CN1048237A - 铁基软磁性钢材 - Google Patents

Abstract

本发明涉及可作磁芯材料、磁屏蔽材料等要求具 有高直流磁化特性的铁基软磁性钢材，其组成为 Al0.5-2.5％、Si1.0％以下，C+N0.007％以下， Mn0.5％以下，氧0.005％以下，余量为Fe及不可避 免的杂质，还可根据要求添加Ti，这种钢的铁素体晶 粒径为0.5mm以上，在晶格变形充分消除状态下 0.5Oe的磁通密度为11000G以上，25Oe的磁通密 度为15500G以上，保磁力在0.4Oe以下，因而具有 优良的直流磁化特性，在极弱的磁场中也容易磁化， 适于用作高性能铁芯材料或磁屏蔽材料。

Description

本发明涉及电磁铁磁芯材料、磁屏蔽材料等要求高直流磁化特性的铁基软磁性钢材。

作为直流电磁铁铁芯材料、或近年来进步和普及特快的医疗器械和各种物理器械、电子部件以及设备等磁屏蔽材料，目前采用的是较廉价得到的软铁和纯铁以及价格高昂的坡莫合金（强磁性铁镍合金）或超坡莫合金（镍钼铁锰合金）。而软铁和纯铁在1Oe的磁通密度（以下称B值）大约为3000-11000G左右，它们被用作MRI（核磁共振的断层象摄影诊断装置）的磁屏蔽等数高斯左右的磁屏蔽材料，或电磁铁铁芯用材料。

在利用直流磁化特性的重要用途中，以磁屏蔽为例说明已有技术存在的问题。即，目前虽然在MRI磁屏蔽上使用价格较便宜且饱和磁化强度高的纯铁，但是对于以软铁、纯铁为对象的电磁软铁来说，在日本工业标准JIS规范中特性要求最严的O种（具体为JIS  C  2504  SUYPO）尚且规定B值的下限在8000G以下，在这种特性的情况下要达到地磁程度的磁屏蔽是困难的，而且还会使为进行约几高斯以下磁屏蔽的屏蔽系统加重且厚化。作为能进行更好屏蔽的屏蔽材料，有时也使用坡莫合金或超坡莫合金，这些材料虽然可以进行地磁程度以下的屏蔽，然而却有价格非常高，而且饱和磁化比纯铁低1/3-2/3，因此，在屏蔽高磁场时必需大大增加厚度等缺点，总之大量使用这些材料是不经济的。

基于上述情况，对于既不损害纯铁类材料所具有的高饱和磁化强度又可提高导磁率的研究已经做了好些试验。例如，特公昭63-45443号，特开昭62-77420号，或日本金属学会第23卷第5号（1984年发行）“极厚电磁钢板的开发”中所公开的方法都是以铁素体结晶粒粗大化所伴随的导磁率提高作为目标，然而这些技术都是限于对象为板厚较薄的热轧板技术，或者是不能像本发明那样，在进一步评价严格的直流磁化特性在0.5Oe时磁通密度（以下称B_0.5值）可达到11000G以上的技术，由于它们都不是能得到优良直流磁化特性的技术，所以它们都是不完善的。

以上情况表明目前不能提供饱和磁化强度高且在地磁程度相当低的磁场中显示出高磁通密度，即导磁率高的材料。本发明的目的就在于提供这种材料。

为了解决上问题，本发明者们首先研究了作为直流磁场用软磁性材料基础的工业用纯铁，搞清其缺点后再进一步进行研究谋求改善其特性，结果得到如下的看法。

也就是说，发现了：从得到高导磁率观点考虑，通过添加Al，①可以有效地脱氧，随着氧量及氧化物类夹杂物的减少不仅可以提高导磁率，而且由于AlN粒子的形成还可以降低对导磁率有不利影响的固溶N;②通过某必要量的添加，可以使微细分散的AlN粒子凝聚化，在极力压低AlN粒子不利影响的同时，通过起消除晶格变形作用的退火操作，还可以获得显著促进铁素体晶粒粗化的效果，它们对提高导磁率都是有效的;③特别是，添加量超过0.5%，藉此可使变态温度显著提高，或者可使之成为铁素体单相体，因此不会导入变态引起的变形，并有可能在超过900℃温度下进行退火，而且这种退火可有效地去除晶格变形并使铁素体晶粒粗大，虽然可以认为固溶Al本身也有提高导磁率的效果，但还应联系到是由于这些作用的相乘效果而获得极优异的导磁性;④根据需要还可添加适量的Ti，这些Ti可使固溶N优先固定，从而有助于提高特性，特别是丝毫不必努力减少N的含量即可达到目的;而从保持高的饱和磁化强度观点考虑;⑤应该避免Al的添加量超过2.5%;⑥由于C、N含量多时变态温度会降低或需加大必要的Al添加量，晶格变形会随着固溶C、N的增加而加大或生成碳化物、氮化物，因此往往会使特性变坏，为避免这些情况C、N量应有上限;本发明即是基于以上发现而完成的。

