JPH07113151A - 鉄系アモルファス合金 - Google Patents

鉄系アモルファス合金

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JPH07113151A
JPH07113151A JP25665693A JP25665693A JPH07113151A JP H07113151 A JPH07113151 A JP H07113151A JP 25665693 A JP25665693 A JP 25665693A JP 25665693 A JP25665693 A JP 25665693A JP H07113151 A JPH07113151 A JP H07113151A
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thickness
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JP25665693A
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English (en)
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Yuichi Sato
有一 佐藤
Minoru Yamate
實 山手
Shun Sato
駿 佐藤
Hiroaki Sakamoto
広明 坂本
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、良好な電力トランスなどの鉄心を
作製するために、板厚が大きく板厚変動が小さい薄帯の
製造を可能とするアモルファス合金を提供する。 【構成】 本発明は、原子%でFe:80.0%以上8
2.0%以下、B:10.0%以上12.3%以下、S
i:5.5%以上7.0%以下、C:0.5%以上2.
0%以下を含有し、残部は不可避的な不純物よりなる合
金であって、板厚が50μm以上で板厚変動が10%以
下である薄帯の製造を可能とすることを特徴とする鉄系
アモルファス合金でこのような合金は鉄損および励磁電
力が小さく、磁束密度の高いトランスの作製を可能と
し、電力トランスの鉄心などに応用すると極めて効果的
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、電力トランスの鉄心な
どに有用なアモルファス合金に関するものである。
【0002】
【従来の技術】溶融金属・合金(以下、単に金属と称
す)から連続的にアモルファス金属薄帯(以下、単に薄
帯と称す)を製造する方法は、従来より種々の手段が開
示されているが、いずれも溶解した金属を所定形状の開
口を有するノズルから所定の圧力で、ノズル開口に面し
た冷却基板の上に衝突凝固させて連続薄帯とするもので
ある。具体的な広幅の薄帯を製造する手段として、例え
ば特開昭53−53525号公報に記載されている方法
があり、その概要は矩形状の開口を持つスリットノズル
を冷却基板(ロールまたはベルト)を0.03〜1mmの
間隔で対向させ、冷却基板を100〜2000m/分の
速度で移動させ、冷却基板の表面にスリットノズルから
溶融金属を送り出し、熱的に接触させて急冷凝固させ薄
帯を製造する方法である。このようにして得られる薄帯
の合金成分について、例えば鉄系のアモルファス合金だ
けでも多くの提案がなされているが、これらの合金で得
られる薄帯の板厚はせいぜい30μm程度であった。
【0003】アモルファス形成能を高めることによっ
て、さらに大きな板厚からなる薄帯の製造も可能になる
ことから、本発明者らは例えば特開昭56−33452
号公報でアモルファス形成能の優れたアモルファス合金
を提案した。この合金により、50μm以上の板厚から
なる薄帯の製造も可能になった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】特開昭56−3345
2号公報の合金において、板厚精度の良好な厚い薄帯を
得るには以下の点をさらに改善する必要があった。つま
り、この合金を用いて50μm以上の板厚からなる薄帯
を製造すると、得られた薄帯の板厚変動が10%を超え
るような薄帯となることが時々あった。薄帯の工業的な
用途として、電力トランスの鉄心などが挙げられるが、
薄帯の板厚を大きくすることは巻き回数や積層枚数を減
らすことを可能とし、薄帯の工業材料としての発展に効
果的である。しかしながら、薄帯の板厚を大きくしても
板厚変動が、例えば10%を超えるようになると、トラ
ンス内での薄帯の鉄損や励磁電力が増加するために、薄
帯の板厚を大きくしたことによる効果はほとんどなくな
ってしまう。本発明の目的は、このような問題を解決す
るために板厚精度に優れた板厚の大きな薄帯の製造を可
能とする鉄系アモルファス合金を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記特開
昭56−33452号公報で提案した各種の成分の合金
を用いて薄帯の鋳造実験を繰り返し行った結果、構成元
素の範囲をさらに制限すれば板厚変動が極めて少ない薄
帯を得ることができることを見い出し、板厚精度に優れ
た薄帯の製造を可能とする合金を発明するに至った。
【0006】本発明は原子%でFe:80.0%以上8
2.0%以下、B:10.0%以上12.3%以下、S
i:5.5%以上7.0%以下、C:0.5%以上2.
