(57)【要約】【課題】鋼材の非磁性領域形成方法において、鋼材の所定領域に非磁性相をより均一な厚みで形成することである。【解決手段】鋼材１０の所定領域に非磁性領域を形成する鋼材１０の非磁性領域形成方法であって、鋼材１０の所定領域に、オーステナイト相を生成する元素を含み、Ｆｅの融点よりも低い温度でＦｅと溶融合金化する合金素材１２を配置する合金素材配置工程（Ｓ１０）と、合金素材１２の上に押圧板２０を配置する押圧板配置工程(Ｓ１２)と、合金素材１２を配置した鋼材１０を、合金素材１２の融点以上でＦｅの融点より低く、オーステナイト相が生成する温度で加熱して、合金素材１２とＦｅとを溶融合金化させる溶融合金化工程(Ｓ１４)とを有し、溶融合金化工程(Ｓ１４)は、溶融合金２２を押圧板２０で押圧する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼材の所定領域に非磁性領域を形成する鋼材の非磁性領域形成方法であって、
鋼材の所定領域に、オーステナイト相を生成する元素を含み、Ｆｅの融点よりも低い温度でＦｅと溶融合金化する合金素材を配置する合金素材配置工程と、
合金素材の上に押圧板を配置する押圧板配置工程と、
合金素材を配置した鋼材を、合金素材の融点以上でＦｅの融点より低く、オーステナイト相が生成する温度で加熱して、合金素材とＦｅとを溶融合金化させる溶融合金化工程と、
を有し、
溶融合金化工程は、溶融合金を押圧板で押圧することを特徴とする鋼材の非磁性領域形成方法。
【請求項２】
請求項１に記載の鋼材の非磁性領域形成方法であって、
合金素材は、Ｍｎ―Ｎｉ合金であることを特徴とする鋼材の非磁性領域形成方法。
【請求項３】
非磁性領域が形成された鋼材であって、
鋼材の所定領域に、オーステナイト相を生成する元素を含み、Ｆｅの融点よりも低い温度でＦｅと溶融合金化する合金素材を配置し、
合金素材の上に押圧板を配置し、
合金素材を配置した鋼材を、合金素材の融点以上でＦｅの融点より低く、オーステナイト相が生成する温度で加熱して、合金素材とＦｅとを溶融合金化し、溶融合金を押圧板で押圧して製造されることを特徴とする非磁性領域が形成された鋼材。
【請求項４】
請求項３に記載の非磁性領域が形成された鋼材であって、
合金素材は、Ｍｎ−Ｎｉ合金であることを特徴とする非磁性領域が形成された鋼材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材の非磁性領域形成方法及び非磁性領域が形成された鋼材に係り、特に、鋼材の所定領域に非磁性領域を形成する鋼材の非磁性領域形成方法及び非磁性領域が形成された鋼材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品等の車両用部品には、一般的に、鋼や鋳鉄等の鉄鋼材料が用いられている。鋼材、例えば、電磁鋼板は、モータ等における回転機の固定子（ステータ）や回転子（ロータ）等に使用されている。そして、回転機用ロータのロータコアは、電磁鋼板が積層されて形成されている。ここで、積層された電磁鋼板の一部には、ロータ回転トルクに寄与しない無効な磁界が形成される場合がある。この無効な磁界を抑制するために、電磁鋼板の一部を非磁性材料等で形成することが行われている。
【０００３】
特許文献１には、強磁性鋼の被検出体を用意し、被検出体の表面にＭｎ窒化物等を含有したコーティング膜を形成し、被検出体の表面にレーザなどの高密度エネルギーを所定信号パターン形状に印加することで局部的に再溶融急冷凝固させて窒化物を合金化し、合金化した金属組織にオーステナイトを含ませて高密度エネルギーを印加しない被検出体の部分の金属組織とは磁気特性を異なるようにすることが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】特公平８−７０４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように、コーティング膜等を溶融急冷凝固させて磁気特性が異なる改質相を鋼材に形成する場合には、溶融したコーティング膜等は、表面張力により、例えば、略球面状に変形する。