(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子％にて、  Ｆｅ：７８〜８３％、
Ｓｉ：２〜３．５％、        Ｂ  ：６〜１６％、
Ｃ  ：０．２〜４％、        Ｐ  ：１〜１４％
を含有し、残部が不可避的不純物からなり、融点が１１００℃以下であることを特徴とする鉄系非晶質合金用母合金。
【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用母合金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。中でも鉄系の非晶質合金薄帯は、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】
急冷凝固法により非晶質合金を容易に得るための方策の一つに、合金の低融点化がある。例えばＳｉ、Ｂ、Ｃ、Ｐ等の半金属元素の添加により低融点化を実現し、融点が１１５０〜１２００℃の合金が開発されている。
しかしながら、製造プロセスに用いられる耐火物等の資材の長寿命化や安価耐火物使用の実現等、製造コスト削減の観点から、さらなる低融点化が求められていた。
【０００５】
これまで、例えば特開昭５７−１８５９５７号公報や特開平１１−２９３４２７号公報により、各種のＦｅ−Ｓｉ−Ｂ−Ｃ−Ｐ非晶質合金が提案されているが、いずれも非晶質形成能向上や表面粗さ向上による磁気特性改善といった非晶質薄帯の材質特性改善を目的としたものであり、合金のさらなる低融点化を目的としたものではない。
【０００６】
また本発明者らは、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、これも合金の低融点化を目的とするものではない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一般的に合金の融点は成分組成で一義的に決まるので、製造コスト削減の必要性から低融点化合金を設計することは可能である。しかし、上記のような状態図が確立されていない鉄系非晶質合金について合金設計を行うには、添加元素および添加量の膨大な組合わせ実験が必要となる。
【０００８】
そこで本発明が解決しようとする課題は、急冷凝固法により製造される鉄系非晶質合金用母合金において、低融点化による製造コスト削減をはかるにあたり、使用する耐火物など製造プロセス上の観点と、鋳造された非晶質合金の材質特性の観点の双方から、適正な融点および成分組成を定めることである。
【０００９】
【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：２〜３．５％、Ｂ：６〜１６％、Ｃ：０．２〜４％、Ｐ：１〜１４％を含有し、残部が不可避的不純物からなり、融点が１１００℃以下であることを特徴とする鉄系非晶質合金用母合金である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明者は、急冷凝固法による鉄系非晶質合金の製造において、使用する耐火物など製造プロセス上の観点と、鋳造される非晶質合金の材質特性の観点の双方から、低融点化する合金の適正な融点の上限および成分組成を定めた。
製造プロセスにおいては、低融点化により合金の溶解や耐火物の予熱に用いる熱源のコストが低減する。また溶融合金が低温化すると、使用する溶解炉、取鍋、タンディッシュ、噴出ノズルなどの耐火物は、従来よりも耐熱温度の低い安価な材質のものが使用可能となり、さらに繰返し使用も可能となる。
【００１１】
低融点化すれば、このような製造プロセス上の効果で製造コスト削減が可能となるが、本発明者らの検討結果、合金の融点を１１００℃以下とすることによって、総合的に顕著なコスト削減がもたらされる。
しかし、低融点化しても合金が高価になり、あるいは必要な材質特性が得られなければ、本来の目的は達せられない。
【００１２】
そこで、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、磁気的性質や機械的性質など良好な製品材質特性を維持したうえで、融点が１１００℃以下となる組成を得るべく実験を行い、上記本発明の成分組成を得た。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。
【００１３】
Ｆｅ：基本的にこれまでの鉄系非晶質合金としての特徴を損なわないことが前提となり、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、融点が１１００℃を超えてしまう。
【００１４】
Ｓｉ、ＢおよびＰは、非晶質化を実現し、かつ融点を１１００℃以下とするために含有量を限定した。
Ｓｉ：２％未満、あるいは３．５％を超えると非晶質形成が困難となる。
Ｂ：６％未満では非晶質形成が困難となる。１６％を超えると低融点化効果がもはやなくなる。
【００１５】
