KR102230095B1

KR102230095B1 - 비정질 합금 박대

Info

Publication number: KR102230095B1
Application number: KR1020187027222A
Authority: KR
Inventors: 세이지 오카베; 다케시 이마무라; 가츠미 야마다
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2016-04-04
Filing date: 2017-02-07
Publication date: 2021-03-18
Also published as: WO2017175469A1; CN108778563A; KR20180114187A; US11255007B2; JP2017185508A; JP6478061B2; US20210207252A1; TWI642796B; TW201805446A

Abstract

권철심으로 가공해도 저철손을 보다 안정적으로 실현할 수 있는 화학식 : Fe_xB_ySi_z (여기서, x : 78 ∼ 83 at％, y : 8 ∼ 15 at％, z : 6 ∼ 13 at％) 로 나타내는 성분 조성으로 이루어지고, 냉각 롤과 접한 면에 있어서의 에어 포켓의 발생 밀도가 1 ㎟ 당 8 개 이하이고, 또한, 에어 포켓이 아닌 지점에 있어서의 산술 평균 높이 (Sa) 가 0.3 ㎛ 이하인 비정질 합금 박대를 제공한다.

Description

비정질 합금 박대{Amorphous alloy thin strip}

본 발명은 변압기의 철심 등에 사용하면 바람직한, 저철손의 비정질 합금 박대 (薄帶) 에 관한 것이다.

배전용의 변압기 (트랜스) 등의 철심에는, 비정질 합금 박대를 사용한 권철심이 많이 사용되고 있다. 상기 권철심에 사용되는 비정질 합금 박대로는, Fe 를 베이스로 하고, B 나 Si 등을 첨가한 Fe-B-Si 계 합금의 용탕을, 고속 회전시키는 냉각 롤의 표면에 사출하여 급랭 응고시킨, 두께가 수 10 ㎛ 인 비정질 합금 박대가 알려져 있다.

예를 들어, 특허문헌 1 에는, 80 ∼ 84 at％ 의 Fe, 12 ∼ 15 at％ 의 B 및 1 ∼ 8 at％ 의 Si 를 함유한 Fe-B-Si 비정질 합금이, 또, 특허문헌 2 에는, 81 ∼ 82 at％ 의 Fe, 13 ∼ 16 at％ 의 B 및 3 ∼ 5 at％ 의 Si 로 이루어지는 비정질의 Fe-B-Si 3 원 합금이, 또, 특허문헌 3 에는, 실질상 77 ∼ 80 at％ 의 Fe, 12 ∼ 16 at％ 의 B 및 5 ∼ 10 at％ 의 Si 로 이루어지는 두께가 0.003 인치 이하인 비정질 합금 스트립이 개시되어 있다.

상기 Fe-B-Si 계의 비정질 합금 박대는, 종래의 방향성 전기 강판과 비교하여, 저철손이지만, 포화 자속 밀도가 작아, 설계 자속 밀도를 작게 하지 않을 수 없기 때문에, 변압기의 사이즈가 커지거나, 코일에 감는 구리선이 다량으로 필요해지거나 하는 문제점이 지적되어 있다.

그래서, Fe 성분의 비율을 높이는 것에 의해, 포화 자속 밀도를 높인 비정질 합금 박대가 개발되어, 어느 정도의 자속 밀도의 향상이 도모되고 있다. 그러나, Fe 성분의 비율이 높은 합금은, 비정질의 안정성이 저하되어, 저철손의 특성을 안정적으로 실현하는 것이 어려워진다는 문제가 있다. 또, 권철심으로 가공한 상태에서 측정한 철손값이, 소재에 있어서 측정한 철손값보다 증대되는, 이른바 「빌딩 팩터」가 크다는 문제도 있다. 그 이유는, 비정질 합금 박대에서는 박대 중에 존재하는 변형을 제거하거나 할 목적으로 권철심으로 가공한 후에 비교적 저온에서 어닐링을 실시하지만, 그 때 일부가 결정화되기 때문이다.