也就是说本申请的第一个发明是提供一种铁基软磁性钢材，其特征是以重量%表示，它由Al：0.5-2.5%，Si：1.0%以下，C+N：0.007%以下，Mn：0.5%以下，氧：0.005%以下，余量是Fe及不可避免的杂质组成，而且铁素体晶粒粒径在0.5mm以上，在充分消除晶格变形的状态下0.5Oe的磁通密度值为11000G以上，25Oe的磁通密度值在15500G以上，保磁力为0.4Oe以下。

本发明的第二个发明是提供一种铁基软磁性钢材，其特征是由Al：0.5-2.5%Si：1.0%以下，C+N：0.014%以下，Mn：0.5%以下，氧：0.005%以下，Ti：0.005-1.0%，余量为Fe及不可避免杂质组成，且铁素体晶粒粒径为0.5mm以上，在充分消除晶格变形的状态下0.5Oe的磁通密度值为11000G以上，在25Oe的磁通密度值为15500G以上，保磁力为0.4Oe以下。

以下对本发明中限定组成的理由加以说明

C和N的含量，为了确保优良的直流磁化特性希望C和N的含量尽可能低，但工业生产中将它们的含量降至极低是很困难的，其结果反而会导致成本极高。而且，既使由于通过添加Al可以提高变态温度，但如果不将C、N的添加量控制在很低，则Al的必需添加量有可能增多，其结果是使饱和磁化强度降低，与本发明的意愿相反。图2是通过1000-1100℃的普通常条件下的退火消除晶格变形后，直流磁化特性的变化以B_0.5值的变化表示时，研究C+N量对磁通密度影响的曲线图。由图可知，为了得到良好的特性，C+N量必须在0.007%以下。因此，本发明中规定C+N：0.007%以下。

本发明中，如下所述，根据需要还可添加Ti，它是生成氮化物的强力元素。Ti是丝毫不必对与高成本相联系的N量进行严格上限控制，并以消除上述N的弊病为目的而添加的元素，因此在这种情况下，C+N量的上限为0.014%。

Si虽有助于提高导磁率，但本发明中通过添加Al并经过适当的退火以后可以得到0.5mm以上的粗大铁素体晶粒，因此不如考虑大量添加Si会导致饱和磁化强度降低，成本升高，而将其上限规定为1.0%。

Mn是使直流磁化特性恶化的元素，因此希望减少其含量，但极度降低Mn会导致成本升高和N含量增加。此外，由于使S固定也有防止热脆性的效果，因此在Mn/S不低于10的范围内，其含量的上限也可以为0.50%。

Al，如上所述，是本发明的主要添加元素，它会引致固溶N的固定和AlN粒子的凝聚化和变态温度的上升，由于使铁素体区域扩大，因此可通过退火来达到铁素体晶粒的粗大化和减少晶格变形，此外还考虑固溶Al本身也有提高直流磁化特性的效果，因此Al是本发明为获得优良直流磁化特性所必需添加的元素。如图1所示，在酸可溶Al的状态下添加量在0.5%以上即可得到该Al的效果，但另一方面，如果添加量超过2.5%会使饱和磁化强度降低而导致B₂₅值降低，这是不希望的，因此Al的添加量范围在酸可溶Al状态下规定为0.5-2.5%。

如上所述，Ti是生成氮化物的强力元素，由于添加量的范围为0.005-1.0%，因此既使在N含量未被充分降低即在廉价的素材中，由于固溶N的固定效果而可以避免显著损害直流磁化特性。而且，当N含量较低时氮化物粒子的生成量也少，因此还可期待直流磁化特性有若干提高。另一方面，如果添加量超过上述上限值，则会引致直流磁化特性恶化。

