KR100711188B1 - 철-코발트 합금 및 이로 제조된 제품 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 중량 퍼센티지로 10 내지 20%의 Co, 극미량(trace) 내지 2.5%의 Si, 극미량 내지 2%의 Al, 0.1 내지 1%의 Mn, 극미량 내지 0.0100%의 C, 극미량과 0.0070% 사이의 O, N 및 S의 함량의 합, 1.1과 3.5% 사이, 바람직하게는 1.5와 3.5% 사이의 Si, Al, Cr, V, Mo 및 Mn의 함량의 합, 극미량과 3% 사이의 Cr, Mo 및 V의 함량의 합, 그리고 극미량과 1% 사이의 Ta 및 Nb의 함량의 합을 포함하며, 나머지는 철과 제련(smelting)으로부터 발생하는 불순물이고, 1.23(Al + Mo)% + 0.84(Si + Cr + V)% - 0.15(Co% - 15) ≤ 2.1, 및 14.4(Al + Cr)% + 12(V + Mo)% + 25Si% ≥ 21, 바람직하게는 ≥ 40인 것을 특징으로 하는 철-코발트 합금에 관한 것이다.

철-코발트 합금, 분사기, 액추에이터, 코어, 소성 변형, 중량 퍼센티지, 극미량(trace), 함량, 제련, 불순물, 보자력, 연신율.

Description

철-코발트 합금 및 이로 제조된 제품 및 그 제조방법{IRON-COBALT ALLOY AND THE PRODUCTS MADE THEREOF AND THE METHOD FOR MAKING THE SAME}

본 발명은 자성 철-코발트 합금 분야에 관한 것으로서, 특히 전자기 액추에이터의 코어를 형성하기 위한 철-코발트 합금에 관한 것이다.

전자기 액추에이터는 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하는 전자기 장치이다. 이러한 형태의 어떤 액추에이터는 이동 부품의 전기 에너지를 선형 변위(displacement)로 변환하는 선형 액추에이터라고 지칭된다. 그러한 액추에이터는 솔레노이드 밸브 및 전기-인젝터에 사용된다. 그러한 전기-인젝터의 바람직한 응용은 내연기관 특히 디젤기관 내로 연료를 직접 분사하는 것이다. 다른 바람직한 응용은 내연(휘발유 또는 디젤) 기관의 밸브를 전자기적으로 제어하는 데에 사용되는 매우 특정한 형태의 솔레노이드 밸브에 관련된다.

이러한 액추에이터에서, 전기 에너지는 일련의 전류 펄스에 의해 코일 내에 공급되어, 닫히지 않은 따라서 갭을 가진 자기 요크를 자화시키는 자장을 발생시킨다. 요크의 형상적 특징은 대부분의 자장선(magnetic field line)을 갭 영역에 대해 축방향으로 향하게 할 수 있다. 저기 펄스의 영향 하에서, 갭은 자위차(magnetic potential difference) 하에 놓인다. 액추에이터는 또한 코일 내의 전류의 작용에 의해 이동하도록 제조된 코어를 포함한다. 이것은 요크의 한 극 상에 휴지 상태에 있는(at rest) 이동 코어와 요크의 반대 극 사이에서 코일에 의해 발생된 자위차가 자장 구배를 거쳐 자화된 코어에 자기력을 발생시키기 때문이다. 따라서 자화된 코어는 이동하게 된다. 휴지 위치(rest position)는 또한 강성에 의해서 이동 부품의 운동을 돕는 2개의 대칭성 스프링에 의해 갭의 중간에 위치될 수 있다(전자기식으로 제어된 밸브의 경우).

이동 코어는 전기 펄스가 발생된 순간에 대해 위상 시프트를 가지고 이동하게 된다. 액추에이터의 최적 동작을 위해서, 액추에이터가 구성하는 금속이 높은 전기 저항률 및 낮은 보자력(coercive field)을 갖는 것이 필요하다 것을 알 수 있다. 이러한 상태는 요크와 자기 코어 내에 낮은 유도 전류를 얻는 것을 가능하게 하여, 코어를 이동하게 하는 코어의 최소 자화를 신속하게 달성하는 것을 가능하게 한다. 또한 코어가 높은 포화 자화를 가져서 펄스의 끝에서 가능한 한 높은 최대 힘을 허용하는 것이 중요한데, 왜냐하면 액추에이터가 열린 또는 닫힌 위치에 유지되는 것을 보장하는 것이 이 힘이기 때문이다. 이것은 예로서 고압 유체의 흐름을 완전히 차단할 것인가 또는 하나 이상의 스프링의 복귀력을 보상할 것인가가 문제일 때 특히 중요하다.

