(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ni：30〜85mass％を含むFe-Ni系パーマロイ合金の製造に当たり、脱酸処理を施す際に、溶解容器として、マグネシア、アルミナまたはスピネルを内壁耐火物とする高周波誘導炉を用い、この溶解容器内雰囲気中の酸素濃度を0.1vol%以下に制御すると共に、Siおよび／またはMnからなる脱酸剤を添加して脱酸することにより、合金溶湯中の酸素濃度を100ppm以下にする一次脱酸処理を行い、その後さらに、前記容器内合金溶湯中にAlあるいはAl含有脱酸剤を添加して合金溶湯中の酸素濃度を50ppm以下に制御する二次脱酸処理を行う、ことを特徴とするFe-Ni系パーマロイ合金の製造方法。
【請求項２】
Niを30〜85mass％含むFe-Ni系パーマロイ合金の製造に当たり、脱酸処理を施す際に、まず、溶解容器内合金溶湯を予備脱酸し、次いで、仕上げ脱酸処理として、溶解容器として、マグネシア、アルミナまたはスピネルを内壁耐火物とする高周波誘導炉を用い、この溶解容器内雰囲気中の酸素濃度を0.1vol%以下に制御すると共に、Siおよび／またはMnからなる脱酸剤を添加して脱酸することにより、合金溶湯中の酸素濃度を100ppm以下にする一次脱酸処理を行い、その後さらに、前記容器内合金溶湯中にAlあるいはAl含有脱酸剤を添加して合金溶湯中の酸素濃度を50ppm以下に制御する二次脱酸処理を行う、ことを特徴とするFe-Ni系パーマロイ合金の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の方法において、予備脱酸処理として、溶解容器内雰囲気を667Pa以下に減圧してCあるいはC含有脱酸剤を添加することにより、合金溶湯中の酸素濃度を200ppm以下にすることを特徴とするFe-Ni系パーマロイ合金の製造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の方法において、この方法により製造されるFe-Ni系パーマロイ合金が、Niを30〜85mass％含有し、さらにMo、Cu、CoおよびNbのうちから選ばれるいずれか1種または2種以上の元素を、それぞれが15mass％以下でかつ合計では20mass％以下の範囲内で含有し、残部がFeであることを特徴とするFe-Ni系パーマロイ合金の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか1項に記載の方法において、これらの方法により製造される合金は、
Niを30〜40mass％未満含有するものは、最大透磁率μm＝0.3792[H/m]以上、初透磁率μi＝0.1264[H/m]以上、保磁力Hc＝7.0［A/m］以下の磁気特性を示し、
Niを40〜50mass％含有するものは、最大透磁率μm＝0.8848[H/m]以上、初透磁率μi＝0.1264[H/m]以上、保磁力Hc＝5.0［A/m］以下の磁気特性を示し、
Niを70〜85mass％含有するものは、最大透磁率μm＝3.792[H/m]以上、初透磁率μi＝2.528[H/m]以上、保磁力Hc＝0.7［A/m］以下の磁気特性を示す、
ことを特徴とするFe-Ni系パーマロイ合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気ヘッドや磁気シールド材、トランスコアの巻鉄心等に用いられるFe-Ni系パーマロイ合金の製造方法に関し、とくに脱酸方法を主とする精錬の方法に特徴を有するものである。
【０００２】
【従来の技術】
Fe-Ni系パーマロイ合金は、通常、PB（45mass％Ni）、PC(78mass％Ni-Mo-Cu)等が代表的なものであり、前者は主として飽和磁束密度が大きいという特徴を活かした用途、例えば、時計のステータ、磁気レンズのポールピースなどに多く使用されている。一方、後者は、優れた透磁率を活かした高周波域での高感度トランスや磁気シールド材等に使用されている。
