JPH0517823A - 磁気シールド特性に優れた厚板電磁軟鉄の製造方法 - Google Patents

磁気シールド特性に優れた厚板電磁軟鉄の製造方法

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JPH0517823A
JPH0517823A JP3170132A JP17013291A JPH0517823A JP H0517823 A JPH0517823 A JP H0517823A JP 3170132 A JP3170132 A JP 3170132A JP 17013291 A JP17013291 A JP 17013291A JP H0517823 A JPH0517823 A JP H0517823A
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soft iron
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electromagnetic soft
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JP3170132A
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Takao Maeda
隆雄 前田
Ryuji Ogata
龍二 緒方
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁気共鳴断層撮影装置の磁気シールド材とし
て有用な、最大透磁率20000 以上、磁場0.5 Oeのときの
磁束密度10000G以上の厚板用軟鉄を提供する。 【構成】C:0.01 %以下、Si:0.30 %以下、Mn:0.50 %
以下、P:0.01 %以下、S:0.01 %以下、sol.Al:0.10
%以上0.50%未満、残部Feおよび不可避的不純物からな
る鋼組成を有する鋼塊を仕上温度 650〜850 ℃で熱間加
工後、750 〜Ac3 点に加熱し、板厚25.4mm(1インチ) 当
り1時間以上の割合で保持した後、下記式で求められる
冷却速度Vかまたはそれより遅い速度で徐冷する。 V=−0.025t+4.0(℃/min) (t:板厚mm)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば漏洩磁気を遮断
するのに好適な、優れた磁気特性を有する厚板用電磁軟
鉄に関する。
【0002】
【従来の技術】近年の著しい科学技術の進展に伴って、
たとえば医療機器の分野においては核磁気共鳴現象を利
用した磁気共鳴断層撮影装置 (以下「MRI 」ともいう)
が実用化され、積極的に導入されている。しかしこの磁
気共鳴断層撮影装置の使用に際しては、発生する多量の
磁気を遮断する必要がある。したがって、この磁気共鳴
断層撮影装置の構造部材として用いられる鋼板には磁気
遮断特性が求められており、その鋼板の板厚も装置とし
ての強度を具備する必要性から20mm以上であることが多
い。
【0003】一方、優れた磁気遮断特性、すなわち高透
磁率を有する厚板用電磁軟鉄は、前述の磁気共鳴断層撮
影装置のみならず、サイクロトロン等の大型科学実験装
置、核融合装置あるいは医療機器等の磁気シールド用を
兼ねたカバー・構造部材としても使用される材料であ
り、厚板化するばかりでなく、材料自体の機械的強度の
改善も要求される。しかし、高強度材とするには、例え
ば高炭素化することが考えられるが、そのような高炭素
鋼は所要の磁気特性を呈さない。
【0004】近年の科学技術の成果をさらに進展させる
ためには、かかる厚板用電磁軟鉄について、本来相反す
る優れた機械的特性と透磁率、磁束密度等に代表される
磁気的特性とを共に満足する材料の開発が各分野から強
く望まれている。ところで、このような磁気遮断特性を
有する鋼板としては電磁軟質鋼板があり、一般的に変圧
器に使用される薄板が周知である。これは、従来から磁
気特性の優れた鋼材として、JIS C 2503またはJIS C 25
04に規定される電磁軟鉄棒、電磁軟鉄板である。JIS C
2503に規定されるものは 1.0〜16mm程度の直径の棒材で
あり、またJIS C 2504に規定されるものは 0.6〜4.5mm
厚の薄板であり、いずれもリレー用または電磁石用とし
て小型部品への適用を対象としたものである。