이러한 자기 코어는 여러 가지 형상을 가지며 봉 또는 막대기로 제조될 수 있다. 이 경우에, 그것들은 파열의 위험 없이 변형될 수 있도록 높은 소성 변형성을 가져야만 한다. 재료가 항복 시에 적어도 35%의 연신율을 갖는 것이 바람직하 다. 그러한 코어는 또한 압연판 또는 압연 시트를 절단하여 제조될 수 있다. 이 경우에, 그것들은 높은 천공성(puncturability)을 가져야만 하며, 천공성을 위해서 최소 경도 및 기계적 강도가 요구된다. 코어가 받을 반복된 기계적 충격 하에서 자성을 양호하게 유지하는 것 또한 필요하다. 이러한 경도 및 기계적 강도 특성 또한 코어의 효과적인 절단을 돕는다. 이러한 용도를 위해서 재료가 어닐링 후에 200HV 보다 큰 경도를 갖는 것이 권고된다.

종래 세 가지 넓은 범주의 합금이 전술한 것과 유사한 전자기 액추에이터의 코어를 형성하는 데에 사용되었다.

첫 번째 범주는 2 내지 3%의 규소를 함유하는 철-규소 합금으로 구성된다. 그것들은 비교적 높은 저항률을 갖는 이점을 갖는다. 한편, 그들의 포화 자화는 비교적 낮다.

두 번째 범주는 약 50%의 높은 코발트 함량을 가진 철-코발트 합금으로 구성된다. 그러한 합금은 상기 철-규소 합금보다 상당히 높은 포화 자화를 갖는다. 한편, 그들의 저항률은 다소 낮다. 또한, 매우 높은 코발트 함량 때문에, 이러한 합금은 매우 비싸다. 마지막으로, 그들의 기계적 성질은 최적이 아니어서, 코어를 제조하기에 어렵다.

세 번째 범주는 약 6 내지 30%의 코발트와 여러 가지 다른 합금 원소를 함유하는 철-코발트 합금으로 구성된다. 문헌 EP-A-715 320은 그러한 합금의 예를 제시한다. 그것은 6 내지 30%의 코발트와 크롬, 몰리브덴, 바나듐 및 텅스텐으로부터 선택된 3 내지 8%의 하나 이상의 원소와 나머지 철을 포함하는 전자기 액추에이터 코어용 철-코발트 합금을 개시한다. 바람직하게, 코발트 함량은 10 내지 20%이고, 크롬, 몰리브덴, 바나듐 및/또는 텅스텐 함량은 4 내지 8%이다. 이러한 합금은 50μΩ.cm보다 클 수 있는 양호한 전기 저항률을 갖지만, 그들의 포화 자화는 가장 높은 코발트 함량을 가진 버전(version)(따라서, 가장 비싸다)을 제외하고는 약 1.9 내지 2T로 비교적 낮고, 가장 높은 코발트 함량을 가진 버전에서 이 포화 자화는 2.3T에 이른다. 일반적으로, 상기 문헌에서 예로서 주어진 합금의 보자력 역시 높고 실질적으로 1.5 Oe보다 크다. 일반적으로, 상기 문헌에서 예로서 주어진 합금은 높은 포화 자화, 낮은 보자력 및 높은 저항률 사이의 최적 절충이 달성되지 못 하게 한다.

문헌 WO 96/19001은 5 내지 20%의 코발트와 수 %에 달할 수 있는 알루미늄 및 망간 또는 바나듐 함량, 즉 7%까지의 알루미늄과 8%까지의 망간 또는 4%의 바나듐을 포함하는 철/코발트 합금의 사용을 제안한다. 그 문헌에 개시된 합금은 매우 높은 저항률(60μΩ·cm)보다 큰)과 매우 높은 포화 자화(2 내지 2.2T)를 갖는다. 그러나, 이 합금들의 기계적 성질 및 보자력에 관한 정확한 정보는 제공되지 않았다.

본 발명의 목적은 전자기 액추에이터용 코어의 경제적 제조에 특히 적합한 철-코발트 합금을 제공하는 것이다. 이러한 코어는 여러 가지 전자기 특성들, 즉 포화 자화, 저항률, 보자력 사이에서 현존하는 재료보다 더욱 바람직한 절충을 보여야만 한다. 그것들은 또한 제조하기에 특히 쉽게 하는 기계적 성질을 가져야만 한다.

이러한 목적을 위해서, 본 발명의 주제는, 중량 퍼센티지로

10 내지 20%의 Co,

극미량(trace) 내지 2.5%의 Si,

극미량 내지 2%의 Al,

0.1 내지 1%의 Mn,

극미량 내지 0.0100%의 C,

극미량과 0.0070% 사이의 O, N 및 S의 함량의 합,

1.1과 3.5% 사이, 바람직하게는 1.5와 3.5% 사이의 Si, Al, Cr, V, Mo 및 Mn의 함량의 합,

극미량과 3% 사이의 Cr, Mo 및 V의 함량의 합, 그리고

극미량과 1% 사이의 Ta 및 Nb의 함량의 합

을 포함하며,

나머지는 철과 제련(smelting)으로부터 발생하는 불순물이고,

1.23(Al + Mo)% + 0.84(Si + Cr + V)% - 0.15(Co% - 15) ≤ 2.1, 및

14.4(Al + Cr)% + 12(V + Mo)% + 25Si% ≥ 21, 바람직하게는 ≥ 40인 것을 특징으로 하는 철-코발트 합금이다.