【０００３】
この種のFe-Ni系パーマロイの磁気特性を改善するための技術としては、例えば、特開平05-005162号公報では、磁化容易軸＜１００＞を含む｛２００｝面を、２以上の集積強度比で面内集積させるという技術を提案している。また、磁気特性に及ぼす不純物あるいは、析出物の影響という観点からアプローチした技術としては、特開平06-122947号公報では、不純物元素であるＳ，Ｂ及びＯは、Ｓ≦0.003mass％、B≦0.005mass％、O≦0.005mass％で、かつＳ＋Ｂ＋Ｏ≦0.008mass％に規制する方法を提案している。即ち、この技術は、析出物等の第二相が、磁壁移動に対して悪い影響を及ぼすということを前提として、その不純物元素を抑制することを提案しているが、非金属介在物それ自体を直接、制御するという発想ではない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、磁壁移動を妨げる要因の一つである、酸化物系非金属介在物の含有量を極力低減することを主たる目的とし、そのために、最終的にAlを用いて脱酸することによって酸素を低減させると共に、このとき生成する酸化物系非金属介在物を、熱間圧延時に大きく伸ばされるようなことがなく、かつ最終製品中においても微細分散し難い形態、即ちAl2O3、MgO・Al2O3、MgOの如き高融点の酸化物系非金属介在物に制御する技術を提案することを具体的な目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、発明者らは、上掲の目的を実現するべく、まず実験室において、Fe-Ni系パーマロイ合金溶湯を種々の脱酸剤を用いて脱酸実験を行った。この実験に用いた溶解容器の耐火物としては、マグネシア、アルミナあるいはスピネルを用いた。こうして得られた合金溶湯を、金型に鋳込んで鋳塊とし、これを、鍛造、熱間圧延、冷間圧延して、0.35mm厚みの製品とした。その後、1100℃で3時間の磁気焼鈍を行い、直流磁化特性を調べた。その結果、パーマロイ合金については、仕上げ脱酸時に脱酸剤としてAl等を用いた場合、非金属介在物を精製する酸素濃度が低くなり、酸化物系非金属介在物がAl2O3、MgO・Al2O3、MgOのいずれか1種または2種以上の形態となり、高い透磁率が得られることがわかった。さらに、その仕上げ脱酸の前に、合金溶湯中にCを0.05〜0.25mass％程度添加して、667pa以下の減圧下で予備脱酸した場合には、Al等による仕上げ脱酸時の介在物生成量をさらに低減することができ、より高い透磁率が得られることもわかった。
【０００６】
すなわち、本発明は、Ni：30〜85mass％を含むFe-Ni系パーマロイ合金の製造に当たり、脱酸処理を施す際に、溶解容器として、マグネシア、アルミナまたはスピネルを内壁耐火物とする高周波誘導炉を用い、この溶解容器内雰囲気中の酸素濃度を0.1vol%以下に制御すると共に、Siおよび／またはMnからなる脱酸剤を添加して脱酸することにより、合金溶湯中の酸素濃度を100ppm以下にする一次脱酸処理を行い、その後さらに、前記容器内合金溶湯中にAlあるいはAl含有脱酸剤を添加して合金溶湯中の酸素濃度を50ppm以下に制御する二次脱酸処理を行う、ことを特徴とするFe-Ni系パーマロイ合金の製造方法である。
【０００７】
また、本発明は、Niを30〜85mass％含むFe-Ni系パーマロイ合金の製造に当たり、脱酸処理を施す際に、まず、溶解容器内合金溶湯を予備脱酸し、次いで、仕上げ脱酸処理として、溶解容器として、マグネシア、アルミナまたはスピネルを内壁耐火物とする高周波誘導炉を用い、この溶解容器内雰囲気中の酸素濃度を0.1vol%以下に制御すると共に、Siおよび／またはMnからなる脱酸剤を添加して脱酸することにより、合金溶湯中の酸素濃度を100ppm以下にする一次脱酸処理を行い、その後さらに、前記容器内合金溶湯中にAlあるいはAl含有脱酸剤を添加して合金溶湯中の酸素濃度を50ppm以下に制御する二次脱酸処理を行う、ことを特徴とするFe-Ni系パーマロイ合金の製造方法である。
