JPH0770716A - 冷鍛性、耐食性、溶接性に優れた軟磁性ステンレス鋼 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 重量比にしてC:0.02% 以下、Si:0.30%以下、
Mn:0.35%以下、S:0.005%以下、Cr:15.0 〜20.0% 、Al:
0.01%以下、N:0.02% 以下、O:0.0060% 以下、C+N:0.03%
以下とTi:0.02 〜0.20% 、Nb:0.02 〜0.40% 、V:0.05
〜0.30% の１種又は２種以上を含有し、必要に応じて
Mo:0.05 〜0.50% 、Pb:0.015〜0.045%、Bi:0.015〜0.
045%のうち１種または２種の、を含有し、残部がFe
及び不純物元素からなることを特徴とする冷鍛性、耐食
性、溶接性に優れた軟磁性ステンレス鋼。 【効果】 冷鍛性、耐食性、磁気特性、溶接性の４つの
特性を両立させた軟磁性ステンレス鋼の提供が可能にな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷鍛性、耐食性、溶接
性および磁気特性の全てについて優れた特性が要求さ
れ、例えば自動車の ABSセンサ、スピードセンサ、電磁
弁等に適した、冷鍛性、耐食性に優れた軟磁性ステンレ
ス鋼に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、電子燃料噴射装置、電磁弁、磁気
センサ等軟磁性を要求される部位の材料としては、純鉄
が使用され、腐食を防止するために表面にNi-Pメッキを
施していた。これは、純鉄がある程度優れた軟磁性特性
と非常に優れた冷鍛性を有しており、かつ安価であるか
らである。しかしながら、表面に施されるNi-Pメッキは
使用中に剥がれて弁が目詰りすることがあり、また、電
気抵抗が低く、磁気応答性が悪いという欠点があった。

【０００３】また、従来の軟磁性の冷鍛用ステンレス鋼
としては、Fe-13Cr-1Si-0.25Al鋼が既に開発され、使用
されているが、前記の純鉄に比較すると引張強さがかな
り高いため、冷鍛性に劣り、鉄に比べ所定形状への冷間
鍛造加工が著しく難しい材料であった。一方、用途によ
っては、溶接される場合もあり、冷鍛性、耐食性、磁気
特性に加えて、溶接性まで優れているステンレス鋼が強
く望まれていた。

【０００４】最近、純鉄やFe-13Cr-1Si-0.25Al鋼の前記
した課題を解決するために、様々な検討が行われてい
る。例えば特開平2-15143 号公報に記載された冷間鍛造
用軟磁性ステンレス鋼がある。この鋼は、重量比にし
て、C:0.015%以下、Si:0.20%以下、Mn:0.35%以下、S:0.
010%以下、Cr:8〜13% 、Al:0.020% 以下、O:0.0070% 以
下、N:0.0100% 以下、C+N:0.020%以下を含有し、残部Fe
ならびに不純物元素からなることを特徴とするものであ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】最近、冷間鍛造用軟磁
性ステンレス鋼に関し、自動車等の ABSセンサ、スピー
ドセンサ、電磁弁等に用いられる材料で、前記部品の寿
命向上のために従来に比べ優れた耐食性が要求される傾
向が強くなってきた。すなわち、冷鍛性と磁気特性を劣
化することなく、耐食性を向上させた鋼の開発が強く望
まれるようになってきたのである。

【０００６】この要求に対し、前記した純鉄やFe-13Cr-
1Si-0.25Al鋼では、耐食性または冷鍛性のいずれか一方
が著しく劣るため要求を満足することができない。ま
た、特開平2-15143 号公報記載の鋼では、冷鍛性、磁気
特性共に優れた特性を有しているため、ある程度前記要
求に対応することができるが、耐食性が劣るため、要求
を完全に満足させることは不可能である。一方、前記し
たように、溶接性も考慮した成分設計が望まれている。

