KR820000330B1 - Ni-Fe-Mo 계 약자장 고투자율 재료의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

Ni－Fe－Mo 계 약자장 고투자율 재료의 제조방법

제 1 도는 니켈함량 변화에 대한 자기적 성질의 변화를 나타내는 그래프.

제 2 도는 결정립 크기에 대한 자기적 성질의 변화를 나타내는 그래프.

제 3 도는 소둔온도의 변화에 대한 자기적 성질의 변화를 나타내는 그래프.

제 4 도는 소둔시간에 따른 자기적 성질의 변화를 나타내는 그래프.

제 5 도는 니켈조성의 변화에 대한 최적 냉각속도의 변화를 나타내는 그래프.

본 발명은 Ni－Fe－Mo계 약자장 고투자율 재료중 4% 몰리브덴 퍼멀로이(permalloy)의 제조방법에 관한 것이다.

미합중국 특허 1,768,443호 의해 Ni－Fe 계 퍼멀로이에 몰리브덴을 첨가함으로써 발명된 이 합금은 필수 성분으로서 니켈, 몰리브덴 및 철을 포함하며 변압기 철심, 녹음기 헤드, 자기차폐, 릴레이 소자등으로 널리 사용되고 있다.

공지된 바와 같이 4% 몰리브덴 퍼멀로이의 조성은 니켈 79%, 몰리브덴 4%, 철 17%이며 자기특성은 초투자율 20,000, 최대투자율 100,000, 보자력(保磁力) 0.025 에르스텟(Oersted)으로 알려져 있으나 본 발명에서는 제조방법을 개선하고 최적 제조조건을 결정함으로써 자기적 성질을 2배이상 향상시키는 것이 가능하다.

4% 몰리브덴 퍼멀로이에 있어서 자기적 성질에 영향을 주는 인자로는 1) 기본조성 2)자기 이방성 에너지 3) 자기 왜곡 에너지 4) 결정립크기 5) 불순물 6) 정위밀도 및 내부 잔류응력 등으로써 그 변수가 많기 때문에 규격화된 고투자율 재료의 제조가 어렵고 또한 열처리 온도, 유지시간, 특히 조성, 냉각속도등에 따라 자기적 성질의 변화가 현저하므로 그 제조기술 및 조건에 대하여 새로 여러가지의 시험단계를 거쳐 확립시킬 필요가 있다.

본 발명의 원하는 자기적 성질을 얻는데 있어서는 필수성분의 조성, 수소분위기 열처리 온도, 유지시간 냉각시 600－300℃ 구간에서의 냉각속도가 가장 중요한 조건이 되며 유황, 탄소, 규소등의 불순물 함량을 낮게 유지하는 것이 중요하다. 또한 제조과정중 일반적으로 경시되고 있는 결정립 크기의 미세화를 방지 하는 것이 필요하다.

즉, 본 발명은 니켈 79.5－80.3%(80% 최적), 몰리브덴 3.9－4.2%(4% 최적), 망간 0.3－0.7%(0.5% 최적)을 함유하며 단조온도는 1250－1000℃, 열간압온도는 1200－1000℃로 가공하여 로점(露點) －50℃ 이하의 건조 수소분위기 중에서 1150℃ 이상에서 4시간이상 유지한 후 로냉하여 600－300℃ 구간에서 80% 니켈의 경우 240℃/시간(79.5－80.3% 니켈의 범위에서 ±0.1% 니켈에 대하여 ±16℃/시간씩 조절)으로 냉각하며 결정립크기 150μ 이상, 최정도 0.1% 이하, 유황 10ppm 이하로 유지하는 그리고 초투자율 40,000이상, 최대투자율 200,000이상, 보자력 0.018 에르스텟이하, 포하자속밀도 7,500 이상의 연자성 고투자율 재료의 제조방법에 관한 것이다.

다음에 본 발명의 합금성분 및 제조공정상의 각 한정이유와 특징을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

(1) 합금성분

몰리브덴 퍼멀로이 재료에 있어서 자기적 성질을 향상시키기 위하여는 자기 이방성에너지 상수와 자기 왜곡 에너지 상수를 0에 접근시키는 것이 중요하며 이 값들은 합금성분과 열처리시의 냉각속도에 크게 의존하기 때문에 특히 니켈, 몰리브덴의 기본성분의 조성이 문제가 된다.

제 1 도에 4% 몰리브덴에 대하여 79－85.5% 범위의 니켈량에 대한 자기적 성질의 변화를 도하였는데 80% 니켈에서 자기적 성질은 최대값을 보이며 200,000 이상의 최대투자율은 79.5－80.3% 니켈범위에서 얻어진다.

