复合磁性材原材料及复合磁性构件的制作方法
【专利摘要】本发明提供能够适用于利用磁路的工业制品的、在单一材料中兼具强磁性区域和弱磁性区域的复合磁性中可以兼具具有优异的软磁特性、铁损和高磁通密度的强磁性区域以及即使在极低温环境下也稳定的弱磁性区域的复合磁性材原材料和复合磁性构件。在用于制成兼具强磁性区域和弱磁性区域的复合磁性构件的复合磁性材原材料中，前述复合磁性材原材料为满足以质量%计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，余量由Fe及杂质组成的复合磁性材原材料。
【专利说明】复合磁性材原材料及复合磁性构件
【技术领域】
[0001]本发明涉及复合磁性材原材料及复合磁性构件，所述复合磁性材原材料用于获得能够适用于利用磁路的工业制品的、单一材料中兼具强磁性区域和弱磁性区域的复合磁性构件。
【背景技术】[0002]以往在需要磁路的工业制品中，为了形成磁路，可以采用在部分强磁性体中设置有弱磁性区域的结构。将这种单一材料中兼具强磁性区域和弱磁性区域的金属材料称为复合磁性构件，其是如下构成的:对于具有强磁性的马氏体组织或者铁素体组织的原材料，加热特定区域而使其变为弱磁性的奥氏体组织。
[0003]关于复合磁性构件，本申请的 申请人:迄今为止进行了大量提案。其中，作为弱磁性区域稳定的复合磁性构件的提案，例如本申请的 申请人:在日本特开平9-157802号公报(专利文献I)中提出了含有0.5~4.0%的N的马氏体系不锈钢作为适用于油量控制机器的复合磁性构件。根据此提案，其为由铁素体和碳化物形成的退火状态的马氏体系不锈钢，通过向能够获得最大磁导率200以上的强磁性特性的Fe-Cr-C系合金中适量添加Ni，将由对于部分马氏体系不锈钢进行加热后冷却而获得的磁导率2以下的弱磁性部分的Ms点(奥氏体开始马氏体化的温度)降低至_30°C以下，从而可以抑制室温下的马氏体相变并使弱磁性的奥氏体组织稳定化。
[0004]另外，作为以改善前述专利文献I中记载的复合磁性构件的软磁特性为目的的提案，有日本特开2001-26846号公报(专利文献2)中所记载的提案。此提案为如下的复合磁性构件:作为最适合的组成，以重量％计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%、余量为 Fe 和不可避免的杂质，且兼具最大磁导率400以上的强磁性区域和磁导率2以下的弱磁性区域。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开平9-157802号公报
[0008]专利文献2:日本特开2001-26846号公报
【发明内容】
_9] 发明要解决的问题
[0010]专利文献I中所记载的复合磁性构件为具有-30°c以下的Ms点的构件，因此是即使在低温环境下也能够使用的优异的构件。但是，例如在作为寒冷地域用的油量控制机器用构件而使用的情况下，构件的温度有时达到_40°C，正在谋求在更严苛的极低温下的奥氏体组织的稳定性。
[0011]另外，专利文献2的复合磁性构件的形成弱磁性区域的奥氏体组织也比较稳定，且强磁性区域也具有优异的软磁特性和铁损。[0012]但是，近年来，为了实现使用复合磁性构件的部件的进一步的小型化、轻量化、高性能化，正在谋求进一步提高强磁性区域的磁通密度。
[0013]本发明的目的在于提供复合磁性材原材料以及将这种复合磁性材原材料作为前体的复合磁性构件，所述复合磁性材原材料作为单一材料中兼具强磁性区域和弱磁性区域的复合磁性材原材料，可以兼具极低温下的组织稳定性优异的弱磁性区域以及具有优异的软磁特性、铁损和高磁通密度的强磁性区域。
_4] 用于解决问题的方案
