(57)【要約】【課題】自動車や家電製品等の電装部品等に好適な、良好な被削性と優れた低磁場磁気特性を兼ね備えた珪素含有棒鋼・線材を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．１０〜０．５０％、Ｓｉ：０．５  〜３．５  ％、Ｍｎ：０．０５％未満、Ｐ：０．０１０  〜０．１０％、Ａｌ：０．３５％以下、Ｎ：０．０１０  ％以下、Ｓ：０．００６  ％以下およびＯ：０．０１５  ％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成にすると共に、鋼中炭素の９５％以上を黒鉛とする。【選択図】        なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で
Ｃ：０．１０〜０．５０％、
Ｓｉ：０．５  〜３．５  ％、
Ｍｎ：０．０５％未満、
Ｐ：０．０１０  〜０．１０％、
Ａｌ：０．３５％以下、
Ｎ：０．０１０  ％以下、
Ｓ：０．００６  ％以下および
Ｏ：０．０１５  ％以下
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になり、さらに鋼中炭素の９５％以上を黒鉛としたことを特徴とする被削性および低磁場磁気特性に優れた棒鋼・線材。
【請求項２】
質量％で
Ｃ：０．１０〜０．５０％、
Ｓｉ：０．５  〜３．５  ％、
Ｍｎ：０．０５％未満、
Ｐ：０．０１０  〜０．１０％、
Ａｌ：０．３５％以下、
Ｂ：０．００１０〜０．００３０％、
Ｎ：０．００２  〜０．０１０  ％、
Ｓ：０．００６  ％以下および
Ｏ：０．０１５  ％以下
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になり、さらに鋼中炭素の９５％以上を黒鉛としたことを特徴とする被削性および低磁場磁気特性に優れた棒鋼・線材。
【請求項３】
質量％で
Ｃ：０．１０〜０．５０％、
Ｓｉ：０．５  〜３．５  ％、
Ｍｎ：０．０５％未満、
Ｐ：０．０１０  〜０．１０％、
Ａｌ：０．３５％以下、
Ｎ：０．０１０  ％以下、
Ｓ：０．００６  ％以下および
Ｏ：０．０１５  ％以下
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になる鋼材を、熱間加工により棒鋼または線材とし、あるいはさらに成形加工を施したのち、  ６００〜７２０  ℃で１５〜３０時間の黒鉛化処理を施すことを特徴とする被削性および低磁場磁気特性に優れた棒鋼・線材の製造方法。
【請求項４】
質量％で
Ｃ：０．１０〜０．５０％、
Ｓｉ：０．５  〜３．５  ％、
Ｍｎ：０．０５％未満、
Ｐ：０．０１０  〜０．１０％、
Ａｌ：０．３５％以下、
Ｂ：０．００１０〜０．００３０％、
Ｎ：０．００２  〜０．０１０  ％、
Ｓ：０．００６  ％以下および
Ｏ：０．０１５  ％以下
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になる鋼材を、熱間加工により棒鋼または線材とし、あるいはさらに成形加工を施したのち、  ６００〜７２０  ℃で５〜１５時間の黒鉛化処理を施すことを特徴とする被削性および低磁場磁気特性に優れた棒鋼・線材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車および家電製品等の電装部品等に使用される珪素含有の棒鋼・線材およびその製造方法に関し、特にこれら部品の製造過程で要求される被削性および製品段階で要求される低磁場磁気特性の有利な改善を図ったものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車および家電製品等の電装部品等の磁気回路を構成する部材としては、磁界に順応し易い珪素含有鋼材が使用される。というのは、これらの部材には、小さな外部磁場によって容易に磁化し、初期透磁率が高いという磁気特性が要求されるからである。
【０００３】
これらの鋼材を製造するに際しては、棒鋼・線材に熱間圧延した後、伸線や鍛造などの冷間加工および切削加工を行い、最終成形完了後に磁気焼鈍等が施されるのが一般的であった。
