JPS62196358A - 磁気特性および機械的性質に優れた高抗張力軟磁性鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、軟磁気特性とくに高周波鉄損特性ならびに
機械的性質なかでも抗張力に優れた高抗張力軟磁性鋼板
に関し、とりわけ高速回転機の回転子等の用途に用いて
好適なものである。

（従来の技術） 従来、回転機の回転子用磁性材料としては、電磁鋼板を
積層したものが一般的に用いられている。

これらの回転機の回転数は１０万ｒｐｍ以下程度であり
、回転子の禦材としての電磁鋼板としては、磁気特性の
優れた高級無方向性けい素鋼板が主として使用されてい
た。

ところが最近、治具研削用、金属工作機械用、電子部品
加工機用、レーザー回転鏡用などの用途においては、１
０万ｒｐｍ以上の高速回転を達成できる回転機に対する
要請が高まってきている。特に装置によっては２０万〜
３０万ｒｐｔｎあるいはそれ以上の回転数が要求される
ようになっており、従って回転子の材料としてもこのよ
うな高速回転に耐え得ることが必要となる。また、この
ようにモーターを高速回転化した場合には、軸受が機械
的ベアリングだと摩耗が激しく、回転機効率を著しく劣
化させると同時に１ｍ　ｉｆｆ　ｌ生が低下するおそれ
が大きい。

そこで、最近では、磁気軸受が考案されているが、かよ
うな軸受も１種の電動機を構成するものであるから、か
かる磁気軸受の回転子もまた２０〜３０万ｒｐｍ程度の
高速回転に耐え得るものでなければならない。

ところでかような回転機器における高速回転化を実現す
るためには、当然のことながらかかる高速回転に耐え得
る素材の開発が問題となる。すなわち回転機や磁気軸受
などの回転子の回転数が、２０〜３０万ｒｐｍにも高速
化すると、回転子自体に加わる遠心力による応力は従来
に比べて著しく大きくなるため、現行の回転子材料では
破壊に至るおそれが大きいからである。

ここに外径Ｒ１、内径Ｒ２の円板を回転させたときの円
板に加わる応力すなわち円周方向の応力σ。

や円周接線方向の応力σ、はそれぞれ次式ここで、νは
ポアソン比、ωは角速度、Ｗは重量、ｇは重力の加速度 であられされる。

第３図に、図中に示した外径および内径の円板を回転さ
せたときの回転数と遠心力との関係についての算出結果
を示す。

同図かられかるように、回転子が２０〜３０万ｒｐｍの
高い回転数で回転した場合の応力による回転子の破壊を
防止するためには、回転子材料に対して、場合によって
は１００　ｋｇ／ｍｍ２を超えるような高い抗張力が必
要とされ、ここにかように苛酷な回転遠心力に耐え得る
高抗張力素材が必要とされている由縁である。

また回転機器や磁気軸受の回転子は、電磁気現象を利用
するものであることから、軟磁気特性とくに鉄損特性に
も優れた材料であることが必要であり、中でも高速回転
（幾月の回転子としては高周波鉄損特性に優れているこ
とが肝要である。

ここに回転機器の回転子回転数（Ｎ）と周波数（ｆ）と
の関係は、次式のとおりに表される。

ｆ＝Ｎ！’／１２０　　（１−３） ここでＰ−回転機極数 Ｓ：すべり 従ってたとえば、２極回転機器を２０〜３０万ｒｐｍで
回転した場合を考えると、換算周波数は数Ｋｆｌｚ〜数
１０ＫＨｚの範囲になるから、素材としては上記の高周
波数範囲で鉄損の低い軟磁性材料が必要なわけである。

この゛ように高速回転機器、中でも回転子に用いる素材
としては、機械的には高抗張力、高強度を有し、一方磁
気的には軟磁気特性とくに良好な高周波数鉄損特性を満
足するものでなければならない。しかしながら一般に抗
張力を強化した場合には磁性の劣化を招くなど、機械的
性質と軟磁気特性とは相反する関係にあるため、両特性
を兼備させることば極めて難しかった。

