JPH06207251A

JPH06207251A - 磁性材料及びその製造方法

Info

Publication number: JPH06207251A
Application number: JP116393A
Authority: JP
Inventors: Toshio Mukai; 俊夫向井; Yoshiharu Inoue; 宜治井上
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-01-07
Filing date: 1993-01-07
Publication date: 1994-07-26

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、高磁束密度で低磁心損失のＦｅ−
Ｃｏ薄帯とその製造方法を提供することを目的とする。【構成】５wt％以上、２０wt％以下のＣｏを含有する
Ｆｅ−Ｃｏ合金薄帯にて、（２００）面が薄帯板面に平
行な結晶粒の割合を７０％以上にすることにより、高磁
束密度で低磁心損失の磁性材料を得ることができる。こ
れは、冷間圧延により薄帯の厚さを１００μｍ以下とな
し、γ／α変態温度以下の温度で再結晶させることによ
り可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モータ及び電源用各種
磁性部品の磁心に適した高磁束密度でかつ低磁心損失の
磁性材料とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気機器の小型化、高効率化、省エネル
ギー化が進むなかで、磁束密度のより高い磁心材料の要
求が高まっている。純Ｆｅよりも飽和磁化の高い材料
は、Ｆｅ−Ｃｏ系において実現可能である。理論的にも
実験的にも最も飽和磁化の高いのはＦｅ−３０at％Ｃｏ
の組成であるが、実用化されているのは透磁率の高い５
０at％Ｃｏ付近の合金（パーメンジュールと呼ばれてい
る合金）である。Ｆｅの一部をＣｏで置換すると、Ｃｏ
の量が多くなるに従い、磁歪定数は単調に大きくなる。
一方、異方性定数は、Ｃｏの量が多くなるに従って減少
し、４０at％の組成で零になる。以上のことは、「磁性
体ハンドブック」（朝倉書店、１９７５、編集者：近角
ら）にて知ることができる。したがって、Ｃｏが４０at
％以下の合金は、磁歪が大きく異方性も大きいために、
磁心損失が大きく実用にいたっていない。しかるに、パ
ーメンジュールはＣｏ含有量が多く、加工が困難な上に
材料コストが高く、汎用にならないという問題があっ
た。

【０００３】一方、純Ｆｅの飽和磁化は２．１５Ｔであ
るが、透磁率が低いために低磁場下での磁束密度はそれ
ほど高くないのが現状である。本発明者らの測定による
と、直流磁場５０Ｏｅにおける磁束密度（Ｂ₅₀（Ｄ
Ｃ））は純Ｆｅで１．８Ｔであり、実用の無方向性珪素
鋼板の値１．６〜１．７Ｔに比較してそれほど高くな
い。ＦｅにＣｏを添加すると飽和磁化は上がるが、磁歪
が増えるためにさらに透磁率が下がる。そのために、実
用的に重要な低磁場下での磁束密度は、Ｃｏ添加により
必ずしも高い値は得られない。また、透磁率の低下によ
り、低Ｃｏ濃度のＦｅ−Ｃｏ合金においては磁心損失が
大きくなり、実用に供することができないのが従来予想
される所であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、低Ｃｏ含有
量の成分で、高磁束密度で低磁心損失の磁性材料を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、ＦｅとＣｏか
らなる合金薄帯において、Ｃｏの含有量が重量百分率で
５wt％以上、２０wt％以下であり、薄帯を構成する結晶
粒の７０％以上の結晶粒が、その（２００）面を薄帯板
面に平行に有することを特徴とする磁性材料である。こ
の材料は、薄帯の厚さが１０μｍ以上、１００μｍ以下
の場合に特に（２００）面が薄帯板面に平行に成りやす
く、高磁束密度と低磁心損失を合わせ持つことができ
る。

【０００６】本発明の磁性材料の製造方法は、Ｃｏの含
有量が重量百分率で５wt％以上、２０wt％以下であるＦ
ｅ−Ｃｏ合金板に、圧延率で９０％以上の冷間圧延を施
して薄帯となし、γ／α変態点以下の温度で再結晶させ
ることを特徴とする。再結晶により、薄帯板面に平行に
（２００）面を持つ結晶粒を得ることができるが、これ
は、薄帯の厚さが１０μｍ以上、１００μｍ以下で、再
結晶のための焼鈍を真空下で行う場合に得られやすい。

