(57)【要約】  成分がＦｅａＢｂＳｉｃ（ここで、ａ、ｂ及びｃは、それぞれ、含有量を原子百分率で示し、７９．５≦ａ≦８２．５、１１．０≦ｂ≦１３．５、６．５≦ｃ≦８．５、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００。）である鉄基アモルファス合金。単ロール急冷法によりその鉄基アモルファス合金ストリップを得る。その鉄基アモルファス合金は、高い飽和磁束密度、高いアモルファス形成能力及び低い抗応力感受性を有し、電源トランス、発電機、エンジン用の鉄心材料の製造に使用できるとともに、その応力感受性が低いため、電力変圧器を製造する際にアモルファス変圧器の突然短絡に耐える能力を向上させることができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
式（Ｉ）で表される鉄基アモルファス合金。
ＦｅａＢｂＳｉｃ（Ｉ）
（ここで、ａ、ｂ及びｃは、それぞれ対応する成分の含有量を原子百分率で示し、７９．５≦ａ≦８２．５、１１．０≦ｂ≦１３．５、６．５≦ｃ≦８．５、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００である。）
【請求項２】
前記鉄基アモルファス合金は、飽和磁束密度≧１．６０Ｔであることを特徴とする請求項１に記載の鉄基アモルファス合金。
【請求項３】
前記Ｆｅの含有量が、原子百分率で、８０．０≦ａ≦８１．５であることを特徴とする請求項１に記載の鉄基アモルファス合金。
【請求項４】
前記Ｂの含有量が、原子百分率で、１１．０≦ｂ≦１２．５であることを特徴とする請求項１に記載の鉄基アモルファス合金。
【請求項５】
前記Ｓｉの含有量が、原子百分率で、７．０≦ｃ≦８．０であることを特徴とする請求項１に記載の鉄基アモルファス合金。
【請求項６】
前記鉄基アモルファス合金において、ａ＝８０．０、１２．０≦ｂ≦１３．０、７．０≦ｃ≦８．０であることを特徴とする請求項１に記載の鉄基アモルファス合金。
【請求項７】
前記鉄基アモルファス合金において、ａ＝８０．５、１１．５≦ｂ≦１２．５、７．０≦ｃ≦８．０であることを特徴とする請求項１に記載の鉄基アモルファス合金。
【請求項８】
前記鉄基アモルファス合金において、８１．０≦ａ≦８１．５、１１．０≦ｂ≦１３．０、７．０≦ｃ≦８．０であることを特徴とする請求項１に記載の鉄基アモルファス合金。
【請求項９】
式（Ｉ）の原子百分率で元素の配合を行い、配合後の原料を溶製し、溶製後の溶湯を昇温させて保温した後、単ロール急冷を行い、鉄基アモルファス合金ストリップを得ることを含む、式（Ｉ）で表される鉄基アモルファス合金ストリップの製造方法。
ＦｅａＢｂＳｉｃ（Ｉ）
（ここで、ａ、ｂ及びｃは、それぞれ、対応する成分の含有量を原子百分率で示し、７９．５≦ａ≦８２．５、１１．０≦ｂ≦１３．５、６．５≦ｃ≦８．５、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００。）
【請求項１０】
前記単ロール急冷後に、さらに、単ロール急冷後の鉄基アモルファス合金を熱処理することを含むことを特徴とする請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記熱処理前に、さらに、単ロール急冷後の鉄基アモルファス合金を内径５０．５ｍｍ、外径５３．５〜５４ｍｍのサンプルリングに巻き取り、熱処理後、サンプルリングの損失の許容歪み係数が１０．０％であり、励磁電力の許容歪み係数が６％であることを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記熱処理後の鉄基アモルファス合金ストリップは、保磁力≦３．５Ａ／ｍであり、５０Ｈｚ、１．３５Ｔの条件下で、前記熱処理後の鉄基アモルファス合金ストリップは、励磁電力＜０．１４５０ＶＡ／ｋｇ、鉄損＜０．１１００Ｗ／ｋｇであり、５０Ｈｚ、１．４０Ｔの条件下で、前記熱処理後の鉄基アモルファス合金ストリップは、励磁電力＜０．１７００ＶＡ／ｋｇ、鉄損＜０．１５００Ｗ／ｋｇであることを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記鉄基アモルファス合金ストリップは、完全なアモルファス状態であり、臨界厚さが少なくとも７５μｍであり、ストリップのせん断限界厚みが少なくとも２９μｍであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【相互参照】