この点発明者らは先に、上記の要請に適うものとして、
特開昭６０−１６５３４９号公報において、高い抗張力
と優れた軟磁気特性とを併せもつ高張力軟磁性Ｆｅ基合
金急冷薄帯を提案した。

（発明が解決しようとする問題点） この発明は、上記の高張力軟磁性Ｆｅ基合金急冷薄帯の
改良に係り、高周波鉄損特性および抗張力をより一層向
上させた高抗張力軟磁性鋼板を提案することを目的とす
る。

この発明における目標特性は次のとおりである。

ｌ）鉄損ＷＩＯ／＋０００　（磁束密度１．ＯＴ、周波
１１１（１００）１ｚでの鉄損）＋１００１９／ｋｇ以
下。

１１）抗張カニ７０ｋｇ／ｍｍ２以上。

（問題点を解決するための手段） さて発明者らは、上記の問題を解決すべく鋭意研究を重
ねた結果、鉄損特性および抗張力を併せて改善するには
、鋼板の成分組成もさることながら、鋼板の板厚および
結晶粒径がとりわけ重要であることの知見を１尋だ。

この発明は、上記の知見に立脚するものである。

すなわちこの発明は、Ｓｉ：２．５〜７．Ｑｗｔ％（以
下単に％で示す。）を含み、かツＷ：０．０５〜３．０
％、Ｍｏ：０、０５〜３．０％、Ｔｉ：０．０５〜３．
０％、Ｍｎ：０．１〜１１．５％、Ｎｉ：０．１〜２０
．０％、Ｃｏ：０．５〜２０．０％、Ｃｒ：０．１〜１
０．０％および八］：０．５〜１３．０％のうちから選
んだ一種または二種以上を２０．０％を超えない範囲に
おいて含有し、残部は実質的にＦｅの組成になり、しか
もその板厚が１〜３００μｍでかつ平均結晶粒径が１０
〜２０００μｍである、磁気特性および機械的性質に優
れた高抗張力軟磁性鋼板である。

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。

Ｓｉ：２．５〜７．０％ Ｓｌはこの発明の基本的合金成分である。含有量が２．
５％に満たないとαＨＴの相形態が生じて電磁特性を著
しく損なうと同時に機械的特性としても著しく跪くなり
、また高い電気抵抗も望み得ないので、高周波での鉄損
が劣化する。他方、Ｓｉ量が７％を超えると鋼板が著し
く脆くなり、歩留りや生産性が悪化するとともに飽和磁
束密度が低下する。したがって、Ｓ１含有量は２．５〜
７．０％の範囲に限定した。

Ｗ、　Ｍｏ、　Ｔ　ｉ、　Ｍｒｉ、　Ｎ　ｉ、　Ｃｏ、
　ＣｒおよびＡＩは、固溶体強化成分として均等である
。

Ｗ：０．０５〜３．０％ Ｗは抗張力を高めるのに極めて有効な元素であるが、０
．０５％より少ないとその添加効果に乏しく、一方３．
０％を超えて多量に添加すると鋼中に固溶せず、析出物
化したりして、粒成長を著しく阻害するため、抗張力は
向上するものの磁気特性の劣化を招く。従ってＷは０．
０５〜３．０％の範囲に限定した。

Ｍｏ：０．０５〜３．０％ ＭＯも抗張力を高めるに有効な元素であるが、０．０５
％より少ないとやはりその添加効果が期待できず、一方
３．０　％を超えるとＷと同様の理由により鉄損を著し
く劣化させるため、ＭＯは０．０５〜３．０％の範囲と
した。

Ｔｉ：０．０５〜３．０％ Ｔ１も抗張力を高めるに有効な元素であるが、０．０５
％より少ないとその添加効果が殆ど得られず、一方３．
０％を超えて多量に添加すると、ＷやＭｏと同様の理由
で鉄損が劣化するので、Ｔｉは０．０５〜３．０％の範
囲とした。

