(57)【要約】  成形性と磁気特性の良好な組み合わせを有する軟磁性合金が開示されている。合金は、      化学式Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆＳｉａＭｂＬｃＭ'ｄＭ''ｅＲｆを有し、式中、Ｍは、Ｃｒおよび／またはＭｏであり、Ｌは、Ｃｏおよび／またはＮｉであり、Ｍ'は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、ＧｅおよびＧａの１つ以上であり、Ｍ''は、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆ、ＮｂおよびＷの１つ以上であり、Ｒは、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｇ、ＰおよびＣｅの１つ以上である。元素Ｓｉ、Ｍ、Ｌ、Ｍ'、Ｍ''およびＲは、重量パーセントで以下の範囲を有する。      Ｓｉ  ４〜７、      Ｍ    ０．１〜７、      Ｌ    ０．１〜１０、      Ｍ'    ７まで、      Ｍ''    ７まで、      Ｒ    １まで  合金の残部は、鉄および通常の不純物である。合金から製造された薄手物品および薄手物品の製造方法も開示されている。【特許請求の範囲】
【請求項１】
良好な成形性を有する軟磁性合金であって、前記合金は、
化学式Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆＳｉａＭｂＬｃＭ'ｄＭ''ｅＲｆ
を有し、式中、
Ｍは、ＣｒおよびＭｏの一方または両方であり、
Ｌは、ＣｏおよびＮｉの一方または両方であり、
Ｍ'は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｇａおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｍ''は、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｗおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｒは、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｐ、Ｃｅおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｓｉ、Ｍ、Ｌ、Ｍ'、Ｍ''およびＲは、重量パーセントで以下の範囲を有し、
Ｓｉ  ４〜７、
Ｍ    ０．１〜７、
Ｌ    ０．１〜１０、
Ｍ'    ７まで、
Ｍ''    ７まで、
Ｒ    １まで、および
前記合金の残部は、鉄および通常の不純物である、軟磁性合金。
【請求項２】
少なくとも約０．５％のＬを含む、請求項１に記載の軟磁性合金。
【請求項３】
約７％以下のＬを含む、請求項２に記載の軟磁性合金。
【請求項４】
少なくとも約０．７５％のＬを含む、請求項１に記載の軟磁性合金。
【請求項５】
約６％以下のＬを含む、請求項４に記載の軟磁性合金。
【請求項６】
少なくとも約０．５％のＭを含む、請求項１に記載の軟磁性合金。
【請求項７】
約６％以下のＭを含む、請求項６に記載の軟磁性合金。
【請求項８】
少なくとも約１％のＭを含む、請求項７に記載の軟磁性合金。
【請求項９】
前記合金が、前記合金中に炭化物、窒化物、炭窒化物および／または硫化物を形成する、または形成する可能性のある１つ以上の元素を含む場合、前記合金は、約０．１％以下の炭素、約０．１％以下の窒素および約０．１％以下の硫黄を含む、請求項１に記載の軟磁性合金。
【請求項１０】
良好な成形性を有する軟磁性合金であって、前記合金は、
化学式Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆＳｉａＭｂＬｃＭ'ｄＭ''ｅＲｆ
を有し、式中、
Ｍは、ＣｒおよびＭｏの一方または両方であり、
Ｌは、ＣｏおよびＮｉの一方または両方であり、
Ｍ'は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｇａおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｍ''は、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｗおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｒは、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｐ、Ｃｅおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｓｉ、Ｍ、Ｌ、Ｍ'、Ｍ''およびＲは、重量パーセントで以下の範囲を有し、
Ｓｉ  ４〜７、
Ｍ    ０．５〜７、
Ｌ    ０．５〜７、
Ｍ'    ５まで、
Ｍ''    最大５、
Ｒ    １まで、および
前記合金の残部は、鉄および通常の不純物である、軟磁性合金。
【請求項１１】
少なくとも約０．７５％のＬを含む、請求項１０に記載の軟磁性合金。
【請求項１２】
約５％以下のＬを含む、請求項１１に記載の軟磁性合金。
【請求項１３】
少なくとも約１％のＭを含む、請求項１０に記載の軟磁性合金。
【請求項１４】
約６％以下のＭを含む、請求項１３に記載の軟磁性合金。
【請求項１５】
前記合金が、前記合金中に炭化物、窒化物、炭窒化物および／または硫化物を形成する、または形成する可能性のある１つ以上の元素を含む場合、前記合金は、約０．１％以下の炭素、約０．１％以下の窒素および約０．１％以下の硫黄を含む、請求項１５に記載の軟磁性合金。
