(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｏ：３０〜３７質量％，Ｖ：１.５〜２.７質量％，Ｔｉ：０.１〜１.５質量％，Ｓｉ：０.１〜２.０質量％，Ａｌ：０.０１〜０.１質量％，残部がＦｅと不可避的不純物から成るＦｅ基合金であって、
前記各元素の組成比（ただし、％表示とする）の間には、次式：
１.１８５≦（２Ｃｏ＋４Ｖ−５３）／（９Ｓｉ＋８Ｔｉ＋１６Ａｌ），
０.８８０≦（Ｃｏ＋７Ｓｉ＋１０Ｔｉ）／（８３−１４Ｖ−８Ａｌ），
１.００８≦（Ｓｉ−０.４Ｔｉ＋１.５）／（Ｖ＋２Ａｌ）
で示される関係が成立していることを特徴とするＦｅ−Ｃｏ系軟磁性材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＦｅ−Ｃｏ系軟磁性材料に関し、更に詳しくは、電磁気特性だけではなく良好な機械特性も具備するように合金設計がなされていて、電磁弁やアクチュエータのような磁気回路部品の材料として有用なＦｅ−Ｃｏ系軟磁性材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電磁弁やアクチュエータなどの磁気回路部品には、純鉄，ケイ素鋼，パーマロイ，電磁ステンレス鋼などの材料が用いられている。また、これら材料よりも磁束密度が高いＦｅ−Ｃｏ系合金材料も磁気回路部品用の材料として広く用いられている。
【０００３】
ところで、磁性材料としてのＦｅ−Ｃｏ系合金材料の合金組成の開発に関しては、そのほとんどが磁束密度や電気抵抗率などの電磁気特性の向上を目的とするものであった。しかしながら、例えば電磁弁などの用途分野にＦｅ−Ｃｏ系合金材料を使用しようとした場合、その材料には、所望の電磁気特性は当然のこととして、反復する振動や衝撃などに耐え得るように、強度特性や耐摩耗性などの機械特性が所望する水準にあることも要求されている。
【０００４】
すなわち、Ｆｅ−Ｃｏ系合金材料の合金設計に関しては、その用途分野との関係で、電磁気特性のみならず、所望される機械特性の面からも検討をすることが必要になるが、現在までのところ、そのような観点に立った合金設計の検討はほとんどなされていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した観点に立ち、後述する手法を適用することにより開発されたＦｅ−Ｃｏ系合金材料の提供であって、所定の電磁気特性と所定の機械特性を兼備するように合金設計されているＦｅ−Ｃｏ系軟磁性材料の提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、Ｃｏ：３０〜３７質量％，Ｖ：１.５〜２.７質量％，Ｔｉ：０.１〜１.５質量％，Ｓｉ：０.１〜２.０質量％，Ａｌ：０.０１〜０.１質量％，残部がＦｅと不可避的不純物から成るＦｅ基合金であって、
前記各元素の組成比（ただし、％表示とする）の間には、次式：
１.１８５≦(２Ｃｏ＋４Ｖ−５３)／(９Ｓｉ＋８Ｔｉ＋１６Ａｌ)  …(1)
０.８８０≦(Ｃｏ＋７Ｓｉ＋１０Ｔｉ)／(８３−１４Ｖ−８Ａｌ)  …(2)
１.００８≦(Ｓｉ−０.４Ｔｉ＋１.５)／(Ｖ＋２Ａｌ)  …(3)
で示される関係が成立していることを特徴とするＦｅ−Ｃｏ系軟磁性材料が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
最初に、本発明のＦｅ−Ｃｏ系軟磁性材料における合金設計思想を説明する。
まず、本発明が開発対象とする材料に関しては、以下の特性を有するものとして目標設定される。
