(57)【要約】本発明は以下の重量組成のフェライトステンレス鋼に関する。０％＜Ｃ≦０．０３０％、１％≦Ｓｉ≦３％、０％＜Ｍｎ≦０．５％、１０％≦Ｃｒ≦１３％、０％＜Ｎｉ≦０．５％、０％＜Ｍｏ≦３％、Ｎ≦０．０３０％、Ｃｕ≦０．５％、Ｔｉ≦０．５％、Ｎｂ≦１％、Ｃａ≧１×１０−４％、Ｏ≧１０×１０−４％、Ｓ≦０．０３０％、Ｐ≦０．０３０％、残余の鉄及び製鋼に不可避の不純物。【特許請求の範囲】
【請求項１】
０％＜Ｃ≦０．０３０％、
１％≦Ｓｉ≦３％、
０％＜Ｍｎ≦０．５％、
１０％≦Ｃｒ≦１３％、
０％＜Ｎｉ≦０．５％、
０％＜Ｍｏ≦３％、
Ｎ≦０．０３０％、
Ｃｕ≦０．５％、
Ｔｉ≦０．５％、
Ｎｂ≦１％、
Ｃａ≧１×１０−４％、
Ｏ≧１０×１０−４％、
Ｓ≦０．０３０％、
Ｐ≦０．０３０％、
残余の鉄及び製鋼に不可避の不純物
をその重量組成に含むことを特徴とする強磁性部品に使用可能なフェライトステンレス鋼。
【請求項２】
重量組成が更に、
Ｃａ＞３０×１０−４％、
Ｏ＞７０×１０−４％、
となるようにカルシウムと酸素を含むことを特徴とする請求項１に記載の鋼。
【請求項３】
カルシウムと酸素の含量比Ｃａ／Ｏが、
０．２≦Ｃａ／Ｏ≦０．６
であることを特徴とする請求項１に記載の鋼。
【請求項４】
灰長石及び／又は擬珪灰石及び／又はゲーレン石型アルミノケイ酸カルシウム包含物を含むことを特徴とする請求項１に記載の鋼。
【請求項５】
Ｃ≦０．０１２％、
１％≦Ｓｉ≦３％、
０％≦Ｍｎ≦０．４％、
１０％≦Ｃｒ≦１３％、
０％＜Ｎｉ≦０．２％、
０．２％≦Ｍｏ≦２％、
Ｎ≦０．０１５％、
Ｃｕ≦０．２％、
Ｔｉ≦０．２％、
Ｎｂ≦１％、
Ｃａ≧３０×１０−４％、
Ｏ≧７０×１０−４％、
Ｓ≦０．００３％、
Ｐ≦０．０３０％、
残余の鉄及び製鋼に不可避の不純物
をその重量組成に含むことを特徴とする請求項１に記載の鋼。
【請求項６】
０％＜Ｃ≦０．０１２％、
１％≦Ｓｉ≦３％、
０％≦Ｍｎ≦０．４％、
１０％≦Ｃｒ≦１３％、
０％＜Ｎｉ≦０．２％、
０．２％≦Ｍｏ≦２％、
Ｎ≦０．０１５％、
Ｃｕ≦０．２％、
Ｔｉ≦０．２％、
Ｎｂ≦１％、
Ｃａ≧３０×１０−４％、
Ｏ≧７０×１０−４％、
０．０１５≦Ｓ≦０．０３％、
Ｐ≦０．０３０％、
残余の鉄及び製鋼に不可避の不純物
をその重量組成に含むことを特徴とする請求項１に記載の鋼。
【請求項７】
熱間圧延と冷却後に鋼を焼なまし熱処理し、その後、伸線又は引抜き型の断面加工を実施することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のフェライト鋼の製造方法。
【請求項８】
部品の磁性を増進するための補助再結晶焼なましを伸線又は引抜き後の鋼に実施してもよいことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は強磁性部品に使用可能なフェライトステンレス鋼に関する。
【０００２】
フェライトステンレス鋼は所定組成を特徴とし、フェライト構造は特にこの組成の熱間圧延と冷却後に前記構造を付与する焼なまし熱処理により確保される。
【０００３】
特にそのクロム含量と炭素含量により定義される主要分類のフェライトステンレス鋼を以下に挙げる。
−炭素含量を０．１７％までとすることができるフェライトステンレス鋼。これらの鋼は製鋼後の冷却後にオーステナイト−フェライト２相構造をもつ。しかし、焼なまし後に炭素含量は比較的高いがフェライトステンレス鋼に変態させることができる。
−クロム含量約１１又は１２％のフェライトステンレス鋼。クロム含量１２％のマルテンサイト鋼にかなり近似するが、炭素含量が比較的低い点が相違する。
【０００４】
熱間圧延中のステンレス鋼の構造はフェライトとオーステナイトの２相構造をとり得る。冷却が例えば強力な場合には最終構造はフェライトとマルテンサイトとなる。冷却が緩慢な場合には、オーステナイトは部分的にフェライトと炭化物に分解するが、炭化物含量は周囲マトリックスよりも高く、オーステナイトはフェライトよりも多量の炭素を熱固溶している。従って、いずれの場合も完全フェライト構造にするためには熱間圧延と冷却後の鋼を焼戻し又は焼なましする必要がある。焼戻しはα→γ変態温度Ａｃ１よりも低い約８２０℃の温度で実施することができ、炭化物の沈殿を生じる。