【請求項１６】
良好な成形性を有する軟磁性合金であって、前記合金は、
化学式Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆＳｉａＭｂＬｃＭ'ｄＭ''ｅＲｆ
を有し、式中、
Ｍは、ＣｒおよびＭｏの一方または両方であり、
Ｌは、ＣｏおよびＮｉの一方または両方であり、
Ｍ'は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｇａおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｍ''は、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｗおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｒは、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｐ、Ｃｅおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｓｉ、Ｍ、Ｌ、Ｍ'、Ｍ''およびＲは、重量パーセントで以下の範囲を有し、
Ｓｉ  ４〜７、
Ｍ    １〜６、
Ｌ    ０．７５〜５、
Ｍ'    ０．１〜３、
Ｍ''    最大３、
Ｒ    １まで、および
前記合金の残部は、鉄および通常の不純物である、軟磁性合金。
【請求項１７】
前記合金が、前記合金中に炭化物、窒化物、炭窒化物および／または硫化物を形成する、または形成する可能性のある１つ以上の元素を含む場合、前記合金は、約０．１％以下の炭素、約０．１％以下の窒素および約０．１％以下の硫黄を含む、請求項１６に記載の軟磁性合金。
【請求項１８】
良好な成形性を有する軟磁性合金であって、前記合金は、
化学式Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆＳｉａＭｂＬｃＭ'ｄＭ''ｅＲｆ
を有し、式中、
Ｍは、ＣｒおよびＭｏの一方または両方であり、
Ｌは、ＣｏおよびＮｉの一方または両方であり、
Ｍ'は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｇａおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｍ''は、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｗおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｒは、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｐ、Ｃｅおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｓｉ、Ｍ、Ｌ、Ｍ'、Ｍ''およびＲは、重量パーセントで以下の範囲を有し、
Ｓｉ  ４〜７、
Ｍ    ０．５〜７、
Ｌ    ７まで、
Ｍ'    ７まで、
Ｍ''    ７まで、
Ｒ    １まで、および
前記合金の残部は、鉄および通常の不純物である、軟磁性合金。
【請求項１９】
Ｓｉ、Ｍ、Ｌ、Ｍ'、Ｍ''およびＲが重量パーセントで以下の範囲を有する、請求項１８に記載の軟磁性合金。
Ｓｉ  ４〜７
Ｍ    ０．５〜７
Ｌ    ＜５
Ｍ'    ０．０５〜５
Ｍ''    ＜５
Ｒ    １まで
【請求項２０】
Ｓｉ、Ｍ、Ｌ、Ｍ'、Ｍ''およびＲが重量パーセントで以下の範囲を有する、請求項１８に記載の軟磁性合金。
Ｓｉ  ４〜７
Ｍ    ０．５〜７
Ｌ    ＜５
Ｍ'    ０．２〜４
Ｍ''    ＜３
Ｒ    １まで
【請求項２１】
前記合金が、前記合金中に炭化物、窒化物、炭窒化物および／または硫化物を形成する、または形成する可能性のある１つ以上の元素を含む場合、前記合金は、約０．１％以下の炭素、約０．１％以下の窒素および約０．１％以下の硫黄を含む、請求項１８に記載の軟磁性合金。
【請求項２２】
軟磁性合金から鋼合金製品を製造する方法であって、
化学式Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆＳｉａＭｂＬｃＭ'ｄＭ''ｅＲｆ
を有する合金を溶融する工程であって、式中、
Ｍは、ＣｒおよびＭｏの一方または両方であり、
ＬはＣｏおよびＮｉの一方または両方であり、
Ｍ'は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｇａおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｍ''は、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｗおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、  Ｒは、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｐ、Ｃｅおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｓｉ、Ｍ、Ｌ、Ｍ'、Ｍ''およびＲは、重量パーセントで以下の範囲を有し、
Ｓｉ  ４〜７、
Ｍ    ０．１〜７、
Ｌ    ０．１〜１０、
Ｍ'    ７まで、
Ｍ''    ７まで、
Ｒ    １まで、および
前記合金の残部は、鉄および通常の不純物である、合金を溶融する工程と、
前記合金をインゴットに鋳造する工程と、
前記インゴットを熱機械的に加工して、約２インチ未満の厚さを有する中間の長尺製品形態を提供する工程と、
