JP5742446B2 - 電磁ステンレス鋼 - Google Patents
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Description
本発明は、電磁ステンレス鋼に関し、さらに詳しくは、８０℃〜４００℃の不連続的な温度雰囲気下で使用される磁気回路部品の軟磁性材として好適な電磁ステンレス鋼に関する。
電磁ステンレス鋼とは、高性能な軟磁気特性と高耐食性とを兼ね備えた特殊鋼である。電磁ステンレス鋼は、センサー、アクチュエーター、モーター等の磁気回路を利用した部品や、腐食環境向け電磁材料として多量に用いられている。
このような用途には、従来、１３Ｃｒ系電磁ステンレス鋼が用いられ、耐食性、冷間鍛造性、被削性等に対して、種々の提案がなされている（例えば、特許文献１、２参照）。
このような用途には、従来、１３Ｃｒ系電磁ステンレス鋼が用いられ、耐食性、冷間鍛造性、被削性等に対して、種々の提案がなされている（例えば、特許文献１、２参照）。
近年、駆動系、センサー系、電磁弁のようなアクチュエータ系の磁気回路用部品（軟磁性材）の環境が変化している。例えば、モーターでは、高性能化のため、自己発熱により軟磁性材の温度環境が高くなっている。このような環境において、磁気回路部品は、停止時、室温だが、駆動時には雰囲気温度が８０℃〜４００℃に上昇する。従来の電磁ステンレス鋼では、このような環境下で使用すると、低温時効により軟磁性材の磁気特性が劣化（保磁力が上昇）し、部品（モータ、センサー、アクチュエータ等）の部品特性が劣化し、実用上、種々の問題が顕在化している。
本発明が解決しようとする課題は、８０℃から４００℃の不連続的な温度雰囲気下において長時間使用した場合であっても、低温時効により電気制御性が劣化（保磁力が上昇）することのな電磁ステンレス鋼を提供することにある。
上記課題を解決するために本発明に係る電磁ステンレス鋼は、以下の構成を備えていることを要旨とする。
（１）前記電磁ステンレス鋼は、
Ｃ≦０．０３０ｍａｓｓ％、
Ｎ≦０．０３０ｍａｓｓ％、
Ｓｉ≦０．２０ｍａｓｓ％、
１２．５≦Ｃｒ≦１５．０ｍａｓｓ％、
０．５５≦Ａｌ≦０．７５ｍａｓｓ％、
０．０１≦Ｍｎ≦０．２０ｍａｓｓ％、
０．００１≦Ｓ≦０．１０ｍａｓｓ％、及び、
Ｏ≦０．０１０ｍａｓｓ％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。
（２）前記電磁ステンレス鋼は、以下の（１）〜（４）式を満たす。
Ｘ≦１．２ ・・・（１）
１５≦Ｙ≦２０ ・・・（２）
２≦Ｚ≦６ ・・・（３）
Ｗ≦[Ｃｒ] ・・・（４）
但し、
Ｘ＝３０[Ｃ]＋２５[Ｎ]＋[Ｎｉ]＋０．５[Ｍｎ]＋０．３[Ｃｕ]、
Ｙ＝５．５[Ａｌ]＋２．０[Ｓｉ]＋[Ｃｒ]＋１．５[Ｍｏ]＋１．５[Ｔｉ]＋５．０[Ｖ]＋１．７５[Ｎｂ]＋１．７５[Ｚｒ]、
Ｚ＝Ｘ−Ｙ＋２０、
Ｗ＝３７５[Ｃ]＋２５０[Ｎ]、
[]は、各元素の含有量（ｍａｓｓ％）。
（３）前記電磁ステンレス鋼は、８０℃〜４００℃の不連続的な温度雰囲気下で使用される磁気回路部品の軟磁性材として用いられる。
（１）前記電磁ステンレス鋼は、
Ｃ≦０．０３０ｍａｓｓ％、
Ｎ≦０．０３０ｍａｓｓ％、
Ｓｉ≦０．２０ｍａｓｓ％、
１２．５≦Ｃｒ≦１５．０ｍａｓｓ％、
０．５５≦Ａｌ≦０．７５ｍａｓｓ％、
０．０１≦Ｍｎ≦０．２０ｍａｓｓ％、
０．００１≦Ｓ≦０．１０ｍａｓｓ％、及び、
Ｏ≦０．０１０ｍａｓｓ％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。
（２）前記電磁ステンレス鋼は、以下の（１）〜（４）式を満たす。
Ｘ≦１．２ ・・・（１）
１５≦Ｙ≦２０ ・・・（２）
２≦Ｚ≦６ ・・・（３）
Ｗ≦[Ｃｒ] ・・・（４）
但し、
Ｘ＝３０[Ｃ]＋２５[Ｎ]＋[Ｎｉ]＋０．５[Ｍｎ]＋０．３[Ｃｕ]、
Ｙ＝５．５[Ａｌ]＋２．０[Ｓｉ]＋[Ｃｒ]＋１．５[Ｍｏ]＋１．５[Ｔｉ]＋５．０[Ｖ]＋１．７５[Ｎｂ]＋１．７５[Ｚｒ]、
Ｚ＝Ｘ−Ｙ＋２０、
Ｗ＝３７５[Ｃ]＋２５０[Ｎ]、
[]は、各元素の含有量（ｍａｓｓ％）。
（３）前記電磁ステンレス鋼は、８０℃〜４００℃の不連続的な温度雰囲気下で使用される磁気回路部品の軟磁性材として用いられる。
比較的大きなＣｒ炭窒化物の存在は、材料の応力歪場のエネルギーをあまり高めない。しかし、材料にＣ、Ｎが固溶している場合において、８０〜４００℃の温度雰囲気下で使用されると、低温時効により、固溶Ｃ、Ｎが均一で微細な炭窒化物を形成し、材料の応力歪場のエネルギーを高めてしまう。そうなると、磁壁エネルギーが高くなり、磁壁が移動しづらくなる。
そこで、本発明は、磁気特性に影響の少ない比較的大きなＣｒ炭窒化物をわざと形成させ、マトリックス中のＣ、Ｎをなくし、低温時効による応力歪場のエネルギーの上昇を抑制する。
