JPS589141B2 - 耐食性にすぐれたセンダスト系合金およびその製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、Ｆｅ−Ｓｉ−Ａｌ系高透磁率合金、所謂セン
ダスト系合金の改良に関し、特に従来の一般組成である
Ｓｉ４〜１２％，Ａｌ２〜９％、残部鉄から成る磁性合
金に、新たにＣｒを添加するとともに、Ｓ量を規定する
ことにより、磁気特性を損うことなく、高度の耐食性を
具備せしめたものである。

センダスト系合金は、磁気特性、特に透磁率にすぐれ、
高周波における透磁率も大きく、かつ硬度が高いという
諸特性を有するので、ステレオやＶＴＲなどにおいて、
高度の磁気特性と耐摩耗性の要求される電子機器などの
磁気ヘッドコア用の好適な材料として注目されている。

しかしながら、従来のセンダスト系合金は、耐食性に劣
り、大気中に放置すると、斑点状の腐食が生じ易い傾向
がある。

磁気へッドコアが腐食されると、磁気テープと磁気ヘッ
ドコアとの接触が悪くなって録音・再生感度が低下し、
長期間にわたり良好な性能を維持することは困難である
。

これに対処するため、これまでにも、（ｉ）１３％Ｃｒ
フエライト系ステンレス鋼のように、Ｃｒを添加して合
金表面に不働態皮膜を形成させるようにしたもの、（ｉ
ｉ）Ｔｉ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｚｒ等を添加したもの、あるい
は（ｉｉｉ）希土類元素を添加したもの等が提案されて
いる。

しかしながら、これらの方法は、いづれも固溶元素を添
加するもので、前記斑点状腐食の発生はやや減少するも
のの、その耐食性はなお十分満足し得るものではなかっ
た。

本発明は、センダスト系合金に良好な耐食性を付与し、
該斑点状腐食の完全防止を可能とすべく種々研究を重ね
た結果、Ｃｒの炭化物および硫化物の存在が、斑点状腐
食の起点となる新事実を知るとともに、該合金に、新た
に一定量のＣｒを添加し、もしくは該Ｃｒの添加ととも
に、Ｓ量の限定と、希土類元素の添加とを併せ施すこと
により、上記Ｃｒ化合物の形成を抑制し、該合金の耐食
性を高めることができ、更に該合金の鋳造体に熱間加工
を施すことにより、一そうの耐食性改善効果が得られる
ことを見い出し本発明を完成するに到った。

すなわち、本発明は、ＡＩ約２．０〜９．０％，Ｓｉ約
４．０ 〜１２．０％，Ｃｒ約１．０ 〜１５．０％，
Ｃ約０．００３〜０．０２％，Ｓ約０．０１％以下、残
部実質的に鉄から成るセンダスト系合金、および上記組
成に、更に希土類元素（ＲＥＭ）を約０．０１〜３．０
％含み、かつ該ＲＥＭの総原子重量（Ａ）と上記Ｓの原
子重量（Ｂ）との原子量比（Ａ／Ｂ）を約１以上として
成るセンダスト系合金、並びにその鋳造体の熱間加工を
含む製造方法を提供するものである。

センダスト系合金の耐食性改善について従来なされてき
た種々の提案には、ＣおよびＳ量に着目した例はない。

本発明は、Ｃｒの添加と併せ、ＣおよびＳをセンダスト
合金の耐食性に重要な影響を与える元素としてその量を
規定し、センダスト系合金として新規組成を確立したも
のである。

センダスト系合金の主たる用途の一つである磁気ヘッド
コアとしての使用において、該磁気ヘッドコアは、磁気
テープ（通常有機系合成樹脂製であり、塩素イオンＣｌ
−）を溶出することが多い）と接触し溶出Ｃｌ−によっ
て腐食されるが、前記組成を有する本発明センダスト系
合金は、Ｃｌ−に耐する耐食性にすぐれ、後記のように
塩水噴霧試験においても卓越した耐食性を示す。