그래서, 상기 문제점을 해결하는 기술로서, 특허문헌 4 에는, 비정질 합금 박대의 표면 성상을 적정화하는, 구체적으로는, 냉각 롤과 접한 면에 있어서의 에어 포켓의 발생 밀도를 저감시키는 기술이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 소54-148122호 일본 공개특허공보 소55-094460호 일본 공개특허공보 소57-137451호 WO2015/016161호

그러나, 상기 특허문헌 4 에 개시된 기술은, 권철심의 철손의 저감에는 유효하기는 하지만, 아직 편차가 존재하여, 철손을 안정적으로 저감시키기에는 불충분하여, 추가적인 개선이 요망되고 있었다.

본 발명은, 종래 기술이 안고 있는 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 권철심으로 가공해도 저철손을 보다 안정적으로 실현할 수 있는 Fe-B-Si 계의 비정질 합금 박대를 제공하는 것에 있다.

발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해, 비정질 합금 박대의 표면 성상에 주목하여 추가로 검토를 거듭하였다. 그 결과, Fe-B-Si 계의 비정질 합금 박대에 있어서, 권철심으로 가공했을 때의 철손을 저감시키기 위해서는, 종래부터 주목받아 온 에어 포켓의 발생 밀도의 저감만으로는 불충분하고, 에어 포켓 이외의 지점의 요철도 저감시킬 필요가 있는 것을 알아내어, 본 발명을 개발하기에 이르렀다.

즉, 본 발명은, 화학식 : Fe_xB_ySi_z (여기서, x : 78 ∼ 83 at％, y : 8 ∼ 15 at％, z : 6 ∼ 13 at％) 로 나타내는 성분 조성으로 이루어지고, 냉각 롤과 접한 면에 있어서의 에어 포켓의 발생 밀도가 1 ㎟ 당 8 개 이하이고, 또한, 에어 포켓이 아닌 지점에 있어서의 산술 평균 높이 (Sa) 가 0.3 ㎛ 이하인 비정질 합금 박대이다.

본 발명의 상기 비정질 합금 박대는, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, Cr : 0.2 ∼ 1 at％ 및 Mn : 0.2 ∼ 2 at％ 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종을 함유하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 상기 비정질 합금 박대는, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, C : 0.2 ∼ 2 at％ 및 P : 0.2 ∼ 2 at％ 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종을 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 권철심으로 가공했을 때의 철손을 저감시킬 수 있는 철계 비정질 합금 박대를 안정적으로 제공하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명의 철계 비정질 합금 박대는, 변압기의 권철심용 재료로서 바람직하게 사용할 수 있다.

도 1 은 단롤식 급랭 박대 제조 장치를 설명하는 모식도이다.

먼저, 본 발명을 개발하는 계기가 된 실험에 대해 설명한다.

Fe : 80 at％, B : 10 at％, Si : 9 at％ 및 C : 0.5 at％ 를 함유하는 성분 조성의 합금 용탕을, 도 1 에 나타낸 바와 같은 단롤식의 급랭 박대 제조 장치의 고속 회전하고 있는 냉각 롤의 외주면에 사출하고, 급랭·응고시킨 후, 코일에 권취함으로써, 두께 : 25 ㎛ × 폭 : 100 ㎜ 의 철계 비정질 합금 박대를 제조하였다. 이 때, 냉각 롤의 표면 조도 (산술 평균 높이 (Ra)) 를, 롤 표면 연마시의 연마지의 번수를 바꿈으로써 여러 가지로 변경함과 함께, 용탕 사출부의 분위기 중에 함유되는 CO₂ 농도를 여러 가지로 변화시켰다.

