JPH09195010A - Ｆｅ−Ｃｏ合金と、この合金のストリップの製造方法と、得られるストリップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 公知の合金よりもコバルト含有率を低くし
て、安価で、冷間圧延が可能で、しかも、従来の合金に
近い磁気特性を有するFe-Co 合金と、この合金のストリ
ップの製造方法と、得られたストリップ。 【解決手段】 下記化学組成（重量％）を有するFe-Co
合金： ５％≦Co≦40％ ０％≦Si≦５％ 0.2 ％≦Al≦５％ 0.5 ％≦Si＋Al≦５％ 残部は鉄および不可避不純物

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電気機械の磁気回路
の製造で用いられるFe-Co 合金に関するものである。

【０００２】

【従来技術】電気モーター、変圧器、継電器等の電気機
械は所定の磁気特性を有する合金のストリップから切り
出した部品を積重ねて構成される磁気回路を有してい
る。この磁気特性は電気機械の比エネルギーが大きくな
るほど優れたものでなければならない。例えば、航空機
や高速鉄度等の旅客用車両に搭載される機械の場合であ
る。すなわち、これらの用途では機器重量を最小限に抑
えて、比エネルギーすなわち単位重量当たりの動力を大
きくしなければならない。比エネルギーが大きい機械の
磁気回路は約50重量％のコバルトと２％のバナジウムと
を含み、残部が鉄と不純物より成るFe-Co 合金を用いて
作られることが多いが、この合金にはいくつか欠点があ
る。すなわち、この合金はα−γ相転移があるため熱処
理によって磁気特性を変える余地が大きく制限される。
しかも、この合金は一般に電気抵抗が極めて小さく、極
めて高価である。

【０００３】ドイツ国特許第DE-C-705 516号には、２％
〜18％のコバルトと１〜６％の珪素とを含むFe-Co-Si合
金を用いることが提案されている。しかし、十分な磁気
特性を得るためには合金の珪素含有率を３％以上にしな
ければならず、その場合には合金が極めて脆弱になり、
満足な冷間圧延を行うことができず、磁気回路内での渦
電流損失を減らすのに必要な薄さを確保することができ
なくなるため、この合金は上記の問題を十分に解決する
ものではない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上記問
題点を解決して、公知の合金よりもコバルト含有率を低
くして、安価で、冷間圧延が可能で、しかも、従来の合
金に近い磁気特性を有するFe-Co 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】本発明の対象は下記化学
組成（重量％）を有するFe-Co 合金にある： ５％≦Co≦40％ ０％≦Si≦５％ 0.2 ％≦Al≦５％ 0.5 ％≦Si＋Al≦５％ 残部は鉄と不可避不純物

【０００６】

【発明の実施の形態】不可避不純物としては、特にクロ
ム、チタン、ゲルマニウム、バナジウムおよびモリブデ
ン等の元素と、炭素、酸素、窒素、硫黄およびリン等の
元素とを挙げることができる。炭素、酸素、窒素、硫黄
およびリンの不純物含有率は下記： Ｃ≦0.03％ Ｏ≦0.005 ％ Ｎ≦0.003 ％ Ｓ≦0.003 ％ Ｐ≦0.003 ％ であるのが好ましく、クロム、チタン、ゲルマニウム、
バナジウムおよびモリブデン含有率の合計は0.5 ％以下
でなければならない。上記化学組成は下記関係式： 10％≦Co≦35％、Si≧2.5 ％、Al≧1.5 ％ または Si
＋Al≧1.5 ％ の少なくとも１つを満足するのが好ましい。

【０００７】本発明の他の対象は、下記工程からなる本
発明合金から成るストリップの製造方法にある： a) 減圧下またはアーク炉内で合金を製錬し、その後取
鍋内冶金操作(in-ladlemetallurgy operation) を行
い、必要に応じて一次凝固を行った後、減圧下または電
気伝導性スラグ下で合金を再溶融して中間製品とし、 b) 中間製品を熱間圧延して厚さ１〜６mmの熱間圧延ス
トリップとし、 c) 熱間圧延ストリップを酸洗し、必要に応じて 200℃
〜600 ℃に再加熱して圧延し、厚さ0.05mm〜0.5 mmの冷
間圧延ストリップにし、 d) 850 ℃〜1200℃で１〜10時間熱処理し、絶縁層を被
覆する、