すなわち、主要元素（特に、Ａｌ及びＭｎ）の成分範囲を特定の範囲にすると同時に、（１）〜（３）式で表されるＸ値、Ｙ値及びＺ値を所定の範囲とすると、電気制御性の初期値が向上（すなわち、保磁力の初期値が低下）する。
また、Ｃｒ量を最適化すると同時に、（４）式で表されるＷ値を最適化すると、比較的大きなＣｒ炭窒化物が析出し、かつ微細な炭窒化物が析出しにくくなるので、応力歪場のエネルギーの増大を抑制できる。そのため、８０℃から４００℃の不連続的な温度雰囲気下において長時間使用した場合における電気制御性の経時劣化（すなわち、保磁力の上昇）を抑制することができる。
そこで、本発明は、磁気特性に影響の少ない比較的大きなＣｒ炭窒化物をわざと形成させ、マトリックス中のＣ、Ｎをなくし、低温時効による応力歪場のエネルギーの上昇を抑制する。
すなわち、主要元素（特に、Ａｌ及びＭｎ）の成分範囲を特定の範囲にすると同時に、（１）〜（３）式で表されるＸ値、Ｙ値及びＺ値を所定の範囲とすると、電気制御性の初期値が向上（すなわち、保磁力の初期値が低下）する。
また、Ｃｒ量を最適化すると同時に、（４）式で表されるＷ値を最適化すると、比較的大きなＣｒ炭窒化物が析出し、かつ微細な炭窒化物が析出しにくくなるので、応力歪場のエネルギーの増大を抑制できる。そのため、８０℃から４００℃の不連続的な温度雰囲気下において長時間使用した場合における電気制御性の経時劣化（すなわち、保磁力の上昇）を抑制することができる。
以下に、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
［１． 電磁ステンレス鋼］
［１．１． 主構成元素］
本発明に係る電磁ステンレス鋼は、以下のような元素を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。添加元素の種類、その成分範囲、及び、その限定理由は、以下の通りである。
［１． 電磁ステンレス鋼］
［１．１． 主構成元素］
本発明に係る電磁ステンレス鋼は、以下のような元素を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。添加元素の種類、その成分範囲、及び、その限定理由は、以下の通りである。
（１） Ｃ≦０．０３０ｍａｓｓ％：
Ｃは、電磁ステンレス鋼の製造に際して必然的に混入する元素である。Ｃは、強力なオーステナイト生成元素であるため、Ｃ量が多くなるほど保磁力の上昇を招く。また、Ｃ量が多くなるほど、高温で使用した場合における保磁力の経時劣化が大きくなる。従って、Ｃ含有量は、０．０３０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｃ含有量は、さらに好ましくは０．０２０ｍａｓｓ％以下である。
Ｃは、電磁ステンレス鋼の製造に際して必然的に混入する元素である。Ｃは、強力なオーステナイト生成元素であるため、Ｃ量が多くなるほど保磁力の上昇を招く。また、Ｃ量が多くなるほど、高温で使用した場合における保磁力の経時劣化が大きくなる。従って、Ｃ含有量は、０．０３０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｃ含有量は、さらに好ましくは０．０２０ｍａｓｓ％以下である。
（２） Ｎ≦０．０３０ｍａｓｓ％：
Ｎは、Ｃと同様に、電磁ステンレス鋼の製造に際して必然的に混入する元素である。Ｎは、強力なオーステナイト生成元素であるため、Ｎ量が多くなるほど保磁力の上昇を招く。また、Ｎ量が多くなるほど、高温で使用した場合における保磁力の経時劣化が大きくなる。従って、Ｎ含有量は、０．０３０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｎ含有量は、さらに好ましくは０．０２０ｍａｓｓ％以下である。
Ｎは、Ｃと同様に、電磁ステンレス鋼の製造に際して必然的に混入する元素である。Ｎは、強力なオーステナイト生成元素であるため、Ｎ量が多くなるほど保磁力の上昇を招く。また、Ｎ量が多くなるほど、高温で使用した場合における保磁力の経時劣化が大きくなる。従って、Ｎ含有量は、０．０３０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｎ含有量は、さらに好ましくは０．０２０ｍａｓｓ％以下である。
（３） Ｓｉ≦０．２０ｍａｓｓ％：
Ｓｉは、フェライト生成元素であり、保磁力の低下に効果的である。しかしながら、Ｓｉ含有量が過剰になると、かえって保磁力の上昇を招く。従って、Ｓｉ含有量は、０．２０ｍａｓｓ％以下である必要がある。
Ｓｉは、フェライト生成元素であり、保磁力の低下に効果的である。しかしながら、Ｓｉ含有量が過剰になると、かえって保磁力の上昇を招く。従って、Ｓｉ含有量は、０．２０ｍａｓｓ％以下である必要がある。
（４） １２．５≦Ｃｒ≦１５．０ｍａｓｓ％：