이어서, 상기와 같이 하여 얻은 비정질 합금 박대를, 직경 : 200 ㎜φ × 폭 : 105 ㎜ 의 석영 유리제 보빈에 감아, 2 ㎏ 의 토로이달 코어를, 동일 조건으로 제조한 합금 박대의 각각에 대해 3 개씩 제조하고, 각각의 토로이달 코어에, 아르곤 분위기하, 또한, 1600 A/m 의 자계를 가한 상태에서, 360 ℃ × 1 hr, 380 ℃ × 1 hr 및 400 ℃ × 1 hr 중 어느 조건의 열처리 (자장 중 어닐링) 를 실시하였다. 그 후, 상기 토로이달 코어에, 1 차 및 2 차 코일을 감아 1.3 T, 50 ㎐ 로 교류 자화시켜 철손 W_13/50 을 측정하였다.

그 결과, 상기 실험에서 얻어진 토로이달 코어의 철손값은, 성분, 두께, 폭이 동일함에도 불구하고, 큰 편차가 발생하였다. 그래서, 상기 편차의 원인을 찾기 위해, 비정질 합금 박대의 냉각 롤과 접한 측의 표면 (이후, 간단히 「롤측 표면」이라고도 한다) 을 상세하게 조사한 결과, 철손값이 특히 큰 박대에서는, 롤측 표면에, 주조 방향 (박대 길이 방향) 으로 긴 패임이 많이 확인되고, 특히, 상기 패임의 발생 밀도가 1 ㎟ 당 8 개보다 많은 것으로, 철손값이 증대되어 있었다. 상기 패임은, 비정질 합금 박대를 제조할 때, 용탕과 롤 표면 사이에 분위기 가스가 혼입됨으로써 형성되는, 이른바 「에어 포켓」이라고 불리는 것으로, 그 발생 밀도는, 주로, 용탕 사출부의 분위기 중에 함유되는 CO₂ 농도에 영향을 받아, CO₂ 농도가 낮을 때 많이 형성되어 있었다.

그러나, 용탕 사출부의 분위기 중의 CO₂ 농도가 충분히 높고, 에어 포켓의 발생 밀도가 8 개/㎟ 이하여도, 아직 철손값의 편차가 존재하고 있어, 요구되는 철손 특성을 안정적으로 실현하기 위해서는, 추가적인 개선이 필요한 것을 알 수 있었다. 그래서, 상기 철손값 편차의 원인을 구명하기 위해, 제조 조건과 철손의 편차의 관계를 조사한 결과, 냉각 롤 외주면의 연마 조건에 따라 철손값이 상이하고, 냉각 롤 외주면의 표면 조도 (산술 평균 높이 (Ra)) 가 클수록, 철손이 증대되는 경향이 확인되었다.

그래서, 발명자들은, 추가로 비정질 합금 박대의 롤측 표면의 표면 조도를 계측할 수 있는 전자 현미경 (이하, 「3D-SEM」이라고 칭한다) 을 사용하여, 박대의 표면을 상세하게 조사한 결과, 에어 포켓 이외의 지점의 요철의 크기와 철손값 사이에 상관이 있는 것이 분명해졌다. 여기서, 상기 3D-SEM 을 사용하는 이유는, 에어 포켓 이외의 지점의 요철의 계측은, 에어 포켓을 피해 실시할 필요가 있고, 그러기 위해서는, 종래의 이차원의 표면 조도의 측정에 사용되어 온 촉침식의 표면 조도계가 아니라, 표면의 형상을 관찰하면서 요철을 측정할 수 있는 계측기를 사용할 필요가 있기 때문이다.

그래서, 에어 포켓 이외의 지점의 요철의 크기를 나타내는 지표로서, ISO 25178 에 규정된 높이 방향의 진폭의 크기를 나타내는 산술 평균 높이 (Sa) 를 채용하여, 실험에서 얻어진 비정질 합금 박대의 롤측 표면의 조도를 계측한 결과, 에어 포켓 이외의 지점의 산술 평균 높이 (Sa) 가 0.3 ㎛ 를 초과하면, 코어의 철손이 크게 증대되어 있는 것이 분명해졌다.

