JP2006312777A - 軟磁気特性に優れた急冷凝固薄帯 - Google Patents
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Abstract
【課題】 薄帯合金用の鉄源として、電解鉄等の高純度鉄源を用いず、薄帯合金コストを低減し、かつ軟磁気特性が安定して良好な非晶質金合金薄帯を提供する。
【解決手段】 Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃの主要元素および不純物で構成される薄帯であり、主要元素の組成がＦｅa Ｍb Ｓｉc Ｂd Ｃe で表示され、不純物として、質量％で、Ｐ：０．００８〜０．１％、Ｍｎ：０．１５〜０．５％、Ｓ：０．００４〜０．０５％を含有する交流における軟磁気特性に優れたＦｅ系非晶質合金薄帯。ただし、ＭはＣｏ、Ｎｉのうち少なくとも一方からなる。又、ａ、ｂ、ｃ、ｄ及びｅは原子％で、それぞれ、８０＜ａ≦８２、 ０．０１≦ｂ≦１、 ２≦ｃ≦７、 １２≦ｄ≦１６、 ０．００３≦ｅ≦２、であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００である。
【効果】 鉄損Ｗ13/50 が安定して０．１０Ｗ／ｋｇ以下とすることができる。
【選択図】 なし
【解決手段】 Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃの主要元素および不純物で構成される薄帯であり、主要元素の組成がＦｅa Ｍb Ｓｉc Ｂd Ｃe で表示され、不純物として、質量％で、Ｐ：０．００８〜０．１％、Ｍｎ：０．１５〜０．５％、Ｓ：０．００４〜０．０５％を含有する交流における軟磁気特性に優れたＦｅ系非晶質合金薄帯。ただし、ＭはＣｏ、Ｎｉのうち少なくとも一方からなる。又、ａ、ｂ、ｃ、ｄ及びｅは原子％で、それぞれ、８０＜ａ≦８２、 ０．０１≦ｂ≦１、 ２≦ｃ≦７、 １２≦ｄ≦１６、 ０．００３≦ｅ≦２、であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００である。
【効果】 鉄損Ｗ13/50 が安定して０．１０Ｗ／ｋｇ以下とすることができる。
【選択図】 なし
Description
本発明は、電力トランス、高周波トランスなどの鉄心に用いられるＦｅ系非晶質合金薄帯に関するものである。
合金を溶融状態から急冷することによって、連続的に薄帯や線を製造する方法として遠心急冷法、単ロ−ル法、双ロ−ル法等が知られている。これらの方法は、高速回転する金属製ドラムの内周面または外周面に溶融金属をオリフィス等から噴出させることによって、急速に溶融金属を凝固させて薄帯や線を製造するものである。また、合金組成を適正に選ぶことによって、液体金属に類似した非晶質合金を得ることができ、磁気的性質あるいは機械的性質に優れた材料を製造することができる。
この非晶質合金薄帯は、その優れた特性から多くの用途において工業材料として有望視されている。その中でも電力トランスや高周波トランスなどの鉄心材料の用途としては、鉄損が低く、かつ飽和磁束密度および透磁率が高いこと等の理由から、Ｆｅ系非晶質合金薄帯、例えばＦｅＳｉＢ系等が採用されている。
この系の非晶質薄帯を製造する場合、不純物は鉄損等を劣化させるため、従来から不純物を極力低く抑えた合金素材が用いられてきた。すなわち、鉄源としては電解鉄が用いられていた。
具体的に抑制されていた不純物としては、例えばＰおよびＳがあり、特許文献１では、Ｐを０．０１５重量％以下、Ｓを０．０２重量％以下に限定している。この公報には、Ｐは鉄損を劣化させる元素として、また、Ｓは脆性を促進する元素として記載されている。組成は重量％で、Ｆｅを８６〜９５％、Ｓｉを０〜１１％、Ｂを２〜４％、Ｃを０〜１．５％に規定しており、これを原子％表示に換算すると、Ｆｅが６５．９〜８５．４％、Ｓｉが０〜１８．３％、Ｂが８．３〜１７．６％、Ｃが０〜６．１％の広範囲をとっている。
具体的に抑制されていた不純物としては、例えばＰおよびＳがあり、特許文献１では、Ｐを０．０１５重量％以下、Ｓを０．０２重量％以下に限定している。この公報には、Ｐは鉄損を劣化させる元素として、また、Ｓは脆性を促進する元素として記載されている。組成は重量％で、Ｆｅを８６〜９５％、Ｓｉを０〜１１％、Ｂを２〜４％、Ｃを０〜１．５％に規定しており、これを原子％表示に換算すると、Ｆｅが６５．９〜８５．４％、Ｓｉが０〜１８．３％、Ｂが８．３〜１７．６％、Ｃが０〜６．１％の広範囲をとっている。
