JP3220386B2 - 鉄基軟質磁性合金 - Google Patents
鉄基軟質磁性合金Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、変圧器や電動機
の鉄芯材料として有利に適合する、磁束密度が高くかつ
鉄損の小さい軟質の磁性合金に関する。
の鉄芯材料として有利に適合する、磁束密度が高くかつ
鉄損の小さい軟質の磁性合金に関する。
【０００２】
【従来の技術】変圧器や電動機の鉄芯材料には、これら
機器の高効率化や小型化をはかるために、磁束密度が高
くかつ鉄損の低いことが要求される。この種の鉄芯材料
に供する磁性合金としては、Fe−Si合金やFe基のアモル
ファス合金などがよく知られている。
機器の高効率化や小型化をはかるために、磁束密度が高
くかつ鉄損の低いことが要求される。この種の鉄芯材料
に供する磁性合金としては、Fe−Si合金やFe基のアモル
ファス合金などがよく知られている。
【０００３】まず、電磁鋼板として多用されるFe−Si合
金は、その一層の低鉄損化をはかるため、高級鋼種にお
いては３wt％をこえる量のSiを添加、あるいはさらにAl
を添加して、電気抵抗率を上昇させることにより、鉄損
を抑制する努力が払われてきた。しかし、Si添加量が３
wt％をこえると、鉄損は低減するものの、磁束密度が低
下して励磁電流が大きくなるため、鉄芯の巻線に起因し
た銅損が増加することになる。これは、Siに加えてAlを
添加する場合にも同様である。
金は、その一層の低鉄損化をはかるため、高級鋼種にお
いては３wt％をこえる量のSiを添加、あるいはさらにAl
を添加して、電気抵抗率を上昇させることにより、鉄損
を抑制する努力が払われてきた。しかし、Si添加量が３
wt％をこえると、鉄損は低減するものの、磁束密度が低
下して励磁電流が大きくなるため、鉄芯の巻線に起因し
た銅損が増加することになる。これは、Siに加えてAlを
添加する場合にも同様である。
【０００４】また、Fe−Si合金系の電磁鋼板において、
Feの電気抵抗率を上昇させる合金元素としては、SiやAl
のほかにＰについても、その作用が知られている。しか
しながら、Ｐの添加による電気抵抗率の上昇は、SiやAl
に比べるとその絶対値が小さく、しかも電気抵抗率の増
加が顕著になるまで添加すると、透磁率等の磁気特性、
そして加工性が劣化すると考えられてきたため、主たる
合金元素としては採用されなかった。
Feの電気抵抗率を上昇させる合金元素としては、SiやAl
のほかにＰについても、その作用が知られている。しか
しながら、Ｐの添加による電気抵抗率の上昇は、SiやAl
に比べるとその絶対値が小さく、しかも電気抵抗率の増
加が顕著になるまで添加すると、透磁率等の磁気特性、
そして加工性が劣化すると考えられてきたため、主たる
合金元素としては採用されなかった。
【０００５】例えば、特開平６−116687号公報や特開平
６−192731号公報には、主たる合金元素であるSiに加え
て、微量のＰを補助的に添加することが、示されてい
る。また、特開昭62−988 号公報および特公昭62−3226
7 号公報には、多量のSiを含むFe−SiまたはFe−Si−Al
合金の加工性を向上させる目的でＰを添加する方法が提
案されているが、これらの提案は多量のSiやAlによっ
て、すでに高い電気抵抗率を獲得したFe合金に対してＰ
を添加する技術であり、Ｐにより電気抵抗率の増加や磁
気特性の向上をはかるものではない。
６−192731号公報には、主たる合金元素であるSiに加え
て、微量のＰを補助的に添加することが、示されてい
る。また、特開昭62−988 号公報および特公昭62−3226
7 号公報には、多量のSiを含むFe−SiまたはFe−Si−Al
合金の加工性を向上させる目的でＰを添加する方法が提
案されているが、これらの提案は多量のSiやAlによっ
て、すでに高い電気抵抗率を獲得したFe合金に対してＰ
を添加する技術であり、Ｐにより電気抵抗率の増加や磁
気特性の向上をはかるものではない。
【０００６】一方、Si含有量の少ない、低級電磁鋼板に
おいては、特開平２−66138 号公報に例示されるよう
に、Ｐを少量含有する組成が提案されている。しかし、