또, 발명자들은, Fe-B-Si 의 3 원계 합금에, 추가로 그 밖의 성분을 더한 비정질 합금 박대를 제조하여, 권철심의 철손 특성을 평가한 결과, Cr 이나 Mn, C, P, Sn, Sb, Co, Ni 를 첨가함으로써, 권철심의 자기 특성이 보다 개선되고, 특히, Cr 및/또는 Mn 의 첨가가 유효한 것을 알아내어, 본 발명을 개발하기에 이르렀다.

다음으로, 본 발명의 철계 비정질 합금의 성분 조성을 한정하는 이유에 대해 설명한다.

먼저, 본 발명의 철계 비정질 합금은, Fe_xB_ySi_z (여기서, x, y, z 는 각 원소의 at％ 를 나타낸다) 의 화학식으로 나타내는 성분 조성을 갖는 것이고, 상기 Fe, B 및 Si 는, 각각 이하의 범위일 필요가 있다.

Fe : 78 ∼ 83 at％ (x : 78 ∼ 83)

Fe 는, 본 발명의 철계 비정질 합금의 베이스 성분이고, 78 at％ 미만에서는, 자속 밀도가 지나치게 낮아지고, 한편, 83 at％ 를 초과하면, 비정질의 안정성과 철손 특성이 저하된다. 따라서, Fe 는 78 ∼ 83 at％ 의 범위로 한다. 바람직하게 80 ∼ 82 at％ (x : 80 ∼ 82) 의 범위이다.

B : 8 ∼ 15 at％ (y : 8 ∼ 15)

B 는, Fe_xB_ySi_z 합금을 비정질화하기 위해서 필요한 원소이고, 8 at％ 미만에서는, 안정적으로 비정질화하는 것이 곤란해진다. 한편, 15 at％ 를 초과하면, 자속 밀도가 저하될 뿐만 아니라, 원료 비용도 증대된다. 따라서, B 는 8 ∼ 15 at％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 9 ∼ 13 at％ (y : 9 ∼ 13) 의 범위이다.

Si : 6 ∼ 13 at％ (z : 6 ∼ 13)

Si 는, 철손의 저감과 비정질화에 필요한 원소이고, 6 at％ 미만에서는 철손이 증대된다. 한편, 13 at％ 를 초과하면, 자속 밀도가 크게 저하된다. 따라서, Si 는 6 ∼ 13 at％ 의 범위로 한다. 바람직하게는 7 ∼ 11 at％ (z : 7 ∼ 11) 의 범위이다.

또, 본 발명의 철계 비정질 합금은, 상기 기본 성분에 더하여 추가로, 철손 저감 효과가 있는 Cr 및 Mn 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종을, 내수로 즉 합금 전체에 대해, 이하의 범위에서 함유하는 것이 바람직하다.

Cr : 0.2 ∼ 1 at％, Mn : 0.2 ∼ 2 at％

Cr 및 Mn 은, 권철심의 철손을 저감시키는 효과가 있으므로, 각각 0.2 at％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 과잉으로 첨가하면, 포화 자속 밀도가 저하되므로, Cr 은 1 at％, Mn 은 2 at％ 를 상한으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, Cr 은 0.2 ∼ 0.6 at％, Mn 은 0.2 ∼ 0.8 at％ 의 범위이다. 또한, Cr 및 Mn 의 첨가에 의해 철손이 저감되는 메커니즘은 충분히 분명해지지 않았지만, 박대의 자기 특성의 응력 감수성을 저감시키고 있는 것이라고 추측하고 있다.

또, 본 발명의 철계 비정질 합금은, 상기 성분에 더하여 추가로, 비정질 상태를 안정화시키는 효과가 있는 C 및 P 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종을, 내수로 즉 합금 전체에 대해 이하의 범위에서 함유할 수 있다.

C : 0.2 ∼ 2 at％, P : 0.2 ∼ 2 at％

C 및 P 는, 특히 Fe 의 비율이 큰 성분계에 있어서, 비정질 상태를 안정화시키는 효과가 있다. 상기 효과를 얻기 위해서는, 각각 0.2 at％ 이상의 첨가가 바람직하다. 한편, 각각 2 at％ 를 초과하면, 자속 밀도가 크게 저하되므로, 상한도 각각 2 at％ 로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, C : 0.2 ∼ 0.9 at％, P : 0.2 ∼ 0.9 at％ 의 범위이다.

