(57)【要約】【課題】  靱性、被削性および磁気特性に優れた高固有抵抗電磁鋼を提供する。【解決手段】  質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：３．５％以下、Ｍｎ：０．５％以下、Ａｌ：３．５％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００５〜０．０４％、Ｎｉ：０．２％以下、Ｃｒ：５．０〜９．９％、Ｔｉ：０．０２〜０．１６％、Ｎｂ：０．０３〜０．３０％、Ｎ：１５０ｐｐｍ以下、さらに、Ｓｉ＋Ａｌ：１．５〜３．５％、Ｎｂ／Ｓ：３．５以上、（Ｔｉ−３．４Ｎ）／Ｓ：０．８以上、かつ、介在物中のＮｂ、ＴｉおよびＳの合計が原子％で６０％以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなる靱性、被削性および磁気特性に優れた高固有抵抗電磁鋼。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ：０．０２％以下、
Ｓｉ：３．５％以下、
Ｍｎ：０．５％以下、
Ａｌ：３．５％以下、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．００５〜０．０４％、
Ｎｉ：０．２％以下、
Ｃｒ：５．０〜９．９％、
Ｔｉ：０．０２〜０．１６％、
Ｎｂ：０．０３〜０．３０％、
Ｎ：１５０ｐｐｍ以下、
さらに、Ｓｉ＋Ａｌ：１．５〜３．５％、
Ｎｂ／Ｓ：３．５以上、
（Ｔｉ−３．４Ｎ）／Ｓ：０．８以上、
かつ、介在物中のＮｂ、ＴｉおよびＳの合計が原子％で６０％以上
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする靱性、被削性および磁気特性に優れた高固有抵抗電磁鋼。
【請求項２】
ＰｂおよびＢｉの１種または２種を合計で０．３％以下を、さらに含むことを特徴とする請求項１に記載の靱性、被削性および磁気特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、直流また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を有する靱性、被削性および磁気特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】
一般に交流用途に用いられる電磁鋼には、使用時に生じる損失を低減するため高い固有抵抗が具備されている。この固有抵抗を高めるためには、鋼中にＳｉ、ＡｌおよびＣｒを適度に多く添加する手段がとられている。しかし、高固有抵抗を有する電磁鋼は、Ｓｉ、ＡｌおよびＣｒを多く含むため靱性が著しく劣る。そのため圧延したビレットを矯正する際に折損を生じることがあった。
【０００３】
そのため靱性を改善するために、ＣやＮ等の靱性に悪影響を与える元素を規制したり、Ｎｂ、Ｔｉ等の安定化元素を添加する等の手段がとられている。例えば特開平６−２２８７１７号公報（特許文献１）に開示されているように、Ｃ，Ｐ，Ｎ，Ｓ，Ｏを規制して冷間鍛造性や磁気特性の改善を行い、Ｂｉの添加により被削性を向上させるところに特徴がある。オプションとして靱性や磁気特性をさらに向上させるために、Ｎｂ、Ｔｉを添加することが提案されている。
【０００４】
また、特開２０００−１６９９４４号公報（特許文献２）に開示されているように、Ｃ，Ｓｉ，Ｐ，Ｓ，Ｃｒ，Ｏ，Ｎおよび結晶粒度を規制し、Ａｌの添加を図って、低温靱性を改善することにある。オプションとして低温靱性をさらに向上させるために、Ｎｂ、Ｔｉを添加することが提案されている。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、鋼中の被削性介在物にＴｉ炭硫化物を利用して軟磁気特性、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できる発明が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−２２８７１７号公報
【特許文献２】特開２０００−１６９９４４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】
【０００６】
しかしながら、上述した靱性を改善するために、ＣやＮ等の元素を規制することは限界があり、特にＣ、ＮおよびＰを低減するには大きなコストアップを要する。一方、特許文献１や特許文献２のようにＮｂ、Ｔｉ等の安定化元素を添加する場合について言えば、規制なく添加した場合、多くの場合で、例えば特許文献１や特許文献２のように、単なる添加では磁気特性や被削性が悪化するという問題があった。特に被削性においては、特許文献３のように、安定化元素の添加による硬質な炭化物、窒化物および炭硫化物の生成のため、特性の低下が著しくなり、このような材料を被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る。