【０００７】冷鍛性、耐食性、溶接性および磁気特性の
４つの特性は相反する関係にある場合が多く、いずれか
１つの特性を優先して開発すると他の特性が劣化してし
まい、４つの特性を全て両立させた鋼種の開発が十分に
なされていないのが現状であった。本発明は、前記課題
を解決し、冷鍛性、耐食性、溶接性および磁気特性の共
に優れた軟磁性ステンレス鋼の提供を可能にすることを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、従来鋼の
前記のごとき欠点に鑑み、冷鍛性、溶接性および磁気特
性を劣化することなく耐食性を向上させるための成分系
を見出すために鋭意研究を重ねた結果、完成に至ったも
のであり、下記に示す新たな知見に基づくものである。

【０００９】低(C+N) 化してフェライト単相とし、Si、
Mn、S 、O を極限まで下げることにより優れた冷鍛性が
得られること、さらにCrを 8〜13% 含有させることによ
り前記冷鍛性を劣化することなくある程度優れた耐食性
が得られることは特開平2-15143 号公報により明らかと
なっている。しかし、先願に記載された鋼は、冷鍛性を
重視し、Crの上限を13% に規制したため、耐食性の向上
に限界があった。

【００１０】そこで、本発明者等は、Cr量を変化させた
ときにどの程度冷鍛性、耐食性に影響が生じるか詳しく
調査した。その結果、15.0% 以上含有させることによっ
て、13% までしかCrを含有させない場合に比べ耐食性が
大きく向上すること、20.0%までの含有であれば、前記
のような冷鍛性向上策を施してある場合には、若干強度
が上昇するものの、実際の冷鍛が困難になるほど冷鍛性
は劣化せず、優れた特性を確保することができることを
見出したものである。また、Alの上限を厳しく限定する
ことにより、溶接時の溶け込み状況、ビード外観を良好
にできることを見出したものである。

【００１１】すなわち、本発明である冷鍛性、耐食性、
溶接性に優れた軟磁性ステンレス鋼の第１発明は、重量
比にしてC:0.02% 以下、Si:0.30%以下、Mn:0.35%以下、
S:0.005%以下、Cr:15.0 〜20.0% 、Al:0.01%以下、N:0.
02% 以下、O:0.0060% 以下、C+N:0.03% 以下とTi:0.02
〜0.20% 、Nb:0.02 〜0.40% 、V:0.05〜0.30% のうち１
種又は２種以上を含有し、残部がFe及び不純物元素から
なることを特徴とし、第２発明は耐食性をさらに改善さ
せるため、第１発明鋼に加えてMoを0.05〜0.50% 含有さ
せたものであり、第３、４発明は、被削性を改善させる
ため、第１、２発明鋼に加えてPb:0.015〜0.045%、Bi:
0.015〜0.045%の１種または２種を含有させたものであ
る。

【００１２】以下に本発明である冷鍛性、耐食性、溶接
性に優れた軟磁性ステンレス鋼の成分限定理由について
説明する。 C:0.02% 以下 C は固溶強化により変形抵抗を増大させるため、冷鍛性
を害するとともに、磁気特性にも悪影響を与える元素で
ある。また、Crと結びついてCr炭窒化物を形成するとCr
の耐食性向上効果が阻害される。従って、可能な限り低
減する必要があり、上限を0.02% とした。より優れた耐
食性、磁気特性、冷鍛性を得るためには、0.01% 以下と
することが望ましい。

【００１３】Si:0.30%以下 Siは、C と同様に固溶強化によって冷鍛性を害する元素
である。本発明では冷鍛性を最重視しているので、でき
るだけ低減することが必要であり、上限を0.30% とし
た。もし可能であれば、0.15% 以下に抑えることによ
り、さらに優れた特性を得ることができる。

【００１４】Mn:0.35%以下 Mnは、耐食性、磁気特性、冷鍛性を著しく損なう元素で
あり、できるだけ低減する必要がある。そのため、本発
明では上限を0.35% とした。望ましくは、0.20% 以下と
するのが良い。

【００１５】S:0.005%以下 S は通常鋼中に不純物として含有し、MnS の生成によっ
て、冷鍛性、磁気特性、耐食性をともに劣化させる元素
であり、特に寸法精度の厳しい製品を加工する際には前
記影響が大きい。従って、本発明では通常不純物として
含有している量より低減する必要があるため、上限を0.
005%とした。