そのため、改質相が均一な厚みで鋼材に形成されない場合がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、鋼材の所定領域に非磁性相をより均一な厚みで形成することができる鋼材の非磁性領域形成方法及び非磁性領域が形成された鋼材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る鋼材の非磁性領域形成方法は、鋼材の所定領域に非磁性領域を形成する鋼材の非磁性領域形成方法であって、鋼材の所定領域に、オーステナイト相を生成する元素を含み、Ｆｅの融点よりも低い温度でＦｅと溶融合金化する合金素材を配置する合金素材配置工程と、合金素材の上に押圧板を配置する押圧板配置工程と、合金素材を配置した鋼材を、合金素材の融点以上でＦｅの融点より低く、オーステナイト相が生成する温度で加熱して、合金素材とＦｅとを溶融合金化させる溶融合金化工程と、を有し、溶融合金化工程は、溶融合金を押圧板で押圧することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る鋼材の非磁性領域形成方法において、合金素材は、Ｍｎ―Ｎｉ合金であることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る非磁性領域が形成された鋼材は、非磁性領域が形成された鋼材であって、鋼材の所定領域に、オーステナイト相を生成する元素を含み、Ｆｅの融点よりも低い温度でＦｅと溶融合金化する合金素材を配置し、合金素材の上に押圧板を配置し、合金素材を配置した鋼材を、合金素材の融点以上でＦｅの融点より低く、オーステナイト相が生成する温度で加熱して、合金素材とＦｅとを溶融合金化し、溶融合金を押圧板で押圧して製造されることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る非磁性領域が形成された鋼材において、合金素材は、Ｍｎ−Ｎｉ合金であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
上記鋼材の非磁性領域形成方法及び非磁性領域が形成された鋼材によれば、溶融合金の表面張力による変形を抑えることができるので、鋼材の所定領域に非磁性相をより均一な厚みで形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。図１は、鋼材の非磁性領域形成方法の流れを示す図である。鋼材１０の非磁性領域形成方法は、合金素材配置工程（Ｓ１０）と、押圧板配置工程（Ｓ１２）と、溶融合金化工程（Ｓ１４）と、を含んで構成される。
【００１３】
合金素材配置工程（Ｓ１０）は、鋼材１０の所定領域に、オーステナイト相を生成する元素を含み、Ｆｅの融点よりも低い温度でＦｅと溶融合金化する合金素材１２を配置する工程である。
【００１４】
鋼材１０には、機械構造用鋼板、高張力鋼板、ステンレス鋼板または電磁鋼板等の鋼板を使用することができる。そして、電磁鋼板には、方向性電磁鋼板や無方向性電磁鋼板等が使用され、例えば、Ｓｉ（珪素）を２質量％〜７質量％含有するＦｅ（鉄）合金が用いられる。勿論、鋼材１０は、上記金属材料に限定されることはない。鋼材１０には、鋼板が使用される。また、他に、バルク状や円筒状の鋼材であっても使用可能である。
【００１５】
合金素材１２には、オーステナイト相を生成する元素を含み、Ｆｅの融点よりも低い温度でＦｅと溶融合金化する合金材料が使用される。合金素材１２にオーステナイト相を生成する元素を含ませるのは、非磁性相２４であるオーステナイト相を生成させるためである。また、Ｆｅの融点よりも低い温度でＦｅと溶融合金化する合金材料が使用されるのは、母材である鋼材１０が溶け落ちないようにするためである。
