JPH10317091A

JPH10317091A - 鉄系非晶質合金薄帯の製造方法

Info

Publication number: JPH10317091A
Application number: JP9133439A
Authority: JP
Inventors: Nobuisa Shiga; 信勇志賀; Fumio Kogiku; 史男小菊; Kanenori Matsuki; 謙典松木
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 1998-12-02

Abstract

(57)【要約】【解決手段】超急冷法によって鉄系含ボロン非晶質合金
薄帯を製造するに際し、合金薄帯中のTi含有量をｘ（wt
％）、Al含有量をｙ（wt％）としたときに、下記式 (1)
〜(3) のいずれかの条件を満足するように、原料、母合
金の選別または脱Ti、脱Al処理の一方あるいは両方を行
う。記ｘ＜0.001 の場合に、ｙ≦0.3 --
- (1) ｙ＜0.001 の場合に、ｘ≦0.03 --
- (2) ｘ≧0.001 かつｙ≧0.001 の場合に、 (logｘ＋３）／1.5 ＋(logｙ＋３）／2.5 ≦１ --
- (3) 【効果】鉄系非晶質合金について、その磁気特性の向上
を大幅なコストダウンと共に達成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業用の利用分野】この発明は、電力用トランスをは
じめとして、高い磁気特性が要求される電力変換器の鉄
心などの用途に供して好適な鉄系非晶質合金薄帯の製造
方法に関し、特に鉄損特性の向上ならびに製造コストの
低減を図ろうとするものである。

【０００２】

【従来の技術】Fe基、特にFe−Ｂ−Si系およびFe−Ｂ−
Si−Ｃ系の溶融合金を、単ロール法等により 10⁵〜10⁶
℃／ｓの冷却速度で急冷凝固して得られる非晶質合金薄
帯は、低鉄損などの優れた磁気特性を示し、主に電力用
トランスの鉄心として用いられている。しかしながら、
原料の一つであるボロンは極めて高価であり、特にFe−
Ｂ−Si系およびFe−Ｂ−Si−Ｃ系合金等において非晶質
化が可能で優れた磁気特性を有するものは、一般に２wt
％（７at％）以上のボロンを含有しているため、結果的
に原料コストが上昇して、商業化の大きな妨げとなって
いた。

【０００３】薄帯の製造コストの低減には、安価な原料
または母合金の使用が有効であり、それを可能にするた
めには、薄帯の磁気特性に悪影響を及ぼすTiの低減が不
可欠とされる。この点については、例えば特開昭59-641
43号公報に、溶湯中のTi量を0.02wt％以下に抑制するこ
とが、また特公平５-32150号公報には、溶融還元法によ
るフェロボロン製造時のTi量を0.04wt％以下に抑制する
ことが示されている。さらに特公平８−9753号公報に
は、Ti, Al, Zr量のいずれかが0.01wt％以上含有される
場合には、SnまたはＳの添加が必要であることが示され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは、上記の示
唆に基づき、安価な原料を用いて非晶質合金薄帯の製造
を試みたが、上記の従来技術に従って製造したにもかか
わらず、高純度原料を用いて製造した非晶質合金薄帯と
比較して、磁気特性が著しく劣化する場合が発生した。
このことは、磁気特性の改善にとって、Ti量を低減する
だけでは不十分であり、Ti量と他の元素量との関連によ
る磁気特性への影響を検討し、磁気特性の劣化を防止す
る必要があることを示している。

【０００５】この発明は、上記の実情に鑑み開発された
もので、安価な原料を用いた場合であっても磁気特性の
劣化がない鉄系非晶質合金薄帯の有利な製造方法を提案
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】さて、発明者らは、上記
の目的を達成すべく、非晶質合金薄帯の成分分析と磁気
特性測定により、不純物の影響を綿密に調査した結果、
Tiの他にAlが磁気特性と強い相関を持つこと、しかもTi
とAlが同時に含有された場合には、これらの相乗効果に
よって磁気特性が著しく劣化することの知見を得た。こ
の発明は、上記の知見に基づいて、さらに実験と検討を
重ねた末に、完成されたものである。

【０００７】すなわち、この発明は、超急冷法によっ
て、鉄系含ボロン非晶質合金薄帯を製造するに際し、合
金薄帯中のTi含有量をｘ（wt％）、Al含有量をｙ（wt
％）としたときに、下記式 (1)〜(3) のいずれかの条件
を満足するように、原料、母合金の選別または脱Ti、脱
Al処理の一方あるいは両方を行うことを特徴とする鉄系
非晶質合金薄帯の製造方法である。記ｘ＜0.001 の場合に、ｙ≦0.3 --- (1) ｙ＜0.001 の場合に、ｘ≦0.03 --- (2) ｘ≧0.001 かつｙ≧0.001 の場合に、 (logｘ＋３）／1.5 ＋(logｙ＋３）／2.5 ≦１ --- (3)

