(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２０〜８２質量％のＮｉを含有し、
０．００２〜０．４質量％のＣを含有し、
０．０２５〜１．５質量％のＳを含有し、
１２質量％以下のＣｒを含有し、
１８質量％以下のＣｏを含有し、
さらに、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、その金属成分との結合成分として、必須成分としてのＣ及びＳと、さらにＳｅあるいはＴｅから選ばれる１種又は２種以上を少なくとも含有する（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物が組織中に形成されており、
Ｃの含有量をＷC（質量％）、Ｔｉの含有量をＷTi（質量％）、Ｚｒの含有量をＷZr（質量％）、Ｓの含有量をＷS（質量％）、Ｓｅの含有量をＷSe（質量％）、及びＴｅの含有量をＷTeとし、
Ｘ（質量％）＝ＷTi＋０．５２ＷZr
Ｙ（質量％）＝ＷS＋０．４１ＷSe＋０．２５ＷTeとして、
０．０３≦Ｘ≦１．５８８を満たすＴｉ及びＺｒのうち少なくともいずれかを含有し、
０．０２５≦Ｙ≦０．５Ｘを満たすＳとＳｅ及びＴｅから選ばれる１種又は２種以上を含有し、
０．２Ｙ≦ＷC≦０．３を満足するＣを含有し、
さらに、１質量％以下のＳｉ、１質量％以下のＭｎ、１質量％以下のＡｌから選ばれる１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする快削合金材料。
【請求項２】
前記（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物は、組成式（Ｔｉ、Ｚｒ）４（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）２Ｃ２にて表される化合物を少なくとも含有する請求項１に記載の快削合金材料。
【請求項３】
７質量％以下のＭｏ、７質量％以下のＣｕとのうち少なくともいずれかを含有する請求項１又は２に記載の快削合金材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、優れた快削性が必要とされる機器ないし部品の素材として利用するのに適する快削合金材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
Ｎｉを含有する合金には、たとえば、オーステナイト含有ステンレス鋼や、パーマロイ、パーミンバー等に代表される（Ｆｅ、Ｎｉ）系電磁材料、及び（Ｆｅ、Ｎｉ）系耐熱合金などがあげられ、その多肢にわたる特性から様々な機器ないし部品の素材として広く利用されているものが多い。したがって、これらの合金は通常切削加工を必要とする場合があるが、これらの合金においては、一般に被削性が悪いといった問題があった。そこで、生産性を向上するために、Ｓ、Ｐｂ、ＳｅあるいはＢｉなどの被削性向上元素を含有させ、被削性を向上させた合金が使用されている。また、精密な仕上加工が施される等、より良好な被削性が求められる場合には、上記被削性向上元素の含有量を増やすことが行われるとともに、上記の元素を単独ではなくて複合添加させて用いることも多い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の快削合金材料は、その範囲に、（Ｆｅ、Ｎｉ）系電磁合金、及び（Ｆｅ、Ｎｉ）系耐熱合金、あるいは、室温で熱膨張係数や弾性定数の温度変化が小さく精密機器部品等に使用されるインバー合金ないしエリンバー合金等を包含している。Ｎｉ系電磁合金には、Ｎｉを２０〜８０質量％含有したものが一般的に広く使用されており、例えば、パーマロイあるいはパーミンバーと呼ばれている合金がある。また、Ｎｉ系耐熱合金は、Ｎｉを４０〜８０質量％含有したものが広く使用されている。これらのＮｉ系合金は幅広い分野で使用可能であるが、これらの合金は難削性のものが多く、被削性の向上が望まれていた。
ここで、例えば被削性向上元素の一つである硫黄（Ｓ）は、ＭｎＳとして使用されることが多いが、多量に添加しすぎると、（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ）Ｓ等の過剰な形成により熱間加工性あるいは冷間加工性が損なわれたり、合金としての優れた特性を阻害されたりする場合もあり、その用途は限定されることとなる。
【０００４】
そこで、本発明の課題は、合金の特性を従来のものと遜色のないものにしつつ、被削性に優れた快削合金材料を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記の課題を解決するために、本発明の快削合金材料は、
