KR20020042517A - Ｆｅ-Ｃｒ 계 연자성 재료 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
새로이 제안된 Fe-Cr계 연자성 재료는 50 μΩㆍcm 이상의 전기 저항율과 표면 비율 95%이상의 페라이트 상에 의해 점유되는 금속조직을 갖는다. 입자 크기 1μm 이하의 미세 석출물의 수는 6×105/mm2이하의 비율로 제어된다. Fe-Cr계 합금은 (1)과 (2)의 조건하에서 C:0.05%이하, N:0.05%이하, Si:3.0%이하, Mn:1.0%이하, P:0.04%이하, S:1.0%이하, 5.0-20.0 % Cr, Al:4.0%이하, 0-3% Mo, 0-0.5% Ti 그리고 나머지는 본질적으로 Fe인 조성을 갖는다. Fe-Cr계 연자성 재료는 고주파수 저자장에서 아주 많은 자기 유도를 만들기 때문에, 전동 파워 스티어링, 자동차용 연료 분사 시스템 및 솔레노이드 밸브의 교류 자기 회로와 같은 다양한 종류의 자기 센서에 설치되는 코어, 요크 등으로 유용하다.
4.3×%Cr+19.1×%Si+15.1×%Al+2.5×%Mo ≥40.2 ....(1)
64×%Si+35×%Cr+480×%Ti+25×%Mo+490×%Al≥221×%C+247×%N+40×%Mn+80×%Ni+460 ....(2)
Description
본 발명은 전동 파워 스트링 등의 각종 자기 센서, 자동차용 연료 분사 시스템과 솔레노이드 밸브와 같은 교류 자기 회로에 설치되는 코어, 요크 등으로 유용한 연자성 재료에 관련된다.
교류 자기 회로는 차동(差動)코일형 자기 센서 또는 유량측정 센서 등의 전자기 유도형 센서, 또는 자왜식 토크 센서나 위상차식 토크 센서 등의 역학량 센서 안에 설치된다. 여자(勵磁) 코일을 검출 코일로 쓰는 다른 타입의 센서도 이미 알려져있다. 그러한 교류 자기 회로의 부품으로서의 코어와 요크는 순철, Si 강판, 소프트 페라이트나 퍼멀로이와 같은 연자성 재료로 만들어진다.
물체의 변위나 토크는 교류 장을 형성하기 위해 교류를 여자 코일에 인가함으로써 물체의 변위에 기인하는 검출 코일의 임피던스나 전압의 작은 변화로 검출된다.
자기 센서의 개발에 따라 측정 정확성의 개선의 요구가 점점 강해지고 있다. 측정 정확성의 개선을 위해서는 출력 전압의 검출 도중에 노이즈의 감소가 불가피하기 때문에, 사인 또는 직사각형 파형을 가진 고주파(예를 들어 100Hz - 5kHz)전류가 여자 코일에 반드시 인가된다.
그러나, 연자성 재료로서 일반적으로 사용되어온 전자기 연철(SUYP)의 과(eddy) 전류 손실은 인가 자장의 주파수 증가에 비례하여 증가하며, 결과적으로 충분한 출력 전압에 필요한 자기 유도의 감소(자속 밀도의 저하)를 초래한다. Si 강판은 전자기 연철에 비해서 전기저항율이 높기 때문에, 적은 과전류 손실에서 이점이 있지만, Si의 함량은 주파수 1kHz 이상의 교류장에서 자기 유도의 감소를 억제하기 위해서 반드시 증가한다. Si 함량의 증가가 효과적으로 전기저항율을 크게 해주지만, Si 강판은 경질화하고 프레스-가공성이 악화된다.
부식 저항성(내식성) 또한 특별한 환경에서 사용될 것으로 기대되는 연자성 재료의 요구 특성 중의 하나이다. 그러나, 전자기 연철과 Si강판은 내식성이 나쁘다. 내식성은 Ni 또는 크롬산염 처리 층을 형성함으로써 개선될 수 있지만, 그러한 피복은 제품의 비용 상승의 원인이 된다. 피복이 불리하게 자기 특성을 떨어뜨리고 또한 피복 층의 두께가 불규칙함으로 인해서 자기 특성을 벗어나게 한다.
