(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子％にて、  Ｆｅ：７８〜８３％、
Ｓｉ：２〜３％、            Ｂ  ：６〜１６％、
Ｃ  ：０．２〜４％、        Ｐ  ：２〜１２％
を含有し、残部が不可避的不純物からなり、同一チャージの薄帯の最大板厚と最小板厚の差が、薄帯板厚の１０％以下であることを特徴とする鉄系非晶質合金薄帯。
【請求項２】
原子％にて、 Ｆｅ：７８〜８３％、
Ｓｉ：２〜３％、 Ｂ  ：６〜１６％、
Ｃ  ：０．２〜４％、 Ｐ  ：２〜１２％
を含有し、残部が不可避的不純物からなり、同一チャージの薄帯の最大板厚と最小板厚の差が、２μｍ以下であることを特徴とする鉄系非晶質合金薄帯。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は急冷凝固法により製造される鉄系非晶質合金薄帯に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
非晶質合金は、溶融合金を急冷凝固させて鋳造することにより製造することができる。急冷凝固法として、単ロール法、双ロール法、遠心急冷法などが知られている。単ロール法は、高速回転する冷却ロールの円周面にノズルから溶融合金を噴出する方法、双ロール法は１対の冷却ロールの間に溶融合金を供給する方法である。遠心急冷法は、高速回転する金属製ドラムの内周面に溶融合金を噴出する方法である。
【０００３】
この非晶質合金は、その優れた特性から、多くの用途における工業材料として有望視されている。中でも鉄系非晶質合金の薄帯は、鉄損が低く、かつ飽和磁束密度や透磁率が高いなどの理由から、電力トランスや高周波トランスなどの鉄心材料用として採用されている。
【０００４】
急冷凝固法で鋳造された薄帯は、冷却ロールやドラムから剥離され、連続的に巻き取られてコイル製品となる。薄帯を積層して鉄心とするなどの用途から、コイル内( チャージ内）の薄帯の板厚変動はできるだけ小さいことが好ましい。薄帯の板厚変動は、単ロール法等の急冷凝固プロセスにおける製造因子の制御精度向上により、かなり改善されてきた。
【０００５】
各種製造因子の中で、溶融合金噴出用のノズルと冷却ロールとの間のギャップ（本明細書で単にギャップと記してあっても、このギャップを意味する）が、制御するうえで最も困難な因子とされている。その他の因子、例えば冷却ロールの周速、ノズル形状、溶融合金の噴出圧は、設定も比較的容易で鋳造中の変動も小さく抑えることが可能であった。
【０００６】
上記ギャップは、０．５ｍｍ以下と非常に狭い値にする必要がある。しかしこの狭いギャップの測定が困難で、鋳造前における設定が難しいことに加えて、鋳造開始後は、溶融合金の熱により冷却ロールの円周面にサーマルクラウンが発生してギャップが変動するという問題がある。このようにギャップは大きな変動要因を有しており、その制御は困難であった。
【０００７】
本発明者らは、冷却ロールのサーマルクラウン発生による薄帯板厚変動の対策として、特開２０００−２８８６９４号公報および特開２０００−２８８６９５号公報により、鋳造方法および鋳造用ノズルを提案している。
その基本的な考え方は、冷却ロールにサーマルクラウンが発生すると、ギャップが薄帯幅方向中央部で狭くなり、溶融合金の供給量が低減するので、ノズル開口の形状を工夫することによって溶融合金供給量を薄帯幅方向均一にし、薄帯の板厚を幅方向で均一にするというものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開２０００−２８８６９４号公報および特開２０００−２８８６９５号公報の技術は、冷却ロールのサーマルクラウンが成長した後の鋳造において、薄帯の板厚を幅方向均一にすることができる。しかし、鋳造開始直後から鋳造中をとおして溶融合金の供給量を均一にし、薄帯の板厚を長さ方向に均一化することについては課題が残されていた。
【０００９】
