(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ，ＮｉおよびＣｒを主成分とし、マルテンサイト組織でなる強磁性体部分とオーステナイト組織でなる非磁性体部分を有しており、前記強磁性体部分に含まれる水素量が０．５〜４ｐｐｍであり、前記非磁性体部分の水素量は、前記強磁性体部分よりも少ないことを特徴とする複合磁性部材。
【請求項２】
複合磁性部材は、水素以外の化学組成が重量％でＣ ０．６％以下、Ｃｒ １２〜１９％、Ｎｉ ６〜１２％、Ｍｎ ２％以下、Ｓｉ １％以下、残部が実質的にＦｅでなることを特徴とする請求項１に記載の複合磁性部材。
【請求項３】
平山の当量 Ｈｅｑ＝〔Ｎｉ％〕＋１．０５〔Ｍｎ％〕＋０．６５〔Ｃｒ％〕＋０．３５〔Ｓｉ％〕＋１２．６〔Ｃ％〕が２０〜２３％、であり、かつ、
ニッケル当量 Ｎｉｅｑ＝〔Ｎｉ％〕＋３０〔Ｃ％〕＋０．５〔Ｍｎ％〕が９〜１２％、
クロム当量 Ｃｒｅｑ＝〔Ｃｒ％〕＋〔Ｍｏ％〕＋１．５〔Ｓｉ％〕＋０．５〔Ｎｂ％〕が１６〜１９％
である組成を満足することを特徴とする請求項１および２のいずれかに記載の複合磁性部材。
【請求項４】
Ｆｅ，ＮｉおよびＣｒを主成分とする素材を水素含有雰囲気下で加熱し、素材中に水素を０．５〜４ｐｐｍ含有させた後、塑性加工によりマルテンサイト組織とし、次いで前記マルテンサイト組織の一部を加熱しオーステナイト組織とすることを特徴とする複合磁性部材の製造方法。
【請求項５】
素材は、重量％でＣ ０．６％以下、Ｃｒ １２〜１９％、Ｎｉ ６〜１２％、Ｍｎ ２％以下、Ｓｉ １％以下、水素が０．５〜４ｐｐｍ含有され、残部が実質的にＦｅでなることを特徴とする請求項４に記載の複合磁性部材の製造方法。
【請求項６】
素材は、平山の当量 Ｈｅｑ＝〔Ｎｉ％〕＋１．０５〔Ｍｎ％〕＋０．６５〔Ｃｒ％〕＋０．３５〔Ｓｉ％〕＋１２．６〔Ｃ％〕が２０〜２３％、であり、かつ、
ニッケル当量 Ｎｉｅｑ＝〔Ｎｉ％〕＋３０〔Ｃ％〕＋０．５〔Ｍｎ％〕が９〜１２％、
クロム当量 Ｃｒｅｑ＝〔Ｃｒ％〕＋〔Ｍｏ％〕＋１．５〔Ｓｉ％〕＋０．５〔Ｎｂ％〕が１６〜１９％
である組成を満足することを特徴とする請求項４または５に記載の複合磁性部材の製造方法。
【請求項７】
Ｆｅ，ＮｉおよびＣｒを主成分とし、水素を０．５〜４ｐｐｍ含有し、組織が実質的にオーステナイト組織であることを特徴とする複合磁性部材用素材。
【請求項８】
重量％でＣ ０．６％以下、Ｃｒ １２〜１９％、Ｎｉ ６〜１２％、Ｍｎ ２％以下、Ｓｉ １％以下、水素 ０．５〜４ｐｐｍ、残部が実質的にＦｅでなる組成を有することを特徴とし、組織が実質的にオーステナイト組織であることを特徴とする複合磁性部材用素材。
【請求項９】
平山の当量 Ｈｅｑ＝〔Ｎｉ％〕＋１．０５〔Ｍｎ％〕＋０．６５〔Ｃｒ％〕＋０．３５〔Ｓｉ％〕＋１２．６〔Ｃ％〕が２０〜２３％、であり、かつ、
ニッケル当量 Ｎｉｅｑ＝〔Ｎｉ％〕＋３０〔Ｃ％〕＋０．５〔Ｍｎ％〕が９〜１２％、
クロム当量 Ｃｒｅｑ＝〔Ｃｒ％〕＋〔Ｍｏ％〕＋１．５〔Ｓｉ％〕＋０．５〔Ｎｂ％〕が１６〜１９％
である組成を満足することを特徴とする請求項７または８に記載の複合磁性部材用素材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、例えば磁気スケール等に利用される非磁性であるオーステナイト組織部と強磁性であるマルテンサイト組織部を有する複合磁性部材とその製造方法および複合磁性部材用素材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、強磁性体に等間隔で非磁性体部を形成した複合磁性部材を用い、この複合磁性部材に近接したセンサにより、非磁性部あるいは強磁性体部を検出して、位置決めを行なう磁気スケール等においては、特開昭６２−１６１１４６号に記載されるように、素材を塑性加工により加工誘起マルテンサイト化して強磁性体化した後、レーザー加熱等の局部加熱手段を用いて、マルテンサイトの一部を非磁性のオーステナイト組織とすることにより、所定の位置を非磁性化した複合磁性部材が用いられている。