Ｍｎ：０．１〜１１．５％ Ｍｎも抗張力を高めるのに有効な元素であるが、０．１
％未満ではその添加効果が著しく小さい。一方１１．５
％を超えると、Ｓｉｌによってはα→Ｔ変態を生じて非
磁性Ｔ相が増加し、磁気特性が著しく劣化すると同時に
脆くなって歩留り、生産性が低下する。したがってＭｎ
は０．１〜１１．５％の範囲とした。

Ｎ＋：０．１〜２０．０％ Ｎ＋も抗張力を向上させるのに有効な元素であるが、０
．１％より少ないとその効果は殆ど得られず、一方２０
％を超えるとＳｌ量によってはαＨ７変態を生じ、非磁
性のＴ相の体積率が増加して、磁気特性が著しく損なわ
れ、飽和磁束密度も低下する。

したがってＮｉ添加量は０．１〜２０．０％の範囲とし
た。

Ｃｏ：０．５〜２０．０％ ＣＯが０．５％未満では抗張力改善効果がほとんど認め
られず、一方２０．０％を超えると不経済であると同時
しに硬磁性も呈するようになるので、０．５〜２０．０
％の範囲に限定した。

Ｃｒ：０．１〜１０．０％ Ｃｒが０．１％以下では抗張力改善効果に乏しく、一方
１０．０％を超えると磁気特性が劣化するので、Ｃｒ含
有量は０．１〜１０．０％の範囲に限定した。

Ａｌ　：９．５〜１３．０％ Ａ１も抗張力を高める元素であるが、０．５％未満では
その効果が期待できず、一方１３％を超える場合には熱
処理の方法によっては規則格子を形成して鋼板が著しく
脆くなり、製品化が困難になるので、０．５〜１３．０
％の範囲とした。

上述した固溶体強化成分としてのＷ、λｔｏ、Ｔｉ、λ
Ｉｎ、Ｎ＋。

Ｃｏ、　ＣｒおよびＡ１は、いずれか１種を上記の範囲
内で単独で添加しても、あるいは２種以上を複合添加し
ても良い。但し２種以上を複合添加する場合に、その合
計量が２０．０％を超えると飽和磁束密度が低下し、磁
気特性が劣化するので、２０．０％以下の範囲で添加す
ることが肝要である。

次にこの発明鋼板の製造方法について説明ずろ。

薄板化に当たっては、合金溶湯をその供給ノズルから冷
却面が高速で更新移動する冷却体上に連続して供給し、
急冷凝固させて薄帯とする、双ロール法、単ロール法あ
るいは回転ベルト法などのいわゆる液体急冷法、ならび
に連鋳スラブや分塊スラブを熱間ついで冷間圧延して冷
延板とする方法いずれもが使用できる。

か（して得られた薄帯（薄板を含む）は、そのまま磁性
材料として使用しても良いが、この場合機械的強度は優
れるものの、磁気特性は十分とはいい難い。とくに急冷
凝固薄帯ではその傾向が強い。そこで急冷薄帯について
は勿論、熱間・冷間圧延法によって製造した薄帯につい
ても、得られた薄帯に、必要に応じて圧延を施して所定
の板厚としたのち、さらに適切な焼鈍処理を施すことが
磁性向上の上で有効である。

かかる焼鈍処理は、８００℃〜１３００℃の範囲で行う
のが望ましい。というのは処理温度が８００℃未満では
磁気特性を救護するに至るまでの焼鈍時間が長すぎて不
経済であり、一方１３００℃を超、える焼鈍では鋼板の
結晶粒径が粗大化し易く磁気特性は向上するけれども機
織的特性は劣化し、また成分によっては鋼板表面が溶融
状態となる場合もあるからである。