Ｐの添加を最小限に抑えるところから明らかなように、
電気抵抗率の上昇効果を活用する技術ではなく、あくま
で電気抵抗の低い低級電磁鋼板を対象とする改良技術で
あった。また、同公報には、ＰのほかにMnを含有するこ
とによって、熱間加工性や集合組織を改善することも示
されているが、高い水準での電気抵抗率の増加を達成す
るには至っていない。さらに、特開昭62−222021号公報
にも、低級電磁鋼板においてMnを比較的多量に添加し、
加工性や磁気特性を改善することが示されているが、同
様に高い水準での電気抵抗率の増加を達成するには至っ
ていない。
おいては、特開平２−66138 号公報に例示されるよう
に、Ｐを少量含有する組成が提案されている。しかし、
Ｐの添加を最小限に抑えるところから明らかなように、
電気抵抗率の上昇効果を活用する技術ではなく、あくま
で電気抵抗の低い低級電磁鋼板を対象とする改良技術で
あった。また、同公報には、ＰのほかにMnを含有するこ
とによって、熱間加工性や集合組織を改善することも示
されているが、高い水準での電気抵抗率の増加を達成す
るには至っていない。さらに、特開昭62−222021号公報
にも、低級電磁鋼板においてMnを比較的多量に添加し、
加工性や磁気特性を改善することが示されているが、同
様に高い水準での電気抵抗率の増加を達成するには至っ
ていない。
【０００７】なお、アモルファス合金はFe−Si合金に比
較して、より低い鉄損が得られるけれども、磁束密度は
一段と低下するため、鉄損と銅損の双方を同時に低減す
ることは難しい。
較して、より低い鉄損が得られるけれども、磁束密度は
一段と低下するため、鉄損と銅損の双方を同時に低減す
ることは難しい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明は、
SiやAlの合金量を増加することなしに、電気抵抗率と磁
束密度をともに高めて鉄損および銅損の双方を抑制し
た、新規な合金組成について提案することを目的とす
る。
SiやAlの合金量を増加することなしに、電気抵抗率と磁
束密度をともに高めて鉄損および銅損の双方を抑制し
た、新規な合金組成について提案することを目的とす
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】発明者らは、種々の合金
元素を添加した電磁鋼板に関する研究において、鋼中不
純物とくにＣの量を制限し、かつ板厚を適正な値に設定
すれば、相当量のＰを添加しても加工性は確保されて製
板が可能であり、しかも磁束密度および鉄損の総合的な
磁気特性において従来のけい素鋼板よりも優れた性能を
付与し得ることを見出し、先に特願平７−194859号明細
書にて提案した。その後、更に研究を続けたところ、３
wt％をこえない程度のSiを含有するFe−Si合金に、Ｐお
よびMnを複合添加すると、Siを増量した場合に生じる磁
束密度の低下は回避され、しかも電気抵抗率を増加し得
ることを見出した。なお、ＰおよびMnを複合添加した場
合も、磁気特性や加工性を確保するために、Ｃ量を制限
することが有効である。以上の知見によって、磁束密度
および電気抵抗率を、これまで予想できなかった水準に
まで総合的に向上することができた。
元素を添加した電磁鋼板に関する研究において、鋼中不
純物とくにＣの量を制限し、かつ板厚を適正な値に設定
すれば、相当量のＰを添加しても加工性は確保されて製
板が可能であり、しかも磁束密度および鉄損の総合的な
磁気特性において従来のけい素鋼板よりも優れた性能を
付与し得ることを見出し、先に特願平７−194859号明細
書にて提案した。その後、更に研究を続けたところ、３
wt％をこえない程度のSiを含有するFe−Si合金に、Ｐお
よびMnを複合添加すると、Siを増量した場合に生じる磁
束密度の低下は回避され、しかも電気抵抗率を増加し得
ることを見出した。なお、ＰおよびMnを複合添加した場
合も、磁気特性や加工性を確保するために、Ｃ量を制限
することが有効である。以上の知見によって、磁束密度
および電気抵抗率を、これまで予想できなかった水準に
まで総合的に向上することができた。
【００１０】すなわち、この発明は、Ｃ：0.02wt％未
満、Si：0.05〜３wt％、Mn：0.1 〜２wt％およびＰ：0.