퍼몰로이, 특히 퍼몰로이 C는 전기저항율이 크고, 교류 자기 특성이 우수한 재료이지만, 매우 비싸다. 소프트 페라이트는 전기저항율이 높고 금속재료와 비교해서 10kHz이상의 고주파 영역에서 자기 유도의 저하가 작지만, 반대로 5kHz이하의 주파수 영역에서의 자속밀도는 금속 재료보다 더 작다.
지금까지 Fe-Cr 계 합금은 전기저항율이 크고, 내식성이 좋고 퍼몰로이에 비해서 가격이 저렴하여 스텝핑 모터용 요크로 사용되어 왔다. 그러나, 종래의 Fe-Cr계 합금이 100Hz~5kHz의 주파수에 10 Oe보다 작은 저자장에서 작동되는 자기 센서와 같은 자기 회로에서 일부분으로 사용될 경우에는, 검출 터미널에서 정확한 측정을 위해 필요한 충분한 출력 전압이 얻어지지 않는다.
발명의 개요
본 발명은 새롭고 저렴한 Fe-Cr 계 연자성 재료, 즉, 내식성 뿐만 아니라 고주파수 낮은 자기장에서 작동하는 자기 센서로서 우수한 특성을 갖는 Fe-Cr 계 연자성 재료의 공급에 목적이 있다.
새로이 제안된 Fe-Cr 계 연자성 재료는 전기 저항율이 50 μΩㆍcm 이상이고, 입자 크기 1 μm 이하의 석출물의 수가 6×105/mm2이하의 비율로, 표면 비율95% 이상의 페라이트 상으로 구성된 금속조직을 갖는다.
Fe-Cr 계 연자성 재료는 (1) 및 (2)의 조건하에서, 바람직하게 C:0.05질량%이하, N:0.05질량%이하, Si:3.0질량%이하, Mn:1.0질량%이하, Ni:1.0질량%이하, P:0.04질량%이하, S:0.01질량%이하, 5.0-20.0질량% Cr, Al:4.0질량%이하, 0-3질량% Mo, 0-0.5질량% Ti 그리고 나머지는 불가피한 불순물을 제외하고는 Fe로 구성된 조성을 갖는다.
4.3×%Cr+19.1×%Si+15.1×%Al+2.5×%Mo ≥40.2 ....(1)
64×%Si+35×%Cr+480×%Ti+25×%Mo+490×%Al≥221×%C+247×%N+40×%Mn+80×%Ni+460 ....(2)
연자성 재료는 명기된 조성을 갖는 Fe-Cr계 합금을 제공하고, Fe-Cr 합금을 원하는 형태로 성형가공하고, 성형된 Fe-Cr계 합금을 진공 또는 환원성 분위기에서 900℃와 식 (3)에 의해 정의된 온도 T(℃) 사이의 영역에서 열처리함으로써 제조된다. 용어 "연자성 재료"는 아직 자성 부품으로 성형가공되기 전의 재료를 의미하는데, 그의 용도에 따라 다양한 형태의 시트, 봉 또는 와이어 등이 있다.
T(℃)=(64×%Si+35×%Cr+480×%Ti+490×%Al+25×%Mo+480)-(221×%C+247×%N+40×%Mn+80×%Ni) .....(3)
도 1은 자왜식 토크 센서의 검출 회로를 설명하는 도면이다.
도 2는 동일 검출회로에 장착된 검출코일을 설명하는 도면이다.
도 3은 Fe-Cr계 연자성 재료의 자기 유도에 대한 전기저항율의 영향을 표시하는 그래프이다.
도 4는 Fe-Cr계 연자성 재료의 자기 유도에 대한 마르텐사이트 상의 비율의 영향을 나타내는 그래프이다.
도 5는 Fe-Cr계 연자성 재료의 자기 유도에 대한 미세 석출물의 수의 영향을 나타내는 그래프이다.
바람직한 구체예의 자세한 설명
연자성 재료에 교류자장을 가할 때, 연자성 재료의 내부에서 에너지 손실이 생긴다.
히스테리시스 손실은, 에너지 손실의 일종으로, 강자성 도메인벽과 석출물 또는 격자 결함 사이의 상호 작용으로 인한 강자성 도메인벽의 움직임의 억제로부터 발생한다. 이러한 점에서, 석출물과 격자 결함이 감소하면 히스테리시스 손실은 줄어든다. Fe-Cr계 합금에 대하여, 실제로 미세 석출물과 마르텐사이트 상의 생성을 막는 것이 중요하다.