Ｃｒは、フェライト生成元素であり、保磁力の低下に効果的である。また、適量のＣｒは、比較的大きなＣｒ炭窒化物を析出させ、かつ微細な炭窒化物の析出を抑制するので、応力歪場のエネルギーの増大を抑制するのに有効（すなわち、高温での使用における保磁力の経時劣化の抑制に有効）である。このような効果を得るためには、Ｃｒ含有量は、１２．５ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｃｒ含有量は、さらに好ましくは、１３．０ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｃｒ含有量が過剰になると、固溶Ｃｒが飽和し、かえって保磁力の上昇を招く。従って、Ｃｒ含有量は、１５．０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｃｒ含有量は、さらに好ましくは、１４．５ｍａｓｓ％以下である。
Ｃｒは、フェライト生成元素であり、保磁力の低下に効果的である。また、適量のＣｒは、比較的大きなＣｒ炭窒化物を析出させ、かつ微細な炭窒化物の析出を抑制するので、応力歪場のエネルギーの増大を抑制するのに有効（すなわち、高温での使用における保磁力の経時劣化の抑制に有効）である。このような効果を得るためには、Ｃｒ含有量は、１２．５ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｃｒ含有量は、さらに好ましくは、１３．０ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｃｒ含有量が過剰になると、固溶Ｃｒが飽和し、かえって保磁力の上昇を招く。従って、Ｃｒ含有量は、１５．０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｃｒ含有量は、さらに好ましくは、１４．５ｍａｓｓ％以下である。
（５） ０．３０≦Ａｌ≦１．００ｍａｓｓ％：
Ａｌは、フェライト生成元素であり、保磁力の低下に効果的である。このような効果を得るためには、Ａｌ含有量は、０．３０ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ａｌ含有量は、さらに好ましくは、０．５５ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ａｌ含有量が過剰になると、かえって保磁力の上昇を招く。従って、Ａｌ含有量は、１．００ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ａｌ含有量は、さらに好ましくは、０．７５ｍａｓｓ％以下である。
Ａｌは、フェライト生成元素であり、保磁力の低下に効果的である。このような効果を得るためには、Ａｌ含有量は、０．３０ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ａｌ含有量は、さらに好ましくは、０．５５ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ａｌ含有量が過剰になると、かえって保磁力の上昇を招く。従って、Ａｌ含有量は、１．００ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ａｌ含有量は、さらに好ましくは、０．７５ｍａｓｓ％以下である。
（６） ０．０１≦Ｍｎ≦０．５０ｍａｓｓ％：
Ｍｎは、フェライト生成元素であり、保磁力の低下に効果的である。このような効果を得るためには、Ｍｎ含有量は、０．０１ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｍｎ含有量は、さらに好ましくは、０．１３ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｍｎ含有量が過剰になると、かえって保磁力の上昇を招く。従って、Ｍｎ含有量は、０．５０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｍｎ含有量は、さらに好ましくは、０．２５ｍａｓｓ％以下である。
Ｍｎは、フェライト生成元素であり、保磁力の低下に効果的である。このような効果を得るためには、Ｍｎ含有量は、０．０１ｍａｓｓ％以上である必要がある。Ｍｎ含有量は、さらに好ましくは、０．１３ｍａｓｓ％以上である。
一方、Ｍｎ含有量が過剰になると、かえって保磁力の上昇を招く。従って、Ｍｎ含有量は、０．５０ｍａｓｓ％以下である必要がある。Ｍｎ含有量は、さらに好ましくは、０．２５ｍａｓｓ％以下である。
（７） ０．００１≦Ｓ≦０．１０ｍａｓｓ％：
Ｓは、快削硫化物を形成し、被削性を向上させる効果がある。このような効果を得るためには、Ｓ含有量は、０．００１ｍａｓｓ％以上である必要がある。
一方、Ｓ含有量が過剰になると、保磁力が上昇する。従って、Ｓ含有量は、０．１０ｍａｓｓ％以下である必要がある。
Ｓは、快削硫化物を形成し、被削性を向上させる効果がある。このような効果を得るためには、Ｓ含有量は、０．００１ｍａｓｓ％以上である必要がある。
