JPS6232267B2

JPS6232267B2 -

Info

Publication number: JPS6232267B2
Application number: JP55012710A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kimura; Kenji Abiko; Takashi Sato; Isamu Yoshii; Sadao Watanabe; Yutaka Takei
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1980-02-05
Filing date: 1980-02-05
Publication date: 1987-07-14
Also published as: NL8100505A; JPS56112439A; US4362581A; DE3103965A1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、磁性合金、特に圧延加工をきわめて
容易に行うことのできるFe―Si系合金を提供す
るものである。

Fe―Si系合金、すなわち珪素鉄は、純鉄に比
し、飽和磁化、透磁率、及び電気抵抗が高く安価
であることから、いわゆる電磁鋼板として知られ
発電機、変圧器などの磁心材料として広く用いら
れている。

この珪素鉄は、そのSi量が少いものにおいて
は、圧延加工が容易で上述した電磁鋼板として広
く用いられてきた。一方、この珪素鋼において、
Si量を増すにつれ、磁歪及び磁気異方性が減少
し、特に6.5重量％Siで磁歪が零になることから
高透磁率となり、鉄損も低下し、電気抵抗も高
く、軟磁性材料として優れた磁気特性を示すこと
は従来より知られているところである。

また、米国アームコ社を中心に開発された方向
性珪素鋼板の出現により、珪素鋼板は飛躍的な改
良をとげた。これは圧延後の２次再結晶の方位を
（011）〔100〕にしたもので、これにより鉄損が小
さく、圧延方向に高い透磁率が得られ磁束密度の
高いものが得られるようになつた。また、その
後、1957年にF.Assmus等によつて、また1958年
に田口、板倉等によつて（001）〔100〕方位の２
方向性珪素鋼板が開発されるに及び、圧延方向と
これと直交する方向との双方に関して良好な磁気
特性を有するものが得られるようになつた。

一方、近年の電力需要の増大に伴い、市街地に
大容量の変電所が設置されるに及んで、変圧器の
騒音の低減化が大きな課題となつている。この変
圧器の騒音は主としてその鉄心の磁歪振動による
ものであることは知られているところであり、こ
れがため、この鉄心として用いられる珪素鉄は、
Siの添加量が多く磁歪の小さいものが用いられる
ことが望まれる。

ところが、珪素鉄において、そのSi添加量を増
すと、Si量の増加につれ、硬度が増し、特にSi量
が4.5重量％以上で急激に展延性が失われ、圧延
加工が工業的に困難となるので、これがこの珪素
鉄の工業的実用化の隘路となつている。例えば展
延性に乏しい6.5重量％Si―Fe合金の圧延につい
ての報告は殆どみられないが、「塑性と加工」
Vol.8No.77（1967―６）P.317〜321、「もろい金属
の圧延」には板の両側端部に展延性の優れた異材
を完全に接着させたのち圧延すると、6.5重量％
Si―Feが10mm厚から0.018mmの薄板になつたこと
が報告されている。しかしながら、この場合6.5
％Si―Feの圧延板を得るに、補助異材を用いた
としても、実際上、極めて高い技術が要求され、
安定に大量の圧延板を得ることは難しく、工業的
には問題がある。

また、日本金属学会誌1966年第30巻P.552〜
P.558「6.5％Si―Fe合金の冷間圧延と磁気特性」
には600℃〜750℃にて約70％の圧延率で圧延して
のち、ひびの入つた側端部を切断して１mm厚のも
のを室温にて0.3mm以下に圧延できたことが報告
されている。しかしながら、この場合、５重量％
以上のSi量では１mm以下の厚さにする場合、割れ
が頻繁に発生することが記述されていることから
ひびのない大量の板の圧延の実用化には問題があ
る。

また、磁歪は、曲げ加工や、圧延加工に際して
生ずる機械加工によつて加えられた機械的歪によ
る影響を敏感に、かつ強く受けることが知られて
いる。したがつてSi量が多く磁歪の小さい珪素鉄
を用いてもこれの加工性が低いことによる機械的
歪の発生によつて磁歪を充分低めることができず
騒音防止の効果が充分得られない。

