KR0134813B1 - 자석이용 제품 생산방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없슴

Description

자석이용 제품 생산 방법 및 장치

제 1도는 본 발명에 따르는 방법을 실행하는 장치를 예를 들어 매우 도식적으로 나타내는 도면.

제2도는 열처리 온도를 나타내는 도표.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,2,11 : 로 3 : 스트립 또는 산출물

4 : 절단장치 12 : 공간

13 : 솔레노이드 31 : 권선체

32 : 원통부 33 : 제품

본 발명은 자석용 금속 제품을 생산 하는 방법 및 장치에 관한 것이며, 또한 상기 방법에 의해 얻어지고 상기 제품을 만드는데 사용되는 산출물까지도 포함한다.

특정 자기 성질을 가지고, 상기 제품 생산에 기여하는 여러가지 합금들은 이들의 자기성질에 의해서, 계전기, 미터기, 변환기 등의 전기 공학 또는 전자 공학적인 산업에 이용된다.

특히, 우용한 자기 성질을 갖고 있는 철, 알루미늄, 니켈 그리고 코발트를 주성분으로 한 4월 합금이 일반적으로 사용되지만, 어떠한 경우에도 철, 코발트, 크롬을 주성분으로 한 3워 합금에 의해 양호하게 대체될 수 있다. 사실 이러한 합금은 연속된 스트립 또는 와이어, 시이트 또는 막대와 같은 긴 산출물 형태로, 절단 또는 펀칭에 의해 성형할 수 있는 잇점이 있다.

상기 합금의 자기 성질은 한편으로는 합금의 조성을 바꿈으로써, 다른 한편으로는 열처리 방법을 바꿈으로써 필요한 기능으로 조절될 수 있다. 특히 26내지 32%의 크롬과 9내지 25%의 코발트를 포함하는 철-코발트-크롬 합금은 철-알루미늄-니켈-코발트로 이루어진 4월 합금에 가까운 자기 성질을 갖게 되는 잇점이 있으며 또한 예를 들어 펀칭 또는 단조에 의해 절단되고 성형될 수도 있다. 이러한 이유로 상기 합금을 성형 가능한 자석이라고 부른다.

원하는 성질을 갖게 해주는 열처리는 매우 복잡하며 또한 가열, 일정한 온도 유지 또는 예정 온도 변화속도로의 냉각 과정을 달리한다. 그러나 때때로 상기 금속 합금을 160,000A/m(2,000 Oe)이상의 강자기장하에서 650 ℃근처에서 어니일링 과정을 실시하는 것이 효과적이라는 것이 관찰되어 왔다.

예를 들어, US-A-4,097,477는 영구자석의 제조하기 위한 자기합금의 처리에 관한 것이다. 약 600℃내지 1300 ℃온도에서 용해 처리후, 합금은 570℃내지 670℃의 온도에서 자기장의 존재하에서 가열되고, 200℃까지 서냉하여 시효 처리된다. 항상, 자기장은 4,000e, 즉, 32,000A/m이다.

BE-A-692 166호는 금속의 재결정화를 위해 중간 어니일링하고 압연밀로 적당한 두께가 될 때까지 늘어지는 열간 압연된 스트립으로부터 전기 변환기 코어용박막 사이트를 제조하는 것이며, 압연 스트립은 최종 어닐링되어진다. 이 특허는 영구자석, 즉, 계전기, 미터기, 변환기 등에 사용되는 소형 제품을 얻는 본원 발명과 목적이 상이하고, 특히, 열처리가 본원 발명과 상이하다.

이런 제품을 만들고 자기성질을 개선하기 위해서, 고자기장의 존재에서 어니일링 가열하고 그다음 자기장없이 서냉하는 시효 처리를 하는 단계를 포함하는 US-A-4,093477에 기술한 처리를 사용할 필요가 있었다.