また特許文献２には、ＦｅＳｉＢ系非晶質薄帯における各種不純物元素の最大許容量が示されており、例えばＰは０．００８原子％以下、Ｍｎは０．１２原子％以下、Ｓは０．０２原子％以下と規定されている。この公報ではＦｅが７８．５原子％超〜８０原子％未満、Ｓｉが５〜１０原子％、Ｂが１３〜１６原子％に規定されているから、各不純物元素の最大許容量を重量％表示に換算すると、Ｐが０．００５３重量％以下、Ｍｎが０．１４重量％以下、Ｓが０．０１３６重量％以下となる。この公報においても不純物元素は特性を劣化する元素とされている。
非晶質合金薄帯を製造する場合の各不純物量の許容量が、これらの特許文献１及び２に示されているようにかなり小さいために、鉄鉱石を原料とする通常の製鋼プロセスで生産される鋼を非晶質合金薄帯の鉄源に使用することは困難と考えられていた。なぜならば、これらの鉄源には許容量以上の不純物が含まれているからである。
つまり、従来は不純物元素の許容量がかなり低かったために、電解鉄等の高純度な鉄源を使用しなければならなかった。高純度な鉄源は高価であるために、薄帯合金コストが高くなり、これが薄帯の製造コストを高くする一因になっていた。薄帯を工業材料として広く普及させるためには、製造コストを低減しなければならず、そのために薄帯合金コストを低減させることが強く望まれていた。また、従来は１ロットの中で特性のばらつきがあり、これが歩留りを低下させ、製造コストを高くする一因になっていた。
そこで、本出願人は特許文献３にて、薄帯合金素材として電解鉄等の高純度鉄源を用いず、安価な鉄源を使用しても良好な特性を示す合金薄帯を提案した。すなわち、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃの主要元素および不純物で構成される薄帯で、主要元素の組成がＦｅa Ｓｉb Ｂc Ｃd で表され、ａ，ｂ，ｃおよびｄが原子％で、８０＜ａ≦８２、２≦ｂ＜５、１４≦ｃ≦１６、０．０２≦ｄ≦４であり、不純物として重量％で、Ｐ：０．００８〜０．１％、Ｍｎ：０．１５〜０．５％、Ｓ：０．００４〜０．０５％を含有することを特徴とするＦｅ系非晶質合金薄帯である。
この発明は、Ｐを微量含有すると、ＭｎやＳといったその他の不純物を従来より多く含有しても、薄帯の特性劣化は起こらないことの知見によりなされたもので、不純物をある程度含有する低品位な鉄源の使用を可能にしたものである。一般に、低品位な鉄源は安価であるから、薄帯合金コストを低減できる。
また、Ｐ、Ｍｎ、Ｓを微量含有する成分系において、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃの量を限られたある狭い範囲に限定することによって、鉄損が改善されるとともに、１ロットにおける特性のばらつきが少ない薄帯が安定して得られ、この発明によれば、歩留りの向上も同時に実現できるようになった。
さらに本出願人は特許文献４により、Ｐ、Ｍｎ及びＳを特許文献３に示すレベル含有し、構成元素としてＦｅ、Ｂ、Ｓｉ以外にＴｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕを０．１〜３０原子％含有する急冷凝固薄帯製造用の母合金を提案した。この発明により、より広い範囲で低品位の鉄源の利用を実現するに至った。
上述したように、Ｐ、Ｍｎ、Ｓを微量含有する低品位な鉄源の使用を可能にしたことから、安価な鉄源の使用を実現して薄帯合金コストを低減できるようになった。さらには、これらの不純物を微量含有する成分系で主要元素の範囲を最適化することにより、ロット内で安定した鉄損特性の達成も実現した。
しかしながら、Ｆｅ系非晶質合金薄帯における特性改善のニ−ズは高く、更なる鉄損改善が求められている。先に述べた特許文献３や特許文献４で提案した発明においては、鉄損を例えば、単板測定による鉄損Ｗ13/50 （磁束密度１．３Ｔ、周波数５０Ｈｚにおける鉄損）で０．１２Ｗ／ｋｇ以下に改善することができたものの、安定して０．１０Ｗ／ｋｇ以下にすることは非常に困難であった。
特開昭５９−１６９４７号公報
特開昭５７−１３７４５１号公報