２０〜８２質量％のＮｉを含有し、
０．００２〜０．４質量％のＣを含有し、
０．０２５〜１．５質量％のＳを含有し、
１２質量％以下のＣｒを含有し、
１８質量％以下のＣｏを含有し、
さらに、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、その金属成分との結合成分として、必須成分としてのＣ及びＳと、さらにＳｅあるいはＴｅから選ばれる１種又は２種以上を少なくとも含有する（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物が組織中に形成されており、
Ｃの含有量をＷC（質量％）、Ｔｉの含有量をＷTi（質量％）、Ｚｒの含有量をＷZr（質量％）、Ｓの含有量をＷS（質量％）、Ｓｅの含有量をＷSe（質量％）、及びＴｅの含有量をＷTeとし、
Ｘ（質量％）＝ＷTi＋０．５２ＷZr
Ｙ（質量％）＝ＷS＋０．４１ＷSe＋０．２５ＷTeとして、
０．０３≦Ｘ≦１．５８８を満たすＴｉ及びＺｒのうち少なくともいずれかを含有し、
０．０２５≦Ｙ≦０．５Ｘを満たすＳとＳｅ及びＴｅから選ばれる１種又は２種以上を含有し、
０．２Ｙ≦ＷC≦０．３を満足するＣを含有し、
さらに、１質量％以下のＳｉ、１質量％以下のＭｎ、１質量％以下のＡｌから選ばれる１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする。
【０００６】
本発明者等は、電磁材料及び／又は耐熱材料（例えば固溶強化型のＮｉ基あるいはＦｅ基耐熱合金）として用いられる（Ｆｅ、Ｎｉ）系合金において、（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物（例えば、（Ｔｉ、Ｚｒ）４（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）２Ｃ２で表される化合物）を合金組織中に形成させることにより、その合金の被削性が向上することを見出した。さらに、この（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物の必須構成元素には、過剰な添加により、電磁材料及び／又は耐熱材料としての特性を劣化させる等の弊害を生じさせるものもあるが、（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物の必須構成元素の含有量に、ある一定の条件を付与させることにより、このような弊害も解消され、電磁材料及び／又は耐熱材料としての優れた特性を維持しつつ、被削性を向上させることができることを見出した。つまり、
Ｔｉの含有量をＷTi（質量％）、Ｚｒの含有量をＷZr（質量％）、Ｃの含有量をＷC（質量％）、Ｓの含有量をＷS（質量％）、Ｓｅの含有量をＷSe（質量％）、及びＴｅの含有量をＷTeとし、
Ｘ（質量％）＝ＷTi＋０．５２ＷZr（以下、式（１）とする）
Ｙ（質量％）＝ＷS＋０．４１ＷSe＋０．２５ＷTe（以下、式（２）とする）として、
０．０３≦Ｘ≦１．５８８（以下、条件式（１）という）を満たすＴｉ及びＺｒのうち少なくともいずれかを含有し、
０．０２５≦Ｙ≦０．５Ｘ（以下、条件式（２）という）を満たすＳとＳｅ及びＴｅから選ばれる１種又は２種以上を含有し、
０．２Ｙ≦ＷC≦０．３（以下、条件式（３）という）を満足するＣを含有する本発明の快削合金材料は、電磁材料及び／又は耐熱材料としての優れた特性を劣化させることなく、被削性及び熱間加工性に優れている。
【０００７】
上記のような組成範囲のＣ、Ｔｉ及び／又はＺｒ、またＳ、Ｓｅ及びＴｅから選ばれる１種又は２種以上を含有させることにより、合金組織中に（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物を形成することが可能であり、このような化合物の形成により合金の被削性を向上させることができる。また、このような化合物の形成は、ＭｎＳあるいは（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ）Ｓ等の耐食性や熱間加工性の劣化を招き易い化合物の形成を防止または抑制することができ、ひいては、耐食性及び熱間加工性あるいは冷間加工性を良好なものに維持することができる。また、これら（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物が形成されても、（Ｆｅ、Ｎｉ）系電磁材料、及び（Ｆｅ、Ｎｉ）系耐熱合金等としての他の特性も従来のものと遜色がなく、これらの特性にほとんど影響を与えることなく被削性を向上させることが可能となる。
【０００８】