一方、Ｓ含有量が過剰になると、保磁力が上昇する。従って、Ｓ含有量は、０．１０ｍａｓｓ％以下である必要がある。
（８） Ｏ≦０．０１０ｍａｓｓ％：
Ｏは、酸化物系介在物を生成し、ステンレス鋼の冷間鍛造性の低下と保磁力の上昇を招く。従って、Ｏ含有量は、０．０１０ｍａｓｓ％以下である必要がある。
Ｏは、酸化物系介在物を生成し、ステンレス鋼の冷間鍛造性の低下と保磁力の上昇を招く。従って、Ｏ含有量は、０．０１０ｍａｓｓ％以下である必要がある。
［１．２． 副構成元素］
本発明に係る電磁ステンレス鋼は、上述した主構成元素に加えて、以下の１種又は２種以上の副構成元素をさらに含んでいてもよい。添加元素の種類、その成分範囲、及び、その限定理由は、以下の通りである。
本発明に係る電磁ステンレス鋼は、上述した主構成元素に加えて、以下の１種又は２種以上の副構成元素をさらに含んでいてもよい。添加元素の種類、その成分範囲、及び、その限定理由は、以下の通りである。
［１．２．１． 冷間鍛造性向上元素］
（９） ０．０１≦Ｔｉ≦１．０ｍａｓｓ％：
（１０） ０．０１≦Ｎｂ≦１．０ｍａｓｓ％：
（１１） ０．０１≦Ｚｒ≦１．０ｍａｓｓ％：
（１２） ０．０１≦Ｖ≦１．０ｍａｓｓ％：
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＶは、いずれもフェライト生成元素であり、保磁力の低下と冷間鍛造性の向上に効果的である。このような効果を得るためには、これらの元素の含有量は、それぞれ、０．０１ｍａｓｓ％以上が好ましい。
一方、これらの元素の含有量が過剰になると、かえって保磁力の上昇を招く。従って、これらの元素の含有量は、それぞれ、１．０ｍａｓｓ％以下が好ましい。
（９） ０．０１≦Ｔｉ≦１．０ｍａｓｓ％：
（１０） ０．０１≦Ｎｂ≦１．０ｍａｓｓ％：
（１１） ０．０１≦Ｚｒ≦１．０ｍａｓｓ％：
（１２） ０．０１≦Ｖ≦１．０ｍａｓｓ％：
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｚｒ及びＶは、いずれもフェライト生成元素であり、保磁力の低下と冷間鍛造性の向上に効果的である。このような効果を得るためには、これらの元素の含有量は、それぞれ、０．０１ｍａｓｓ％以上が好ましい。
一方、これらの元素の含有量が過剰になると、かえって保磁力の上昇を招く。従って、これらの元素の含有量は、それぞれ、１．０ｍａｓｓ％以下が好ましい。
［１．２．２． 耐食性向上元素］
（１３） ０．０１≦Ｃｕ≦２．０ｍａｓｓ％：
（１４） ０．０１≦Ｎｉ≦２．０ｍａｓｓ％：
Ｃｕ及びＮｉは、いずれも耐食性の向上に効果的である。このような効果を得るためには、これらの元素の含有量は、それぞれ、０．０１ｍａｓｓ％以上が好ましい。
一方、Ｃｕ及びＮｉは、いずれもオーステナイト生成元素である。そのため、これらの元素の含有量が過剰になると、かえって保磁力の上昇を招く。従って、これらの元素の含有量は、それぞれ、２．０ｍａｓｓ％以下が好ましい。
（１３） ０．０１≦Ｃｕ≦２．０ｍａｓｓ％：
（１４） ０．０１≦Ｎｉ≦２．０ｍａｓｓ％：
Ｃｕ及びＮｉは、いずれも耐食性の向上に効果的である。このような効果を得るためには、これらの元素の含有量は、それぞれ、０．０１ｍａｓｓ％以上が好ましい。
一方、Ｃｕ及びＮｉは、いずれもオーステナイト生成元素である。そのため、これらの元素の含有量が過剰になると、かえって保磁力の上昇を招く。従って、これらの元素の含有量は、それぞれ、２．０ｍａｓｓ％以下が好ましい。
（１５） ０．０１≦Ｍｏ≦２．０ｍａｓｓ％：
Ｍｏは、耐食性の向上に効果的である。また、Ｍｏは、フェライト生成元素であり、保磁力の低下に効果的である。このような効果を得るためには、Ｍｏ含有量は、０．０１ｍａｓｓ％以上が好ましい。
一方、Ｍｏ含有量が過剰になると、かえって耐食性の低下と保磁力の上昇を招く。従って、Ｍｏの含有量は、２．０ｍａｓｓ％以下が好ましい。
Ｍｏは、耐食性の向上に効果的である。また、Ｍｏは、フェライト生成元素であり、保磁力の低下に効果的である。このような効果を得るためには、Ｍｏ含有量は、０．０１ｍａｓｓ％以上が好ましい。
一方、Ｍｏ含有量が過剰になると、かえって耐食性の低下と保磁力の上昇を招く。従って、Ｍｏの含有量は、２．０ｍａｓｓ％以下が好ましい。
［１．２．３． 被削性向上元素］
（１６） ０．０１≦Ｐｂ≦０．３０ｍａｓｓ％：
（１７） ０．０１≦Ｂｉ≦０．３０ｍａｓｓ％：
（１８） ０．０１≦Ｔｅ≦０．３０ｍａｓｓ％：
（１９） ０．００２≦Ｃａ≦０．３０ｍａｓｓ％：
（２０） ０．０１≦Ｓｅ≦０．３０ｍａｓｓ％：
Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｃａ、及びＳｅは、いずれも被削性の向上に効果的である。このような効果を得るためには、これらの元素の含有量は、それぞれ、上記の下限値以上が好ましい。
一方、これらの元素の含有量が過剰になると、保磁力の上昇を招く。従って、これらの元素の含有量は、それぞれ、０．３０ｍａｓｓ％以下が好ましい。