さてこの発明では、得られた薄帯の仮１ワを１〜３００
　μｍの範囲に納めることが肝要である。

第１図に、Ｆｅ、、５ｉＪｎ、組成の板材を圧延によっ
て板厚を種々に変え、一ついで９００　ｔで焼鈍を施し
てたときの鉄損（り１゜／＋０００と最終仕上げ板厚と
の関係について調べた結果を示す。なお各鋼板の平均結
晶粒径はいずれも約１００　μｍであった。

同図より明らかなように、板１ワを３００　μｍ以下と
することによって１゜／ｌ　０００が１００Ｗ／ｋｇを
下回る優れた鉄損値が得られている。なお板厚が１μｍ
にも満たないような薄帯は、現時点では工業的規模で製
造することは極めて難しいので、板厚の下限は１μｍと
した。

上記したように薄帯の板厚を１〜３００　μｍとするこ
とによって鉄損特性の向上を図り得るが、結晶粒径があ
まりに小さかったり、また大きかったりすると、板厚は
適正であっても鉄損特性の向上は望み得ない。

第２図に、Ｆｅ９２Ｓｉ、、Ｃｒ３組成の圧延板（板厚
２５μｍ）に対し、処理温度は９００℃と一定にし、処
理時間を調節して結晶粒径を種々に変化させる焼鈍処理
を施した場合の、鋼板の平均結晶粒径と鉄損、抗張力と
の関係について調べた結果をまとめて示す。

同図より明らかなように、平均結晶粒径が２０００μｍ
を超えると鉄損１す１０／＋００ｆ＋は１００１１＋／
ｋｇを超え、一方１０μｍ未満になると抗張力は向上す
るものの、鉄損値はやはり１００１’ｉ／ｋｇを超える
ので、平均結晶粒径は１０〜２０００μｍの範囲とする
ことが肝要である。

（実施例） 実施例１ 第１表に示す合金組成の溶鋼を、その射出ノズルから回
転する双ロールの接触部に射出して同表に示す種々の厚
みになる急冷薄帯を炸裂した。なおかかる薄帯の幅はい
ずれも１５０　ｍｍとした。

かかる鋼板を９００℃で５分間焼鈍してから、種々の特
性について測定した結果を第１表に併記する。

実施例２ 第２表に示す成分系の合金をインゴットから熱延して１
．０ｍｍ１１ｇとしたのち冷間圧延を施して、第１表に
示す板厚の最終板とし、この板に９５０℃で２分間の焼
鈍を施した。

かくして得られた鋼板の緒特性について調べた結果を第
２表に併記する。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、高周波鉄損特性および抗張
力に優れた高抗張力軟磁性鋼板を容易に得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、薄帯の板厚と鉄損との関係を示したグラフ、 第２図は、薄帯の平均結晶粒径と鉄損、抗張力との関係
を示したグラフ、 第３図は、中空円板の回転数と遠心力との関係を示した
グラフである。 第１図 ０、ｆ　　　　ＬＯ／θ、Ｏｆｏｏ　　　　１０００Ｊ
及厚（、ａｍ） 第３図 周液数（ｋＨｌ） 回転数（ｘｆＯ’ｒｐｍ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｓｉ：２．５〜７．０ｗｔ％ を含み、かつ Ｗ：０．０５〜３．０ｗｔ％、 Ｍｏ：０．０５〜３．０ｗｔ％、 Ｔｉ：０．０５〜３．０ｗｔ％、 Ｍｎ：０．１〜１１．５ｗｔ％、 Ｎｉ：０．１〜２０．０ｗｔ％、 Ｃｏ：０．５〜２０．０ｗｔ％、 Ｃｒ：０．１〜１０．０ｗｔ％および Ａｌ：０．５〜１３．０ｗｔ％ のうちから選んだ一種または二種以上を２０．０ｗｔ％
   を超えない範囲において含有し、残部は実質的にＦｅの
   組成になり、しかもその板厚が１〜３００μｍでかつ平
   均結晶粒径が１０〜２０００μｍである、磁気特性およ
   び機械的性質に優れた高抗張力軟磁性鋼板。