【０００１】
本願は、２０１７年０６月１４日に中国特許庁へ提出された、出願番号が２０１７１０４４７４８７．１、発明の名称が「一種低応力感受性を備えた鉄基アモルファス合金及びその製造方法」である中国特許出願に基づき優先権を主張し、その全内容は、援用により本明細書に組み込まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、鉄基アモルファス合金の技術分野に関し、特に、低応力感受性を備えた鉄基アモルファス合金及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
Ｆｅ基アモルファス合金薄帯、例えば、Ｆｅ−Ｓｉ−Ｂアモルファス合金薄帯は、低鉄損、高飽和磁束密度、高透磁率、及び他の利点があるため、電源トランス及び高周波トランスの鉄心として広く使用されている。上記の特徴に基づいて、鉄基アモルファス材料は、登場した長期間にわたて変圧器の分野を支配してきた。
【０００４】
ケイ素鋼材料の継続的な更新に従って、アモルファス材料の優位は、比較的弱くなっている。例えば、アモルファス材料は、飽和磁束密度が著しく低く、磁気誘導強度が低く、応力感度が低くなる。近年、アモルファス材料は、飽和磁束密度を改善し、損失を低減するために、アモルファス材料を多く工夫しているが、アモルファス材料の低い応力感受性に対する研究において有意な結果が見つけられない。しかしながら、応力除去は、アモルファス材料の低損失特性の基本的な保証である。また、変圧器磁気回路の主材料としてのアモルファス合金は、ストリップの厚さが２０〜３０μｍであり、硬くて脆いので、せん断しにくいため、アモルファス合金変圧器の鉄心の断面は、いずれも矩形を利用し、対応する高・低電圧巻線にもしかできない。矩形巻線は、円形巻線に比べて短絡に耐える能力が比較的低いため、アモルファス合金変圧器の短絡に耐える能力を向上させる必要がある。
【０００５】
アモルファス変圧器の鉄心の応力は、主に、２つの応力部分で構成され、１つは、アモルファス材料が製造中に発生する内部応力、即ち、アモルファス材料の焼入れ中に発生する内部応力であり、もう１つは、鉄心の製造中で鉄心構造特性による不可避的組み立て外部応力である。多数の研究は、主に、焼鈍プロセス及び変圧器の鉄心構造の最適化により応力を低減させる。
【０００６】
アモルファス材料での焼入れ中に発生する内部応力は、主に、アモルファス材料の形成に関連し、アモルファス材料の形成には、急冷が必要条件であり、高温の溶融物が冷却したマトリックス上にキャストされ、１０６℃／ｓの冷却速度で短距離秩序および長距離無秩序が存在する構造を持つアモルファスストリップを形成する。液状の短距離無秩序構造は、「凍結」され、それらの「凍結」された構造内部に内部応力が発生する。アモルファス材料は、焼鈍プロセスによりアモルファス材料の内部応力を効果的に除去でき、非晶質材製造業界で焼鈍プロセスにより内部応力を除去するために多くの作業を行っている。焼鈍により焼入れ中に発生する内部応力を除去すると、鉄心温度の大きな違いによって熱応力も発生し、即ち、内部応力を完全に除去することはできない。
【０００７】