（１６） ０．０１≦Ｐｂ≦０．３０ｍａｓｓ％：
（１７） ０．０１≦Ｂｉ≦０．３０ｍａｓｓ％：
（１８） ０．０１≦Ｔｅ≦０．３０ｍａｓｓ％：
（１９） ０．００２≦Ｃａ≦０．３０ｍａｓｓ％：
（２０） ０．０１≦Ｓｅ≦０．３０ｍａｓｓ％：
Ｐｂ、Ｂｉ、Ｔｅ、Ｃａ、及びＳｅは、いずれも被削性の向上に効果的である。このような効果を得るためには、これらの元素の含有量は、それぞれ、上記の下限値以上が好ましい。
一方、これらの元素の含有量が過剰になると、保磁力の上昇を招く。従って、これらの元素の含有量は、それぞれ、０．３０ｍａｓｓ％以下が好ましい。
［１．３． 成分バランス］
本発明に係る電磁ステンレス鋼は、成分元素が上述の範囲にあることに加えて、さらに次の（１）〜（４）式を満たしている必要がある。
Ｘ≦１．２ ・・・（１）
１５≦Ｙ≦２０ ・・・（２）
２≦Ｚ≦６ ・・・（３）
Ｗ≦[Ｃｒ] ・・・（４）
但し、
Ｘ＝３０[Ｃ]＋２５[Ｎ]＋[Ｎｉ]＋０．５[Ｍｎ]＋０．３[Ｃｕ]、
Ｙ＝５．５[Ａｌ]＋２．０[Ｓｉ]＋[Ｃｒ]＋１．５[Ｍｏ]＋１．５[Ｔｉ]＋５．０[Ｖ]＋１．７５[Ｎｂ]＋１．７５[Ｚｒ]、
Ｚ＝Ｘ−Ｙ＋２０、
Ｗ＝３７５[Ｃ]＋２５０[Ｎ]、
[]は、各元素の含有量（ｍａｓｓ％）。
なお、Ｘ値〜Ｗ値は、原則として有為成分として含まない元素（不純物元素）も考慮して算出されるが、不純物元素の含有量が少ないときは、これらを考慮してもＸ値〜Ｗ値に与える影響は少ない。このような場合、不純物元素をゼロと見なしてＸ値〜Ｗ値を算出しても良い。
本発明に係る電磁ステンレス鋼は、成分元素が上述の範囲にあることに加えて、さらに次の（１）〜（４）式を満たしている必要がある。
Ｘ≦１．２ ・・・（１）
１５≦Ｙ≦２０ ・・・（２）
２≦Ｚ≦６ ・・・（３）
Ｗ≦[Ｃｒ] ・・・（４）
但し、
Ｘ＝３０[Ｃ]＋２５[Ｎ]＋[Ｎｉ]＋０．５[Ｍｎ]＋０．３[Ｃｕ]、
Ｙ＝５．５[Ａｌ]＋２．０[Ｓｉ]＋[Ｃｒ]＋１．５[Ｍｏ]＋１．５[Ｔｉ]＋５．０[Ｖ]＋１．７５[Ｎｂ]＋１．７５[Ｚｒ]、
Ｚ＝Ｘ−Ｙ＋２０、
Ｗ＝３７５[Ｃ]＋２５０[Ｎ]、
[]は、各元素の含有量（ｍａｓｓ％）。
なお、Ｘ値〜Ｗ値は、原則として有為成分として含まない元素（不純物元素）も考慮して算出されるが、不純物元素の含有量が少ないときは、これらを考慮してもＸ値〜Ｗ値に与える影響は少ない。このような場合、不純物元素をゼロと見なしてＸ値〜Ｗ値を算出しても良い。
［１．３．１． Ｘ値］
Ｘ値は、Ｎｉ当量に関するパラメータであり、Ｃ、Ｎ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｕによって規定される。Ｘ値が高くなるほど、材料組織のオーステナイト化が進行し、電気制御性の初期値が低下（保磁力の初期値が上昇）する。従って、Ｘ値は、１．２以下である必要がある。
Ｘ値は、Ｎｉ当量に関するパラメータであり、Ｃ、Ｎ、Ｎｉ、Ｍｎ及びＣｕによって規定される。Ｘ値が高くなるほど、材料組織のオーステナイト化が進行し、電気制御性の初期値が低下（保磁力の初期値が上昇）する。従って、Ｘ値は、１．２以下である必要がある。
［１．３．２． Ｙ値］
Ｙ値は、Ｃｒ当量に関するパラメータであり、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、及びＺｒによって規定される。Ｙ値が高くなるほど、材料組織のフェライト化が進行し、電気制御性の初期値が向上（保磁力の初期値が低下）する。このような効果を得るためには、Ｙ値は、１５以上である必要がある。
一方、Ｙ値が大きくなりすぎると、かえって電気制御性の初期値が低下する。従って、Ｙ値は、２０以下である必要がある。
Ｙ値は、Ｃｒ当量に関するパラメータであり、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｖ、Ｎｂ、及びＺｒによって規定される。Ｙ値が高くなるほど、材料組織のフェライト化が進行し、電気制御性の初期値が向上（保磁力の初期値が低下）する。このような効果を得るためには、Ｙ値は、１５以上である必要がある。
一方、Ｙ値が大きくなりすぎると、かえって電気制御性の初期値が低下する。従って、Ｙ値は、２０以下である必要がある。
［１．３．３． Ｚ値］
Ｚ値は、Ｘ値とＹ値によって規定されるパラメータである。Ｚ値が高くなるほど、電気制御性の初期値が向上する。このような効果を得るためには、Ｚ値は、２以上である必要がある。
一方、Ｚ値が大きくなりすぎると、かえって電気制御性の初期値が低下する。従って、Ｚ値は、６以下である必要がある。
Ｚ値は、Ｘ値とＹ値によって規定されるパラメータである。Ｚ値が高くなるほど、電気制御性の初期値が向上する。このような効果を得るためには、Ｚ値は、２以上である必要がある。
一方、Ｚ値が大きくなりすぎると、かえって電気制御性の初期値が低下する。従って、Ｚ値は、６以下である必要がある。