0%以下を含有し、残部は不可避的な不純物よりなる合
金であって、板厚が50μm以上で板厚変動が10%以
下のアモルファス合金薄帯であることを特徴とする鉄系
アモルファス合金である。
【0007】以下に本発明を詳細に説明する。本発明に
おいて、薄帯の板厚変動を10%以下と限定した理由に
ついて述べる。図1に、薄帯の板厚変動と薄帯を巻いて
作製したコイルでの鉄損(W13/50 )との関係を示す。
この図から、用いる薄帯の板厚変動が10%を超えると
鉄損が0.3W/kg超となることがわかる。一般的に、鉄
系アモルファス合金は鉄損が0.3W/kg以下と、珪素鋼
板などの従来の材料に比べて低いことから電力トランス
の鉄心として有望視されているが、折角アモルファス薄
帯を用いても鉄損が高くなったのでは意味がなくなって
しまう。
【0008】また、図2には、薄帯の板厚変動と薄帯を
巻いて作製したコイルの励磁電力(VA13/50 )との関
係を示すが、用いる薄帯の板厚変動が10%を超えると
励磁電力が0.5W/kg超となる。電力トランスの鉄心に
おいては励磁電力が0.5W/kg超と高くなるのは好まし
くない。薄帯の板厚変動が大きくなることによって鉄損
および励磁電力が劣化するのは、例えばラップ型鉄心に
おいて薄帯の板厚変動が大きくなると、ラップ部の磁気
抵抗が増加するので鉄心における鉄損および励磁電力が
劣化する。よって、鉄心としての鉄損および励磁電力を
それぞれ0.3W/kg以下、0.5W/kg以下とするため
に、薄帯の板厚変動は10%以下と限定した。さらに、
鉄損および励磁電力に関して、それぞれ0.25W/kg以
下、0.45W/kg以下であることが好ましいことから薄
帯の板厚変動は5%以下であることが好ましい。
【0009】さらに、薄帯の板厚変動は小さいほどトラ
ンスでの薄帯の占積率が増加し、トランスの小型化にも
有利である。また、本発明において、薄帯の板厚を50
μm以上と限定したのは、例えば電力トランス用の鉄心
を作製する際、巻き回数を減らすなど作業性の改善、さ
らには占積率の向上など薄帯の厚手化の効果が50μm
以上でないと認められないからである。
【0010】ここで、薄帯の板厚および板厚変動の求め
方は以下の通りである。まず、薄帯の長手方向において
適宜サンプルを採取し、サンプルの重量および体積から
算出した板厚を薄帯の板厚とする。一方、板厚変動につ
いては、これらサンプルについてマイクロメーターによ
り板厚を求め、最大の板厚値を最大板厚として、この最
大板厚と薄帯板厚の差の薄帯板厚における比を板厚変動
とする。なお、板厚および板厚変動を求める具体的な方
法については、実施例にて詳しく述べる。
【0011】さらに、板厚が50μm以上、板厚変動が
10%以下、さらには5%以下である薄帯を製造するた
めの合金の成分範囲を規定した理由について以下に述べ
る。本発明の合金の成分範囲を規定したのは、基本的に
は鋳造実験結果に基づき、原子%でFe:80.0%以
上82.0%以下、B:10.0%以上12.3%以
下、Si:5.5%以上7.0%以下、C:0.5%以
上2.0%以下とする合金とすることにより、板厚が5
0μm以上で板厚変動が10%以下の薄帯を製造するこ
とが可能となる。
【0012】それぞれの構成元素の範囲を限定した理由
について述べると、Feは80.0%以上82.0%以
下とする。82.0%超とすると半金属元素(B,S
i,C)の量が少なくなりアモルファス形成能が低下し
て薄帯の板厚変動は10%を超えるようになる。また、
80.0%未満とすると磁束密度が1.5T未満となる
ことからFeの下限を80.0%とした。電力トランス
鉄心の磁束密度が1.5T未満となるのは好ましくな
い。
【0013】Bは10.0%以上12.3%以下とし、
さらに薄帯の板厚変動を5%以下とするには10.5%
以上12.3%以下とすることが好ましい。Bはアモル
ファス形成に必須で、10.0%未満でもアモルファス
となるが、薄帯の板厚変動が10%を超えたことから好
ましくない。一方、Bを12.3%超としても薄帯の板
厚変動は10%以下となったが、その分Feの含有量が
減って飽和磁束密度が低下するので、Bの上限を12.