【００１６】
合金素材１２には、例えば、Ｍｎ−Ｎｉ合金を用いることができる。Ｍｎ（マンガン）、Ｎｉ（ニッケル）は、オーステナイト相を生成する元素であるからである。Ｍｎ−Ｎｉ合金には、更に、Ｂ（硼素）、Ｃ（炭素）、Ｓｉ（珪素）、Ｔｉ（チタン）、Ｐ（リン）、Ｃｕ（銅）から選択される少なくとも１種以上の元素を添加することができる。これらの元素を添加することにより、溶融合金化温度を下げることができるからである。合金素材１２には、Ｍｎ−Ｎｉ合金に限定されることなく、例えば、Ｍｎ−Ｃｕ合金等を用いてもよい。
【００１７】
合金素材１２には、例えば、合金粉末が用いられる。合金粉末は、メチルセルロース等のバインダと脱イオン水と混合されてペースト状に調製される。そして、ペースト合金が、鋼材１０の非磁性領域を形成する所定領域に塗布される。ペースト合金の塗布には、はけ、ヘラ、スプレー等を使用することができる。勿論、ペースト合金を印刷法により塗布することも可能である。また、塗布後においてペースト合金に含まれる水分を除去するために乾燥を行ってもよい。また、合金素材１２には、合金シート材や合金箔等を用いることができる。
【００１８】
拘束治具１４は、鋼材１０に置かれ、鋼材１０に形成される非磁性領域を囲むように設けられる。拘束治具１４は、合金素材１２とＦｅとを溶融合金化させたときに、溶融合金２２の非磁性領域以外への流出を拘束する機能を有している。拘束治具１４は、治具基体１６と、治具基体１６に設けられ溶融合金２２との反応を防止する反応防止部材１８と、を備えている。治具基体１６と反応防止部材１８とは、Ｆｅの融点以上の融点を有する材料で形成されることが好ましい。治具基体１６は、例えば、純鉄等のＦｅ合金で形成される。また、反応防止部材１８は、溶融合金２２との反応性が低いジルコニア等の無機材料で形成される。
【００１９】
押圧板配置工程（Ｓ１２）は、合金素材１２の上に押圧板２０を配置する工程である。押圧板２０は、合金素材１２とＦｅとが溶融合金化して生成した溶融合金２２を押圧する機能を有している。溶融合金２２を押圧板２０で押圧することにより、溶融合金２２の表面張力による変形を抑制することができる。押圧板２０は、Ｆｅの融点以上の融点を有する材料で形成されることが好ましい。押圧板２０には、純鉄等のＦｅ合金で形成された金属板が用いられる。また、溶融合金２２と接触する金属板の接触面には、溶融合金２２との反応を抑制するため、溶融合金２２との反応性が低いジルコニア等で形成されたセラミックスシートが設けられる。
【００２０】
溶融合金化工程（Ｓ１４）は、合金素材１２を配置した鋼材１０を、合金素材１２の融点以上でＦｅの融点より低く、オーステナイト相が生成する温度で加熱して、合金素材１２とＦｅとを溶融合金化させる工程である。
【００２１】
合金素材１２が配置された鋼材１０を、Ｆｅの融点より低い温度で加熱するのは、母材である鋼材１０が溶け落ちないようにするためである。また、合金素材１２が配置された鋼材１０を、オーステナイト相が生成する温度で加熱するのは、合金素材１２と、鋼材１０に含まれるＦｅとを溶融合金化させて溶融合金２２とした後、非磁性相２４であるオーステナイト相を生成させて非磁性領域を形成するためである。合金素材１２にＭｎ−Ｎｉ合金を用いた場合には、加熱温度は、１０２０℃以上でＦｅの融点より低い温度である。また、合金素材１２にＭｎ−Ｃｕ合金を用いた場合には、加熱温度は、８８０℃以上でＦｅの融点よりも低い温度である。
【００２２】
加熱方法は、鋼材１０全体を加熱してもよいし、合金素材１２を配置した部分だけを局部加熱してもよい。また、加熱装置には、金属材料の熱処理で一般的に使用されている加熱炉を使用することができる。勿論、他の条件次第では、加熱装置は、レーザ加熱、高周波誘導加熱等でも可能であり、上記加熱炉に限定されることはない。また、加熱処理は、酸化を防止するため、アルゴンガス雰囲気等の不活性雰囲気中で行われることが好ましい。