前記中間の長尺製品を冷却する工程と、その後
前記中間の長尺製品形態を機械的に加工して、薄手の長尺製品を生産する工程と、を含む、軟磁性合金から鋼合金製品を製造する方法。
【請求項２３】
前記熱機械的に加工する工程が、熱間圧延、温間圧延、または熱間圧延と温間圧延の組み合わせからなる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記機械的に加工する工程が、前記中間の長尺製品形態の温間圧延、冷間圧延、または温間圧延および冷間圧延の組み合わせからなる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記中間の長尺製品を秩序−無秩序転移温度より高い温度に加熱する工程を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記合金中の秩序相の形成を抑制するのに有効な速度で前記中間の長尺製品を前記温度から冷却する工程を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
薄手物品であって、
化学式Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆＳｉａＭｂＬｃＭ'ｄＭ''ｅＲｆ
を有し、式中、
Ｍは、ＣｒおよびＭｏの一方または両方であり、
Ｌは、ＣｏおよびＮｉの一方または両方であり、
Ｍ'は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｇａおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｍ''は、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｗおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｒは、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｐ、Ｃｅおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｓｉ、Ｍ、Ｌ、Ｍ'、Ｍ''およびＲは、重量パーセントで以下の範囲を有し、
Ｓｉ  ４〜７、
Ｍ    ０．１〜７、
Ｌ    ０．１〜１０、
Ｍ'    ７まで、
Ｍ''    ７まで、
Ｒ    １まで、および
前記合金の残部は、鉄および通常の不純物である合金から形成され、高い磁気飽和誘導、高い透磁率および良好な延性を特徴とする、薄手物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野：
本発明は、ＦｅおよびＳｉを含む軟磁性合金に関し、特に、１つ以上の添加元素を含み、合金の延性および成形性に有益な軟磁性Ｆｅ−Ｓｉ合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明：
６．５〜７％のシリコンを含む鉄−シリコン（Ｆｅ−Ｓｉ）鋼板は、４％未満のＳｉを含むＦｅ−Ｓｉ鋼板と比較して、高周波でのコア損失の大幅な低減と非常に低い磁歪(magnetostriction)などの優れた磁気特性を特徴とする。これらの特性により、公称６．５％のＳｉを含むＦｅ−Ｓｉ鋼板は、変圧器用のコア、モーターや発電機のスターターとローターなど、さまざまな電気機器やシールド用途で使用される可能性が高くなる。そのような材料は、電力の節約だけでなく、軽量化、振動低減、およびノイズ低減に有益である。しかしながら、公称６．５％のＳｉ鋼合金中の秩序相、すなわちＢ２（ＦｅＳｉ）およびＤ０３（Ｆｅ３Ｓｉ）相が存在すると、室温で鋼合金が脆化する。十分な延性と成形性がないため、冷間圧延、温間圧延、熱間圧延などの従来のプロセスで合金を薄いシート、ストリップ（strip）または箔の形態に加工することは困難である。Ｓｉ含有量が４ｗｔ％超の場合、伸び率が急速に低下し、従来の冷間圧延技術を容易に使用できない。
【０００３】
鋼合金の成形性に対する高シリコンの悪影響を避けるために、特別な加工技術が用いられている。そのような技術には、厳しい温度制御と、熱間、温間、および／または冷間加工ステップ中の厚さの減少に対する厳しい制限が含まれる。別の技術には、化学蒸着（ＣＶＤ）によるＦｅ−Ｓｉ鋼ストリップへのシリコン処理層の塗布が含まれる。しかしながら、そのような技術は、Ｆｅ−Ｓｉ鋼ストリップとシートの製造コストを不当に増加させる。
【０００４】
技術水準を考慮すると、高飽和誘導、低保磁力、高透磁率、高い電気抵抗率、低い磁歪、および高周波数での低いコア損失などの優れた磁気特性を備えた、さまざまな厚さのＳｉリッチＦｅ−Ｓｉ電磁鋼帯（Fe-Si electrical steel strips）およびシートを製造できることが望ましい。また、従来の冶金技術とプロセスを使用して、ＳｉリッチなＦｅ−Ｓｉ合金製品を製造し、モーター、発電機、変圧器、インダクタ、チョークコイル、アクチュエータ、燃料噴射装置、コンプレッサー、その他の電動装置などの次世代の電磁装置のために、重量を減らし、低エネルギー損失で、低コストの軟磁性積層コアの製造に使用するために、上記の磁気特性を得ることが望ましい。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、既知のＦｅ−Ｓｉ材料の加工上の欠点を解決する合金が提供される。本発明に係る合金は、化学式Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆＳｉａＭｂＬｃＭ'ｄＭ''ｅＲｆによって定義され、ここで、Ｍは、ＣｒおよびＭｏの一方または両方であり、Ｌは、ＣｏおよびＮｉの一方または両方であり、Ｍ'は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｇａおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、Ｍ''は、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｗおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、Ｒは、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｐ、Ｃｅおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される。本合金は、構成元素が以下の重量パーセントの範囲によってさらに定義される。