또, 본 발명의 철계 비정질 합금은, 상기 기본 성분 및 임의의 첨가 성분에 더하여 추가로, Sn, Sb, Co 및 Ni 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을, 내수로 즉 합금 전체에 대해, 이하의 범위에서 함유해도 된다.

Sn : 0.2 ∼ 1 at％, Sb : 0.2 ∼ 1 at％

Sn 및 Sb 는, 특히 Fe 비율이 큰 성분에 있어서, 권철심의 철손을 저감시키는 효과가 있다. 상기 효과를 얻기 위해서는, 각각 0.2 at％ 이상의 첨가가 바람직하다. 한편, 각각 1 at％ 를 초과하면, 오히려 철손이 증대되므로, 상한은 각각 1 at％ 로 하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 Sn 및 Sb 의 철손 저감 효과는, 코어를 자장 중 어닐링했을 때의 비정질의 결정화가 억제되기 때문이라고 생각하고 있다.

Co : 2 at％ 이하, Ni : 2 at％ 이하

Co 및 Ni 는, 투자율을 향상시키는 효과가 있기 때문에, 각각 상한을 2 at％ 로 하여 첨가할 수 있다.

또한, 상기 성분 이외의 잔부는, 불가피적 불순물이다.

다음으로, 본 발명의 철계 비정질 합금 박대가 가져야 하는 표면 성상에 대해 설명한다.

본 발명의 철계 비정질 합금 박대는, 냉각 롤에 접한 면 (롤측 표면) 에 형성된 에어 포켓은, 그 발생 밀도가 1 ㎟ 당 8 개 이하일 필요가 있다. 에어 포켓은, 냉각 롤에 대한 열전달을 저해하고, 비정질화를 저해하기 때문에, 부분적인 결정화를 초래한다. 또, 자벽 이동을, 핀 고정 효과에 의해 억제하기 때문에, 철손을 증대시킨다. 그 때문에, 에어 포켓은 최대한 적은 것이 바람직하고, 0 개인 것이 가장 바람직하다. 또한, 이 에어 포켓은, 합금 박대의 냉각 롤측 표면을 10 ㎜ 사방에 걸쳐서 20 배로 촬영한 사진에 있어서, 폭 및/또는 길이가 0.5 ㎜ 이상 (원래의 사이즈로 폭 및/또는 길이가 25 ㎛ 이상) 의 패임으로서 정의된다.

또한, 본 발명의 철계 비정질 합금 박대는, 에어 포켓 이외의 지점의 표면 성상도 중요하다. 결국은, 비정질 합금 박대가 변압기의 철심으로서 사용될 때, 자화는, 박대의 자벽의 이동에 의해 진행되지만, 에어 포켓보다 작은 요철이어도, 자벽의 이동을 저해하는 요인이 되기 때문이다. 그 때문에, 에어 포켓 이외의 지점에 있어서의 요철의 크기, 즉, 높이 방향의 진폭의 크기도 억제할 필요가 있다.

구체적으로는, 에어 포켓 이외의 지점의 요철의 크기를 나타내는 지표로는, ISO 25178 에 규정된 산술 평균 높이 (Sa) 를 채용하고, 3D-SEM 을 사용하여 측정했을 때의 상기 Sa 의 값이 0.3 ㎛ 이하일 필요가 있다. 바람직하게는, 0.2 ㎛ 이하이다.

다음으로, 본 발명의 철계 비정질 합금 박대의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 철계 비정질 합금 박대는, 상기 성분 조성으로 조정한 합금의 용탕을, 급속 냉각하여 응고시킴으로써 얻어진다. 상기 급속 냉각 방법으로는, 도 1 에 나타낸 바와 같이, 고속으로 회전하고 있는 수랭된 구리 합금제의 냉각 롤 외주면에, 슬릿상의 노즐로부터 합금 용탕을 사출하고, 급랭 응고시켜 비정질화하는 일반적인 박대 제조 방법을 사용할 수 있다.