【００２３】
合金素材１２を配置した鋼材１０が加熱されると、合金素材１２とＦｅとの溶融合金化が開始し、鋼材１０の所定領域に溶融合金２２が形成される。ここで、溶融合金２２は押圧板２０で押圧されるため、溶融合金２２の表面張力による変形、例えば、球面化が抑制される。このため、溶融合金２２は、略均一な厚みで鋼材１０上に生成される。
【００２４】
溶融合金化の進行に伴って、鋼材１０中へ合金素材１２の溶融拡散が進行すると、溶融合金２２が更に深く形成される。合金素材１２の溶融拡散が進行するに従って、溶融合金２２中におけるＦｅ濃度が高くなるため溶融合金２２の融点は高くなる。合金素材１２が鋼材１０中に更に溶融拡散すると溶融合金２２中におけるＦｅの濃度が更に高くなり、溶融合金２２は固相領域に達する。それにより溶融合金２２が固化してオーステナイト相が生成される。鋼材１０に生成されたオーステナイト相の融点は加熱温度よりも高くなるので、溶融合金化が停止する。そして、鋼材１０の所定領域に非磁性相２４であるオーステナイト相が生成されて、鋼材１０に非磁性領域が形成される。
【００２５】
上記構成によれば、合金素材とＦｅとが溶融合金化して生成した溶融合金を押圧板で押圧することにより、溶融合金の表面張力による変形を抑えることができるので、鋼材の所定領域に非磁性相をより均一な厚みで形成することができる。
（実施例）
【００２６】
合金素材にＭｎ―Ｎｉ合金素材を使用して、電磁鋼板３０の所定領域に非磁性領域の形成を行った。まず、実施例１における非磁性領域形成方法について説明する。図２は、実施例１における電磁鋼板３０の非磁性領域形成方法を示す図である。
【００２７】
電磁鋼板３０には、３質量％Ｓｉを含有するＦｅ―Ｓｉ合金を使用した。また、電磁鋼板３０には、７６ｍｍ×２５ｍｍ×０．３２ｍｍtの板材を用いた。Ｍｎ―Ｎｉ合金素材には、６０質量％Ｍｎと、４０質量％Ｎｉとを含有するＭｎ―Ｎｉ合金粉末３２を用いた。そして、０．２２ｇのＭｎ−Ｎｉ合金粉末３２を、電磁鋼板３０の非磁性相４０を形成する領域（１０ｍｍ×１０ｍｍ）に塗布した。
【００２８】
次に、押圧板３４をＭｎ―Ｎｉ合金粉末の上に置き、加熱炉で加熱してＭｎ―Ｎｉ合金粉末とＦｅとを溶融合金化させた。押圧板３４には、溶融合金３８と接触する接触面にジルコニアシートを設けたＦｅ合金製の金属板を用いた。加熱条件は、１２５０℃で２０分間とした。なお、加熱炉の雰囲気は、酸化を防止するためアルゴン（Ａｒ）雰囲気とした。
【００２９】
ここで、Ｍｎ―Ｎｉ合金粉末とＦｅとの溶融合金化の進行中では、溶融合金３８は押圧板３４で押圧されている。そのため、溶融合金３８の表面張力による変形が抑制されるので、溶融合金３８は、略均一な厚みで電磁鋼板３０上に生成される。そして、加熱終了後には、冷却速度２８０℃/分で冷却を行った。電磁鋼板３０に形成された非磁性相４０における中央部の厚みＸは、端部の厚みＹと略同じとなり、幅方向により均一な厚みを有する非磁性相４０を電磁鋼板３０に形成することができた。
【００３０】
次に、比較例１における非磁性領域形成方法について説明する。図３は、比較例１における電磁鋼板３０の非磁性領域形成方法を示す図である。
【００３１】
電磁鋼板３０には、３質量％Ｓｉを含有するＦｅ―Ｓｉ合金を使用した。また、電磁鋼板３０には、７６ｍｍ×２５ｍｍ×０．３２ｍｍtの板材を用いた。Ｍｎ―Ｎｉ合金素材には、６０質量％Ｍｎと、４０質量％Ｎｉとを含有するＭｎ―Ｎｉ合金粉末３２を用いた。そして、０．２２ｇのＭｎ−Ｎｉ合金粉末３２を、電磁鋼板３０における非磁性相４０を形成する領域（１０ｍｍ×１０ｍｍ）に塗布した。
【００３２】
Ｍｎ―Ｎｉ合金粉末３２を塗布した電磁鋼板３０を加熱炉で加熱して、Ｍｎ―Ｎｉ合金粉末３２とＦｅとを溶融合金化させた。加熱条件は、１２５０℃で２０分間とした。加熱炉の雰囲気は、酸化を防止するためアルゴン（Ａｒ）雰囲気とした。なお、比較例１の非磁性領域形成方法では、実施例１の非磁性領域形成方法と異なり、押圧板を用いないで溶融合金化を行った。