【０００８】
本発明においては、予備脱酸は溶解容器内雰囲気を667Pa以下の減圧下においてCあるいはC含有脱酸剤を添加することにより、合金溶湯中の酸素濃度を200ppm以下にすることが好ましい。
【０００９】
また、本発明方法によって製造するFe-Ni系パーマロイ合金は、Niを30〜85mass％含有し、さらにMo、Cu、CoおよびNbのうちから選ばれるいずれか1種または2種以上の元素を、それぞれが15mass％以下でかつ合計では20mass％以下の範囲内で含有し、残部がFeからなるものであることが好ましい。
【００１０】
削除
【００１１】
なお、本発明に係る製造方法において得られる合金は、
Niを30〜40mass％未満含有するものは、最大透磁率μm＝0.3792[H/m]以上、初透磁率μi＝0.1264[H/m]以上、保磁力Hc＝7.0［A/m］以下の磁気特性を示し、
Niを40〜50mass％含有するものは、最大透磁率μm＝0.8848[H/m]以上、初透磁率μi＝0.1264[H/m]以上、保磁力Hc＝5.0［A/m］以下の磁気特性を示し、
Niを70〜85mass％含有するものは、最大透磁率μm＝3.792[H/m]以上、初透磁率μi＝2.528[H/m]以上、保磁力Hc＝0.7［A/m］以下の磁気特性を示す、
Fe-Ni系パーマロイ合金である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
発明者らが研究対象としているFe-Ni系パーマロイ合金の分野にあっては、鋼材の製造とは異なるものの、脱酸剤については、脱酸処理後の合金溶湯中の酸素ポテンシャルを極力低減させる必要があることから、取り扱いが比較的容易で、強力な脱酸剤作用をもつものが好ましく、Alの使用が推奨される。即ち、Fe-Ni系パーマロイ合金溶湯中にAlを添加すると、次のような反応が起こる。
2Al＋3O＝Al2O3（介在物）
【００１３】
発明者らの研究によると、この脱酸反応を効率よく進行させ、合金溶湯の酸素濃度を50ppm以下にまで低下させるためには、Al≧0.001mass％の添加が必要であることがわかっている。ただし、Alは添加しすぎると、固溶による格子歪を生じ、磁気特性を悪化させてしまう。従って、脱酸剤としてのAlの好適添加の範囲は、0.001≦mass％Al≦0.05程度が好ましい。
【００１４】
なお、仕上げ脱酸処理において、このAlを添加した場合には、精錬合金溶湯の酸素濃度は、50ppm以下、好ましくは40ppm以下、さらに好ましくは30ppm以下に調整する。仕上げ脱酸後の合金の酸素濃度を50ppm、好ましくは40ppm以下、さらに好ましく30ppm以下に調整する理由は、酸素濃度が低いほど非金属介在物の絶対量を低く抑え、磁気特性を向上させることができることにある。
【００１５】
本発明の特徴は、上述したようにAlによる仕上げ脱酸（以下、この脱酸を「2次仕上げ脱酸」という）の前にSiおよび／またはMnによる脱酸を行う（以下、この脱酸を「1次仕上げ脱酸」という）。仕上げ脱酸を1次と2次に分けた理由は、もしAlによる仕上げ脱酸のみで合金溶湯中の酸素濃度を50ppm以下にしようとすると、酸素濃度が高い状態でAlを投入せざるを得なくなるため、アルミナ系非金属介在物の生成量が多くなり、時にはクラスターを生成することさえある。こうしたクラスターは、見掛けの比重が溶鋼のそれと同程度となるため、浮上分離に多大な時間を要してしまうという問題が生ずる。
【００１６】
この点、Si、Mnによる1次脱酸工程を入れると、液状であり分離性に優れたマンガンシリケート系介在物を生成するため、Al2O3のようにクラスター状になることがなくなり、仕上げ脱酸に要する総時間が著しく短縮する。
【００１７】
