JPH09202946A - Fe系非晶質合金薄帯 - Google Patents
Fe系非晶質合金薄帯Info
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- JPH09202946A JPH09202946A JP1006696A JP1006696A JPH09202946A JP H09202946 A JPH09202946 A JP H09202946A JP 1006696 A JP1006696 A JP 1006696A JP 1006696 A JP1006696 A JP 1006696A JP H09202946 A JPH09202946 A JP H09202946A
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Abstract
を用いず、安価な鉄源を使用しても良好な特性を示す合
金薄帯を提供すると共に、薄帯の歩留りを向上させた薄
帯を提供する。 【解決手段】 Fe、Si、B、Cの主要元素および不
純物で構成される薄帯であり、主要元素の組成がFea
SibBcCdで表され、さらに、不純物として重量%
で、P0.008%以上0.1%以下、Mn0.15%
以上0.5%以下、S0.004%以上0.05%以下
を含有する交流における軟磁気特性に優れたFe系非晶
質合金薄帯。ただし、a、b、cおよびdは原子%で、
80<a≦82、2≦b<5、14≦c≦16、0.0
2≦d≦4、a+b+c+d=100である。これによ
って、合金薄帯の鉄源に低品位の材料の使用が可能とな
り、その結果、薄帯製造時の合金コストの低減が実現
し、安価な薄帯を製造することができる。
Description
周波トランスなどの鉄心に用いられるFe系非晶質合金
薄帯に関するものである。
て、連続的に薄帯や線を製造する方法として遠心急冷
法、単ロール法、双ロール法、等が知られている。これ
らの方法は、高速回転する金属製ドラムの内周面または
外周面に溶融金属をオリフィス等から噴出させることに
よって、急速に溶融金属を凝固させて薄帯や線を製造す
るものである。また、合金組成を適正に選ぶことによっ
て、液体金属に類似した非晶質合金を得ることができ、
磁気的性質あるいは機械的性質に優れた材料を製造する
ことができる。
ら多くの用途において工業材料として有望視されてい
る。その中でも、電力トランスや高周波トランスなどの
鉄心材料の用途としては、鉄損が低く、かつ、飽和磁束
密度および透磁率が高いこと、等の理由からFe系非晶
質合金薄帯、例えば、FeSiB系、等が採用されてい
る。
物は鉄損等を劣化させるため、従来から不純物を極力低
く抑えた合金素材が用いられてきた。すなわち、鉄源と
しては電解鉄が用いられていた。具体的に抑制されてい
た不純物としてはPおよびSがあり、特開昭59−16
947号公報では、Sを0.02重量%以下、Pを0.
015重量%以下に規定している。この公報には、Pは
鉄損を劣化させる元素として、また、Sは脆性を促進す
る元素として記載されている。組成は、Feを86〜9
5重量%、Siを0〜11重量%、Bを2〜4重量%、
Cを0〜1.5重量%に規定しており、これを原子%表
示に換算すると、Feが65.9〜85.4原子%、S
iが0〜18.3原子%、Bが8.3〜17.6原子
%、Cが0〜6.1原子%の広範囲をとっている。
は、Fe−Si−B系非晶質薄帯における各種不純物元
素の最大許容量が示されており、例えば、Pは0.00
8原子%以下、Mnは0.12原子%以下、Sは0.0
2原子%以下と規定されている。この公報ではFeが7
8.5原子%超80原子%未満、Siが5原子%以上1
0原子%以下、Bが13原子%以上16原子%以下に規
制されているから、各不純物元素の最大許容量を重量%
表示に換算すると、Pが0.0053重量%以下、Mn
が0.14重量%以下、Sが0.0136重量%以下と
なる。この公報においても不純物元素は特性を劣化させ
る元素とされている。
量の許容値がこれらの公報に示されているようにかなり
小さいために、鉄鋼石を原料とした通常の製鋼プロセス
で生産される鋼を非晶質合金薄帯の鉄源に使用すること