【０００８】絶縁層被覆は、ストリップの熱処理後に少
なくとも１層の無機または有機のワニス層を被覆する
か、熱処理前に少なくとも１層のマグネシウムメトキシ
ド層を被覆することで行う。合金の珪素含有率が２％以
上の場合には、絶縁層の被覆は熱処理前のストリップに
マグネシアミルク層を塗布することで行うことができ
る。本発明のさらに他の対象は、少なくとも１層の電気
絶縁層で被覆された本発明合金から成る鋼板、好ましく
は(100)[001]立方晶組織または(110)[001]組織を有する
鋼板と、電気工学機械の製造でのその利用にある。

【０００９】本出願人は、必要に応じて珪素を含むFe-C
o 合金にアルミニウムを添加することによって合金の飽
和磁化を過度に低下させずに合金の電気固有抵抗を大幅
に大きくでき、任意成分の珪素の含有率を考慮しながら
アルミニウムの含有率を適当に選択することによって、
α−γ相転移を消失させることができ、しかも冷間圧延
に適した十分な延性を有する材料が得られ、それによっ
て、熱処理と好ましい組織成長とによって磁気特性が改
良したストリップを製造することができるということを
見出した。

【００１０】本発明合金は鉄および不可避不純物の他に
下記a)およびb)を含む： a) 鉄の飽和磁気を改善可能な元素として公知な唯一の
元素であるコバルトを５〜40％、好ましくは10％〜35％
(コバルトは非常に高価な元素なので、その含有率は各
用途で要求される磁気特性を得るための必要最低限の量
に調節する) b) γ相存在の範囲を狭めるためのアルミニウムを0.2
％〜５％と、珪素を０％〜５％（アルミニウムは電気固
有抵抗を高めるとともに、低温での延性を損なわないと
いう利点もある。珪素もγ相存在の範囲を狭めるが、珪
素には冷間圧延を困難にするという欠点がある。好まし
くは、アルミニウム含有率を1.5 ％以上にするか、珪素
含有率を2.5 ％以上にするか、珪素とアルミニウムとの
合計含有率を1.5 ％以上にする。すなわち、これら以上
の値ではγ相が存在しないので、高温での熱処理を行っ
て粒子を粗くするし且つ好ましい組織を成長させ、磁気
特性を改良することができる）

【００１１】製造に起因する不可避不純物は特にクロ
ム、チタン、ゲルマニウム、バナジウムおよびモリブデ
ン等の元素で、これらの含有率の合計は 0.5％を越えな
い限りは許容される。他の不純物は炭素、酸素、窒素、
硫黄およびリンのような元素であり、これらの含有率は
できるだけ低くなければならず、好ましくは、Ｃ≦0.03
％、Ｏ≦0.005 ％、Ｎ≦0.003 ％、Ｓ≦0.03％、Ｐ≦0.
003 ％にするのが好ましい。十分な純度を確保するため
に、合金を減圧炉またはアーク炉で製錬した後に、取鍋
内(in-ladle)減圧処理し、中間製品の形に鋳造する。合
金は減圧下または電気伝導性スラグの下で再溶融させる
のが有利である。この場合には、減圧製錬後または取鍋
内減圧処理操作後に合金を再溶融用電極の形に鋳造し、
これを減圧下または電気伝導性スラグの下で再溶融させ
て中間製品にする。中間製品は高温のまま再加熱炉へ移
し、圧延温度まで昇温する。その後、熱間圧延して厚さ
約１mm〜約６mmの圧延ストリップにする。その後、圧延
ストリップを酸洗し、必要に応じて 200℃〜600 ℃に加
熱した後に、必要に応じて700 ℃〜1100℃のアニール操
作を挟みながら、数回のパス数で冷間圧延（ストリップ
を加熱した場合には温間圧延）して一般に厚さ0.05mm〜
0.5 mmの冷間圧延ストリップを製造する。

【００１２】場合によっては、冷間圧延と中間アニーリ
ング操作とを繰り返すことによって特に優れた磁気特性
を得る上で好ましい(100)[001]立方晶組織または(110)
[001]組織を得ることができる。アルミニウムまたは珪
素の酸化を防ぐために中間アニール操作は純粋な乾燥水
素雰囲気下で行わなければならない。次いで、冷間圧延
ストリップを熱処理すなわち 850℃〜1200℃に加熱して
１〜10時間この温度に保持し、少なくとも１層の電気絶
縁層で被覆する。熱処理は純粋な乾燥水素雰囲気下で行
って、粒子を大きくし、磁気特性を向上させる。

