JP5136687B2 - Fe系金属板及びその製造方法 - Google Patents
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-
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Description
次に、前記母材金属板及び前記金属層を前記Fe又はFe合金のA3点まで加熱して、前記フェライト形成元素を前記母材金属板中に拡散させて、{200}面集積度が25%以上、{222}面集積度が40%以下のフェライト相の合金領域を形成する工程と、
次に、前記母材金属板を前記Fe又はFe合金のA3点以上の温度まで加熱して、前記合金領域をフェライト相に維持しながら、前記{200}面集積度を増加させ、前記{222}面集積度を低下させる工程と、
を有し、
前記{200}面集積度は下記式(1)で表わされ、前記{222}面集積度は下記式(2)で表わされることを特徴とするFe系金属板の製造方法。
{200}面集積度=[{i(200)/I(200)}/Σ{i(hkl)/I(hkl)}]×100 ・・・(1)
{222}面集積度=[{i(222)/I(222)}/Σ{i(hkl)/I(hkl)}]×100 ・・・(2)
ここで、i(hkl)は、前記母材金属板の表面における{hkl}面の実測積分強度であり、I(hkl)は、ランダム方位をもつ試料における{hkl}面の理論積分強度であり、{hkl}面としては、{110}、{200}、{211}、{310}、{222}、{321}、{411}、{420}、{332}、{521}、及び{442}の11種の面が用いられる。
前記母材金属板を前記Fe又はFe合金のA3点未満の温度まで冷却して、前記母材金属板中の未合金領域をオーステナイト相からフェライト相に変態させると共に、前記{200}面集積度を更に増加させ、前記{222}面集積度を更に低下させる工程を有することを特徴とする(1)に記載のFe系金属板の製造方法。
表面に対するフェライト相の{200}面集積度が30%以上であり、{222}面集積度が30%以下であり、
前記{200}面集積度は下記式(1)で表わされ、前記{222}面集積度は下記式(2)で表わされることを特徴とするFe系金属板。
{200}面集積度=[{i(200)/I(200)}/Σ{i(hkl)/I(hkl)}]×100 ・・・(1)
{222}面集積度=[{i(222)/I(222)}/Σ{i(hkl)/I(hkl)}]×100 ・・・(2)
ここで、i(hkl)は、前記Fe系金属板の表面における{hkl}面の実測積分強度であり、I(hkl)は、ランダム方位をもつ試料における{hkl}面の理論積分強度であり、{hkl}面としては、{110}、{200}、{211}、{310}、{222}、{321}、{411}、{420}、{332}、{521}、及び{442}の11種の面が用いられる。
先ず、本発明の基本原理について説明する。図1A〜図1Eは、本発明の基本原理を示す断面図である。
母材金属板の材料には、α−γ変態系のFe系金属(Fe又はFe合金)を用いる。Fe系金属は、例えば70質量%以上のFeを含有する。また、α−γ変態系は、例えば、約600℃〜1000℃の範囲内にA3点を有し、A3点未満ではα相が主相となり、A3点以上ではγ相が主相となる成分系である。ここで、主相とは、体積比率が50%を超えている相をいう。α−γ変態系のFe系金属を用いることにより、フェライト形成元素の拡散及び合金化に伴って、α単相系の組成を有する領域を形成することができる。α−γ変態系のFe系金属としては、純鉄及び低炭素鋼等が挙げられる。例えば、C含有量が1質量ppm〜0.2質量%であり、残部がFe及び不可避不純物よりなる純鉄を用いることができる。C含有量が0.1質量%以下、Si含有量が0.1質量%〜1.5質量%を基本的な成分とするα−γ変態系成分のケイ素鋼を用いることもできる。また、これらに、種々の元素が添加されたものを用いることもできる。種々の元素としては、Mn、Ni、Cr、Al、Mo、W、V、Ti、Nb、B、Cu、Co、Zr、Y、Hf、La、Ce、N、O、P、及びS等が挙げられる。但し、Mn及びNiは、磁束密度を低下させる恐れがあるため含まれていないことが好ましい。
フェライト形成元素としては、Al、Cr、Ga、Ge、Mo、Sb、Si、Sn、Ta、Ti、V、W、及びZn等を用いることが好ましい。これらの元素を用いると、α単相系の組成を有する領域が形成されやすく、α相の{200}面集積度を効率的に向上させることができる。
vapor deposition)法等のドライプロセス法、圧延クラッド法、並びに粉末の塗布等が挙げられる。この中でも、特に工業的に実施する場合には、めっき法及び圧延クラッド法が好ましい。効率的に金属層を形成しやすいからである。