양호하게, 상기 합금은 14 내지 20%의 Co를 함유하고, 상기 Ta 및 Nb의 함량의 합은 0.05와 0.8% 사이이다.

본 발명의 다른 변경예에 따라, Si 및 Al 함량의 합이 1과 2.6% 사이이고, Cr, V, Mo, Ta 및 Nb의 함량의 합은 어닐링 후에 적어도 200HV의 경도를 얻기 위해서 극미량과 2% 사이에 있다.

본 발명에 따른 합금의 포화 자화가 150^o C에서 적어도 2.1T이고 20^o C에서 적어도 2.12T이며, 저항률은 150^o C에서 적어도 35μΩ·cm이고 20^o C에서 적어도 31μΩ·cm이며, 보자력이 20^o C와 150^o C에서 1.5Oe보다 작고, 바람직하게는 1Oe이하이다.

본 발명의 주제는 또한 철-코발트 합금으로 제조된 압연 막대, 봉, 판 또는 시트에 있어서, 상기 합금은 상기 형태이고, 상기 막대, 봉 판 또는 시트는 입자의 적어도 30%(재료의 부피로), 바람직하게는 적어도 50%에 대하여 열간 압연 방향에 대해 20^o 보다 작게 벗어나는, 막대 또는 봉의 경우에는 우선성(preferential) <100> 축 섬유 텍스처를, 또는 압연 판 또는 시트의 경우에는 강한(strong) <100> 텍스처 성분을 가진 것을 특징으로 하는 철-코발트 합금으로 제조된 압연 막대, 봉, 판 또는 시트이다.

본 발명의 주제는 또한 상기 형태의 압연 막대, 봉, 판 또는 시트를 생산하는 방법에 있어서, 상기 압연 막대, 봉, 판 또는 시트는 오스테나이트 상태에서 시작하여 페라이트 상태에서 종료되는 압연 작업을 수행하여 본 발명에 따른 합금으로 제조된 블랭크로부터 생산되고, 페라이트 상태에서 상기 막대, 봉, 판 또는 시트가 경험하는 두께 감소는 적어도 30%이고 바람직하게는 적어도 50%이며, 옵션으 로서의 후속 어닐링 처리는 오스테나이트 변형 온도 아래의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법이다.

본 발명의 주제는 또한 상기 방법에 따라 압연 막대 또는 봉 또는 판 또는 시트로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 전자기 액추에이터용 이동 코어와, 철-코발트 합금으로 제조된 이동 코어를 포함하는 전자기 액추에이터에 있어서, 상기 코어는 상기 형태이고, 상기 코어는 우선성 <100> 축 텍스처를 가지며, 이 축은 여기 필드(excitation field)의 주 방향에 대해 대략 평행한 것을 특징으로 하는 철-코발트 합금으로 제조된 이동 코어를 포함하는 전자기 액추에이터이다.

본 발명의 주제는 또한 높은 볼륨 파워(volume power), 짧은 응답 시간 및 사용시의 높은 신뢰성을 가진 전자기 액추에이터를 포함하며 상기 형태의 전자식 조절에 의해 제어되는 내연기관용 분사기이다.

마지막으로, 본 발명의 주제는 상기 형태인 것을 특징으로 하는 내연기관의 전자식 제어 밸브용 전자기 액추에이터이다.

아래에서 이해할 수 있듯이, 본 발명에 따른 철/코발트 합금은 낮거나 중간의 코발트 함량을 가진 Fe-Co 합금의 범주에 속하고, 상대적으로 적절한(moderate) 함량의 다른 합금 원소를 갖는다. 그러나, 이러한 합금 원소는 양호하게 한정된 각각의 비율로 존재하여야만 한다. 이러한 조건 하에서만, 이러한 합금에 대한 또한 그 합금으로부터 생산된 전자기 액추에이터의 코어에 대한 최적 성질은 50%의 코발트를 함유하는 Fe-Co 합금과 비교하여 매우 적절한(moderate) 재료비(코발트의 존 재와 관련하여)에 대해 자기적(magnetic) 관점과 기계적 관점 둘 다로부터 얻어진다.

