復合磁性材原材料及復合磁性構(gòu)件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供能夠適用于利用磁路的工業(yè)制品的、在單一材料中兼具強磁性區(qū)域和弱磁性區(qū)域的復合磁性中可以兼具具有優(yōu)異的軟磁特性、鐵損和高磁通密度的強磁性區(qū)域以及即使在極低溫環(huán)境下也穩(wěn)定的弱磁性區(qū)域的復合磁性材原材料和復合磁性構(gòu)件。在用于制成兼具強磁性區(qū)域和弱磁性區(qū)域的復合磁性構(gòu)件的復合磁性材原材料中，前述復合磁性材原材料為滿足以質(zhì)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，余量由Fe及雜質(zhì)組成的復合磁性材原材料。
【專利說明】復合磁性材原材料及復合磁性構(gòu)件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及復合磁性材原材料及復合磁性構(gòu)件，所述復合磁性材原材料用于獲得能夠適用于利用磁路的工業(yè)制品的、單一材料中兼具強磁性區(qū)域和弱磁性區(qū)域的復合磁性構(gòu)件。
【背景技術(shù)】[0002]以往在需要磁路的工業(yè)制品中，為了形成磁路，可以采用在部分強磁性體中設(shè)置有弱磁性區(qū)域的結(jié)構(gòu)。將這種單一材料中兼具強磁性區(qū)域和弱磁性區(qū)域的金屬材料稱為復合磁性構(gòu)件，其是如下構(gòu)成的:對于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(qū)域而使其變?yōu)槿醮判缘膴W氏體組織。
[0003]關(guān)于復合磁性構(gòu)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(qū)域穩(wěn)定的復合磁性構(gòu)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的馬氏體系不銹鋼作為適用于油量控制機器的復合磁性構(gòu)件。根據(jù)此提案，其為由鐵素體和碳化物形成的退火狀態(tài)的馬氏體系不銹鋼，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，將由對于部分馬氏體系不銹鋼進行加熱后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并使弱磁性的奧氏體組織穩(wěn)定化。
[0004]另外，作為以改善前述專利文獻I中記載的復合磁性構(gòu)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。此提案為如下的復合磁性構(gòu)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%、余量為 Fe 和不可避免的雜質(zhì)，且兼具最大磁導率400以上的強磁性區(qū)域和磁導率2以下的弱磁性區(qū)域。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)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(fā)明內(nèi)容】

_9] 發(fā)明要解決的問題
[0010]專利文獻I中所記載的復合磁性構(gòu)件為具有-30°c以下的Ms點的構(gòu)件，因此是即使在低溫環(huán)境下也能夠使用的優(yōu)異的構(gòu)件。但是，例如在作為寒冷地域用的油量控制機器用構(gòu)件而使用的情況下，構(gòu)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(wěn)定性。
[0011]另外，專利文獻2的復合磁性構(gòu)件的形成弱磁性區(qū)域的奧氏體組織也比較穩(wěn)定，且強磁性區(qū)域也具有優(yōu)異的軟磁特性和鐵損。[0012]但是，近年來，為了實現(xiàn)使用復合磁性構(gòu)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(qū)域的磁通密度。
[0013]本發(fā)明的目的在于提供復合磁性材原材料以及將這種復合磁性材原材料作為前體的復合磁性構(gòu)件，所述復合磁性材原材料作為單一材料中兼具強磁性區(qū)域和弱磁性區(qū)域的復合磁性材原材料，可以兼具極低溫下的組織穩(wěn)定性優(yōu)異的弱磁性區(qū)域以及具有優(yōu)異的軟磁特性、鐵損和高磁通密度的強磁性區(qū)域。