상기 박대 제조 방법을 사용함에 있어서, 본 발명에서 중요한 것은, 비정질 합금 박대의 롤측 표면에 발생한 에어 포켓의 발생 밀도를 8 개/㎟ 이하로 저감시키기 위해서는, 합금 용탕을 냉각 롤 표면에 사출하는 부분을, CO₂ 가 70 vol％ 이상 (잔부는 아르곤, 질소, 또는, 잔류된 공기) 의 CO₂ 리치 분위기로 하거나, CO 를 연소시킨 배기 가스 (CO ＋ CO₂) 분위기로 하는 것이 바람직하다. 상기 분위기로 하기 위해서는, CO₂ 가스나 CO 연소 가스를, 용탕을 사출하는 노즐의 배면 (롤 회전의 상류측) 에 분사하는 것이 효과적이다. CO₂ 리치 분위기 혹은 CO 연소 가스 분위기로 함으로써, 에어 포켓의 발생이 억제되는 것은, 롤상의 용탕 고임 (패들) 의 진동을 억제하기 때문이다. 이 이유는 분명하지 않지만, CO₂ 가스나 CO 연소 가스가 용탕의 표면의 산화 상태 (균일성이나 젖음성 등) 에 영향을 주어 진동을 억제하고 있는 것을 생각할 수 있다. 또한, 에어 포켓의 개수를 저감시킬 수 있다면, 상기 CO₂ 가스나 CO 연소 가스 이외의 것을 사용해도 된다.

또한, 에어 포켓의 발생 밀도를 저감시키는 방법으로는, 폭이 50 ㎜ 이하인 폭이 좁은 합금 박대를 제조할 때와 같이, 진공으로 유지한 분위기 중에서 합금 용탕을 사출하는 방법을 채용해도 된다. 단, 본 발명이 대상으로 하고 있는 배전용의 변압기에 사용되는 합금 박대와 같이, 폭이 100 ㎜ 이상인 합금 박대를 제조하는 경우에는, 대규모의 진공 장치가 필요하게 된다.

또, 비정질 합금 박대 표면의 에어 포켓의 발생 밀도를 저감시키기 위해서는, 급랭 응고시킬 때, 냉각 롤의 표면에 800 ℃ 정도로 가열한 분위기 가스를 열풍으로 하여 분사하는 것도 유효하다.

또, 냉각 롤의 표면에 이물질이 부착되거나 접촉되거나 하면, 냉각 롤 표면에 둘레 방향의 줄무늬상 흠집이 생기기 쉽다. 이와 같은 흠집은, 긴 에어 포켓의 원인이 된다. 그 때문에, 비정질 합금 박대의 제조 장치에 있어서는, 주위의 분진의 제거나 롤 표면의 온라인 연삭 등의 대책을 취하는 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 철계 비정질 합금 박대의 롤측 표면에 있어서의 에어 포켓 이외의 지점의 요철의 크기 (높이 방향의 진폭의 산술 평균인 Sa) 를 0.3 ㎛ 이하로 저감시키기 위해서는, 합금 용탕을 급랭 응고시키는 냉각 롤 외주면의 표면 조도가 작을수록 바람직하고, 구체적으로는, 산술 평균 높이 (Ra) 로 5 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1 ㎛ 이하이다.

또한, 합금 용탕을 급랭 응고시키는 냉각 롤의 재질도, 에어 포켓 이외의 지점의 요철에 영향을 미친다. 통상적으로 냉각 롤에는, 열전도율이 양호한 구리 합금이 사용되고 있지만, 상기 구리 합금에 Si 를 함유하는 것을 사용하면, 에어 포켓 이외의 지점의 요철의 크기를 보다 저감시킬 수 있다. 그 이유는, 아직 충분히 분명해지지는 않았지만, 본 발명의 철계 비정질 합금은 Si 를 함유하고 있기 때문에, 냉각 롤에 대한 젖음성이 개선되기 때문이라고 생각하고 있다.