組み立て外部応力は、主に、鉄心の組立でアモルファスストリップから鉄心を製造するプロセス及び鉄心自体の構造特徴によって引き起こされるものである。このような応力の発生は、避けられず、主に、変圧器の鉄心構造の最適化及び操作の規範化による、応力除去に対する研究が比較的に少ない。アモルファス合金変圧器の巻線は、矩形の構造であり、受けられた電磁力が普通の変圧器の円形巻線よりもはるかに不均一であり、突然の短絡電流にさらされると、さらに変形しやすくなる。アモルファス合金変圧器の鉄心材料は、機械的応力に非常に敏感であるため、引張応力でも曲げ応力でもその性能に影響を与えるので、鉄心への応力を低減するために、構造設計で十分に考慮する必要があり、一般に、特別な固定手段を採取する必要があり、アモルファス合金変圧器本体はアキシャル荷重構造を採用する。アモルファス合金鉄心と矩形巻線とへの応力は、互いに干渉せず、矩形巻線は、上下のクランプ及び押さえ板によって押されて、それ自体で圧縮構造を形成する。従って、円形巻線よりも、矩形巻線の軸方向及び径方向にかかる短絡電流による電磁力の試練は、より厳しい。変圧器の組み立て及び設計の難しさを低減させるために、アモルファス合金の応力感受性を減らすことが非常に重要である。
【０００８】
例えば、特開昭６３−４５３１８号公報は、主に鉄心内の温度差を低減させることにより焼鈍プロセスを改善する手段を提案する。即ち、鉄心の内外周面に断熱材を設置し、冷却中の鉄心内の温度差をできる限り低減させる方法のなどであり、薄帯自体の特性を改良し、鉄心の重い重量及び大きな体積という問題、熱処理炉に入れて加熱すると、鉄心のさまざまな部分の温度は不均一になる状況を改善する。この方法での焼鈍による応力除去は、炉内の高すぎる鉄心温度による結晶化、及び低すぎる温度による不完全な応力除去といった現象を引き起こさない。しかし、本明細書にはその方法の具体的な実施形態が詳細に記載されなく、且つ鉄心の焼鈍工程及び焼鈍コストを増加してしまい、実際の焼鈍プロセスにおいて実用的ではない。
【０００９】
公開番号ＣＮ１２８１７７７Ｃの中国特許には、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃの限られた組成範囲に特定範囲のＰを添加することにより、焼鈍中の鉄心の各部位の温度が不均一な状況下で、低温での焼鈍も優れた軟磁特性を示していることを開示している。発明者らは、アモルファス鉄心の温度不均一性の低減に対するＰの効果のみを考慮し、リン含有アモルファスストリップの酸化及び表面結晶化の問題を考慮しなかった。Ｐ元素は、抗酸化能力が非常に乏しく、好気性環境で焼鈍すると、酸化により性能が深刻に悪化し、見かけの品質が悪くなる。例えば、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｂ、Ｃの焼鈍環境では、リン含有アモルファス材料は焼鈍されると、ストリップ表面が酸化により青色になり、性能が悪化してしまう。焼鈍雰囲気の酸素含有量に対する要求が非常に高く、また、この階段ではアモルファスストリップのフェロフォスフォラスの調製はなく、フェロフォスフォラスの導入により不可避な不純物が生成され、ストリップ表面の結晶化の問題が発生しやすくなる。以上より、上記方法は、鉄心の大きな温度差の欠陥を回避するとともに、アモルファスストリップの焼鈍酸化及びストリップ製造の結晶化などの問題を招く。
【００１０】
公開番号ＵＳ２０１６０１７２０８７の米国特許は、異なる成分に基づく応力解放率に関する研究を開示し、応力解放率に対するＢ、Ｃの効果を指摘し、ストリップ焼鈍後の応力解放量を実験モデルで説明している。この特性評価方法は、異なる成分の応力解放状況をある程度説明できるが、発明者らは、単一のストリップの焼鈍後の内部応力除去の角度から応力解放率で説明したが、材料の最終的な軟磁気特性及び組立応力による変圧器の鉄心性能の低下を考慮しない。
【００１１】
