック５溶融装置６溶融槽７発熱体８金属チップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０２Ｚ 38/40

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：0.1 wt％以下、 Si：0.5 〜2.0 wt
％、 Mn：1.0 wt％以下、 Cr：8.0 〜16.0wt％、 Ni：0.05〜0.3 wt％、Ｎ：0.01〜0.1 wt％を含有し、残
部Feおよび不可避的不純物からなる磁気フィルター用軟
磁性金属チップ。
【請求項２】Ｃ：0.1 wt％以下、 Si：0.5 〜2.0 wt
％、 Mn：1.0 wt％以下、 Cr：8.0 〜16.0wt％、 Ni：0.05〜0.3 wt％、Ｎ：0.01〜0.1 wt％を含有し、さ
らにMo, Cuのいずれか１種または２種の合計で 0.1〜2.
0 wt％を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる
磁気フィルター用軟磁性金属チップ。
【請求項３】Ｃ：0.1 wt％以下、 Si：0.5 〜2.0 wt
％、 Mn：1.0 wt％以下、 Cr：8.0 〜16.0wt％、 Ni：0.05〜0.3 wt％、Ｎ：0.01〜0.1 wt％を含有し、さ
らにNb, TiおよびZrのうちのいずれか１種または２種以
上の合計で0.01〜0.2 wt％含有し、残部Feおよび不可避
的不純物からなる磁気フィルター用軟磁性金属チップ。
【請求項４】Ｃ：0.1 wt％以下、 Si：0.5 〜2.0 wt
％、 Mn：1.0 wt％以下、 Cr：8.0 〜16.0wt％、 Ni：0.05〜0.3 wt％、Ｎ：0.01〜0.1 wt％を含有し、さ
らにMo, Cuのうちのいずれか１種または２種の合計で
0.1〜2.0 wt％を含有し、さらにまたNb, TiおよびZrの
うちのいずれか１種または２種以上を合計で0.01〜0.2
wt％含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる磁気
フィルター用軟磁性金属チップ。
【請求項５】金属チップ製造装置内に、請求項１〜４の
いずれか１つに記載された成分組成を有する金属溶湯を
収容し、回転ドラムを回転させることにより所定形状の
金属チップを掻き出した後、得られたその金属チップ
を、 900〜700 ℃の温度域を 0.5〜５℃／min の冷却速
度にて通過させることを特徴とする磁気フィルター用軟
磁性金属チップの製造方法。
【請求項６】金属チップ製造装置内に、請求項１〜４の
いずれか１つに記載された成分組成を有する金属溶湯を
収容し、回転ドラムを回転させることにより所定形状の
金属チップを掻き出した後、得られたその金属チップ
を、 800〜900 ℃の温度域で30min 以上保持し、その後
0.5〜5 ℃／min の冷却速度で 700℃以下まで徐冷する
ことを特徴とする磁気フィルター用軟磁性金属チップの
製造方法。