_4] 用于解決問題的方案
[0015]本發(fā)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(chǔ)進行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過將S1、Al、Cr、Mn、Ni調(diào)節(jié)到適當范圍，能夠得到極低溫下的弱磁性區(qū)域的組織穩(wěn)定性、以及具有低鐵損及高磁通密度的強磁性區(qū)域，從而完成了本發(fā)明。
[0016]即，本發(fā)明為一種復合磁性材原材料，其特征在于，其為用于制成兼具強磁性區(qū)域和弱磁性區(qū)域的復合磁性構(gòu)件的復合磁性材原材料，前述復合磁性材原材料滿足以質(zhì)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，余量由 Fe及雜質(zhì)組成。
[0017]復合磁性材原材料的優(yōu)選的組成范圍以質(zhì)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(fā)明為如下的復合磁性材原材料，其中，具有上述組成的復合磁性材原材料的厚度為1.0mm以下。
[0019]另外，本發(fā)明為如下的復合磁`性材原材料，其以上述復合磁性材原材料作為前體，形成有強磁性區(qū)域和不熔融的弱磁性區(qū)域。
[0020]發(fā)明的效果
[0021]以本發(fā)明的復合磁性材原材料作為前體而獲得的復合磁性構(gòu)件能夠作為單一材料而兼顧:兼具優(yōu)異的軟磁特性、鐵損和高磁通密度的強磁性區(qū)域；以及即使在-40°C的極低溫度下也是穩(wěn)定的、由奧氏體組織形成的弱磁性區(qū)域。由此，能夠得到極低溫環(huán)境下也穩(wěn)定的弱磁性區(qū)域的特性，以及具有優(yōu)異的軟磁特性、鐵損及高磁通密度的強磁性區(qū)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(jù)本發(fā)明人的研究，查明了下述情況:為了改善強磁性區(qū)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(qū)域的穩(wěn)定性的同時，引起磁通密度的下降。而且發(fā)現(xiàn)，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(qū)域的穩(wěn)定性及高磁通密度化的方法，添加Cr、Mn、Ni是有效的，且發(fā)現(xiàn)了它們的適當?shù)奶砑恿?。以下，詳細說明本發(fā)明的實施方式。需要說明的是，以百分數(shù)表示的化學組成全部為質(zhì)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(qū)域的本發(fā)明的必須元素。另外，C的添加對確保形成復合磁性構(gòu)件時的強度也是有效的。C低于0.30%時，加熱至奧氏體相變溫度以上后進行冷卻時，難以使形成弱磁性區(qū)域的奧氏體組織穩(wěn)定化。另一方面，超過0.80%時，強磁性區(qū)域的碳化物個數(shù)變得過多，加工性變差。因此，本發(fā)明中，將C的范圍設(shè)為0.30~0.80%。C的優(yōu)選下限為0.45%，C的優(yōu)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(qū)域的本發(fā)明的必須元素。N低于
0.005%時，變得難以得到穩(wěn)定的弱磁性區(qū)域，并且若想使N低于0.005%則需要使用昂貴的高純度原材料，復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(fā)明中，將N的范圍設(shè)為0.01~0.10%。N的優(yōu)選下限為0.01%, N的優(yōu)選上限為0.05%。
[0027]Al:0.5 ~2.5%
[0028]Al是為了在復合磁性構(gòu)件的強磁性區(qū)域中改善軟磁特性并且提高電阻來改善高頻磁場中的鐵損而添加的本發(fā)明的必須兀素。Al低于0.5%時,雖然有由于固定合金原材料的氧的效果產(chǎn)生的軟磁特性的改善，但無法期待提高電阻而實現(xiàn)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(fā)明中，將Al的范圍設(shè)為0.5%~2.5%。Al的優(yōu)選下限為0.8%，Al的優(yōu)選上限為1.5%。