【００１６】Cr:15.0 〜20.0% Crは耐食性、磁気特性を改善する元素であり、本願発明
にとって最も重要な元素である。本願発明は冷鍛性とと
もに耐食性も重視しており、優れた耐食性を得るために
は、Crを15.0% 以上含有させる必要がある。しかし、多
量に含有させると冷鍛性、磁気特性が低下するので、上
限を20.0% とした。

【００１７】Mo:0.05 〜0.50% Moは耐食性を改善する効果のある元素であり、本願発明
鋼の耐食性を改善するために必要に応じて添加すること
ができる。前記効果を得るためには少なくとも0.05% 含
有させることが必要である。しかし、0.50% を越えて含
有させると硬さが上昇して冷鍛性が低下するので、上限
を0.50% とした。

【００１８】Al:0.01%以下 Alは電気抵抗を改善する元素であるが、固溶強化によっ
て冷鍛性を劣化させる元素でもある。また、Alを添加す
ると、溶接時の溶け込み深さが低下したり、溶けた鋼の
湯流れが悪くなって、ビード外観が悪化する。本発明で
は、冷鍛性とともに溶接性も重視しているため、できる
だけ低減することが望ましく、上限を0.01% とした。

【００１９】N:0.02% 以下 N は鋼中に不純物として存在し、C と同様に固溶強化に
よって強度を高め、冷鍛性を低下させるとともに、磁気
特性にも悪影響を及ぼす元素である。従って、N はでき
るだけ低減することが望ましく、上限を0.02% とした。
望ましくは0.01% 以下とすべきである。

【００２０】O:0.0060% 以下 O は、溶解時に大気から不純物として混入し、酸化物系
介在物や侵入型固溶体を形成して冷鍛性、耐食性を劣化
させる元素である。従って、できるだけ低減することが
望ましいが、実際の製造性を考慮して上限を0.0060% と
した。

【００２１】C+N:0.03% 以下 フェライト単相とし、引張強さを低く抑えるためには、
C 、N の合計含有率をできるだけ低減する必要がある。
従って、本発明ではその上限を0.03% とした。望ましく
は、0.015%以下とすべきである。

【００２２】 Ti:0.02 〜0.20% 、Nb:0.02 〜0.40% 、V:0.05〜0.30% Ti、Nb、V は磁束密度、保磁力などの磁気特性を大幅に
改善するとともに、C、N と結びついて微細な炭窒化物
を形成することによりC 、N を固定するため、C 、N の
固溶強化による冷鍛性低下を防止する効果のある元素で
ある。また、Moと添加した場合には、Moによる磁気特性
への悪影響を取り除く効果もある。従って、Ti、Nb、V
のうち１種以上を添加する必要があり、Tiは0.02% 以
上、Nbは0.02% 、V は0.05% 以上添加することとした。
しかし、多量に含有させると形成した炭窒化物が粗大化
したり、単独の存在による絞りの低下によって限界加工
率が低下し、精密冷鍛が難しくなるため、上限をTiは0.
20% 、Nbは0.40% 、V は0.30% とした。

【００２３】Pb:0.015〜0.045%、Bi:0.015〜0.045% Pb 、Biは切削性を改善する元素であり、必要に応じて
添加することができる。この効果を得るためには、Pb、
Biともに最低0.015%以上含有させることが必要である。
しかし、多量に添加しても前記効果が飽和するととも
に、溶接性を損なうので、上限をそれぞれ0.045%とし
た。

【００２４】

【作用】本発明の冷鍛性、耐食性、溶接性に優れた軟磁
性ステンレス鋼は、低(C+N) 化してフェライト単相と
し、Si、Mn、S 、O を極限まで低減し、さらにCrを冷鍛
性が大きく低下しない限界量である15.0〜20.0% 含有さ
せ、Alの上限を厳しく規制した結果、冷鍛性、耐食性、
溶接性、磁気特性の４つの全てについて優れた特性を得
ることができた。

