複合磁性材原材料及複合磁性構件的製作方法

2023-06-04 23:57:36

複合磁性材原材料及複合磁性構件的製作方法
【專利摘要】本發明提供能夠適用於利用磁路的工業製品的、在單一材料中兼具強磁性區域和弱磁性區域的複合磁性中可以兼具具有優異的軟磁特性、鐵損和高磁通密度的強磁性區域以及即使在極低溫環境下也穩定的弱磁性區域的複合磁性材原材料和複合磁性構件。在用於製成兼具強磁性區域和弱磁性區域的複合磁性構件的複合磁性材原材料中，前述複合磁性材原材料為滿足以質量%計C：0.30～0.80%、N：0.01～0.10%、Al：0.5～2.5%、Si：0.5～2.5%、Mn：1.0～2.8%、Ni：0.1～2.5%、Cr：14.0～16.5%、且2.5%≤Al+Si≤3.5%、Mn+Ni：2.0%以上，餘量由Fe及雜質組成的複合磁性材原材料。
【專利說明】複合磁性材原材料及複合磁性構件
【技術領域】
[0001]本發明涉及複合磁性材原材料及複合磁性構件，所述複合磁性材原材料用於獲得能夠適用於利用磁路的工業製品的、單一材料中兼具強磁性區域和弱磁性區域的複合磁性構件。
【背景技術】[0002]以往在需要磁路的工業製品中，為了形成磁路，可以採用在部分強磁性體中設置有弱磁性區域的結構。將這種單一材料中兼具強磁性區域和弱磁性區域的金屬材料稱為複合磁性構件，其是如下構成的:對於具有強磁性的馬氏體組織或者鐵素體組織的原材料，加熱特定區域而使其變為弱磁性的奧氏體組織。
[0003]關於複合磁性構件，本申請的 申請人:迄今為止進行了大量提案。其中，作為弱磁性區域穩定的複合磁性構件的提案，例如本申請的 申請人:在日本特開平9-157802號公報(專利文獻I)中提出了含有0.5~4.0%的N的馬氏體系不鏽鋼作為適用於油量控制機器的複合磁性構件。根據此提案，其為由鐵素體和碳化物形成的退火狀態的馬氏體系不鏽鋼，通過向能夠獲得最大磁導率200以上的強磁性特性的Fe-Cr-C系合金中適量添加Ni，將由對於部分馬氏體系不鏽鋼進行加熱後冷卻而獲得的磁導率2以下的弱磁性部分的Ms點(奧氏體開始馬氏體化的溫度)降低至_30°C以下，從而可以抑制室溫下的馬氏體相變並使弱磁性的奧氏體組織穩定化。
[0004]另外，作為以改善前述專利文獻I中記載的複合磁性構件的軟磁特性為目的的提案，有日本特開2001-26846號公報(專利文獻2)中所記載的提案。此提案為如下的複合磁性構件:作為最適合的組成，以重量％計C:0.30~0.80%、N:0.01~0.10%、Al:0.3~
3.5%、Si:0.1 ~7.0%、Μη:0.1 ~2.0%, Cr:10.0 ~25.0%、N1:0.1 ~4.0%、餘量為 Fe 和不可避免的雜質，且兼具最大磁導率400以上的強磁性區域和磁導率2以下的弱磁性區域。
[0005]現有技術文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本特開平9-157802號公報
[0008]專利文獻2:日本特開2001-26846號公報

【發明內容】

_9] 發明要解決的問題
[0010]專利文獻I中所記載的複合磁性構件為具有-30°c以下的Ms點的構件，因此是即使在低溫環境下也能夠使用的優異的構件。但是，例如在作為寒冷地域用的油量控制機器用構件而使用的情況下，構件的溫度有時達到_40°C，正在謀求在更嚴苛的極低溫下的奧氏體組織的穩定性。
[0011]另外，專利文獻2的複合磁性構件的形成弱磁性區域的奧氏體組織也比較穩定，且強磁性區域也具有優異的軟磁特性和鐵損。[0012]但是，近年來，為了實現使用複合磁性構件的部件的進一步的小型化、輕量化、高性能化，正在謀求進一步提高強磁性區域的磁通密度。
[0013]本發明的目的在於提供複合磁性材原材料以及將這種複合磁性材原材料作為前體的複合磁性構件，所述複合磁性材原材料作為單一材料中兼具強磁性區域和弱磁性區域的複合磁性材原材料，可以兼具極低溫下的組織穩定性優異的弱磁性區域以及具有優異的軟磁特性、鐵損和高磁通密度的強磁性區域。