ここで、上記パラメータＸは先にも述べた通り、ＺｒとＴｉの合計原子数を反映した組成パラメータであり、パラメータＹは、式（１）のパラメータＸと同様にＳ、Ｓｅ、及びＴｅの合計原子数を反映した組成パラメータである。つまり上記被削性向上効果は、含有させる成分の合計質量ではなく合計原子数（あるいはｍｏｌ数）に応じて定まる。ＳとＳｅとＴｅとの、単位重量当りの原子数の比は略１：０．４１：０．２５であるから、原子番号の小さい順に（つまり、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅの順番）に、同一の含有量（質量％）が与える被削性向上の効果も大きくなる。
【０００９】
さらに本発明の快削合金材料において形成される（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物は、合金組織中に分散形成することができる。特に、該化合物を合金組織中に微細に分散させることにより、合金の被削性をさらに高めることができる。該効果を高めるためには、合金材料の研磨断面組織において観察される（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物の寸法（観察される化合物粒子の外形線に位置を変えながら外接平行線を引いたときの、その外接平行線の最大間隔にて表す）の平均値は例えば、０．１〜１０μｍ程度であるのがよく、また、その組織中の面積率は０．１〜３％程度であるのがよい。
【００１０】
上記（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物は、組成式（Ｔｉ、Ｚｒ）４（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）２Ｃ２にて表される化合物（以下、炭硫／セレン／テルル化物ともいう）をすくなくとも含有するものとすることができる。この化合物において、Ｔｉ及びＺｒは、いずれか一方のものが含有されていても、双方とも含有されていてもいずれでもよい。また、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅについても、いずれか一種のみが含有されていても、２種以上含有されていてもいずれでもよい。
【００１１】
なお、合金中の（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物の同定は、Ｘ線回折（例えば、ディフラクトメータ法）や電子線プローブ微少分析（ＥＰＭＡ）法により行うことができる。例えば、（Ｔｉ、Ｚｒ）４（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）２Ｃ２の化合物にて存在しているか否かは、Ｘ線ディフラクトメータ法による測定プロファイルに、対応する化合物のピークが現れるか否かにより確認することができる。また、組織中における該化合物の形成領域は、合金材料の断面組織に対してＥＰＭＡによる面分析を行い、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓ、Ｓｅ、ＴｅあるいはＣの特性Ｘ線強度の二次元マッピング結果を比較することにより特定できる。
【００１２】
以下、各パラメータの条件範囲、及び各成分の含有条件について説明する。
（１）Ｎｉ：２０〜８２質量％：
本発明の快削合金材料は、（Ｆｅ、Ｎｉ）系電磁合金、（Ｆｅ、Ｎｉ）系耐熱合金等を包含している。したがって、Ｎｉは本発明の快削合金材料において必須の成分である。また、（Ｆｅ、Ｎｉ）系電磁合金及び（Ｆｅ、Ｎｉ）系耐熱合金は、Ｎｉの含有量が２０〜８２質量％の範囲のものが広く使用されており、この成分範囲の合金が特に、被削性の向上を要求されているため、この範囲に制限した。
また、Ｎｉの含有量が８２質量％を超える合金は、被削性に元来優れており、被削性向上効果を付与する必要性がなく、本発明の課題の範囲外となるため除外した。なお、本明細書において、「主に」（「主成分」あるいは「主体」も同義）とは、対象となる組織中において、その成分の含有量（質量％）が最も多いことを意味する。
【００１３】
（２）Ｃ：０．００２〜０．４質量％：