6 超〜1.2 wt％を含有し、残部が実質的にFeからなるこ
とを特徴とする鉄基軟質磁性合金である。
満、Si：0.05〜３wt％、Mn：0.1 〜２wt％およびＰ：0.
6 超〜1.2 wt％を含有し、残部が実質的にFeからなるこ
とを特徴とする鉄基軟質磁性合金である。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に、この発明の各成分組成の
限定理由について説明する。 Ｃ：0.02wt％未満 Ｃは、Fe−Si合金においてＰおよびMnを複合添加した場
合、優れた磁気特性および加工性を確保するために、そ
の含有を抑制する必要があり、0.02wt％未満であれば、
磁気特性および加工性の劣化を回避できる。とりわけ、
Ｐの含有量を多くする場合には、それに応じてＣをさら
に低減することが、加工性を確保するのに有利であり、
一方Mn量が多い場合にも、それに応じてＣをさらに低減
することが、磁気特性を確保するのに有利である。
限定理由について説明する。 Ｃ：0.02wt％未満 Ｃは、Fe−Si合金においてＰおよびMnを複合添加した場
合、優れた磁気特性および加工性を確保するために、そ
の含有を抑制する必要があり、0.02wt％未満であれば、
磁気特性および加工性の劣化を回避できる。とりわけ、
Ｐの含有量を多くする場合には、それに応じてＣをさら
に低減することが、加工性を確保するのに有利であり、
一方Mn量が多い場合にも、それに応じてＣをさらに低減
することが、磁気特性を確保するのに有利である。
【００１２】具体的には、Ｃの含有量を0.01wt％以下に
抑制することが有効であり、またMnの含有量が 0.1〜0.
7 wt％の場合はＣを0.02wt％未満に、Mnの含有量が0.7
wt％を越える場合は、Ｃを0.01wt％以下に抑制するこ
と、が好ましい。
抑制することが有効であり、またMnの含有量が 0.1〜0.
7 wt％の場合はＣを0.02wt％未満に、Mnの含有量が0.7
wt％を越える場合は、Ｃを0.01wt％以下に抑制するこ
と、が好ましい。
【００１３】Si：0.05〜３wt％ Siは、0.05wt％未満では電気抵抗率が不足して高い抵抗
の磁性合金が得られず、一方３wt％をこえると、磁束密
度が低下して励磁電流が大きくなるため、鉄芯の巻線に
起因した銅損が増加することになるため、0.05〜３wt％
の範囲とする。
の磁性合金が得られず、一方３wt％をこえると、磁束密
度が低下して励磁電流が大きくなるため、鉄芯の巻線に
起因した銅損が増加することになるため、0.05〜３wt％
の範囲とする。
【００１４】 Mn：0.1 〜２wt％およびＰ：0.6 超〜1.2 wt％ ＰおよびMnは、３wt％未満程度のSiを含有するFe合金に
おいて、Siを増量した場合に生じていた、磁束密度の低
下をまねくことなしに電気抵抗率を上昇するのに有効で
ある。そのためには、Ｐ：0.6 wt％超およびMn：0.1 wt
％以上は必要であり、しかもＰ：0.6 wt％以下およびM
n：0.1 wt％未満では、Siを単に増加させた場合に対す
る優位性を十分に発揮できない。
おいて、Siを増量した場合に生じていた、磁束密度の低
下をまねくことなしに電気抵抗率を上昇するのに有効で
ある。そのためには、Ｐ：0.6 wt％超およびMn：0.1 wt
％以上は必要であり、しかもＰ：0.6 wt％以下およびM
n：0.1 wt％未満では、Siを単に増加させた場合に対す