【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、発明者らは鋭意研究を重ねた結果、Ｃ、Ｎを規制しつつ、Ｎｂ、ＴｉおよびＳを適正に規定することで鋼中にＮｂ−Ｔｉ−Ｓを生成させてやれば、靱性、被削性および磁気特性を同時に改善でき、靱性、被削性および磁気特性が同時に優れた高固有抵抗電磁鋼が得られることが分かった。ここでＮｂ−Ｔｉ−Ｓとは、Ｎｂ、Ｔｉ主体の硫化物のことで、硫化物中のＮｂ，Ｔｉ，Ｓの含有量合計が原子％で６０％以上である介在物のことを言い、Ｃ，Ｎ等を少量含有している。磁気特性、靱性の改善は主に、ＳがＴｉ，Ｎｂによって等方的に分散された介在物として固定され、さらに、Ｃ，ＮがＮｂ−Ｔｉ−Ｓに固定された結果と推定され、被削性は特性を特に悪化させる硬質なＴｉＮやＴｉＣＳ等の生成が抑えられ、軟質なＮｂ−Ｔｉ−Ｓが生成したと考えている。このような技術背景のもとに発明を完成されたものである。
【０００８】
その発明の要旨とするところは、
（１）質量％で、Ｃ：０．０２％以下、Ｓｉ：３．５％以下、Ｍｎ：０．５％以下、Ａｌ：３．５％以下、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．００５〜０．０４％、Ｎｉ：０．２％以下、Ｃｒ：５．０〜９．９％、Ｔｉ：０．０２〜０．１６％、Ｎｂ：０．０３〜０．３０％、Ｎ：１５０ｐｐｍ以下、さらに、Ｓｉ＋Ａｌ：１．５〜３．５％、Ｎｂ／Ｓ：３．５以上、（Ｔｉ−３．４Ｎ）／Ｓ：０．８以上、かつ、介在物中のＮｂ、ＴｉおよびＳの合計が原子％で６０％以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなることを特徴とする靱性、被削性および磁気特性に優れた高固有抵抗電磁鋼。
（２）ＰｂおよびＢｉの１種または２種を合計で０．３％以下をさらに含むことを特徴とする前記（１）に記載の靱性、被削性および磁気特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、本発明による電磁鋼は、特に優れた靱性、被削性を有するものであり、しかも磁気特性が同時に優れた高固有抵抗電磁鋼を提供することができる。
【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を限定した理由を説明する。
Ｃ：０．０２％以下
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。
Ｓｉ：３．５％以下
Ｓｉは、固有抵抗の増加に効果的な元素であり、鋼中のＳｉ％の増加に伴い、その固有抵抗を増加させる。また、一方、このＳｉは、磁気特性の改善に効果的な元素である。しかしながら、３．５％を超えるとＳｉの添加は加工性を悪化させることから、３．５％を上限とした。
【００１１】
Ｍｎ：０．５％以下
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。
Ａｌ：３．５％以下
Ａｌは、固有抵抗の増加に効果的な元素である。しかし、多量の添加は加工性を悪化させることから、その上限を３．５％とした。
【００１２】
Ｐ：０．０３％以下                                                            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０．０３％とした。
Ｓ：０．００５〜０．０４％
Ｓは、被削性を向上させる元素である。しかし、０．００５％未満ではその効果が十分でなく、また、０．０４％を超えると磁気特性を悪化させることから、その範囲を０．００５〜０．０４％とした。
【００１３】
Ｎｉ：０．２％以下
Ｎｉ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０．２％とした。
Ｃｒ：５．０〜９．９％
Ｃｒは、耐食性に効果的な元素であり、また、固有抵抗の増加にも効果的があるが、しかしながら、５．０％未満ではその効果が十分でなく、また、９．９％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５．０〜９．９％とした。
【００１４】
Ｔｉ：０．０２〜０．１６％
Ｔｉは、Ｎｂとの同時添加により被削性、磁気特性および靱性を向上させる元素である。しかし、０．０２％未満ではその効果が十分でなく、また、０．１６％を超えると磁気特性を悪化させることから、その範囲を０．０２〜０．１６％とした。
Ｎｂ：０．０３〜０．３０％
Ｎｂは、Ｔｉとの同時添加により被削性、磁気特性を向上させ、さらに靱性を向上させる元素である。しかし、０．０３％未満ではその効果が十分でなく、また、０．３０％を超えると磁気特性を悪化させることから、その範囲を０．０３〜０．３０％とした。
【００１５】
Ｎ：１５０ｐｐｍ以下
Ｎ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１５０ｐｐｍとした。