본 발명에 따른 합금은 2 내지 3%의 규소를 함유하는 철/규소 합금의 저항률과 유사한 저항률을 갖는다. 150^o C에서의 이러한 저항률은 35μΩ·cm보다 커서, 동작 온도에서 액추에이터가 받는 응력에 대해 액추에이터의 양호한 반응을 보존한다. 20^o C에서, 이 저항률은 31μΩ·cm보다 크다. 동시에, 액추에이터의 이러한 양호한 반응은 또한 20^o C 및 150^o C에서 1.5 Oe로 제한된 낮은 보자력으로 인한 것이다. 보자력의 이러한 낮은 값은 0.0100%보다 적은 탄소 함량과 70 ppm으로 제한된 전체 산소, 질소 및 황 함량을 합금 상에 부과하여 본 발명에 따라 얻어진다. 이 낮은 보자력은 펄스 시간을 더욱 감소시킨다. 동일한 목적을 위해서, 코어가 제조될 부품 상에 우선성(preferential) <100> 축 텍스처(texture)를 제공하여 사용시에 코어에서 이 우선성 텍스처가 보자력의 주 여기 방향(principal excitation direction)에 대해 대략 평행하도록 하는 것이 바람직하다.

더욱이, 본 발명에 따른 합금은 150^o C에서 2.1 T보다 큰 포화 자화를 갖는다. 이 값은 3%의 규소를 함유하는 철/규소에서 통상적으로 발견되는 것보다 상당히 크다. 20^o C에서, 본 발명에 따른 합금의 포화 자화는 2.12T보다 크다.

20과 150^o C 사이에서의 상기 변수의 값의 차이는 보자력과 포화 자화는 20과 150^o C 사이에서 각각 최대로 4%와 1%만큼 변하는 반면에 저항률은 20과 150^o C 사이에서 약 16%만큼 증가한다는 사실에 의해 설명된다. 이 성질은 따라서 상당히 변하고 온도의 효과는 고려되어야만 하는데, 150^o C에서의 최소 저항률 35μΩ·cm는 20^o C에서의 최소 저항률 31μΩ·cm에 대응된다. 150^o C에서의 보자력은 20 ^o C에서의 값보다 항상 약 4% 낮고, 따라서 20^o C에서 충분히 낮으면(최대 1.5 Oe) 150^o C에서 훨씬 작을 것이다. 반면에, 포화 자화는 온도가 증가할 때 감소하고, 따라서, 150^o C에서 포화 자화가 2.1T 이상인 것을 보장하기 위해서, 20^o C에서의 포화 자화는 150^o C에서의 값보다 1% 더 커야만 되어, 즉 2.12T 이상이어야만 한다.

마지막으로, 본 발명에 따른 합금은 전자기 액추에이터용 코어의 생산에 특히 적합한 기계적 성질을 갖는다. 어떤 바람직한 예에서, 합금은 단조 또는 스탬핑 또는 인발가공(drawing)에 의한 소성 변형을 견디는 높은 능력을 갖는데, 왜냐하면 그것들은 파단(破斷) 시에 적어도 35%의 최대 연신율을 갖기 때문이다. 본 발명에 따른 다른 버전에서, 이러한 합금은 어닐링 후에 적어도 200HV의 경도에 의해 높은 절단성과 기계가공성을 갖는다.

본 발명에 따른 철/코발트 합금은 필연적으로 다음의 특징을 갖는다. 모든 퍼센티지는 중량 퍼센티지이다.

코발트 함량은 10과 22% 사이이고, 바람직하게는 14와 20% 사이어서, 높은 저항률을 유지하면서도 철/규소 합금에 비해 포화 자화를 상당히 증가시킨다. 더욱이, 코발트 함량을 22%로 제한하면 50%의 코발트를 함유하는 철/코발트 합금의 경우에서보다 더욱 바람직한 기계적 성질과 제조비를 제공한다.

규소 함량은 2.5%를 초과하지 않으며, 알루미늄 함량은 2%를 초과하지 않고, 크롬, 몰리브덴 및 바나듐의 각각의 함량은 3%를 초과하지 않으며 그것들의 함량의 합도 3%를 초과하지 않고, 망간 함량은 0.1과 1% 사이이며 바람직하게는 0.1과 0.5% 사이이어서, 열간 변환(hot conversion)을 편리하게 한다. 이러한 원소(망간은 제외하고)는 각각 제련(smelting)으로부터 발생하는 극미량(trace)으로서만 존재할 수 있다.

더욱이, 규소, 알루미늄, 크롬, 바나듐, 몰리브덴, 및 망간의 함량의 합은 1.1과 3.5% 사이이고, 바람직하게는 1.5와 3.5% 사이이다. 2 내지 3%의 규소를 함유하는 철/규소 합금의 저항률에 대응하는 합금의 저항률이 얻어지는 것은 이 조건 하에서이다. 더욱이, 이러한 원소들의 함량은 다음의 두 개의 식을 만족시켜야만 하는데,

포화 자화가 150^o C에서 2.1T 이상이고 20^o C에서 2.12T 이상인 것을 보장하기 위해서

1.23(Al + Mo)% + 0.84(Si + Cr +V)% -0.15(Co% - 15)% ≤ 2.1 (1)

또한 150^oC에서 35μΩ·cm 이상이고 20^oC에서 31μΩ·cm 이상인 저항률을 보장하기 위해서

14.5(Al + Cr)% + 12(V + Mo)% + 25Si% ≥ 21, 바람직하게는 ≥ 40 (2)

더욱이, 크롬, 몰리브덴, 및 바나듐 함량의 합은 재료의 포화 자화를 저하시키지 않도록 최대 3%이어야만 한다.