は困難と考えられていた。なぜならば、これらの鉄源に
は許容量以上の不純物が含まれているからである。
来、不純物元素の許容量がかなり低かったために、電解
鉄等の高純度な鉄源を使用しなければならなかった。高
純度な鉄源は高価であるために、薄帯合金コストが高く
なり、これが薄帯の製造コストを高くする一因になって
いた。薄帯を工業材料として広く普及させるためには、
製造コストを低減しなければならず、そのために、薄帯
合金コストを低減させることが強く望まれていた。ま
た、従来、1ロットの中で特性のばらつきがあり、これ
が歩留りを低下させ、製造コストを高くする一因になっ
ていた。
解鉄等の高純度鉄源を用いず、安価な鉄源を使用しても
良好な特性を示す合金薄帯を提供すると同時に、薄帯の
歩留りを向上させた薄帯を提供することにある。
するためには、鉄源として、例えば、不純物をある程度
含有する低品位な鉄源を使用できるようにすれば良い。
一般に、低品位な鉄源は安価である故、合金コストを低
減できるからである。本発明者らは、不純物元素とし
て、特に、P、Mn、Sに注目し、これらの不純物元素
の含有量が異なる各種のFe−Si−B−C合金を用い
て実験を行った。その結果、Pを微量含有すると、その
他の不純物を従来より多く含有しても、薄帯の特性劣化
は起こらないことを見い出した。すなわち、従来よりも
不純物量を大きくできるという知見を得るに至った。
において、Fe、Si、B、Cの量を限られたある狭い
範囲に限定することによって、鉄損が改善されるととも
に、1ロットにおける特性のばらつきが少ない薄帯が安
定して得られ、歩留りが向上することを見い出した。こ
れらの知見を基に検討を重ね、本発明を完成するに至っ
たのである。
成される薄帯であり、主要元素の組成がFeaSibB
cCdで表され、不純物として重量%で、P0.008
%以上0.1%以下、Mn0.15%以上0.5%以
下、S0.004%以上0.05%以下を含有する、交
流における軟磁気特性に優れたFe系非晶質合金薄帯。
ただし、a、b、cおよびdは、原子%で、 80<a≦82 2≦b<5、 14≦c≦16、 0.02≦d≦4、 であり、a+b+c+d=100である。 (2)磁束密度1.3T(テスラ)、周波数50Hz
(ヘルツ)での単板測定による鉄損が0.12W/kg
以下であることを特徴とする前記(1)に記載の交流に
おける軟磁気特性に優れたFe系非晶質合金薄帯。 (3)1ロットにおける磁束密度1.3T、周波数50
Hzでの単板測定による鉄損の最大値をWmax 、最小値
をWmin とした場合、(Wmax −Wmin )/Wmin ≦
0.15であることを特徴とする前記(1)および
(2)に記載の交流における軟磁気特性に優れたFe系
非晶質合金薄帯。
特徴は、従来、特性を劣化させる元素とされてきたPを
0.008重量%以上0.1重量%以下の範囲で積極的
に含有させることによって、Mnが0.15重量%以上
0.5重量%以下、Sが0.004重量%以上0.05
重量%以下の如く、MnおよびSを従来の許容値以上含
む安価な鉄源の使用を可能にしたことである。また、こ
れらの不純物を含んだ系において最適成分範囲を探索し
ていたところ、Feを80原子%超82原子%以下、S
iを2原子%以上5原子%未満、Bを14原子%以上1
6原子%以下の狭い限られた範囲に限定することによっ
て、鉄損が改善されるとともに、1ロットにおける鉄損
のばらつきが減少し、薄帯の歩留りを向上させることが
できたことである。
いて述べる。Pを0.008重量%以上0.1重量%以
下の範囲にすると、前記したような安価な原料を用いた
場合でも単板測定による鉄損W13/50 (磁束密度1.3
T、周波数50Hzにおける鉄損)が0.12W/kg
以下の低い値を示す。Fe−Si−B系非晶質合金薄帯
を電力トランス等の鉄心として使う場合、鉄損はできる
だけ低くすることが要求されるが、W13/50 が0.12
W/kg以下であれば非晶質薄帯として十分な特性を発
揮することができる。一方、Pの含有量が0.008重
量%未満の場合には、不純物元素MnおよびSの許容量
を拡大する効果が現れず、鉄損W13/50 を0.12W/
kg以下にすることができなくなる。Pの含有量を0.