また、本発明合金は、従来一般のセンダスト系合金と同
様に鋳造体のままでは組織の緻密性に欠け、「すき間腐
食」に似た発錆現象を伴なうことがあり、また自体極め
て脆いため加工を行なうのは困難であるが、一定の鋳造
条件を適用することにより円滑な熱間加工を達成するこ
とができ、しかも該熱間加工によって耐食性が一そう強
化されるという特徴をも有する。

以下、本発明合金の成分限定理由について詳しく説明す
る。

本発明センダスト系合金は、Ｓｉ約４．０〜１２．０％
，Ａｌ約２．０〜９．０％、残部鉄から成る成分系を基
本組成とする。

かく、ＳｉおよびＡｌを特定量含有することにより、磁
気へッドコア材等として必要な磁気特性が与えられる。

特に高硬度と高透磁率の面から、Ｓｉ約８．０〜１０．
０％，Ａｌ約５．０％〜７．０％の範囲がすぐれる。

Ｃｒぱ、耐食性改善のため添加される。

そのために約１．０％以上の添加が必要である。

但し、多量に加えると磁気特性が劣化し、特に約１５％
を越えるとその幣害が著しくなる。

よって約１．０〜１５％加えられる。

Ｃは、合金中酸素量およびＣｒ炭化物生成量制御の点で
重要である。

すなわち、Ｃ量があまり低すぎると溶製時の酸素濃度が
高くなって、合金中の酸化物系介在物量が増加し耐食性
を悪くする。

このため、約０．００３％以上存在させることが望まし
い。

一方、多量に存在すると、合金中に、Ｃｒを含む炭化物
の生成量が増加し、塩水噴霧試験における錆の発生が著
しくなるので約０．０２％を上限とすることが望ましい
。

第１図に、約９．６％Ｓｉ−約６．２％Ａｌ−Ｃｒ−Ｃ
−約０．００４％Ｓ−残部Ｆｅのセンダスト合金鋳造材
におけるＣｒおよびＣ量と耐食性との関％を示す。

耐食性の評価は、塩水噴霧試験〔５％ＮａＣｌ水溶液（
３５℃）を２４時間噴霧〕における発錆率（供試材被験
全表面積に対する発錆部分面積百分率）による。

図中、「○」は、耐食性良好（発錆率１０％以下）、「
△」は、耐食性やや良好（同１０〜４０％）、「×」は
、耐食性不良（同４０％以上）の各評価を表わす。

図から、Ｃｒ約１〜１５％に対し、Ｃ約０．００３〜０
．０２％の範囲内で良好な耐食性が与えられることが判
る。

Ｓは、合金中に硫化物を形成する。

この硫化物は通常硫化鉄（ＦｅＳ）や硫化マンガン（Ｍ
ｎＳ）のように水に溶易い形態で存在し、斑点状錆の発
生起点となる。

この錆発生原因となる硫化物の形成を抑制するためにＳ
は約０．０１％を上限とし、出来るだけ低いことが望ま
しい。

第２図は、約９．７％Ｓｉ−約６．０％Ａｌ−約６．５
％Ｃｒ−Ｃ−Ｓ−残部鉄のセンダスト合金鋳造材におけ
るＳ量と耐食性の関％を示したグラフである。

耐食性試験法および評価基準は前記第１図の場合と同様
である。

図より、Ｃ量を前記のごとく約０．００３〜０．０２％
に規定するとともに、Ｓ量を約０．０１％以下に規定す
ることにより良好な耐食性が得られることが判る。

上述のように、本発明センダスト系合金は、斑点状腐食
の起点となるＣｒ炭化物や硫化物の生成を抑制するとと
もに、Ｃｒ添加効果を十分発揮させることにより良好な
耐食性を付与したのである本発明センダスト系合金にお
いては、硫化物の弊害を防ぐために、上記Ｓ量の制限の
ほかに、希土類元素（Ｃｅ，Ｌａ等）を添加し、硫化物
を難溶性の形態に変化させることにより耐食性を更に高
めることができる。