Ａ（直流磁気特性）：２０００Ａ／ｍの印加磁界の下で、直流通電時の磁束密度が１.７Ｔ以上の値を示すこと。
【０００８】
Ｂ（交流磁気特性）：２０００Ａ／ｍの印加磁界の下で、周波数１００Hzの交流通電時の磁束密度が１.０２Ｔ以上の値を示すこと。
Ｃ：周波数１００Hz，１.８Ｔの磁束密度の下における鉄損が、高さ１５mmの部材の場合に２６５Ｗ／kg以下であること。
Ｄ：引張強度が４７０MPa以上の値を示すこと。
【０００９】
そして、開発対象の材料としては、Ｃｏ：３０〜３７質量％，Ｖ：１.５〜２.７質量％，Ｔｉ：０.１〜１.５質量％，Ｓｉ：０.１〜２.０質量％，Ａｌ：０.０１〜０.１質量％，残部がＦｅと不可避的不純物から成るＦｅ基合金に設定される。
各成分元素を上記した組成範囲に設定した理由は以下の通りである。
【００１０】
Ｃｏが３０質量％未満の場合は特性Ａ，Ｂを満たす磁束密度が得られず、また３７質量％を超える場合はコストを招く。Ｖ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ａｌのいずれもが上記下限値を下まわる場合は鉄損が大きくなって特性Ｃを満たすことができず、また上記上限値を上まわる場合は磁束密度が低下して特性Ａ，Ｂを満たすことができないという知見を基礎にしている。
【００１１】
したがって、本発明の材料開発においては、上記した成分元素が上記した組成範囲にあるＦｅ基合金において、前記した特性Ａ〜Ｄを実現できるように、Ｃｏ，Ｖ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ａｌの各組成比が選定されているＦｅ−Ｃｏ系軟磁性材料の合金設計を行うことが目標となる。
そのために、本発明においては、以下のような手順を経て上記した式(1)，式(2)および式(3)が導き出されている。
【００１２】
まず、Ｃｏ，Ｖ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ａｌの組成比を変化させて各種のＦｅ基合金材料を製造する。そして、それらのＦｅ基合金材料につき、上記した特性Ａ〜Ｄで示した磁束密度，鉄損，引張強度をそれぞれ測定し、その値と成分元素の組成比とから回帰式を作成する。
その回帰式から、特性Ａ，特性Ｂ，特性Ｃ，特性Ｄの全てを満たす合金組成を抽出する。
【００１３】
そしてまず、Ｃｏ：３０（３０質量％）と固定した状態で、Ｖ：１.５〜２.７、Ｔｉ：０.１〜１.５，Ｓｉ：０.１〜２，Ａｌ：０.０１〜０.１の数値範囲内で、Ｖ，Ｔｉ，Ｓｉについては０.１刻みで、Ａｌについては０.０１刻みで回帰係数を計算する。
得られた重回帰係数の簡素化式を前記した各特性Ａ〜Ｄについて作成し、抽出された組成に関して計算する。そして、磁気特性（特性Ａと特性Ｂ）および機械特性（特性Ｄ）が両立している組成における計算値の最小値を求め、それを下限値とする不等式を作成する。
【００１４】
このようにして得られた不等式が、前記した式(1)，式(2)および式(3)である。なお、特性Ａ，特性Ｂ，特性Ｄを同時に満たすものは、特性Ｃも満たしているので、関係式は上記した３つの式で充分である。
なお、Ｃｏ値を変化させて上記の重回帰分析を行ったところ、Ｃｏ：３０〜３７（質量％）の範囲では、式(1)，式(2)，式(3)の成立することが確認された。
【００１５】
以上の重回帰分析過程を逆にいえば次のようになる。
すなわち、Ｃｏ：３０〜３７質量％，Ｖ：１.５〜２.７質量％，Ｔｉ：０.１〜１.５質量％，Ｓｉ：０.１〜２.０質量％，Ａｌ：０.０１〜０.１質量％，残部がＦｅと不可避的不純物から成るＦｅ基合金において、Ｃｏ，Ｖ，Ｔｉ，Ｓｉ，Ａｌの各成分元素の組成比が、(1)式， (2) 式および (3) 式を満足するような関係になっていれば、そのＦｅ基合金を、特性Ａ〜Ｄを示すＦｅ−Ｃｏ系軟磁性材料として機能させることができるということである。