【００２５】

【実施例】次に本発明鋼の特徴を、比較鋼、従来鋼と比
較して、実施例でもって明らかにする。表１、２に実施
例で使用した供試材の化学成分を示す。表１、２におい
て、１〜40鋼は本発明鋼で、１〜10鋼は第１発明、11〜
20鋼は第２発明、21〜30鋼は第３発明、31〜40鋼は第４
発明に該当する鋼である。また、41〜54鋼は成分の一部
が本発明の範囲外である比較鋼であり、55、56鋼は従来
鋼である。従来鋼のうち、55鋼は純鉄、56鋼は特開平2-
15143 号公報に記載された成分範囲内の鋼である。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】表１、２に示す供試鋼について、 900℃で
２時間保持し、ついで冷却速度 100℃／時間という熱処
理を施して、引張強さ、限界加工率、磁束密度、保磁
力、電気抵抗、耐食性、溶接性、被削性について評価し
た。評価結果を表３、４に示す。

【００２９】引張強さについては、JIS4号試験片を用い
て、島津製作所製25ton オートグラフにより測定したも
のである。限界加工率については、日本塑性加工学会冷
間鍛造分科会基準に準拠した方法で、試験片として直径
14mm、高さ21mm、ノッチ付きを用いて評価したものであ
り、割れ発生率が50% になる時の据込率を測定したもの
である。

【００３０】磁気特性については、直流型BHトレーサを
用い、試験片として外径24mmφ、内径16mmφ、厚さ16mm
のリングを製作し、磁束密度、保磁力を測定したもので
ある。電気抵抗については、ホイーストンブリッジ法に
より試験片として1.2mm φ×500mm 線を用いて測定した
ものである。耐食性については、5%NaCl+2%H₂O₂ 水溶液
中に40℃で24時間連続浸漬した後、その腐食減量を測定
したもので、腐食減量が0.7g/m²hr 未満の場合を◎、0.
7g/m²hr 以上、1.2g/m²hr 未満の場合を○、1.2g/m²hr
以上の場合を×として表３、４に示した。

【００３１】溶接性については、電流80A 、Ar流量10リ
ットル/min、溶接速度180mm/min の条件でTIG 溶接によ
りなめ付け（インサートなし）し、ビード外観の観察及
び溶け込み深さとビード幅の比によって評価した。表
３、４には、ビード外観と溶け込み深さのいずれか一方
に問題のあったものは×、どちらも良好であったものを
○で表示した。溶け込み深さD とビード幅W の比の評価
は、D/W が0.2 以上であれば良好であると判断した。

【００３２】切削性は、切削性向上元素であるPb、Biを
含有させた発明鋼21〜40鋼及び比較鋼46、54鋼と従来鋼
についてのみ評価を実施した。切削試験は、10mm厚さの
試験片を用い、回転数759r.p.m. 、ドリルは材質が SKH
51で 5mmφのストレートシャンクドリル、切削油なし、
荷重72kgの条件で穿孔試験を行うことにより実施した。
試験データは、穴明けに要した時間を整理し、SUS403の
穿孔時間を1 としたときのそれぞれの穿孔時間の値によ
って整理した。そしてこの値が1.2 未満であるものを
○、それ以外を×として、表３、４に示した。

【００３３】

【表３】

【００３４】

【表４】

【００３５】表３、４から明らかなように、比較鋼であ
る41〜54鋼を本発明の実施例である１〜40鋼と比較する
と、41鋼は、Ti含有率が高いため、限界加工率が劣るも
のであり、42、50鋼は、Cr含有率が高いため、冷鍛性、
磁束密度が劣るものであり、43、51鋼はAl含有率が高い
ため、引張強さが若干高く、溶接性が劣るものである。
また、44、52鋼は、S 含有率が高いため、限界加工率、
磁気特性、耐食性が劣るものであり、45、53鋼は、Mo含
有率が高いため、冷鍛性が劣るものであり、46、54鋼は
PbまたはBiの含有率がそれぞれ高いため、溶接性が劣る
ものであり、47鋼はC 含有率が高いため、冷鍛性、磁気
特性、耐食性が劣るものであり、48鋼はCr含有率が低い
ため、耐食性、磁気特性が劣るものであり、49鋼はNb含
有率が高いため、冷鍛性が劣るものである。