Ｃは被削性を向上させるためには必須の元素である。Ｃが含有されることによって、例えば（Ｔｉ、Ｚｒ）４（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）２Ｃ２で表される炭硫化物、炭セレン化物あるいは炭テルル化物等が形成され、そのために被削性が向上すると考えられる。ただし、含有量が０．００２質量％未満では被削性向上に有効な上記（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物が十分に形成されず、十分な被削性付与効果が得られない。また、０．４質量％を超えると、被削性向上に対し効果的でない単体の炭化物が多量に生成することにより、逆に被削性が劣化することになる。なお、（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物など、被削性を向上させる化合物の構成元素の量に応じて、Ｃの添加量は被削性向上の効果が最良の状態で得られるように適宜調節するのがよい。また、上記（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物に構成元素として含有されなかった残余のＣは合金組織中に固溶し、合金の硬さを向上させる効果を付与する場合もある。
【００１４】
（３）Ｔｉの含有量をＷTi（質量％）、Ｚｒの含有量をＷZr（質量％）として、ＷTi＋０．５２ＷZrは０．０３〜３．５質量％とすることが考えられる。
ＴｉとＺｒとは、本発明の快削合金材料において被削性向上効果の中心的な役割を果たす（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物を形成するのに必須の構成元素である。上記ＷTi＋０．５２ＷZrが０．０３質量％未満では（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物の形成量が不充分となり、十分な被削性向上効果が見込めなくなる。他方、ＷTi＋０．５２ＷZrが過剰となる場合も、逆に被削性が低下することになる。そのため、ＷTi＋０．５２ＷZrは３．５質量％以下に抑える必要がある。Ｔｉ及びＺｒを合金中に含有させたときの上記効果は、おおむねＴｉ及びＺｒの種別に関係なく、含有させた合計の原子数（あるいはｍｏｌ数）に応じて定まる。ＺｒとＴｉの原子量の比は略１：０．５２であるから、原子量の小さいチタンのほうが少ない質量にてより大きな効果を発揮できる。ＷTi＋０．５２ＷZrはＺｒとＴｉの合計原子数を反映した組成パラメータであるといえる。
【００１５】
（４）０．０２５〜１．５質量％のＳに加えて、さらに０．０１〜４．５質量％のＳｅと、０.００５〜６質量％のＴｅとから選ばれる１種又は２種以上：
Ｓ、Ｓｅ及びＴｅは被削性を向上させるのに有効な元素である。Ｓ、Ｓｅ及びＴｅを含有させることで、被削性向上に効果のある化合物（例えば、組成式（Ｔｉ、Ｚｒ）４（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）２Ｃ２で表される（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物等）が合金組織中に形成される。したがって、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅの含有量はそれぞれ、Ｓ及びＳｅにおいてはその効果が明瞭となる０．０１質量％を下限とし、一方、Ｔｅについては、０．００５％を下限値とする。また、過剰に添加されすぎると、一般的に、熱間加工性を劣化させるという問題が発生する場合もあるため、その上限値を規定する必要がある。そこで、Ｓは１．５質量％、Ｓｅは４．５質量％、及びＴｅは６質量％を上限値として設定するのがよい。また、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅはいずれも被削性を向上させる例えば上述の（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物を構成するのに必要十分な量を添加するのが望ましく、この観点においてＳ、Ｓｅ及びＴｅの合計含有量（質量％）をＣの含有量（質量％）の２倍以上に設定するのが望ましい。
【００１６】
（５）０．０３≦Ｘ≦１．５８８（質量％）（以下、条件式（１）という）を満たすＴｉ及びＺｒのうち少なくともいずれかを含有する；
Ｔｉ及びＺｒは、ＣとＳ、Ｓｅ及びＴｅとともに上記範囲で添加することにより、（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物、例えば、主に（Ｔｉ、Ｚｒ）４（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）２Ｃ２及び／又は更に少量の（Ｔｉ、Ｚｒ）（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）を形成するので被削性の向上に有効である。さらに、（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ）Ｓ、特にＮｉＳの形成を抑制するので、熱間加工時の割れ発生防止にも有効であり、熱膨張特性、弾性定数、磁気特性、あるいは高温強度等の（Ｆｅ、Ｎｉ）系電磁合金ないし（Ｆｅ、Ｎｉ）系耐熱合金としての優れた特性を維持することができる。被削性を向上させる効果を得るためには、Ｘの組成パラメータで０．０３質量％以上含有させる必要があるが、Ｘが３質量％を超える場合は特殊な精錬方法が必要となり生産性が悪化するため好ましくない。そのため、パラメータＸの範囲は０．０３〜１．５８８質量％に設定するのがよい。またＴｉ及びＺｒは、条件式（１）を満たす範囲であれば、どちらか一方のみ含有していても、両方の元素が含有していてもどちらでもよい。