【００３３】
ここで、比較例１の非磁性領域形成方法では、溶融合金化の進行中に、溶融合金３８は押圧されていない。そのため、溶融合金３８は、表面張力により変形し、例えば、略球面状となる。したがって、溶融合金３８は、幅方向の略中央部で厚みが大きく、端部で厚みが小さくなるように電磁鋼板３０上に生成される。そして、加熱終了後には、冷却速度２８０℃/分で冷却を行った。電磁鋼板３０に形成された非磁性相４０における中央部の厚みＴは、端部の厚みＳより大きくなり、幅方向で不均一な厚みを有する非磁性相４０が電磁鋼板３０に形成された。
【００３４】
実施例１及び比較例１における非磁性領域形成方法で形成した非磁性相４０を金属組織観察し、非磁性相４０の厚みを評価した、図４は、非磁性相４０が形成された電磁鋼板３０を示す図である。非磁性相４０が形成された電磁鋼板３０をＡ−Ａ方向に切断した後、埋め込み樹脂に埋め込んで金属顕微鏡で組織観察した。
【００３５】
図５は、比較例１及び実施例１における非磁性領域形成方法で形成した非磁性相４０の断面観察結果を示す写真であり、図５（Ａ）は比較例１における非磁性領域形成方法で形成した非磁性相４０の断面観察結果を示す写真であり、図５（Ｂ）は、実施例１における非磁性領域形成方法で形成した非磁性相４０の断面観察結果を示す写真である。
【００３６】
比較例１における非磁性領域形成方法で形成した非磁性相４０は、図５（Ａ）に示すように、幅方向の略中央部で厚みが大きく、端部で厚みが小さくなるように形成された。この理由は、Ｍｎ―Ｎｉ合金粉末３２とＦｅとが溶融合金化して生成した溶融合金３８が、表面張力により変形して球面化したことによるからである。このため、溶融合金３８の厚みが大きい略中央部では非磁性相４０が厚く形成され、溶融合金３８の厚みが小さい端部では非磁性相４０が薄く形成された。
【００３７】
これに対して、実施例１における非磁性領域形成方法で形成した非磁性相４０は、図５（Ｂ）に示すように、幅方向に略均一な厚みで形成された。この理由は、Ｍｎ―Ｎｉ合金粉末３２とＦｅとが溶融合金化して生成した溶融合金３８を押圧板３４で押圧することにより、溶融合金３８の表面張力による変形を抑制したことによるからである。
【００３８】
以上により、Ｍｎ―Ｎｉ合金粉末とＦｅとが溶融合金化して生成した溶融合金を押圧板で押圧することにより、溶融合金の表面張力による変形を抑えて、電磁鋼板の所定領域に非磁性相４０をより均一な厚みで形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態において、鋼材の非磁性領域形成方法の流れを示す図である。
【図２】本発明の実施の形態において、実施例１における電磁鋼板の非磁性領域形成方法を示す図である。
【図３】比較例１における電磁鋼板の非磁性領域形成方法を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態において、非磁性相が形成された電磁鋼板を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態において、比較例１及び実施例１における非磁性領域形成方法で形成した非磁性相の断面観察結果を示す写真である。
【符号の説明】
【００４０】
１０  鋼材、１２  合金素材、１４  拘束治具、１６  治具基体、１８  反応防止部材、２０，３４  押圧板、２２，３８  溶融合金、２４，４０  非磁性相、３０  電磁鋼板、３２  Ｍｎ−Ｎｉ合金粉末。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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