그러나, 자기장하에서의 상기 어니일링 과정이 매우 유용한 결과를 일으키지만, 전술한 강한 자기장을 발생시키기 위해 전자석 또는 이와 유사한 장치의 사용이 요구되는 단점도 있다. 이 때문에, 장치는 매우 비싸고 또한 사용이 어렵다.

본 발명은 사용되는 자기장을 종래의 방법에서 보다 매우 약하게 하여, 특히 전자석의 사용을 피할 수 있는 자기장하에서 어니일링을 수행하는 새로운 방법에 관한 것이다.

본 발명에 의하명 어니일링 과정은 적어도 연속된 두개의 단계로 분리되며, 즉, 제품으로 절단하기전에 긴 산출물을 자기상태로 도입하는 제1도입 단계와, 상기 제1단계에서 받은 산출물로부터 얻어진 개별 제품들을 시효하는 제2시효단계로 나누어진다.

긴 산출물이 권선체로 부터 풀려 나오는 것이 연속된 스트립 또는 와이어인 경우에서, 제1도입 단계는 전류를 공급받는 솔레노이드로 구성된, 자기장 발생수단이 내부에 제공되어 있는 관모양의 로내측으로 스트립 또는 와이어를 풀어줌으로써 연속적으로 이루어진다.

연속 스트립 또는 와이어와 또한 시이트 도는 바아 형태의 산출물 양쪽 모두에 사용될 수 있는 본 발명의 또 다른 양호한 실시예에서, 적어도 로의 길이에 해당하는 길이만큼의 산출물 부분을 제1단계를 수행하는데 필요한 시간동안에 자기장 발생 수단을 갖춘 관모양의 로안에서 고정적으로 유지된다.

또다른 유용한 특징에 의하며, 스트립을 자기장에서 제1도입 단계 동안 장력을 받게된다.

특히, 유리한 방법에 있어서 제1도입 단계 동안에 가해지는 자기장은 80,000A/m(1,000 Oe)보다도 작을 수 있다.

본 발명은 또한, 자기장 발생 수단과 연결된 관모양의 로와 합금 스트립의 로속으로의 통과를 조절하는 수단을 포함하는 본 방법을 수행하기 위한 장치를 갖는다.

상기 제품의 처리와 준비의 전체 과정이 같은 장소에서 이루어질때, 장치는 두 개의 개별 로를 가지는데, 즉 연속으로 풀려나오는 스트립을 도입하는데 제1도입 단계를 수행하기 위한 로와, 두 개의 로사이에 놓여서 제품을 형상화하는 절단장치에 의해 절단되어진 제품을 시효하는 제2도입 단계를 수행하기 위한 로를 가진다.

그러나 어니일링 처리 과정을 2 단계로 분리할 수 있다. 본 발명은 어니일링 과정에서 제1도입 단계를 받고 연속적으로 개별 제품으로 절단될 수 있는 연속합금 스트립으로 이루어지는 산출물을 포함하며, 연속적으로 절단된 제품은 마지막 으로 제2시효 단계를 받는다.

첨부의 도면을 참조로 본 발명의 방법에 따른 자석 제품을 제조하는 실시예를 설명하겠다.

본 발명은 철과 코발트 혼합물의 탄소환원, 크롬의 첨가 그 다음 망간의 첨가, 분금과 상입-주조(grading and top-casting)가 연속적으로 수행되는 진공노내에서 제련되는 철, 크롬 및 코발트의 3원 합금에 대한 연구 결과이다. 상기 진공노에서 얻어진 잉곳은 몇몇 열변형과정을 거쳐서 냉각 이후에 막대로 만들어진다.

그리고 나서 막대는 열간 압연되어 플랫 또는 와이어로 되고, 이것을 수냉하고 원한다면 냉간 가공할 수 도 있다.