金属層の母材金属板と合金化させる部分の割合は、厚さ方向における10%以上とすることが好ましい。この割合が10%未満であると、合金領域を十分に形成することが困難になって、十分なα相の{200}面集積度が得られないことがある。なお、この割合(合金化割合)は、母材金属板の表面に垂直な断面における加熱前の金属層の面積をS0、加熱及び冷却後の金属層の面積をSとすると、式(3)で表すことができる。
合金化割合=((S0−S)/S0)×100 ・・・(3)
フェライト形成元素とFeとの合金化によってα単相系の組成を有することとなった領域は、加熱及び冷却後に主としてフェライトの単相(α単相領域)となる。一方、母材金属板の合金化しなかった領域は、加熱及び冷却後に主としてα−γ変態系領域となる。従って、α単相領域は合金化領域とほぼ等しい。そして、α単相領域の母材金属板に対する割合は、厚さ方向断面における面積率を1%以上とすることが好ましい。この割合が1%未満であると、合金領域が十分に形成されておらず、十分なα相の{200}面集積度が得られないことがある。より高いα相の{200}面集積度を得るためには、この割合が5%以上であることが好ましい。
α単相領域の割合=(T/T0)×100 ・・・(4)
Fe系金属板の表面(圧延面)に対するα相の{200}面集積度は30%以上とする。α相の{200}面集積度が30%未満であると、十分に高い磁束密度が得られない。より高い磁束密度を得るためには、α相の{200}面集積度は50%以上であることが好ましい。但し、α相の{200}面集積度が99%を超えると、磁束密度が飽和する。また、α相の{200}面集積度を99%より高くすることは、製造上、困難である。従って、α相の{200}面集積度は99%以下であること好ましく、95%以下であることがより好ましい。
{200}面集積度=[{i(200)/I(200)}/Σ{i(hkl)/I(hkl)}]×100 ・・・(1)
{222}面集積度=[{i(222)/I(222)}/Σ{i(hkl)/I(hkl)}]×100 ・・・(2)
ここで、i(hkl)は、当該Fe系金属板又は母材金属板の表面における{hkl}面の実測積分強度であり、I(hkl)は、ランダム方位をもつ試料における{hkl}面の理論積分強度である。なお、ランダム方位を持つ試料の理論積分強度に代えて、試料を用いた実測の結果(実測値)を用いてもよい。
Fe系金属板の厚さは、10μm超6mm以下であることが好ましい。厚さが10μm以下であると、積層させて磁心を作製する際に非常に多くのFe系金属板を用いることとなり、積層に伴う空隙の発生頻度が高くなる。この結果、高い磁束密度を得にくくなる。また、厚さが6mmを超えていると、広く合金化領域を形成することが困難になり、α相の{200}面集積度を十分に向上させることが困難になる。
加熱及び冷却に伴って金属層の全体が母材金属板中に拡散してもよく、金属層の一部が母材金属板の表面及び/又は裏面に残存していてもよい。また、加熱及び冷却後に金属層の一部が残存している場合、エッチング等により残存している部分を除去してもよい。母材金属板の表面及び/又は裏面に残存する金属層は、その組成によってはFe系金属板の表層部の化学安定性を高めて耐食性を向上させることもできる。耐食性の向上を目的として金属層を残存させる場合、その厚さは0.01μm以上500μm以下とすることが好ましい。厚さが0.01μm未満であると、金属層に破れ等の欠陥が生じて鉄損が不安定になりやすい。厚さが500μmを超えていると、金属層の剥離等の欠陥が生じて耐食性が不安定になりやすい。
母材金属板及び金属層の加熱に際して、A3点に到達する際に合金領域におけるα相の{200}面集積度は25%以上とし、{222}面集積度は40%以下とする。α相の{200}面集積度が25%未満の場合、及び{222}面集積度が40%を超えている場合、Fe系金属板のα相の{222}面集積度を30%以下、{200}面集積度を30%以上とすることが困難である。また、A3点に到達する際に合金領域におけるα相の{200}面集積度は50%以下となっていることが好ましく、{222}面集積度は1%以上となっていることが好ましい。α相の{200}面集積度が50%を超えても、{222}面集積度が1%未満であっても、Fe系金属板の磁束密度が飽和しやすい。また、製造上、α相の{200}面集積度を50%より高くしたり、{222}面集積度を1%未満としたりすることは困難である。
A3点の温度までの加熱及びA3点以上の温度までの加熱は連続して行うことができ、これらの昇温速度は、0.1℃/sec以上500℃/sec以下であることが好ましい。この範囲の昇温速度において、再結晶の際に、母材金属板の表面に平行な面が{100}に配向する結晶粒が発生しやすい。
次に、第1の実施形態について説明する。図2A〜図2Dは、本発明の第1の実施形態に係るFe系金属板の製造方法を工程順に示す断面図である。