탄탈 및 니오븀 함량 및 그들의 함량의 합은 각각 1% 이하이어야만 한다. 바람직하게는, 이 함량의 합은 0.05와 0.08% 사이이다. 탄탈의 기능은 합금의 연성(ductility)을 증가시키는 것이고, 니오븀은 기계적 강도, 내마모성 및 저항률을 증가시키는 것이다. 1% 상한은 재료의 포화 자화의 저하를 피하는 필요성에 의해 정당화된다. 이 원소들은 제련으로부터 발생하는 극미량으로서만 존재할 수 있다.

탄소 함량은 100ppm 이하이어야만 하고, 산소, 질소 및 황 함량의 합은 70ppm 이하이어야만 한다. 이 조건은 보자력을 증가시키고 합금의 동적 투자율을 증가시키는 것을 가능하게 한다. 이러한 탄소, 산소, 질소 및 황 원소는 불순물로서 간주되고, 제련으로부터 발생하는 극미량으로서만 존재할 수 있다.

합금이 높은 최대 소성 연신율(35% 이상)을 갖는 것이 바람직한 단조 또는 스탬핑 또는 인발가공을 거치도록 의도될 때, 합금은 바람직하게 다음의 두 개의 조건을 만족시켜야만 하는데,

- 크롬과 바나듐 함량의 합은 1.1과 3%의 사이이어야만 하고, 바람직하게는 1.5와 3% 사이이고,

- 규소, 알루미늄 및 몰리브덴 함량의 합은 극미량과 1% 사이이어야만 한다.

그러한 냉간 단조 또는 스탬핑 및 인발가공은 초기에는 막대, 봉 또는 후판( 적어도 1mm)의 형태인 합금에 수행된다.

코어가 막대, 판 또는 시트로부터 준비될 때, 그리고 이 막대, 판 또는 시트가 절단 또는 기계가공되어야만 할 때, 합금의 조성이 다음의 두 개의 특성을 만족시키는 것이 바람직한데, 즉

- 규소와 알루미늄의 함량이 1과 2.6% 사이이고,

- 크롬, 바나듐, 몰리브덴, 탄탈 및 니오븀 함량의 합이 극미량과 2% 사이에 있다.

이 방법으로, 경도가 어닐링 후에 200HV보다 큰 합금이 얻어진다.

표1은, 본 발명에 따른 합금과 종래기술에 따른 합금의 예로서, 합금의 화학적 조성과 이 조성으로부터 발생하는 20^oC에서의 다음의 성질, 파단 시의 연신율, 어닐링 후의 경도, 포화 자화, 저항률 및 보자력을 제공한다. 조성의 100%에 대한 나머지는 철과 제련으로부터 발생하는 불순물로 구성된다. 또한 식 (1)과 (2)의 좌변의 계산의 결과가 표시된다.

[표 1] 본 발명 및 컨트롤 합금의 조성 및 전자기 및 기계적 성질의 예

컨트롤 합금(control alloy) 9는 약 50%의 코발트를 함유하는 철-코발트 합금이다. 그것의 자기 성질은 우수하며, 경도도 우수한데, 경도는 컨트롤 합금이 절단 또는 기계가공될 수 있게 한다. 한편, 컨트롤 합금은 파단 시에 지극히 낮은 연신율을 갖고, 그것은 큰 소성 변형을 견디기에 적합하지 않다. 또한, 그것은 지극히 비싼 합금이다.

컨트롤 합금 10은 약 30%의 코발트를 함유하는 철-코발트 합금이다. 앞의 합금과 비교하여, 그것의 저항률은 매우 상당히 낮다. 더욱이, 파단 시의 연신률이 우수하지는 않고 양호하지만, 이 합금은 어닐링 후에 상당히 낮은 경도를 가지며 이것은 그 합금을 절단 또는 기계가공에 덜 적합하게 한다.

컨트롤 합금 11은 3%의 규소를 함유하는 철-규소 합금이다. 그것은 만족스런 저항률과 보자력 값을 가지지만, 그것의 포화 자화는 비교적 낮다. 더욱이, 그것의 파단 시의 연신률은 매우 제한된 상태로 유지된다.

컨트롤 합금 12는 약 20%의 코발트와 바나듐을 함유하는 합금이다. 그것의 조성은 식 (1)을 만족시키고, 그것은 따라서 양호한 포화 자화를 갖는다. 그러나, 그것은 식 (2)를 만족시키지 않고, 그것의 저항률은 따라서 평범하다. 또한, 그것의 O+N+S 함량은 비교적 높고, 그것은 이 합금에 너무 높은 보자력을 제공한다.