しかしながら、近年、省エネルギーの観点から、被削性の一層の改善に対する要求が高まりつつある。すなわち、被削性の良好な珪素含有棒鋼・線材の開発が望まれていた。
【０００４】
一方、これら部材に要求される磁気応答性を確保するためには、低磁界での磁束密度、例えば磁界：１００  Ａ／ｍ  時における磁束密度の高い鋼材が有効である。
【０００５】
しかしながら、上記のような被削性と低磁場磁気特性とは、鋼材の化学成分の観点からは相反する特性である。すなわち、鋼の被削性を向上させるためには、Ｓｉのような固溶強化元素を低減し、鋼を軟質化させることが有効であるが、Ｓｉの低減は磁気特性の観点からは好ましくない。また、ＭｎＳのような硫化物や鉛を鋼中に分散させ、切削時における切削抵抗の低下させると共に、切り屑処理性を向上させることが被削性改善にとっては極めて有効であるが、これらの元素は磁気特性を大きく阻害する。また、特に鉛は、環境、人体への悪影響もあり、好ましくない。
【０００６】
また、特許文献１には、鋼中に黒鉛を含有させて被削性を向上させた快削性電磁鋼が提案されている。
しかしながら、特許文献１に開示された快削性電磁鋼では、低磁界での磁束密度は必ずしも高くなく、低磁場磁気特性は良好とは云えなかった。さらに、この快削性電磁鋼では、黒鉛を十分に析出させて被削性を向上させるためには、長時間の黒鉛化処理を必要とし、生産性が阻害される点にも問題を残していた。
【０００７】
【特許文献１】
特公昭５４−１１７６９  号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述したとおり、電装部品として、被削性と低磁場磁気特性の両特性を具備した鋼材は、現在までのところ見当たらず、その開発が望まれていた。
本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、製造過程での被削性が高く、かつ製品において優れた低磁場磁気特性を有する珪素含有棒鋼・線材を、その有利な製造方法と共に提案することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
さて、発明者らは、上記の目的を達成すべく、低磁界で大きな磁束密度が得られ、しかも黒鉛化処理時間を短縮できる成分組成について鋭意研究を重ねた結果、
（１）  鋼中に適量のＰを含有させることで、低磁界での磁束密度が向上する、
（２）  鋼中に存在する炭素の大部分を黒鉛とすることによって、被削性が格段に向上する、
（３）  鋼中のＭｎ量を低減し、さらには鋼中に適量のＢＮを析出させることにより、黒鉛化処理時間を短縮することができ、生産性が格段に向上する
との知見を得た。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．質量％で
Ｃ：０．１０〜０．５０％、
Ｓｉ：０．５  〜３．５  ％、
Ｍｎ：０．０５％未満、
Ｐ：０．０１０  〜０．１０％、
Ａｌ：０．３５％以下、
Ｎ：０．０１０  ％以下、
Ｓ：０．００６  ％以下および
Ｏ：０．０１５  ％以下
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になり、さらに鋼中炭素の９５％以上を黒鉛としたことを特徴とする被削性および低磁場磁気特性に優れた棒鋼・線材。
【００１１】
２．質量％で
Ｃ：０．１０〜０．５０％、
Ｓｉ：０．５  〜３．５  ％、
Ｍｎ：０．０５％未満、
Ｐ：０．０１０  〜０．１０％、
Ａｌ：０．３５％以下、
Ｂ：０．００１０〜０．００３０％、
Ｎ：０．００２  〜０．０１０  ％、
Ｓ：０．００６  ％以下および
Ｏ：０．０１５  ％以下
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になり、さらに鋼中炭素の９５％以上を黒鉛としたことを特徴とする被削性および低磁場磁気特性に優れた棒鋼・線材。
【００１２】
３．質量％で
Ｃ：０．１０〜０．５０％、
Ｓｉ：０．５  〜３．５  ％、
Ｍｎ：０．０５％未満、
Ｐ：０．０１０  〜０．１０％、
Ａｌ：０．３５％以下、
Ｎ：０．０１０  ％以下、
Ｓ：０．００６  ％以下および