特開平９−２０２９４６号公報
特開２００１−２７９３８７号公報
しかしながら、Ｆｅ系非晶質合金薄帯における特性改善のニ−ズは高く、更なる鉄損改善が求められている。先に述べた特許文献３や特許文献４で提案した発明においては、鉄損を例えば、単板測定による鉄損Ｗ13/50 （磁束密度１．３Ｔ、周波数５０Ｈｚにおける鉄損）で０．１２Ｗ／ｋｇ以下に改善することができたものの、安定して０．１０Ｗ／ｋｇ以下にすることは非常に困難であった。
本発明の目的は、低減した薄帯合金コストを維持したままで、すなわち、不純物を含む鉄源を用いた場合に、更なる鉄損改善を実現できる合金薄帯を提供することにある。
本発明者らは、Ｐ、Ｍｎ、Ｓの不純物量を従来通りとした成分系において、主要元素について更に最適化、更には新たな主要元素を追加添加して実験することにより、鉄損の一層の低減が可能である成分系を見い出した。そして、この知見を基に検討を重ね、本発明を完成するに至ったのである。
本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）主要元素の組成がＦｅa Ｍb Ｓｉc Ｂd で表示され、不純物として質量％で、
Ｐ ：０．００８〜０．１％、
Ｍｎ：０．１５〜０．５％、
Ｓ ：０．００４〜０．０５％
を含有することを特徴とする、交流における軟磁気特性に優れたＦｅ系非晶質合金薄帯。 ただし、ＭはＣｏ、Ｎｉのうち少なくとも一方からなる。
又、ａ、ｂ、ｃおよびｄは原子％で、
８０＜ａ≦８２
０．０５≦ｂ≦１
２≦ｃ≦７
１２≦ｄ≦１６
であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００である。
（２）主要元素の組成がＦｅa Ｍb Ｓｉc Ｂd Ｃe で表示され、不純物として質量％で、 Ｐ ：０．００８〜０．１％、
Ｍｎ：０．１５〜０．５％、
Ｓ ：０．００４〜０．０５％
を含有することを特徴とする、交流における軟磁気特性に優れたＦｅ系非晶質合金薄帯。 ただし、ＭはＣｏ、Ｎｉのうち少なくとも一方からなる。
又、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅは原子％で、
８０＜ａ≦８２
０．０５≦ｂ≦１
２≦ｃ≦７
１２≦ｄ≦１６
０．００３≦ｅ≦２
であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００である。
（３）主要元素の組成がＦｅa Ｍb Ｓｉc Ｂd で表示され、不純物として質量％で、
Ｐ ：０．００８〜０．１％、
Ｍｎ：０．１５〜０．５％、
Ｓ ：０．００４〜０．０５％
を含有することを特徴とする、交流における軟磁気特性に優れたＦｅ系非晶質合金薄帯。 ただし、ＭはＣｏ、Ｎｉのうち少なくとも一方からなる。
又、ａ、ｂ、ｃおよびｄは原子％で、
８０＜ａ≦８２
０．０１≦ｂ≦１
２≦ｃ≦７
１２≦ｄ≦１６
であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００である。
（４）主要元素の組成がＦｅa Ｍb Ｓｉc Ｂd Ｃe で表示され、不純物として質量％で、
Ｐ ：０．００８〜０．１％、
Ｍｎ：０．１５〜０．５％、
Ｓ ：０．００４〜０．０５％
を含有することを特徴とする、交流における軟磁気特性に優れたＦｅ系非晶質合金薄帯。 ただし、ＭはＣｏ、Ｎｉのうち少なくとも一方からなる。
又、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅは原子％で、
８０＜ａ≦８２
０．０１≦ｂ≦１
２≦ｃ≦７
１２≦ｄ≦１６
０．００３≦ｅ≦２
であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００である。
（１）主要元素の組成がＦｅa Ｍb Ｓｉc Ｂd で表示され、不純物として質量％で、
Ｐ ：０．００８〜０．１％、
Ｍｎ：０．１５〜０．５％、
Ｓ ：０．００４〜０．０５％
を含有することを特徴とする、交流における軟磁気特性に優れたＦｅ系非晶質合金薄帯。 ただし、ＭはＣｏ、Ｎｉのうち少なくとも一方からなる。
又、ａ、ｂ、ｃおよびｄは原子％で、
８０＜ａ≦８２
０．０５≦ｂ≦１
２≦ｃ≦７
１２≦ｄ≦１６
であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００である。
（２）主要元素の組成がＦｅa Ｍb Ｓｉc Ｂd Ｃe で表示され、不純物として質量％で、 Ｐ ：０．００８〜０．１％、
Ｍｎ：０．１５〜０．５％、
Ｓ ：０．００４〜０．０５％
を含有することを特徴とする、交流における軟磁気特性に優れたＦｅ系非晶質合金薄帯。 ただし、ＭはＣｏ、Ｎｉのうち少なくとも一方からなる。
又、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅは原子％で、
８０＜ａ≦８２
０．０５≦ｂ≦１
２≦ｃ≦７
１２≦ｄ≦１６
０．００３≦ｅ≦２
であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００である。
（３）主要元素の組成がＦｅa Ｍb Ｓｉc Ｂd で表示され、不純物として質量％で、
Ｐ ：０．００８〜０．１％、
Ｍｎ：０．１５〜０．５％、
Ｓ ：０．００４〜０．０５％
を含有することを特徴とする、交流における軟磁気特性に優れたＦｅ系非晶質合金薄帯。 ただし、ＭはＣｏ、Ｎｉのうち少なくとも一方からなる。
又、ａ、ｂ、ｃおよびｄは原子％で、
８０＜ａ≦８２
０．０１≦ｂ≦１
２≦ｃ≦７
１２≦ｄ≦１６
であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００である。
（４）主要元素の組成がＦｅa Ｍb Ｓｉc Ｂd Ｃe で表示され、不純物として質量％で、
Ｐ ：０．００８〜０．１％、
Ｍｎ：０．１５〜０．５％、
Ｓ ：０．００４〜０．０５％
を含有することを特徴とする、交流における軟磁気特性に優れたＦｅ系非晶質合金薄帯。 ただし、ＭはＣｏ、Ｎｉのうち少なくとも一方からなる。
又、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅは原子％で、
８０＜ａ≦８２
０．０１≦ｂ≦１
２≦ｃ≦７
１２≦ｄ≦１６
０．００３≦ｅ≦２
であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００である。
本発明によれば、合金薄帯に低品位な鉄源の使用を維持したままで、つまり製造コストの低減を維持したままで、合金薄帯の軟磁気特性を一層向上することが可能となり、安価で軟磁気特性に優れたＦｅ系非晶質金合金薄帯を提供できる。特に、単板測定による鉄損Ｗ13/50 を安定して０．１０Ｗ／ｋｇ以下とすることができる。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の特徴は、Ｐ、Ｍｎ、Ｓの不純物をある程度含有する低品位な鉄源を使用する成分系で、主要元素としてＣｏ、Ｎｉも添加し、Ｓｉ、Ｂ、Ｃも含むこれら主要元素の含有量を最適化したことにより、交流における軟磁気特性、特に鉄損をロット内で安定して一層低くすることを実現したことにある。
本発明の特徴は、Ｐ、Ｍｎ、Ｓの不純物をある程度含有する低品位な鉄源を使用する成分系で、主要元素としてＣｏ、Ｎｉも添加し、Ｓｉ、Ｂ、Ｃも含むこれら主要元素の含有量を最適化したことにより、交流における軟磁気特性、特に鉄損をロット内で安定して一層低くすることを実現したことにある。
各主要元素の機能および含有量の適正範囲について述べる。
Ｓｉ及びＢは、非晶質形成および熱的安定性を向上させるために添加する。さらに、これら元素の含有量を最適化することで、鉄損値が一層改善できることが可能で、例えば単板測定による鉄損Ｗ13/50 を安定して０．１０Ｗ／ｋｇ以下とすることができる。
Ｓｉが２原子％未満、Ｂが１２原子％未満では成分系では非晶質合金が安定して得られないことから、鉄損を安定して０．１０Ｗ／ｋｇ以下とすることが困難となる。一方、Ｓｉを７原子％超とすると、本発明のように不純物が含まれる鉄源を使用したり、ＣｏやＮｉが含まれる場合には、鉄損をＷ13/50 で安定して０．１Ｗ／ｋｇ以下とすることができなくなる。
Ｂを１６原子％超にすると、不純物が含まれる鉄源を使用する場合は脆化が進み好ましくなくなるとともに、原料コストが高くなってしまう。したがって、Ｓｉを２〜７原子％、Ｂを１２〜１６原子％の範囲に限定した。