上記のように、上記発明例の実施形態では、焼鈍プロセス又はアモルファス変圧器鉄心の組立プロセスを最適化し、アモルファスストリップの応力をある程度除去できるが、それらの最適化のストリップの製造及び実装における実現可能性を総合的に考慮しなく、また、アモルファスストリップの応力除去（回避応力）についてより全面的な理解が欠如するため、結果は片面的である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が解決しようとする技術問題は、鉄基アモルファス合金ストリップを提供することにあり、本願が提供する鉄基アモルファス合金ストリップは、低い応力感受性を有する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本願は、これに鑑みて、式（Ｉ）で表される鉄基アモルファス合金を提供する。
【００１４】
ＦｅａＢｂＳｉｃ（Ｉ）；
【００１５】
ここで、ａ、ｂ及びｃは、それぞれ、対応する成分の含有量を原子百分率で示し、７９．５≦ａ≦８２．５、１１．０≦ｂ≦１３．５、６．５≦ｃ≦８．５、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００。
【００１６】
好ましくは、前記鉄基アモルファス合金の飽和磁束密度≧１．６０Ｔである。
好ましくは、原子百分率で、前記Ｆｅの含有量が８０．０≦ａ≦８１．５である。
好ましくは、原子百分率で、前記Ｂの含有量が１１．０≦ｂ≦１２．５である。
好ましくは、原子百分率で、前記Ｓｉの含有量が７．０≦ｃ≦８．０である。
【００１７】
好ましくは、前記鉄基アモルファス合金は、ａ＝８０．０、１２．０≦ｂ≦１３．０、７．０≦ｃ≦８．０である。
好ましくは、前記鉄基アモルファス合金は、ａ＝８０．５、１１．５≦ｂ≦１２．５、７．０≦ｃ≦８．０である。
好ましくは、前記鉄基アモルファス合金は、８１．０≦ａ≦８１．５、１１．０≦ｂ≦１３．０、７．０≦ｃ≦８．０である。
【００１８】
本願は、さらに、以下の工程を含む、式（Ｉ）で表される鉄基アモルファス合金ストリップの製造方法を提供する。
式（Ｉ）における原子百分率で元素の配合を行い、配合された原料を溶製し、溶製された溶湯を昇温させて保温した後、単ロール急冷を施し、鉄基アモルファス合金ストリップを得る。
【００１９】
ＦｅａＢｂＳｉｃ（Ｉ）；
【００２０】
ここで、ａ、ｂ及びｃは、それぞれ、対応する成分の含有量を原子百分率で示し、７９．５≦ａ≦８２．５、１１．０≦ｂ≦１３．５、６．５≦ｃ≦８．５、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００である。
【００２１】
好ましくは、前記単ロール急冷後に、さらに、
単ロール急冷後の鉄基アモルファス合金を熱処理することを含む。
好ましくは、前記熱処理前に、さらに、単ロール急冷後の鉄基アモルファス合金を内径５０．５ｍｍ、外径５３．５〜５４ｍｍのサンプルリングに巻き取り、熱処理後、サンプルリングの損失の許容歪み係数が１０．０％であり、励磁電力の許容歪み係数が６％である。
【００２２】
好ましくは、前記熱処理後の鉄基アモルファス合金ストリップは、保磁力≦３．５Ａ／ｍであり、５０Ｈｚ、１．３５Ｔの条件下で、前記熱処理後の鉄基アモルファス合金ストリップは、励磁電力＜０．１４５０ＶＡ／ｋｇ、鉄損＜０．１１００Ｗ／ｋｇであり、５０Ｈｚ、１．４０Ｔの条件下で、前記熱処理後の鉄基アモルファス合金ストリップは、励磁電力＜０．１７００ＶＡ／ｋｇ、鉄損＜０．１５００Ｗ／ｋｇである。
【００２３】
好ましくは、前記鉄基アモルファス合金ストリップは、完全なアモルファス状態にあり、臨界厚さが少なくとも７５μｍであり、ストリップのせん断限界厚みが少なくとも２９μｍである。
【００２４】
本願は、組成式ＦｅａＢｂＳｉｃで表される原子組成を有する鉄基アモルファス合金ストリップを提供し、ここで、ａ、ｂ及びｃは、それぞれ、対応する成分の含有量を原子百分率で示し、７９．５≦ａ≦８２．５、１１．０≦ｂ≦１３．５、６．５≦ｃ≦８．５、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００であり、本願で提供された鉄基アモルファス合金のうち、Ｆｅは、より低い安定的な製造性能、より高いストリップ形成率を有する鉄基アモルファス合金を得ることを確保でき、Ｓｉ元素は、アモルファス材料の安定的な形成に役立ち、Ｂは、合金のアモルファス性に最も寄与する元素であるため、本願は、Ｆｅ、Ｓｉ及びＢの含有量を調整することにより、鉄基アモルファス合金が高飽和磁束密度及び高延性を持つとともに、低応力感受性も有し、その合金で製造された鉄心を使用して組み立てられた変圧器は、強い突然短絡に耐える能力を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明で製造された鉄基アモルファス合金のサンプルリングの応力なしの状態下のシミュレート実験装置を示す概略図である。