과전류 손실 또한 불리한 에너지 중의 하나이다. 과전류 즉, 연자성 금속 재료의 전도성 때문에 자성 강도의 변화에 의해 유도된 제2의 전류는 저항 손실에 의한 에너지 손실을 의미한다. 과전류 손실을 줄이기 위해서는, 과전류를 저해하도록 반드시 연자성 재료의 전기 저항율이 더 커져야 한다.
이러한 관점에서, 본 발명자들은 히스테리시스와 과전류 손실의 크기에 대한 석출물의 상태 뿐만 아니라 전기 저항율과 금속조직의 영향을 조사하고 연구하였으며, 또한 교류 저자기장에서의 높은 자속 밀도의 메카니즘을 조사하였다. 종래의 Fe-Cr계 연자성 재료는 그것의 매트릭스에서 미세 탄화물 입자의 용해를 위해 반드시 고체-용해 선(즉, 고용체와 혼합된 상 사이의 경계)위의 온도에서 가열되었지만, 지나치게 높은 온도에서의 가열은 냉각하는 동안, 마르텐사이트 상으로 변형되는 γ상의 생성을 유발한다. 따라서, 연자성 특성에 해로운 영향을 주는 석출물을 명기할 필요가 있고, 또한 마르텐사이트 상을 형성하지 않으면서 매트릭스에서 해로운 석출물을 용해할 수 있는 조성과 열처리 조건을 결정하는 것이 필요하다.
자기 센서 중의 하나인, 자왜식 토크 센서는 도 1에 표시된 검출회로를 갖는다. 회전축(1)은 여자 코일(2) 및 검출 코일(3)을 마주보고 있는 위치에 있다. 검출 코일(3)은 도 2에서 볼 수 있듯이, 리드 선(4)이 감긴 연자성 부품(5)이 구비된 자기 회로를 갖는다. 단자간에 소정의 전압 V을 가해서 전류(i)를 생성할 때, 연자성 부품(5)과 피측정물(S) 사이에 자속선(Φ)이 생성된다. 토크로 인한 변형에 의해 생긴 자왜의 변화는 발진기(6)과 전력증폭기(7)에 의해 발생된 여자 코일(2)에 의해 생성된 자속(Φ)에 의해 유도된 출력 전압의 변화로서, 검출 코일(3)에서 검출된다. 검출결과는 동기검파기(8) 및 전압증폭기(9)를 통해서 출력된다.
이러한 검출회로에 설치된 코어와 같은 연자성 부품은 연자성 강판 등의 소정의 형태로 기계적으로 가공함으로써 제조된다. 그렇게 가공한 연자성 재료는 기계적인 가공에 의해 도입된 변형이 남아있기 때문에 자성 투자율이 나빠서, 결과적으로 자기 유도가 나빠진다. 이러한 변형의 안좋은 영향은 변형의 해방을 위한 열처리를 함으로써 제거된다.
발명자들은 연자성부품의 자기 유도에 대한 여러가지 요인의 영향을 다음과 같이 조사하였다.: 서로 다른 전기저항율을 가진 Fe-Cr계 자성 강철은 기계적으로 환상 형태로 가공하고, 다양한 조건하에서 어닐링(자기소둔)하고 그리고나서 자속밀도를 측정하였다. 자속 밀도는 B-H 아날라이져를 사용하여 발진주파수 1kHz와 자장강도 1 Oe의 여기된 저자장에서 측정한다.
측정 결과는 도 3에 나타나있다. 연자성 재료의 전기저항율이 50μΩㆍcm보다 클 때 자기 유도가 놀랍게 향상된다는 것이 주목된다. 발명자들은 전기저항율이 50μΩㆍcm보다 큰 연자성 재료의 조성의 영향을 더 조사하였고, Fe-Cr계 합금의 전기 저항율 ρ이 아래에 언급된 공식에 의해서 정의된다는 것을 발견하였다.
결과적으로, 위에서 언급한 식 (1)은 50μΩㆍcm보다 큰 전기저항율ρ을 얻기위해서 결정된다.