【００１７】
（６）０．０２５≦Ｙ≦０．５Ｘ（以下、条件式（２）という）を満たすＳとＳｅ及びＴｅから選ばれる１種又は２種以上を含有する；
Ｓ、Ｓｅ、及びＴｅは前述の（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物の形成には必須の構成元素である。したがって被削性を向上させるためには必須の成分であり、パラメータＹにて０．０１質量％以上含有していることが必要となる。しかしながら、これらの元素は過剰に添加されると、被削性に効果的でない化合物を形成したり、合金の特性を劣化させたりする。そこで、パラメータＹとＸの関係が上記条件式（２）の内容を満たすとき、つまり、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅの合計原子数に対応したパラメータであるＹが、Ｔｉ及びＺｒの合計原子数に対応するパラメータＸの半分以下であるとき、Ｓ、Ｓｅ、及びＴｅの１種及び２種以上の元素の添加量が過剰とならず適量範囲内のものとなるので、被削性に効果的でない化合物の形成、及び合金の特性劣化を防止あるいは抑制することが可能となる。なお、Ｓ、Ｓｅ、及びＴｅは条件式（２）を満足する範囲であれば１種のみ含有されていても、また２種以上含有されていてもどちらでもよい。
【００１８】
（７）０．２Ｙ≦ＷC≦０．３（以下、条件式（３）という）を満足するＣを含有する：
Ｃは、Ｔｉ及びＺｒと、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅと共存することにより、（Ｔｉ、Ｚｒ）系化合物を形成し、被削性向上のためには必須の元素である。また、熱間加工時の割れ発生防止にも有効に作用する。特にＣは、（Ｔｉ、Ｚｒ）（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）よりもより安定な（Ｔｉ、Ｚｒ）４（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）２Ｃ２の形成を促進するため、より被削性を向上させるのに有効である。これらの効果を得るには条件式（３）を満たすだけのＣを含有する必要がある。つまり、パラメータＹ（Ｓ、Ｓｅ、及びＴｅの合計原子数を反映したパラメータ）の０．２倍以上は最低でも含有させる必要がある。Ｃの含有量ＷCがＷC＜Ｙ／５であるときは、Ｃの含有量がすくなすぎるため、被削性向上効果が得られない。一方、Ｃの過剰な添加は、Ｎｉ系電磁合金及びＮｉ系耐熱合金の特性の劣化を招くため好ましくない。そのためＣの含有量ＷCの上限値は０．３質量％以下に制限するのがよい。０．３質量％を超えるとＮｉ系合金の特性の劣化が著しくなる。なお、Ｃの含有量は望ましくはＹ／４〜０．２質量％の範囲で設定するのがよく、より望ましくは、Ｙ／４〜Ｙ／２質量％の範囲で設定するのがよい。
【００１９】
本発明の快削合金材料は、その性質をより良好なものにするために、Ｓｉ：１質量％以下、Ｍｎ：１質量％以下、及びＡｌ：１質量％以下のうち１種又は２種以上を含有するとすることができる。以下、これらの成分の限定理由について説明する。
（８）Ｓｉ：１質量％以下
Ｓｉは脱酸材として効果的な元素であり、さらに硬度及び電気比抵抗の調整にも有効であるため、必要に応じて添加される。しかしながら、添加量が過剰となると固溶化熱処理後の硬さが高くなりすぎ、冷間加工性に不利になる。また、熱膨張特性、弾性定数、磁気特性、耐熱性（高温強度）等の特性を阻害する場合もある。したがって、上限を１質量％と制限する。冷間加工性を重視する場合は含有量を０．５質量％以下と設定するのがよい。
【００２０】
（９）Ｍｎ：１質量％以下
Ｍｎは脱酸材として効果的な元素であり、またＳやＳｅとの共存により被削性に優れた化合物を形成するため、被削性が特に重視される場合は必要に応じて添加される。より顕著な効果を得るためには、含有量を０．１質量％以上とすることが望ましい。一方、過剰に添加すると耐食性及び冷間加工性を劣化させたり、熱膨張特性、弾性定数、磁気特性、耐熱性（高温強度）等の特性を阻害したりする場合もある。したがって、含有量は１質量％以下に制限するのがよく、より望ましくは０．５質量％以下に制限するのがよい。