［１．３．４． Ｗ値］
Ｗ値は、Ｃ量、Ｎ量、及びＣｒ量の関係を規定するパラメータである。Ｗ値がＣｒ含有量を超えない限り、Ｃｒが固溶Ｃ、Ｎと比較的大きなＣｒ炭窒化物を形成し、電気制御性の経時劣化（高温での使用における保磁力の経時劣化）が抑制される。Ｃｒ炭窒化物の大きさは、３．０μｍ以上が好ましい。
一方、Ｗ値がＣｒ含有量を超えると、電気制御性の経時劣化（保磁力の経時劣化）を招く。従って、Ｗ値は、Ｃｒ含有量以下である必要がある。
Ｗ値は、Ｃ量、Ｎ量、及びＣｒ量の関係を規定するパラメータである。Ｗ値がＣｒ含有量を超えない限り、Ｃｒが固溶Ｃ、Ｎと比較的大きなＣｒ炭窒化物を形成し、電気制御性の経時劣化（高温での使用における保磁力の経時劣化）が抑制される。Ｃｒ炭窒化物の大きさは、３．０μｍ以上が好ましい。
一方、Ｗ値がＣｒ含有量を超えると、電気制御性の経時劣化（保磁力の経時劣化）を招く。従って、Ｗ値は、Ｃｒ含有量以下である必要がある。
［１．３．５． 用途］
本発明に係る電磁ステンレス鋼は、８０℃〜４００℃の不連続的な温度雰囲気下で使用される磁気回路部品の軟磁性材として特に好適である。
ここで、「８０℃〜４００℃の不連続的な温度雰囲気下」とは、８０℃〜４００℃の範囲内の温度への昇温と、室温までの冷却が断続的に繰り返される雰囲気を言う。加熱温度は、常に同一温度とは限らない。一般に、電磁ステンレス鋼を８０℃〜４００℃の範囲内の温度で断続的に加熱した場合、累積加熱時間が長くなるほど、低温時効により磁気特性が劣化する。これに対し、本発明に係る電磁ステンレス鋼は、このような雰囲気下での累積加熱時間が長くなっても、磁気特性の劣化が少ない。
本発明に係る電磁ステンレス鋼は、８０℃〜４００℃の不連続的な温度雰囲気下で使用される磁気回路部品の軟磁性材として特に好適である。
ここで、「８０℃〜４００℃の不連続的な温度雰囲気下」とは、８０℃〜４００℃の範囲内の温度への昇温と、室温までの冷却が断続的に繰り返される雰囲気を言う。加熱温度は、常に同一温度とは限らない。一般に、電磁ステンレス鋼を８０℃〜４００℃の範囲内の温度で断続的に加熱した場合、累積加熱時間が長くなるほど、低温時効により磁気特性が劣化する。これに対し、本発明に係る電磁ステンレス鋼は、このような雰囲気下での累積加熱時間が長くなっても、磁気特性の劣化が少ない。
［２． 電磁ステンレス鋼の製造方法］
本発明に係る電磁ステンレス鋼は、
（１）所定の組成となるように配合された原料を溶解・鋳造し、
（２）常法に従って、インゴットを熱間加工し、
（３）初期の電気制御性を向上させるために、熱間加工された材料をさらに冷間加工し、
（４）冷間加工された材料を所定の条件下で磁気焼鈍する、
ことにより製造することができる。
本発明に係る電磁ステンレス鋼は、
（１）所定の組成となるように配合された原料を溶解・鋳造し、
（２）常法に従って、インゴットを熱間加工し、
（３）初期の電気制御性を向上させるために、熱間加工された材料をさらに冷間加工し、
（４）冷間加工された材料を所定の条件下で磁気焼鈍する、
ことにより製造することができる。
［３． 電磁ステンレス鋼の作用］
比較的大きなＣｒ炭窒化物の存在は、材料の応力歪場のエネルギーをあまり高めない。しかし、材料にＣ、Ｎが固溶している場合において、８０〜４００℃の温度雰囲気下で使用されると、低温時効により、固溶Ｃ、Ｎが均一で微細な炭窒化物を形成し、材料の応力歪場のエネルギーを高めてしまう。そうなると、磁壁エネルギーが高くなり、磁壁が移動しづらくなる。
そこで、本発明は、磁気特性に影響の少ない比較的大きなＣｒ炭窒化物をわざと形成させ、マトリックス中のＣ、Ｎをなくし、低温時効による応力歪場のエネルギーの上昇を抑制する。
すなわち、主要元素（特に、Ａｌ及びＭｎ）の成分範囲を特定の範囲にすると同時に、（１）〜（３）式で表されるＸ値、Ｙ値及びＺ値を所定の範囲とすると、電気制御性の初期値が向上（すなわち、保磁力の初期値が低下）する。
また、Ｃｒ量を最適化すると同時に、（４）式で表されるＷ値を最適化すると、比較的大きなＣｒ炭窒化物が析出し、かつ微細な炭窒化物が析出しにくくなるので、応力歪場のエネルギーの増大を抑制できる。そのため、８０℃から４００℃の不連続的な温度雰囲気下において長時間使用した場合における電気制御性の経時劣化（すなわち、保磁力の上昇）を抑制することができる。
比較的大きなＣｒ炭窒化物の存在は、材料の応力歪場のエネルギーをあまり高めない。しかし、材料にＣ、Ｎが固溶している場合において、８０〜４００℃の温度雰囲気下で使用されると、低温時効により、固溶Ｃ、Ｎが均一で微細な炭窒化物を形成し、材料の応力歪場のエネルギーを高めてしまう。そうなると、磁壁エネルギーが高くなり、磁壁が移動しづらくなる。
そこで、本発明は、磁気特性に影響の少ない比較的大きなＣｒ炭窒化物をわざと形成させ、マトリックス中のＣ、Ｎをなくし、低温時効による応力歪場のエネルギーの上昇を抑制する。