【０００５】
磁性を利用する用途に用いるフェライト鋼の分野では、フェライト構造は炭化物量を制限することにより得られるため、この分野で開発されたフェライトステンレス鋼の炭素含量は０．０２％未満である。
【０００６】
磁性であるという理由で使用可能な鋼は知られており、例えば米国特許第５７６９９７４号は鋼の保磁力を下げることが可能な耐腐食性フェライト鋼の製造方法を記載している。この方法で使用されている鋼は再硫化型鋼である。硫黄は低温変形性を低下させる。従って、この方法により得られる鋼は冷間鍛造部品の製造に使用し難い。
【０００７】
米国特許第５０９１０２４号も公知であり、炭素含量とケイ素含量の低い（即ち夫々０．０３％及び０．５％未満）組成物から主に構成される合金から形成される耐腐食性磁気製品を記載している。しかし、磁気分野では材料の抵抗率を増し、渦電流を減らすために鋼のケイ素含量を高くすることが重要である。
【０００８】
本発明の目的は磁気部品に使用可能な強い磁性と冷間鍛造での良好な利用性と良好な機械加工性をもつフェライト構造ステンレス鋼を提供することである。
【０００９】
本発明は、
０％＜Ｃ≦０．０３０％、
１％≦Ｓｉ≦３％、
０％＜Ｍｎ≦０．５％、
１０％≦Ｃｒ≦１３％、
０％＜Ｎｉ≦０．５％、
０％＜Ｍｏ≦３％、
Ｎ≦０．０３０％、
Ｃｕ≦０．５％、
Ｔｉ≦０．５％、
Ｎｂ≦１％、
Ｃａ≧１×１０−４％、
Ｏ≧１０×１０−４％、
Ｓ≦０．０３０％、
Ｐ≦０．０３０％、
残余の鉄及び製鋼に不可避の不純物
をその重量組成に含むことを特徴とする強磁性部品に使用可能なフェライトステンレス鋼に関する。
【００１０】
本発明の他の特徴は以下の通りである。
−重量組成は更に、
Ｃａ＞３０×１０−４％、
Ｏ＞７０×１０−４％、
となるようにカルシウムと酸素を含む。
−カルシウムと酸素の含量比Ｃａ／Ｏは、
０．２≦Ｃａ／Ｏ≦０．６
である。
−鋼は灰長石及び／又は擬珪灰石及び／又はゲーレン石型のアルミノケイ酸カルシウム包含物（ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｏｆ ｌｉｍｅ ｓｉｌｉｃｏ−ａｌｕｍｉｎａｔｅ）を含む。
−鋼は
０％＜Ｃ≦０．０１５％、
１％≦Ｓｉ≦３％、
０％≦Ｍｎ≦０．４％、
１０％≦Ｃｒ≦１３％、
０％＜Ｎｉ≦０．２％、
０．２％≦Ｍｏ≦２％、
Ｎ≦０．０１５％、
Ｃｕ≦０．２％、
Ｔｉ≦０．２％、
Ｎｂ≦１％、
Ｃａ≧３０×１０−４％、
Ｏ≧７０×１０−４％、
Ｓ≦０．００３％、
Ｐ≦０．０３０％、
残余の鉄及び製鋼に不可避の不純物
をその重量組成に含むことが好ましい。
−鋼は
０％＜Ｃ≦０．０１５％、
１％≦Ｓｉ≦３％、
０％≦Ｍｎ≦０．４％、
１０％≦Ｃｒ≦１３％、
０％＜Ｎｉ≦０．２％、
０．２％≦Ｍｏ≦２％、
Ｎ≦０．０１５％、
Ｃｕ≦０．２％、
Ｔｉ≦０．２％、
Ｎｂ≦１％、
Ｃａ≧３０×１０−４％、
Ｏ≧７０×１０−４％、
０．０１５≦Ｓ≦０．０３％、
Ｐ≦０．０３０％、
残余の鉄及び製鋼に不可避の不純物
をその重量組成に含むことが好ましい。
【００１１】
本発明は熱間圧延と冷却後に鋼を焼なまし熱処理し、その後、伸線又は引抜き型の断面加工を実施することを特徴とするフェライト鋼の製造方法にも関する。
【００１２】
部品の磁性を増進するための補助再結晶焼なましを伸線又は引抜き後の鋼に実施してもよい。
【００１３】
以下、非限定的な例示として単一図面により発明を更に詳しく説明する。
【００１４】
単一図面はアルミノケイ酸カルシウム包含物（ｉｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｏｓｉｌｉｃａｔｅｓ ｏｆ ｌｉｍｅ）の一般組成を示す３元図である。