【００２１】
（１０）Ａｌ：１質量％以下
Ａｌは脱酸材として効果的な元素であり、さらに硬度、及び被抵抗の調整に有効であるため必要に応じて添加される。しかしながら、過剰に添加すると、熱膨張特性、弾性定数、磁気特性、あるいは耐熱性（高温強度）等の特性を阻害する場合もある。したがって、含有量を１質量％以下に制限する。
【００２２】
また、上記（Ｆｅ、Ｎｉ）系合金をベースとした快削合金材料は、７質量％以下のＭｏと７質量％以下のＣｕとの少なくともいずれかを含有させることができる。以下にこれらの元素の、含有範囲の限定理由を示す。
（１１）Ｍｏ：７質量％以下
Ｍｏは耐食性及び強度を向上させるのに効果的な元素である。これらの効果をより顕著に得たい場合は、０．２質量％以上含有させるのがよい。一方過剰に添加させると、熱間加工性を劣化させるだけではなく、コストの上昇にもつながり、さらに熱膨張特性、弾性定数、磁気特性、耐熱性（高温強度）等の特性を阻害する場合もある。したがって、Ｍｏの含有量を１質量％以下に制限するのがよく、より望ましくは、０．７質量％以下に制限するのがよい。
（１２）Ｃｕ：７質量％以下
Ｃｕは耐食性とくに還元性酸環境中での耐食性を向上させるのに有効であるほか、加工硬化能を低下させ成形性を向上させる。また、抗菌性についても熱処理等を施すことにより向上させることができることから必要に応じて添加してもよい。しかしながら、過剰に添加させると、熱間加工性が低下するため、７質量％以下の範囲で設定するのがよい。熱間加工性を特に重視する場合は４質量％以下に抑えるのがより望ましい。
【００２３】
また、本発明の快削合金材料は、１２質量％以下のＣｒを含有させることができ、また、１８質量％以下のＣｏを含有させることができる。例えば、３０〜４０Ｎｉ−Ｆｅ系合金は、自発磁化の減少に伴って体積が減るように磁気歪みが作用し、通常の熱膨張を打ち消すようになる。特に３６ａｔ％Ｎｉ−Ｆｅ合金は、一般にインバー合金といわれており、常温付近で熱膨張係数が非常に小さいため、実用上重要な応用を持っている。このような特性を利用して、上記合金は例えば、計器のバネ等の精密機械用材料に用いられることが多い。そして、このような合金に、さらにＣｒ、あるいはＣｏを添加することにより、熱膨張係数及び弾性定数を効果的に制御することが可能となり、用途にあった望みの特性を得ることができる。Ｃｒはどちらかといえば弾性定数の制御により効果的であり、Ｃｏは熱膨張係数の制御により効果的であるといえるが、これに限られるものではない。なお、Ｃｒ及びＣｏを上記範囲を超えて過剰に添加すると、（Ｔｉ、Ｚｒ）４（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）２Ｃ２の形成に関与するＴｉ、Ｚｒ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ及びＣの組成条件の変化が大きくなるため好ましくない。したがって、Ｃｒの上限値を１２質量％以下、Ｃｏの上限値を１８質量％以下に制限するのがよい。
【００２４】
高透磁率材料として一般的に使用されているパーマロイ、あるいは恒透磁率材料として使用されるパーミンバー、あるいはインバーに代表されるインバー特性に優れた合金などの機能材料、さらに固溶強化型耐熱材料において、本発明の適用可能な具体的な材質を以下に例示する（いずれも商品名）。なお、合金組成については、ステンレス鋼の場合と同様、主成分をなすＦｅあるいはＮｉの一部を、本発明で規定した組成範囲の被削性向上に効果のある元素（Ｔｉ、Ｚｒ、Ｓ、Ｓｅ、Ｃ等）にて置換含有させた材質を意味するものとする。従って、商品名を援用してはいるが、いずれも、商品規格に規定された組成の合金をベースとした本発明特有の合金を意味するものである（なお、本来の各商品の合金組成は、文献（改訂３版金属データブック（丸善）；ｐ２２３）に記載されているので、詳細な説明は行わない）。
1)高透磁率材料：78-Permalloy、45-Permalloy、Hipernik、Monimax、Sinimax、Radiometal、1040 Alloy、Mumetal、Cr-Permalloy、Mo-Permalloy、Supermalloy、Hardperm、36-Permalloy、Deltamax。
2)恒透磁率合金：25-45 Perminvar、7-70 Perminvar、7-25-45 Perminvar、Isoperm、Senperm。
3)インバー型合金：インバー、スーパーインバー、ステンレスインバー、ノビナイト合金、ＬＥＸ合金。