【０００６】
【表１】
2020521045.tif 000002
【０００７】
本合金の残部は、鉄および通常の不純物である。
【０００８】
本発明の第２の態様によれば、上述の合金から製造された合金製品が提供される。合金製品は、本質的に少なくとも約１体積％、より好ましくは少なくとも約１５体積％の無秩序なｂｃｃ相からなる微細構造によって特徴付けられる。好ましくは、合金製品は、約７５体積％から約１００体積％の無秩序相を含む。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、上記のＦｅ−Ｓｉ合金から２．５％を超えるＳｉを含有する薄手のシリコン鉄シートおよびストリップを製造する方法が提供される。本発明に係る方法は、以下のステップを含む。合金を溶融して鋳造し、続いて凝固した合金を熱機械的に加工して、長尺の中間形態を提供する。次いで、長尺の中間形態は、秩序化されたｂｃｃ相の形成を抑制するのに有効な冷却速度で、秩序−無秩序転移温度を超える温度から冷却される。
【００１０】
上記の表は、便利な要約として提供されており、表に示されている広い、中間のおよび好ましい実施形態内でのみ使用する元素の範囲を制限することを意図していない。したがって、広い、中間のまたは好ましい実施形態の範囲のうちの１つまたは複数を、残りの元素についての異なる実施形態の範囲のうちの１つまたは複数とともに使用してもよい。また、広い、中間のまたは好ましい組成の元素の最小値または最大値を、異なる実施形態の同じ元素の最小値または最大値とともに使用してもよい。
【００１１】
ここでおよび本明細書全体で、以下の定義が適用される。用語「パーセント」および記号「％」は、特に明記しない限り、重量パーセントまたは質量パーセントを意味する。用語「ｖｏｌ．％」は、体積パーセントを意味する。用語「薄手（thin gauge）」または「薄手（thin-gauge）」は、約０．０８インチ（２．０３ｍｍ）以下の厚さを意味する。用語「添加元素」は、１つ以上の特性に所望の効果をもたらすのに十分な量でベース合金に添加される１つ以上の元素を意味する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る合金は、以下の一般化学式を有することにより定義することができる鉄−シリコン基合金である。
Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆＳｉａＭｂＬｃＭ'ｄＭ''ｅＲｆ
【００１３】
シリコン：本合金は、少なくとも約４％のシリコンを含み、合金が提供する磁気特性に利益をもたらす。特に、シリコンは、高い動作周波数でコア損失を減らし、合金の磁歪を大幅に低下させる。シリコンが多すぎると、秩序化された相Ｂ２とＤ０３の形成が促進され、どちらも合金の脆化と延性の損失をもたらす。したがって、本合金は、そのような相の形成を抑制するために、約７％以下のシリコンを含む。
【００１４】
Ｍ：Ｍは、クロムおよびモリブデンの一方または両方である。クロムとモリブデンは、特に合金の長尺形態が温間圧延される高温で、合金の延性に利益をもたらす。Ｍは、冷却プロセス中の秩序−無秩序転移反応を遅らせる。このようにして、Ｂ２やＤ０３などの秩序ｂｃｃ相の形成が抑制される。Ｍは、合金の延性から脆性への転移温度（ductile-to-brittle transition temperature）も低下させ、既知のＳｉ−Ｆｅ合金よりも低い温度での合金の冷間圧延を可能にする。これらの目的のために、合金は、クロムとモリブデンの一方または両方を少なくとも約０．１％含む。好ましくは、合金は少なくとも約０．５％、最良の結果を得るために少なくとも約１％のＣｒ＋Ｍｏを含む。クロムとモリブデンは、合金によって提供される磁気特性への悪影響を避けるために、約７％以下に制限される。好ましくは、合金は、約６％以下のＣｒ＋Ｍｏ、より好ましくは約５％以下のＣｒ＋Ｍｏを含む。
【００１５】
Ｌ：Ｌは、コバルト、ニッケルまたはそれらの組み合わせである。本合金には、コバルトおよび／またはニッケルが存在し、この合金が提供する軟磁性特性に利益をもたらす。より具体的には、Ｌ元素は、合金のキュリー温度を上昇させ、より広い温度範囲でその磁気的挙動を拡張する。コバルトとニッケルはまた、合金の磁気飽和誘導（magnetic saturation induction）を増加させ、透磁率を増加させる。したがって、合金は、少なくとも約０．１％、好ましくは少なくとも約０．５％のコバルトおよびニッケルの一方または両方を含む。本合金が少なくとも約０．７５％、例えば少なくとも約０．８５％のＣｏ＋Ｎｉを含む場合、良好な結果が得られた。最良の結果を得るために、合金は、少なくとも約１％のＣｏ＋Ｎｉを含む。コバルトおよび／またはニッケルが多すぎると、最終的に合金の磁気結晶異方性と磁歪が増加する。コバルトおよび／またはニッケルが多すぎると、コア損失が望ましくないレベルまで増加する可能性がある。そのため、合金は、約１０％以下、より好ましくは約７％以下、好ましくは約５％または６％以下のＮｉ＋Ｃｏを含む。