컨트롤 합금 13은 크롬을 함유하는 18%의 코발트 합금이다. 그것은 식 (2)를 만족시키고(불가피하게 존재하는 원소 Al, Mo 및 Si가 불순물로서 간주된다면), 식 (1)을 만족시킨다. 그것의 포화 자화와 저항률은 따라서 만족스럽다. 그것의 파단 시의 높은 연신률은 이 합금을 소성 변형에 의해 형성되기에 적합하게 한다. 그러 나, 그것의 O+N+S 함량은 높고, 그것은 이 합금에 높은 보자력을 제공한다.

컨트롤 합금 14는 그것에 탄탈이 첨가되었다는 것을 제외하면 앞의 것과 유사하다. 파단 시의 연신률은 더욱 개선되지만, 보자력은 이 조성이 본 발명의 범위에 유지되기에 너무 높은 상태로 유지된다.

컨트롤 합금 15는 규소 및 알루미늄을 함유하는 15% 코발트 합금이다. 그것은 식 (2)를 만족시키는데, 그것은 이 합금에 양호한 저항률을 제공하지만, 식 (2)를 만족시키지 않는데, 따라서 포화 자화를 원하는 것과 비교해서 약간 너무 낮게 한다. 그것의 O+N+S 함량은 낮고, 그것은 이 합금에 매우 낮은 보자력을 제공하고, 규소 및 알루미늄은 이 합금에 어닐링 후에 높은 경도를 제공한다.

컨트롤 합금 16과 17은 앞의 것과 유사한 성질을 갖는다. 그것들은 규소와 알루미늄의 전체 함량에 비해 너무 낮은 코발트 함량으로 인해서 식 (1)을 만족시키지 않는다.

컨트롤 합금 18은 15%의 코발트를 함유하지만 실질적으로 다른 합금 원소를 함유하지 않는다. 그것의 포화 자화와 보자력은 양호하고(식 (1)은 충족되고 그것의 O+N+S 함량은 낮다), 그것의 저항률은 평범하다(식 (2)는 충족되지 않는다). 또한, 그것의 기계적 성질은 파단 시의 연신률 또는 어닐링 후의 경도의 관점에서 특히 양호하지는 않다.

컨트롤 합금 19는 15%의 코발트를 함유하지만 1%의 규소만 함유하는 철-코발트 합금이다. 이 합금에 대해서는, 합금 16에서와 동일한 설명이 적용되지만, 예외적인 사항은 규소의 존재가 경도와 저항률을 개선하지만 저항률을 충분한 레벨로 만들지는 못 한다는 것이다.

컨트롤 합금 20은 18%의 코발트와 3.2%의 바나듐을 함유하는 철-코발트 합금이다. 그것의 전자기 성질은 양호하지만, 그것의 파단 시의 연신률은 허용 최대 양(3%)에 비해 초과 바나듐의 존재로 인해서 불충분하다.

본 발명에 따른 합금 1 내지 8 중에서, 합금 1 내지 3은 어닐링 후에 210HV보다 높은 경도를 갖고, 그것은 그 합금들을 절단 또는 기계가공되기에 특히 적합하게 한다. 따라서 그 합금들을 원하는 부품이 제조되는 막대, 판 또는 시트를 형성하는 데에 사용하는 것이 바람직하다. 이 합금들은 약 15 또는 18%의 코발트와 상당한 양의 규소와 옵션으로서 알루미늄을 함유하는 철-코발트 합금이다. 또한, 합금 1은 탄탈을 함유하고 합금 2는 몰리브덴을 함유하며, 합금 3은 추가적인 합금 원소를 실질적으로 함유하지 않는다. 이 합금들은 포화 자화 및 저항률 둘 다의 관접에서 우수한 전자기적 성질을 가지며, 따라서 여러 가지 응용의 여러 가지 요구사항들 사이의 매우 양호한 절충을 제공한다. 마지막으로, 합금 1과 2 내의 탄탈과 몰리브덴의 존재는 그 합금들에 파단 시의 매우 양호한 연신률을 제공하여, 이 합금들을 또한 허용가능하거나 합금 1의 경우에 명백하게 양호할 조건 하에서 단조 또는 스탬핑 또는 인발가공에 의해 형성될 수 있게 한다. 통상적으로, 이러한 범주의 합금에 대해, 18%의 코발트, 0.5 내지 1%의 크롬+바나듐, 0.05 내지 0.5%의 탄탈+규소 및 1 내지 2.5%의 규소+알루미늄+몰리브덴을 포함하는 조성이 선택된다.