【0005】磁気用としては分類されていないが、JIS
G 4051に規定される機械構造用炭素鋼材であるS10Cを用
い、 250mm幅に熱間加工し、磁性材料として使用してい
る例がある。さらに、特開昭60−96749 号公報、特公昭
63−45442 号公報または同63−45443 号公報に開示され
ているように、sol.Alの量を 0.005〜1.00重量%と多く
含有し、Siをある程度低減したAl脱酸型極低炭素鋼であ
る直流磁化用厚板が近年提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの公知
方法では、例えば磁気共鳴断層撮影装置(MRI) の使用の
際に生じる漏洩磁気を遮断することができるような、優
れた磁気特性を有する厚板用電磁軟鉄をを提供すること
はできない。 (i) JIS C 2503またはJIS C 2504に示されている電磁軟
鉄棒または電磁軟鉄板は、前述したように、小型の部品
を対象にしており、構造用部材としての機械的特性が全
く考慮されていない。したがって、例えば前述のMRI に
この電磁軟鉄板を適用する場合には、装置の強度を確保
するために、この電磁軟鉄板を数10枚程度積層する必要
があり、製造コストや製品の品質の観点からは、現実に
は実施化を図ることができない。
【0007】(ii) JIS G 4501 に示される機械構造用炭
素鋼材を用いた例では、磁気特性についての考慮が何ら
なされていないため、最大透磁率μが1800以下と極めて
低い値しか得られていない。したがって、やはり所望の
厚板用電磁軟鉄を提供することはできない。さらに特開
昭60−96749 号公報に開示された電磁鋼板は、最大透磁
率の値が 12850から4260までとばらついた値となってお
り、その値も厚板用電磁鋼板として充分な値ではない。
しかもこの電磁鋼板はその製造に際してフェライト結晶
粒を充分に成長させなければ良好な磁気特性を得ること
ができない。
【0008】特公昭63−45442 号公報または同63−4544
3 号公報に開示された方法は、確かに最大透磁率を2000
〜5000程度に高めることが可能な方法であるが、例えば
この方法により得られる電磁鋼板を前述のMRI に適用す
る場合を考えると十分な値であるとはいえず、一層の向
上が望まれる。以上のように、これらの公知の手段で
は、たとえば MRIの磁気シールド用の鋼板として好適
な、優れた磁気特性を有する厚板用電磁軟鉄を得ること
はできなかったのである。ここに、本発明の目的は、漏
洩磁気を遮断するのに好適な、優れた磁気特性、具体的
には最大透磁率20000 以上、磁場0.5 Oeのときの磁束密
度10000G以上を有する厚板用電磁軟鉄の実際的な製造方
法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため種々検討を重ねた結果、下記ないし
に示す事項を知見した。磁気特性を高め、かつ板厚方
向について磁気特性の均質性を高めるためには、減磁率
を大きくする成分の含有量を極力少なくすることが有効
であること、熱間加工後の熱処理において、結晶粒の
成長を容易とするために、熱間加工時に結晶粒に加工歪
みを付加することが有効であること、熱処理温度をオ
ーステナイト・フェライト変態温度直下として、変態を
生じさせないこと、および冷却時に生ずる熱応力によ
り磁気特性を低減させることがないよう、徐冷を実施す
ること。
【0010】その後、さらに研究開発をつづけていたと
ころ、特に、実験室でのテストピースを使った試験では
問題とならなかった冷却速度でも、実生産の鋼板では、
冷却時に大きな残留応力を生じ、そのために磁気特性が
充分向上しないことを知った。これらの事実を基に、本
発明者らは、さらに検討を重ねた結果、ある特定した組
成を有する鋼塊を、仕上げ温度を鋼がフェライト単相に
なる温度となるようにして熱間加工、例えば圧延、鍛造
または引き抜きを行い、所定の寸法に加工した後に、結
晶粒の加工歪みを除去して結晶粒の粗大化を図るため
に、オーステナイト・フェライト変態温度直下に加熱保
持し、その後に板厚を考慮した特定の冷却速度で徐冷す
ることにより、例えばMRI の使用の際の漏洩磁気を遮断
することができるような、優れた磁気特性を有する厚板
用電磁軟鉄が得られることを知り、本発明を完成した。
【0011】ここに、本発明の要旨とするところは、重