[0015]本发明人以上述专利文献2中记载的改善了软磁特性和铁损的组成为基础进行研究，结果发现，通过将S1、Al、Cr、Mn、Ni调节到适当范围，能够得到极低温下的弱磁性区域的组织稳定性、以及具有低铁损及高磁通密度的强磁性区域，从而完成了本发明。
[0016]即，本发明为一种复合磁性材原材料，其特征在于，其为用于制成兼具强磁性区域和弱磁性区域的复合磁性构件的复合磁性材原材料，前述复合磁性材原材料满足以质量％计 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，余量由 Fe及杂质组成。
[0017]复合磁性材原材料的优选的组成范围以质量％计含有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，本发明为如下的复合磁性材原材料，其中，具有上述组成的复合磁性材原材料的厚度为1.0mm以下。
[0019]另外，本发明为如下的复合磁`性材原材料，其以上述复合磁性材原材料作为前体，形成有强磁性区域和不熔融的弱磁性区域。
[0020]发明的效果
[0021]以本发明的复合磁性材原材料作为前体而获得的复合磁性构件能够作为单一材料而兼顾:兼具优异的软磁特性、铁损和高磁通密度的强磁性区域；以及即使在-40°C的极低温度下也是稳定的、由奥氏体组织形成的弱磁性区域。由此，能够得到极低温环境下也稳定的弱磁性区域的特性，以及具有优异的软磁特性、铁损及高磁通密度的强磁性区域的效果，从而对在寒冷地域中使用的磁路部件的小型化、轻量化、高性能化是有效的。
【具体实施方式】
[0022]根据本发明人的研究，查明了下述情况:为了改善强磁性区域的软磁特性和铁损，增加S1、Al量是有效的，相反地增加S1、Al量会阻碍弱磁性区域的稳定性的同时，引起磁通密度的下降。而且发现，作为在维持S1、Al量的增加带来的软磁特性和铁损的改善效果的同时确保弱磁性区域的稳定性及高磁通密度化的方法，添加Cr、Mn、Ni是有效的，且发现了它们的适当的添加量。以下，详细说明本发明的实施方式。需要说明的是，以百分数表示的化学组成全部为质量％。
[0023]C:0.30 ~0.80%
[0024]C作为奥氏体形成元素，是有效形成弱磁性区域的本发明的必须元素。另外，C的添加对确保形成复合磁性构件时的强度也是有效的。C低于0.30%时，加热至奥氏体相变温度以上后进行冷却时，难以使形成弱磁性区域的奥氏体组织稳定化。另一方面，超过0.80%时，强磁性区域的碳化物个数变得过多，加工性变差。因此，本发明中，将C的范围设为0.30~0.80%。C的优选下限为0.45%，C的优选上限为0.65%。
[0025]N:0.005 ~0.10%
[0026]N作为奥氏体形成元素，是有效形成弱磁性区域的本发明的必须元素。N低于
0.005%时，变得难以得到稳定的弱磁性区域，并且若想使N低于0.005%则需要使用昂贵的高纯度原材料，复合磁性材原材料的成本上升。另一方面,超过0.10%时，合金原材料的母相变得过硬而使加工性劣化。因此，本发明中，将N的范围设为0.01~0.10%。N的优选下限为0.01%, N的优选上限为0.05%。
[0027]Al:0.5 ~2.5%
[0028]Al是为了在复合磁性构件的强磁性区域中改善软磁特性并且提高电阻来改善高频磁场中的铁损而添加的本发明的必须兀素。Al低于0.5%时,虽然有由于固定合金原材料的氧的效果产生的软磁特性的改善，但无法期待提高电阻而实现改善高频磁场中的铁损的效果。另一方面，Al超过2.5%时，除了合金原材料的母相变得过硬而使加工性劣化之外，铸造性也会下降。因此，本发明中，将Al的范围设为0.5%~2.5%。Al的优选下限为0.8%，Al的优选上限为1.5%。
[0029]Si:0.5 ~2.5%
