(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％でＣ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．０５〜２．０％、Ｍｎ：１．３〜２．０％、Ｎｉ：７５．０〜８０．０％、Ｍｏ：３．６〜４．５％、Ｃｕ：４．５〜５．５％、Ｓ：１５ｐｐｍ以下、Ｏ：３０ｐｐｍ以下、残部は１１．０〜１４．０％のＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｎｉ／Ｆｅ比が５．６〜６．１の組成を有することを特徴とするＦｅ−Ｎｉ系合金板。
【請求項２】
Ｆｅ−Ｎｉ系合金板は、更にＭｇ：２００ｐｐｍ以下を含有することを特徴とする請求項１に記載のＦｅ−Ｎｉ系合金板。
【請求項３】
Ｆｅ−Ｎｉ系合金板は、初透磁率３０００００以上、最大透磁率４０００００以上であることを特徴とする請求項１または２に記載のＦｅ−Ｎｉ系合金板。
【請求項４】
質量％でＣ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．０５〜２．０％、Ｍｎ：１．３〜２．０％、Ｎｉ：７５．０〜８０．０％、Ｍｏ：３．６〜４．５％、Ｃｕ：４．５〜５．５％、Ｓ：１５ｐｐｍ以下、Ｏ：３０ｐｐｍ以下、残部は１１．０〜１４．０％のＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｎｉ／Ｆｅ比が５．６〜６．１の組成を有するＦｅ−Ｎｉ系合金板の製造方法であって、
真空溶解により鋼塊を得る溶解工程と、
該溶解工程後にソーキングを施すソーキング工程と、
該ソーキング工程後のＦｅ−Ｎｉ系合金を熱間圧延により板状に加工する熱間圧延工工程と、
該熱間圧延工程後に圧延率６０〜８５％の冷間圧延を行う冷間加工工程とを含み、且つ、該冷間加工工程中は焼鈍を行わないことを特徴とするＦｅ−Ｎｉ系合金板の製造方法。
【請求項５】
Ｆｅ−Ｎｉ系合金は、更にＭｇ：２００ｐｐｍ以下を含有することを特徴とする請求項４に記載のＦｅ−Ｎｉ系合金板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高い透磁率を有するＦｅ−Ｎｉ系合金板及びＦｅ−Ｎｉ系合金板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高い透磁率を有する合金としてＪＩＳ  ＰＣパーマロイがあり、磁気ヘッドや磁気シールド材として適用されている。
このＰＣパーマロイに関しては、透磁率をより高めるために種々の提案がなされている。例えば特開平７−１８８８１７号（特許文献１参照）には、基本的なパーマロイの組成に加えて、初透磁率を高めるために３．２≦（２．０２×〔Ｎｉ〕−１１．１３×〔Ｍｏ〕−１．２５×〔Ｃｕ〕−５．０３×〔Ｍｎ〕）／（２．１３×〔Ｆｅ〕）≦３．８という関係式を満足し、Ｓｂ等の不純物量を調整し、更に熱間加工性を改善するためにＣａを添加する成分を開示している。
また、特開２００２−１７３７４５号（特許文献２参照）に記されたＰＣパーマロイの製造方法は、鋳造時に溶鋼を素早く冷却して、等軸晶の面積割合が１％以下の鋳造組織に調整し、鋳造によりスラブとし、その鋳造スラブをソーキングし、次いで熱間圧延を施す方法により、磁気特性を改善する方法が示されている。
【特許文献１】特開平７−１８８８１７号公報
【特許文献２】特開２００２−１７３７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