【００１５】
本発明は下記一般組成：
０％＜Ｃ≦０．０３０％、
１％≦Ｓｉ≦３％、
０％＜Ｍｎ≦０．５％、
１０％≦Ｃｒ≦１３％、
０％＜Ｎｉ≦０．５％、
０％＜Ｍｏ≦３％、
Ｎ≦０．０３０％、
Ｃｕ≦０．５％、
Ｔｉ≦０．５％、
Ｎｂ≦１％、
Ｃａ≧１×１０−４％、
Ｏ≧１０×１０−４％、
Ｓ≦０．０３０％、
Ｐ≦０．０３０％、
残余の鉄及び製鋼に不可避の不純物
の鋼に関する。
【００１６】
冶金学的にみると、鋼の組成に含まれる所定元素は体心立方構造フェライト相の出現を助長する。これらの元素はα相生成剤として知られる。その例としては特にクロムとモリブデンが挙げられる。他方、γ相生成剤として知られる元素は面心立方構造γオーステナイト相の出現を助長する。これらの元素としては特にニッケルと炭素と窒素が挙げられる。従って、これらの元素の含量を減らすことが必要であり、このため、本発明の鋼はその組成中の含量を炭素０．０３０％未満、ニッケル０．５％未満及び窒素０．０３０％未満とした。
【００１７】
炭素は鍛造、腐食及び機械加工性に有害である。一般に、磁性分野では沈殿はブロッホ磁壁の運動を妨げるので抑制する必要がある。
【００１８】
組成中の他の元素については、組成中のニッケル、マンガン及び銅は単に工業的製鋼に起因する残留元素であり、抑制又は除去すべきである。
【００１９】
チタン及び／又はニオブは炭化チタン及び／又は炭化ニオブ等の化合物を形成し、炭化クロムと窒化クロムを形成しにくくする。従って、耐腐食性、特に溶接部の耐腐食性を助長する。
【００２０】
硫黄は冷間鍛造における鋼の挙動を最適化すると共に磁性を最適化するように制限すべきである。
【００２１】
ケイ素は鋼の抵抗率を増し、渦電流を減らすために必要であり、耐腐食性に有利である。
【００２２】
本発明の鋼は耐腐食性を改善し、フェライト形成を助長する元素であるモリブデン０．２％〜３％を更に加えることができる。
【００２３】
フェライトステンレス鋼はその使用面で機械加工性に問題がある。
【００２４】
これは、フェライト鋼には切り屑の構造不良という大きな欠点があるためである。フェライト鋼の切り屑は長くもつれているので非常に粉砕しにくい。切り屑が内部に閉込られる機械加工法（例えば深孔あけや鋸引き等）の場合にこの欠点は非常に重大になりかねない。
【００２５】
フェライト鋼の機械加工性の問題を解決するために提案されている方法のひとつとして、低温変形や耐腐食性の機械的性質もしくは磁性に有害な鉛、テルルもしくはセレン型元素又はその組成に硫黄を導入する方法がある。このようなフェライト鋼は一般に切削工具用研磨剤である亜クロム酸塩（ＣｒＭｎ，ＡｌＴｉ）Ｏ、アルミナ（ＡｌＭｇ）Ｏ、珪酸塩（ＳｉＭｎ）Ｏ型の硬質包含物を含む。
【００２６】
本発明によると、フェライトステンレス鋼はその組成に更にカルシウム＞３０×１０−４％と酸素＞７０×１０−４％を加えることができる。
【００２７】
関係式０．２≦Ｃａ／Ｏ≦０．６を満足するようにカルシウムと酸素を制御下に意図的に導入すると、Ａｌ２Ｏ３；ＳｉＯ２；ＣａＯの３元図である図１に示すような灰長石、ゲーレン石及び擬珪灰石三重点領域で選択されるアルミノケイ酸カルシウム型可鍛性酸化物の形成がフェライト鋼で助長される。
【００２８】
従って、カルシウムと酸素の存在は亜クロム酸塩、アルミナ及び珪酸塩型硬質研磨剤包含物の形成を抑制する。他方、アルミノケイ酸カルシウム型包含物の形成は切り屑の粉砕を助長し、切削工具の有効寿命を改善する。
【００２９】
既存の硬質酸化物の代わりにカルシウムを主体とする酸化物をフェライト構造鋼に導入した場合、熱変形、冷間鍛造、耐腐食性及び磁性に関するフェライト鋼の他の特性は殆ど変わらないことが判明した。
【００３０】
硫黄を全く又は殆ど含まない本発明のフェライト構造鋼は耐腐食性を増しながら旋削での工業的使用に耐える機械加工性をもつことが判明した。
【００３１】
フェライト鋼に所謂可鍛性酸化物が存在すると、伸線及び引抜きの面で有利である。
【００３２】