1重量%超とすると、もはやP添加による不純物許容量
拡大効果は現れなくなる。したがって、Pの含有量を
0.008重量%以上0.1重量%以下に限定した。さ
らに、大きな不純物許容量拡大効果を得るためには、P
の含有量を0.01重量%以上0.03重量%以下にす
ることが好ましい。
述べる。Mnを0.5重量%超、Sを0.05重量%超
含有する場合には、Pを0.008重量%以上0.1重
量%以下含有しても、薄帯の鉄損値は0.12W/kg
以下にすることができなくなる。したがって、Mnを
0.5重量%以下、Sを0.05重量%以下に限定し
た。一方、Mnを0.15重量%より少なくする場合、
Sを0.004重量%より少なくする場合には、もは
や、安価な鉄源を使うことができなくなり、従来のよう
に高価な高純度な鉄源を使用しなければならなくなる。
その結果、合金コストが増大し好ましくない。したがっ
て、Mnを0.15重量%以上、Sを0.004重量%
以上に限定した。さらに、Mn、Sの不純物元素の含有
量は、本発明で限定する範囲内においてできるだけ少な
い方が好ましく、Mnを0.15重量%以上0.3重量
%以下、Sを0.004重量%以上0.02重量%以下
にすることが好ましい。
適値を探索しているうちに、主要構成元素であるFe、
Si、B、Cの各元素の含有量を狭い限られた範囲に限
定すると、鉄損W13/50 が0.12W/kg以下になる
とともに、1ロットにおける鉄損の最大値をWmax 、最
小値をWmin とした場合、(Wmax −Wmin )/Wmin
≦0.15となって1ロットの全長に渡って均一な特性
を持つ薄帯が得られることを見い出した。これは、F
e、Si、B、Cの各元素の範囲を限定することによっ
て、非晶質形成能が安定化し、その結果、全長に渡って
均質な構造を持つ薄帯が得られることによるものと考え
られる。Feの含有量は通常、70原子%以上であれば
鉄心としての実用的なレベルの飽和磁束密度が得られる
が、1.6T以上のより高い飽和磁束密度とするために
はFeを80原子%超にする必要がある。一方、Feの
含有量が86原子%超となると、非晶質の形成が困難と
なるが、非晶質を安定して得るためにはFe含有量を8
2原子%以下にすればよいことを見い出した。以上のこ
とから、Fe含有量を80原子%超82原子%以下の範
囲に限定した。
安定性を向上させるために添加する。Siが2原子%未
満、Bが14原子%未満では非晶質が安定して得られ
ず、(Wmax −Wmin )/Wmin ≦0.15を満たすこ
とができなくなる。本発明のように不純物が含まれる鉄
源を使用する場合には、Siを5原子%以上にすると、
(Wmax −Wmin )/Wmin ≦0.15を満たすことが
できなくなる。また、Bを16原子%超にすると、不純
物が含まれる鉄源を使用する場合には脆化が進み好まし
くなくなるとともに、原料コストが高くなってしまう。
したがって、Siを2原子%以上5原子%未満、Bを1
4原子%以上16原子%以下の狭い範囲に限定した。
である。Cを含有させることによって、溶湯と冷却基板
の濡性が向上して良好な薄帯を形成することができる。
Cが0.02原子%より少ない場合には、この効果が得
られない。また、Cを4原子%より多く含有させてもこ
の効果の向上は認められない。したがって、Cを0.0
2原子%以上4原子%以下に限定した。
使用しなければ低い鉄損が得られなかったのに対して、
本発明のように従来の許容値以上の不純物が含まれる鉄
源を用いてもW13/50 ≦0.12W/kgの低い鉄損が
得られる。また、Fe、Si、B、Cの含有量を従来よ
りも極狭い範囲に絞り込むことによって、1ロットにお