【０００７】

【作用】磁心損失としては、ヒステリシス損失と渦電流
損失がある。渦電流損失は板厚が小さいほど小さい。Ｆ
ｅ−Ｃｏ合金では、渦電流損失がＣｏ量に大きく依存す
ることはない。関係するのはヒステリシス損失である。
Ｃｏ含有量が多くなると、磁歪が増大し、その結果ヒス
テリシス損失が大きくなる。珪素鋼板の研究で、板厚減
少に伴い、磁歪が低下することが知られている（田口
悟、日本金属学会誌第４９巻、（１９８５）８９９−９
０６）。又、（１１０）〔００１〕Ｆｅ−Ｓｉ単結晶板
を用いた実験では、〔００１〕方位が表面に対して傾く
と、磁歪が大きくなることが知られている（山口俊尚、
武田薫、応用磁気学会誌Vol.12、（１９８８）１４−１
８）。これらのことをＦｅ−Ｃｏ合金に当てはめると、
板厚を薄くして薄帯となし、（２００）面が薄帯板面に
平行になるようにすれば、磁歪起因のヒステリシス損失
を下げることができる。本発明は、以上の発想に基づ
き、それを独自の手法により実現したものである。

【０００８】本発明者は、Ｆｅ−Ｃｏ合金の冷間圧延薄
帯をγ／α変態点よりも低い温度で焼鈍することによ
り、（２００）面を薄帯板面に平行に持つ結晶粒（（２
００）結晶粒）が数多く得られることを見いだしたので
ある。この（２００）結晶粒は、純Ｆｅにおいては得難
く、Ｃｏの添加効果によるところが大きい。本発明者ら
は、全結晶粒に占める（２００）結晶粒の割合が増える
ほど磁心損失が小さくなることを確認し、本発明を完成
した。

【０００９】以下、本発明について詳細に述べる。Ｆｅ
−Ｃｏ合金薄帯において、実用珪素鋼板並みの磁心損失
を実現するには、（２００）結晶粒の割合を７０％以上
にしなければならない。例えば、Ｗ_15/50（周波数５０H
zの交流磁場下、最大磁束密度が１．５Ｔの時の損失）
で３Ｗ／kgが実用の無方向性珪素鋼板の磁心損失であ
る。７０％以上の（２００）結晶粒を実現するには、Ｃ
ｏの含有量を重量百分率で５wt％以上にする必要があ
る。Ｃｏの含有量が２０wt％を越えると、磁歪の効果が
大きいために低磁心損失を得ることができない。したが
って、本発明の組成の範囲は５wt％以上、２０wt％以下
とした。５０Hzの交流磁場下２０Ｏｅで測定下した磁束
密度Ｂ₂₀（ＡＣ）の値は、１０wt％Ｃｏ前後の組成で最
大値を取り、純Ｆｅの値よりも５〜１０％高い値（１．
６２〜１．６７Ｔ）を示した。直流磁場５０Ｏｅにおけ
るＢ₅₀（ＤＣ）は、１０wt％Ｃｏ合金では１．９Ｔの値
を示した。この値は、純Ｆｅの１．８Ｔ、実用の無方向
性珪素鋼板の１．６〜１．７Ｔに比較して格段に高い値
である。

【００１０】組成としては、この他、Ｃｏの効果を損な
わない範囲（３wt％以下）でＳｉ又はＡｌをさらなる低
損失化のために加えることが可能である。合金薄帯の作
製に際しては、まず、真空溶解等の通常の鋳造法でイン
ゴットを作製し、熱間圧延により厚さ１〜１０mmの熱延
板となす。ついで、冷間圧延を行い、所望の厚さの冷延
板となす。ここで、Ｆｅ−Ｃｏ合金薄帯において、再結
晶後に（２００）結晶粒を数多く得るためには、冷間で
強圧延しなければならない。その時の圧延率（板厚減少
分／元厚ｘ１００）は９０％以上である必要がある。ま
た、その（２００）結晶粒は、薄帯の厚さが薄いほど出
やすい。本発明では、薄帯の厚さは１０μｍ以上、１０
０μｍ以下に限定する。なぜならば、１０μｍ未満の薄
帯は圧延によっては得難く、１００μｍ超の薄帯では十
分な量の（２００）結晶粒を得ることができないからで
ある。