尚、磁束密度B₁₀の高い、即ち方向性のよい方
向性珪素鋼板では磁化した際に磁歪の発生原因は
主として２つ考えられる。その１は、少し残つて
いる90゜磁区による正の磁歪と、他の１は、方位
の不完全性による磁区の回転による負の磁歪であ
る。そして低磁束密度では後者の負の磁歪が、高
磁束密度では前者の正の磁歪が主役となる。いず
れにしても同じSi量においては、方向性の良い、
即ちB₁₀の高い方向性珪素鋼板を用いるのが、磁
歪による騒音を最小にする方法であるとされてい
る。しかしながら方向性珪素鋼板による騒音の低
減効果にも限界があり、本質的に磁歪量の少い組
成の珪素鋼板を使用することが望まれてきた。

本発明は、Fe―Si系合金において、Siを多く
含むものにおいても、すぐれた圧延性を示す磁性
合金を提供するものである。

すなわち、本発明においては、Fe―Si系合金
においてSi量を2.5重量％以上とすることによつ
て特に鉄損と磁歪の低減化をはかり、且つ飽和磁
化の低下を回避するようにSi量を10.0重量％以下
としたFe―Si系合金において、燐Ｐとチタン
Ti、ニオブNb、ジルコニウムZrのうちの少くと
も１種以上を添加して結晶粒界の強化と、結晶粒
の微細化をなして圧延性を高める。

以下、本発明による磁性合金を詳細に説明する
に、本発明においては、Ｐを0.03〜5.0重量％、
TiとNbとZrのうちの少くとも１種以上の元素を
総量で0.01〜5.0重量％、Siを2.5〜10重量％含
み、残部Feよりなり、結晶粒界に0.5重量％をこ
えるＰを偏析させる。

また、本発明においては、Ｐを0.03〜5.0重量
％、TiとNbとZrのうちの少くとも１種以上の元
素を総量で0.01〜5.0重量％、Siを2.5〜10重量％
含み、更に、Crを7.0重量％以下、Mnを5.0重量
％以下、Niを7.0重量％以下、Cuを6.0重量％以
下、Ｙを5.0重量％以下、希土類元素を3.0重量％
以下、Ｂを0.5重量％以下、Pbを0.5重量％以下、
Beを3.0重量％以下、Ｃを0.8重量％以下、Ｎを
0.1重量％以下、Caを0.5重量％以下、Ｖを5.0重
量％以下、Geを5.0重量％以下、Moを5.0重量％
以下、Hfを5.0重量％以下、Taを5.0重量％以
下、Ｗを5.0重量％以下、Snを3.0重量％以下、Sb
を3.0重量％以下をもつて、これらのうちより選
ばれた少くとも１種以上の元素が総量で0.01〜
10.0重量％含み、残部Feよりなり結晶粒界に0.5
重量％をこえるＰを偏析させる。尚、ここに、
Crの添加は、耐蝕性の改善をはかるためであ
り、この添加は、0.01重量％以上でその効果を生
ずる。また、Mn、Ni、Cu、Ｙ、希土類元素、
Ｂ、Pb、Beの添加は、圧延性及び加工性の増加
をはかるためであり、これらは、Ｂが0.001重量
％以上で、他は0.01重量％以上でその効果を生ず
る。更に、Ｃ、Ｎの添加は炭化物、窒化物を形成
して強度を高めるためであり、0.01重量％以上の
添加でその効果を生ずる。また、Caの添加は、
その脱酸作用によつて健金なインゴツト、すなわ
ち亀裂の発生や異常な組識が生じないようにする
ためであり、0.01重量％以上でその効果を生ず
る。更にまた、Ｖ、Ge、Mo、Hf、Ta、Ｗ、
Sn、Sbの添加は硬度の増加のためになされるも
のであり、同様に0.01重量％以上でその効果を生
ずる。しかしながら、これらの添加は総量で10重
量％をこえると圧延性及び磁気特性の低下を招来
するに至ることが確められた。