몰리브덴은 본 발명에서는 4%로서 한정하였으며 3.9－4.2% 범위에서 자기적 성질에 거의 변화를 보이지 않으며 몰리브덴양의 증가에 따라 최적 냉각속도를 조금씩 감소시키는 경향이 있다.

망간은 탈산 및 탈황제로서 매우 중요하며 본 발명의 용해에서 0.5% 정도 첨가하여 용탕중 산소량을 20ppm 이하로 감소시킨다. 더욱 강력한 탈산제인 실리콘, 알루미늄, 칼슘－실리콘 등은 용탕중의 산소 용해도를 감소시키나 조직내에 산화물로 분산 잔존하여 자구(magnetic domain)벽의 이동을 방해하는 불순물로서 작용하여 자기적 성질 저하의 원인이 되고 실리콘, 알루미늄의 산화물은 결합력이 강하여 수소분위기 열처리 시에도 제거되지 않는다. 그러나 망간 산화물은 로점 －50℃ 이하의 수소를 사용한 분위기 열처리중에 쉽게 분해 제거된다.

망간은 탈산과 탈황을 위하여 0.3% 이상 첨가되는 것이 필요하며 약 0.7%까지 자기적 성질의 저하는 거의 없다.

실리콘은 상기의 산화물 형성의 이유에서 제한되며 0.1% 이상 함유시에 자기적 성질의 저하가 뚜렷하며 0.5% 이상 존재하지 않는것이 좋다. 탄소는 최종 수소분위기 열처리시 거의 제거가 되며 실제로 소재중에 250ppm 존재하는 경우에 －50℃ 로점의 수소분위기중에서 1150℃, 4시간 소둔하여 10ppm까지 탈탄이 가능하므로 소재중에 0.05%까지 허용된다.

유황은 수소분위기 열처리 중에서 일부 제거가 되나 몰리브덴과 황화물을 형성하여 불순물중 자기적 성질의 저하에 미치는 영향이 가장 크기 때문에 0.005% 이하이어야 하며 10ppm 이하 존재하는 것이 좋다.

산소는 불순물중의 규소, 알미늄등과 강력한 산화물을 형성하여 상술한 바와 같이 특성을 저하시키고 수소는 가공중에 취성의 원인으로도 작용하므로 진공용해로에서 10^－3토르(Torr)의 진공중에서 주조하여 산소용해도 20ppm 이하, 수소용해도 0.5ppm 이하로 유지한다.

불순물은 자구벽의 이동을 방해하여 상술한 바와 같이 자기적 성질을 저하시키기 때문에 원료지금(地金)의 선정에 주의를 요하나 본 발명에서는 KFM－Ⅰ급(규소 1% 이하)의 페로몰리브덴의 사용이 가능하다.

(2) 가 공

본 재료의 단조시에 가열중 분위기로 부터 또는 표면에 흡착된 유황이 결정립 경계 사이로 침입하여 주괴중에 결정립 경계균열을 발생시키는 것이 확인되었다.

따라서 단조를 위한 주괴의 가열은 전기로 중에서 실시하거나 연료유의 경우 0.5% 이하의 유황을 함유한 것을 사용하는 것이 필요하다.

상기 조건에서의 처리가 불가능할때는, 본 발명에서는 3－4mm 두께의 강판으로 주괴를 밀봉하여 가열 후 단조함으로써 좋은 결과를 얻었다. 이때 밀봉한 강판은 단조 작업시 초기에 쉽게 제거된다.

본 재료는 비교적 열간강도가 높고 2차 재결정이 일어나는 1100－1200℃ 사이에서 강도가 급격히 저하하므로 단조온도 1250℃, 압연온도 1200℃에서 가공한다.

결정립 경계가 자구력의 이동을 방해하는 요소로 작용하기 때문에 결정립 크기가 자기특성에 미치는 영향이 크므로 가공중의 결정립 미세화가 최종 열처리시의 결정립 성장에 미치는 영향을 고려하여 가공 종료온도는 1000℃ 이상으로 한다.

냉각 압연은 패스당 압하율(壓下率) 10－20%로 하여 40－80%마다 중간소둔을 한다. 중간소둔은 5mm이하 두께의 경우 900℃에서 1시간 유지하는 것으로 충분하다. 제 2 도에 최종 열처리 후 결정립 크기에 따른 자기특성의 변화 실시예를 나타냈는데 본 발명의 원하는 자기특성을 얻기 위해서는 150㎛ 이상의 결정립을 얻는 것이 필요하다.