【００１１】さて、純Ｆｅ及びＦｅ−Ｃｏ合金を冷間で
強圧延した状態では、（２００）面と（２１１）面とが
圧延面に平行になる混合方位状態である。この方位の圧
延薄帯を焼鈍すると、純Ｆｅでは、（２１１）、（２０
０）及び（１１０）の二つ又は三つの面が板面に平行に
なる混合方位状態となり、（２００）結晶粒のみからな
る薄帯を得ることができない。一方、Ｆｅ−Ｃｏ合金で
は、γ／α変態点直下の温度の焼鈍によりほぼ（２０
０）結晶粒のみからなる薄帯を得ることができる。変態
点より高い温度の焼鈍では、Ｆｅ−Ｃｏ合金薄帯におい
ても混合方位状態となる。よって、本発明のＦｅ−Ｃｏ
合金薄帯の再結晶焼鈍温度はγ／α変態点以下とする。
γ／α変態点はＣｏ含有量の増加に従い上昇し、Ｆｅ−
５wt％Ｃｏで９１０℃、Ｆｅ−２０wt％Ｃｏで９４０℃
である。焼鈍温度の下限は特に限定しないが、再結晶に
要する時間を考慮すると４００℃が下限になる。焼鈍時
間は、熱処理温度によって異なるが、８００〜９００℃
の温度範囲では１〜１０時間程度が好適である。昇温速
度と降温速度は特に限定しないが、共に５〜５０℃／分
が好適である。焼鈍雰囲気は非酸化性雰囲気で行うが、
１０^-3から１０^-6torrの真空下で焼鈍を行うと（２０
０）結晶粒を得やすい。

【００１２】

【実施例】

実施例１真空溶解により純ＦｅとＣｏ含有量の異なるＦｅ−Ｃｏ
合金のインゴットを作製し、熱間圧延により厚さ３mmの
熱延板を得た。熱延板の表面の酸化層を除去後に冷間圧
延を施し、厚さ３０μｍの薄帯を得た。その薄帯に、８
００〜１０００℃の温度範囲にて、各温度で７時間、真
空中にて焼鈍を施した。焼鈍を行った試料について、Ｘ
線回折のθ−２θ法により、薄帯板面に平行な面からの
Ｘ線回折の強度プロファイルを得た。

【００１３】図１に、純ＦｅとＦｅ−１０wt％Ｃｏにつ
いての結果を示す。図に示すように、純Ｆｅでは（２０
０）、（２１１）、（１１０）反射の二つ又は三つの混
合状態であり、（２００）反射のみの状態は得られな
い。一方、Ｆｅ−１０wt％Ｃｏでは、γ／α変態点（９
２０℃）より低い温度で熱処理を行うことにより、ほと
んど（２００）反射のみからなる状態を得ることができ
た。光学顕微鏡による観察結果から、例えば８８０℃で
再結晶させたＦｅ−１０％Ｃｏ薄帯の結晶粒の大きさは
５０〜１００μｍで、板厚（３０μｍ）よりも大きく、
結晶粒は板厚を貫通していた。したがって、この薄帯を
構成する結晶粒の（２００）面はほとんどすべてが圧延
面に平行になっていると言える。

【００１４】（２００）面を薄帯板面に平行に持つ結晶
粒（（２００）結晶粒）の割合をＸ線回折強度の比から
算出した。その結果を図２に、純Ｆｅと各Ｃｏ濃度の合
金について、用いた薄帯の厚さに対して示した。７０％
以上の（２００）結晶粒を得るには、Ｃｏ含有量を５wt
％以上となし、薄帯の厚さを１００μｍ以下とする必要
がある。

【００１５】実施例２実施例１と同様の方法でＣｏ含有量の異なるＦｅ−Ｃｏ
合金薄帯（厚さ：３０μｍ）を作製した。それぞれの薄
帯につき、真空中で、γ／α変態点より高い温度（９８
０℃）と低い温度（８８０℃）で７時間の熱処理を施し
た後に磁気測定を行った。図３に、５０Hzの交流磁場下
で測定した磁場２０Ｏｅにおける磁束密度（Ｂ₂₀（Ａ
Ｃ））、保磁力（Ｈ_C) 、最大磁束密度が１．５Ｔの時
の磁心損失（Ｗ_15/50）を示した。Ｂ₂₀（ＡＣ）は、Ｃ
ｏ量が１０wt％の時に最大となる。Ｃｏ濃度を５wt％以
上にすると、８８０℃焼鈍材の保磁力及び磁心損失は９
８０℃焼鈍材のそれよりも低くなる。これは、γ／α変
態点より低い温度（８８０℃）で再結晶させることによ
り、大部分の結晶粒が（２００）結晶粒になるためであ
る。