Ｃａを積極添加する特開平７−１８８８１７号では、ＣａをＳとの重量比Ｃａ／Ｓで１．５〜６．０の範囲で含有する。しかしながら、積極添加されたＣａにより磁性を劣化させる介在物が増大するという問題がある。
また、特開２００２−１７３７４５号に示される方法では、等軸晶の面積割合を１％以下として磁気特性を改善している。しかしながら、等軸晶の面積割合を１％以下とするには、溶鋼を素早く凝固させることができる特別な設備や例えば超扁平鋼塊が得られるような特殊な形状の鋳型がなければ、等軸晶の面積割合を１％以下とすることは極めて難しい。特に、介在物を少なくするために真空溶解−鋼塊といった工程で重量が５トン以上の大型鋼塊とする場合にはより一層困難になる。
本発明の目的は、高い透磁率を実現できる最適成分を有するＦｅ−Ｎｉ系合金板と、大型鋼塊でも高い透磁率が得られる製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
高い透磁率を有するＰＣパーマロイであるが、例えば初透磁率が３０００００以上、最大透磁率が４０００００以上を安定的に得るのは非常に難しい。僅かな成分の違いにより所望の高い透磁率が得られない。そのため、最適な化学組成を鋭意検討した。
また、製造方法においても特別な製造設備や特殊形状の鋳型を用いることなく、安定して高い透磁率が得られる製造方法を検討した結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明は、質量％でＣ：０．０３％以下、Ｓｉ：０．０５〜２．０％、Ｍｎ：１．３〜２．０％、Ｎｉ：７５．０〜８０．０％、Ｍｏ：３．６〜４．５％、Ｃｕ：４．５〜５．５％、Ｓ：１５ｐｐｍ以下、Ｏ：３０ｐｐｍ以下、残部は１１．０〜１４．０％のＦｅ及び不可避的不純物からなり、Ｎｉ／Ｆｅ比が５．６〜６．１の組成を有するＦｅ−Ｎｉ系合金板である。
好ましくは、上記のＦｅ−Ｎｉ系合金板は、更にＭｇ：２００ｐｐｍ以下を含有するＦｅ−Ｎｉ系合金板である。
また、本発明は、上記のＦｅ−Ｎｉ系合金板を磁性焼鈍することで、初透磁率３０００００以上、最大透磁率４０００００以上のＦｅ−Ｎｉ系合金板とすることができる。
【０００５】
また、本発明は、上述の組成を有するＦｅ−Ｎｉ系合金板の製造方法であって、真空溶解により鋼塊を得る溶解工程と、該溶解工程後にソーキングを施すソーキング工程と、該ソーキング工程後のＦｅ−Ｎｉ系合金を熱間圧延により板状に加工する熱間圧延工工程と、該熱間圧延工程後に圧延率６０〜８５％の冷間圧延を行う冷間加工工程とを含み、且つ、該冷間加工工程中は焼鈍を行わないＦｅ−Ｎｉ系合金板の製造方法である。
好ましくは、上記のＦｅ−Ｎｉ系合金は、更にＭｇ：２００ｐｐｍ以下を含有するＦｅ−Ｎｉ系合金板の製造方法である。
【発明の効果】
【０００６】
本発明のＦｅ−Ｎｉ系合金板は、高い透磁率が得られる最適組成と、真空溶解、ソーキングとの組み合わせにより、初透磁率３０００００以上、最大透磁率４０００００以上の磁気特性を安定して得ることができる。
また、必ずしも特殊形状の鋳型等を用いる必要もなく、鋼塊を大型化できるので、６００ｍｍ以上の幅の広いＦｅ−Ｎｉ系合金とすることができ、磁気シールド用の素材として最適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明で規定した元素とその含有量のうち、ＮｉとＦｅとの比率と、高いＭｎ量が最も重要である。先ず、Ｎｉ，Ｆｅ，Ｍｎについて説明する。なお、規定する元素の含有量は全て質量％である。
Ｎｉ：７５．０〜８０．０％
