专利名称：：转轴用合金、马达用转轴及马达的制作方法
技术领域：
：本发明涉及转轴构合金，如制造马达转轴所用的合金材料。尤其涉及适于电脑等硬盘驱动器的主轴马达、风扇马达、或各种家用电器产品及精密仪器中应用的马达等的转轴用材料，可切削性(切削的容易程度)优良的无磁性奥氏体不锈钢。并且，本发明涉及由这种奥氏体不锈钢制造的转轴、以及由该转轴制造的步进马达等的马达。
背景技术：
：直至目前，为避免由于马达用转轴材料受马达》兹体影响而使转轴具有磁性从而影响旋转性能，选用具有奥氏体組织的无磁性不锈钢作为转轴材料。作为其代表的SUS303Cu，由于具有优良的耐腐蚀性及可切削性而适于作为转轴用材料。但是，由于SUS303Cu中含有近年来价格上涨的Ni，随着成本的提高产生了不经济的缺点。此外，作为SUS303Cu的替代材料，已知有由日本特公昭54-20444号公报公示的奥氏体不锈钢。而，作为奥氏体不锈钢之外的其它具有无磁性的钢铁材料，虽然有例如日本特公昭56-8096号公报、日本特开平7-126809号公报等公开的高Mn钢等材料，但是这种材料存在加工硬化性大、可切削性差的缺点。对于一般的钢铁材料，作为改善可切削性的元素已知Pb或S，从环境保护观点出发Pb不优选。而，已知若将S添加至高Mn钢，可形成MnS从而提高可切削性。但是，对于提供适于马达用转轴且不使用高价Ni的无磁性奥氏体不锈钢尚未充分研究。因此，作为SUS303Cu替代材料，希望对钢铁材料中具有无磁性的奥氏体不锈钢进行研究。发明概述本发明鉴于上述情况而做出，其目的在于提供适于作为马达转轴用合金的无;兹性奥氏体不锈钢，所述不锈钢不使用高价的Ni，且不使用可有效改善可切削性的Pb元素，通过在确保无》兹性的同时具备可切削性且具有适当的硬度，从而提高耐久性并且抑制成本提高。而且，本发明的目的在于提供由所述合金制造的马达用转轴，进而提供应用所述转轴的步进马达等的马达。本发明人努力开发可达成上述目的的合金，在制造无磁性奥氏体不锈钢时，通过相对于添加量在特定范围的Cu,添加适量的Mn及适量的S，并进一步分别添加适量的C、Si、Cr、N，发现在确保具备无磁性的同时可提高材料的可切削性。本发明的无磁性奥氏体不锈钢基于上述认识，其特征在于，以重量比计，含有Cu:1.5-3.5%且含有Mn:8.5-9.5%,还含有C:0.18-0.22%、Si:0.5-1.0%、Cr:16.5-17.5%、N:0.15-0.2%、S:0.13-0.3%,剩余部分为Fe及不可避免地混入的杂质。如下，对本发明化学成分(元素)的含量的依据进行说明。下述％为重量比。本发明中的下述成分之外的剩余部分为Fe及不可避免地混入的杂质。■C(碳)0.18-0.22%C为强有效的奥氏体生成元素，是一种对于提高强度有效的元素，但需要注意的是，若其含量增加则易导致材料耐腐蚀性下降。且，必须考虑到所需要的加工性及可切削性。鉴于这些，以确保强度提高为下限，以确保耐腐蚀性和加工性或可切削性为上限。■Mn(锰)8.5-9.5%Mn为一种替代Ni生成无磁性奥氏体组织的元素，是一种用于保证低磁导率的最重要的元素。为了获得稳定的奥氏体組织，本发明中，使Mn含量为较高的值。而且，为了使合金在磁导率为1.01以下时具有稳定的无磁性，依据表l及图l，Mn的含量必须为8.50/。以上。且，依据表l、表3及表4，若Mn含量超过9.5。/。，可产生锈点而导致耐腐蚀性降低，且，与Mn含量为9.5%以下的材料相比，加工硬化增大。并且，虽然Mn与Ni相比更为廉价，但为了有助于降^f氐生产成本，希望将Mn含量控制在9.5。/。以下。■Cu(铜)1.5-3.5%添加Cu有助于降低材料磁导率，可取得明显效果的最低Cu含量为1.5%。而且，Cu含量在3.5。/。以上时不能确认更高的效果，为防止热轧过程中产生断裂，将Cu含量的上限定为3.5%。■Si(硅)0.5-1.0%Si为脱氧剂，尤其是作为冶炼时的脱氧剂的必需元素，随着Si的增多可导致耐腐蚀性及冷轧加工性降低。因此，将可发挥脱氧剂效果的0.5%定为Si含量下限，在确保耐腐蚀性及冷轧加工性上将1.0%定为Si含量上限。■Cr(铬)16.5-17.5%Cr是用于形成钝化膜(不動態皮膜)、提高耐腐蚀性的必需元素,并且是强有效的生成铁素体的必须元素。若Cr含量不足16.5。/。，易导致耐腐蚀性不足，另一方面，若Cr含量超过17.5。/。，形成的奥氏体相不稳定。因此，将Cr含量定为16.5-17.5%。,N(氮):0.15-0.2%N是强有效的奥氏体生成元素，且有助于提高硬度。