【００１６】表１には、純ＦｅとＦｅ−１０wt％Ｃｏの
厚さ３０μｍの薄帯（８８０℃焼鈍材）について、磁心
損失と磁束密度の値を示した。交流磁場下でのＢ₂₀（Ａ
Ｃ）、直流磁場下でのＢ₂₀（ＤＣ）、Ｂ₅₀（ＤＣ）のい
づれにても、Ｆｅ−１０wt％Ｃｏの薄帯は純Ｆｅより高
い値を示し、磁心損失としても低い値が得られた。

【００１７】

【表１】

【００１８】実施例３実施例１と同様の方法でＦｅとＦｅ−１０wt％Ｃｏ合金
の熱延板を作製し、引き続く冷間圧延で圧延率を変える
ことにより２００μｍまでの種々の厚さの薄帯を作製し
た。その薄帯に８８０℃で７時間の熱処理を施した。図
４に、磁気特性の薄帯厚依存性を示す。磁束密度Ｂ
₂₀（ＡＣ）は、純Ｆｅに比べて０．０８から０．１５Ｔ
高く、１．６２〜１．６７Ｔが得られている。また、磁
心損失もＦｅ−１０wt％Ｃｏ合金の方が小さいが、板厚
が小さいほど純Ｆｅとの差が大きい。

【００１９】実施例４実施例１と同様の方法でＦｅ−１０wt％Ｃｏ合金の熱延
板を作製し、引き続く冷間圧延で厚さ５０μｍの薄帯を
作製した。その薄帯に７００〜９００℃で１〜２０時間
の熱処理を施し、（２００）結晶粒の割合の異なる試料
を作製した。表２に、測定して求めた（２００）結晶粒
の割合と磁心損失の関係について示す。（２００）結晶
粒の割合が７０％以上の時に、Ｗ_15/50で３Ｗ／kg以下
の磁心損失が得られている。

【００２０】

【表２】

【００２１】

【発明の効果】本発明により、高価な高Ｃｏ濃度合金
（パーメンジュール）を用いること無く、低コストの低
Ｃｏ濃度のＦｅ−Ｃｏ合金で、高磁束密度でかつ低磁心
損失の薄帯の提供が可能になった。本発明の磁性材料
は、Ｃｏ濃度が低いために延性に富み、容易に薄帯とす
ることができる。パーメンジュールの場合は、硬度が高
いために圧延によって得られる厚さに限界があるばかり
か、通常薄帯を作製するにおいても多大なコストを要す
る。

【００２２】本発明の薄帯は、巻き鉄心となし、各種電
源用部品として使用可能であり、また、積み鉄心として
モータ用のコアとして用いることができる。いずれの場
合にも高磁束密度で低磁心損失の特徴を活かし、機器の
小型化を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】純Ｆｅ（ａ）とＦｅ−１０wt％Ｃｏ（ｂ）の圧
延薄帯（厚さ３０μｍ）の焼鈍材から得たＸ線回折強度
のプロファイルを示す図である。

【図２】Ｘ線回折強度から算出した（２００）結晶粒の
割合の薄帯厚依存性を示す図である。

【図３】各Ｃｏ濃度の合金薄帯（厚さ３０μｍ）の磁気
特性を、γ／α変態点よりも高い温度（９８０℃）と低
い温度（８８０℃）で焼鈍した場合について示す図であ
る。

【図４】８８０℃で焼鈍した純ＦｅとＦｅ−１０wt％Ｃ
ｏの圧延薄帯の磁気特性の板厚依存性を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＦｅとＣｏからなる合金薄帯において、
Ｃｏの含有量が重量百分率で５wt％以上、２０wt％以下
であり、薄帯を構成する結晶粒の７０％以上の結晶粒
が、その（２００）面を薄帯板面に平行に有することを
特徴とする磁性材料。
【請求項２】薄帯の厚さが１０μｍ以上、１００μｍ
以下である請求項１記載の磁性材料。
【請求項３】Ｃｏの含有量が重量百分率で５wt％以
上、２０wt％以下であるＦｅ−Ｃｏ合金板に、圧延率で
９０％以上の冷間圧延を施して薄帯となし、γ／α変態
点以下の温度で再結晶させることを特徴とする磁性材料
の製造方法。
【請求項４】薄帯の厚さが１０μｍ以上、１００μｍ
以下である請求項３記載の磁性材料の製造方法。
【請求項５】真空雰囲気下で再結晶させる請求項３ま
たは４記載の磁性材料の製造方法。