_4] 用於解決問題的方案
[0015]本發明人以上述專利文獻2中記載的改善了軟磁特性和鐵損的組成為基礎進行研究，結果發現，通過將S1、Al、Cr、Mn、Ni調節到適當範圍，能夠得到極低溫下的弱磁性區域的組織穩定性、以及具有低鐵損及高磁通密度的強磁性區域，從而完成了本發明。
[0016]即，本發明為一種複合磁性材原材料，其特徵在於，其為用於製成兼具強磁性區域和弱磁性區域的複合磁性構件的複合磁性材原材料，前述複合磁性材原材料滿足以質量％計 C:0.30 ~0.80%、N:0.005 ~0.10%、Al:0.5 ~2.5%、Si:0.5 ~2.5%, Mn:1.0 ~2.8%、Ni:0.1 ~2.5%,Cr:14.0 ~16.5%、且 2.5% ( Al+Si ( 3.5%,Mn+N1:2.0% 以上，餘量由 Fe及雜質組成。
[0017]複合磁性材原材料的優選的組成範圍以質量％計含有C:0.45~0.65%,N:0.01~0.05%,Al:0.8 ~L 5%、Si:1.2 ~2.2%、Μη:1.5 ~2.5%、Ni:0.3 ~L 0%、且 Mn+Ni:2.2 ~
3.4%。
[0018]此外，本發明為如下的複合磁性材原材料，其中，具有上述組成的複合磁性材原材料的厚度為1.0mm以下。
[0019]另外，本發明為如下的複合磁`性材原材料，其以上述複合磁性材原材料作為前體，形成有強磁性區域和不熔融的弱磁性區域。
[0020]發明的效果
[0021]以本發明的複合磁性材原材料作為前體而獲得的複合磁性構件能夠作為單一材料而兼顧:兼具優異的軟磁特性、鐵損和高磁通密度的強磁性區域；以及即使在-40°C的極低溫度下也是穩定的、由奧氏體組織形成的弱磁性區域。由此，能夠得到極低溫環境下也穩定的弱磁性區域的特性，以及具有優異的軟磁特性、鐵損及高磁通密度的強磁性區域的效果，從而對在寒冷地域中使用的磁路部件的小型化、輕量化、高性能化是有效的。
【具體實施方式】
[0022]根據本發明人的研究，查明了下述情況:為了改善強磁性區域的軟磁特性和鐵損，增加S1、Al量是有效的，相反地增加S1、Al量會阻礙弱磁性區域的穩定性的同時，引起磁通密度的下降。而且發現，作為在維持S1、Al量的增加帶來的軟磁特性和鐵損的改善效果的同時確保弱磁性區域的穩定性及高磁通密度化的方法，添加Cr、Mn、Ni是有效的，且發現了它們的適當的添加量。以下，詳細說明本發明的實施方式。需要說明的是，以百分數表示的化學組成全部為質量％。
[0023]C:0.30 ~0.80%
[0024]C作為奧氏體形成元素，是有效形成弱磁性區域的本發明的必須元素。另外，C的添加對確保形成複合磁性構件時的強度也是有效的。C低於0.30%時，加熱至奧氏體相變溫度以上後進行冷卻時，難以使形成弱磁性區域的奧氏體組織穩定化。另一方面，超過0.80%時，強磁性區域的碳化物個數變得過多，加工性變差。因此，本發明中，將C的範圍設為0.30~0.80%。C的優選下限為0.45%，C的優選上限為0.65%。
[0025]N:0.005 ~0.10%
[0026]N作為奧氏體形成元素，是有效形成弱磁性區域的本發明的必須元素。N低於
0.005%時，變得難以得到穩定的弱磁性區域，並且若想使N低於0.005%則需要使用昂貴的高純度原材料，複合磁性材原材料的成本上升。另一方面,超過0.10%時，合金原材料的母相變得過硬而使加工性劣化。因此，本發明中，將N的範圍設為0.01~0.10%。N的優選下限為0.01%, N的優選上限為0.05%。
[0027]Al:0.5 ~2.5%
[0028]Al是為了在複合磁性構件的強磁性區域中改善軟磁特性並且提高電阻來改善高頻磁場中的鐵損而添加的本發明的必須兀素。Al低於0.5%時,雖然有由於固定合金原材料的氧的效果產生的軟磁特性的改善，但無法期待提高電阻而實現改善高頻磁場中的鐵損的效果。另一方面，Al超過2.5%時，除了合金原材料的母相變得過硬而使加工性劣化之外，鑄造性也會下降。因此，本發明中，將Al的範圍設為0.5%~2.5%。Al的優選下限為0.8%，Al的優選上限為1.5%。