量%で重量%で、C:0.01 %以下、Si:0.30 以下、Mn:
0.50 %以下、P:0.01 %以下、S:0.01 %以下、sol.A
l:0.10 %以上0.50%未満、残部Feおよび不可避的不純
物からなる鋼組成を有する鋼塊を仕上温度 650〜850 ℃
で熱間加工後、750 〜Ac3 点に加熱し、板厚25.4mm(1イ
ンチ) 当り1時間以上の割合で保持した後、下記(1) 式
で求められる冷却速度Vかまたはそれより遅い速度で徐
冷することを特徴とする、磁気シールド特性に優れた厚
板電磁軟鉄の製造方法である。 V=−0.025t+4.0(℃/min) (t:板厚mm) ・・・(1)
【0012】
【作用】以下、本発明を作用効果とともに詳述する。な
お、本明細書においては、特にことわりがない限り
「%」は「重量%」を意味するものとする。まず、本発
明において用いる鋼塊の組成を限定する理由について説
明する。Cは、磁気特性の透磁率の低減効果が最も高い
元素であり、磁気特性を向上させるためには、その含有
量は極力低減することが望ましい。しかし、その低下に
は相当のコストを要するため、C含有量は0.01%以下と
する。好ましくは0.005%以下である。
【0013】Siは、本発明の対象とするAl脱酸型の厚板
用電磁軟鉄にあって、その整粒作用により熱処理時の結
晶粒の粗大化を阻害する。したがって、含有量を0.30%
以下とする。Mnは、周知のように鋼材の強度確保に大き
く寄与する元素であり、またCと同様に透磁率を低下さ
せる元素である。したがって、透磁率を向上させる観点
からはMn含有量はできるだけ低減することが望ましく、
最大透磁率を確保するために上限を0.50%と制限する。
【0014】P、Sは、ともに鋼中にあって非金属介在
物を形成し、かつ偏析を生じるため、その含有量は少な
い程よい。また、その含有量の増加に伴い、保持力の増
加がみられ磁気特性を低下させる元素である。したがっ
てP、Sの含有量は少ないほど望ましいが、これらの元
素の低減には必ずコストの増加を伴うものであることか
ら、Pは0.01%以下、Sは0.01%以下とする。Alは、鋼
中にあって脱酸材として作用する元素であるが、微量、
具体的には0.10%未満の場合、AlN が微細に析出してし
まうため粒成長を阻害する。また一方、多量に添加する
と介在物を形成し、鋼の性質を損なうためその上限を0.
50%未満とする。
【0015】以上のような組成を有する鋼塊を、以下に
示す条件で加工・熱処理して、所要磁気特性を備えた電
磁軟鉄を製造する。これらの条件について詳述する。ま
ず、上記の組成を有する鋼塊を、鋼組織がフェライト単
相となる650 〜850℃の仕上げ温度で熱間加工を行う。
熱間加工の例としては、圧延、鍛造または引き抜き等の
ように、加工時に鋼塊に加工歪を付与できる加工法であ
ればよく、特に制限を要するものではない。また、鋼組
織がフェライト単相となる温度は、本発明においては、
Fe−C二元系状態図より具体的には900 ℃以下である
が、確実にフェライト単相とするために仕上げ温度の上
限を850 ℃とする。一方、仕上げ温度が650 ℃より低い
と圧延時、過大な応力を必要とし、かつ表面性状に問題
が生ずるため、仕上げ温度は650 ℃以上とする。
【0016】このように、熱間加工の仕上げ温度は、フ
ェライト−オーステナイト変態温度以下とする。つま
り、一旦フェライト粒に加工歪を付与し、次いで、加工
後に熱処理を行うことにより、加工歪を解放させつつ、
結晶粒を粗大化させるためである。したがって、仕上げ
温度は、上記の観点から650 〜850 ℃であることが望ま
しく、さらに望ましくは、650 〜800 ℃の範囲である。
【0017】一般的に熱間加工時に結晶粒に加工歪みを
付加することは、特公昭60−208417号公報等により提案
されているように、熱処理を加えた後に結晶粒を成長さ
せるのに有効な手段である。結晶粒の粗大化は、鋼製品
の磁気特性を向上させる要因の1つであるため、本発明
においてもかかる原理を利用し、得られる製品の磁気特
性の向上を図るのである。その際フェライト粒度は0以
下が望ましい。
【0018】次に、このようにして熱間加工を行った鋼
塊に、加工歪の解放・結晶粒の粗大化を目的として熱処
理を行う。この熱処理の加熱温度は、フェライト−オー
ステナイト変態温度以下がよく、できるだけその直下が
よい。つまり変態温度以上まで加熱すると、組織が変態