4)エリンバー型合金：Elinvar、EL-1、EL-3、Iso-elastic、Metelinvar、Elinvar Extra、Ni-Span C-902、Y Nic、Vibralloy、Nivarox CT、Durinval I、Co-Elinvar、Elcoloy IV。
5)Ｆｅ基超耐熱合金： Haynes 556、Incoloy 802、S-590、16-25-6、20-CB3。
6)Ｎｉ基超耐熱合金：Hastelloy -C22、Hastelloy -C276、Hastelloy-G30、Hastelloy X、Inconel 600、KSN。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明の効果を確認するために、以下の実験を行った。
（実施例１）
（Ｆｅ、Ｎｉ）系電磁材料、及び（Ｆｅ、Ｎｉ）系耐熱材料として用いられるＮｉ系合金にて構成される本発明の快削合金材料を以下の通り作製し、各試験に供した。まず、表１、表２、及び表３に示す種々の成分組成になる供試合金を、Ａｒ気流中で７ｋｇ誘導溶解し、直径８０ｍｍのインゴットを作製した。次に各インゴットを９５０〜１１００℃で熱間鍛造して直径２４ｍｍの丸棒としたのち、直径２３ｍｍまで切削後、直径２２ｍｍまで冷間圧延し供試合金とした。本実施例においては、（Ｆｅ、Ｎｉ）系電磁材料、及び（Ｆｅ、Ｎｉ）系耐熱材料として用いられるＮｉ系合金であって、前述の式（１）、及び式（２）において規定されたパラメータＸ、及びＹが条件式（１）、（２）、及び（３）を満足する発明合金を特に選択発明合金とする。
【００２６】
また、各介在物の同定方法は、以下のようにして行っている。すなわち、各丸棒から適量の試験片を取り出して、これをテトラメチルアンモニウムクロライドと１０％のアセチルアセトンを含むメタノール溶液を電解質として用いることにより、金属マトリックス部分を電解する。そして、溶解後の電解液をろ過することにより、鋼中に含有されていた不溶の化合物を抽出して乾燥後、これをＥＤＸにて分析し、その回折プロファイルの出現ピークから化合物の特定を行う。なお、鋼組織中の化合物粒子の組成は別途ＥＤＸにより分析を行っており、その二次元マッピングから、ＥＤＸ分析にて観察された化合物に対応する組成の化合物が形成されていることを確認している。
【００２７】
本発明鋼の主な介在物は（Ｔｉ、Ｚｒ）４（Ｓ、Ｓｅ）２Ｃ２であったが、（Ｔｉ、Ｚｒ）Ｓ、及び（Ｔｉ、Ｚｒ）Ｓ３等の介在物も一部認められた。また、Ｍｎ含有量が高いＮｏ．２、１４、１９、２９、３６、３９、４９、５５などには、（Ｍｎ、Ｃｒ）Ｓが僅かではあるが認められた。また、発明合金Ｎｏ．３０の光学顕微鏡観察画像を図１にそれぞれ示す。
【００２８】
【表１】
0004841105.tif 000002
【００２９】
【表２】
0004841105.tif 000003
【００３０】
【表３】
0004841105.tif 000004
【００３１】
かくして得られたＮｉ系合金の熱間加工性及び被削性の評価を行うとともに、磁気特性、熱膨張係数、弾性定数のうちそれぞれのＮｉ合金に求められている特性について評価した。それぞれの評価方法は次の通りである。
１．熱間加工性試験：熱間加工性の評価は、熱間鍛造時に、割れなどの欠陥が発生したか否かを目視観察によって評価した。「○」は熱間鍛造加工によって実質的に欠陥が発生しなかったことを、「×」は熱間鍛造加工によって大きな割れが確認されたこと、「△」は、熱間鍛造加工によってグラインダーで削れるほどの軽微な傷が存在していることをそれぞれ示している。ここで、前述にて定義したパラメータＸ及びＹの範囲と、熱間加工性の評価結果の関係を図２に示す。
【００３２】
２．被削性評価：被削性評価は、直径５ｍｍのＳＫＨ５１ドリルを用い、回転数９１５ｒｐｍでドリル刃先に４１５Ｎを負荷し、鋼種に穿孔加工を施したとき、深さ１０ｍｍを穿孔するのに要する時間（秒）で評価した。パラメータＹ（質量％）と穿孔時間の関係を図３に示す。
【００３３】
３．磁気特性：磁気特性は、外径１０ｍｍ、内径４．５ｍｍ、厚さ５ｍｍのリング試料を作製し、１０００℃で焼鈍後、Ｂ−Ｈループトレーサーで、１Ｏｅの磁場中での磁束密度Ｂ１（Ｔ）、５Ｏｅの磁場中での磁束密度Ｂ５（Ｔ）、１０Ｏｅの磁場中での磁束密度Ｂ10（Ｔ）、最大透磁率μｍ、及び直流保磁力Ｈｃ（Ａ／ｃｍ）等の直流磁気特性をそれぞれ測定した。
【００３４】
４．熱膨張係数、ヤング率の温度係数評価：熱膨張係数の評価は、直系５ｍｍ、高さ５０ｍｍの柱状試料を作製し、８３０℃で焼鈍後０〜８０℃の温度範囲にて測定した。また、ヤング率の温度係数の測定は、直系５ｍｍ、高さ５０ｍｍの柱状試料を作製し、１０００℃で溶体化後急冷処理し、その後、５８０〜５９０℃で時効熱処理することによって合金試料を作製した。その合金試料を用いて、自由共振弾性率測定器により２０〜１００℃でのヤング率を測定し、その温度係数を求めた。以上の結果を表４、及び表５に示す。