【図２】本発明で製造された鉄基アモルファス合金のサンプルリングの応力状態下のシミュレート実験装置を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明をさらに理解するために、以下、本発明の好ましい実施案を実施例により説明するが、それらの説明は、本発明の特徴および利点をさらに説明するためだけのものであり、本発明の特許請求の範囲を限定するものではないことを理解すべきである。
【００２７】
内部応力または外部応力のいずれかが避けられなく、焼鈍プロセスを最適化し、変圧器の鉄心構造を最適化し、操作を標準化するこした後も、その応力は依然として存在してしまう。本願で主要な研究目的は、如何に成分調整し、異なる成分からなるストリップの応力（内部応力、外部応力）の敏感度の評価を完成することにより、応力感受性が小さな非晶質成分の範囲を確認し、さらにアモルファス製品の優れた軟磁性を効果的に示し、突然短絡に耐える能力が強いアモルファス変圧器を製造するかにある。従って、本発明に係る実施例は、式（Ｉ）で表される鉄基アモルファス合金を開示している。
【００２８】
ＦｅａＢｂＳｉｃ（Ｉ）；
【００２９】
ここで、ａ、ｂ及びｃは、それぞれ、対応する成分の含有量を原子百分率で示し、７９．５≦ａ≦８２．５、１１．０≦ｂ≦１３．５、６．５≦ｃ≦８．５、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００である。
【００３０】
本願で提供された鉄基アモルファス合金は、Ｆｅ、Ｓｉ及びＢを含有し、上記元素の含有量を御製することにより、良好なアモルファス形成能力、飽和磁束密度及び軟磁性を持ち、さらに、本願で提供された鉄基アモルファス合金により製造されたストリップは、熱処理後の低い抗応力感受性を有する。
【００３１】
鉄基アモルファス合金において、Ｆｅは、ベース元素として、原子百分率で、その含有量が７９．５≦ａ≦８２．５であり、原子百分率で、前記Ｆｅの含有量が低すぎると、鉄基アモルファス合金の飽和磁束密度が低くなりすぎ、アモルファス低磁束密度の欠陥を改善できなく、十分な磁束密度及び構造の緻密な鉄心が得られなく、含有量が高すぎると、鉄基アモルファス合金の熱安定性及びストリップの成形性が低下し、ストリップ製造のスムーズな進行が難しくなり、良い磁性製品が得られない。具体的な実施例では、前記Ｆｅの含有量は、原子百分率で、７９．５≦ａ≦８１．５であり、より具体的には、前記Ｆｅの含有量は、原子百分率で、８０．０≦ａ≦８１．５である。
【００３２】
前記Ｓｉ含有量は、原子百分率で、６．５≦ｃ≦８．５であり、その含有量が低すぎると、鉄基アモルファス合金ストリップの成形性及びアモルファス合金ストリップの熱安定性が低下し、安定したアモルファス材料を形成するのは難しくなり、含有量が高すぎると、鉄基アモルファス合金の脆性が大きくなり、焼鈍後にストリップの延性が劣化する。具体的な実施例では、前記Ｓｉの含有量は、７．０≦ｃ≦８．０である。
【００３３】
前記Ｂの含有量は、原子百分率で、１１．０≦ｂ≦１３．５であり、前記Ｂの含有量が低すぎると、安定したアモルファス材料を形成するのは難しくなり、含有量が高すぎるとアモルファス状態を形成する能力がそれ以上増加しなく、即ち、上記範囲のＢ含有量では、本発明に係る鉄基アモルファス合金が良好な軟磁性を有する。具体的な実施例では、前記Ｂの含有量が１１．０≦ｂ≦１３．０であり、より具体的には、前記Ｂの含有量が１１．０≦ｂ≦１２．５である。