Ｏ：０．０１５  ％以下
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になる鋼材を、熱間加工により棒鋼または線材とし、あるいはさらに成形加工を施したのち、  ６００〜７２０  ℃で１５〜３０時間の黒鉛化処理を施すことを特徴とする被削性および低磁場磁気特性に優れた棒鋼・線材の製造方法。
【００１３】
４．質量％で
Ｃ：０．１０〜０．５０％、
Ｓｉ：０．５  〜３．５  ％、
Ｍｎ：０．０５％未満、
Ｐ：０．０１０  〜０．１０％、
Ａｌ：０．３５％以下、
Ｂ：０．００１０〜０．００３０％、
Ｎ：０．００２  〜０．０１０  ％、
Ｓ：０．００６  ％以下および
Ｏ：０．０１５  ％以下
を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物の組成になる鋼材を、熱間加工により棒鋼または線材とし、あるいはさらに成形加工を施したのち、  ６００〜７２０  ℃で５〜１５時間の黒鉛化処理を施すことを特徴とする被削性および低磁場磁気特性に優れた棒鋼・線材の製造方法。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体的に説明する。
まず、本発明において鋼の成分組成を上記の範囲に限定した理由について説明する。なお、成分に関する「％」表示は特に断らない限り質量％を意味するものとする。
Ｃ：０．１０〜０．５０％
Ｃは、被削性の向上に有効な黒鉛を形成する基本元素であり、その効果を発現させるためには０．１０％以上の添加が必要である。しかしながら、多すぎると低磁場磁気特性の劣化を招くので，上限は０．５０％とした。
【００１５】
Ｓｉ：０．５  〜３．５  ％
Ｓｉは、鋼の低磁場域での磁束密度および鉄損を向上させるのに有効な元素であり、そのためには０．５０％以上の含有を必要とするが、一方でＳｉ量が多すぎると固溶強化により鋼の被削性が低下するので、上限は３．５０％とした。
【００１６】
Ｍｎ：０．０５％未満
Ｍｎは、セメンタイトを安定化し、黒鉛化を阻害する元素である。そのため、セメンタイトを残留させて低磁場磁気特性を劣化させる。また、セメンタイトは硬質なため、被削性も劣化させる。さらに、黒鉛化が遅延することも被削性に不利となる。従って、Ｍｎの含有は極力低減することが望ましいが、０．０５％未満であれば許容できる。
【００１７】
Ｐ：０．０１０  〜０．１０％
Ｐは、鋼の低磁場域での磁束密度の向上に有用な元素であり、そのためには少なくとも  ０．０１０％の含有を必要とするが、一方でＰ量が多すぎると固溶強化により鋼の冷間加工性が低下するので、上限は０．１０％とした。
【００１８】
Ａｌ：０．３５％以下
Ａｌは、鋼の低磁場域での磁束密度を向上させるのに有効な元素であるが、多量に段有させると固溶強化により鋼の冷間加工性が低下するので、Ａｌは０．３５％以下に限定した。
【００１９】
Ｎ：０．０１０  ％以下
Ｎは、多すぎると固溶強化、歪み時効等によって低磁場磁気特性の劣化を引き起こすので、上限を  ０．０１０％とした。
【００２０】
Ｓ：０．００６  ％以下
Ｓは、硫化物系介在物を形成して延性を低下させる他、低磁場磁気特性にも悪影響を及ぼすので、極力低減させることが望ましいが、０．００６  ％以下であれば許容できる。
【００２１】
Ｏ：０．０１５  ％以下
Ｏは、鋼の清浄化に有害なだけでなく、低磁場磁気特性を低下させるので、極力低減させることが望ましいが、０．０１５  ％以下であれば許容できる。
【００２２】
以上、必須成分について説明したが、本発明では、さらにＢを適量のＮと同時に含有させることによって、さらに被削性に優れた棒鋼・線材を提供することができる。この場合の、ＮおよびＢの好適成分組成範囲について説明する。
【００２３】
Ｂ：０．００１０〜０．００３０％
Ｂは、Ｎと結合してＢＮを形成するが、このＢＮが黒鉛の析出サイトとして有効に寄与する。ここに、適量のＢＮを形成させるには、少なくとも０．００１０％のＢ含有を必要とするが、Ｂ量が多すぎると過剰Ｂが低磁場磁気特性を低下させるので、Ｂの上限は０．００３０％とした。
【００２４】
Ｎ：０．００２  〜０．０１０  ％