[0029]Si:0.5 ~2.5%
[0030]Si與Al同樣是為了在復合磁性構(gòu)件的強磁性區(qū)域中改善軟磁特性并且提高電阻來改善高頻磁場中的鐵損而`添加的本發(fā)明的必須元素。Si低于0.5%時，Si的固熔量少，實現(xiàn)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(qū)域組織的鐵素體組織變得過于穩(wěn)定而變得難以實現(xiàn)形成完整的弱磁性區(qū)域，而且加工性也降低。因此，本發(fā)明中，將Si的范圍設(shè)為0.5~2.5%。Si的優(yōu)選下限為1.2%，Si的優(yōu)選上限為2.2%。
[0031]Al+S1:2.5% ~3.5%
[0032]Al和Si是為了在復合磁性構(gòu)件的強磁性區(qū)域中改善軟磁特性并且提高電阻來改善高頻磁場中的鐵損而積極添加的本發(fā)明的必須元素。Al+Si低于2.5%時，Al、Si的固熔量少，實現(xiàn)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(yè)規(guī)模下的量產(chǎn)性下降。因此，本發(fā)明中，將Al+Si的復合添加量設(shè)為2.5%~3.5%。
[0033]Mn:1.0 ~2.8%
[0034]Mn作為奧氏體形成元素，是對于形成弱磁性區(qū)域并且即使在_40°C下也使奧氏體組織穩(wěn)定化來說有效的本發(fā)明的必須元素。另外，Mn能夠抑制由對于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(qū)域的奧氏體組織的效果。并且，形成弱磁性區(qū)域后，能夠降低構(gòu)成強磁性的馬氏體組織的相變溫度，具有使形成弱磁性區(qū)域的奧氏體組織進一步穩(wěn)定化的效果。另外，與同樣是奧氏體形成元素的Ni相比，Mn是有利于得到良好的鐵損的元素。Mn低于1.0%時，加熱至形成奧氏體單相的熱處理溫度以上后進行冷卻時，變得難以得到穩(wěn)定的奧氏體組織，并且弱磁性區(qū)域形成后的、_40°C下的奧氏體組織的穩(wěn)定化也變難。另一方面，Mn超過2.8%時，強磁性區(qū)域的軟磁特性和鐵損受損。因此，本發(fā)明中，將Mn的范圍設(shè)為1.0~2.8%。能夠獲得良好的鐵損的Mn的優(yōu)選下限為1.5%，Mn的優(yōu)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，是對于形成弱磁性區(qū)域并且即使在_40°C下也使奧氏體組織穩(wěn)定化來說有效的本發(fā)明的必須元素。另外，Ni也能夠抑制由對于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(qū)域的奧氏體組織的效果。并且，形成弱磁性區(qū)域后，能夠降低構(gòu)成強磁性的馬氏體組織的相變溫度，具有使形成弱磁性區(qū)域的奧氏體組織進一步穩(wěn)定化的效果。Ni低于0.1%時，不利于形成穩(wěn)定的弱磁性區(qū)域。另一方面，超過2.5%時，強磁性區(qū)域的軟磁特性和鐵損受損。因此，本發(fā)明中，將Ni的范圍設(shè)為0.1~2.5%。Ni的優(yōu)選下限為
0.3%，Ni的優(yōu)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，是對于形成弱磁性區(qū)域并且即使在_40°C下也使奧氏體組織穩(wěn)定化來說有效的本發(fā)明的必須元素。但是，Mn+Ni低于2.0%時，弱磁性區(qū)域形成后的、_40°C下的奧氏體組織的穩(wěn)定化變難。因此，本發(fā)明中，將Mn+Ni的復合添加量規(guī)定為2.0%以上。Mn+Ni的下限優(yōu)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(yōu)選上限為3.4%。
[0039]Cr: 14.0 ~16.5%
[0040]Cr具有在復合磁性構(gòu)件的強磁性區(qū)域中部分固溶在母相中而提高耐蝕性并且固定C并以Cr系碳化物形式析出來提高軟磁特性和鐵損的效果，而且是對于即使在_40°C下也使形成弱磁性區(qū)域的奧氏體組織穩(wěn)定化來說有效的本發(fā)明的必須元素。進而，通過優(yōu)化Cr量，能夠抑制由對于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(qū)域的奧氏體組織的效果。Cr低于