そこで本発明が解決しようとする課題は、単ロール法などにより製造される鉄系非晶質合金の薄帯において、困難なギャップ制御を行わなくても、薄帯の長さ方向および幅方向の板厚変動を、鋳造中をとおして小さくできる合金薄帯を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、原子％にて、Ｆｅ：７８〜８３％、Ｓｉ：２〜３％、Ｂ：６〜１６％、Ｃ：０．２〜４％、Ｐ：２〜１２％を含有し、残部が不可避的不純物からなり、同一チャージの薄帯の最大板厚と最小板厚の差が、薄帯板厚の１０％以下であることを特徴とする鉄系非晶質合金薄帯である。
また本発明は、原子％にて、Ｆｅ：７８〜８３％、Ｓｉ：２〜３％、Ｂ：６〜１６％、Ｃ：０．２〜４％、Ｐ：２〜１２％を含有し、残部が不可避的不純物からなり、同一チャージの薄帯の最大板厚と最小板厚の差が、２μｍ以下であることを特徴とする鉄系非晶質合金薄帯である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明者は、ギャップ変動に伴う薄帯板厚変動の程度が合金の成分組成に依存することを見出し、上記課題を解決するに至った。
安価な鉄系非晶質合金として知られているＦｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃ−Ｐ合金について、各種成分の薄帯を単ロール法により同一条件で鋳造し、各種特性を調査している中で、チャージ内の薄帯板厚変動が特に小さいものが存在することを見出した。
【００１２】
チャージ内の板厚変動は、上述のように、主として冷却ロールのサーマルクラウンによるギャップ変動に伴って生じることから、ギャップ変動に伴う板厚変動が小さくなる特定の成分組成の存在が示唆された。
そこで２種類の成分Ａ，Ｂについて、単ロール法により、ノズルと冷却ロールの間の設定ギャップを変化させて鋳造実験を行い、各チャージ内の鋳造方向すなわち薄帯長さ方向の板厚変動を評価した。両成分の組成は、原子％にてつぎのとおりである。
【００１３】
成分Ａ：Ｆｅ：８０．３％、Ｓｉ：２．９％、Ｂ：９．８％、Ｃ：１％、
Ｐ：５．８％、残部：Ｍｎ，Ｓ等の不純物。
成分Ｂ：Ｆｅ：８０．３％、Ｓｉ：２．５％、Ｂ：１３．４％、Ｃ：２％、
Ｐ：１．６％、残部：Ｍｎ，Ｓ等の不純物。
【００１４】
成分Ａおよび成分Ｂについて、チャージ毎に、鋳造された薄帯から３００ｍ間隔で長さ１ｍのサンプルを採取し、各サンプルについて重量および板幅を測定して、密度：７．２６g/cm3 から計算により板厚を求めた。その結果を図１に示す。○および●はチャージ内の平均値、幅は最大値と最小値の差である。
【００１５】
図１に示すように、成分Ａと成分Ｂで明らかな差があり、設定ギャップを変化させたときの板厚変動、同一設定ギャップにおける板厚変動ともに、成分Ａの方が小さい。同一設定ギャップでの板厚変動は、冷却ロールのサーマルクラウンなどによる鋳造中のギャップ変動に伴う板厚変動を示している。
図１の結果から、ギャップ変動に伴う板厚変動の大小が合金の成分組成に依存することがわかる。
【００１６】
この結果に基づき、各種Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃ−Ｐ合金について、薄帯の磁気的性質や機械的性質など、これまでの鉄系非晶質合金としての良好な製品材質特性を維持したうえで、ギャップ変動に伴う板厚変動が特に小さくなる（これを板厚変動低減効果という）成分組成の範囲を定め、本発明を完成させた。以下に成分組成の限定理由を述べる。含有量は全て原子％である。
【００１７】
Ｆｅ：７８％未満では機械的性質や磁気的性質で充分な特性が得られなくなる。８３％を超えると非晶質形成が困難となるばかりか、板厚変動低減効果が得られなくなる。
Ｓｉ：２％未満、あるいは３％超では非晶質形成が困難となるばかりか、板厚変動低減効果が得られなくなる。
Ｂ：６％未満では非晶質形成が困難となり、また板厚変動低減効果が得られなくなる。１６％を超えても、さらなる板厚変動低減効果は得られない。
【００１８】
Ｃ：薄帯の鋳造性に効果のある元素である。すなわち０．２％以上４％以下の添加により、溶融合金と冷却ロールなど冷却基板との濡れ性が向上して、冷却速度が高くなり、良好な薄帯を形成できる。０．２％未満ではこの効果が得られず、４％超としても更なる添加効果は得られない。
【００１９】
Ｐ：本発明における最も重要な元素であり、２％未満、１２％超では板厚変動低減効果が得られない。