ρ(μΩㆍcm)=4.3%Cr+19.1%Si+15.1%Al+2.5%Mo+9.8
그러나, 동일한 조성의 Fe-Cr계 합금으로 만들어진 연자성부품은 1 Oe 정도의 낮은 자장에서 작동되는 자기 회로의 사용에 있어서, 어닐링 조건에 반응하여 자기 유도가 상당히 일탈하는 특징을 갖는다. 발명자들은 자기 유도의 일탈을 초래하는 원인을 설명하기 위해서, 어닐링된 연자성 재료의 금속조직을 관찰함으로써, 자기 유도에 대한 금속조직의 영향을 연구하였다. 그 결과, 발명자들은 마르텐사이트 상이나 마르텐사이트 상이 없는 페라이트 단상에서 미세 석출물을 포함하는 금속조직은, 비록 연자성부품이 똑같은 Fe-Cr계 합금으로 만들어져도, 매우 안좋은 자기 유도(즉, 불량한 센서 특성)를 갖는다는 것을 발견하였다.
자기 유도에 대한 마르텐사이트 상의 안좋은 영향은 5 vol.% 이상의 비율로 마르텐사이트 상을 포함하는 Fe-Cr계 합금에서 명백히 드러난다. 1μm 이상의 입자 크기의 석출물은 실질적으로 자기 유도에 영향을 주지 않지만, 입자 크기가 1μm 이하인 미세 석출물에 의해서는 자기 유도가 영향을 받는다. 자기 유도는 석출물의 숫자가 증가함에 따라서 보다 악화된다. 도 5에서 나타낸 바와 같이, 특히, 1μm 이하의 미세 석출물이 6×105/mm2수의 비율로 분포하면 자기 유도의 상당한 저하를 초래한다.
이러한 결과는, 고주파 여기자장에서 작동되는 자기 센서처럼 자기 회로에설치되는 연자성 부품으로서 유용한 Fe-Cr계 합금은 50μΩㆍcm 이상의 전기저항율을 가져야 하고, 마르텐사이트 상이 5 vol.% 이하이고, 6×105/mm2이상의 비율로 입자 크기가 1μm 이하의 석출물을 포함하도록 어닐링된 금속조직을 가져야 한다는 것을 증명한다.
입자 크기 1μm 이하의 미세 석출물은 900℃보다 높은 온도에서 Fe-Cr계 합금을 가열함으로써 현저히 줄일 수 있다. 미세 석출물의 감소에 대한 열처리의 효과는 Fe-Cr계 합금을 바람직하게는 30분 이상 침지함으로써 뚜렷하게 나타난다. 하지만, 과도하게 높은 침지 온도는 γ-영역에서 Fe-Cr계 합금의 과열을 의미하고, 이는 냉각과정에서 마르텐사이트 상의 생성을 초래한다.
900℃ 아래의 가열 온도에서 γ-상을 생기게 하는 그러한 종류의 강철은 미세 석출물의 억제와 함께 자기 유도의 개선에 효과적인 페라이트 단일상으로 구성된 금속조직으로 재질될 수 없다. 종래의 오븐에서 온도 제어의 실제적인 정확성을 고려하여, 마르텐사이트 상 없이 보다 적은 미세 석출물을 포함하는 단일-페라이트 매트릭스의 생성을 위한 열처리의 온도 범위는, 소정의 온도에 대해서, 최소한 ±20℃ (이상적으로는 ±50℃)의 허용폭을 가져야 한다.
γ-상 생성에 대한 개시 온도 T(℃)는 합금 성분의 효과에 대한 발명자들의 연구에 따라서 위에서 언급된 식(3)에 의해 표시된다. 다른 한편으로는, 개시 온도 T는 종래의 오븐에서 온도 제어의 정확성을 고려하여 최소 ±20℃의 허용폭과 함께 마르텐사이트 상과 미세 석출물 양쪽 모두의 생성을 억제하는 900℃보다 낮아서는안된다.
따라서, 개시 온도 T(℃)는 940℃ 이상의 온도에서 결정된다. 위에서 언급한 식(2)는 T(℃)≥940℃ 의 관계에 식(3)을 대입함으로써 얻어진다. 더욱이, 열처리를 위한 온도는 자기 특성을 향상하기 위하여 마르텐사이트 상의 생성없이 결정립의 성장을 촉진하기 위해서 열처리 온도를 940℃ 이상에 맞추는 것이 바람직하다. 이상적인 온도 T는 최소 980℃이다.
단일-페라이트 상으로 구성된 금속조직의 생성은 Fe-Cr계 합금에 개시온도 T를 높여주는 Si와 같은 페라이트-안정화 원소를 첨가함으로써 촉진된다. 하지만, 페라이트-안정화 원소의 과도한 첨가는 표면 결함의 발생은 물론 압연성과 프레스-가공성의 저하를 초래한다.