ＰｂおよびＢｉの１種または２種を合計で０．３％以下
ＰｂおよびＢｉは、被削性を向上させる元素である。過酷な切削条件での工具寿命や切り屑処理性をより改善したい場合には、ＰｂおよびＢｉの１種または２種を合計で０．３％以下添加する。しかし、多量に含有すると製造性が悪化することから、ＰｂおよびＢｉの１種または２種を合計で０．３％以下とした。
【００１６】
Ｎｂ／Ｓ：３．５以上
Ｎｂ／Ｓは、Ｎｂ−Ｔｉ−Ｓ介在物生成のために定めたもので、その生成には３．５以上必要である。
（Ｔｉ−３．４Ｎ）／Ｓ：０．８以上
（Ｔｉ−３．４Ｎ）／Ｓは、Ｎｂ／Ｓと同様に、Ｎｂ−Ｔｉ−Ｓ介在物生成のために定めたもので、その生成には０．８以上必要である。
これらＮｂ−Ｔｉ−Ｓの生成は被削性のみならず、磁気特性、靱性の向上に寄与するものである。
【００１７】
介在物中のＮｂ、ＴｉおよびＳの合計が原子％で６０％以上
この介在物は、Ｎｂ、ＴｉおよびＳを主体とする化合物で、この介在物中のＮｂ、ＴｉおよびＳの合計が原子％で６０％以上含有することで、被削性のみならず、磁気特性、靱性の向上に寄与するものである。これにより、被削性、靱性および磁気特性が同時に優れたところの高固有抵抗電磁鋼を得ることができる。
【実施例】
【００１８】
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に示した成分組成の鋼を１００ｋｇ真空誘導溶解炉でインゴットに鋳造し、φ２０ｍｍおよび角５０ｍｍに鍛伸した。磁気特性は、８７０℃で焼鈍したφ２０ｍｍの素材を外径１３ｍｍ×内径９ｍｍ×厚５ｍｍの磁気リングに加工し、８５０℃の真空磁気焼鈍を行ったものを試料として、直流磁気測定装置で磁束密度を測定して評価した。実用上特に初期磁化特性および飽和磁化特性が必要なため、Ｂ２およびＢ２５を求めて比較評価した。磁束密度は、要求される耐食性（＝Ｃｒ含有量）によって変わるので、優劣はＴｉ、Ｎｂを含有しない比較鋼Ｎｏ．１０（５％Ｃｒ）、比較鋼Ｎｏ．１４（７％Ｃｒ）、比較鋼Ｎｏ．１５（１０％Ｃｒ）に対して、優れる場合は「○」、劣る場合は「×」として評価した。
【００１９】
【表１】
2007113075.tif 000002
【００２０】
靱性は、８７０℃で焼鈍したφ２０ｍｍの素材からＪＩＳ  Ｚ  ２２０２で規定される衝撃試験片（幅１０ｍｍ、Ｕノッチ試験片）を作製して、ＪＩＳ  Ｚ  ２２４２の衝撃試験方法に準拠してエネルギー遷移温度（ＴｒＥ）を求めて評価した。ＴｒＥが７０℃以下であれば量産にて折損のトラブルがなくなることがわかったので、評価はＴｒＥが７０℃以下の場合は「○」、７０℃を超える場合「×」とした。
【００２１】
本発明は、電磁弁用途が多く穴あけが多いので、被削性の評価はドリル寿命試験で行った。ドリル寿命試験は、８７０℃で焼鈍した角５０ｍｍの素材から角４０ｍｍにフライス加工したものを試験片として、ＳＫＨ５１、φ５ｍｍの汎用ストレートドリルを用い、回転数７６０ｒｐｍ、送り速度６３ｍｍ／分、湿式（水溶性クーラント）で深さ１５ｍｍを２００個穴あけし、穴あけ前と２００穴後のドリルから刃先の摩耗量を求めて評価した。刃先の摩耗量が９０μｍ以下の場合、実際的に問題のないドリル寿命が得られるので、摩耗量が９０μｍ以下の場合「○」、９０μｍを超える場合「×」と評価した。
【００２２】
それらの評価結果を表２に示す。表２に示すように、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．９は本発明鋼であり、Ｎｏ．１０〜１７は比較鋼である。Ｎｂ、Ｔｉが添加されていないＮｏ．１０、１６、および１７の比較鋼は全て靱性が悪く「×」であった。Ｎｂが単独で添加されている比較鋼Ｎｏ．１１は靱性は良好なものの磁気特性および被削性が「×」であった。Ｔｉが単独で添加されている比較鋼Ｎｏ．１２は磁気特性は良好なものの靱性および被削性が「×」であった。Ｓが規定上限を外れた比較鋼Ｎｏ．１３は磁気特性が「×」であった。
Ｎｂ／Ｓが３．５未満のＮｏ．１４および（Ｔｉ−３．４Ｎ）／Ｓが０．８未満の比較鋼Ｎｏ．１５は、Ｎｂ＋Ｔｉ＋Ｓ＜６０原子％で磁気特性、被削性が「×」であった。
これに対し、本発明鋼は全てＮｂ−Ｔｉ−Ｓ（Ｎｂ＋Ｔｉ＋Ｓ≧６０原子％）が生成しており、磁気特性、靱性および被削性が同時に優れていることが分かる。
【００２３】
【表２】
2007113075.tif 000003
【００２４】
このように、Ｃ、Ｎを規制しつつ、Ｎｂ、ＴｉおよびＳを適正に規定することで鋼中にＮｂ−Ｔｉ−Ｓを生成させて、靱性、被削性および磁気特性を同時に改善することができ、靱性、被削性および磁気特性が同時に優れた高固有抵抗電磁鋼が得られるものである。  すなわち、Ｎｂ−Ｔｉ−Ｓの生成により被削性のみならず、磁気特性、靱性を向上し、靱性、被削性および磁気特性が同時に優れた高固有抵抗電磁鋼が得られるものである。
特許出願人    山陽特殊製鋼株式会社
代理人    弁理士    椎  名    彊