Ｓｉ及びＢは、非晶質形成および熱的安定性を向上させるために添加する。さらに、これら元素の含有量を最適化することで、鉄損値が一層改善できることが可能で、例えば単板測定による鉄損Ｗ13/50 を安定して０．１０Ｗ／ｋｇ以下とすることができる。
Ｓｉが２原子％未満、Ｂが１２原子％未満では成分系では非晶質合金が安定して得られないことから、鉄損を安定して０．１０Ｗ／ｋｇ以下とすることが困難となる。一方、Ｓｉを７原子％超とすると、本発明のように不純物が含まれる鉄源を使用したり、ＣｏやＮｉが含まれる場合には、鉄損をＷ13/50 で安定して０．１Ｗ／ｋｇ以下とすることができなくなる。
Ｂを１６原子％超にすると、不純物が含まれる鉄源を使用する場合は脆化が進み好ましくなくなるとともに、原料コストが高くなってしまう。したがって、Ｓｉを２〜７原子％、Ｂを１２〜１６原子％の範囲に限定した。
Ｃは、薄帯の鋳造性向上に効果がある元素である。Ｃを０．００３原子％以上含有させることによって、溶湯と冷却基板の濡れ性が向上して良好な薄帯を形成することができる。ＣｏやＮｉを添加する場合には、Ｃを２原子％超とより多く含有させると、もはやこの効果は認められない。ＣｏやＮｉが含まれる場合には、ＳｉやＢの含有量を調整することでＣを添加しなくとも良い。Ｃを添加する場合は０．００３〜２原子％添加すればよい。
本発明では、Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１種を０．０１〜１原子％添加することで、鉄損の一層の改善が実現でき、鉄損をＷ13/50 で安定して０．１０Ｗ／ｋｇ以下とすることが可能となる。Ｃｏの添加は磁束密度の改善にも繋がる。しかしながら、０．０１原子％未満とすると、もはやこの効果は得られなくなる。一方、１原子％超とすると、不純物がある程度含まれる鉄源を使用した場合この効果は認められなくなり、かえって原料コストが高くなってしまうので好ましくない。よって、Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１種を０．０１〜１原子％とした。なお、Ｃｏ、Ｎｉの少なくとも１種の好ましい範囲は、０．０５〜１原子％である。
Ｆｅの含有量は通常、７０原子％以上であれば鉄心としての実用的なレベルの飽和磁束密度がえられるが、１．６Ｔ以上の高い飽和磁束密度とするためにはＦｅを８０原子％超にする必要がある。一方、Ｆｅの含有量が８６原子％超となると、非晶質の形成が困難となるが、非晶質を安定して得るためにはＦｅ含有量を８２原子％以下にすればよい。よって、Ｆｅ含有量を８０超〜８２原子％の範囲と限定した。
次に、不純物元素であるＰの機能および含有量の適正範囲について述べる。
Ｐを０．００８〜０．１質量％の範囲にすると、前述したような安価な鉄源を用いた場合でも鉄損を安定して低くすることが可能である。一方、Ｐの含有量が０．００８質量％未満の場合には、不純物元素ＭｎおよびＳの許容量を拡大する効果は現れなくなる。したがってＰの含有量を０．００８〜０．１質量％に限定した。
Ｐを０．００８〜０．１質量％の範囲にすると、前述したような安価な鉄源を用いた場合でも鉄損を安定して低くすることが可能である。一方、Ｐの含有量が０．００８質量％未満の場合には、不純物元素ＭｎおよびＳの許容量を拡大する効果は現れなくなる。したがってＰの含有量を０．００８〜０．１質量％に限定した。
ＭｎおよびＳの含有量の限定理由について説明する。
Ｍｎを０．５質量％超、Ｓを０．０５質量％超含有する場合には、Ｐを０．００８〜０．１質量％含有しても薄帯の鉄損改善が得られない。したがって、Ｍｎを０．５質量％以下、Ｓを０．０５質量％以下に限定した。一方、Ｍｎを０．１５質量％より少なくする場合、Ｓを０．００４質量％より少なくする場合には、もはや安価な鉄源を使うことができなくなり、従来のような高価である高純度な鉄源を使用しなければならなくなる。その結果、合金コストが増大し好ましくない。したがって、Ｍｎを０．１５質量％以上、Ｓを０．００４質量％以上に限定した。
さらに、Ｍｎ、Ｓの不純物元素の含有量は、本発明で限定する範囲内においてできるだけ少ない方が好ましく、Ｍｎを０．１５〜０．３質量％、Ｓを０．００４〜０．０２質量％にすることが好ましい。