【０００８】この発明において、鉄系非晶質合金として
は、その組成が下記式(4), (5)で表されるものが特に有
利に適合する。記 Fe_aＢ_bSi_c（wt％） --- (4) Fe_aＢ_bSi_cＣ_d（wt％） --- (5) ここで 88≦ａ≦95 1.5≦ｂ≦4.3 1.7≦ｃ≦9.5 ｄ≦1.0

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、この発明を具体的に説明す
る。まず、この発明において、合金の成分組成を上記の
範囲に限定した理由について説明する。重量百分率で、
Fe：88〜95％、Ｂ：1.5 〜4.3 ％、Si：1.7 〜9.5 ％の
範囲にあるFe基非晶質合金は、優れた磁気特性を呈する
が、このFe−Ｂ−Si系非晶質合金中にTiまたはAlが混入
すると軟磁気特性は大きく劣化する。例えば、Ti量が
0.001％未満であってもAl量が 0.3％を超えた場合、ま
たはAl量が 0.001％未満であってもTi量が0.03％を超え
た場合には、磁気特性が著しく劣化する。このとき、薄
帯表面に結晶化を生じていることがＸ線回折により明ら
かになっている。この表面結晶化は溶湯の急冷凝固時に
おける溶湯表面でのTiとAlの酸化が原因であると考えら
れる。

【００１０】このように、Fe−Ｂ−Si系非晶質合金中に
TiやAlが単独で混入した場合でも、表面酸化により磁気
特性は劣化するが、TiとAlが同時に混入した場合には、
TiとAlの相互作用により各々の酸化反応の自由エネルギ
ーが一層低減し、表面酸化がより一層進行し易くなると
考えられる。それにより、TiとAlが同時に混入した場合
は、各々単独で混入した場合よりも少量で薄帯の磁気特
性が著しく劣化する。

【００１１】実際、Ti, Alが共に 0.001wt％以上の場合
には、Ti含有量をｘ（wt％）、Al含有量をｙ（wt％）と
したとき、 (logｘ＋３) ／1.5 ＋(logｙ＋３) ／2.5 が１を超えると磁気特性は急激に劣化する。従って、安
価な原料で薄帯を作製する際には、溶湯中の不純物とし
てTi量だけでなくAl量も管理し、低Ti，低Al原料、また
は母合金を選択すること、あるいは脱Ti、脱Al処理を施
すことが重要であり、またそうすることによって磁気特
性の向上が可能となる。

【００１２】図１に、Fe−Ｂ−Si系非晶質合金につい
て、Ti量およびAl量がその磁気特性に及ぼす影響につい
て調査した結果を整理して示す。同図に示したとおり、
Ti含有量（ｘ）が 0.001wt％未満の場合にはAl含有量
（ｙ）を 0.3wt％以下、またｙが 0.001wt％未満の場合
にはｘを0.03wt％以下、さらにｘおよびｙがそれぞれ
0.001wt％以上の場合には(logｘ＋３）／1.5 ＋(logｙ
＋３）／2.5 ≦１の範囲を満足させることによって、良
好な磁気特性を得ることができた。

【００１３】次に、鉄系非晶質合金の好適組成を前記の
範囲に限定した理由について説明する。 Fe：88〜95wt％ Feは、磁性材料としての性質を決定する上で重要な元素
である。このFe量が、88wt％未満では磁束密度の低下が
無視できなくなり、トランス等への応用上問題が生じ、
一方95wt％を超えると磁気特性のみならず熱的安定性の
劣化を招くのでFe含有量は88〜95wt％の範囲に限定し
た。なお、近年では、トランス等の動作磁束密度を高く
することにより小型化が可能なことから高磁束密度が望
まれているが、かような場合にはFe含有量は90〜92wt％
程度とすることが望ましい。

【００１４】Ｂ：1.5 〜4.3 wt％Ｂは、非晶質化を容易ならしめる有用元素であるが、含
有量が 1.5wt％未満では非晶質化が困難となり、一方
4.3％を超えると磁束密度が下がり、また熱的安定性も
劣化するので、Ｂ量は 1.5〜4.3 wt％の範囲に限定し
た。より好ましい範囲は 2.0〜3.2 wt％である。