합금에서의 열처리는, α을 두개의 상으로 즉, 코발트가 풍부하고 강자성인 α1상과 크롬이 풍부하고 약자성 또는 비자성인 α2상로 스피노달 분해함으로서 자기 경화에 이르는 상변태로 이루어진다.

최대 α-상을 얻기 위해서는, 약 900℃ 내지 950℃사이에서 단시간내에 행해지는 재결정 처리가 상기 스피노달 분해 처리에 선행되는 것이 바람직하다. 다음에 합금은 스피노달 분해를 가능하게 해주는 약 600℃ 내지 650℃사이에서 행해지는 어니일링 과저을 겪게된다. 상기 처리 과정은, 합금에 자기장을 가하는 것이 바람직한 도입 단계와 반면에 자기장을 가할 필요성이 없는 시효 단계로 된 두개의 서로 분리된 단계에서 수행될 수 있다. 도입 단계에서 국부적으로 분리해서 수행할 수 있으며, 이것은 조성물의 주기적인 변화를 일으키며, 이러한 주기를 정확하게 제어하여 α2상내의 α1상의 침전물을 가지며, 시효 단계에서 가능한 상기 상사이의 농도의 분리를 높게 달성할 수 있다.

제1도입 단계가 급하게 이루어지는데 반해, 상기 시효 처리는 도입 처리보다 낮은 온도에서, 10내지 20시간 정도의 꽤 긴 시간동안의 온도 유지를 필요로 한다.

또한 제품을 절단해 내고 성형하는 과정은 제1도입 단계 이후에 실행된다.

본 과정의 특징에 의하면 연속된 스트립 형태인 합금을 제1도입 단계를 받게 하고, 그리고 나서 제품으로 절단하고 마지막으로 제품을 시효화한ㄴ 제2 시효단계를 받게 한다.

제1도에 도시된 바와 같이 본 과정을 이행하는 장치는 제1도입 단계를 수행하는 제1로(furnace)(1)와 시효화하는 제2 시효단계를 수행하는 제 2 로(2)로 각각 분리된 적어도 두개의 가열 지대를 포함한다. 합금은 권선체(31)에서부터 풀려나와 원통부(32)에 감겨질 수 있는 스트립(3)형태로 되어 있다. 따라서 스트립(3)은 관모양으로 생긴 로(1)의 내면의 길이방향을 통과한다. 양호하게, 상기로(1)보다는 내부에서 약 950℃정도에서의 재결정 과정이 진행되고 있는 로(11)를 먼저 통과한다.

로(1)의 출구측에는 스트립(3)으로부터 원하는 모양의 제품(33)을 절단해 내는 절단장치(4)가 설치되어 있으며, 여기서 적당히 냉각된 후의 제품은 다른 로(2)로 안내하고 여기서 시효 처리 과정을 받게 된다.

관 모양의 로(11)는 그안에서 스트립(3)이 통과하는 긴 내부 공간(12)을 형성한다. 또한 노(1)에는 전류원(14)에 연결되고 중앙 공간(12)을 완전히 에워싸도록 로의 벽과 협력하는 솔레노이드(13)와 같은 자기장 발생 수단이 제공되어 있으며, 그런므로 로의 내측에서는 전류를 통함으로써 자기장이 발생된다.

본 발명의 기본 장점에 의하며, 두께에 비해 길이가 매우 길고 약한 소자필드(weak demagnetizing field)를 가진 제품에 자기장이 가해짐으로써 원하는 자기성질을 만들기 위해 상기 로(1)안에서 매우 강한 자기장을 일으킬 필요는 없다.

지금까지는 조그만 크기의 제품에 대해서도 적어도 16,000A/m(2,000 Oe)의 자기장을 사용해야 했으나, 실제로, 원하는 결과와 합금의 조성에 따른 필요한 자기장을 심지어 80,000A/m 또는 1,000 Oe 이하로 할 수 있다. 따라서 값이 비싼 전자석의 사용을 피할 수 있다. 관모양의 로(1) 출구측에서, 스트립(3)은 절단 장치(4)를 통과하고, 절단 작업이 완성된 후에도 자기 구조를 변화시키지는 않는다.