このような、加工誘起マルテンサイト化した後、一部をオーステナイト化するのに適した素材としては、オーステナイト系のステンレス鋼や高マンガン鋼が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前述したように、複合磁性部材を得ようとすると、素材を塑性加工によって、マルテンサイト化し、次いで一部を加熱しオーステナイト化する必要がある。
そして、複合磁性部材としては、形成するオーステナイト部およびマルテンサイト部が安定して存在することが求められている。
マルテンサイトの安定度とオーステナイトの安定度は、相反する特性であり、組成に大きく依存する。
【０００４】
すなわち、マルテンサイト化しやすい組成を選択すれば、塑性加工後に加熱してもオーステナイト化しなかったり、もしくは一度オーステナイトに相変態しても容易にマルテンサイトに戻るため、非磁性部が得られにくいという問題が生じる。反対にオーステナイト化しやすい組成を選択すれば、塑性加工してもマルテンサイト変態が起こらなかったり、極めて高い加工率が必要であるという問題が生じる。このような問題に対して、本発明者等は、特開平６−１４０２１６号で提案するように、次に示すオーステナイトの安定度の指標である平山の当量を２０〜２３とし、ニッケル当量を９〜１２およびクロム当量を１６〜１９とすることで一応の特性を得ている。
Ｈｅｑ（平山の当量）＝〔Ｎｉ％〕＋１．０５〔Ｍｎ％〕＋０．６５〔Ｃｒ％〕＋０．３５〔Ｓｉ％〕＋１２．６〔Ｃ％〕
Ｎｉｅｑ（ニッケルの当量）＝〔Ｎｉ％〕＋３０〔Ｃ％〕＋０．５〔Ｍｎ％〕＋Ｃｒｅｑ（クロム当量）＝〔Ｃｒ％〕＋〔Ｍｏ％〕＋１．５〔Ｓｉ％〕＋０．５〔Ｎｂ％〕
【０００５】
しかし、現状では、さらなるオーステナイト部およびマルテンサイト部の安定化が求められると共に、製造の容易性が強く求められるようになってきている。本発明の目的は、マルテンサイト部とオーステナイト部を有する複合磁性部材を磁気特性を劣化することなく、容易に得る方法およびこの方法によって得られた新規の複合磁性部材を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者がＦｅ，ＮｉおよびＣｒを主成分とする合金のマルテンサイト化、およびオーステナイト化と微量添加元素の関係について検討したところ、合金中に水素を含有させると、塑性加工によりマルテンサイト化し易くなり、しかもマルテンサイト化後加熱すると水素が拡散し、加熱部分がオーステナイト化し易くなることを見出し、水素を含有させれば、マルテンサイト部とオーステナイト部がともに安定な複合磁性部材が容易に得られることを知見し、本発明に到達した。
【０００７】
すなわち、本発明の製造方法は、 Ｆｅ，ＮｉおよびＣｒを主成分とする素材を水素含有雰囲気下で加熱し、素材中に水素を０．５〜４ｐｐｍ含有させた後、塑性加工によりマルテンサイト組織とし、次いで前記マルテンサイト組織の一部を加熱しオーステナイト組織とすることを特徴とする複合磁性部材の製造方法である。
この方法によって、得られる新規な本発明の複合磁性部材は、Ｆｅ，ＮｉおよびＣｒを主成分とし、マルテンサイト組織でなる強磁性体部分とオーステナイト組織でなる非磁性体部分を有しており、前記強磁性体部分に含まれる水素量が０．５〜４ｐｐｍであり、前記非磁性体部分の水素量は、前記強磁性体部分よりも少ないことを特徴とする複合磁性部材である。
また、複合磁性部材を得るためのマルテンサイト化する前の本発明の複合磁性部材用素材は、Ｆｅ，ＮｉおよびＣｒを主成分とし、水素を０． ５〜４ｐｐｍ含有し、組織が実質的にオーステナイトであることを特徴とする複合磁性部材用素材である。
本発明の複合磁性部材および複合磁性部材用素材としては、重量％でＣ ０．６％以下、Ｃｒ １２〜１９％、Ｎｉ ６〜１２％、Ｍｎ ２％以下、Ｓｉ １％以下、水素 ０．５〜４ｐｐｍ、残部実質的にＦｅの組成とすることが望ましい。