[0029]Si:0.5 ~2.5%
[0030]Si與Al同樣是為了在複合磁性構件的強磁性區域中改善軟磁特性並且提高電阻來改善高頻磁場中的鐵損而`添加的本發明的必須元素。Si低於0.5%時，Si的固熔量少，實現改善軟磁特性和鐵損的效果小。另一方面，Si超過2.5%時，形成強磁性區域組織的鐵素體組織變得過於穩定而變得難以實現形成完整的弱磁性區域，而且加工性也降低。因此，本發明中，將Si的範圍設為0.5~2.5%。Si的優選下限為1.2%，Si的優選上限為2.2%。
[0031]Al+S1:2.5% ~3.5%
[0032]Al和Si是為了在複合磁性構件的強磁性區域中改善軟磁特性並且提高電阻來改善高頻磁場中的鐵損而積極添加的本發明的必須元素。Al+Si低於2.5%時，Al、Si的固熔量少，實現改善軟磁特性和鐵損的效果小。另一方面，Al+Si超過3.5%時，加工性劣化、工業規模下的量產性下降。因此，本發明中，將Al+Si的複合添加量設為2.5%~3.5%。
[0033]Mn:1.0 ~2.8%
[0034]Mn作為奧氏體形成元素，是對於形成弱磁性區域並且即使在_40°C下也使奧氏體組織穩定化來說有效的本發明的必須元素。另外，Mn能夠抑制由對於促進軟磁特性和鐵損提高來說不可或缺的S1、Al量的增加所導致的奧氏體單相溫度的高溫化，具有容易得到形成弱磁性區域的奧氏體組織的效果。並且，形成弱磁性區域後，能夠降低構成強磁性的馬氏體組織的相變溫度，具有使形成弱磁性區域的奧氏體組織進一步穩定化的效果。另外，與同樣是奧氏體形成元素的Ni相比，Mn是有利於得到良好的鐵損的元素。Mn低於1.0%時，加熱至形成奧氏體單相的熱處理溫度以上後進行冷卻時，變得難以得到穩定的奧氏體組織，並且弱磁性區域形成後的、_40°C下的奧氏體組織的穩定化也變難。另一方面，Mn超過2.8%時，強磁性區域的軟磁特性和鐵損受損。因此，本發明中，將Mn的範圍設為1.0~2.8%。能夠獲得良好的鐵損的Mn的優選下限為1.5%，Mn的優選上限為2.5%。
[0035]N1:0.1 ~2.5%[0036]Ni與Mn同樣作為奧氏體形成元素，是對於形成弱磁性區域並且即使在_40°C下也使奧氏體組織穩定化來說有效的本發明的必須元素。另外，Ni也能夠抑制由對於促進軟磁特性和鐵損提高來說不可或缺的S1、Al量的增加所導致的奧氏體單相溫度的高溫化，具有容易得到形成弱磁性區域的奧氏體組織的效果。並且，形成弱磁性區域後，能夠降低構成強磁性的馬氏體組織的相變溫度，具有使形成弱磁性區域的奧氏體組織進一步穩定化的效果。Ni低於0.1%時，不利於形成穩定的弱磁性區域。另一方面，超過2.5%時，強磁性區域的軟磁特性和鐵損受損。因此，本發明中，將Ni的範圍設為0.1~2.5%。Ni的優選下限為
0.3%，Ni的優選上限為1.0%。
[0037]Mn+N1:2.0% 以上
[0038]Mn和Ni作為奧氏體形成元素，是對於形成弱磁性區域並且即使在_40°C下也使奧氏體組織穩定化來說有效的本發明的必須元素。但是，Mn+Ni低於2.0%時，弱磁性區域形成後的、_40°C下的奧氏體組織的穩定化變難。因此，本發明中，將Mn+Ni的複合添加量規定為2.0%以上。Mn+Ni的下限優選為2.2%。另一方面，Mn+Ni變得過高時，會有強磁性部的鐵損變大的情況，因此Mn+Ni的優選上限為3.4%。
[0039]Cr: 14.0 ~16.5%
[0040]Cr具有在複合磁性構件的強磁性區域中部分固溶在母相中而提高耐蝕性並且固定C並以Cr系碳化物形式析出來提高軟磁特性和鐵損的效果，而且是對於即使在_40°C下也使形成弱磁性區域的奧氏體組織穩定化來說有效的本發明的必須元素。進而，通過優化Cr量，能夠抑制由對於促進軟磁特性和鐵損提高來說不可或缺的S1、Al量的增加所導致的奧氏體單相溫度的高溫 化，具有容易得到形成弱磁性區域的奧氏體組織的效果。Cr低於
