(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：≦０．０２％、
Ｓｉ：２．５〜３．２％、
Ｍｎ：≦０．５％、
Ｐ：≦０．０３０％、
Ｓ：０．００３〜０．０２０％、
Ｃｒ：５〜９％、
Ａｌ：０．００５〜０．０２６％、
Ｔｉ：≦０．０２０％、
Ｃａ：０．００１０〜０．００８０％、
Ｏ：≦０．００４０％、
を含有し、さらに、
Ｃ＋Ｎ：≦０．０２５％、
Ｃａ／Ｓ：≧０．１、
（Ｓ／３２−Ｏ／１６）×１０4 ≧−０．５、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼であって、かつ、Ａｌ2 Ｏ3 系酸化物平均粒径：≦５μｍ、からなることを特徴とする被削性に優れた高固有抵抗電磁鋼。
【請求項２】
請求項１に記載の成分組成に加えて、ＰｂまたはＢｉの１種または２種が０．２０％以下であることを特徴とする被削性に優れた高固有抵抗電磁鋼。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流あるいは交流用電磁弁鉄心材をはじめとする優れた軟磁化特性が必要な部品に使用される被削性に優れた高固有抵抗電磁鋼に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に直・交流で使用できる電磁鋼には、優れた電気抵抗性とするために、鋼中にＳｉ、Ａｌが添加され、さらに優れた磁化特性とするために、Ｃ，Ｎ，Ｓを低減したり、Ｃ，Ｎ，Ｓを固定する安定化元素であるＴｉ，Ｃａ等を添加する手段がとられている。例えば特開昭４８−７８０１８号公報（特許文献１）に開示されているように、Ｃ：０．０８％以下、Ｃｒ：１０〜２０％、Ｍｏ：５％以下よりなる主合金成分に、Ｓｉ，Ａｌのごとき磁性改善合金元素を付随的に含有する電磁ステンレス鋼において、鋼の被削性を改善するために、さらにＰｂ：０．０３〜０．３０％、Ｃａ：０．００２〜０．０２％、Ｔｅ：０．０１〜０．２０％のいずれか１種または２種以上を含有せしめた快削性電磁ステンレス鋼が提案されている。
【０００３】
また、特開昭６３−４５３５０号公報（特許文献２）には、Ｃ：０．０１５％以下、Ｓｉ：３．０％以下、Ｍｎ：０．５％以下、Ｐ：０．０３０％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ｃｒ：４〜１４％、Ａｌ：０．２〜７．０％（但し、Ａｌ／Ｓｉ≧１．０）、Ｎ：３００ｐｐｍ以下、及びＯ：１００ｐｐｍ以下を含み、且つ残部が実質的に鉄よりなる冷間鍛造用ステンレス鋼が提案されている。
【０００４】
さらに、特開２００１−１４００３４号公報（特許文献３）に開示されているように、ＴｉとＺｒとの少なくともいずれかを金属元素成分として含有し、その金属元素成分との結合成分として、必須成分としてのＣを含有し、さらにＳ、Ｓｅ及びＴｅから選ばれる１種又は２種以上とを含有する（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物が基質金属相中に形成されている快削合金材料が提案されている。
【特許文献１】特開昭４８−７８０１８号公報
【特許文献２】特開昭６３−４５３５０号公報
【特許文献３】特開２００１−１４００３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、これまで切削中に切削工具に形成される構成刃先に着目して被削性（特に工具の寿命）を検討した事例はない。すなわち、上述した被削性を改善するために、例えば特許文献１の場合は、Ｐｂ，Ｔｅ，Ｃａが掲げられているが、必ずしも充分ではなく、しかも、これらの元素以外被削性改善については詳細に記述されておらず、他の手段による被削性を改善する余地が充分残されていた。また、特許文献２は、Ａｌ／Ｓｉ比の規定、Ｔｉ，Ｎｂの添加等により冷間鍛造性を向上させ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｃａ、ＴｅおよびＳｅの添加により被削性を改善するものが提案されているが、しかし、Ａｌ添加によるＡｌＮ生成により被削性が悪く改善が充分でない。