特に強磁性体部の強磁性特性、および非磁性体部の非磁性特性を高めるためには、平山の当量 Ｈｅｑ＝〔Ｎｉ％〕＋１．０５〔Ｍｎ％〕＋０．６５〔Ｃｒ％〕＋０．３５〔Ｓｉ％〕＋１２．６〔Ｃ％〕が２０〜２３％、であり、かつ、ニッケル当量 Ｎｉｅｑ＝〔Ｎｉ％〕＋３０〔Ｃ％〕＋０．５〔Ｍｎ％〕が９〜１２％、クロム当量 Ｃｒｅｑ＝〔Ｃｒ％〕＋〔Ｍｏ％〕＋１．５〔Ｓｉ％〕＋０．５〔Ｎｂ％〕が１６〜１９％である組成を満足することが望ましい。
【０００８】
【作用】
上述したように、本発明の最大の特徴は、水素を０．５〜４ｐｐｍ含有させたことにある。
素材中の水素量が増加すると、理由は不詳であるが、塑性加工によりマルテンサイト化し易くなり、マルテンサイトした後に加熱すると水素は加熱部分以外に拡散し、オーステナイト化しやすくなる。
すなわち、マルテンサイト化しやすくなることは、マルテンサイト部が安定に存在できることになり、また塑性加工率を高くする必要がなくなり、製造が容易になる。また、加熱によって水素を減少させることは、オーステナイト部を安定にすることができるため、従来のようなマルテンサイトを安定化したためにオーステナイト化しにくくなるという問題を解決できるのである。
【０００９】
本発明において、水素量を０．５〜４ｐｐｍとしたのは、それ未満ではマルテンサイト化を促進する効果が顕著でないためである。４ｐｐｍを越えると水素脆化により割れが生じ易くなるため４ｐｐｍ以下とする。水素含有量を０．５ｐｐｍ以上に制御するには、例えば水素分圧の低い雰囲気中で加熱するかもしくは、純水素中で加熱した後、水素分圧の低い雰囲気中で加熱する方法をとることができる。最も好ましい水素の含有量は１〜３ｐｐｍである。
【００１０】
本発明におけるマルテンサイト組織は、強磁性を示し、オーステナイト組織は非磁性を示すものであり、これによって磁気スケール等の複合磁性材料を構成するものである。また、本発明の複合磁性部材用素材は、マルテンサイト化する前の素材であり、水素の含有により、塑性加工によりマルテンサイト化し易く、またマルテンサイトした後に加熱すれば、水素が除かれ、容易にオーステナイト化するという特徴を持つ。
素材において、実質的にオーステナイト組織と規定したのは、磁気特性が均一なマルテンサイト化組織にするために好ましいからである。
本発明の複合磁性部材および素材の好ましい組成として、Ｃを０．６％以下としたのは、０．６％以下でも強磁性を示すが、炭化物量の増加により加工成形性が低下するからである。Ｃｒ量を１２〜１９％としたのは、１２％未満では塑性加工することによって発生するマルテンサイト中のＣｒ量が低下するため、強度が低下するからである。また、１９％を越えると非磁性部であるオーステナイト中にフェライトが発生し、非磁性部が減少するからである。
【００１１】
Ｎｉ量を６〜１２％としたのは、Ｎｉ量６％未満ではオーステナイトがあまり安定せず、フェライトが発生するため、非磁性部が得にくいからである。また、１２％を越えるとオーステナイトの安定度が高まり過ぎて加工誘起マルテンサイトの生成を阻害するからである。
Ｍｎを２％以下としたのは２％を越えると塑性加工によって発生するマルテンサイトの延性が低下し、加工成形性も低下するからである。
Ｓｉを１％以下としたのは、１％を越えるとマルテンサイトの延性を低下させるためである。なお、１％以下の添加は部材の高度を高める上で有効である。
また、平山の当量  Ｈｅｑ＝〔Ｎｉ％〕＋１．０５〔Ｍｎ％〕＋０．６５〔Ｃｒ％〕＋０．３５〔Ｓｉ％〕＋１２．６〔Ｃ％〕が２０〜２３％、であり、かつ、ニッケル当量  Ｎｉｅｑ＝〔Ｎｉ％〕＋３０〔Ｃ％〕＋０．５〔Ｍｎ％〕が９〜１２％、
クロム当量  Ｃｒｅｑ＝〔Ｃｒ％〕＋〔Ｍｏ％〕＋１．５〔Ｓｉ％〕＋０．５〔Ｎｂ％〕が１６〜１９％
である組成を満足すると、印加磁場８０００Ａ／ｍ時の強磁性部の磁束密度Ｂ８０００を０．４（Ｔ）以上にすることが容易であり、また非磁性部においては透磁率μを１．２以下に調整することが容易となるという利点がある。