【００１５】Si：1.7 〜9.5 wt％ Siは、材料の非晶質化を促進すると共に、キュリー点の
熱的安定化に有用な元素であるが、含有量が 1.7wt％に
満たないとキュリー温度が低くなって、良好な熱的安定
性が得られず、一方 9.5wt％を超えると磁束密度の低下
を招くので、Si量は 1.7〜9.5 wt％の範囲に限定した。
より好ましい範囲は 4.7〜6.5 wt％である。

【００１６】Ｃ：1.0 wt％以下Ｃは、磁気特性とくに磁束密度を向上させる有用元素で
あるが、含有量が 1.0wt％を超えると薄帯の脆化が著し
くなるので、含有量は 1.0wt％以下に限定した。より好
ましくは 0.5wt％以下である。

【００１７】次に、この発明の製造工程について説明す
る。非晶質化法については、特に限定されるものではな
く、従来公知の単ロール法や双ロール法等いずれもが使
用でき、かかる方法を用いて所定組成の合金溶湯を急冷
凝固することにより、非晶質合金とすることができる。
その後、磁気特性の向上のために、通常、磁場中で歪取
り焼鈍を施すが、その際の処理温度は 300〜450 ℃程度
とするのが好ましい。というのは、処理温度が300 ℃に
満たないと導入された歪を十分に取り去ることができ
ず、一方 450℃を超えると結晶化が生じて磁気特性が劣
化するおそれが大きいからである。また、印加磁場の大
きさは10〜50 Oe 程度で十分である。

【００１８】

【実施例】

実施例１高純度Fe, Ｂ, Si原料にTiまたはAlを少量添加して作製
した母合金、または溶融還元法により種々の原料を用い
て作製したフェロボロンを使用して、表１に示す種々の
成分組成になる合金溶湯を作製し、単ロール法によって
幅：20mmのFe−Si−Ｂ系非晶質合金薄帯としたのち、真
空中で 375℃において60分間、20 Oe の磁場中で焼鈍を
施した。かくして得られた非晶質合金薄帯につき、単板
磁気測定装置で50Hzにおける交流鉄損および磁束密度を
測定した。また、合金薄帯中のTi含有量とAl含有量をＩ
ＣＰで分析した。得られた結果を表１に併記する。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１に示したとおり、Ti量およびAl量がこ
の発明の限定条件を満足する場合には、良好な軟磁気特
性を得ることができた。

【００２１】実施例２実施例１と同様の方法によって、表２に示す種々のFe−
Ｂ−Si−Ｃ系非晶質合金薄帯を作製し、その磁気特性を
調査した。得られた結果を表２に併記する。

【００２２】

【表２】

【００２３】表２から明らかなように、合金薄帯中のTi
およびAl含有量がこの発明で規定した条件を満足してい
る場合には、実施例１と同様に優れた磁気特性が得られ
ている。

【００２４】

【発明の効果】かくして、この発明によれば、トランス
用鉄心材料として有用な鉄系非晶質合金について、その
磁気特性の向上を大幅なコストダウンと共に達成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】Fe−Ｂ−Si系非晶質合金について、Ti量および
Al量がその磁気特性に及ぼす影響を示したグラフであ
る。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超急冷法によって、鉄系含ボロン非晶質
合金薄帯を製造するに際し、合金薄帯中のTi含有量をｘ
（wt％）、Al含有量をｙ（wt％）としたときに、下記式
(1)〜(3) のいずれかの条件を満足するように、原料、
母合金の選別または脱Ti、脱Al処理の一方あるいは両方
を行うことを特徴とする鉄系非晶質合金薄帯の製造方
法。記ｘ＜0.001 の場合に、ｙ≦0.3 --- (1) ｙ＜0.001 の場合に、ｘ≦0.03 --- (2) ｘ≧0.001 かつｙ≧0.001 の場合に、 (logｘ＋３）／1.5 ＋(logｙ＋３）／2.5 ≦１ --- (3)
【請求項２】請求項１において、鉄系非晶質合金の組
成が下記式(4) で表されるものである鉄系非晶質合金薄
帯の製造方法。記 Fe_aＢ_bSi_c（wt％） --- (4) ここで 88≦ａ≦95 1.5≦ｂ≦4.3 1.7≦ｃ≦9.5
【請求項３】請求項１において、鉄系非晶質合金の組
成が下記式(5) で表されるものである鉄系非晶質合金薄
帯の製造方法。記 Fe_aＢ_bSi_cＣ_d（wt％） --- (5) ここで 88≦ａ≦95 1.5≦ｂ≦4.3 1.7≦ｃ≦9.5 ｄ≦1.0