次に、第2の実施形態について説明する。図3は、本発明の第2の実施形態に係るFe系金属板の製造方法を示す断面図である。
次に、第3の実施形態について説明する。図4は、本発明の第3の実施形態に係るFe系金属板の製造方法を示す断面図である。
第1の実験では、27種類の製造条件(条件No.1−1〜条件No.1−27)と{200}面集積度及び{222}面集積度との関係について調査した。
第2の実験では、組成が相違する6種類の母材金属板を用い、種々の材料を金属層に用いて、73種類の条件(条件No.2−1〜No.2−73)とα相の{200}面集積度及び{222}面集積度との関係について調査した。
第3の実験では、組成が相違する6種類の母材金属板を用い、種々の材料を金属層に用いて、42種類の条件(条件No.3−1〜No.3−42)と{200}面集積度及び{222}面集積度との関係について調査した。
第4の実験では、42種類の製造条件(条件No.4−1〜条件No.4−42)における{200}面集積度及び{222}面集積度と鉄損との関係について調査した。
第5の実験では、42種類の製造条件(条件No.5−1〜条件No.5−42)における{200}面集積度及び{222}面集積度と鉄損との関係について調査した。
第6の実験では、42種類の製造条件(条件No.6−1〜条件No.6−42)における{200}面集積度及び{222}面集積度と鉄損との関係について調査した。
第7の実験では、42種類の製造条件(条件No.7−1〜条件No.7−42)における{200}面集積度及び{222}面集積度と鉄損との関係について調査した。
第8の実験では、42種類の製造条件(条件No.8−1〜条件No.8−42)における{200}面集積度及び{222}面集積度と鉄損との関係について調査した。
第9の実験では、42種類の製造条件(条件No.9−1〜条件No.9−42)における{200}面集積度及び{222}面集積度と鉄損との関係について調査した。
第10の実験では、42種類の製造条件(条件No.10−1〜条件No.10−42)における{200}面集積度及び{222}面集積度と鉄損との関係について調査した。
第11の実験では、42種類の製造条件(条件No.11−1〜条件No.11−42)における{200}面集積度及び{222}面集積度と鉄損との関係について調査した。
第12の実験では、42種類の製造条件(条件No.12−1〜条件No.12−42)における{200}面集積度及び{222}面集積度と鉄損との関係について調査した。
第13の実験では、42種類の製造条件(条件No.13−1〜条件No.13−42)における{200}面集積度及び{222}面集積度と鉄損との関係について調査した。
Claims (18)
- α−γ変態を生じ得る組成のFe又はFe合金からなる母材金属板の少なくとも一方の表面に、フェライト形成元素を含有する金属層を形成する工程と、
次に、前記母材金属板及び前記金属層を前記Fe又はFe合金のA3点まで加熱して、前記フェライト形成元素を前記母材金属板中に拡散させて、{200}面集積度が25%以上、{222}面集積度が40%以下のフェライト相の合金領域を形成する工程と、
次に、前記母材金属板を前記Fe又はFe合金のA3点以上の温度まで加熱して、前記合金領域をフェライト相に維持しながら、前記{200}面集積度を増加させ、前記{222}面集積度を低下させる工程と、
を有し、
前記{200}面集積度は下記式(1)で表わされ、前記{222}面集積度は下記式(2)で表わされることを特徴とするFe系金属板の製造方法。
{200}面集積度=[{i(200)/I(200)}/Σ{i(hkl)/I(hkl)}]×100 ・・・(1)
{222}面集積度=[{i(222)/I(222)}/Σ{i(hkl)/I(hkl)}]×100 ・・・(2)
ここで、i(hkl)は、前記母材金属板の表面における{hkl}面の実測積分強度であり、I(hkl)は、ランダム方位をもつ試料における{hkl}面の理論積分強度であり、{hkl}面としては、{110}、{200}、{211}、{310}、{222}、{321}、{411}、{420}、{332}、{521}、及び{442}の11種の面が用いられる。 - 前記{200}面集積度を増加させ、前記{222}面集積度を低下させる工程の後に、
前記母材金属板を前記Fe又はFe合金のA3点未満の温度まで冷却して、前記母材金属板中の未合金領域をオーステナイト相からフェライト相に変態させると共に、前記{200}面集積度を更に増加させ、前記{222}面集積度を更に低下させる工程を有することを特徴とする請求項1に記載のFe系金属板の製造方法。 - 前記{200}面集積度を増加させ、前記{222}面集積度を低下させる工程において、前記{200}面集積度を30%以上とし、前記{222}面集積度を30%以下とすることを特徴とする請求項1又は2に記載のFe系金属板の製造方法。