さらに、ＭｏとＮｂは必ずしも添加する必要はないが、ＭｏはＭｓ点を低める効果があり、またＮｂは材料強度を高める作用があり、目的に応じて単独または複合で添加することができる。ここでＭｏが２％を越えると、またＮｂが１％を越えると加工成形が低下するため、好ましくはＭｏおよびＮｂの添加量の上限をそれぞれ２％および１％とした。
【００１２】
【実施例】
表１に示す組成の合金を熱間圧延により厚さ  ２．５ｍｍの板材とし、その後１０００℃で５分間窒素と水素の割合が１：３のガス中で溶体化処理を行ない、その後、窒素雰囲気中で９００℃に加熱して水素含有量を調整し、異なる水素含有量で実質的にオーステナイト組織を有する複合磁性部材用素材を得た。表１に示すように水素含有量が異なるが、溶体化処理により、実質的にオーステナイト組織を示す素材が得られた。
複合磁性部材用素材は、透磁率μに示すように実質的に非磁性である。
なお、γ量（％）は、溶体化処理後のオーステナイト量で単位は％、μは透磁率、〔Ｈ〕は溶体化処理後の水素含有量で単位はｐｐｍである。また、Ｈｅｑは平山の当量、ＮｉｅｑはＮｉ当量、ＣｒｅｑはＣｒ当量である。
【００１３】
【表１】
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【００１４】
表１に示す試料１〜５の試験片を冷間圧延により、板厚  ２．５ｍｍから１．２ｍｍまで圧下し、強磁性部の評価を行なった結果を表２に示す。表２から明らかなように、水素含有量の上昇に伴いマルテンサイトα′の量も増加し、磁束密度Ｂ８０００も上昇しており、水素の添加がマルテンサイト化を促進していることがわかる。
なお、表２に示すα′量（％）は、冷間圧延後のマルテンサイト量で単位は％、Ｂ８０００（Ｔ）は印加磁場８０００Ａ／ｍの時の磁束密度で単位はＴ（テスラ）である。
【００１５】
【表２】
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【００１６】
表２に示す試料について、照射径３ｍｍでレーザー加熱により、瞬間的に材料の一部を８５０℃程度まで加熱して得られた非磁性部の特性を表３に示す。表３から明らかなように、部分加熱することにより水素含有量が低下し、実質的に非磁性を示すオーステナイト組織が得られている。表２および表３に示すように水素を添加することにより、マルテンサイト化しやすくなり、また加熱により水素が除去されて、オーステナイト化しやすくなったことがわかる。
なお、表３に示すγｒｅｖは部分加熱後の非磁性体部分のオーステナイト量で単位は％である。
【００１７】
【表３】
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【００１８】
（実施例２）
試料番号６〜１０に示す化学組成の試験片でそれぞれにつき、水素含有量を変えた複合磁性部材用素材について、実施例１と同様の操作を行なった結果を表４および表５に示す。表４および表５から明らかなように、同一成分において、本発明の規定範囲内の水素量を有する試料は、水素量の少ない比較例の試料により、冷間加工においてマルテンサイト化し易く、磁束密度も高いことから、容易に強磁性化していることがわかる。また、その後の部分加熱により水素量が減少し、容易に非磁性化したオーステナイト組織が得られたことがわかる。
【００１９】
【表４】
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【００２０】
【表５】
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【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、合金中に水素を含有させることで、塑性加工によりマルテンサイト化しやすくなり、またその後部分加熱することにより、加熱部分が容易にオーステナイト化するため、強磁性部と非磁性部の両方の特性を有する複合磁性部材として、要求されていたマルテンサイト組織の安定化およびオーステナイト組織の安定化を両立することが可能となる。
さらに、マルテンサイト化しやすいことは、複合磁性部材の製造を困難にしていた強加工が不要となるため、工業的にも有効である。