次に、本発明の実施例を説明する。

実施例主原料として、99.9重量％Feより成る電解
鉄、99.999重量％Si及びFe―25重量％Ｐより成る
母合金を用いた。これらを総重量で５Kgとなるよ
うにアルミナるつぼに原料を入れ、１×10^-4mm
Hg以上の真空度において高周波誘導加熱法によ
つて溶解し、この溶湯を直径５cmの円柱孔を有す
る金属鋳型に注入し、鋳造した。この鋳造は鋳型
の外側にテープヒータを巻回して約500℃鋳型を
加熱保持し、この鋳型に上述の溶湯をそそぎ、
800℃〜500℃の範囲では約3.0℃／分の冷却速度
をもつて徐冷し、それ以下の温度ではヒータの電
源を断つて室温まで冷却した。このようにして得
た円柱状鋳塊から研削加工により、厚さ15mm、幅
30mm、長さ35mmの板状試料を切り出して圧延テス
トを行つた。この圧延は、400℃〜1000℃の範囲
で行つた。そして、この圧延を約15回繰返し行つ
て最終厚が約0.3mmの板とした。この場合におい
て、種々の成分の試料を得、夫々について、その
圧延性と、磁気的諸特性すなわち初透磁率μｏ、
最大透磁率μｍ、抗磁力Hc、鉄損Ｗ10/50（磁束
密度10kGにおける交流50Hzの鉄損の測定結果を
第１図の表に示す。ここに圧延性の評価は、次の
ようにした。すなわち各試料の圧延は、夫々上述
したように15回の繰返し圧延によつて、15mm厚の
板を0.03mm厚にまで圧延した場合、すなわち圧延
率を97％とした場合で◎印は、その圧延をきわめ
て良好に行うことができ、割れが全く生じなかつ
たことを示す。また、〇印は、その圧延をきわめ
て容易には行うことができないが、亀裂が生じな
いようにその圧延を行うことができた場合を示
す。更に△印は、圧延が可能ではあるが若干亀裂
が伴つた場合を示す。更にまた×印は、大きな亀
裂が生じてしまつて圧延が不能となつた場合を示
す。このようにして最終的に亀裂が入らず、圧延
できた試料についてはこれから外径25mm、内径15
mmのリング板を放電加工によつて切り出し、これ
を水素雰囲気中で1100℃で２時間の焼鈍処理を行
つて磁気特性の測定を行つた。

また、第２図の表は、第１図の表面に示された
一部の試料の破断面におけるオージエ電子分光分
析の結果を示したもので、結晶粒界に偏析した副
成分の量と圧延性との関連を示すものである。
尚、試料番号９Ａのものは、試料番号９のものと
そのＰの添加量は同じに選ばれたものであるが、
試料番号９Ａのものにおいては、更に、1000℃で
10時間という長時間の熱処理を行つてのちに圧延
を行つたもので、この場合結晶粒界におけるＰの
偏析量が、試料番号９のものが0.06重量％であつ
たものが、試料番号９Ａのものは0.51重量％とい
う高い値を示す。

第１図の表より明らかなように、Ｐの添加のな
いSi量が4.5重量％をこえている試料番号４〜７
のものは圧延性を示さないが、これらと同程度の
Si量にしても試料番号９〜１２のもののようにＰ
が0.03重量％以上添加されたものにおいては圧延
性を示すようになることがわかる。そして、更
に、第２図の表中、試料番号９と９Ａとを比較す
ることによつて明らかなように、粒界におけるＰ
の偏析量が多いものが、より良い圧延性を示して
いる。そして、特にＰの添加と共に、Ti、Nb、
Zrを添加した試料番号１３，１４，１５，２１，
２２のものは、更に良い圧延性を示している。

このようにＰの添加によつて圧延性が向上する
のは、結晶粒界にＰを偏析させることによつて結
晶粒界が強化されることにより、またこのＰの添
加と共に、特にTiを添加させて、これを結晶粒
界に偏析させるときは、結晶粒界の強化がより強
められると共に、結晶粒が微細化されて展延性が
向上し、これら結晶粒界の強化と微細化が相俟つ
て圧延性の向上がはかれるものと思われる。そし
て、特にＰと共にこのTiを添加するときは、こ
の磁性合金の融点に近い高温の1350℃程度の熱処
理を行つても結晶粒成長が生ずることがなく、こ
れに伴う圧延性の低下を来すことがない。また、
他のNb、Zrに関しても、Ｐと共に添加するとき
は、結晶粒が微細化されて約50μｍの均一な粒径
が得られ、圧延性が向上する。しかしながら、こ
れらTi、Nb、Zrを夫々Ｐを添加することなく添
加しても第１図の表の試料番号１７〜２０でみら
れるように圧延性の向上ははかられない。