도 4에서 보듯이, 5 vol.% 이하 비율의 마르텐사이트 상의 감소는 효과적으로 자기 유도의 저하를 억제한다. 마르텐사이트 상의 감소는 페라이트화 강도(11.5×%Si+11.5×%Cr+49×%Ti+12×%Mo+52×%Al로 표시됨)와 오스테나이트화 강도 (420×%C+470×%N+7×%Mn+23×%Ni로 표시됨) 사이의 차이를 크게 함으로써 얻을 수 있다. 124 이상의 그러한 차이는 γ-상의 생성없이 Fe-Cr계 합금을 1030℃ 정도의 온도까지 가열할 수 있기 때문에, 마르텐사이트 상의 생성을 완전히 억제할 수 있게 한다.
페라이트화와 오스테나이트화 강도 사이의 차이가 증가함에 따라, γ-상 생성의 개시 온도 T는 높아지고, 단일-페라이트 상으로 구성된 금속조직의 생성을 촉진한다. 그러나, 차이의 증가는 Fe-Cr계 합금에 첨가되는 많은 페라이트화 원소를필요로하며, 표면 결함의 발생 뿐만 아니라 압연성과 프레스-가공성의 저하를 초래한다. 이러한 결과로, 새롭게 제안된 Fe-Cr계 합금의 조성은 바람직하게 다음과 같이 결정된다.
C : 0.05 질량 % 이하
C는 Fe-Cr계 연자성 재료의 자기 특성에 유해한 성분이다. 왜냐면 C가 마르텐사이트 상과 카바이드의 석출물의 생성을 촉진하기 때문이다. Fe-Cr계 합금은 C함량의 증가에 따라서 더욱 경질화하고, 결과적으로 프레스-가공성이 나빠진다. 이러한 해로운 영향들은 C 함유량을 0.05질량%이 넘지않도록 제어함으로써 억제된다.
N : 0.05 질량% 이하
N 역시 유해한 원소이다. 왜냐하면 이것이 마르텐사이트 상의 생성을 촉진하고, 경도의 증가로 인해서 Fe-Cr계 합금의 프레스-가공성을 저하하기 때문이다. 이러한 점에서, N함유량의 상한을 0.05질량%로 제어한다.
Si:3.0 질량%이하
Si는 전기 저항율과 교류 자기장에서의 자기 유도를 증가시키는데 효과적인 합금 성분이다. 첨가제 Si 는 연자기 특성에 유해한 영향을 주는 마르텐사이트의 생성을 유리하게 억제한다. 그러나, 과도한 Si의 첨가는 경질화를 증가하고 프레스-가공성을 저하한다. 이러한 점에서 Si 함유량의 상한을 3.0 질량%로 정한다.
Mn:1.0 질량% 이하
Mn은 합금 용해 단계에서 스크랩 등의 원료로부터 Fe-Cr계 합금 용해에 도입되는 불순물 성분이며, 마르텐사이트의 생성을 촉진한다. 따라서 Mn 함유량의 상한은 1.0 질량%로 결정된다.
Ni: 1.0 질량% 이하
Ni 역시, 합금 용해 단계에서 스크랩 같은 원료로부터 Fe-Cr계 합금 용해에 도입되는 불순물 성분이며, 마르텐사이트의 생성을 촉진한다. 따라서 Ni 함유량의 상한은 1.0 질량%로 결정된다.
P: 0.04 질량% 이하
P는 연자성 특성에 있어서 유해한 영향을 주는 인화물로서 포함된다. 따라서 P함유량의 상한은 0.04 질량%로 결정된다.
S:0.01질량% 이하
S는 연자성 특성에 있어서 유해한 영향을 주는 황화물로서 포함된다. 따라서 S 함유량의 상한은 0.01 질량%로 결정된다.
Cr:5.0-20.0질량%
Cr은 Si과 동일하게 마르텐사이트의 생성을 억제하고, Fe-Cr계 합금의 전기 저항율을 증가하며, 교류 자기장에서 자기 유도를 향상시키는 합금 성분이다. 이러한 효과는 Cr 함유량이 5.0 질량% 이상(바람직하게는 10 질량%)일때 명백히 나타난다. 하지만 20.0 질량%를 초과한 과도한 Cr 의 첨가는 자기 유도를 저하하고, 경질화함으로써 Fe-Cr계 합금의 프레스-가공성을 저하하게 된다.