Ｍｎを０．５質量％超、Ｓを０．０５質量％超含有する場合には、Ｐを０．００８〜０．１質量％含有しても薄帯の鉄損改善が得られない。したがって、Ｍｎを０．５質量％以下、Ｓを０．０５質量％以下に限定した。一方、Ｍｎを０．１５質量％より少なくする場合、Ｓを０．００４質量％より少なくする場合には、もはや安価な鉄源を使うことができなくなり、従来のような高価である高純度な鉄源を使用しなければならなくなる。その結果、合金コストが増大し好ましくない。したがって、Ｍｎを０．１５質量％以上、Ｓを０．００４質量％以上に限定した。
さらに、Ｍｎ、Ｓの不純物元素の含有量は、本発明で限定する範囲内においてできるだけ少ない方が好ましく、Ｍｎを０．１５〜０．３質量％、Ｓを０．００４〜０．０２質量％にすることが好ましい。
本発明の薄帯の成分を決める場合、先ず、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃの含有量を原子％で決定し、次に、それに対してＰ、Ｍｎ、Ｓが本発明の範囲に入るように、これらの不純物を含んだ安価な鉄源の成分スペックを決定する。合金組成については実施例にて具体的に説明する。
本発明によって、例えば鉄鉱石が原料である製鋼プロセスで生産される一部の鋼種を合金の鉄源に使用することが可能になったが、本発明の薄帯を製造するための鉄源は、この製鋼プロセスで生産される鋼種に限定される訳ではない。また本発明の成分に、構成元素としてＦｅ、Ｂ、Ｓｉ以外に公知のＴｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｃｕを含んでいても、何ら本発明の効果を損なうものではない。特に、Ｔｉ、Ｚｒは非結晶質形成能改善に、Ｃｒは特性改善、耐食性改善に効果があることが知られており、それぞれ０．０１〜５原子％程度含有していてもよい。
本発明の薄帯は、本発明の合金成分を溶解し、溶湯をスロットノズル等を通して高速で移動している冷却板の上に噴出し、該溶湯を急冷凝固させる方法、例えば単ロ−ル法、双ロ−ル法によって製造することができる。単ロ−ル装置には、ドラムの内壁を使う遠心急冷装置、エンドレスタイプのベルトを使う装置、およびこれらの改良型である補助ロ−ルやロ−ル表面温度制御装置を付属させたもの、減圧下あるいは真空中、または不活性ガス中での鋳造装置も含まれる。
本発明では、薄帯の板厚、板幅などの寸法は特に限定しないが、薄帯の板厚は、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。また、板幅は２０ｍｍ以上が好ましい。
本発明では、薄帯の板厚、板幅などの寸法は特に限定しないが、薄帯の板厚は、例えば１０μｍ以上１００μｍ以下が好ましい。また、板幅は２０ｍｍ以上が好ましい。
以下、本発明を実施例によりさらに説明する。
（実施例１）
Ｐを０．０１８質量％、Ｍｎを０．２１質量％、Ｓを０．００６質量％含有させたＦｅ−（Ｃｏ、Ｎｉ）−Ｓｉ−Ｂ−Ｃ合金をアルゴン雰囲気中で溶解し、単ロ−ル法で薄帯に鋳造した。鋳造雰囲気は大気中であった。この際、表１に示すように、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ含有の割合を変化させて、これらの元素の含有割合と薄帯特性との関係を調べた。Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃの割合は、Ｆｅ＋Ｃｏ＋Ｎｉ＋Ｓｉ＋Ｂ＋Ｃ＝１００原子％として表示してある。
使用した単ロ−ル薄帯製造装置は、直径５８０ｍｍの銅合金製冷却ロ−ル、試料溶解用の高周波電源、先端にスロットノズルが付いている石英ルツボ等から構成される。この実験では、長さ２５ｍｍ、幅０．４ｍｍのスロットノズルを使用した。冷却ロ−ルの周速は２４ｍ／秒とした。結果として、得られた薄帯の板厚は約２５μｍであり、板幅はスロットノズルの長さに依存するので２５ｍｍであった。
（実施例１）
Ｐを０．０１８質量％、Ｍｎを０．２１質量％、Ｓを０．００６質量％含有させたＦｅ−（Ｃｏ、Ｎｉ）−Ｓｉ−Ｂ−Ｃ合金をアルゴン雰囲気中で溶解し、単ロ−ル法で薄帯に鋳造した。鋳造雰囲気は大気中であった。この際、表１に示すように、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃ含有の割合を変化させて、これらの元素の含有割合と薄帯特性との関係を調べた。Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃの割合は、Ｆｅ＋Ｃｏ＋Ｎｉ＋Ｓｉ＋Ｂ＋Ｃ＝１００原子％として表示してある。