【０００６】
さらに、特許文献３は、鋼中の被削性介在物にチタン炭硫化物を利用して磁気特性、耐食性および冷鍛性を劣化させることなく被削性を改善することが提案されているが、しかし、チタン炭硫化物は硬質で、発明で示された材料を切削する際には高価な工具材を選ばなければならないという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述したような問題を解消するために、発明者らは鋭意開発を進めた結果、（１）切削中にできる構成刃先の表面を、工具摩耗の原因となる鋼中のＡｌ2 Ｏ3 よりも硬度が高くなるように材料成分を設定すること、および（２）構成刃先の摩耗損傷を抑制するためＡｌ2 Ｏ3 を微細化させること、（３）穿孔性を向上させるためにＣａ系硫化物を生成させること、により飛躍的に被削性を改善させることが可能であることを見出した。すなわち、本発明は、切削中に工具に形成される構成刃先およびその性質を考慮して被削性、磁気特性を改善した高固有抵抗を有する電磁鋼を提供するものである。
【０００８】
その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：≦０．０２％、Ｓｉ：２．５〜３．２％、Ｍｎ：≦０．５％、Ｐ：≦０．０３０％、Ｓ：０．００３〜０．０２０％、Ｃｒ：５〜９％、Ａｌ：０．００５〜０．０２６％、Ｔｉ：≦０．０２０％、Ｃａ：０．００１０〜０．００８０％、Ｏ：≦０．００４０％を含有し、さらに、Ｃ＋Ｎ：≦０．０２５％、Ｃａ／Ｓ：≧０．１、（Ｓ／３２−Ｏ／１６）×１０4 ≧−０．５、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる鋼であって、かつ、Ａｌ2 Ｏ3 系酸化物平均粒径：≦５μｍ、からなることを特徴とする被削性に優れた高固有抵抗電磁鋼。
（２）前記（１）に記載の成分組成に加えて、ＰｂまたはＢｉの１種または２種が０．２０％以下であることを特徴とする被削性に優れた高固有抵抗電磁鋼にある。
【発明の効果】
【０００９】
以上述べたように、本発明により磁気特性を劣化させることなく、被削性を示すドリル穿孔性、旋削工具寿命およびドリル寿命を大幅に改善することが出来る極めて優れた効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る成分組成の限定した理由について説明する。
Ｃ：≦０．０２％
Ｃは、鋼の製造に際して必然的に含有するものであるが、このＣは磁気特性を劣化させ、また、靱性を劣化させることから、その上限を０．０２％とした。
【００１１】
Ｓｉ：２．５〜３．２％
Ｓｉは、固有抵抗の増加に効果的な元素であり、所望の固有抵抗を確保するため、２．５％以上添加する。しかしながら、３．２％を超えるとＳｉの添加は製造上の加工性を悪化させることから、３．２％を上限とした。
【００１２】
Ｍｎ：≦０．５％
Ｍｎは、Ｃと同様に、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、その多量の存在は鋼の磁気特性を悪化させることから、その上限を０．５％とした。
Ｐ：≦０．０３０％
Ｐは、不純物で多量の存在は磁気特性を悪化させることから、その上限を０．０３０％とした。
【００１３】
Ｓ：０．００３〜０．０２０％
Ｓは、被削性を向上させる元素である。しかし、０．００３％未満ではその効果が充分でなく、また、０．０２０％を超えると磁気特性を悪化させることから、その範囲を０．００３〜０．０２０％とした。特性面から０．００４〜０．０１５％が望ましい。