Ｐ：本発明における最も重要な元素であり、１％以上１４％以下の範囲で良好な低融点化効果を示す。１％未満ではもはやこの効果が得られない。１４％を超えると、さらなる添加効果が得られなくなるばかりか、磁束密度が低下するという磁気特性の劣化を招く。
【００１６】
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。
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。
【００１７】
本発明の非晶質合金は、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と変わらず、合金コストも高価とならない。そして融点が１１００℃以下であることから、上記のように耐火物や熱源での効果によって製造コストが顕著に削減される。
【００１８】
特に溶融合金噴出用のノズルに関しては、従来から使用されている耐熱衝撃性の優れた常圧焼結型窒化珪素製（ΔＴ＝約３００℃）のものは繰返し使用が可能となり、より安価な反応焼結型窒化珪素製（ΔＴ＝約１５０℃）なども使用可能である。なお、ΔＴは熱衝撃を抑制できる臨界温度差であり、耐熱衝撃性の指標となる。
さらに、低融点化により鋳造時の冷却速度を低めても非晶質となることから、従来よりも板厚の厚い薄帯を製造することができる。
【００１９】
【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製造した。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、融点および鋳造した薄帯の材質特性評価結果を表２に示す。融点はＤＴＡ装置（示差熱分析装置）により求めた。
【００２０】
単ロール法の鋳造条件は次のとおりである。
溶融合金温度：融点＋１５０℃
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
噴出ノズルの材質：反応焼結型窒化珪素（ΔＴ＝約１５０℃）
噴出ノズルの予熱温度：１１５０℃
【００２１】
薄帯材質特性は、磁気特性、鉄損、曲げ性について評価した。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。
【００２２】
（１）本発明例：No. １〜No. １０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。また融点が１１００℃以下であることから、使用後のノズルには割れなどの欠陥は生じてなく、再使用可能であった。得られた薄帯の材質特性は、表２に示すようにいずれも良好な値であった。
【００２３】
（２）比較例：No. １１,No.１２,No.１６の比較例は、成分組成がはずれ、かつ融点もはずれたものである。No. １３,No.１４,No.１５,No.１７の比較例は、融点は低いが成分組成がはずれたものである。
No. １１は鋳造開始直後にノズルが破損し、鋳造を中止せざるを得なかった。原因は、融点が高いので溶融合金の温度が高く、ノズルの耐熱衝撃性が不十分となり、熱衝撃によりノズル割れが発生したためであった。
【００２４】
No. １２は、鋳造できたものの融点が高いので溶融合金が高温となり、使用後のノズルには開口部両端に割れが認められ、再使用は不可能であった。得られた薄帯の材質は良好であった。
No. １３、No. １４およびNo. １５は、問題なく鋳造でき、使用後のノズルに割れは認められず再使用可能であったが、非晶質形成が不十分なため、薄帯の材質が不良であった。すなわちNo. １３はＢ80が不良、No. １４およびNo. １５は鉄損および曲げ性が不良であった。
【００２５】
No. １６は、鋳造できたものの融点が高いので溶融合金が高温となり、使用後のノズルには開口部両端に割れが認められ、再使用は不可能であった。得られた薄帯の材質は、Ｆｅ含有量が多すぎたため充分な非晶質とならず、特に鉄損および曲げ性が不良であった。
No. １７は、問題なく鋳造でき、使用後のノズルに割れは認められず再使用可能であったが、Ｆｅ含有量が不足したためＢ80が不良であった。
【００２６】
以上の実施例において、融点が１１００℃以下の本発明例は、タンディッシュ内の溶融合金温度を１２５０℃以下とすることができた。このため噴出ノズルに安価な材質のものを使用でき、しかも２回以上繰返し使用が可能となったので、製造コストが顕著に削減できた。
【００２７】
【表１】
0004267214.tif 000002
【００２８】
【表２】
0004267214.tif 000003
【００２９】
【発明の効果】
本発明の非晶質合金は、磁気的性質や機械的性質が従来の鉄系非晶質合金と変わらず、合金コストも高価とならない。そして融点が１１００℃以下であることから、製造コストが顕著に削減される。特に溶融合金噴出用のノズルに関しては、従来材よりも耐熱衝撃性の劣る安価な材料のものを使用でき、しかも繰返し使用が可能となり、さらに予熱温度も低く、コスト削減効果が大きい。また、低融点化により鋳造時の冷却速度を低めても非晶質となることから、従来よりも板厚の厚い薄帯を製造することもできる。