【００１６】
Ｍ'：Ｍ'は、アルミニウム、マンガン、銅、ゲルマニウム、ガリウムおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される。本合金には約７％までのＭ'が存在し、合金によって提供される電気的および磁気的特性に利益をもたらしてもよい。存在する場合、Ｍ'は合金の電気抵抗率を増加させ、合金の透磁率を増加させ、保磁力を低下させる。好ましくは、合金は少なくとも約０．１％のＭ'を含む。Ｍ'が多すぎると、磁気飽和誘導などの合金の磁気特性に悪影響を及ぼす。そのため、合金は、好ましくは約５％以下、さらに好ましくは約４％以下のＭ'を含む。
【００１７】
Ｍ''：Ｍ''は、チタン、バナジウム、ハフニウム、ニオブ、タングステンおよびそれらの組み合わせからなる群から選択される。合金には約７％までのＭ''が存在してもよい。存在する場合、Ｍ''は、合金が冷却されたときに、合金内の脆化秩序相の形成を遅らせることにより、合金の延性に利益をもたらす。Ｍ''が多すぎると、合金が提供する磁気特性、特に合金が提供する磁気飽和誘導に悪影響を及ぼす。そのため、合金は、好ましくは約５％未満、さらに好ましくは約３％未満のＭ''を含む。
【００１８】
Ｒ：Ｒは、ホウ素、ジルコニウム、マグネシウム、リンおよびセリウムの１つ以上の元素である。本合金には、結晶粒の微細化のため、および成形プロセス中に合金の結晶粒界を強化するために、約１％までの少量のＲが存在してもよく、ＡＳＴＭ５以上の好ましい結晶粒サイズが望まれる。
【００１９】
合金の残部は、鉄であり、同様の使用またはサービスを目的とした市販のＦｅ−Ｓｉ合金に存在する通常の不純物である。炭素、窒素および硫黄は、炭化物、窒化物、炭窒化物または硫化物を形成することが知られているため、本合金では不純物と見なされる。そのような相は、合金の特性である磁気特性に悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、合金は、約０．１％以下の炭素、約０．１％以下の窒素、および約０．１％以下の硫黄を含む。好ましくは、合金が炭化物形成元素、窒化物形成元素、炭窒化物形成元素および／または硫化物形成元素を含む場合、合金は約０．００５％以下の炭素、窒素および硫黄をそれぞれ含む。
【００２０】
添加元素ＬおよびＭならびに任意元素Ｍ'、Ｍ''およびＲと、ＦｅおよびＳｉと、の合金化のため、本発明に係る合金製品は、少なくとも約１体積％の無秩序ｂｃｃ相を含む。好ましくは、合金製品は、少なくとも約７５体積％の無秩序相を含む。特定の実施形態では、合金製品は本質的に無秩序相のみ、すなわち約１００体積％の無秩序ｂｃｃ相からなる。無秩序相および最小量の秩序相の存在は、合金の塑性に有益な効果をもたらし、その結果、成形性、特に冷間加工性が改善される可能性があることがわかっている。ほとんどの用途では、合金製品は、７５から約１００体積％の範囲のＡ２などの無秩序相を含む微細構造（microstructure）によって特徴付けられ、これにより、合金製品の磁気特性は、既知のＦｅ−Ｓｉ鋼と比較して顕著に改善されることが期待される。
【００２１】
本発明に係る合金物品の中間形態は、０．０００１インチ（２．５４μｍ）から約０．１インチ（２．５４ｍｍ）の厚さを有する薄手のシートおよびストリップの形態で製造される。好ましい厚さには、０．００２インチ（０．０５０８ｍｍ）、０．００５インチ（０．１２７ｍｍ）、０．００７インチ（０．１７８ｍｍ）、０．０１０インチ（０．２５４ｍｍ）、０．０１４インチ（０．３５６ｍｍ）、０．０１９インチ（０．４８３ｍｍ）、および０．０２５インチ（０．６３５ｍｍ）が含まれる。シートまたはストリップ製品の幅は、合金が使用される用途によって異なる。典型的には、合金物品は、ほとんどの用途で約０．５〜４０インチ（１２．７ｍｍ〜１０１．６ｃｍ）の幅であろう。
【００２２】
本発明に係る合金物品は、好ましくは、最初に合金を溶融し、インゴットに鋳造することによって製造される。凝固後、インゴットは熱間および／または温間圧延などにより熱機械的に加工され、２インチ（５．０８ｃｍ）未満で０．０５インチ（１．２７ｍｍ）を超える厚さの中間の長尺製品を形成する。熱間または温間圧延工程が、合金の裂け、割れを避けるように選択された温度範囲内で中間の長尺製品に行われる。好ましくは、熱間圧延は、少なくとも約２１０２°Ｆ（１１５０℃）の開始温度から約１４７２°Ｆ（８００℃）以上の終了温度まで実施される。温間圧延は、少なくとも約１１１２°Ｆ（６００℃）の開始温度から約３０２°Ｆ（１５０℃）以上の終了温度まで実施されることが好ましい。別の実施形態において、中間の長尺製品は、合金をストリップ鋳造することにより製造されてもよい。
【００２３】
次いで、中間の長尺製品は、合金が室温まで冷える際に秩序相が形成されるのを防ぐために選択された速度で冷却される。必要に応じて、その合金は、秩序相の形成を回避するために、水、油、ガス、または他の適切な急冷媒体中で、秩序−無秩序転移温度を超える温度から急冷されてもよい。
【００２４】