この場合、Si、Mnによる1次仕上げ脱酸の処理では、合金溶湯中の酸素濃度を100ppm程度以下に調整する。この処理において、もし、100ppm程度以下に調整できなければ、Alによる2次仕上げ脱酸に長時間を要するばかりか、総介在物量を十分な磁気特性を得られるまで低減できなくなる。
【００１８】
本発明において、1次仕上げ脱酸処理は、溶解容器内雰囲気は、0.1vol%以下の酸素濃度に制御する。雰囲気内酸素濃度を0.1vol%以下に制御する理由は、脱酸剤を添加する際、雰囲気に含まれる酸素により、脱酸剤が酸化してしまうことを防ぐためである。すなわち、脱酸剤の効率を向上させて、溶鋼中の酸素をより効率的に除去することにある。
【００１９】
本発明のより好ましい実施の形態は、1次仕上げ脱酸処理の前に、CまたC含有脱酸剤を0.05〜0.25mass％添加する予備脱酸を行う方法である。もし、CまたはC含有脱酸剤を用いた予備脱酸を行わずに、最終脱酸目標である酸素：50ppm以下にするには、Alによる2次仕上げ脱酸処理を施した後、非金属介在物の浮上時間を、30分以上かける必要が生じる場合がある。
【００２０】
係る予備脱酸処理の工程では、C等をFe-Ni系パーマロイ合金の溶湯中に、0.05〜0.25mass％ほど添加して溶解させた後、667Pa以下の減圧下で処理することで、CO反応により脱酸が進行し、酸素を200ppm以下にまで低減させる。そして、そのあとで、1次、2次の仕上げ脱酸処理を行うことで、非金属介在物の総生成量を抑制することができる他、非金属介在物の浮上時間を30分以下にまで短縮することができるようになる。
【００２１】
本発明においては、生成する非金属介在物の組成を、アルミナ、スピネル、マグネシアのいずれか1種または2種以上に制御するために、溶解容器内の溶鋼保持用耐火物についてもまた、マグネシア、アルミナまたはスピネル系のものを使用する必要がある。なお、その耐火物がアルミナの場合は、非金属介在物も主としてアルミナとなる。しかし、マグネシアあるいはスピネルを使用した場合には、以下の還元反応が起こり、合金溶湯中に溶存Mgを生成する。
3MgO（耐火物）＋２Al＝Al2O3(耐火物)＋３Mg
そして、このMgはアルミナ系介在物と反応し、マグネシア、場合によってはスピネルを生成する。
【００２２】
上記の処理を施すことによって生成する、本発明に適合するAl2O3、MgO・Al2O3、MgOの介在物は、いずれも高融点酸化物であり、熱間圧延工程で容易に伸びるようなことはない。そのため、最終製品中でも、分散することなく集中して存在することとなる。このため、磁壁の移動を妨げる介在物の濃度が小さくなり、磁気特性の向上につながるのである。
【００２３】
上述した予備脱酸処理、ならびに1次および2次仕上げの脱酸処理のために、本発明では、好ましい例として雰囲気制御可能な高周波誘導炉、例えば真空誘導炉を溶解容器として用いる。この炉に着目した理由は、雰囲気を減圧、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気に容易に制御することが可能で、さらに加熱を容易に行うことができるためである。
【００２４】
また、上述のようにして成分調整された合金溶湯は、その後、鋳造し、造塊し、熱間圧延し、冷間圧延し、そして磁気焼鈍などの常法に従う処理によって、以下に示すような磁気特性を有するFe-Ni系パーマロイ合金を製造することが可能になる。すなわち、
(i) Ni：30〜40mass％未満を含有する場合、最大透磁率μm：0.3792[H/m]以上、初透磁率μi：0.1264[H/m]以上および保磁力Hc：7.0［A/m］以下の磁気特性を示すFe-Ni系パーマロイ合金。
(ii) Ni：40〜50mass％を含有する場合、最大透磁率μm：0.8848[H/m]以上、初透磁率μi：0.1264[H/m]以上および保磁力Hc：5.0［A/m］以下の磁気特性を示すFe-Ni系パーマロイ合金。
(iii) Ni：70〜85mass％を含有する場合、最大透磁率μm：3.792[H/m]以上、初透磁率μi：2.528[H/m]以上および保磁力Hc：0.7［A/m］以下の磁気特性を示すFe-Ni系パーマロイ合金。