【００１４】
Ｃｒ：５〜９％
Ｃｒは、耐食性を向上させるために添加するが、さらにここでは構成刃先に硬質なＣｒ2 Ｏ3 被膜を生成させてドリルおよび旋削工具の摩耗を抑制するため、すなわち、被削性を改善させるために添加する。この被膜は切削中被削材が構成刃先として凝着・表面酸化して生成するもので、硬度が工具の摩耗の原因となる鋼中のＡｌ2 Ｏ3 系酸化物の硬度（２３００〜２７００ｋｇ／ｍｍ2 ）よりも高い（約２９００ｋｇ／ｍｍ2 ）ため摩耗が抑制される。５％未満ではその効果が十分でなく、また、９％を超えると所望の耐食性が飽和することから、その範囲を５〜９％とした。
【００１５】
Ａｌ：０．００５〜０．０２６％
Ａｌは、脱酸による磁気特性を改善する元素である。しかし、０．００５％未満ではその効果が十分でなく、また、多量の添加はＡｌＮが生成して被削性を悪化させることから、その範囲を０．００５〜０．０２６％とした。
Ｔｉ：≦０．０２０％
Ｔｉは、ＴｉＣＮを生成して被削性が著しく悪化するので規制する。被削性に有害なＴｉＣＮが生成しない０．０２０％を上限とした。
【００１６】
Ｃａ：０．００１０〜０．００８０％
Ｃａは、磁気特性、被削性を向上させるために添加する。Ａｌ脱酸後にＣａを添加することにより、Ｃａ系硫化物がＡｌ2 Ｏ3 周りに生成して浮上分離が促進され、介在物が微細化し、磁気特性、工具寿命および穿孔性が改善されるいうものである。しかし、０．００１０％未満ではその効果は十分でなく、また、０．００８０％を超えるとその効果が飽和することから、その範囲を０．００１０〜０．００８０％とした。
【００１７】
Ｏ：≦０．００４０％
Ｏは、不可避的に鋼中に酸化物として存在し、磁気特性および被削性を悪化させるため極力低く抑制すべき元素である。しかし、０．００４０％を超えると被削性や磁気特性を悪化させることから、その上限を０．００４０％とした。
【００１８】
Ｃ＋Ｎ：≦０．０２５％
Ｎは、不純物で多量の存在は磁気特性を悪化させる。また、Ｃは上述したように、磁気特性を劣化させ、また、靱性を劣化させる。また、ＴｉＣ，ＡｌＮ，ＴｉＮを生成し、被削性を悪化させることから、両者の上限を０．０２５％とした。好ましくは０．０２０％とする。
【００１９】
Ｃａ／Ｓ：≧０．１
Ｓに対してＣａの添加が十分でないとＭｎＳが生成して磁気特性が悪化することから、Ｃａ／Ｓ比を規制した。しかし、両者の比が０．１未満では、ＭｎＳが生成して磁気特性を悪化することから、その比を０．１以上とした。
（Ｓ／３２−Ｏ／１６）×１０4 ≧−０．５
（Ｓ／３２−Ｏ／１６）×１０4 を規制したのは、Ｃａ系硫化物による浮上分離効果を促進するために規制したもので、その値が−０．５未満では効果が十分でないために、その下限を−０．５とした。
【００２０】
ＰｂまたはＢｉの１種または２種が０．２０％以下
ＰｂまたはＢｉは、被削性を向上させる元素である。所望の穿孔性に応じて添加するもので、穿孔性をより改善したい場合には、ＰｂまたはＢｉの１種または２種が０．２０％以下添加する。しかし、多量に含有してもその効果は飽和することから、その上限を０．２０％とした。
【００２１】
Ａｌ2 Ｏ3 系酸化物平均粒径：≦５μｍ
Ａｌ2 Ｏ3 系酸化物の平均粒径は磁気特性および被削性に悪影響を及ぼすので規制する。平均粒径が５μｍを超えると特に工具の摩耗が著しく増加するので上限を５μｍとした。確認できてはいないが、生成したＣｒ2 Ｏ3 被膜は非常に薄いため、粒径が大きい場合、摩耗が増加したのではないかと推定している。なお、この平均粒径は、先ずＡｌ脱酸を行ってＯを規制範囲内に留めた後、Ｃａ添加した場合に得られる。この順序で製造すれば、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 周りにＣａ系硫化物が生成して粒径が増加し、粗大なＡｌ2 Ｏ3 が浮上分離されて所望の粒径に制御できる。