【００１３】少なくとも１層の電気絶縁層は無機または
有機のワニスを熱処理後に被覆するか、マグネシウムメ
トキシド(methylate) を熱処理前に被覆させて得られ
る。合金の珪素含有率が十分高い場合 (２％以上の場
合) には、熱処理の前にストリップにマグネシアミルク
を塗布して少なくとも１層の電気絶縁層を作ることがで
きる。熱処理中、ストリップ表面に存在する珪素がマグ
ネシアと反応して絶縁ガラス層が形成される。こうして
得られたストリップを切断して作った小片を互いに積層
することによって変圧器、電気モーター、継電器、その
他任意の電気機械の磁気回路を構成することができる。
本発明ストリップは、低い抗磁場 (Hc＜0.55 Oe 、1 Oe
=79.577 A/m)と、高い電気固有抵抗（ρ＞33μ. Ω.cm)
とを有し、従って、高い比エネルギーを有する電気機械
の磁気回路、特に高速列車または航空機等の車両に装備
される磁気回路の製造に適している。

【実施例】

【００１４】以下、本発明の実施例を説明するが、本発
明が下記実施例に限定されるものではない。実施例とし
て、下記の合金Ｃ〜Ｆを製造した（重量％）：

【００１５】各合金は減圧炉内で製錬し、熱間圧延し、
その後、冷間圧延して厚さ0.2 mmのストリップにした。
ストリップは水素中で熱処理した。熱処理条件および得
られる磁気特性は下記の通り：

【００１６】比較のために、従来のFe-Co 合金（記号
Ａ）のストリップを作った。この合金の化学組成は下記
の通り：

【００１７】このストリップを900 ℃および1000℃で熱
処理した後の特性は下記の通り：

【００１８】本発明合金は電気固有抵抗が高く、抗磁場
が低く、合金Ａに匹敵する磁化を有することが分かる。
通常の従来法によるFe-Co 合金は15％以上のコバルトを
含み、この合金から成るストリップは下記特性を有す
る：

【００１９】

【００２０】本発明合金はコバルト含有率がはるかに低
いにも係わらず、同等な電気抵抗を有し、抗磁場ははる
かに小さく、ほぼ同等な磁化を示す。これらの結果は本
発明合金の有利性を示している。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下記化学組成（重量％）を有するFe-Co
   合金： ５％≦Co≦40％ ０％≦Si≦５％ 0.2 ％≦Al≦５％ 0.5 ％≦Si＋Al≦５％ 残部は鉄および不可避不純物。
2. 【請求項２】 炭素、酸素、窒素、硫黄およびリンであ
   る不可避不純物の含有率が下記の範囲にある請求項１に
   記載の合金： Ｃ≦0.03％ Ｏ≦0.005 ％ Ｎ≦0.003 ％ Ｓ≦0.003 ％ Ｐ≦0.003 ％
3. 【請求項３】 クロム、チタン、ゲルマニウム、バナジ
   ウムおよびモリブデンである不可避不純物の含有率の合
   計が0.5 ％以下である請求項１または２に記載の合金。
4. 【請求項４】 10％≦Co≦35％である請求項１〜３のい
   ずれか一項に記載の合金。
5. 【請求項５】 Si≧2.5 ％である請求項１〜４のいずれ
   か一項に記載の合金。
6. 【請求項６】 Al≧1.5 ％である請求項１〜４のいずれ
   か一項に記載の合金。
7. 【請求項７】 Si＋Al≧1.5 ％である請求項１〜４のい
   ずれか一項に記載の合金。
8. 【請求項８】a) 減圧下またはアーク炉内で合金を製錬
   し、その後取鍋内冶金操作を行い、必要に応じて一次凝
   固を行った後、減圧下または電気伝導性スラグ下で合金
   を再溶融して中間製品とし、 b) 中間製品を熱間圧延して厚さ１〜６mmの熱間圧延ス
   トリップとし、 c) 熱間圧延ストリップを酸洗し、必要に応じて 200℃
   〜600 ℃に再加熱して圧延し、厚さ0.05mm〜0.5 mmの冷
   間圧延ストリップにし、 d) 850 ℃〜1200℃で１〜10時間熱処理し、絶縁層を被
   覆する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項
   に記載の合金のストリップの製造方法。
9. 【請求項９】 熱処理後に少なくとも１層の無機または
   有機のワニス層でストリップを被覆するか、熱処理前に
   少なくとも１層のマグネシウムメトキシド層で被覆する
   ことによって絶縁層を形成する請求項８に記載の方法。
10. 【請求項１０】 合金の珪素含有率が２％以上の場合、
    熱処理前にストリップにマグネシアミルクを塗布して絶
    縁層を形成する請求項８に記載の方法。
11. 【請求項１１】 請求項１〜７のいずれか一項に記載の
    合金より成るストリップ。
12. 【請求項１２】 立方晶組織(100)[001]または組織(11
    0)[001]を有する請求項11に記載のストリップ。
13. 【請求項１３】 少なくとも１層の電気絶縁層で被覆さ
    れた請求項11または12に記載のストリップ。