希土類元素の給源として、例えばミツシュメタル（Ｍｉ
ｓｃｈ Ｍｅｔａｌ）等を用いてよい。

希土類元素の添加量は、約０．０１％に満たないと効果
不十分であり、一方約３．０％を越えると磁気特性の劣
化傾向が著しくなる。

従って約０．０１〜３．０％の範囲で加えられる。

また、該元素の添加効果を十分に発揮させるには、添加
された希土類元素の総原子重量（Ａ）とＳの総原子重量
（Ｂ）との原子量比（Ａ／Ｂ）が約１．０以上であるこ
とが望ましい。

第３図は、約９．６％Ｓｉ−約６．０％Ａｌ−約６．５
％Ｃｒ−約０．００７％Ｃ−約０．００４％Ｓ−希土類
元素−残部鉄のセンダスト系合金鋳造材における該希土
類元素とＳ量の原子量比（Ａ／Ｂ）と、耐食性の関％を
示したグラフである。

耐食性試験法および発錆率の算定は前記試験と同じであ
る。

図から、原子量比（Ａ／Ｂ）約１以上において発錆率は
激減し、約５％以下の安定した耐食性が得られることが
判る。

なお、上述のごとき成分組成を有する本発明センダスト
系合金の磁気特性は、少くとも従来一般のセンダスト系
合金と同等もしくはそれ以上のレベルにあり、例えば、
最大透磁率（μｍ）は約１０００００以上、初透磁率（
μ０．０１）は約５００００以上の諸性能を具備するこ
とも確認された。

本発明に％るセンダスト系合金の溶製および鋳造は、こ
の種の合金に採用される通常の条件に従って行なってよ
く、また得られた鋳造体は、そのまま切断・切削・研削
、その他の機械加工に付して所要の形状の部品に成形し
、磁気へッドコアー等として用いることができる。

しかし、従来一般のセンダスト系合金と同様、ミクロポ
ロシティが存在することがあり、そのために「すき間腐
食」によると考えられる発錆現象を伴なう場合がある。

この対策として、鋳造材を、熱間押出し加工等のごとき
熱間加工に付すのが有効である。

例えば、熱間押出加工を施す場合、加工温度約１０００
〜１３００℃、押出比約２．０以上の条件下に組織を緻
密化し、上記腐食現象を有効に防止することができる。

ところで、センダスト系合金は本来非常にもろく、その
加工は一般に極めて困難とされているが、第４図に示す
ように、該合金鋳造体１を、鋼あるいは鉄等の適当な伸
延性を有する金属製シース（外包筒）２にパックし、溶
接止めした蓋３（該シースと同一材質のものでよい）で
密封して該シースと一体的に熱間加工するようにすれば
、比較的容易に所望の加工を施すことができる。

この場合、シースと合金鋳造体との間にすき間があると
、加工中に割れを生ずるので、両者間の密着状態を良好
にしておく必要がある。

その手段として、パックされる合金鋳造体に予め精密な
機械加工を施す方法のほか、該合金溶湯を直接シース内
に鋳込み、シースと一体化させる方法が有効である。

鋳込み法による場合には、得られる鋳塊の表属部組織が
微細かつ緻密で、まだ鋳塊頭部にセンターポロシテイの
ないことが望ましい。

表層組織が粗く、センターポロシティが存在すると、こ
れらを起点として加工中に割れを生ずるからである。

これを防止するには、鋳込み温度を該合金の液相線より
約２０〜６０℃高い温度域（約１３１５〜１３５５℃）
に調節して鋳込みを行なう方法が有効である。

これによって微細な柱状組織を備えた良好な表層部が得
られ、表層部組織の性状に起因する割れの発生は著しく
低減する。

別法として、溶湯にＴｉや希土類元素等を添加すること
によっても同様の効果が得られる。

一方、センターポロシティについては、上記鋳込み温度
の調整（特に、液相線より約２０〜６０℃高い温度範囲
が好適）と併せて一般の鋳造に採用される押湯保温法を
施こす方法あるいは溶湯鍛造法を適用するのが有効であ
り、これによってセンターポロシテイの発生を大幅に低
減することができる。