14.0%時，提高強磁性區(qū)域的軟磁特性和鐵損的效果減弱，此外形成弱磁性區(qū)域的奧氏體組織的_40°C下的穩(wěn)定化變難。另一方面，Cr超過16.5%時，無法抑制由對于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，難以得到用于形成弱磁性區(qū)域的穩(wěn)定的奧氏體組織，此外會促進強磁性區(qū)域中的磁通密度的降低。因此，本發(fā)明中，將Cr的范圍設(shè)為14.0~16.5%。Cr的下限優(yōu)選為14.5%，Cr的優(yōu)選上限為16.3%ο
[0041]余量為Fe及雜質(zhì)
[0042]余量實質(zhì)上為Fe，但也包含制造上不可避免地混入的雜質(zhì)(例如，代表性的P、S、O等)。雜質(zhì)含量越少越優(yōu)選，只要為不使軟磁特性劣化的以下范圍即可。
[0043]P^0.05%、S ≤ 0.05%、O ≤0.05%
[0044]本發(fā)明的復合磁性材原材料能夠形成具有優(yōu)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(fā)明的復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(wěn)定的奧氏體組織，能夠制成兼具強磁性區(qū)域和弱磁性區(qū)域的復合磁性構(gòu)件。
[0045]前述的利用加熱形成弱磁性區(qū)域是在不熔融的、即在原材料不會熔融的溫度范圍內(nèi)進行加熱。這是為了抑制熔融導致的脫碳現(xiàn)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(qū)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、用激光進行直接加熱的激光束法等，其中優(yōu)選利用設(shè)備比較廉價、量產(chǎn)性優(yōu)異的高頻加熱法來形成弱磁性區(qū)域。[0047]另外，復合磁性材原材料的厚度優(yōu)選為1.0mm以下。復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。復合磁性材原材料的厚度更優(yōu)選的范圍為0.1~0.8mm。
[0048]以上，使用所說明的本發(fā)明的復合磁性材原材料，加工為期望的形狀、形成弱磁性區(qū)域，能夠制成復合磁性構(gòu)件。
[0049]本發(fā)明的復合磁性構(gòu)件由下述區(qū)域形成:具有優(yōu)異的軟磁特性、鐵損及高磁通密度的強磁性區(qū)域；以及即使在-40°C的極低溫下也穩(wěn)定的奧氏體組織的弱磁性區(qū)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復合磁性構(gòu)件。
[0050]實施例
[0051]利用以下實施例進一步詳細說明本發(fā)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，在鑄模中鑄造而制作IOkg鋼錠。將獲得的鋼錠加熱至1000°c并鍛造后，加熱至1000°c并進行熱軋，制作厚度
2.5mm的熱軋材。接著，進行酸洗和表面拋光研磨，去除表面的氧化皮后，在非活性Ar氣氛下進行加熱溫度870°C的軟化退火。其后，進行冷軋，得到厚度0.6_的復合磁性材原材料。
[0053][表 I]
[0054](質(zhì)量％)
【權(quán)利要求】
1.一種復合磁性材原材料，其特征在于，其為用于制成兼具強磁性區(qū)域和弱磁性區(qū)域的復合磁性構(gòu)件的復合磁性材原材料，所述復合磁性材原材料滿足以質(zhì)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，余量由Fe及雜質(zhì)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復合磁性材原材料，其特征在于，以質(zhì)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(jù)權(quán)利要求1或2所述的復合磁性材原材料，其特征在于，復合磁性材原材料的厚度為1.0mm以下。
4.一種復合磁性構(gòu)件，其特征在于，其以權(quán)利要求1~3的任一項所述的復合磁性材原材料作為前體，形成有強磁性 區(qū)域和不熔融的弱磁性區(qū)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(yōu)先權(quán)日:2011年9月30日
【發(fā)明者】橫山紳一郎, 藤原義行 申請人:日立金屬株式會社