【００３４】
本願では、前記鉄基アモルファス合金の好適な組み合わせは、ａ＝８０．０、１２．０≦ｂ≦１３．０、７．０≦ｃ≦８．０、又はａ＝８０．５、１１．５≦ｂ≦１２．５、７．０≦ｃ≦８．０；又は８１．０≦ａ≦８１．５、１１．０≦ｂ≦１３．０、７．０≦ｃ≦８．０である。
【００３５】
本願で提供された鉄基アモルファス合金の成分及び含有量は、それぞれ磁気誘導強度の向上及び組分形成能力の改善から合理的に組み合わせ、高飽和磁束密度を有する鉄基アモルファス合金を形成し、さらに、高飽和磁束密度を有する上で、本願の鉄基アモルファス合金は、さらに低応力感受性を有し、即ち、本願で提供された鉄基アモルファス合金は、鉄基アモルファス合金の成分及び含有量を調整することで、高飽和磁束密度及び低応力感受性を有する。
【００３６】
本願は、さらに、式（Ｉ）で表される鉄基アモルファス合金ストリップの製造方法を提供し、その製造方法は、
式（Ｉ）の原子百分率で元素の配合を行い、配合された原料を溶製し、溶製後の溶湯を昇温させて保温した後、単ロール急冷を行い、鉄基アモルファス合金ストリップを得ることを含み、
【００３７】
ＦｅａＢｂＳｉｃ（Ｉ）；
【００３８】
ここで、ａ、ｂ及びｃは、それぞれ、対応する成分の含有量を原子百分率で示し、７９．５≦ａ≦８２．５、１１．０≦ｂ≦１３．５、６．５≦ｃ≦８．５、ａ＋ｂ＋ｃ＝１００である。
【００３９】
鉄基アモルファス合金ストリップの製造中において、本願は、当分野における通常の技術的手段を用い、本願の具体的な成分の鉄基アモルファス合金ストリップを製造する。上記製造方法の原料配合及び溶製の工程は、当業者でよく知られている工程であり、本願は具体的な操作手段を特に説明しない。溶製工程では、中周波製錬炉を使用して金属原料を溶製し、前記溶製の温度が１３００〜１５００℃であり、時間が８０〜１２０ｍｉｎである。溶製後、本願では、溶製後の溶湯を昇温させて保温した後、単ロール急冷を採用し、鉄基アモルファス合金ストリップを得る。前記昇温温度は、１３５０〜１４７０℃であることが好ましく、前記保温時間は、２０〜５０ｍｉｎであることが好ましい。単ロール急冷を経た後、本願は、完全なアモルファス状態になる鉄基アモルファス合金ストリップを得、その形成されたアモルファスのストリップの限界厚みが少なくとも７５μｍであり、且つストリップの靱性が比較的良好であり、１８０度折りたたんでも破断されない。本発明は、そのストリップのせん断限界厚みが少なくとも２９μｍであり、本製品は工業的生産においてかなり大きな生産マージンがあり、工業化プロセスでの冷却装置に対する要求を低下させる。
【００４０】
鉄基アモルファス合金ストリップを予備製造した後、適用を容易にするために、本願は前記鉄基アモルファス合金ストリップを熱処理する。本願で提供された鉄基アモルファス合金は、比較的広い焼鈍領域での熱処理することができ、且つ得られた鉄基アモルファス合金ストリップは、低い励磁電力及び損失を有する。本願に係る熱処理の温度は３２５〜３９５℃であり、具体的な実施例では、前記熱処理の温度が３３５〜３８５℃である。
【００４１】
本発明によれば、上記の熱処理前に、好ましくは、調製された鉄基アモルファス合金ストリップを内径５０．５ｍｍ、外径５３．５〜５４ｍｍのサンプルリングに巻き取り、さらに、上記サンプルリングを熱処理する。シミュレート実験により、応力条件下の熱処理されたサンプルリングの、損失及び励磁電力及び劣化を検出し、これにより、応力状態下での鉄基アモルファス合金ストリップの性能の変化を判明する。歪み係数が大きい場合には、鉄基アモルファス合金ストリップの損失及び励磁電力の劣化係数は依然として許容範囲内にあると、鉄基アモルファス合金ストリップが低い応力感受性を有することを示し、歪み係数が小さい場合には、鉄基アモルファス合金ストリップの損失及び励磁電力の劣化係数は依然として許容できないと、鉄基アモルファス合金ストリップの応力感受性が低いことを示す。本願のシミュレート実験を通して、本発明の鉄基アモルファス合金ストリップが低い応力感受性を有することを示す。