为了将N添加到合金中，在充满N气的熔炼炉中熔化合金，然而在正常大气压下的熔炼炉中，N的含量也可达到0.15-0.20%。若N含量不足0.15%,奥氏体稳定性不足，而，若N含量超过0.2。/。，则可能产生气孑L(:/口一)。另外，在正常大气压下欲使N含量超过0.2。/。，必需应用特殊仪器装置，因而导致生产成本提高。因此，本发明中N含量定为0.15-0.2%。■S(硫)0.13%-0.3%S元素与Mn等元素一同形成疏化物，由于这些硫化物分敉存在于钢材中，因此可降低切削抵抗，但是若S元素含量超过0.3。/。，可降低机械的强度及热轧加工性。并且若S元素含量不足0.13。/。，降低切削抵抗的效果小，因此将S元素含量定为0.13%-0.3%。以上各元素为本发明合金的必须成分，除此之外本发明的合金中还可能含有以下成分。■P(磷)0.045%以下若P元素含量高，则易因晶界偏析等导致耐腐蚀性、加工性、韧性降低，若含量超过0.045%,这些特性显著降低。因此将P含量定为0.045%以下。上述为涉及本发明的马达的无磁性奥氏体不锈钢的成分，所述合金可由将各成分混合后熔融等的方法获得，批量生产作为转轴的原材料的线材及棒材时，可于熔炼炉中将熔融的钢材经分块、热轧、冷轧、退火、酸洗等^oi艺制造，可在0-20%加工率的范围内出货。因此，要求即便加工率变化磁导率〃仍在1.01以下。本发明包括以所述合金制造的马达用转轴、及应用所述转轴的步进马达等的马达。依据本发明，通过相对于添加量在特定范围的Cu,添加适量的Mn及适量的S,并进一步分别添加适量的C、Si、Cr、N，能可靠地获得不含有Ni元素的具备无磁性的奥氏体组织，而且通过含有适量的S可提高可切削性，更通过应用价格低廉的Mn替代Ni而具有降低无磁性奥氏体不锈钢生产成本的效果。附图的简单说明图1为舍夫勒(、乂工7，一)组织图。实施例如下，结合实施例对本发明进行说明。根据图l所示舍夫勒组织图，研究探讨为了形成奥氏体单相的C、Cr、Mn等各合金成分的添加量，将如表1所示的化学成分(％重量)的各供试材料于真空熔炼炉中熔解，得到20Kg的各供试材料No.l-5。而各供试材料No.1-5均含有如表1所示的化学成分之外的作为剩余部分的Fe及不可避免地混入的杂质。表l供试材料的化学成分(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表l中，No.2与No.3为本发明的实施例，No.l及No.4-No.6为本发明之外的比较实施例。No.l的供试材料为添加0.95。/o的Cu量、8.53%的Mn量的材料。No.2供试材料为添加1.93。/。的Cu量、8.8。/。的Mn量的材料。No.3供试材料为添加2.97。/。的Cu量、8.89。/。的Mn量的材料，增加了Cu的添加量。No.4供试材料为添加1.93。/。的Cu量、8.08。/。的Mn量的材料。No.5供试材料为添加1.95。/。的Cu量、10.1P/。的Mn量的材料，增加了Mn的添加量。No.6供试材料为添加1.95。/。的Cu量、11.140/o的Mn量的材^f,增加了Mn的添加量。此外，再次将本发明材料的开发点显示于如下4点(a)即使只进行20%的加工，磁导率a仍在1.01以下。(b)添加N,以稳定奥氏体。(c)添加Cu及Mn,以避免^兹导率的上升。(d)添加S，以改善可切削性。依据本发明的实施例No.2及No.3、与比4交例No.1、No.4、No.5及No.6，对由加工率引起的磁导率变化及加工率与硬度的关系，分别进行测定。结果分别如表2、表3所示。而此处所涉及的加工率由下式求算((加工前原材料的横断面积-加工后原材料的横断面积)/(加工前原材料的横断面积))x100(。/。)。例如，将横断面积为100cn^的棒材拉拔加工，得到横断面积为80cn^的棒材时，意味着加工率为20%。而且，将原供试材料通过拉拔加工而缩径，加工率变化为5%、10%、15%、20%。表2加工率(5%、10%、15%、20%)与磁导率的关系<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3加工率(0%、5%、10%、15%、2(T/o)与硬度(HV)的关系<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>将各供试材料No.l-No.6依据JISZ2371进行盐水喷雾试验。结果如表4所示。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>依据表1及表2,在Cu的添加量少于1.5。