Al:4.0질량% 이하
Al은 Si와 Cr과 동일하게 전기 저항율과 교류 자기장에서 자기 유도를 현저하게 증가시키는 합금 성분이다. 그러나 과도한 Al의 첨가는 Al계 함유물에서 비롯된 표면 결함의 발생을 초래하므로, 따라서 Al 함유량의 상한은 4.0질량%로 결정된다.
Mo:0-3질량%
Mo는 선택적인 합금 성분으로, Cr과 동일하게 마르텐사이트의 생성을 억제하고, 교류 자기장에서 자기 유도를 증가시키며, 또한 내식성을 향상한다. 하지만, 3질량%을 초과한 과도한 Mo의 첨가는 Fe-Cr계 합금을 상당히 경질화하고 프레스-가공성을 저하한다.
Ti:0-0.5질량%
Ti는 선택적인 합금 성분으로, Cr과 Mo과 동일하게 마르텐사이트의 생성을 억제하지만, 티타닐 함유물에 기인한 표면 결함의 발생을 초래한다. 이러한 점에서, Ti 함유량의 상한은 0.5질량%로 결정된다.
실시예
표 1에 나타낸 조성을 갖는 몇 가지 Fe-Cr계 합금이 진공 상태에서 30Kg 고주파 용광로에서 용해되었다. 각각의 합금으로부터 단조, 열간압연, 냉간압연, 마무리 소둔 그리고 산세 공정을 거쳐 판두께 2.0mm의 Fe-Cr 계 연자성 합금 시트가 제조되었다.
시험편은 각각의 Fe-Cr계 연자성 합금 시트에서 잘라내었다.
외경이 45mm이고 내경이 33mm인 환상의 시험편을 표 2에 나타낸 조건하에서어닐링한 후에, 주파수 1kHz, 인가 자기장 1 Oe에서 B-H 아날라이져로 자속밀도 B를 측정하였다.
크기 30mm×30mm 인 테스트 표본을 플루오로질산-글리세린액(HF:HNO3:글리세린=2:1:2)에서 에칭하고, 그 후에 광학 현미경을 사용하는 포인트 카운트 법으로 마르텐사이트 양을 측정하였다.
동일한 시험편은 SPEED(전해질 분해에 의한 선택적인 정전위 에칭)법으로 에칭을 하고, 그리고나서 주사 현미경으로 관찰하였다. 모니터 화면에 나타난 입자 크기 1μm 이하의 미세 석출물의 수는 1mm2당 미세 석출물의 숫자를 계산하여 세었다. 더욱이, 폭 5mm 길이 150mm의 시험편을 휘트스톤(Wheatstone) 브리지 법으로 그 전기 저항율을 측정하였다.
다른 한편에서는, 연자성 Fe-Cr계 합금 시트를 여기 코일 및 검출 코일의 코어로 프레스 가공하였다. 그리고난 후 환상 자석과 동일한 조건에서 어닐링하였다. 그 코어를 검사하여 크랙의 유무를 검출하였다. 크랙의 발생에 응하여 Fe-Cr계 합금 시트의 프레스-가공성을 평가하였다.
각각의 코어는 자왜식 토크 센서(도 1에 표시함)에 설치되었다. 입력 토크에 상응하는 검출 코일의 출력 전압은 여기 코일에 인가되는 발진주파수 1kHz의 1 Oe의 자기장에서 측정되었다. 측정된 전압은 센서에 필요한 출력 전압을 나타내는 표준값(100)과 비교되었으며, 센서 특성은 100이상의 값에서는 양호(○), 100-80 값에서는 다소 불량(△), 80 미만의 값은 불량(×)으로 평가되었다.
테스트 결과는 어닐링 조건과 함께 표 2에 나타낸다.
결과는 그것의 전기 저항율, 마르텐사이트의 비율과 미세 석출물 수가 본 발명에 따라 제어된 시험편 Nos.1-9은 500 G 이상의 자속 밀도와 더 높은 출력 전압을 만든다는 것을 입증한다. 따라서, Fe-Cr계 합금 시트 Nos.1-9는 센서 특성이 개선된 토크 센서의 코어로서 유용하다.