Ｎは、上述したとおり、Ｂと結合してＢＮを形成し、これが黒鉛の析出サイトとして有効に寄与する。従って、ＢとＮの同時添加は、鋼の黒鉛化を促進させるだけでなく、黒鉛の微細分散化も促進させ、その結果、被削性の向上および黒鉛化処理時間の短縮化が同時に達成される。
しかしながら、Ｎ量が  ０．００２％に満たないとその添加効果に乏しく、一方  ０．０１０％を超えると低磁場磁気特性の劣化を招くので、Ｂを添加する場合のＮ量は  ０．００２〜０．０１０  ％の範囲とすることが重要である。
【００２５】
本発明において、製造方法については、後述する黒鉛化処理時間を除いて、特に制限されることはなく、常法に従って行えば良い。
例えば、転炉精錬後、鋳造し、必要サイズの棒鋼・線材に熱間加工したのち、黒鉛化処理を施す。また、上記の棒鋼・線材を、さらに熱間鍛造により部品形状に成形したのち、黒鉛化処理を施してもよい。
次に、黒鉛化処理に際しては、ＢＮを含まない場合は  ６００〜７２０  ℃で１５〜３０時間の処理とする。
これに対し、ＢＮを含有する場合は、このＢＮが黒鉛の析出サイトとして機能し、鋼の黒鉛化が促進されるので、上述した従来の場合よりも短時間、すなわち  ６００〜７２０  ℃で５〜１５時間の短時間処理で済む。
かくして、鋼中の炭素の９５％以上を黒鉛とすることができる。
【００２６】
【実施例】
表１に示す成分組成になる鋼材を、１５０  ｍｍ角ビレットに熱間鍛造した後、１１００℃に加熱後、直径：５０ｍｍの棒鋼に圧延した。ついで、鋼中のセメンタイトを黒鉛にするために、表２に示す種々の条件で黒鉛化処理を施した。
かくして得られた棒鋼の被削性および低磁場磁気特性について調べた結果を、表２に併記する。
また、表２には、黒鉛化率と９５％黒鉛化達成時間について調べた結果も併せて示す。
なお、棒鋼の被削性は、超硬ドリルを用いて、深さ：２０ｍｍの穴あけ加工（無潤滑）を連続して繰り返し行い、切削不能になるまでの穴あけ個数で評価した。
また、低磁場磁気特性は、磁気的応答性の指標として、棒鋼から外径：４５ｍｍφ、内径：３３ｍｍφ、高さ：５ｍｍのリング状試験片を作製し、７００  ℃，１時間の焼鈍後、印加磁界：１００  Ａ／ｍ  の時の磁束密度（Ｂ１  ）を測定し、この値で評価した。
【００２７】
【表１】
2005002399.tif 000002
【００２８】
【表２】
2005002399.tif 000003
【００２９】
表２に示したとおり、発明例はいずれも、工具寿命は良好であり、また低磁場域での磁束密度も高い値を示している。
特に、適量のＢとＮを複合含有させたＮｏ．４，  ５，  ６はいずれも、黒鉛化処理時間を短縮した上で、良好な被削性および低磁場磁気特性を得ることができた。
これに対し、黒鉛化処理時間が短すぎて黒鉛化率が本発明の範囲外となった比較鋼（Ｎｏ．３）は、被削性および低磁場磁気特性のいずれもが低下した。
また、Ｃ量が本発明の範囲よりも少ない比較例（Ｎｏ．７）は、黒鉛量の減少により工具寿命が低下している。
さらに、Ｃ量が本発明の範囲よりも多い比較例（Ｎｏ．８）は、被削性は良好であったが、低磁場磁気特性の劣化を招いた。
また、黒鉛化処理時間が短すぎて黒鉛化率が本発明の範囲外となった比較例（Ｎｏ．９）は、被削性および低磁場磁気特性のいずれもが低下している。
さらに、Ｂを添加した場合のＮ量が本発明（請求項２）の下限に満たない比較例（Ｎｏ．１０）は、被削性は良好であったが、黒鉛化処理に長時間を要した。また、固溶Ｂが残留したため、低磁場磁気特性も劣っていた。
また、Ｐ量が本発明の下限に満たない比較例（Ｎｏ．１１）は、被削性は良好であったが、低磁場磁気特性に劣っていた。
さらに、Ｍｎ量が本発明の上限を超えた比較例（Ｎｏ．１２）は、黒鉛化に長時間を必要とした。そのため、黒鉛化時間を短縮しようとすると、黒鉛化が不十分となり、被削性および低磁場磁気特性が共に劣化した。
【００３０】
【発明の効果】
かくして、本発明によれば、自動車や家電製品等の電装部品等に適した被削性と低磁場磁気特性に兼ね備える珪素含有棒鋼・線材を安定して得ることができる。
また、本発明によれば、鋼中に適量のＢＮを析出させることにより、黒鉛化時間を有利に短縮することができ、その結果、生産性の大幅な向上を達成することができる。