【００２５】
本発明方法を適用する材料は、Fe-Ni系パーマロイ合金であって、Ni含有量が30〜40mass％未満、40〜50mass％、70〜85mass％の3種であり、残部は主としてFeからなるものである。もちろん、場合によってはさらにMo、Cu、CoおよびNbのうちから選ばれるいずれか1種または2種の元素をそれぞれ15mass％以下、合計で20mass％以下添加したものも用いられる。MoおよびCuは、PC材の規則格子の生成条件を制御するために有用な元素である。Coは磁束密度を高め、同時に適量添加により透磁率を向上させる働きを持つ。Nbは、磁気特性に対する効果は少ないが、材料の硬度を高め、対摩耗性を向上させることから、磁気ヘッドなどの用途には欠かせない成分である。上記元素（Mo、Cu、Co、Nb）がそれぞれ15mass％を超えると、Feの含有量が少なくなり、飽和磁束密度が少なくなる。そのため、上記元素はそれぞれ、15mass％以下、好ましくは1〜15mass％の範囲とする。また、それらの合計が20mass％を超えると、同様にFeの含有量が少なくなり、飽和磁束密度が少なくなる。そのため、上記元素の合計は20mass％以下の範囲とする。
【００２６】
【実施例】
表１〜３に示す成分組成に調整したFe-Ni系パーマロイ合金5kgを、炉内をArで置換した真空誘導炉中にて溶解した後、Cを0.05〜0.25mass％添加し、炉内を667Pa以下に減圧する予備脱酸を行い、Si、Mnを添加して1次仕上げ脱酸を行った後、さらにAlを添加して2次仕上げ脱酸を実施した。その他の例として、Cによる上記予備脱酸を行わずに、まずSi、Mnを添加して1次仕上げ脱酸処理し、引き続きAlを添加して2次仕上げ脱酸処理する方法も試みた。このような処理を経て作製した合金インゴットを、熱間鍛造し、次いで、熱間圧延と冷間圧延を行い、0.35mm厚みの製品とした。その後、磁気焼鈍を1100℃×3Hr、水素雰囲気中にて行った。この製品について、直流磁化特性を調べた。
【００２７】
直流磁化特性は、JIS C2531に基づき、φ45mm×φ33mmリング試験片を1次、2次側とも50ターン巻線し、飽和磁束密度に関しては、磁場1590［A/m］の条件下で、また最大透磁率、初透磁率および保磁力について、PCについては4［A/m］を反転磁場とし、PB、PDについては16［A/m］を反転磁場として測定したものである。また、化学成分は、蛍光X線分析により、介在物組成はEDS（エネルギー分散型分析装置）により分析した。PC、PB、PDに相当する実施例を、表１、２および３にそれぞれ示す。
【００２８】
【表１】
0003645821.tif 000002
【００２９】
【表２】
0003645821.tif 000003
【００３０】
【表３】
0003645821.tif 000004
【００３１】
表１〜３に示すところから明らかなように、本発明例では、いずれの実施例についても、酸素濃度が50ppm以下に制御されており、非金属介在物もアルミナ、マグネシア、スピネルのいずれかに制御されているため、直流磁化特性に優れた値を示している。しかも、Cを添加し、減圧下において、予備脱酸を実施したチャージでは、特に酸素濃度が低くなっており、さらに優れた特性を示していることがわかった。
【００３２】
これに対し、比較例では、Al濃度が低かったため、酸素濃度が高く、介在物組成も比較的低融点で鍛造、熱延工程において伸ばされて分散しやすいシリケート系となっているため、直流磁化特性の値が劣っていることがわかった。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、Fe-Ni系パーマロイ合金中の非金属介在物を形造る酸素濃度を低く抑えることができると共に、非金属介在物の化学成分を熱間圧延工程の処理では伸びない形態の"マグネシア、アルミナ、スピネル"に制御できるので、磁気特性を著しく向上させることができる。