다른 한편으로는, Fe-Cr계 합금 시트 No.B1은 그 속에 입자 크기 1μm이하의 미세 석출물 수가 6×105/mm2을 초과하는 비율로 과도하게 분포하는 금속조직로 인하여, 자기 유도가 상당히 악화된다. 그 결과, 합금 시트 No.B1으로 만들어진 코어는 센서 특성이 불량하였다.
동일한 조성을 갖지만, 자기장에서 더 낮은 온도에서 어닐링된 Fe-Cr계 합금 시트로 만들어진 시험편 No.11은 그 안에 입자 크기 1μm이하의 미세 석출물이 과도하게 분포되어 있는 금속조직때문에 자기 유도가 상당히 저하되었다. 합금 시트 No.11로 된 코어는 그러한 자기 유도의 저하 때문에 센서 특성 또한 떨어진다. 반대로, 지나치게 높은 온도에서 어닐링된 시험편 No.12는 어닐링된 상태에서 많은 수의 마르텐사이트 상을 포함한다. 따라서, 합금 시트 No.12로 된 코어는 마르텐사이트의 생성때문에 자기 유도가 상당히 저하되었으며, 결과적으로 센서 특성이 불량하였다.
위에서 언급한 바와 같이 본 발명에 따른 연자성 재료는 50μΩㆍcm 이상의전기저항율과 더 적은 마르텐사이트 상을 포함하고 미세 석출물의 분포를 억제하는 금속조직을 갖는 Fe-Cr계 합금으로 만들어진다. 높은 전기 저항율과 명기된 금속조직로 인하여, 이러한 연자성 재료는 고주파수로 여기된 저자장에서조차도, 현저한 자기 유도를 만들어내며, 그 결과 우수한 센서 특성을 갖는다. 결과로서, 전자기 유도 센서 또는 역학량 센서 등과 같은 자기 회로에서 코어나 요크로서 연자성 재료를 설치함으로써, 측정 정확성이 좋은 센서가 얻어진다.
Claims (3)
- 전기 저항율이 50μΩㆍcm 이상이고, 입자 크기 1μm이하의 석출물의 개수가 6×105/mm2이하를 가진, 표면 비율 95% 이상의 페라이트 상으로 구성된 금속조직을 갖는 Fe-Cr계 연자성 재료.
- 제 1 항에 있어서, 식 (1) 및 (2)의 조건하에서C:0.05질량%이하, N:0.05질량%이하, Si:3.0질량%이하, Mn:1.0질량%이하, Ni:1.0질량%이하, P:0.04질량%이하, S:0.01질량%이하, 5.0-20.0질량% Cr, Al:4.0질량%이하, 0-3질량% Mo, 0-0.5질량% Ti 그리고 나머지는 불가피한 불순물을 제외하고는 Fe로 구성되는 것을 특징으로 하는 Fe-Cr 계 연자성 재료.4.3×%Cr+19.1×%Si+15.1×%Al+2.5×%Mo ≥40.2 ....(1)64×%Si+35×%Cr+480×%Ti+25×%Mo+490×%Al≥221×%C+247×%N+40×%Mn+80×%Ni+460 ....(2)
- 다음의 단계로 이루어지는 Fe-Cr 계 연자성 재료를 제조하는 방법으로서,식 (1) 및 (2)의 조건하에서C:0.05질량%이하, N:0.05질량%이하, Si:3.0질량%이하, Mn:1.0질량%이하, Ni:1.0질량%이하, P:0.04질량%이하, S:0.01질량%이하, 5.0-20.0질량% Cr, Al:4.0질량%이하, 0-3질량% Mo, 0-0.5질량% Ti 그리고 나머지는 불가피한 불순물을 제외하고는 Fe로 구성되는 조성을 갖는 Fe-Cr계 합금을 제공하는 단계;4.3×%Cr+19.1×%Si+15.1×%Al+2.5×%Mo ≥40.2 ....(1)64×%Si+35×%Cr+480×%Ti+25×%Mo+490×%Al≥221×%C+247×%N+40×%Mn+80×%Ni+460 ....(2)상기 Fe-Cr 계 합금을 목적의 형태로 성형하는 단계; 그리고상기 성형한 Fe-Cr 계 합금을 진공 또는 환원성 분위기에서 900℃와 식 (3)로 정의된 온도 사이의 영역에서 열처리하는 단계를 포함하는 방법.T(℃)=(64×%Si+35×%Cr+480×%Ti+490×%Al+25×%Mo+480) -(221×%C+247×%N+40×%Mn+80×%Ni) .....(3)
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