제2도에서는 시간에 대한 처리 온도의 관계를 보여주는 다이어그램이 예로서 도시되어 있다.

상온에서 권선체(31)로 부터 풀려나온 스트립은 처음에 로(11)안으로 들어가서 선 OAB를 따라 약 900℃까지 온도를 증가한다. 점 B로 부터, 스트립은 관모양 로(1)를 통과하며, 여기서의 온도는 솔레노이드(13)에 의해 생기는 자기장의 존재하에 부분적으로 이루어지는 선 BC를 따라서 630℃ 까지 감소한다. 다음에 스트립은 선 CD에 따라서 급속히 냉각된다. 이 냉각 상태에서 제품(33)으로 양호하게 절단된다. 다음에 제품(33)은 로(2)쪽으로 안내되어, 거기서 제품의 온도를 예를 들어 10 내지 20시간의 필요한 시간동안 610℃에서 부터 520℃ 까지 일정하게 감소한다.

스트립이 풀려지는 동안 재결정 과정을 겪고 다음에 도입 단계를 받는 상화에서, 온도 유지 기간은 권선체의 풀림 속도 변화에 따라서 조절되며 관모양의 로(1)와 재결정화 로(11)의 상대적인 길이에 따라서 재결정과정은 보통 반시간 내지 한시간동안 지속된다.

그러나 관모양의 로안에서 이 과정을 계속적으로 수행하는 대신에, 스트립 일부가 로안에서 필요한 시간 동안 정지 상태로 있을 수 있도록 스트립을 일정시간 간격을 두고 전진시킬 수 가 있다. 또한 자기 처리가 비교적 약하게 수행될 수 있도록 하기 위하여, 개별 시이트 또는 막대 형상이면서 횡방향 크기에 비해 길이가 매우 긴 산출물에도 상기와 똑같은 과정을 적용시킬 수 있다. 이러한 시이트 또는 막대들을 연달아 로안으로 넣고 처리의 제1단계에 필요한 시간동안 정지 하였다가, 제2단계를 받기 위해 제품으로 절단다.

원하는 특성과 합금의 조성에 의하면, 로(1) 안에 있는 솔레노이드(13)에 의해 발생되는 자기장은8,000(100 Oe) 내지 120,000A/m(1,500 Oe)사이, 예를 들며 48,000A/m(600 Oe)정도이다.

제1도입 단계 이후에 얻어지 자석 구조는 영구적이며 따라서 절삭 작업과 시효하는 제2시효 단계는 제 1 단계 이후라며 아무때나 수행할 수 있다. 따라서 재결정 처리가 선행된 후에는 합금 스트립을 먼저 제1도입 단계에서 처리할 수 있다. 이렇게 처리된 스트립을 사용자에게 전달하면, 사용자는 제품으로 절단하여 시효화하는데 제2시효 단계를 실시한다. 이러한 작업은 소형크기이고 자기장은 없는 제품에 적용되기 때문에 아주 간단히 실시할 수 있다.

간단한 예로써, 본 발명은 다음과 같은 방법으로 실행된다.

제1예

10.2중량%의 코발트와 28.0중량%의 크롬과 05중량%의 망간과 나머지는 철로 이루어지고 제조 과정의 결과로 약간의 불순물이 첨가된 잉곳을 일반적인 진공 제련 및 주입(vacuum smelting and pouring)방법으로써 준비한다. 다음에 1200℃ 내지 1250근처에서 잉곳을 열간 압연시킨후 급속히 냉각시킨다. 열간-압연된 제품은 냉각압연에 의해 0.75mm두께의 스트립으로 만들어진다.