集合組織となり、またAlN の存在のために結晶粒が微細
化してしまうために、磁気特性が著しく劣化してしまう
からである。そこで熱処理の加熱温度はAc3 点以下とす
る。一方、750 ℃未満では、加工歪を除去することがで
きないため、750 ℃以上とする。したがって、熱処理温
度は、750 ℃以上Ac3 点以下と制限する。なお、上限の
Ac3 点としては、900 ℃を例示することができる。
【0019】より好ましくは、仕上げ温度≦熱処理温度
である。またこの加熱の際の保持時間は、板厚25.4mm(1
インチ) 当り1時間以上である。1インチ当り1時間と
いうのは歪を除去するために必要な最小値である。上記
熱処理温度に所定時間保持してから徐冷を行って熱応力
を生じないようにし、脱水素処理を行う。徐冷の冷却速
度は、前述の(1) 式で求められる冷却速度と同じかある
いはそれより遅い速度でなければ必要な磁気特性は得ら
れない。所要冷却速度は板厚により変わり、板厚が厚い
もの程、残留応力が高くなるため冷却速度を遅くしなけ
ればならない。
【0020】このように、本発明によれば、適正な鋼塊
の組成および製造条件の組み合わせにより、優れた磁気
特性を有する厚板用電磁軟鉄を製造することができる。
なお、必要とする磁気特性は、最大透磁率 (μmax)は20
000 以上、B0.5(0.5 Oeでの磁束密度)10000 ガウス以
上が望ましい。
【0021】
【実施例】本例では表1に示す組成の供試材について同
じく表1に示す加工、熱処理条件で電磁軟鉄を製造し、
磁気特性を評価した。結果を表1にまとめて示す。代符
1から7まで実施例を、また符号2の組成・製造条件を
基準として 代符8〜12 : 冷却速度の影響 代符13〜18 : 熱処理温度の影響 代符19〜23 : 保持時間の影響 代符24〜29 : 仕上温度の影響 をそれぞれ調査した結果を示している。また同様にし
て、成分はずれの結果を代符30〜35に、また圧延時、仕
上温度が高く、そのため粒成長が熱処理時に生じなかっ
た場合の結果を代符36、37にそれぞれまとめて示す。
【0022】
【表1】
【0023】
【表2】
【0024】図1は代符2の場合を基準製造条件とし
て、板厚を10〜150 mmまで変えたときの冷却速度(V) の
0.5 に及ぼす影響を示すグラフである。黒丸がB0.5
≧1.0×104Gを示す。V≦−0.025t+4.0(℃/min) のと
きにB0.5 ≧1.0 ×104Gを満足することが分かる。
【0025】
【発明の効果】本発明により、Si≦0.30%以下という鋼
についても実用鋼板としての機械的特性ばかりでなく、
所要の磁気特性 (透磁率、磁束密度) をもった厚板電磁
軟鉄が製造される。
【図面の簡単な説明】
【図1】板厚と冷却速度の磁束密度に及ぼす影響を示す
グラフである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 重量%で、 C:0.01 %以下、Si:0.30 %以下、Mn:0.50 %以下、
    P:0.01 %以下、 S:0.01 %以下、sol.Al:0.10 %以上0.50%未満、 残部Feおよび不可避的不純物 からなる鋼組成を有する鋼塊を仕上温度 650〜850 ℃で
    熱間加工後、750 〜Ac3 点に加熱し、板厚25.4mm(1イン
    チ) 当り1時間以上の割合で保持した後、下記式で求め
    られる冷却速度Vかまたはそれより遅い速度で徐冷する
    ことを特徴とする、磁気シールド特性に優れた厚板電磁
    軟鉄の製造方法。 V=−0.025t+4.0(℃/min) (t:板厚mm)
JP3170132A 1991-07-10 1991-07-10 磁気シールド特性に優れた厚板電磁軟鉄の製造方法 Withdrawn JPH0517823A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1403388A1 (de) * 2002-09-26 2004-03-31 ThyssenKrupp Stahl AG Verfahren zum Herstellen von Produkten durch Umformen bei erhöhten Temperaturen
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