いて、(Wmax −Wmin )/Wmin ≦0.15という鉄
損が安定した薄帯が得られるようになった。これによっ
て、薄帯の合金コストの削減が可能になり、さらに、歩
留りの向上から、薄帯を安価に製造することが可能にな
った。
合、先ず、Fe、Si、B、Cの含有量を原子%で決定
し、次に、それに対して、Pが0.008重量%以上
0.1重量%以下、Mnが0.15重量%以上0.5重
量%以下、Sが0.004重量%以上0.05重量%以
下の本発明の範囲内に入るように、これらの不純物を含
んだ安価な鉄源の成分スペックを決定するのである。例
えば、Fe、Si、B、Cの好ましい合金組成は、原子
%で示すとFebal Si3.3 B15.5C1 、Febal Si
2.2B15.1C1 、等である。
ある製鋼プロセスで生産される一部の鋼種を合金の鉄源
に使用することが可能になったが、本発明の薄帯を製造
するための鉄源は、この製鋼プロセスで生産される鋼種
に限定されるわけではない。
し、溶湯をスロットノズル等を通して高速で移動してい
る冷却基板の上に噴出し、該溶湯を急冷凝固させる方
法、例えば、単ロール法、双ロール法によって製造する
ことができる。単ロール装置には、ドラムの内壁を使う
遠心急冷装置、エンドレスタイプのベルトを使う装置、
および、これらの改良型である補助ロールやロール表面
温度制御装置を付属させたもの、減圧下あるいは真空
中、または不活性ガス中での鋳造装置も含まれる。本発
明では、薄帯の板厚、板幅などの寸法は特に限定しない
が、薄帯の板厚は、例えば、10μm以上100μm以
下が好ましい。また、板幅は20mm以上が好ましい。
る。実施例1 Pを0.018重量%、Mnを0.21重量%、Sを
0.006重量%含有させたFe−Si−B−C合金を
アルゴン雰囲気中で溶解し、単ロール法で薄帯に鋳造し
た。鋳造雰囲気は大気中である。この際、表1に示すよ
うにFe、Si、B、C含有の割合を変化させて、これ
らの元素の含有割合と薄帯特性との関係を調べた。F
e、Si、B、Cの割合は、Fe+Si+B+C=10
0原子%として表示してある。使用した単ロール薄帯製
造装置は、直径580mmの銅合金製冷却ロール、試料
溶解用の高周波電源、先端にスロットノズルが付いてい
る石英るつぼ等から構成される。この実験では、長さ2
5mm、幅0.4mmのダブルスロットノズルを使用し
た。スロット間隔は1mmである。得られた薄帯の板厚
は、約50μmであった。
ter)を用いて行った。測定条件は磁束密度1.3T、周
波数50Hzである。鉄損測定用試料には、1ロットの
全長に渡って12箇所から120mm長さに切断した薄
帯を用い、それらの薄帯を360℃で1時間磁場中でア
ニールを行って測定に供した。アニール中の雰囲気は窒
素である。
−Wmin )/Wmin )の値を、表1に示した。Wmax 、
Wmin は、それぞれ1ロットの中での鉄損の最大値およ
び最小値である。
かなように、P、Mn、Sを本発明範囲内で含有し、F
eを80原子%超82原子%以下、Siを2原子%以上
5原子%未満、Bを14原子%以上16原子%以下、C
を0.02原子%以上4原子%以下の本発明の狭い範囲
にすることによって、磁束密度1.3T、周波数50H
zにおける鉄損が0.12W/kg以下になり、かつ、
(Wmax −Wmin )/Wmin が0.15以下となり、薄
帯の全長に渡って均一な軟磁気特性に優れた薄帯が得ら
れる。これに対して、試料No.25〜34に示す比較
例の成分範囲では、鉄損は0.12W/kgより大きく
なる部位が存在し、(Wmax −Wmin )/Wmin も0.