【００３５】
【表４】
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【００３６】
【表５】
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【００３７】
図２では、熱間加工性評価は、○、△、及び×プロットでそれぞれ示している。直線１は条件式（２）の境界線（Ｙ＝０．５Ｘ）であり、直線２は条件式（３）の境界線（０．２Ｙ＝ＷC）である。従来Ｎｉの含有量が多い場合、合金に快削元素としてＳを添加すると熱間加工性が極めて悪くなると見られてきた。しかしながら、表１、表２、及び表３に記載された成分値の選択発明合金Ｎｏ．１〜２０、及び発明合金のＮｏ．７１〜７５と比較例Ｎｏ．６６〜７０から、選択発明合金と比較合金、及び発明合金とを比較すれば、各１％以下の添加元素Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｍｏの含有量の大小に関わらず、条件式（１）、（２）、及び（３）を満足する選択発明合金は、比較合金、及び本発明合金に比べて熱間加工性が良好であることが判る。この条件では、硫化物系の介在物のうち、特に安定な炭硫化物系（Ｔｉ、Ｚｒ）４Ｃ２（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ）２の介在物の割合が多くなることにより、熱間加工割れの原因となる（Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ）Ｓの形成が制御されるためと考えられる。この事は、実際に介在物の成分分析により確認されている。つまり、本発明合金において被削性の向上がみられ、さらに選択発明合金においては、被削性とともに熱間加工性も向上していることがわかる。
【００３８】
表４、及び表５を見れば、パーマロイＢをベース組成とする選択発明合金Ｎｏ．９〜１２の磁気特性は、比較合金Ｎｏ．６０に示したパーマロイＢ合金の特性値と比較して殆ど劣化していないが、被削性は大幅に向上していることがわかる。インバー合金類似の比較合金Ｎｏ．５９の低膨張材をベース組成とする選択発明合金Ｎｏ．５〜８の熱膨張係数もほとんど劣化していないが、被削性は大幅に向上している。すなわち、条件式（１）〜（３）を満たすようにＴｉ、Ｚｒ、及びＳ、Ｓｅ、Ｔｅを添加した本発明の選択発明合金は熱間加工性を低下させることなく、しかもベースの合金の機能特性も殆ど劣化することがない。
【００３９】
選択発明合金Ｎｏ．１７〜２６では、１２質量％を上限としてＣｒを添加しても、被削性向上効果を得ることが出来ることが判る。例えば、室温付近で弾性特性がほぼ一定な恒弾性合金である比較合金Ｎｏ．６１を、ベース組成とする選択発明合金Ｎｏ．２０〜２３は、熱間加工性が良好であるとともに被削性が大幅に向上しているが、ヤング率の温度係数も殆ど影響を受けておらず、恒弾性合金とし好適に使用することができる。
【００４０】
選択発明合金２７〜３６では、１８％を上限として、Ｃｏを添加した場合も、良好な熱間加工性、及び被削性向上効果が得られることがわかる。比較合金６２のガラス封着剤をベース組成とする選択発明合金Ｎｏ．３０〜３３の熱膨張係数も殆ど影響を受けずに、被削性が大幅に向上している。このようにＣｏを１８％以下の範囲で添加しても、本発明の効果は変わらず、被削性の優れたインバー合金として好適に使用することができる。また、Ｃｒ、及びＣｏを含有させる効果は、これらの元素を同時に含有させても得ることができる。
【００４１】
また、図３は、実施例１における合金のドリル穿孔時間をＹ（質量％）に対してプロットしたものである。同図に見られるようにＹが０．０１質量％未満になると、穿孔時間の増加が大きくなる傾向が認められる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１における選択発明鋼Ｎｏ．３０の光学顕微鏡観察画像を示す図。
【図２】  実施例１におけるパラメータＸ及びＹの範囲と、熱間加工性の評価結果の関係を示すグラフ。
【図３】  実施例１における合金のドリル穿孔時間をＹ（質量％）に対してプロットしたグラフ。
【図２】
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【図３】
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【図１】
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