[0030]Si与Al同样是为了在复合磁性构件的强磁性区域中改善软磁特性并且提高电阻来改善高频磁场中的铁损而`添加的本发明的必须元素。Si低于0.5%时，Si的固熔量少，实现改善软磁特性和铁损的效果小。另一方面，Si超过2.5%时，形成强磁性区域组织的铁素体组织变得过于稳定而变得难以实现形成完整的弱磁性区域，而且加工性也降低。因此，本发明中，将Si的范围设为0.5~2.5%。Si的优选下限为1.2%，Si的优选上限为2.2%。
[0031]Al+S1:2.5% ~3.5%
[0032]Al和Si是为了在复合磁性构件的强磁性区域中改善软磁特性并且提高电阻来改善高频磁场中的铁损而积极添加的本发明的必须元素。Al+Si低于2.5%时，Al、Si的固熔量少，实现改善软磁特性和铁损的效果小。另一方面，Al+Si超过3.5%时，加工性劣化、工业规模下的量产性下降。因此，本发明中，将Al+Si的复合添加量设为2.5%~3.5%。
[0033]Mn:1.0 ~2.8%
[0034]Mn作为奥氏体形成元素，是对于形成弱磁性区域并且即使在_40°C下也使奥氏体组织稳定化来说有效的本发明的必须元素。另外，Mn能够抑制由对于促进软磁特性和铁损提高来说不可或缺的S1、Al量的增加所导致的奥氏体单相温度的高温化，具有容易得到形成弱磁性区域的奥氏体组织的效果。并且，形成弱磁性区域后，能够降低构成强磁性的马氏体组织的相变温度，具有使形成弱磁性区域的奥氏体组织进一步稳定化的效果。另外，与同样是奥氏体形成元素的Ni相比，Mn是有利于得到良好的铁损的元素。Mn低于1.0%时，加热至形成奥氏体单相的热处理温度以上后进行冷却时，变得难以得到稳定的奥氏体组织，并且弱磁性区域形成后的、_40°C下的奥氏体组织的稳定化也变难。另一方面，Mn超过2.8%时，强磁性区域的软磁特性和铁损受损。因此，本发明中，将Mn的范围设为1.0~2.8%。能够获得良好的铁损的Mn的优选下限为1.5%，Mn的优选上限为2.5%。
[0035]N1:0.1 ~2.5%[0036]Ni与Mn同样作为奥氏体形成元素，是对于形成弱磁性区域并且即使在_40°C下也使奥氏体组织稳定化来说有效的本发明的必须元素。另外，Ni也能够抑制由对于促进软磁特性和铁损提高来说不可或缺的S1、Al量的增加所导致的奥氏体单相温度的高温化，具有容易得到形成弱磁性区域的奥氏体组织的效果。并且，形成弱磁性区域后，能够降低构成强磁性的马氏体组织的相变温度，具有使形成弱磁性区域的奥氏体组织进一步稳定化的效果。Ni低于0.1%时，不利于形成稳定的弱磁性区域。另一方面，超过2.5%时，强磁性区域的软磁特性和铁损受损。因此，本发明中，将Ni的范围设为0.1~2.5%。Ni的优选下限为
0.3%，Ni的优选上限为1.0%。
[0037]Mn+N1:2.0% 以上
[0038]Mn和Ni作为奥氏体形成元素，是对于形成弱磁性区域并且即使在_40°C下也使奥氏体组织稳定化来说有效的本发明的必须元素。但是，Mn+Ni低于2.0%时，弱磁性区域形成后的、_40°C下的奥氏体组织的稳定化变难。因此，本发明中，将Mn+Ni的复合添加量规定为2.0%以上。Mn+Ni的下限优选为2.2%。另一方面，Mn+Ni变得过高时，会有强磁性部的铁损变大的情况，因此Mn+Ni的优选上限为3.4%。
[0039]Cr: 14.0 ~16.5%
[0040]Cr具有在复合磁性构件的强磁性区域中部分固溶在母相中而提高耐蚀性并且固定C并以Cr系碳化物形式析出来提高软磁特性和铁损的效果，而且是对于即使在_40°C下也使形成弱磁性区域的奥氏体组织稳定化来说有效的本发明的必须元素。进而，通过优化Cr量，能够抑制由对于促进软磁特性和铁损提高来说不可或缺的S1、Al量的增加所导致的奥氏体单相温度的高温 化，具有容易得到形成弱磁性区域的奥氏体组织的效果。Cr低于