14.0%時，提高強磁性區域的軟磁特性和鐵損的效果減弱，此外形成弱磁性區域的奧氏體組織的_40°C下的穩定化變難。另一方面，Cr超過16.5%時，無法抑制由對於促進軟磁特性和鐵損提高來說不可或缺的S1、Al量的增加所導致的奧氏體單相溫度的高溫化，難以得到用於形成弱磁性區域的穩定的奧氏體組織，此外會促進強磁性區域中的磁通密度的降低。因此，本發明中，將Cr的範圍設為14.0~16.5%。Cr的下限優選為14.5%，Cr的優選上限為16.3%ο
[0041]餘量為Fe及雜質
[0042]餘量實質上為Fe，但也包含製造上不可避免地混入的雜質(例如，代表性的P、S、O等)。雜質含量越少越優選，只要為不使軟磁特性劣化的以下範圍即可。
[0043]P^0.05%、S ≤ 0.05%、O ≤0.05%
[0044]本發明的複合磁性材原材料能夠形成具有優異的軟磁特性、鐵損及高磁通密度的強磁性的鐵素體組織。另外，通過加熱本發明的複合磁性材原材料的期望位置，形成即使在_40°C下金相組織也穩定的奧氏體組織，能夠製成兼具強磁性區域和弱磁性區域的複合磁性構件。
[0045]前述的利用加熱形成弱磁性區域是在不熔融的、即在原材料不會熔融的溫度範圍內進行加熱。這是為了抑制熔融導致的脫碳現象等，容易得到成為非磁性的奧氏體組織。
[0046]其中，作為弱磁性區域的形成方法，有使用高頻線圈來間接加熱的高頻加熱法、直接按壓加熱過的夾具的熱印法、用雷射進行直接加熱的雷射束法等，其中優選利用設備比較廉價、量產性優異的高頻加熱法來形成弱磁性區域。[0047]另外，複合磁性材原材料的厚度優選為1.0mm以下。複合磁性材原材料的厚度超過1.0mm時，高頻磁場中的渦流變大、使鐵損增加，因此作為磁路部件使用時的效率受損。複合磁性材原材料的厚度更優選的範圍為0.1~0.8mm。
[0048]以上，使用所說明的本發明的複合磁性材原材料，加工為期望的形狀、形成弱磁性區域，能夠製成複合磁性構件。
[0049]本發明的複合磁性構件由下述區域形成:具有優異的軟磁特性、鐵損及高磁通密度的強磁性區域；以及即使在-40°C的極低溫下也穩定的奧氏體組織的弱磁性區域，因此能夠用作例如寒冷地域中需要小型化、輕量化、高效率化的油量控制機器用複合磁性構件。
[0050]實施例
[0051]利用以下實施例進一步詳細說明本發明。
[0052]將以成為表1所示組成的方式稱量的原材料進行真空熔化，在鑄模中鑄造而製作IOkg鋼錠。將獲得的鋼錠加熱至1000°c並鍛造後，加熱至1000°c並進行熱軋，製作厚度
2.5mm的熱軋材。接著，進行酸洗和表面拋光研磨，去除表面的氧化皮後，在非活性Ar氣氛下進行加熱溫度870°C的軟化退火。其後，進行冷軋，得到厚度0.6_的複合磁性材原材料。
[0053][表 I]
[0054](質量％)
【權利要求】
1.一種複合磁性材原材料，其特徵在於，其為用於製成兼具強磁性區域和弱磁性區域的複合磁性構件的複合磁性材原材料，所述複合磁性材原材料滿足以質量％計c:0.30~0.80%,N:0.005 ~0.10%、A1:0.5 ~2.5%、S1:0.5 ~2.5%、Mn:1.0 ~2.8%、N1:0.1 ~2.5%、Cr:14.0~16.5%、且2.5%≤Al+Si≤3.5%、Mn+N1:2.0%以上，餘量由Fe及雜質組成。
2.根據權利要求1所述的複合磁性材原材料，其特徵在於，以質量％計含有C:0.45~0.65%,N:0.01 ~0.05%、A1:0.8 ~1.5%、S1:1.2 ~2.2%、Mn:1.5 ~2.5%、N1:0.3 ~1.0%,且 Mn+Ni:2.2 ~3.4%。
3.根據權利要求1或2所述的複合磁性材原材料，其特徵在於，複合磁性材原材料的厚度為1.0mm以下。
4.一種複合磁性構件，其特徵在於，其以權利要求1~3的任一項所述的複合磁性材原材料作為前體，形成有強磁性 區域和不熔融的弱磁性區域。
【文檔編號】H01F1/14GK103814146SQ201280045566
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年9月18日 優先權日:2011年9月30日
【發明者】橫山紳一郎, 藤原義行 申請人:日立金屬株式會社