- 前記{200}面集積度を増加させ、前記{222}面集積度を低下させる工程において、前記{200}面集積度を50%以上とし、前記{222}面集積度を15%以下とすることを特徴とする請求項1又は2に記載のFe系金属板の製造方法。
- 前記{200}面集積度を増加させ、前記{222}面集積度を低下させる工程において、前記金属層に含まれる前記フェライト形成元素を全て前記母材金属板中に拡散させることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載のFe系金属板の製造方法。
- 前記フェライト形成元素は、Al、Cr、Ga、Ge、Mo、Sb、Si、Sn、Ti、V、W、及びZnからなる群から選択された少なくとも1種であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のFe系金属板の製造方法。
- 前記{200}面集積度を増加させ、前記{222}面集積度を低下させる工程において、厚さ方向の断面におけるフェライト単相領域の金属板に対する面積率を1%以上とすることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載のFe系金属板の製造方法。
- 前記母材金属板として、転位密度が1×1015m/m3以上1×1017m/m3以下となる加工歪が導入されているものを用いることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のFe系金属板の製造方法。
- 前記母材金属板として、圧下率が97%以上99.99%以下の冷間圧延によって加工歪が導入されているものを用いることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のFe系金属板の製造方法。
- 前記母材金属板として、ショットブラスト処理によって加工歪が導入されているものを用いることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のFe系金属板の製造方法。
- 前記母材金属板として、圧下率が50%以上99.99%以下の冷間圧延及びショットブラスト処理によって加工歪が導入されているものを用いることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のFe系金属板の製造方法。
- 前記母材金属板として、冷間圧延により0.2以上のせん断歪が導入されたものを用いることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のFe系金属板の製造方法。
- 前記母材金属板として、冷間圧延による0.1以上のせん断歪及びショットブラスト処理による加工歪が導入されているものを用いることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のFe系金属板の製造方法。
- 前記母材金属板の厚さは、10μm以上5mm以下であることを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載のFe系金属板の製造方法。
- Al、Cr、Ga、Ge、Mo、Sb、Sn、Ti、V、W、及びZnからなる群から選択された少なくとも1種のフェライト形成元素の、70質量%以上のFeを含有するα−γ変態を生じ得る組成のFe又はFe合金板の表面から内部への拡散により構成され、
表面に対するフェライト相の{200}面集積度が30%以上であり、{222}面集積度が30%以下であり、
前記{200}面集積度は下記式(1)で表わされ、前記{222}面集積度は下記式(2)で表わされることを特徴とするFe系金属板。
{200}面集積度=[{i(200)/I(200)}/Σ{i(hkl)/I(hkl)}]×100 ・・・(1)
{222}面集積度=[{i(222)/I(222)}/Σ{i(hkl)/I(hkl)}]×100 ・・・(2)
ここで、i(hkl)は、前記Fe系金属板の表面における{hkl}面の実測積分強度であり、I(hkl)は、ランダム方位をもつ試料における{hkl}面の理論積分強度であり、{hkl}面としては、{110}、{200}、{211}、{310}、{222}、{321}、{411}、{420}、{332}、{521}、及び{442}の11種の面が用いられる。 - 表面に前記フェライト形成元素を含有する金属層を有することを特徴とする請求項15に記載のFe系金属板。
- 前記{200}面集積度が50%以上であり、{222}面集積度が15%以下であることを特徴とする請求項15又は16に記載のFe系金属板。
- フェライト単相領域を金属板の厚さ断面での面積率で1%以上含むことを特徴とする請求項15乃至17のいずれか1項に記載のFe系金属板。
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