すなわち、主要元素（特に、Ａｌ及びＭｎ）の成分範囲を特定の範囲にすると同時に、（１）〜（３）式で表されるＸ値、Ｙ値及びＺ値を所定の範囲とすると、電気制御性の初期値が向上（すなわち、保磁力の初期値が低下）する。
また、Ｃｒ量を最適化すると同時に、（４）式で表されるＷ値を最適化すると、比較的大きなＣｒ炭窒化物が析出し、かつ微細な炭窒化物が析出しにくくなるので、応力歪場のエネルギーの増大を抑制できる。そのため、８０℃から４００℃の不連続的な温度雰囲気下において長時間使用した場合における電気制御性の経時劣化（すなわち、保磁力の上昇）を抑制することができる。
（参考例１〜１２、実施例１３、参考例１４、実施例１５、参考例１６、実施例１７〜２２、参考例２３、実施例２４〜３０、参考例３１、実施例３２、比較例１〜８）
［１． 試料の作製］
表１〜３に示す各種の合金成分組成からなるステンレス鋼を溶製した。次いで、それぞれの合金溶湯から所定のインゴットを鋳造し、その後、常法に従って熱間加工を行った。さらに、初期の電気制御性を向上させるために、熱間加工材に対してさらに冷間加工を行った。冷間加工材から、外径１８ｍｍ×内径１２ｍｍ×厚さ３ｍｍ、又は、外径４５ｍｍ×内径３３ｍｍ×厚さ２ｍｍの複数の試験片を切り出した。その後、個々の試験片に対して、磁気焼鈍（８５０℃×２ｈｒ）を行った。磁気焼鈍後の結晶粒が＃２以下になるように冷間加工及び磁気焼鈍を行った。なお、表１〜３には、磁気焼鈍後の試験片の粒度番号も併せて示した。
［１． 試料の作製］
表１〜３に示す各種の合金成分組成からなるステンレス鋼を溶製した。次いで、それぞれの合金溶湯から所定のインゴットを鋳造し、その後、常法に従って熱間加工を行った。さらに、初期の電気制御性を向上させるために、熱間加工材に対してさらに冷間加工を行った。冷間加工材から、外径１８ｍｍ×内径１２ｍｍ×厚さ３ｍｍ、又は、外径４５ｍｍ×内径３３ｍｍ×厚さ２ｍｍの複数の試験片を切り出した。その後、個々の試験片に対して、磁気焼鈍（８５０℃×２ｈｒ）を行った。磁気焼鈍後の結晶粒が＃２以下になるように冷間加工及び磁気焼鈍を行った。なお、表１〜３には、磁気焼鈍後の試験片の粒度番号も併せて示した。
［２． 試験方法］
個々の試験片に対して、それぞれ、所定の条件下で熱処理を施した。熱処理温度は８０℃〜４００℃とし、熱処理時間は４００時間とした。試験片に歪みが加わらないように熱処理前又は熱処理後の試験片をケースに入れ、ケースの外側に巻線した。さらに、直流Ｂ−Ｈトレーサーを用いて各試験片の保磁力Ｈｃを測定した。
個々の試験片に対して、それぞれ、所定の条件下で熱処理を施した。熱処理温度は８０℃〜４００℃とし、熱処理時間は４００時間とした。試験片に歪みが加わらないように熱処理前又は熱処理後の試験片をケースに入れ、ケースの外側に巻線した。さらに、直流Ｂ−Ｈトレーサーを用いて各試験片の保磁力Ｈｃを測定した。
［３． 結果］
表４及び表５に、熱処理前の試験片、及び、各温度で４００時間熱処理した試験片の保磁力Ｈｃを示す。
表４及び表５より、以下のことが分かる。
（１）比較例１〜８は、いずれもＸ値〜Ｚ値のいずれか１以上が不適切であるため、参考例１〜１２、実施例１３、参考例１４、実施例１５、参考例１６、実施例１７〜２２、参考例２３、実施例２４〜３０、参考例３１、実施例３２に比べて、磁気焼鈍後の保磁力Ｈｃが高い。
（２）比較例１〜８は、いずれもＣｒ量及び／又はＷ値が不適切であるため、参考例１〜１２、実施例１３、参考例１４、実施例１５、参考例１６、実施例１７〜２２、参考例２３、実施例２４〜３０、参考例３１、実施例３２に比べて、磁気焼鈍後の保磁力Ｈｃと８０〜４００℃での熱処理後の保磁力Ｈｃとの差（ΔＨｃ）が大きい。
（３）参考例１〜１２、実施例１３、参考例１４、実施例１５、参考例１６、実施例１７〜２２、参考例２３、実施例２４〜３０、参考例３１、実施例３２は、いずれも磁気焼鈍後の保磁力Ｈｃが低く、ΔＨｃも小さい。
表４及び表５に、熱処理前の試験片、及び、各温度で４００時間熱処理した試験片の保磁力Ｈｃを示す。
表４及び表５より、以下のことが分かる。
（１）比較例１〜８は、いずれもＸ値〜Ｚ値のいずれか１以上が不適切であるため、参考例１〜１２、実施例１３、参考例１４、実施例１５、参考例１６、実施例１７〜２２、参考例２３、実施例２４〜３０、参考例３１、実施例３２に比べて、磁気焼鈍後の保磁力Ｈｃが高い。
（２）比較例１〜８は、いずれもＣｒ量及び／又はＷ値が不適切であるため、参考例１〜１２、実施例１３、参考例１４、実施例１５、参考例１６、実施例１７〜２２、参考例２３、実施例２４〜３０、参考例３１、実施例３２に比べて、磁気焼鈍後の保磁力Ｈｃと８０〜４００℃での熱処理後の保磁力Ｈｃとの差（ΔＨｃ）が大きい。
（３）参考例１〜１２、実施例１３、参考例１４、実施例１５、参考例１６、実施例１７〜２２、参考例２３、実施例２４〜３０、参考例３１、実施例３２は、いずれも磁気焼鈍後の保磁力Ｈｃが低く、ΔＨｃも小さい。