使用した単ロ−ル薄帯製造装置は、直径５８０ｍｍの銅合金製冷却ロ−ル、試料溶解用の高周波電源、先端にスロットノズルが付いている石英ルツボ等から構成される。この実験では、長さ２５ｍｍ、幅０．４ｍｍのスロットノズルを使用した。冷却ロ−ルの周速は２４ｍ／秒とした。結果として、得られた薄帯の板厚は約２５μｍであり、板幅はスロットノズルの長さに依存するので２５ｍｍであった。
薄帯の鉄損の測定は、ＳＳＴ（Single Strip Tester ）を用いて行った。測定条件は磁束密度１．３Ｔ、周波数５０ｋＨｚである。鉄損測定試料には、１ロットの全長に亘って１２箇所から１２０ｍｍ長さに切断した薄帯サンプルを用い、それらの薄帯サンプルを３６０℃で１時間磁場中でアニ−ルを行って測定に供した。アニ−ル中の雰囲気は窒素とした。
鉄損測定結果として、１ロットの中での最大値（Ｗmax ）、最小値（Ｗmin の値、および偏差（（Ｗmax −Ｗmin ）／Ｗmin ）の値を、表１に示した。
表１の試料Ｎｏ．１〜３２の結果から明らかなように、Ｆｅを８０超〜８２原子％、Ｃｏ、Ｎｉのうち少なくとも一方を０．０５〜１原子％、Ｓｉを２〜７原子％、Ｂを１２〜１６原子％、Ｃを２原子％以下の本発明の狭い範囲とし、Ｐ、Ｍｎ、Ｓを本発明範囲内含有することによって、磁束密度１．３Ｔ、周波数５０Ｈｚにおける鉄損が０．１Ｗ／ｋｇ未満で、かつ、その偏差（（Ｗmax −Ｗmin ）／Ｗmin ）が０．１未満となり、薄帯の全長に亘って軟磁気特性に優れた薄帯が得られることがわかった。
それに対して、試料Ｎｏ．３３〜４８に示す比較例の成分範囲では、鉄損は０．１１Ｗ／ｋｇより大きくなる部位が存在し、偏差（（Ｗmax −Ｗmin ）／Ｗmin ）も０．１以上となってしまう。また、試料Ｎｏ．３６〜３８では合金コストが高くなり、試料Ｎｏ．４２，４３では薄帯の脆化が大きくなった。
以上のことから、本発明によって、更なる軟磁気特性の改善が実現できることがわかった。
それに対して、試料Ｎｏ．３３〜４８に示す比較例の成分範囲では、鉄損は０．１１Ｗ／ｋｇより大きくなる部位が存在し、偏差（（Ｗmax −Ｗmin ）／Ｗmin ）も０．１以上となってしまう。また、試料Ｎｏ．３６〜３８では合金コストが高くなり、試料Ｎｏ．４２，４３では薄帯の脆化が大きくなった。
以上のことから、本発明によって、更なる軟磁気特性の改善が実現できることがわかった。
（実施例２）
主要構成元素であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃが原子％で、Ｆｅ80.3Ｃｏ0.12Ｎｉ0.14Ｓｉ5.2 Ｂ13.5Ｃ0.74なる組成に対して、Ｐ、Ｍｎ、Ｓが種々の割合で含有している合金を用いて、実施例１と同様の装置、条件により薄帯を鋳造した。結果として、得られた薄帯の板厚は約２５μｍであった。得られた薄帯の鉄損を評価した。鉄損評価のための測定サンプルの採取方法及び測定条件は、実施例１と同じであった。その測定結果を表２に示す。なお、表２での表示要領は表１の場合と同様である。
主要構成元素であるＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃが原子％で、Ｆｅ80.3Ｃｏ0.12Ｎｉ0.14Ｓｉ5.2 Ｂ13.5Ｃ0.74なる組成に対して、Ｐ、Ｍｎ、Ｓが種々の割合で含有している合金を用いて、実施例１と同様の装置、条件により薄帯を鋳造した。結果として、得られた薄帯の板厚は約２５μｍであった。得られた薄帯の鉄損を評価した。鉄損評価のための測定サンプルの採取方法及び測定条件は、実施例１と同じであった。その測定結果を表２に示す。なお、表２での表示要領は表１の場合と同様である。
表２の試料Ｎｏ．１〜１７の結果から明らかなように、Ｐが０．００８〜０．１質量％、Ｍｎが０．１５〜０．５質量％、Ｓが０．００４〜０．０５質量％の本発明範囲内にある場合、磁束密度１．３Ｔ、周波数５０Ｈｚにおける鉄損が０．１Ｗ／ｋｇ以下で、かつ、偏差（（Ｗmax −Ｗmin ）／Ｗmin ）が０．１以下となり、薄帯の全長に亘って軟磁気特性に優れた薄帯が得られることがわかった。