Si 를 함유하는 구리 합금으로는, 예를 들어, Si 를 0.4 ∼ 0.9 mass％ 정도 함유하는 콜슨 합금으로 불리는 Cu-Ni-Si 계의 합금이 있다. 이 구리 합금은, 고강도이기 때문에 냉각 롤에 다용되어 있고, 독성이 염려되는 베릴륨구리의 대체 합금으로서 바람직하게 사용할 수 있다.

실시예 1

화학식 : Fe₈₁B₁₁Si₈ 로 나타내는 Fe : 81 at％, B : 11 at％ 및 Si : 8 at％ 의 성분 조성을 갖는 철 합금의 용탕을, 고속 회전하는 냉각 롤의 외주면에 사출하는, 도 1 에 나타낸 바와 같은 단롤식의 급랭 박대 제조 장치를 사용하여, 두께 : 25 ㎛ × 폭 : 100 ㎜ 의 비정질 합금 박대를 제조하여, 코일상으로 권취하였다. 또한, 상기 급랭 박대 제조 장치의 냉각 롤에는, Si 의 함유량이 표 1 과 같이 여러 가지 상이한 구리 합금제인 것을 사용하였다. 또, 상기 냉각 롤의 표면은, 연마시의 연마지의 번수를 바꿈으로써, 표면 조도 (산술 평균 높이 (Ra)) 를 표 1 에 나타내는 바와 같이 여러 가지로 변화시켰다. 또한, 합금 용탕을 사출하는 부분의 분위기도, 표 1 에 나타내는 바와 같이 여러 가지로 변화시켰다.

이어서, 상기와 같이 하여 얻은 비정질 합금 박대를, 직경 : 200 ㎜φ × 폭 : 105 ㎜ 의 석영 유리제 보빈에 감아, 2 ㎏ 의 토로이달 코어를, 동일 조건으로 제조한 합금 박대의 각각에 대해 3 개씩 제조하고, 각각의 토로이달 코어에, 1600 A/m 의 자계를 가한 상태에서, 360 ℃ × 1 hr, 380 ℃ × 1 hr, 400 ℃ × 1 hr 중 어느 조건의 열처리 (자장 중 어닐링) 를 실시하였다. 그 후, 상기 토로이달 코어에, 1 차 및 2 차 코일을 감아, 1.3 T, 50 ㎐ 로 교류 자화시켜 철손 W_13/50 을 측정하고, 3 조건으로 자장 중 어닐링한 토로이달 코어 중에서 가장 낮은 철손값을, 그 제조 조건에 있어서의 대표 철손값으로서 채용하였다.

또, 상기 비정질 합금 박대의 롤측 표면에 발생한 에어 포켓의 발생 밀도를, 폭 방향으로 20 ㎜ 간격으로 5 개 지점에 있어서, 10 ㎜ 사방의 범위를 20 배로 촬영한 현미경 사진으로부터 구하고, 그것들의 평균값을, 그 제조 조건에 있어서의 에어 포켓의 발생 밀도로 하였다.

또한, 상기 에어 포켓의 발생 밀도의 측정과 동일하게, 롤측 표면의 폭 방향의 5 개 지점을 3D-SEM 을 사용하여 2000 배로 관찰하여, 에어 포켓 이외의 지점에 있어서의 요철의 크기 (산술 평균 높이 (Sa)) 를 측정하고, 그것들의 평균값을, 그 제조 조건에 있어서의 산술 평균 높이 (Sa) 로 하였다.

상기 측정의 결과를, 표 1 에 병기하였다. 이 표로부터, 본 발명에 적합한 조건으로 제조한 비정질 합금 박대는, 에어 포켓의 발생 밀도가 8 개/㎟ 이하, 에어 포켓 이외의 지점의 산술 평균 높이 (Sa) 가 0.30 ㎛ 이하이고, 권철심으로 했을 때의 철손 W_13/50 도 0.30 W/㎏ 이하로 양호한 것을 알 수 있다.