る優位性を十分に発揮できない。
【００１５】一方、Ｐは1.2 wt％をこえると加工性が著
しく劣化し製板が困難になるため、そしてMnは２wt％を
こえると磁化容易性が防げられて透磁率が低下し、ひい
てはヒステリシス損失が上昇するため、Ｐ：1.2 wt％以
下およびMn：２wt％以下に限定する。
しく劣化し製板が困難になるため、そしてMnは２wt％を
こえると磁化容易性が防げられて透磁率が低下し、ひい
てはヒステリシス損失が上昇するため、Ｐ：1.2 wt％以
下およびMn：２wt％以下に限定する。
【００１６】また、上記成分に加えて、磁気特性の改善
を目的として、Al, Cr, Sn, Be, Ti, Ｖ，Zn, Ga, Ge,
As, Se, Mo, SbおよびＷ等のフェライト形成元素を添加
することも可能である。これらのフェライト形成元素
は、鉄の変態点を上げて高温でオーステナイト相が析出
しにくくし、その結果高温での結晶成長性を改善してヒ
ステリシス損失を抑制し、かつ、電気抵抗を増加させて
渦電流損失を抑制する。これらフェライト形成元素の添
加量は、その１種または２種以上合計で0.1 wt％未満で
は効果が得られず、一方、5.0 wt％を越えると磁気特性
がかえって劣化するため、合計量を 0.1〜5.0 wt％とす
ることが好ましい。
を目的として、Al, Cr, Sn, Be, Ti, Ｖ，Zn, Ga, Ge,
As, Se, Mo, SbおよびＷ等のフェライト形成元素を添加
することも可能である。これらのフェライト形成元素
は、鉄の変態点を上げて高温でオーステナイト相が析出
しにくくし、その結果高温での結晶成長性を改善してヒ
ステリシス損失を抑制し、かつ、電気抵抗を増加させて
渦電流損失を抑制する。これらフェライト形成元素の添
加量は、その１種または２種以上合計で0.1 wt％未満で
は効果が得られず、一方、5.0 wt％を越えると磁気特性
がかえって劣化するため、合計量を 0.1〜5.0 wt％とす
ることが好ましい。
【００１７】なお、この発明に従う磁性合金は、以下に
示す工程に従って製造することができる。まず、原材料
としては、Ｃ量が0.02wt％未満の鉄、15〜30wt％Ｐ程度
のフェロりん、50〜80wt％Si程度のフェロシリコン、50
〜80wt％Mn程度のフェロマンガンを用いる。また、フェ
ロシリコン、フェロマンガンに代えて、それぞれ金属シ
リコン、金属マンガンを用いることも可能である。そし
て、溶解は真空またはArなどの不活性雰囲気中で行う。
その後、鋳造した鋳塊を熱間鍛造または熱間圧延によっ
て１〜５mm厚の板状とする。さらに薄い板状とする場合
には、100 〜400 ℃の温間または冷間圧延によって、0.
2 〜１mm厚の板とする。つぎに、水素中で800 〜1300℃
の焼鈍を施す。
示す工程に従って製造することができる。まず、原材料
としては、Ｃ量が0.02wt％未満の鉄、15〜30wt％Ｐ程度
のフェロりん、50〜80wt％Si程度のフェロシリコン、50
〜80wt％Mn程度のフェロマンガンを用いる。また、フェ
ロシリコン、フェロマンガンに代えて、それぞれ金属シ
リコン、金属マンガンを用いることも可能である。そし
て、溶解は真空またはArなどの不活性雰囲気中で行う。
その後、鋳造した鋳塊を熱間鍛造または熱間圧延によっ
て１〜５mm厚の板状とする。さらに薄い板状とする場合
には、100 〜400 ℃の温間または冷間圧延によって、0.