それに対して、試料Ｎｏ．１８〜２８に示したように、Ｐ、Ｍｎ、Ｓの少なくとも一元素が本発明の範囲を外れる場合には、鉄損は０．１１Ｗ／ｋｇより大きくなる部位が存在し、偏差（（Ｗmax −Ｗmin ）／Ｗmin ）も０．１以上となってしまう。また、試料Ｎｏ．１８では合金コストが高くなってしまう。
以上のことから、本発明によって、従来よりも低品位な鉄源が使用可能であることが分かる。
それに対して、試料Ｎｏ．１８〜２８に示したように、Ｐ、Ｍｎ、Ｓの少なくとも一元素が本発明の範囲を外れる場合には、鉄損は０．１１Ｗ／ｋｇより大きくなる部位が存在し、偏差（（Ｗmax −Ｗmin ）／Ｗmin ）も０．１以上となってしまう。また、試料Ｎｏ．１８では合金コストが高くなってしまう。
以上のことから、本発明によって、従来よりも低品位な鉄源が使用可能であることが分かる。
本発明の合金薄帯は、電力トランスや高周波トランスの鉄芯用や、更には磁気シ−ルド材などの鉄芯用軟磁性材料として、幅広く使用することができる。
Claims (4)
- 主要元素の組成がＦｅa Ｍb Ｓｉc Ｂd で表示され、不純物として質量％で、
Ｐ ：０．００８〜０．１％、
Ｍｎ：０．１５〜０．５％、
Ｓ ：０．００４〜０．０５％
を含有することを特徴とする、交流における軟磁気特性に優れたＦｅ系非晶質合金薄帯。 ただし、ＭはＣｏ、Ｎｉのうち少なくとも一方からなる。
又、ａ、ｂ、ｃおよびｄは原子％で、
８０＜ａ≦８２
０．０５≦ｂ≦１
２≦ｃ≦７
１２≦ｄ≦１６
であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００である。 - 主要元素の組成がＦｅa Ｍb Ｓｉc Ｂd Ｃe で表示され、不純物として質量％で、
Ｐ ：０．００８〜０．１％、
Ｍｎ：０．１５〜０．５％、
Ｓ ：０．００４〜０．０５％
を含有することを特徴とする、交流における軟磁気特性に優れたＦｅ系非晶質合金薄帯。 ただし、ＭはＣｏ、Ｎｉのうち少なくとも一方からなる。
又、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅは原子％で、
８０＜ａ≦８２
０．０５≦ｂ≦１
２≦ｃ≦７
１２≦ｄ≦１６
０．００３≦ｅ≦２
であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００である。 - 主要元素の組成がＦｅa Ｍb Ｓｉc Ｂd で表示され、不純物として質量％で、
Ｐ ：０．００８〜０．１％、
Ｍｎ：０．１５〜０．５％、
Ｓ ：０．００４〜０．０５％
を含有することを特徴とする、交流における軟磁気特性に優れたＦｅ系非晶質合金薄帯。 ただし、ＭはＣｏ、Ｎｉのうち少なくとも一方からなる。
又、ａ、ｂ、ｃおよびｄは原子％で、
８０＜ａ≦８２
０．０１≦ｂ≦１
２≦ｃ≦７
１２≦ｄ≦１６
であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＝１００である。 - 主要元素の組成がＦｅa Ｍb Ｓｉc Ｂd Ｃe で表示され、不純物として質量％で、
Ｐ ：０．００８〜０．１％、
Ｍｎ：０．１５〜０．５％、
Ｓ ：０．００４〜０．０５％
を含有することを特徴とする、交流における軟磁気特性に優れたＦｅ系非晶質合金薄帯。 ただし、ＭはＣｏ、Ｎｉのうち少なくとも一方からなる。
又、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅは原子％で、
８０＜ａ≦８２
０．０１≦ｂ≦１
２≦ｃ≦７
１２≦ｄ≦１６
０．００３≦ｅ≦２
であり、ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ＝１００である。
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| WO2019009311A1 (ja) * | 2017-07-04 | 2019-01-10 | 日立金属株式会社 | 巻磁心及び巻磁心の製造方法 |
| WO2024048064A1 (ja) * | 2022-09-02 | 2024-03-07 | Ｈｉｌｌｔｏｐ株式会社 | 鉄基非晶質合金の積層体の製造方法 |
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