3%とした。Bを10.5%以上12.3%以下とする
と、薄帯の板厚変動は5%以下とさらに向上したことか
ら、薄帯板厚変動を5%以下とするためにはBの下限を
10.5%以上12.3%以下とすることが好ましい。
さらに、SiおよびCをそれぞれ5.5%以上7.0%
以下、0.5%以上2.0%以下と限定したが、Si,
Cともこれらの範囲以外では得られた薄帯の板厚変動が
10%以上となったことから、このような範囲に限定し
た。
【0014】合金成分をこのような範囲に限定すること
により、板厚が大きく、板厚変動が小さい薄帯の製造を
可能とするのは、その製造方法にも依存すると思われる
が、このような成分範囲とすることにより、アモルファ
ス形成能が向上し、しかも溶融合金の流動性が良好とな
ることなどが考えられる。なお、好ましい合金成分につ
いては実施例において具体的に説明する。
【0015】次に、本発明の合金を用いて薄帯を製造す
る際の好ましい製造方法として、例えば単ロール法で、
しかも、複数の平行な開口を備えた多重スリットノズル
を用いる方法である。例えば、図3に開口数を2個とし
た多重スリットノズルの模式図を示すが、ノズル1は2
個の開口2,2′からなり、2個の開口はそれぞれ平行
で、それぞれの開口の長手方向長さが同じである。さら
に、これらの開口は冷却基板の移動方向に対してほぼ直
角に配置する。このような多重スリットノズルを用いる
ことにより、板厚精度の良好な板厚の大きな薄帯の製造
が可能となる。このような多重ノズルを用いて鋳造する
方法を図4に模式的に示すが、ルツボ4に保持した溶融
試料5をノズル開口を介して、矢印の方向に移動するロ
ール3の表面に噴出すると、ロール表面に湯溜まり(以
下、パドルと称す)6および6′が形成し、これらのパ
ドルから引き出されて薄帯7となる。この際、パドル6
で形成された薄帯の板厚の変動に対応して次のパドル
6′で溶融金属が分布するので、薄帯の板厚精度は改善
されると考えられる。このとき、合金の流動性が良好で
あればこの効果はさらに助長されて、一層板厚精度が良
好な薄帯が得られることになる。
【0016】薄帯の板厚精度が改善される仕組みを模式
的に示したのが図5である。図5は薄帯の板幅方向の断
面をロールの回転方向後方から見た図を模式的に示して
いる。図5中、8で示したところは図4中に示すパドル
6で形成した薄帯、8′で示したところは同じく図4中
に示すパドル6′で形成した薄帯で、最終的に得られる
薄帯は8と8′を合わせた板厚からなる。例えば、図5
中点線で示すように、8で示すところで凹凸が生じても
(板厚が変動しても)、次のノズル開口6′から供給さ
れる溶融金属はこの凹凸を埋めるように分布するので、
結果的に得られる薄帯の板厚精度はかなり良好なものと
なると考えられる。さらに、用いるノズルの開口数が多
いほど薄帯の板厚変動は良好になると考えられる。な
お、その他の製造因子の条件については実施例で具体的
に述べる。
【0017】
【実施例】表1に示すような各種の合金5kgを用いて単
ロール法により、板幅100mmの薄帯を製造した。用い
たノズルは開口数が2個で、個々の開口のロール回転方
向長さを0.9mmからなるノズルとした。ロール表面速
度は表1に示すような条件とした。また、溶融試料の噴
出圧は0.2kg/cm2 とした。次に、得られた薄帯の長
手方向で10mおきに100mmのサンプルを採取し、最
大板厚および平均板厚を求めた。つまり、マイクロメー
ターにより測定した値のうち最も大きな値を最大板厚と
し、薄帯の重量および体積から算出した板厚を平均板厚
として薄帯の板厚とした。さらに、最大板厚と平均板厚
との差の平均板厚における比を算出しこの値を各チャー
ジの板厚変動とした。各チャージの板厚および板厚変動
を表1に示す。