실시예 2

표 2 에 나타내는 각종 성분 조성을 갖는 Fe-B-Si 계의 합금 용탕으로부터, 실시예 1 과 동일한 급랭 박대 제조 장치를 사용하여, 두께 : 25 ㎛ × 폭 : 100 ㎜ 의 비정질 합금 박대를 제조하고, 코일상으로 권취하였다. 또한, 상기 급랭 박대 제조 장치의 냉각 롤에는, Si 를 0.6 mass％ 함유하는 구리 합금제이고, 롤 외주면의 표면 조도 (Ra) 를 0.5 ㎛ 로 조정한 것을 사용하였다. 또, 합금 용탕 사출 부분의 분위기는, CO₂ : 100 vol％ 로 하였다.

또한, 상기와 같이 하여 얻은 비정질 합금 박대에 대해, 롤측 표면의 표면 성상을 측정한 결과, 에어 포켓의 발생 밀도는 모두 1 개/㎟ 이고, 에어 포켓 이외의 지점의 요철의 크기 (산술 평균 높이 (Sa)) 는 0.15 ∼ 0.21 ㎛ 의 범위였다.

이어서, 상기 비정질 합금 박대로부터, 실시예 1 과 동일하게 하여, 각 합금 성분으로 3 개의 토로이달 코어를 제조하고 3 조건의 자장 중 어닐링을 실시한 후, 철손 W_13/50 을 측정하고, 3 조건의 어닐링 조건 중에서, 가장 낮은 철손값을 그 합금의 대표 철손값으로 하였다.

또, 상기와 같이 하여 얻은 비정질 합금 박대로부터, 폭 : 100 ㎜ × 길이 : 280 ㎜ 의 시험편을 채취하고, 질소 분위기 중 또한 길이 방향으로 1600 A/m 의 자계를 가한 상태에서, 상기 토로이달 코어에 의해 철손이 최소가 된 조건으로 자장 중 어닐링을 실시한 후, 단판자기 측정 장치로, 자속 밀도 B₈ (자화력 800 A/m 에 있어서의 자속 밀도) 을 측정하였다.

상기 측정 결과를 표 2 에 병기하였다. 이 표로부터, 본 발명에 적합한 성분 조성을 갖는 합금 박대는, 모두, 자속 밀도가 높고, 또한, 코어의 철손이 낮은 것을 알 수 있다. 그 중에서도, 합금 성분으로서 Cr 및 Mn 중 어느 1 종 또는 2 종을 함유하는 합금은, 우수한 철손 특성을 가지고 있다.

산업상 이용가능성

본 발명의 기술은, 변압기 이외에 모터나 리액터 등의 철심에도 적용할 수 있다.

1 : 냉각 롤
2 : 합금 용탕 용기
3 : 합금 용탕
4 : 합금 용탕 사출 노즐
5 : 주조 분위기 조정 노즐
6 : 에어 슬릿 노즐
S : 비정질 합금 박대

Claims

화학식 : Fe_xB_ySi_z (여기서, x : 78 ∼ 83 at％, y : 8 ∼ 15 at％, z : 6 ∼ 13 at％) 로 나타내는 성분 조성으로 이루어지고,
냉각 롤과 접한 면에 있어서의 에어 포켓의 발생 밀도가 1 ㎟ 당 8 개 이하이고, 또한, 에어 포켓이 아닌 지점에 있어서의 산술 평균 높이 (Sa) 가 0.2 ㎛ 이하인 비정질 합금 박대.
제 1 항에 있어서,
상기 성분 조성에 더하여 추가로, Cr : 0.2 ∼ 1 at％ 및 Mn : 0.2 ∼ 2 at％ 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종을 함유하는 것을 특징으로 하는 비정질 합금 박대.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 성분 조성에 더하여 추가로, C : 0.2 ∼ 2 at％ 및 P : 0.2 ∼ 2 at％ 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종을 함유하는 것을 특징으로 하는 비정질 합금 박대.