본 발명에 따른 합금 4 내지 8은 파단 시의 높은 연신률(적어도 35%)를 가지며, 그것은 이 합금들을 단조 또는 스탬핑 또는 인발가공에 의해 형성되기에 적합 하게 한다. 바람직하게, 그것들은 원하는 부품들이 제조되는 막대 또는 봉을 형성하는 데에 사용될 것이다. 이 합금들은 약 18%의 코발트를 함유하지만 규소 또는 알루미늄을 거의 또는 전혀 함유하지 않는 철-코발트 합금이다. 한편, 그것들은 크롬(2 내지 2.9%)을 함유한다. 이 원소는 몰리브덴 및/또는 바나듐에 의해 적어도 부분적으로 대치될 수 있다. 그것들의 전자기적 성질은 여러 가지 요구사항들 사이에서 합금 1 내지 3과 동일한 바람직한 절충을 제공한다. 통상적으로, 이 범주의 합금에 대해서, 18%의 코발트, 2 내지 3%의 크롬, 0 내지 1%의 바나듐, 0.05 내지 0.5%의 탄탈+규소 및 0 내지 0.5%의 규소+알루미늄+몰리브덴을 포함하는 조성이 선택된다.

본 발명에 따른 합금이 막대, 봉, 판 또는 시트의 형태로 일단 얻어졌을 때, 전자기 액추에이터(또는 유사한 성질이 요구되는 임의의 다른 부품)를 생산하는 데에 이 합금을 사용하는 것이 바람직하면, 그 금속에 열처리하여 요구되는 최적 텍스처를 주는 것이 중요하다. 이 처리의 목적은 재료의 적어도 30%(부피비로) 및 바람직하게는 적어도 50%에 대해 열간 또는 냉간 압연 방향에 대해 20 미만으로 벗어난 <100> 축을 포함하는 결정학적 방향을 가진 입자 또는 결정을 얻는 것이다. 결정의 특정 <100> 축이 특정한 텍스처에 의한 자속의 사용의 주 방향에 가깝게 오면, 연자석강(soft magnetic steel) 및 합금의 자기 성질은 상당히 개선된다. 압연된 판 또는 시트의 형태로 제조된 본 발명에 따른 합금의 경우에, 이것들은 압연 평면에 평행한 {100} 또는 {110} 형태의 우선성 텍스처를 가져야만 하고, 재료의 부피비와 재료의 압연 방향에 대한 <100> 방향은 상기 기준치를 충족시켜야만 한 다.

본 발명의 합금에서, 이러한 특성을 충족시키는 텍스처를 얻기 위한 한 가지 프로세스는 다음과 같다.

위에서 한정된 조성을 갖는 막대, 봉, 판 또는 시트 형태의 블랭크는 오스테나이트-페라이트(austeno-ferritic) 열간 압연 가공된다. "오스테나이트-페라이트 압연"이라는 표현은 오스테나이트 상태에서 따라서 α → α + γ 변형 온도(T_α/γ, 표1에 예로서 주어진 각각의 합금에 대해 규정됨) 위에서 시작되고, 페라이트 상태에서 따라서 T_α/γ 아래에서 종료되는 압연을 뜻한다. 이 열간 압연은 페라이트 상태에 있을 때 적어도 30%(바람직하게는 적어도 50%)의 변형율을 가진 축소 단계를 포함하여야만 한다(변형비는 (초기 단면적-최종 단면적)/(초기 단면적)의 비로 한정된다). 예로서, 직경 20mm의 막대를 얻고자 하면, 열간 압연 동안에, 막대는 적어도 24mm 바람직하게는 28mm의 중간 직경을 가진 페라이트 상태에 있는 것이 필요하다. 마찬가지로, 두께 2.5mm의 판을 얻고자 하면, 열간 압연 동안에, 판은 적어도 3.6mm 바람직하게는 적어도 5mm의 중간 두께를 가진 페라이트 상태에 있는 것이 필요하다.

더욱이, 열간 압연 후에 옵션으로서 수행되는 어닐링 처리는 제품을 T_α/γ 위의 온도로 올려서는 안되며, 이 온도는 표1에 표시된 본 발명에 따른 합금의 경우에 930으로부터 990^o C로 변한다.

마지막으로, 가장 바람직한 텍스처는 주로 제품의 상부층에서 얻어지기 때문 에, 후속 산세(酸洗) 또는 연마 작업 동안에 재료의 임의의 표면 제거를 가능한 한 제한하는 것이 권고된다. 바람직하게, 이 작업 후의 제품의 질량의 감소는 10% 더욱 바람직하게는 5%를 초과하지 않아야 한다

전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 합금의 바람직한 응용은 전자기 액추에이터용 코어의 제조이다. 그러한 코어를 포함하는 그러한 컴팩트하고, 신속하며 신뢰성 있는 액추에이터는 직접-분사 내연기관, 특히 디젤 엔진, 및 내연기관의 밸브의 이동을 제어하는 전자기 액추에이터용 이동 부품에 바람직하게 사용될 수 있다.