【００１６】
本発明のＦｅ−Ｃｏ系軟磁性材料は、(1)式， (2) 式および (3) 式を満たすような割合で各成分元素を配合し、それを、常法により溶解したのちインゴットに鋳造し、更には鍛造して製造することができる。
【００１７】
【実施例】
実施例１〜５，比較例１，２
表１で示した各成分を表示の組成比となるように混合し、Ａｒ中で溶解したのちインゴットを鋳造した。ついで、そのインゴットに、温度１１５０℃で減面率８０％の鍛造を行ったのち機械加工して、外形４５mm，内径３３mm，高さ１５mmのリング形状をした磁気試験片を作製した。また、鍛造品から引張試験片（ＪＩＳ４号）も同時に作製した。
【００１８】
これらの試験片に対し、温度８５０℃のＮ2ガス中で３時間の熱処理を施したのち炉冷した。
得られた各試験片につき、下記仕様の特性評価を行った。
特性Ａ（直流磁気特性）：直流ＢＨトレーサを用い、印加磁界２０００Ａ／ｍにおける磁束密度を測定。
【００１９】
特性Ｂ（交流磁気特性）：交流ＢＨトレーサを用い、周波数１００Hz，印加磁界２０００Ａ／ｍにおける磁束密度を測定。
特性Ｃ（鉄損）：交流ＢＨトレーサを用い、周波数１０００Hz，磁束密度１.８Ｔにおける鉄損を測定。
特性Ｄ（引張強度）：引張試験機で引張強さを測定。
【００２０】
以上の結果を表１に示した。
なお、各成分元素につき、ａ＝（２Ｃｏ＋４Ｖ−５３）／（９Ｓｉ＋８Ｔｉ＋１６Ａｌ），ｂ＝（Ｃｏ＋７Ｓｉ＋１０Ｔｉ）／（８３−１４Ｖ−８Ａｌ）、およびｃ＝（Ｓｉ−０.４Ｔｉ＋１.５）／（Ｖ＋２Ａｌ）を計算し、それらの値も表１に併記した。
【００２１】
実施例６〜１０，比較例３
表１で示した各成分を表示の組成比となるように真空中で溶解し、その溶湯をロストワックス法で鋳造したのち機械加工して、外形４５mm，内径３３mm，高さ１５mmのリング形状をした磁気試験片を作製した。また同時に、引張試験片（ＪＩＳ４号）も作製した。
【００２２】
これらの試験片に対し、温度１１５０℃のＮ2ガス中で３時間の熱処理を施したのち炉冷し、ついで、実施例１〜５の場合と同様の特性評価を行った。その結果を表１に示した。この場合も、前記したａ値，ｂ値，ｃ値を計算し、それらの値を表１に示した。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
表１から明らかなように、本発明で規定した(1)式が成立していない材料（比較例１）は直流磁性特性（特性Ａ）が設計目標よりも低下しており、(2)式が成立していない材料（比較例２）は交流磁気特性（特性Ｂ）と鉄損（特性Ｃ）の両方が設計目標よりも低く、更に、(3)式が成立していない材料（比較例３）は引張強度（特性Ｄ）が設計目標よりも低くなっている。
【００２５】
そして、本発明で規定した式(1)，式(2)および式(3)が成立しているように合金設計されている実施例１〜１０は、鍛造品と鋳造品の区別なく、いずれも、その特性は設計目標を達成している。すなわち、所望する磁気特性と機械特性を兼備する材料になっている。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明のＦｅ−Ｃｏ系軟磁性材料は、従来のように磁気特性だけに着目することなく、所望する機械特性も示すように全体の合金設計がなされたものである。
したがって、振動や衝撃などが加わる例えば自動車部品として搭載される電磁弁のような磁気回路部品の構成材料としてその工業的価値は大である。