15より大きくなってしまうか、あるいは、(Wmax −
Wmin )/Wmin が0.15以下の場合でも薄帯の脆化
が大きくなってしまった。以上のことから、本発明によ
って、P、Mn、Sを含有している従来よりも低品位な
素材を使用できることがわかった。
e80.2Si3.3 B15.5C1 なる組成に対して、P、M
n、Sが種々の割合で含有している合金を用いて、単ロ
ール法で薄帯を鋳造した。用いた装置は実施例1のもの
と同じである。ただし、スロットノズルは長さ25m
m、幅0.6mmのシングルスロットノズルを使用し
た。得られた薄帯の板厚は、約35μmであった。薄帯
の鉄損を評価するための測定片の採取方法および測定条
件は実施例1と同じである。その評価結果を、表2に示
す。
かなように、Pが0.008重量%以上0.1重量%以
下、Mnが0.15重量%以上0.5重量%以下、Sが
0.004重量%以上0.05重量%以下の本発明範囲
内にある場合、磁束密度1.3T、周波数50Hzにお
ける鉄損が0.12W/kg以下になり、かつ、(Wma
x −Wmin )/Wmin が0.15以下となり、薄帯の全
長に渡って均一な軟磁気特性に優れた薄帯が得られる。
これに対して、試料No.16〜25に示したように、
P、Mn、Sの少なくとも一元素が本発明の範囲を外れ
る場合には、鉄損は0.12W/kgより大きくなる部
位が存在してしまう。さらに、試料No.22〜25で
は(Wmax −Wmin )/Wmin も0.15より大きくな
ってしまった。
い場合、すなわち、従来の電解鉄を用いた場合には本発
明のFe−Si−B−Cの狭い組成範囲では0.12W
/kg以下の鉄損は得られない。したがって、本発明の
組成範囲は、P、Mn、Sの不純物が所定量存在する時
にのみ現れる低鉄損領域であることが分る。以上のこと
から、本発明によれば、P、Mn、Sが含有している従
来よりも低品位な素材を使用できる。
1と同様の単ロール薄帯製造装置および製造条件を用い
て薄帯を製造した。使用した鉄源の組成は、0.003
3重量%C、0.82重量%Si、0.0178重量%
P、0.21重量%Mn、0.006重量%S、残部F
eである。また、得られた薄帯の組成はFe80.4Si
3.2 B15.4C1.0 (原子%)に対して、0.017重量
%P、0.20重量%Mn、0.005重量%Sが含有
しているものであった。薄帯の板厚は約50μmであっ
た。
の最大値Wmax は0.094W/kg、最小値Wmin は
0.088W/kgであり、(Wmax −Wmin )/Wmi
n =0.07となって、薄帯の全長に渡って均一な軟磁
気特性に優れた薄帯が得られた。以上のことから、本発
明によって、P、Mn、Sが含有している従来よりも低
品位な素材を使用できることが分る。
位の材料の使用が可能となり、その結果、薄帯製造時の
合金コストの低減が実現し、安価な薄帯を製造すること
ができる。
Claims (3)
- 【請求項1】Fe、Si、B、Cの主要元素および不純
物で構成される薄帯であり、主要元素の組成がFeaS
ibBcCdで表され、不純物として、重量%で、P
0.008%以上0.1%以下、Mn0.15%以上
0.5%以下、S0.004%以上0.05%以下を含
有することを特徴とする、交流における軟磁気特性に優
れたFe系非晶質合金薄帯。ただし、a、b、cおよび
dは、原子%で、 80<a≦82 2≦b<5、 14≦c≦16、 0.02≦d≦4、 であり、a+b+c+d=100である。 - 【請求項2】磁束密度1.3T、周波数50Hzでの単
板測定による鉄損が0.12W/kg以下であることを
特徴とする請求項1に記載の交流における軟磁気特性に
優れたFe系非晶質合金薄帯。 - 【請求項3】1ロットにおける磁束密度1.3T、周波
数50Hzでの単板測定による鉄損の最大値をWmax 、
最小値をWmin とした場合、(Wmax −Wmin )/Wmi
n ≦0.15であることを特徴とする請求項1および2
に記載の交流における軟磁気特性に優れたFe系非晶質
合金薄帯。
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