Ｎｉを７５．０〜８０．０％の範囲としたのは、この範囲が本発明の目的とする高い透磁率を得るに必要な範囲であるためである。Ｎｉの含有量が７５．０％未満、８０．０％超の何れの場合も透磁率が低下する。好ましい範囲は７５．５〜７７．５％の範囲であり、更に好ましくは７６．０〜７７．０％の範囲である。
Ｆｅ：１１．０〜１４．０％
本発明において、ＦｅはＮｉ及び後述する各添加元素の残部として添加するが、ＦｅはＮｉと同様に高い透磁率を得るために必要な含有量を確保することが重要である。Ｆｅの含有量が１１．０％未満、１４．０％超の何れの場合も透磁率が低下する。従って、Ｆｅは１１．０〜１４．０％の含有量が必要である。好ましくは、１１．５〜１３．５％の範囲であり、更に好ましくは１２．３〜１３．３％の範囲である。
【０００８】
Ｎｉ／Ｆｅ比：５．６〜６．１
上述したＮｉ及びＦｅの含有量を確保しながら、ＦｅとＮｉとの比率をＮｉ／Ｆｅ比で５．６〜６．１という極めて限定された範囲とすることが高い透磁率を得るのに重要である。
この限られた範囲内であれば、結晶磁気異方性と磁歪をゼロ近傍とすることができ、磁歪が正となって歪による磁気特性の劣化を最小限に抑制することができる。また、Ｎｉ／Ｆｅ比の最適化は大型鋼塊で製造した場合でも優れた透磁率を得ることを可能とする。このＮｉ／Ｆｅ比のより好ましい範囲は、５．７〜６．０５の範囲である。
Ｍｎ：１．３〜２．０％
Ｍｎは磁気特性を向上させる本発明で重要な元素の一つであり、特に透磁率を向上させる効果がある。また、Ｍｎの積極添加は大型鋼塊で製造した場合でも優れた透磁率を得ることを可能とする。そのためのＭｎ量は１．３％未満であれば前記の効果が得られない。また、Ｍｎ量が２．０％を超えると、介在物を形成し易くなって透磁率がかえって悪くなる。そのため、Ｍｎは１．３〜２．０％とした。好ましくは、１．４〜１．９％の範囲である。
【０００９】
次に本発明で規定した上記の元素以外の限定理由を説明する。
Ｍｏ：３．６〜４．５％
Ｍｏは磁気特性を向上させ、Ｍｏを３．６〜４．５％とすれば透磁率を向上させる。Ｍｏが３．６％未満であったり４．５％超であったりすると、透磁率を向上させる効果が得にくくなる。そのため、Ｍｏは３．６〜４．５％とした。好ましくは３．８〜４．３％の範囲である。
Ｃｕ：４．５〜５．５％
Ｃｕは直流磁気特性を向上させる元素であり、本発明においては４．５〜５．５％の添加が必要となる。この効果は４．５％未満の範囲や５．５％超の範囲では得難くなるため、Ｃｕを４．５〜５．５％とした。好ましくは４．７〜５．３％である。
Ｓｉ：０．０５〜２．０％
Ｓｉは磁性焼鈍後の結晶粒の粗大化を促進させる効果があるため、０．０５〜２．０％の範囲で添加する。Ｓｉが２．０％を超えると介在物を形成し磁性特性が劣化し、０．０５％未満であると結晶粒の粗大化を促進する効果が無くなる。そのため、Ｓｉを０．０５〜２．０％とした。Ｓｉの好ましい範囲は０．０７〜１．０％である。
【００１０】
以下に述べるＣ，Ｓ，Ｏは本発明おいては不純物である。
Ｃ：０．０３％以下
Ｃを積極添加すると、炭化物の形成を通して磁性焼鈍後の結晶粒の成長を抑制し、軟磁気特性を劣化させる。そのため、Ｃは０．０３％以下の範囲に限定する。より好ましくは０．０１５％以下の範囲である。
Ｓ：１５ｐｐｍ以下
Ｓを積極添加すると、硫化物の形成を通して磁性焼鈍後の結晶粒の成長を抑制し、軟磁気特性を劣化させるだけでなく、熱間加工性も劣化させる。そのため、Ｓは１５ｐｐｍ以下の範囲に限定する。より好ましくは１０ｐｐｍ以下の範囲である。
Ｏ：３０ｐｐｍ以下