【００３６】従来鋼のうち、純鉄である55鋼は、冷鍛性
と磁束密度は優れているが、他の評価項目については著
しく劣るものであり、56鋼は、保磁力、耐食性、切削性
が劣るものである。

【００３７】これに対して、本発明である１〜40鋼は、
従来鋼に比べやや冷鍛性が低下するが、実際の加工にお
いて何ら問題のない程度の変化でしかなく、また、磁気
特性、溶接性を劣化させることなく耐食性を向上させる
ことに成功したものである。さらに、Pb、Biを添加した
21〜40鋼については、冷鍛性、磁気特性、耐食性、溶接
性を劣化することなく、優れた切削性を得られることが
確認できた。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明である冷鍛
性、耐食性、溶接性に優れた軟磁性ステンレス鋼は、低
(C+N) 化してフェライト単相を得るとともに、Si、Mn、
S 、Oを極力低減することにより、優れた冷鍛性を確保
し、さらにCrを適量添加し、Alの上限を厳しく規制した
ことによって、耐食性、溶接性についても優れた特性を
得ることができた。さらに本発明鋼は磁気特性について
も優れたいるので、自動車のABS センサ、スピードセン
サ、電磁弁等で寿命向上のために優れた耐食性の要求さ
れる部位への使用に適しており、高い実用性を有するも
のである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量比にしてC:0.02% 以下、Si:0.30%以
   下、Mn:0.35%以下、S:0.005%以下、Cr:15.0 〜20.0% 、
   Al:0.01%以下、N:0.02% 以下、O:0.0060% 以下、C+N:0.
   03% 以下と、Ti:0.02 〜0.20% 、Nb:0.02 〜0.40% 、V:
   0.05〜0.30%の１種又は２種以上を含有し、残部がFe及
   び不純物元素からなることを特徴とする冷鍛性、耐食
   性、溶接性に優れた軟磁性ステンレス鋼。
2. 【請求項２】 重量比にしてC:0.02% 以下、Si:0.30%以
   下、Mn:0.35%以下、S:0.005%以下、Cr:15.0 〜20.0% 、
   Mo:0.05 〜0.50% 、Al:0.01%以下、N:0.02%以下、O:0.0
   060% 以下、C+N:0.03% 以下と、Ti:0.02 〜0.20% 、Nb:
   0.02 〜0.40% 、V:0.05〜0.30% の１種又は２種以上を
   含有し、残部がFe及び不純物元素からなることを特徴と
   する冷鍛性、耐食性、溶接性に優れた軟磁性ステンレス
   鋼。
3. 【請求項３】 重量比にしてC:0.02% 以下、Si:0.30%以
   下、Mn:0.35%以下、S:0.005%以下、Cr:15.0 〜20.0% 、
   Al:0.01%以下、N:0.02% 以下、O:0.0060% 以下、C+N:0.
   03% 以下と、Ti:0.02 〜0.20% 、Nb:0.02 〜0.40% 、V:
   0.05〜0.30%の１種又は２種と、Pb:0.015〜0.045%、Bi:
   0.015〜0.045%のうち１種または２種以上を含有し、残
   部がFe及び不純物元素からなることを特徴とする冷鍛
   性、耐食性、溶接性に優れた軟磁性ステンレス鋼。
4. 【請求項４】 重量比にしてC:0.02% 以下、Si:0.30%以
   下、Mn:0.35%以下、S:0.005%以下、Cr:15.0 〜20.0% 、
   Mo:0.05 〜0.50% 、Al:0.01%以下、N:0.02%以下、O:0.0
   060% 以下、C+N:0.03% 以下と、Ti:0.02 〜0.20% 、Nb:
   0.02 〜0.40% 、V:0.05〜0.30% の１種又は２種以上
   と、Pb:0.015〜0.045%、Bi:0.015〜0.045%のうち１種ま
   たは２種を含有し、残部がFe及び不純物元素からなるこ
   とを特徴とする冷鍛性、耐食性、溶接性に優れた軟磁性
   ステンレス鋼。