冷却工程の後、中間の長尺形態は、冷間または温間圧延によりさらに厚さが減少する。冷間または温間圧延工程は、１回以上のパスで実行され、所望の最終厚さを有する第２の長尺形態を提供する。温間圧延工程は、熱機械的加工工程について上記した温度と同様の温度で実施される。合金の第２の長尺形態は、ラミネーション（laminations）および他のスタンピング（stampings）などの有用な完成または半完成部品にさらに加工されてもよい。完成または半完成部品を熱処理して、部品製造中に材料に生じる応力を緩和したり、相変態を促進したりできる。応力緩和のための好ましい熱処理温度は、７５２〜１３８２°Ｆ（４００〜７５０℃）の範囲であり、アニーリング時間は製品のサイズと厚さに依存する。合金物品は、水素、真空、窒素またはそれらの組み合わせなどの雰囲気でアニールされてもよい。必要に応じて、合金ストリップ製品（alloy strip product）を使用する製品の用途に応じて、第２の長尺形態を秩序−無秩序温度より高い温度または秩序−無秩序温度より低い温度でアニールされてもよい。いずれにせよ、製品は、所望の微細構造を維持し、冷却中のさらなる析出を防ぐのに十分に高い冷却速度で冷却する必要がある。冷却速度は、製品のサイズと厚さに応じて選択される。最終製品の形態は、機械的特性と磁気的特性の良好な組み合わせと高い電気抵抗率とによって特徴付けられる。
【００２５】
本発明の合金およびそれから製造された物品は、当業者に知られている粉末スプレー（powder spray）およびコーティング技術を含む粉末冶金技術（powder metallurgy techniques）により製造されてもよい。また、追加の製造プロセスによって合金粉末から部品やコンポーネントを作成することも考えられる。
【００２６】
本発明の合金のストリップおよびシート形態は、電気モーターおよび発電機、変圧器、インダクタ、チョークコイル、アクチュエータ、燃料噴射装置、およびその他の電動デバイスを含むがこれらに限定されない電磁装置を製造するための、ラミネーション、スタンピングおよび他の形態などの有用な完成または半完成部品にさらに加工されてもよい。完成品または半完成品の応力緩和に好ましい熱処理温度は、不活性雰囲気で７５２〜１３８２°Ｆ（４００−７５０℃）の範囲である。応力除去アニール時間は、部品のサイズと厚さに依存する。
【実施例】
【００２７】
本発明の合金により提供される特性の新規な組み合わせを実証するために、１３例の金属を真空誘導溶解し、４０ポンド（１８．１ｋｇ）のインゴットとして鋳造した。金属の重量パーセント組成は、以下の表１に示されている。各組成の残部は、鉄および通常の不純物である。
【００２８】
【表２】
2020521045.tif 000003
【００２９】
金属番号３０３６、３０４１〜３０４７、および３０３７は、本発明に係る合金の代表例である。金属番号３０３８〜３０４０および３０５８は、比較合金である。
【００３０】
インゴットは、次のようにストリップ状（strip form）に加工された。インゴットは、インゴットのサイズに基づいて選択された異なる時間で１６５２〜２２８２°Ｆ（９００〜１２５０℃）の温度範囲で均質化された。均質化されたインゴットは、３．５インチ（８．９ｃｍ）正方形から５インチ（１２．７ｃｍ）の幅まで０．２５インチ（０．６３５ｃｍ）の厚さまでのスラブに鍛造された。スラブは、１４７２〜２１０２°Ｆ（８００〜１１５０℃）の範囲で異なる厚さのストリップに熱間圧延された。熱間圧延されたストリップは、３９２〜１４７２°Ｆ（２００〜８００℃）の温度で再加熱され、温間圧延された。最終厚さまで温間圧延した後、ストリップを室温まで冷却した。各金属からのストリップサンプルの最終的な厚さ（Ｔｈｋ．）は、以下の表２にインチで示されている。
【００３１】
また、表２に示すのは、マイクロオームセンチメートル（μΩ−ｃｍ）での電気抵抗率、キロガウス（ｋＧ）での最大飽和誘導（Ｂｍ）、エルステッド（Ｏｅ）での保磁力、およびＤＣ透磁率（単位なし）を含む、表１の金属からのストリップサンプルの磁気試験の結果である。条件Ａの試料は温間圧延され、アニールされていない。条件Ｂの試料は、温間圧延後１０分間１４７２°Ｆ（８００℃）でアニールされた。
【００３２】
【表３】
2020521045.tif 000004
【００３３】
本明細書で使用されている用語および表現は、説明の用語として使用されており、限定
の用語ではない。そのような用語および表現の使用には、示され、説明された特徴または
その一部の同等物を除外する意図はない。本明細書で説明および請求される本発明の範囲
内で種々の変更が可能であることが認識される。
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月14日(2020.1.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
良好な成形性を有する軟磁性合金であって、前記合金は、
化学式Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆＳｉａＭｂＬｃＭ'ｄＭ''ｅＲｆ
を有し、式中、
Ｍは、ＣｒおよびＭｏの一方または両方であり、
Ｌは、ＣｏおよびＮｉの一方または両方であり、
Ｍ'は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｇａおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｍ''は、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｗおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｒは、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｐ、Ｃｅおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｓｉ、Ｍ、Ｌ、Ｍ'、Ｍ''およびＲは、重量パーセントで以下の範囲を有し、
Ｓｉ  ４〜７、
Ｍ    ０．１〜７、
Ｌ    ０．１〜１０、
Ｍ'    ７まで、
Ｍ''    ７まで、
Ｒ    １まで、および