すなわち、Si量が2.5〜10重量％のFe―Si系合
金において、その結晶粒界にＰが0.5重量％をこ
える量をもつて偏析させ、Ti、Nb、Zrのうちの
少くとも１種を総量で0.01〜5.0重量％添加する
とき圧延性、及び磁気特性が共にすぐれた磁性合
金とすることができることを確めた。ここに、
Ti、Nb、Zrを総量で0.01〜5.0重量％に選定する
のは、0.01重量％未満では結晶粒の微細化の効
果、すなわち、これらTi、Nb、ZrをＰと共に添
加することによる効果の発現が殆どなく、また、
10重量％をこえるときは磁性特性の低下を招来す
ることによる。そして、粒界におけるＰの偏析量
を0.5重量％以上とするには、Ｐの添加量は0.03
重量％以上に選定されるが、Ｐの添加量が5.0重
量％をこえると、磁気特性の劣化を招来するの
で、Ｐの添加量は0.03〜5.0重量％に選ばれる。

上述したように、本発明によれば、Fe―Si系
合金において、Si量が4.5重量％以上のものはも
とより、磁歪を回避できる6.5重量％以上のもの
においても、すぐれた圧延性、したがつて工業的
にすぐれた加工性を得ることができるので、変圧
器の磁心を始めとして、例えば磁気ヘツドの積層
コアなど各種、機器、部品の磁性体として用いる
ことができる。そして、変圧器などの交流機にお
いては、Si量を6.5重量％以上に選定して、磁歪
のない合金とすることによつて、変圧器等におい
て大きな問題となつている磁歪に基く騒音の発生
も回避できる。

また、従来のものにおいても、Si量が３〜４重
量％程度のFe―Si系合金は、圧延が可能ないし
は容易であるが、本発明による合金はSiを３〜４
重量％程度に選んだ場合においても、更にその圧
延性の向上をはかることができるがために、この
圧延に際しての温度を、より低めることができ、
これに伴つて加熱炉の構造の簡易化と、省エネル
ギー化をはかることができるという利益がある。

更に、本発明による磁性合金は、これによつて
その圧延後に磁気特性の改善をはかるための方向
性処理、すなわち熱処理による２次再結晶現象を
利用した方向性珪素鋼板を得ることもできること
が確められた。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の説明に供する特性
測定結果を示す表図である。

Claims

【特許請求の範囲】１Ｐが0.03重量％以上5.0重量％以下、Ti、
Nb、Zrのうちの少くとも１種以上の元素を総量
で0.01重量％以上5.0重量％以下、Siが2.5重量％
以上10重量％以下を含み、残部Feよりなりかつ
その結晶粒界に0.5重量％をこえるＰが偏析して
いることを特徴とする磁性合金。２Ｐが0.03重量％以上5.0重量％以下、Ti、
Nb、Zrのうちの少くとも一種以上の元素を総量
で0.01重量％以上5.0重量％以下、Siが2.5重量％
以上10重量％以下を含み、 Cr 7.0 重量％以下 Mn 5.0 〃 Ni 7.0 〃 Cu 6.0 〃Ｙ 5.0 〃希土類元素 3.0 〃Ｂ 0.5 〃 Pb 0.5 〃 Be 3.0 〃Ｃ 0.8 〃Ｎ 0.1 〃 Ca 0.5 〃Ｖ 5.0 〃 Ge 5.0 〃 Mo 5.0 〃 Hf 5.0 〃 Ta 5.0 〃Ｗ 5.0 〃 Sn 3.0 〃 Sb 3.0 〃のうちより選ばれた少くとも１種以上の元素が総
量で0.01重量％以上10.0重量％以下含み、残部Fe
よりなり、かつその結晶粒界に0.5重量％をこえ
るＰが偏析していることを特徴とする磁性合金。