（４）参考例１〜８は、いずれも磁気焼鈍後の保磁力Ｈｃと４００℃での処理後の保磁力の差ΔＨｃ(４００℃)が１１〜１３であった。一方、Ｃｒ量が１３．０〜１４．５ｍａｓｓ％である参考例９〜１２、実施例１３、参考例１４、実施例１５、参考例１６、実施例１７〜２２、参考例２３、実施例２４〜３０、参考例３１、実施例３２は、いずれもΔＨｃ(４００℃)が１０〜１１であり、参考例１〜８に比べて保磁力Ｈｃの経時劣化が少ない。
（５）参考例１〜１２、実施例１３、参考例１４、実施例１５、参考例１６は、いずれも磁気焼鈍後の保磁力Ｈｃが５４〜６５であった。一方、Ｍｎ量が０．１３〜０．２５ｍａｓｓ％である実施例１７〜２２、参考例２３、実施例２４〜３０、参考例３１、実施例３２は、いずれも磁気焼鈍後の保磁力Ｈｃが５１〜５４であり、参考例１〜１２、実施例１３、参考例１４、実施例１５、参考例１６に比べて磁気焼鈍後の保磁力Ｈｃが低い。
（６）参考例１〜１２は、いずれも磁気焼鈍後の保磁力Ｈｃが５５〜６５であった。一方、Ａｌ量が０．５５〜０．７５ｍａｓｓ％である実施例１３、参考例１４、実施例１５、参考例１６、実施例１７〜２２、参考例２３、実施例２４〜３０、参考例３１、実施例３２は、いずれも磁気焼鈍後の保磁力Ｈｃが５１〜５５であり、参考例１〜１２に比べて磁気焼鈍後の保磁力Ｈｃが低い。
（５）参考例１〜１２、実施例１３、参考例１４、実施例１５、参考例１６は、いずれも磁気焼鈍後の保磁力Ｈｃが５４〜６５であった。一方、Ｍｎ量が０．１３〜０．２５ｍａｓｓ％である実施例１７〜２２、参考例２３、実施例２４〜３０、参考例３１、実施例３２は、いずれも磁気焼鈍後の保磁力Ｈｃが５１〜５４であり、参考例１〜１２、実施例１３、参考例１４、実施例１５、参考例１６に比べて磁気焼鈍後の保磁力Ｈｃが低い。
（６）参考例１〜１２は、いずれも磁気焼鈍後の保磁力Ｈｃが５５〜６５であった。一方、Ａｌ量が０．５５〜０．７５ｍａｓｓ％である実施例１３、参考例１４、実施例１５、参考例１６、実施例１７〜２２、参考例２３、実施例２４〜３０、参考例３１、実施例３２は、いずれも磁気焼鈍後の保磁力Ｈｃが５１〜５５であり、参考例１〜１２に比べて磁気焼鈍後の保磁力Ｈｃが低い。
以上、本発明の実施の形態について詳細に説明したが、本発明は、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
本発明に係る電磁ステンレス鋼は、８０℃から４００℃の不連続的な温度雰囲気下において長時間使用されるセンサー、アクチュエーター、モーター等の磁気回路部品や、腐食環境向け電磁材料として用いることができる。
Claims (6)
- 以下の構成を備えた電磁ステンレス鋼。
（１）前記電磁ステンレス鋼は、
Ｃ≦０．０３０ｍａｓｓ％、
Ｎ≦０．０３０ｍａｓｓ％、
Ｓｉ≦０．２０ｍａｓｓ％、
１２．５≦Ｃｒ≦１５．０ｍａｓｓ％、
０．５５≦Ａｌ≦０．７５ｍａｓｓ％、
０．０１≦Ｍｎ≦０．２０ｍａｓｓ％、
０．００１≦Ｓ≦０．１０ｍａｓｓ％、及び、
Ｏ≦０．０１０ｍａｓｓ％
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる。
（２）前記電磁ステンレス鋼は、以下の（１）〜（４）式を満たす。
Ｘ≦１．２ ・・・（１）
１５≦Ｙ≦２０ ・・・（２）
２≦Ｚ≦６ ・・・（３）
Ｗ≦[Ｃｒ] ・・・（４）
但し、
Ｘ＝３０[Ｃ]＋２５[Ｎ]＋[Ｎｉ]＋０．５[Ｍｎ]＋０．３[Ｃｕ]、
Ｙ＝５．５[Ａｌ]＋２．０[Ｓｉ]＋[Ｃｒ]＋１．５[Ｍｏ]＋１．５[Ｔｉ]＋５．０[Ｖ]＋１．７５[Ｎｂ]＋１．７５[Ｚｒ]、
Ｚ＝Ｘ−Ｙ＋２０、
Ｗ＝３７５[Ｃ]＋２５０[Ｎ]、
[]は、各元素の含有量（ｍａｓｓ％）。
（３）前記電磁ステンレス鋼は、８０℃〜４００℃の不連続的な温度雰囲気下で使用される磁気回路部品の軟磁性材として用いられる。 - １３．００≦Ｃｒ≦１４．５０ｍａｓｓ％
である請求項１に記載の電磁ステンレス鋼。 - ０．１３≦Ｍｎ≦０．２０ｍａｓｓ％
である請求項１又は２に記載の電磁ステンレス鋼。 - ０．０１≦Ｔｉ≦１．０ｍａｓｓ％、
０．０１≦Ｎｂ≦１．０ｍａｓｓ％、
０．０１≦Ｚｒ≦１．０ｍａｓｓ％、及び、
０．０１≦Ｖ≦１．０ｍａｓｓ％
から選ばれる１種又は２種以上の元素をさらに含む請求項１から３までのいずれかに記載の電磁ステンレス鋼。 - ０．０１≦Ｃｕ≦２．０ｍａｓｓ％、
０．０１≦Ｎｉ≦２．０ｍａｓｓ％、及び、
０．０１≦Ｍｏ≦２．０ｍａｓｓ％
から選ばれる１種又は２種以上の元素をさらに含む請求項１から４までのいずれかに記載の電磁ステンレス鋼。 - ０．０１≦Ｐｂ≦０．３０ｍａｓｓ％、
０．０１≦Ｂｉ≦０．３０ｍａｓｓ％、
０．０１≦Ｔｅ≦０．３０ｍａｓｓ％、
０．００２≦Ｃａ≦０．３０ｍａｓｓ％、及び、
０．０１≦Ｓｅ≦０．３０ｍａｓｓ％、
から選ばれる１種又は２種以上の元素をさらに含む請求項１から５までのいずれかに記載の電磁ステンレス鋼。
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