Ｏは酸化物系介在物として存在し、その含有量が３０ｐｐｍを超えると磁性焼鈍後の結晶粒成長性が阻害され、透磁率の向上を阻害する。そのため、Ｏは３０ｐｐｍ以下に限定する。より好ましくは１５ｐｐｍ以下であり、更に好ましくは１０ｐｐｍ以下である。
【００１１】
Ｍｇ：２００ｐｐｍ以下
Ｍｇは本発明において選択元素であり、必要に応じて２００ｐｐｍ以下の範囲で添加する。Ｍｇは熱間加工性を阻害するＳを固定して、熱間加工性を向上させるために必要に応じて添加する。但し、Ｍｇが２００ｐｐｍ超の範囲はより一層のＭｇの熱間加工性改善効果が望めない。そのため、Ｍｇの上限は２００ｐｐｍとする。この熱間加工性改善効果をより確実に得るには２〜１５０ｐｐｍの範囲であると望ましく、更に望ましくは５〜１００ｐｐｍの範囲である。
以上、説明する元素以外は、本発明では不可避的不純物である。
不可避的不純物の中には、化合物を形成して結晶粒の粗大化を抑制させたり、熱間加工性を劣化させたり、透磁率を劣化させる例えばＰ，Ｎ，Ｃｒ等の元素がある。これらの不可避的不純物はできる限り少ない方が良い。
【００１２】
次に本発明の製造方法について説明する。
本発明の優れた透磁率を有するＦｅ−Ｎｉ系合金を大型鋼塊で製造するに際しては、上述したように、Ｆｅ含有量、Ｎｉ含有量、Ｎｉ／Ｆｅ比、Ｍｎ含有量の最適化をはかることに加えて、透磁率を劣化させる介在物の形成を抑制するためにＯ，Ｓの低減を行うことも重要であり、これが共に実現できることから本発明においては真空溶解にて鋼塊を製造する溶解工程を適用する。
Ｆｅ−Ｎｉ系合金の製造方法としては連続鋳造により連鋳スラブを製造する方法もあるが、連続鋳造は大気溶解であるため、Ｏ含有量が高くなり、介在物が形成し易い。そして、冷却速度が速いため介在物が微細なまま存在するため透磁率を劣化させやすい。また、中央部に成分偏析が生じやすく、微細介在物も集中するため、本発明では真空溶解にて鋼塊を製造する。
【００１３】
真空溶解の後にはソーキング工程を行う。ソーキングを行うタイミングとしては２つあり、１つは鋼塊にソーキングを行い、もう一つは鋼塊に熱間鍛造を施して、熱間鍛造後に行う。このソーキングは成分偏析を改善するために行うため、拡散距離を考慮すれば熱間鍛造後に行うのが有利である。なお、ソーキングの温度は１１５０℃〜１３５０℃、保持時間は１０〜５０時間が好ましい。
次に、このソーキング後のＦｅ−Ｎｉ系合金を熱間圧延により板状に加工する熱間圧延工工程を行う。熱間圧延工程は特に限定しないが、熱間圧延後の熱間圧延板を素材として６０％〜８５％の冷間圧延を行うため、最終製品の厚さと、冷間圧延にて６０％〜８５％の圧延率が確保できるような厚みが熱間圧延後の熱間圧延板に求められる。
【００１４】
次に、熱間圧延工程により得られた熱間圧延板を用いて、圧延率６０〜８５％の冷間圧延を行う。この冷間圧延工程は、本発明において、透磁率を向上させる重要な工程である。
冷間圧延率が６０％未満であると、所望の磁気特性を得るために実施する磁性焼鈍にて高い透磁率を得ることができない。また、８５％を超える圧延率ではかえって透磁率が悪くなる。そのため、冷間圧延の圧延率は６０〜８５％の範囲に限定する。なお、圧延率とは、１−（（冷間圧延終了時の板厚）／（冷間圧延開始した素材厚み））である。
また、本発明において、この冷間圧延工程中において焼鈍は行わない。焼鈍を行うと、冷間圧延中の歪が解放されて、磁性焼鈍時に結晶粒の粗大化が不十分となって高い透磁率が得られないためである。