第５図は、シース（内径５０ｍｍ×長さ２５０ｍｍ）に
、本発明センダスト系合金を鋳造し、シースと一体の鋳
造体を製造したのち、センターポロシティ部分を除去し
、押出温度約１２００℃、押出比約５にて熱間加工した
ときの割れ発生率（％）と、鋳込温度の関％を示したグ
ラフであり、これより鋳込温度を、液相線より約２０〜
６０℃高い温度域に調節することにより、熱間加工時の
割発生率は顕著に低減し、円滑な加工を達成し得ること
が判る。

上述のごとき熱間加工によって、鋳造体の組織は効果的
に緻密化され、鋳造体内に存在するミクロポロシテイは
圧着・消滅する。

これによって前述の「すき間腐食」による発錆現象を防
ぐことができる。

なお、上記熱間加工法の説明では、押出加工法を例に挙
げて説明したが、その他圧延、鍛造等他の形式の熱間加
工法を適用しても同様の効果を奏し得ることは言うまで
もない。

このような熱間加工による発錆率低減効果は、従来一般
のセンダスト系合金では得られず、前記組成を有する本
発明センダスト系合金に特有の効果であり、これによっ
て更に安定した耐食性が保証される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ＣおよびＣｒ量と耐食性の関％を示すグラフ
、第２図は、Ｓ量と耐食性の関％を示すグラフ、第３図
は、原子重量比（Ａ／Ｂ）と発錆率の関％を示すグラフ
、第４図は、鋳造体をシースにパックした例を示す断面
図、第５図は、鋳込温度と熱間加工割れ発生率の関％を
示すグラフである。 図面中の符号は次のとおりである。 １：鋳造体、２：シース、３：蓋。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ａ１２．０〜９．０％，Ｓｉ４．０〜１２．０％，
   Ｃｒ１．０〜１５．０％，ＣＯ．００３〜０．０２％，
   Ｓ０．０１％以下、残部実質的に鉄から成る耐食性にす
   ぐれたセンダント系合金。 ２ Ａ１２．０〜９．０％，Ｓｉ４．０〜１２．０％，
   Ｃｒ１．０〜１５．０％，ＣＯ．００３〜０．０２％、
   Ｓ０．０１％以下、残部実質的に鉄から成るセンダスト
   系合金を鋳造後、熱間加工することを特徴とする耐食性
   にすぐれたセンダスト系合金の製造法。 ３ Ａｌ２．０〜９．０％，Ｓｉ４．０〜１２．０％，
   Ｃｒ１．０〜１５．０％，ＣＯ．００３〜０．０２％，
   Ｓ０．０１％以下、および希土類元素０．０１〜３．０
   ％を含み、かつ該希土類元素の総原子重量（Ａ）とＳの
   原子重量（Ｂ）との原子量比（Ａ／Ｂ）が１以上であり
   、残部実質的に鉄から成る耐食性にすぐれたセンダスト
   系合金。 ４ Ａｌ２．０〜９．０％、Ｓｉ４．０〜１２．０％，
   Ｃｒ１．０〜１５．０％．Ｃ０．００３〜０．０２％，
   Ｓ０．０１％以下、および希土類元素０．０１〜３．０
   ％を含み、かつ該希土類元素の総原子重量（Ａ）とＳの
   原子重量（Ｂ）との原子量比（Ａ／Ｂ）が１以上であり
   、残部実質的に鉄から成るセンダスト系合金を鋳造後、
   熱間加工することを特徴とする耐食性にすぐれたセンダ
   スト系合金の製造法。