【実施例】
【００２２】
以下、本発明について実施例によって具体的に説明する。
表１に示す成分組成の鋼を真空溶解炉で溶解後、１００ｋｇの鋼塊を鋳造した。溶解においては、基本的にはＣａ系硫化物の浮上分離効果を利用し、Ａｌ脱酸後Ｃａ添加して成分を調整した。比較鋼の一部ではＣａ脱酸後Ａｌ添加して成分調整した１００ｋｇ鋼塊を溶製した。この鋼塊を７００〜１０００℃でφ６０ｍｍ、２０ｍｍおよび角４５ｍｍに鍛伸し、８００〜９００℃で大気焼鈍を行ったものを各種の調査素材とした。
【００２３】
Ａｌ2 Ｏ3 系酸化物平均粒径はφ２０ｍｍ素材の長手方向断面を鏡面研磨し、光学顕微鏡にてＡｌ2 Ｏ3 系酸化物５０個の粒径を測定して求めた（表１中）。表２に特性調査結果を示す。磁気特性は、φ２０ｍｍ素材にてＯＤ１３×ＩＤ９×ｔ５ｍｍの磁気リングを作製し、８５０℃で真空磁気焼鈍後、直流磁気測定装置にて５Ｏｅの磁束密度（Ｔ）を測定し、１．２０Ｔ以上を良好、１．２０未満を不良として評価した。
【００２４】
ドリル穿孔性試験は、φ６０ｍｍ素材の断面を新品のＳＫＨ５１ドリル（φ５）で推力４１４Ｎ、回転数１１９０ｒｐｍ、乾式の条件で深さ７ｍｍの穴を５つ穴あけし、３回繰り返して平均の穿孔時間（秒）を求め、１５秒以下を良好、これを超えるものを不良として評価した。
【００２５】
ドリル寿命試験は、角４５ｍｍ素材の長手面をフライスで平滑化し、ＳＫＨ５１ドリル（φ５）で回転数７６０ｒｐｍ、送り６３ｍｍ／分、水溶性冷却媒体を使って深さ１５ｍｍの穴を２００個穴あけし、穴あけ後のドリル刃先の摩耗量（ｍｍ）を測定し、０．１００ｍｍ以下を良好、これを超えるものを不良として評価した。
【００２６】
旋削工具寿命試験は、φ６０ｍｍ素材のスケールをターニング除去し、超硬工具で切削速度１００ｍｍ／分、切り込み深さ１ｍｍ、乾式の条件で１２分間旋削し、旋削後の逃面摩耗量（ｍｍ）を測定し、０．１００ｍｍ以下を良好、これを超えるものを不良として評価した。
【００２７】
【表１】
0004757707.tif 000002
【００２８】
【表２】
0004757707.tif 000003
表２に示すように、Ｎｏ．１〜１０は本発明例であり、Ｎｏ．１１〜１７は比較例である。比較例Ｎｏ．１１はＳ含有量が低く、Ａｌ2 Ｏ3 平均粒径が大きく、かつ（Ｓ／３２−Ｏ／１６）×１０4 の値が小さいために、磁気特性および被削性のいずれの特性も悪い。比較例Ｎｏ．１２はＣｒ含有量が低いために、被削性のいずれの特性も悪い。比較例Ｎｏ．１３はＡｌ含有量が低く、Ｏが高いために、磁気特性および被削性のいずれの特性も悪い。
【００２９】
比較例Ｎｏ．１４はＡｌ含有量が高いために、被削性を示すドリル摩耗量が大きく、かつ逃面摩耗量が大きい。比較例Ｎｏ．１５はＴｉ含有量が高いために、被削性を示すドリル摩耗量が大きく、かつ逃面摩耗量が大きい。比較例Ｎｏ．１６はＣａ脱酸処理後Ａｌ脱酸することによりＡｌ2 Ｏ3 平均粒径が大きくなったため、磁気特性が悪く、さらに被削性を示すドリル摩耗量が大きく、かつ逃面摩耗量が大きい。比較例Ｎｏ．１７はＣａ／Ｓが低いために磁気特性が悪い。これに対し、本発明例であるＮｏ．１〜１０はいずれも本発明の条件を満足していることから、磁気特性および被削性のいずれの特性も優れていることが分かる。
【００３０】
以上のように、本発明により、フェライト系電磁ステンレス鋼本来の耐食性、磁気特性、強度を維持ないし向上させると共に、被削性（ドリル穿孔性、旋削工具寿命およびドリル寿命）を飛躍的に改善したもので、特に切削中に工具に形成される構成刃先の摩耗損傷を軽減し、飛躍的に被削性を改善したことは工業的に極めて有利のものである。
特許出願人  山陽特殊製鋼株式会社
代理人  弁理士    椎  名    彊