なお、もし、機械設備の関係上、熱間加工工程後の熱間圧延板の板厚が、圧延率６０〜８５％の冷間圧延よっても最終製品との板厚とならない場合は、第一回目の冷間圧延工程を行って軟化焼鈍を実施し、第二回目の冷間圧延工程にて圧延率６０〜８５％で、焼鈍を行わない冷間加工工程を適用すると良い。
【００１５】
以上、説明した製造工程で得られたＦｅ−Ｎｉ系合金板は高い透磁率が得られる最適化学成分を有し、冷間圧延により歪が加わっており、しかも、結晶粒の粗大化を妨げる微細介在物も少ないため、これに磁性焼鈍を施すと、平均結晶粒径が４００μｍ以上に成長し、初透磁率３０００００以上、最大透磁率４０００００以上のＦｅ−Ｎｉ系合金板とすることができる。
磁性焼鈍は例えば１０００〜１３００℃、時間は０．５ｈ〜３ｈ、冷却速度は５０〜２００℃／ｈ、還元性雰囲気中で実施する。
なお、本発明では大型鋼塊にて製造することが可能なため、冷間圧延したＦｅ−Ｎｉ系合金板の幅を６００ｍｍ以上の広幅にすることもでき、且つ、初透磁率３０００００以上、最大透磁率４０００００以上を達成できることから、磁気シールド用途に最適である。
【実施例】
【００１６】
真空溶解にてＦｅ含有量、Ｎｉ含有量、Ｎｉ／Ｆｅ比、Ｍｎ含有量の最適化をはかったＦｅ−Ｎｉ系合金を溶解して６トン鋼塊を得たそして、本実施例では３本の鋼塊を製造し、表１に示すＮｏ．１及びＮｏ．２が本発明、Ｎｏ．３が比較例である。
得られた鋼塊を大気中にて１２８０℃×４０ｈのソーキングを行った。その鋼塊を熱間鍛造を行ってスラブとして、その後の熱間圧延での最終寸法は４．５ｍｍ(ｔ)×７００ｍｍ(ｗ)であった。更にグラインダにて熱間スケールの除去を行った後、１．０ｔ（７７．８％の冷間圧延率）まで冷間圧延を行った。なお、この冷間圧延工程中は焼鈍はなしとした。
冷間圧延後のＦｅ−Ｎｉ系合金板から磁気特性測定サンプル、結晶粒測定サンプル、化学成分測定サンプルを採取した。化学成分を表１に示す。
【００１７】
【表１】
0004737614.tif 000002
【００１８】
このＦｅ−Ｎｉ系合金板を用いて磁性焼鈍を行った。
磁性焼鈍は、露点−４０℃の水素雰囲気中にて１１００℃×３ｈで行い、冷却は高い透磁率を得るに有利な５０℃／ｈで冷却して、３００℃で取り出した。
磁性焼鈍後の初透磁率、最大透磁率を表２に示す。
【００１９】
【表２】
0004737614.tif 000003
【００２０】
本発明のＮｏ．１合金板では、初透磁率及び最大透磁率共に５０００００を超える結果が得られ、Ｎｏ．２合金板においても初透磁率３０００００以上、最大透磁率４０００００以上の結果が得られた。一方、Ｎｉ／Ｆｅ比及びＭｎ量が本発明の範囲外の比較合金Ｎｏ．３では初透磁率３０００００以上、最大透磁率４０００００以上を達成することはできなかった。
次に、本発明Ｎｏ．１合金のみを用いて、実際の生産においても高い透磁率が得られるか実験を行った。冷却速度は１００℃／ｈに速めて、処理温度を１０００℃、１０５０℃、１１００℃、１１５０℃として磁性焼鈍後の初透磁率と最大透磁率を測定した。なお、露点−４０℃の水素雰囲気中で処理時間は３時間とした。
【００２１】
【表３】
0004737614.tif 000004
【００２２】
表３に示すとおり、冷却速度を速めても、初透磁率３０００００以上、最大透磁率４０００００以上を達成することができた。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明で製造したパーマロイは高い初透磁率、最大透磁率が得られ、しかも、大型鋼塊を用いることができるため、冷間圧延材の幅を広くすることが可能となり、例えば磁気シールドルームのような高い初透磁率と比較的広い幅の板材が求められる用途に好適となる。