如上所述按照本发明限定的化学成分，可以得到B_0.5值和B₂₅值高的，即直流磁场中软磁特性优良的钢材。

如上所述作为本发明对象的钢材，包括热加工钢材，冷或温加工钢材;而且钢材的种类包括厚板、薄板、条材（形钢等）、锻材等。

如上所述本发明之钢材可以用将铸片热加工的方法，将铸片直接进行温加工或冷加工的方法，热加工后进行冷加工或温加工的方法，直压热轧的方法，以及在以这些方法加工过程中进行退火（通常450℃以上）的方法等各种方法制造，但所有这些方法都要进行最终退火。这种最终退火一般在900℃以上，最好是在1000-1300℃温度下进行。

实施例

表1示出本发明及比较例中所用钢的化学成分。

钢号为B-G，J，L，N-T，V-X，Z是符合本发明组成之钢种，钢号为A，H，I，K，M，U，Y，a是对比钢种。表2是将表1所示钢种熔炼以后做成厚度为110mm的钢锭，对它进行1200℃加热的热轧，轧制成厚度为15mm的钢板，退火后，测定其直流磁化特性和铁素体晶粒粒经，结果汇成表2。退火是在加热保持时间为1-3小时，冷却速度约100℃/小时-500℃/小时的普通条件下进行。

表2中，No.1-9和No.21例是调研酸可溶Al量的影响。No.21是纯铁的对比例。图1是汇集这些结果的曲线。

No.10-13和No.25例是调研C+N量的影响。图2是在这些结果上再加No.4例的结果而整理出来的。由此可看出，在不添加Ti的情况下，当C+N量超过0.007%时则B_0.5值恶化。

No.14-16例是调研Mn量的影响，可以认为随着Mn量的增加，直流磁化特性有恶化的倾向，但如果Mn量不超过0.5%范围的话，一般推断良好的特性仍可确保。

No.17-20例是调研Si的影响。一般认为随着Si量的增加饱和磁化强度亦随之降低，以致磁通密度（B_0.5值、B₁值、B₂₅值）降低，但是仍然可确保良好的特性。此外，众所周知，Si的添加，和Al相同，会使钢材的固有阻抗增加，因此应用于经过冷轧等加工成薄板，用于交流磁场中使用的软磁性钢材时，可以期待有减少铁损的效果。

No.22-24，No.26，No.27例是调研添加Ti的影响。一般认为可以通过添加Ti来固定N从而得到良好的特性。特别是No.23例，是相当于No.11（对比例）钢中添加了Ti的本发明例，而No.26例是相当于No.25（对比例）的钢中添加了Ti的本发明例，尽管这些实例中C+N＞0.007%，但由于添加了Ti而能充分固定N，与No.11，No.25对比例相比较可以看出，其特性有大幅度的改善。

表3是对表1中的某几种钢，在热轧后经冷轧轧制成薄板，经过普通退火后，与表2的实施例相同地调研其直流磁化特性的结果。这些本发明例及对比例中示出的冷轧材的冷轧压下量为50-80%。

表3中，No.1和No.2是用钢种为U钢的对比例。而No.3-6是本发明之实施例。这些本发明例与No.1和No.2之对比例相比较，显示出良好的直流磁化特性。

又，无论是表2中或表3中，具有优良直流磁化特性的本发明例，其所有铁素体的晶粒粒径都在0.5mm以上。

如上所述，本发明之软磁性钢材具有优良的直流磁化特性，因而即使在极弱的磁场中也能易于使之磁化，是作成高功能铁芯材料或高功能磁屏蔽材料的极有用之材料。

附图说明：

图2是表示C+N含量与直流磁化特性（B_0.5值）关系的曲线图，图1是表示酸可溶Al添加量与直流磁化特性（B_0.5值、B₂₅值）关系的曲线图。

Claims (2)

1、一种铁基软磁性钢材，其特征是它由，(按重量%)，Al：0.5-2.5%，Si：1.0%以下，C+N：0.007%以下，Mn：0.5%以下，氧：0.005%以下，余量为Fe和不可避免的杂质组成，而且，铁素体晶粒粒径为0.5mm以上，晶格变形充分消除的状态下，显示出0.50e的磁通密度值为11000G以上，250e的磁通密度值为15500G以上，保磁力在0.40e以下。

2、一种铁基软磁性钢材，其特征是它由（按重量%），Al：0.5-2.5%，Si：1.0%以下，C+N：0.014%以下，Mn：0.5%以下，氧：0.005%以下，Ti：0.005-1.0%，余量为Fe及不可避免的杂质组成，而且，铁素体晶粒粒径为0.5mm以上，晶格变形充分消除的状态下显示出0.5Oe的磁通密度值为11000G以上，25Oe的磁通密度值为15500G以上，保磁力为0.4Oe以下。

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