2 〜１mm厚の板とする。つぎに、水素中で800 〜1300℃
の焼鈍を施す。
【００１８】
【実施例】所定の組成に成分調整した複数種の合金鉄鋳
片を、1200℃に加熱後、800MPaの圧力で熱間鍛造し、引
き続き水素雰囲気中で1200℃、60min の焼鈍を施した。
かくして得られた鍛造材から、0.5mm 厚の試験片を切り
出して、四端子法による電気抵抗率と、振動試料法によ
る磁束密度（印加磁界50kA/m) とを測定した。これらの
測定結果および周波数50Hz、磁束密度1.5Tにおける鉄損
を、合金の組成と併せて表１に示す。
片を、1200℃に加熱後、800MPaの圧力で熱間鍛造し、引
き続き水素雰囲気中で1200℃、60min の焼鈍を施した。
かくして得られた鍛造材から、0.5mm 厚の試験片を切り
出して、四端子法による電気抵抗率と、振動試料法によ
る磁束密度（印加磁界50kA/m) とを測定した。これらの
測定結果および周波数50Hz、磁束密度1.5Tにおける鉄損
を、合金の組成と併せて表１に示す。
【００１９】なお、表中の合金No. １〜10は２つずつ対
になっており、奇数番はFe−Si合金、偶数番は同程度の
電気抵抗率を有するFe−Si−Ｐ−Mn合金である。これら
の対比から、とりわけＰを0.6 wt％超かつ1.2 wt％以下
で含む合金No. ８は、Fe−Si合金（合金No. ７に）対し
て極めて高い磁束密度を有することがわかる。
になっており、奇数番はFe−Si合金、偶数番は同程度の
電気抵抗率を有するFe−Si−Ｐ−Mn合金である。これら
の対比から、とりわけＰを0.6 wt％超かつ1.2 wt％以下
で含む合金No. ８は、Fe−Si合金（合金No. ７に）対し
て極めて高い磁束密度を有することがわかる。
【００２０】また、合金No. 12〜15のFe−Si−Ｐ−Mn合
金は、合金No. 11のFe−Si合金と比較すると、Siが0.05
wt％以上の合金No. 14, 15の場合に合金No. 11よりも高
い磁束密度を有する。
金は、合金No. 11のFe−Si合金と比較すると、Siが0.05
wt％以上の合金No. 14, 15の場合に合金No. 11よりも高
い磁束密度を有する。
【００２１】合金No. 17〜19および８のFe−Si−Ｐ−Mn
合金は、合金No. ５のFe−Si合金と比較すると、Mnが0.
1 〜２wt％の合金No. ５よりも電気抵抗率と磁束密度が
高い。
合金は、合金No. ５のFe−Si合金と比較すると、Mnが0.
1 〜２wt％の合金No. ５よりも電気抵抗率と磁束密度が
高い。
【００２２】合金No. 20〜22および18のFe−Si−Ｐ−Mn
合金は、合金No. ９のFe−Si合金と比較すると、Ｃが0.
02wt％以下の合金No. ９よりも磁束密度が高く、Ｃが低
い程有利な特性となっている。
合金は、合金No. ９のFe−Si合金と比較すると、Ｃが0.
02wt％以下の合金No. ９よりも磁束密度が高く、Ｃが低
い程有利な特性となっている。
【００２３】
【表１】
【００２４】
【発明の効果】この発明によれば、電気抵抗率および磁
束密度の高い、従って鉄損および銅損の低い磁性合金を
提供できる。
束密度の高い、従って鉄損および銅損の低い磁性合金を
提供できる。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 38/00 303 C22C 38/04 H01F 1/14
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｃ：0.02wt％未満、 Si：0.05〜３wt％、 Mn：0.1 〜２wt％および Ｐ：0.6 超〜1.2 wt％ を含有し、残部が実質的にFeからなることを特徴とする
鉄基軟質磁性合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24168196A JP3220386B2 (ja) | 1996-09-12 | 1996-09-12 | 鉄基軟質磁性合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24168196A JP3220386B2 (ja) | 1996-09-12 | 1996-09-12 | 鉄基軟質磁性合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1088296A JPH1088296A (ja) | 1998-04-07 |
| JP3220386B2 true JP3220386B2 (ja) | 2001-10-22 |
Family
ID=17077944
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24168196A Expired - Fee Related JP3220386B2 (ja) | 1996-09-12 | 1996-09-12 | 鉄基軟質磁性合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3220386B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5181175B2 (ja) * | 2007-07-03 | 2013-04-10 | Ｊｆｅフェライト株式会社 | Ｍｎ−Ｚｎ−Ｃｏ系フェライト |
| CN111370193B (zh) * | 2019-11-19 | 2022-03-25 | 横店集团东磁股份有限公司 | 一种低损耗软磁磁粉芯及其制备方法 |
-
1996
- 1996-09-12 JP JP24168196A patent/JP3220386B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH1088296A (ja) | 1998-04-07 |
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