不可避的不純物として、Ｍｎ，Ｓ等を０．２％程度まで含有しても特段の問題は生じない。このように不純物を許容できることから、本発明合金は高価とならない。
【００２０】
なお本発明者らは、原子％にて、７８％≦Ｆｅ≦８６％、２％≦Ｓｉ＜４％、５％＜Ｂ≦１６％、０．０２％≦Ｃ≦４％、２％≦Ｐ≦１２％の組成の、交流における軟磁気特性に優れた鉄基非晶質合金薄帯を開発し、特願２０００−３６０１９５号明細書により出願しているが、ギャップ変動に伴う板厚変動については触れていない。
【００２１】
本発明の非晶質合金薄帯は、鉄損、磁束密度、透磁率などの磁気的性質や、曲げ性などの機械的性質が従来の鉄系非晶質合金薄帯と変わらず、合金コストも高価とならない。そして、薄帯鋳造開始前の設定精度に基づくギャップ変動、あるいは鋳造開始後のサーマルクラウン等に基づくギャップ変動に伴って、薄帯の板厚が従来のように変動し難く、板厚変動が小さい。本発明合金薄帯の板厚変動は、同一チャージの薄帯の最大板厚と最小板厚の差が薄帯板厚の１０％以下に低減する。
【００２２】
【実施例】
各種成分組成の合金を溶解し、単ロール法により薄帯を鋳造した。各合金の成分組成を表１に示す。なお各合金には、Ｍｎ、Ｓ等の不純物が合計で約０．２原子％含まれている。また鋳造した薄帯の板厚変動量、および薄帯材質特性の評価結果を表２に示す。
【００２３】
単ロール法の鋳造条件は次のとおりである。
冷却ロール材質：Ｃｕ−２質量％Ｂｅの銅合金
冷却ロール寸法：直径１２００mm、幅２５０mm
冷却ロール回転速度：２５ｍ／ｓ（表面周速）
噴出ノズル−冷却ロール間ギャップ：２００μｍ（鋳造開始時）
噴出ノズルの開口形状：０．７mm×１２０mmのスリット形状
【００２４】
鋳造された薄帯から３００ｍ間隔で長さ１ｍのサンプルを採取し、各サンプルについて重量および板幅を測定して、密度：７．２６g/cm3 から計算により板厚を求め、チャージ内の最大値と最小値の差を板厚変動量とした。
薄帯材質特性は、磁気特性、鉄損、曲げ性について、各チャージのほぼ中央部のサンプルで評価した。磁気特性は８０Ａ／ｍの交流磁場を印加したときの最大磁束密度Ｂ80（Ｔ）、鉄損は１．３Ｔ、５０Ｈｚの値（Ｗ／kg）、曲げ性は密着曲げ試験での破断時の曲げ直径（mm）で評価した。なおアニール条件は３６０℃×１ｈｒ（５０エルステッド）とした。
【００２５】
（１）本発明例：No. １〜No. ７の本発明例は、すべてのチャージで問題なく鋳造でき、良好な性状の薄帯が得られた。そして、表２に示すようにチャージ内薄帯の板厚変動量はいずれも２μｍ以下の小さな値であった。また磁気的性質および機械的性質についても、いずれも良好であった。
【００２６】
（２）比較例−１：No. ８〜No. １１の比較例は、鋳造でき良好な性状の薄帯が得られたが、表２に示すようにチャージ内薄帯の板厚変動量がいずれも大きな値であった。薄帯材質については、No. ８およびNo. １１は良好であったが、No. ９およびNo. １０は非晶質化が不十分で、磁気的特性も機械的特性も劣っていた。
【００２７】
（３）比較例−２：No. １２およびNo. １３の比較例は、鋳造でき良好な性状の薄帯が得られ、かつ表２に示すようにチャージ内薄帯の板厚変動量は小さな値であった。しかし、No. １２はＦｅ含有量が過多で非晶質形成が不十分なため鉄損および曲げ性が劣り、No.１３はＦｅ含有量が不足したため磁束密度が不足した。
【００２８】
【表１】
0004441140.tif 000002
【００２９】
【表２】
0004441140.tif 000003
【００３０】
【発明の効果】
本発明の非晶質合金薄帯は、磁気的性質や機械的性質が従来の鉄系非晶質合金薄帯と変わらず、合金コストも高価とならない。そして、鋳造開始前の設定精度に基づくギャップ変動、あるいは鋳造開始後のサーマルクラウン等に基づくギャップ変動に対し、困難なギャップ制御を行わなくても、薄帯の長さ方向および幅方向の板厚変動を、鋳造中をとおして小さくでき、チャージ内の最大板厚と最小板厚の差が、薄帯板厚の１０％以下に低減する。
したがって、良好な板厚分布からなる薄帯が歩留まりよく製造でき、生産性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明例および比較例を示すグラフである。
【図１】
0004441140.tif 000004