그 다음에 냉각-압연된 스트립은 제1도에 도시된 로 시스템으로 이동되며, 제1로(11)안에서 스트립의 온도는 약 30분동안 950 ℃까지 달하게 된다. 상기 로(11)와 다른 로(1)사이의 간격과 열 절연은, 스트립이 약 700℃에서 부터 시간당 100℃ (100℃ C/h)냉각되어 자기장이 가해지는 적어도 650℃의 로(1)안으로 들어갈 수 있도록 되어 있다. 로(1)의 온도는 630℃ 까지 조절되며 축방향 자기장은 600 Oe (48,000a/m)정도이다. 로(1)에서 스트립이 풀려나가는 시간은 적어도 30분이다. 이렇게 이미 처리된 스트립을 측정용으로 사용하고 자동차의 미터기에 사용되는 구멍뚫린 디스크로도 사용하기 위한 제품으로 절단한다. 다음에 이러한 제품들을, 예를 들어 로(2)와 같은 일반적인 로안에서 20시간 동안에 620℃에서 부터 520℃ 까지 점차적으로 온도를 감소한다.

상기에서 얻어진 자석 특성은 다음과 같으며 그 과정 값을 예시한다.

제 2 예

제1예에서와 동일한 스트립이 사용되지만 처리를 실행하기 전에 스트립이 로(11)와 로(1)안으로 들어갈때 스트립을 수소 가스하에서 한시간동안 950℃로 처리하고 처리의 마지막에서 급속히 냉각한다.

그리고 나서 이렇게 예비처리된 스트립을 제 1도에서 도시된 로안으로 풀림 처리한다. 이러한 풀림 처리 과정에서 스트립을 10kg/mm^-2의 힘으로 길이 방향의 단일 축방향으로 견인한다.

로(11)의 온도는 700℃이고 스트립은 온도가 650℃인 로(1)안으로 들어간다. 로(1) 온도는 630℃ 까지 조절되고 축방향 자기장은 800 Oe가 된다. 로(1)안에서의 통과시간은 40분 정도이다. 로(1)를 떠나는 스트립은 급속히 냉각되고 감겨진다.

이렇게 자기장과 장력하에서 처리된 스트립으로부터 제품들로 절단된다. 이러한 제품들은 이후에 20시간동안에 온도가 620℃에서 부터 500℃까지 점차적으로 감소하는 일반 로안에서 시효화 처리된다. 24시간동안 500℃에서 보충적인 처리를 하면 유리하다. 상기에서 얻어진 특성은 다음과 같다.

제 3 예

12.0중량%의 코발트와 28.0중량%의 크롬과 0.5중량%의 망간과 나머지는 철로 이루어지고 약간의 불순물로 이루어진 합금을 진공 제련 및 주입해서 잉곳을 만든다. 다음에는 잉곳5mm두께의 스트립으로 열간 압연시키고 1mm두께의 스트립으로 냉간 압연시킨다.

다음에 스트립을 수소 가스하에서 반시간동안 1,050℃로 처리한다. 이러한 처리는 급속 냉각을 함으로써 끝나게 된다.

다음에 스트립을 용도에 맞는 필요한 트림(trim)하여 1.5미터 섹션으로 절단한다. 이러한 섹션들을 작은 직경으로 이루어진 다발들로 뭉쳐 로(1)안에 위치한다.

로(1)의 온도를 700℃까지 급속히 상승시킨후 시간당 100℃씩 (100℃/h)의 비율로 620℃까지 냉각한다. 650℃에서 부터 800 Oe의 자기장을 가한다. 온도를 620℃에서 한시간 동안 유지한다. 이러한 620℃처리의 마지막에서 스트립 다발들을 급속히 냉각한다.

측정용이고 실용적인 상기 제품은 스트립으로 부터 절단되며, 다음에는 그 온도가 620℃에서 부터 520℃ 까지 20시간에 걸쳐 감소하는 로안에서 처리된다. 500℃에서 24시간동안 행해지는 보충처리는 자석 특성을 더욱 증가시켜 준다.