前記合金の残部は、鉄および通常の不純物である、軟磁性合金。
【請求項２】
少なくとも約０．５％のＬを含む、請求項１に記載の軟磁性合金。
【請求項３】
約７％以下のＬを含む、請求項２に記載の軟磁性合金。
【請求項４】
少なくとも約０．７５％のＬを含む、請求項１に記載の軟磁性合金。
【請求項５】
約６％以下のＬを含む、請求項４に記載の軟磁性合金。
【請求項６】
少なくとも約０．５％のＭを含む、請求項１に記載の軟磁性合金。
【請求項７】
約６％以下のＭを含む、請求項６に記載の軟磁性合金。
【請求項８】
少なくとも約１％のＭを含む、請求項７に記載の軟磁性合金。
【請求項９】
前記合金が、前記合金中に炭化物、窒化物、炭窒化物および／または硫化物を形成する、または形成する可能性のある１つ以上の元素を含む場合、前記合金は、約０．１％以下の炭素、約０．１％以下の窒素および約０．１％以下の硫黄を含む、請求項１に記載の軟磁性合金。
【請求項１０】
良好な成形性を有する軟磁性合金であって、前記合金は、
化学式Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆＳｉａＭｂＬｃＭ'ｄＭ''ｅＲｆ
を有し、式中、
Ｍは、ＣｒおよびＭｏの一方または両方であり、
Ｌは、ＣｏおよびＮｉの一方または両方であり、
Ｍ'は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｇａおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｍ''は、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｗおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｒは、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｐ、Ｃｅおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｓｉ、Ｍ、Ｌ、Ｍ'、Ｍ''およびＲは、重量パーセントで以下の範囲を有し、
Ｓｉ  ４〜７、
Ｍ    ０．５〜７、
Ｌ    ０．５〜７、
Ｍ'    ５まで、
Ｍ''    最大５、
Ｒ    １まで、および
前記合金の残部は、鉄および通常の不純物である、軟磁性合金。
【請求項１１】
少なくとも約０．７５％のＬを含む、請求項１０に記載の軟磁性合金。
【請求項１２】
約５％以下のＬを含む、請求項１１に記載の軟磁性合金。
【請求項１３】
少なくとも約１％のＭを含む、請求項１０に記載の軟磁性合金。
【請求項１４】
約６％以下のＭを含む、請求項１３に記載の軟磁性合金。
【請求項１５】
前記合金が、前記合金中に炭化物、窒化物、炭窒化物および／または硫化物を形成する、または形成する可能性のある１つ以上の元素を含む場合、前記合金は、約０．１％以下の炭素、約０．１％以下の窒素および約０．１％以下の硫黄を含む、請求項１０に記載の軟磁性合金。
【請求項１６】
良好な成形性を有する軟磁性合金であって、前記合金は、
化学式Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆＳｉａＭｂＬｃＭ'ｄＭ''ｅＲｆ
を有し、式中、
Ｍは、ＣｒおよびＭｏの一方または両方であり、
Ｌは、ＣｏおよびＮｉの一方または両方であり、
Ｍ'は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｇａおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｍ''は、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｗおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｒは、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｐ、Ｃｅおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｓｉ、Ｍ、Ｌ、Ｍ'、Ｍ''およびＲは、重量パーセントで以下の範囲を有し、
Ｓｉ  ４〜７、
Ｍ    １〜６、
Ｌ    ０．７５〜５、
Ｍ'    ０．１〜３、
Ｍ''    最大３、
Ｒ    １まで、および
前記合金の残部は、鉄および通常の不純物である、軟磁性合金。
【請求項１７】
前記合金が、前記合金中に炭化物、窒化物、炭窒化物および／または硫化物を形成する、または形成する可能性のある１つ以上の元素を含む場合、前記合金は、約０．１％以下の炭素、約０．１％以下の窒素および約０．１％以下の硫黄を含む、請求項１６に記載の軟磁性合金。
【請求項１８】
良好な成形性を有する軟磁性合金であって、前記合金は、
化学式Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆＳｉａＭｂＬｃＭ'ｄＭ''ｅＲｆ
を有し、式中、
Ｍは、ＣｒおよびＭｏの一方または両方であり、
Ｌは、ＣｏおよびＮｉの一方または両方であり、
Ｍ'は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｇａおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｍ''は、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｗおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｒは、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｐ、Ｃｅおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｓｉ、Ｍ、Ｌ、Ｍ'、Ｍ''およびＲは、重量パーセントで以下の範囲を有し、