(3) 수소분위기 열처리

본 재료의 자기특성을 얻는데 있어서 조성의 결정과 함께 수소분위기 열처리 온도와 유지 시간은 재료의 잔류응력과 전위의 제거, 결정립의 성장, 유황, 산소, 탄소등 불순물의 제거에서, 규칙－불규칙 변태가 일어나기 시작하며 확산에 의한 영향이 거의 없어지는 온도인 600－300℃ 구간에서는 냉각속도는 최적의 단범위 규칙도의 형성의 이유에서 가장 중요하다.

탈산 및 탈황제로 첨가된 망간에 의해 생성된 망간 산화물의 분해 및 제거, 기타 불순물의 제거를 위하여 로점 －50℃ 또는 그 이하의 정제된 건조 수소를 사용한다.

본 재료의 실시예에서 로점 －50℃의 건조수소 기체를 사용하여 1150℃에서 분위기 열처리한 경우의 불순물 분석표(제 1 표)로 부터 탄소와 유황이 모두 4시간 유지한후에 10ppm이하로 감소함이 확인된다.

[제 1 표]

제 3 도에 나타낸 바와 같이 초투자율과 보자력은 소둔온도 1100℃까지, 최대 투자율은 1200℃까지 특성이 크게 향산되며 그 이후에는 증가속도가 둔화된다.

따라서 본 발명의 원하는 특성을 얻기 위해서는 1150℃ 이상의 온도에서의 소둔이 필요하다.

소둔시간에 따른 특성은 제 4 도에서 4시간까지 계속 증가하며 그 이후에는 특성증가가 현저히 감소함을 보이고 있다.

제 5 도에 600－300℃ 구간에서의 니켈조성에 따른 최적 냉각 속도의 변화를 나타내고 있으며 본 발명의 재료인 80% 니켈 －4% 몰리브덴의 경우 240℃/시간의 냉각속도가 경우가 가장 우수한 특성을 보인다.

본 발명의 범위에서 니켈증가에 따라 최적 냉각속도도 증가하며 79% 니켈에서 60℃/시간, 79.5% 니켈에서, 150℃/시간, 80% 니켈에서 240℃/시간, 80.5% 니켈에서 300℃/시간의 최적 냉각속도를 보여 니켈 0.1% 증가에 따라 약 16℃씩 증가한다.

이상과 같이 본 발명에서의 열처리는 －50℃이하 로점의 수소 분위기에서 1150℃이상, 4시간 이상 유지후 로냉하여 규칙화 온도 범위인 600－300℃ 구간에서 각각의 최적 냉각속도로 조절하며 열처리 후의 미세조직은 평균결정립 크기 150미크론 이상이어야 한다.

다음에 본 발명의 실시예를 제시한다.

본 발명의 최적조성에 해당하는 80% 니켈, 몰리브덴, 0.5% 망간, 잔여분 철을 기본조성으로 하는 합금 및 특성이 이에 거의 준하는 79－80.5% 니켈을 함유하는 합금을 진공고주파 유도용해로에서 1×10^－3토르 이하의 진공중에서 통상의 조괴법으로 조괴하여, 상술한 단조 압연조건에 의하여 직경 22mm의 열연봉 및 판두께 0.35mm의 냉연판을 제조하였다. 이 합금들은 상술한 바와 같이 로점 －50℃의 수소를 사용하여 1150℃에서 4시간 유지후 냉각시 600－300℃ 구간에서 냉각속도를 조절하여 냉각하였다.

합금의 성분, 자기적특성 및 제조조건을 제 2 표에 제시하고 있다. 여기서 자기적 특성의 측정은 열연봉의 경우 외경 22mm, 내경 18mm, 두께 5mm의 환상 코아틀, 냉연판의 경우 외경 45mm, 내경 33mm, 두께 0.35mm의 환상코아를 제작하여 초투자율(μo)은 0.0050 에르스텟의 자장에서 보자력(Hc)은 10에르스텟의 자장에서 측정하였다.

[제 2 표]

Claims (1)

1. 니켈 79.5－80.3%, 몰리브덴 3.9－4.2%, 망간 0.7%이하, 유황 0.005% 이하를 함유하며 －50℃ 로점 이하의 수소분위시중에서 1150℃ 이상으로 4시간 이상 열처리하고, 냉각시 600－300℃ 온도 범위에서 80% 니켈의 경우 냉각속도 240℃/시간(±0.1% 니켈에 대하여 ±16℃/시간씩 조정)으로 냉각하며 결정립크기 150μ이상으로 하는, 초투자율 40,000이상, 최대투자율 200,000이상, 보자력 0.018에르스텟이하, 포화자속 밀도가 7,500이상으로 됨을 특징으로 하는 Ni－Fe－Mo 계 약자장 고투자율 재료의 제조방법.

Images