상기 일련의 처리에 의해 얻어진 특성은 다음과 같다.

물론 본 발명은 전술한 실시예의 설명부분에만 한정되지 않으며, 특허청구에 의한 보호범위를 벗어나지 않고 변경이 가능하다. 특히 상기 처리 온도는 코발트를 10%함유한 합금에 바람빅하지만, 원하는 특성과 합금의 조성에 따라 수정될 수 도 있다. 또한 다소 급속히 냉각되는 단계에 의해 구분된다면, 서로 다른 온도 단계로 구성되는 좀 더 복잡한 열처리를 할 수 도 있다. 사실상 상기 처리가 스트립형태의 합금으로 수행된다 하더라도, 원하는 만큼의 상이한 온도를 이루기 위해 열절연 지대에 의해 서로 분리시킴으로써 상기 로들을 번갈아 배치시킬 수 있다.

물론 본문에서 스트립이라는 용어가 사용 되었지만, 본 발명은 또한 본 제품의 절단면 모양에 따라 길게 이어진 와이어 또는 시이트 또는 막대와 같은 긴 제품의 사용도 포함한다.

유사하게 절단된 이후에, 상기 제품에는 예를 들어 단조 작업과 같은 여러가지 성형 작업이 이루어질 수 있다.

또한 온도 및 자기장의 작용과, 스트립을 풀거나 감은 속도를 조절함으로써 혹은 로에 연결된 장치의 작용을 조합해서 제품에 장력을 가하는 것이 유용하다. 직류 또는 교류를 사용하는 종래의 여러 수단과 회로를 채택하여 더욱 쉽게 장력을 발생시킬 수 있으며, 또한 전류는 자기장의 로의 가열을 동시에 발생시킨다.

Claims (8)

1. 철, 코발트와 크롬을 주성분으로한 금속 자기 합금으로 이루어진 연속적인 스트립 또는 와이어(3)를 만드는 단계와,

   상기 스트립 또는 와이어(3)를 자기장을 생성하는 수단이 일부분에 제공된 관모양 로(1)내측에 통과시키크로서 80,000A/m(1000 Oe)보다 낮은 자기장의 하에서 600℃와 650℃사이의 온도로 가열하는 어니일링 작업의 제1 도입 단계와, 상기 스트립으로부터 소망의 형상의 개별 제품(33)으로 절단하는 단계와,

   상기 제품(33)을 보자력과 에너지를 증가하는데 충분한 시간동안 자기장 없이 규칙적으로 온도를 감소하는 제 2 호(2)내에서의 어니일링 작업의 제 2 시효 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자석용도용 제품 생산 방법
2. 제1항에 있어서,

   상기 제 2 시효 단계는 500℃ 내지 600℃사이의 온도에서 이루어지는것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 연속적인 스트립 또는 와이어를 권선체(31)로 부터 풀어서 먼저 제1도입 단계를 연속적으로 실시하는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 스트립 또는 와이어(3)의 적어도 일부분이 상기 관모양 로(1)의 길이에 대응하는 길이 만큼 상기 제1도입 단계동안 고정되어 유지되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 자기장은 상기 관모야 로(1)내에 사용되는 도체내에 전류를 통과함으로서 발생되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 도입 단계의 실시동안, 상기 스트립 또는 와이어가 자기장내에 장력하에 놓여지는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 제 1 도입 단계를 받기전, 합금 스트립(3)은 반시간에서 한시간 동안 900℃ 내지 950℃ 사이의 온도에서 재결정화 처리를 받는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에서 청구된 바와 같은 제 1도입 단계를 거친 긴 금속 스트립 또는 와이어(3)으로 이루어지고, 이로 부터 제품(33)으로 절단되고 제 2시효 단계를 거칠 수 있는 것을 특징으로 하는 자석 용도용 제품을 생산하기 위한 산출물.

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