14.0%时，提高强磁性区域的软磁特性和铁损的效果减弱，此外形成弱磁性区域的奥氏体组织的_40°C下的稳定化变难。另一方面，Cr超过16.5%时，无法抑制由对于促进软磁特性和铁损提高来说不可或缺的S1、Al量的增加所导致的奥氏体单相温度的高温化，难以得到用于形成弱磁性区域的稳定的奥氏体组织，此外会促进强磁性区域中的磁通密度的降低。因此，本发明中，将Cr的范围设为14.0~16.5%。Cr的下限优选为14.5%，Cr的优选上限为16.3%ο
[0041]余量为Fe及杂质
[0042]余量实质上为Fe，但也包含制造上不可避免地混入的杂质(例如，代表性的P、S、O等)。杂质含量越少越优选，只要为不使软磁特性劣化的以下范围即可。
[0043]P^0.05%、S ≤ 0.05%、O ≤0.05%
[0044]本发明的复合磁性材原材料能够形成具有优异的软磁特性、铁损及高磁通密度的强磁性的铁素体组织。另外，通过加热本发明的复合磁性材原材料的期望位置，形成即使在_40°C下金相组织也稳定的奥氏体组织，能够制成兼具强磁性区域和弱磁性区域的复合磁性构件。
[0045]前述的利用加热形成弱磁性区域是在不熔融的、即在原材料不会熔融的温度范围内进行加热。这是为了抑制熔融导致的脱碳现象等，容易得到成为非磁性的奥氏体组织。
[0046]其中，作为弱磁性区域的形成方法，有使用高频线圈来间接加热的高频加热法、直接按压加热过的夹具的热印法、用激光进行直接加热的激光束法等，其中优选利用设备比较廉价、量产性优异的高频加热法来形成弱磁性区域。[0047]另外，复合磁性材原材料的厚度优选为1.0mm以下。复合磁性材原材料的厚度超过1.0mm时，高频磁场中的涡流变大、使铁损增加，因此作为磁路部件使用时的效率受损。复合磁性材原材料的厚度更优选的范围为0.1~0.8mm。
[0048]以上，使用所说明的本发明的复合磁性材原材料，加工为期望的形状、形成弱磁性区域，能够制成复合磁性构件。
[0049]本发明的复合磁性构件由下述区域形成:具有优异的软磁特性、铁损及高磁通密度的强磁性区域；以及即使在-40°C的极低温下也稳定的奥氏体组织的弱磁性区域，因此能够用作例如寒冷地域中需要小型化、轻量化、高效率化的油量控制机器用复合磁性构件。
[0050]实施例
[0051]利用以下实施例进一步详细说明本发明。
[0052]将以成为表1所示组成的方式称量的原材料进行真空熔化，在铸模中铸造而制作IOkg钢锭。将获得的钢锭加热至1000°c并锻造后，加热至1000°c并进行热轧，制作厚度
2.5mm的热轧材。接着，进行酸洗和表面抛光研磨，去除表面的氧化皮后，在非活性Ar气氛下进行加热温度870°C的软化退火。其后，进行冷轧，得到厚度0.6_的复合磁性材原材料。
[0053][表 I]
[0054](质量％)
【权利要求】
1.一种复合磁性材原材料，其特征在于，其为用于制成兼具强磁性区域和弱磁性区域的复合磁性构件的复合磁性材原材料，所述复合磁性材原材料满足以质量％计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，余量由Fe及杂质组成。
2.根据权利要求1所述的复合磁性材原材料，其特征在于，以质量％计含有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.根据权利要求1或2所述的复合磁性材原材料，其特征在于，复合磁性材原材料的厚度为1.0mm以下。
4.一种复合磁性构件，其特征在于，其以权利要求1~3的任一项所述的复合磁性材原材料作为前体，形成有强磁性 区域和不熔融的弱磁性区域。
【文档编号】H01F1/14GK103814146SQ201280045566
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年9月18日 优先权日:2011年9月30日
【发明者】横山绅一郎, 藤原义行 申请人:日立金属株式会社