/。的供试材料No.1的情况下，随着加工率的增加，》兹导率;/增加至1.01以上；在虽然Cu的添加量多于1.5%,然而Mn的添加量为8.5。/。以下的供试材料No.4的情况下，随着加工率的增加，》兹导率A增加至1.01以上。一方面，Cu的添加量为1.5-3.5%，且Mn的添加量多于8.5。/。的供试材料No.2、No.3、N0.5及No.6中，加工率即便达到20%，也可与SUS303Cu—样，满足磁导率^/<1.01。但是，依据表4的盐水喷雾试验结果可知，若Mn的添加量为10.11%以上则产生锈点，耐腐蚀性变差。而依据表3可知，若Mn的添加量为10.11。/。以上，与Mn的添加量为8.5。/。-9.5。/。的供试材料相比，加工硬化显著增大。如上所述，批量生产作为转轴原材料的线材及棒材时，于熔炼炉中将熔融的钢材经分块、热轧、冷轧、退火、酸洗等各工艺制造，可在0-20%加工率的范围内出货。因此，即便加工率变化，仍然可使磁导率p在1.01以下。其次，为了对本发明的实施例No.2及No.3、与比较例No.l、No.4、No.5及No.6的可切削性进行研究，在车削加工中应用涂层硬质合金刀片(超硬〕一亍,V夕、'千:yy)测定切削抵抗。此时测定的主切力如表5所示。所使用的工具分为高Mn钢用与不锈钢用两种。表5中，供试材料No.5与No.6显示出高主切力值，其原因为由于所述供试材料中M11的添加量为9.5%以上，加工硬化大。另一方面，虽然供试材料No.l-No.4显示出比SUS303Cu高的主切力值，但是在此程度上对切削而言无大问题产生。另外，若添加S元素，其与锰元素一同生成的硫化物(MnS)分散至钢铁材料中，结果产生降低切削抵抗、改善可切削性的效果。而供试材料No.2与No.3对于所有刀片均具有良好的可切削性，易于选择刀片。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>本发明涉及的无磁性奥氏体不锈钢，依据表1及表2，从磁导率的观点出发，为降低磁导率，将Cu含量添加至1.5。/。以上，而为防止在热轧过程出现断裂，使Cu含量为3.5。/。以下。而依据表3及表5，从可切削性的观点出发，以Mn较少为佳，但Mn降至7。/。时无》兹性能消失，而且从表4的耐腐蚀性的观点出发，使Mn含量为8.5-9.5%。虽然作为奥氏体稳定元素的N越多越好，考虑到大气中N的溶解限度，使N含量为0.15。/o-0.2。/c)。参考Mn含量及N含量，为进入图1的Scheffle组织图的奥氏体区域，使C、Cr、Si的含量如下:C:0.18-0.22%、Cr:16.5-17.5%、Si:0.5-1.0%。为形成MnS，将S含量添加至0.13。/。以上,为防止在热轧过程中发生断裂，使S含量为0.3。/。以下。而且，由于有发生晶界偏析而脆化的可能，使P含量为0.045%以下。本发明的无磁性奥氏体不锈钢适于作为一般的马达转轴，而在马达中、尤其对于步进马达，近年来小型化趋势显著，例如计划提出直径3mm或6mm的超小型马达等。由于这种马达中转轴极小，加工的容易度尤其重要，因此需要材料具有良好的可切削性。而由于还必须确保小转轴具有必要的强度，所以需要材料具有适宜的硬度。因此，本发明涉及的无磁性奥氏体不锈钢具有无磁性，是可切削性及强度优良、与传统材料相比可降低成本的材料，非常适用于大量生产的步进马达的转轴。此外，本发明的合金不限于制备步进马达的转轴，当然也可适用于作为其他各种精密电子仪器的旋转轴加工用的无石兹性钢材。权利要求1.无磁性奥氏体不锈钢，其特征在于，以重量比计，含有Cu1.5-3.5％、Mn8.5-9.5％、C0.18-0.22％、Si0.5-1.0％、Cr16.5-17.5％、N0.15-0.2％、S0.13-0.3％，剩余部分为Fe及不可避免地混入的杂质。2.马达用转轴，其特征在于，由权利要求l的无磁性奥氏体不锈钢形成。3.马达，其特征在于，使用权利要求2的转轴。4.权利要求3的马达，其特征在于，所述马达为步进马达。全文摘要本发明涉及转轴用合金、马达用转轴及马达，所述合金为无磁性奥氏体钢，以重量比计所述钢含有C0.18-0.22％、Si0.5-1.0％、Mn8.5-9.5％、Cr16.5-17.5％、N0.15-0.2％、Cu1.5-3.5％、S0.13-0.3％，剩余部分为Fe及不可避免地混入的杂质。文档编号C22C38/38GK101545075SQ20091000168公开日2009年9月30日申请日期2009年1月8日优先权日2008年3月26日发明者山田广志申请人:美蓓亚株式会社