【0018】さらに、これらの薄帯を用いて外径60mm
のトロイダルコイルを作製し、磁場中焼鈍をして鉄損、
励磁電力および磁束密度を測定した。なお焼鈍条件は3
60℃、1時間とした。得られた結果を表1に示す。な
お鉄損についてはW13/50 の値であり、励磁電力はVA
13/50 の値である。また磁束密度は800A/m での飽和
磁束密度の値である。表1中、No.1〜12までは本発
明の合金についての結果であるが、いずれの薄帯とも板
厚が50μm以上で、板厚変動は10%以下、さらには
5%以下であった。これらの薄帯は鉄損が0.3W/kg以
下と良好な値を示し、励磁電力も0.5W/kg以下と良好
であった。さらに、磁束密度も1.5T以上の高い値を
示した。これらの薄帯は例えば電力トランスの鉄心とし
て用いるのに良好な特性を示した。
【0019】これに対して、表1中に比較例として示す
No.13〜18の薄帯において、例えばNo.13,14
の場合Bの含有量が12.3%を超えても板厚変動は1
0%以下の値を示し鉄損および励磁電力ともに低い値を
示したが、Feの含有量が低下したので磁束密度は1.
5T未満となった。また、No.15〜18の薄帯におい
ては、板厚が50μmを超えているものの板厚変動が1
0%を超えており、そのため鉄損および励磁電力が、そ
れぞれ0.3W/kg,0.5W/kgを超え、高い値を示し
た。これらの薄帯は電力トランスの鉄心などに用いるに
は好ましくないものであった。
【0020】
【表1】
【0021】
【発明の効果】本発明により、板厚が50μm以上で板
厚変動が10%以下の厚い板厚変動が良好な薄帯の製造
を可能とするアモルファス合金を提供できるようになっ
たことから、電力トランスなどの鉄心用材料の分野にお
いて、磁気特性が良好で、トランス作製時の作業性を改
善するアモルファス薄帯の提供が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】薄帯板厚変動と薄帯を用いて作製したコイルの
鉄損との関係を示す図表。
【図2】薄帯板厚変動と薄帯を用いて作製したコイルの
励磁電力との関係を示す図表。
【図3】本発明の薄帯を製造するためのノズルの1例を
示す模式説明図。
【図4】本発明の薄帯の製造実例の1例を示す模式説明
図。
【図5】本発明の合金を用いて薄帯を製造する際の薄帯
板厚の増大機構を示す模式説明図。
【符号の説明】
1 ノズル 2 ノズル開口(後方) 2′ ノズル開口(前方) 3 冷却基板 4 ルツボ 5 溶融試料 6 パドル(後方) 6′ パドル(前方) 7 薄帯 8 パドル6で形成された薄帯 8′ パドル6′形成された薄帯
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 坂本 広明 川崎市中原区井田1618番地 新日本製鐵株 式会社先端技術研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 原子%でFe:80.0%以上82.0
    %以下、 B :10.0%以上12.3%以下、 Si:5.5%以上7.0%以下、 C :0.5%以上2.0%以下 残部は不可避的な不純物よりなる合金であって、板厚が
    50μm以上で板厚変動が10%以下のアモルファス合
    金薄帯であることを特徴とする鉄系アモルファス合金。
JP25665693A 1993-10-14 1993-10-14 鉄系アモルファス合金 Pending JPH07113151A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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