【００４２】
本願は、添加成分及び成分の含有量を調整し、即ち、成分と成分の含有量との相乗的効果を発揮することにより、鉄基アモルファス合金磁の性能を向上させるとともに、鉄基アモルファス合金ストリップの応力感受性を低減させる。
本発明をさらに理解するために、以下、本発明で提供された鉄基アモルファス合金を実施例により詳細に説明するが、本発明の保護範囲は以下の実施例に限定されない。
【実施例】
【００４３】
１）鉄基アモルファス合金ストリップの調製
ＦｅａＢｂＳｉｃで示される合金成分に従って原料を配合し、工業用の純鉄、ケイ素、フェロボロンを使用して表１に示すような合金成分を調製し、合金成分は、主要元素を除き、不可避的不純物元素、例えば、Ｃ、Ｍｎ、Ｓなどを含む。異なる成分にて配合された原料をフェロボロン、ケイ素、純鉄の順に炉容量１００ｋｇの中周波誘導製錬炉に順次添加して再溶融させ（溶製の温度１３００〜１５００℃、時間８０〜１２０ｍｉｎ）、溶鋼の鎮静を完了し、吐出取鍋にキャストし、単ロールプラナーフローキャスティング（Ｐｌａｎａｒ  Ｆｌｏｗ  Ｃａｓｔｉｎｇ）法によりアモルファスストリップの幅が２０ｍｍのアモルファスストリップを製造し、ストリップ製造中にロール速度、液位などのパラメーターを調整することにより異なるストリップ厚みの合金成分ストリップ（ストリップ製造中のロール速度１０００〜１４００ｒ／ｍｉｎであり、ストリップ排出線速度２０〜３０ｍ／ｓであり、液位高度２００〜３００ｍｍである）を製造した。
【００４４】
２）鉄基アモルファス合金ストリップのアモルファス形成能力及び飽和磁束密度の測定
ストリップ厚みが非晶質状態になるまで異なる成分からなるストリップの自由面をＸＲＤにより測定し、表１に各合金成分の非晶質ストリップ限界厚み、ＶＳＭによるアモルファス合金ストリップの飽和磁化値を示した。ストリップのアモルファス形成能力及び飽和磁束密度により合金成分を総合的に評価した。ストリップの脆性点数によりストリップのせん断限界厚みを評価し、脆性点の評価は、晶析装置の周長に等しい長さのストリップを採取し、ストリップをストリップの長さ方向に沿って切断し、脆性点数が２個以下である場合には、ストリップがせん断可能とみなされ、２個である場合には、その合金成分のストリップのせん断限界厚みになるとみなされた。
【００４５】
表１  異なる成分からなる鉄基アモルファス合金及びその性能データ表
【００４６】
2020524222.tif 000002
【００４７】
表１は、異なる合金成分、それに対応するアモルファススストリップの限界厚さ、ストリップ製造の靭性限界厚さ及び飽和磁束密度を示した。アモルファススストリップの限界厚さ及びストリップ製造の靭性限界厚さは、合金ストリップ製造プロセスの考慮事項であり、上記ストリップの厚みは、厚いほどストリップ製造装置に対する要求が緩和される。
【００４８】
同じストリップ製造条件下で、合金成分のアモルファススストリップの限界厚さは、厚くなるほど、ストリップの非結晶化度が高くなる。比較例１〜４では、比較的高いアモルファススストリップの限界厚さを有するが、ストリップのせん断限界厚みが２７μｍ以下であり、これはストリップ製造装置の冷却強度により厳しい要求をするだけでなく、鉄心の組立効率にも影響し、同時に、変圧器の組み立て及び運転プロセスの破片の発生しやすさに示唆を与え、変圧器の運転における潜在的な安全上の危険性の増加につながり、また、その飽和磁束密度は、１．５７Ｔ未満であり、アモルファス変圧器の設計の柔軟性が低く、変圧器の高磁気密度の設計傾向を満たすことができなく、比較例６と実施例４〜６とを比較して、Ｆｅ含有量が同じ場合、Ｓｉ含有量が高いほど、ストリップのせん断限界厚みが小さくなることがわかる。
【００４９】
比較例８〜９の合金は、非晶飽和磁束密度が明らかに高いのは、変圧器の設計に期待され、ストリップのせん断限界厚みが３６〜３８μｍであり、鉄心の成形効率の点で絶対的な優位を持つが、そのアモルファスストリップの限界厚さから、そのアモルファス形成能力は明らかに不十分であり、ストリップ製造のスムーズな進行のためのプロセス条件を有しないとともに、励磁電力及び損失にも影響を与えた。