Claims (21)

1. 중량 퍼센티지로

   Co 함량이 10 내지 20%,

   Si 함량이 0% 초과 내지 2.5%,

   Al 함량이 0% 초과 내지 2%,

   Mn 함량이 0.1 내지 1%,

   C의 함량이 0% 초과 내지 0.0100%,

   O, N 및 S의 함량의 합이 0% 초과 내지 0.0070%,

   Si, Al, Cr, V, Mo 및 Mn의 함량의 합이 1.1 내지 3.5%,

   Cr, Mo 및 V의 함량의 합이 0% 초과 내지 3% 및

   Ta 및 Nb의 함량의 합이 0% 초과 내지 1%을 포함하며,

   나머지는 철과 제련(smelting)으로부터 발생하는 불순물이고,

   1.23(Al + Mo)% + 0.84(Si + Cr + V)% - 0.15(Co% - 15) ≤ 2.1, 및

   14.4(Al + Cr)% + 12(V + Mo)% + 25Si% ≥ 21인 것을 특징으로 하는,

   전자기 액추에이터 코어의 제조에 적합한, 포화 자화, 저항률 및 보자력를 갖는 철-코발트 합금.
2. 제1항에 있어서,

   상기 합금이 14 내지 20%의 Co를 함유하는 것을 특징으로 하는 철-코발트 합금.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 Ta 및 Nb의 함량의 합이 0.05 내지 0.8%인 것을 특징으로 하는 철-코발트 합금.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   Cr 및 V의 함량의 합이 1.1 내지 3%이고, Si, Al 및 Mo의 함량의 합이 0% 초과 내지 1% 인 것을 특징으로 하는 철-코발트 합금.
5. 제4항에 있어서,

   파단(破斷) 시의 연신률이 ≥ 35%인 것을 특징으로 하는 철-코발트 합금.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   Si 및 Al 함량의 합이 1 내지 2.6% 이고, Cr, V, Mo, Ta 및 Nb의 함량의 합이 0% 초과 내지 2% 인 것을 특징으로 하는 철-코발트 합금.
7. 제6항에 있어서,

   상기 합금의 경도 HV가 어닐링 후에 ≥ 200인 것을 특징으로 하는 철-코발트 합금.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   포화 자화가 150^o C에서 ≥ 2.1T이고 20^o C에서 ≥ 2.12T이며, 저항률은 150^o C에서 ≥ 35μΩ·cm이고 20^o C에서 ≥ 31μΩ·cm인 것을 특징으로 하는 철-코발트 합금.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   20^o C와 150^o C에서의 보자력이 1.5 Oe보다 작은 것을 특징으로 하는 철-코발트 합금.
10. 철-코발트 합금으로 제조된 막대, 봉 또는 판에 있어서,

    상기 합금은 제1항에 따른 합금의 형태이고, 상기 막대, 봉 또는 판은 재료의 부피로 입자의 적어도 30%에 대하여 열간 압연 방향에 대해 20^o 보다 작게 벗어나는 우선(preferential)방위 <100>의 축 섬유 텍스처를 가진 것을 특징으로 하는 철-코발트 합금으로 제조된 막대, 봉 또는 판.
11. 철-코발트 합금으로 제조된 압연 판 또는 시트에 있어서,

    상기 합금은 제1항에 따른 합금의 형태이고, 상기 압연 판 또는 시트는 재료의 부피로 입자의 적어도 30%에 대하여 열간 압연 방향에 대해 20^o 보다 작게 벗어나는 <100> 축 텍스처 성분을 가진 것을 특징으로 하는 철-코발트 합금으로 제조된 압연 판 또는 시트.
12. 제10항 또는 제11항의 압연 막대, 봉, 판 또는 시트를 생산하는 방법에 있어서,

    상기 압연 막대, 봉, 판 또는 시트는 페라이트 상태에서 적어도 30%의 변형비를 갖고 압연 작업을 수행하여 제1항의 합금으로 제조된 블랭크로부터 생산되고, 옵션으로서의 후속 어닐링 처리는 오스테나이트 변형 온도 이하의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 제1항에 있어서,

    Si, Al, Cr, V, Mo 및 Mn의 함량의 합이 1.5 내지 3.5% 인 것을 특징으로 하는 철-코발트 합금.
18. 제1항에 있어서,

    14.4(Al + Cr)% + 12(V + Mo)% + 25Si% ≥ 40인 것을 특징으로 하는 철-코발트 합금.
19. 제9항에 있어서,

    20^o C와 150^o C에서의 보자력이 1 Oe보다 작은 것을 특징으로 하는 철-코발트 합금.
20. 제10항에 있어서,

    상기 막대, 봉 또는 판은 재료의 부피로 입자의 적어도 50%에 대하여 열간 압연 방향에 대해 20^o 보다 작게 벗어나는 것을 특징으로 하는 철-코발트 합금으로 제조된 막대, 봉 또는 판.
21. 제11항에 있어서,

    상기 압연 판 또는 시트는 재료의 부피로 입자의 적어도 50%에 대하여 열간 압연 방향에 대해 20^o 보다 작게 벗어나는 것을 특징으로 하는 철-코발트 합금으로 제조된 압연 판 또는 시트.