これは、従来の硬質酸化物が粒状のままであるのに対し、可鍛性酸化物は圧延方向に変形可能であるためである。
【００３３】
従って、小直径フェライト鋼線の伸線において本発明により選択した包含物を加えると、伸線後の線の破断率が低下する。
【００３４】
別の適用分野（例えば研磨作業）では、硬質包含物はフェライト鋼に付着して表面に皺を生じる。
【００３５】
可鍛性包含物を加えた本発明のフェライト鋼は非常に簡単に研磨でき、研磨表面状態が改善する。
【００３６】
電気精錬により鋼を製造した後、連続鋳造し、ブルームを形成する。
【００３７】
その後、ブルームを熱間圧延し、例えば機械線又は棒を形成する。
【００３８】
製品の冷間加工作業（例えば伸線及び引抜き）を確保するには焼きなましが必要である。
【００３９】
磁性を回復及び増進するために鋼に補助再結晶焼なましを実施する。
【００４０】
その後、表面処理を行う。
【００４１】
１適用例として、下表１に示す組成の本発明の２種の鋼（鋼１及び鋼２）と２種の比較鋼Ａ及びＢを製造した。
【００４２】
【表１】
2004502867.tif 000002
【００４３】
これらの鋼を以下の方法、即ち
−１１ｍｍの円形に熱間圧延、
−焼きなまし、
−直径１０ｍｍに伸線、
−最終焼きなまし、
−仕上げ及び研削
により直径１０ｍｍの棒状に加工した後、磁性、機械加工性、冷間鍛造性及び耐腐食性を評価した。
【００４４】
本発明の鋼は下表２に示すように比較鋼よりも良好な磁気的特性をもつ。
【００４５】
【表２】
2004502867.tif 000003
【００４６】
これらの特性は添加元素含量を抑えたこと、特にクロム含量を約１２％としたことに起因する。
【００４７】
鋼２は硫黄含量が低いにも拘らず、旋削による機械加工面で非常に良好な性能を示す。これはカルシウムと酸素の存在により説明される。
【００４８】
鋼１は硫黄含量が非常に低いため、冷間鍛造性が非常に良好である。予め鍛造した部品を特に問題なく旋削により正確に仕上げ機械加工できる。
【００４９】
鋼１及び２は下表３から明らかなように、クロム含量が低いにも拘らず耐腐食性が非常に良好である。これは鋼１では硫黄含量が低いためであり、鋼２では硫黄含量を制限すると共にマンガン含量を低くしたためである。
【００５０】
【表３】
2004502867.tif 000004
【００５１】
本発明の鋼は特に例えば電磁弁、直接ガソリン注入システムのインジェクター、自動車分野のオートドアロックの部品等の強磁性部品の製造及び磁心又は誘導子型部品を必要とする任意用途に使用することができる。シート形態では変流器や磁気シールドで使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
アルミノケイ酸カルシウム包含物の一般組成を示す３元図である。
【図１】
2004502867.tif 000005
【国際公開パンフレット】
2004502867.tif 000006
2004502867.tif 000007
2004502867.tif 000008
2004502867.tif 000009
2004502867.tif 000010
2004502867.tif 000011
2004502867.tif 000012
2004502867.tif 000013
2004502867.tif 000014
2004502867.tif 000015
2004502867.tif 000016
2004502867.tif 000017
2004502867.tif 000018
【国際調査報告】
2004502867.tif 000019
2004502867.tif 000020
2004502867.tif 000021
2004502867.tif 000022
2004502867.tif 000023
2004502867.tif 000024
2004502867.tif 000025
2004502867.tif 000026