Ｓｉ  ４〜７、
Ｍ    ０．５〜７、
Ｌ    ７まで、
Ｍ'    ７まで、
Ｍ''    ７まで、
Ｒ    １まで、および
前記合金の残部は、鉄および通常の不純物である、軟磁性合金。
【請求項１９】
Ｓｉ、Ｍ、Ｌ、Ｍ'、Ｍ''およびＲが重量パーセントで以下の範囲を有する、請求項１８に記載の軟磁性合金。
Ｓｉ  ４〜７
Ｍ    ０．５〜７
Ｌ    ＜５
Ｍ'    ０．０５〜５
Ｍ''    ＜５
Ｒ    １まで
【請求項２０】
Ｓｉ、Ｍ、Ｌ、Ｍ'、Ｍ''およびＲが重量パーセントで以下の範囲を有する、請求項１８に記載の軟磁性合金。
Ｓｉ  ４〜７
Ｍ    ０．５〜７
Ｌ    ＜５
Ｍ'    ０．２〜４
Ｍ''    ＜３
Ｒ    １まで
【請求項２１】
前記合金が、前記合金中に炭化物、窒化物、炭窒化物および／または硫化物を形成する、または形成する可能性のある１つ以上の元素を含む場合、前記合金は、約０．１％以下の炭素、約０．１％以下の窒素および約０．１％以下の硫黄を含む、請求項１８に記載の軟磁性合金。
【請求項２２】
軟磁性合金から鋼合金製品を製造する方法であって、
化学式Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆＳｉａＭｂＬｃＭ'ｄＭ''ｅＲｆ
を有する合金を溶融する工程であって、式中、
Ｍは、ＣｒおよびＭｏの一方または両方であり、
ＬはＣｏおよびＮｉの一方または両方であり、
Ｍ'は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｇａおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｍ''は、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｗおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、  Ｒは、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｐ、Ｃｅおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｓｉ、Ｍ、Ｌ、Ｍ'、Ｍ''およびＲは、重量パーセントで以下の範囲を有し、
Ｓｉ  ４〜７、
Ｍ    ０．１〜７、
Ｌ    ０．１〜１０、
Ｍ'    ７まで、
Ｍ''    ７まで、
Ｒ    １まで、および
前記合金の残部は、鉄および通常の不純物である、合金を溶融する工程と、
前記合金をインゴットに鋳造する工程と、
前記インゴットを熱機械的に加工して、約２インチ未満の厚さを有する中間の長尺製品形態を提供する工程と、
前記中間の長尺製品を冷却する工程と、その後
前記中間の長尺製品形態を機械的に加工して、薄手の長尺製品を生産する工程と、を含む、軟磁性合金から鋼合金製品を製造する方法。
【請求項２３】
前記熱機械的に加工する工程が、熱間圧延、温間圧延、または熱間圧延と温間圧延の組み合わせからなる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記機械的に加工する工程が、前記中間の長尺製品形態の温間圧延、冷間圧延、または温間圧延および冷間圧延の組み合わせからなる、請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
前記中間の長尺製品を秩序−無秩序転移温度より高い温度に加熱する工程を含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記合金中の秩序相の形成を抑制するのに有効な速度で前記中間の長尺製品を前記温度から冷却する工程を含む、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
薄手物品であって、
化学式Ｆｅ１００−ａ−ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆＳｉａＭｂＬｃＭ'ｄＭ''ｅＲｆ
を有し、式中、
Ｍは、ＣｒおよびＭｏの一方または両方であり、
Ｌは、ＣｏおよびＮｉの一方または両方であり、
Ｍ'は、Ａｌ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｇｅ、Ｇａおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｍ''は、Ｔｉ、Ｖ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｗおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｒは、Ｂ、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｐ、Ｃｅおよびそれらの組み合わせからなる群から選択され、
Ｓｉ、Ｍ、Ｌ、Ｍ'、Ｍ''およびＲは、重量パーセントで以下の範囲を有し、
Ｓｉ  ４〜７、
Ｍ    ０．１〜７、
Ｌ    ０．１〜１０、
Ｍ'    ７まで、
Ｍ''    ７まで、
Ｒ    １まで、および
前記合金の残部は、鉄および通常の不純物である合金から形成され、高い磁気飽和誘導、高い透磁率および良好な延性を特徴とする、薄手物品。
【国際調査報告】
2020521045.tif 000005
2020521045.tif 000006
2020521045.tif 000007