表１より、ストリップ製造のスムーズな進行及び変圧器設計を総合的に考慮すると、実施例１〜１１の合金成分は、良いスムーズな進行度合い及び幅広い変圧器の設計範囲を有することが明らかになる。
表１から選ばれたストリップ厚み２６〜２８μｍ、ストリップ幅３０ｍｍのストリップを内径５０．５ｍｍ、外径５３．５〜５４ｍｍのサンプルリングに巻き取り、箱型焼鈍炉を使用してサンプルリングに応力除去焼鈍を施し、焼鈍は、アルゴン保護雰囲気で、３２５〜３９５℃で、各間隔が１０℃であり、１ｈ保温した条件で行われた。熱処理過程では、ストリップ製造方向に沿った磁界が印加され、磁界強度が１２００Ａ／ｍであった。熱処理後のストリップの励磁及び損失をケイ素鋼テスターにより測定し、測定条件は、それぞれ１．３５Ｔ／５０Ｈｚ及び１．４０Ｔ／５０Ｈｚであり、性能測定結果は、表２に示した。
【００５０】
表２  実施例及び比較例の熱処理後の性能データ表
【００５１】
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【００５２】
表２より、１．３５Ｔ／５０Ｈｚの条件下で、比較例１〜３及び比較例８〜９の損失値が比較的大きく、性能は０．１２Ｗ／ｋｇ以上であることがわかり、１．４Ｔ／５０Ｈｚの条件下で、比較例１〜４及び６は、１．３５Ｔ／５０Ｈｚの条件よりも励磁電力及び損失が有意に増加し、且つ他のサンプルよりも１．４Ｔ／５０Ｈｚの条件で有意に大きくなり、これは、主に上記サンプルの低い飽和磁束密度に関連する。アモルファス材料は、励磁電力及び損失が磁束密度の増加とともに向上し、特に、励起電力の方が特に顕著である。飽和磁束密度の大きなアモルファス材料は、低飽和磁束密度材料と比較して、より高い動作磁束密度が許容され、即ち、１．４Ｔの磁束密度で動作すると比較的低い励磁電力及び損失を示した。通常、比較例８〜９は、１．４Ｔで測定されると、より優れた性能を示すが、その１．３５Ｔでの性能が比較的大きいため、１．４Ｔでの損失及び励磁電力がある程度増加し、１．４Ｔでの性能が比較的大きな値になる。
実施例１〜１１は、１．３５／５０Ｈｚ及び１．４０／５０Ｈｚで優れた軟磁気特性を示し、１．３５／５０Ｈｚでの損失が０．１１Ｗ／ｋｇ以内であり、１．４Ｔ／５０Ｈｚでの損失が０．１５Ｗ／ｋｇ以内であった。
【００５３】
３）応力感受性測定
上記の研究では、アモルファス材料は不可避的損失値が比較的低く、アモルファス材料が鉄心に組み込まれた後に外部応力の影響により劣化することが言及されました。本研究では、アモルファスサンプルリングの応力モデルを建築し、異なる成分の非晶質製品の応力変形後の性能劣化を特徴付け、アモルファスストリップが変圧器鉄心に組み込まれた時の応力による性能変化をシミュレートした。
【００５４】
サンプル処理：表３に示すような成分からなるアモルファスストリップを選択し、内径５０．５ｍｍ、外径５３．５〜５４ｍｍのサンプルリングに巻き取り、箱型焼鈍炉を使用してサンプルリングに応力除去焼鈍を施し、焼鈍は、アルゴン保護雰囲気で施された。異なる成分で製造されたサンプルストリップを選択し、上記の要求に従ってサンプルリングを作製して熱処理し、熱処理の保温温度が３２５〜３９５℃であり、勾配として５度で熱処理を行い、保温時間が６０〜１２０ｍｉｎであり、磁界強度が８００〜１４００Ａ／ｍであった。上記の熱処理過程における各組成の最適な熱処理性能は、応力後のストリップの性能劣化をテストするために選択された。
【００５５】
応力負荷は、円形ストリップの押し込み距離を計算することにより計測し、サンプルリングの送り量は、変形係数の式により計算され、図１に示すように、図１は、サンプルリングの応力なし状態でのシミュレート実験装置を示す概略図であり、図２は、サンプルリングの応力状態でのシミュレート実験装置を示す概略図であり、サンプルリングに応力がかかった際に、Ａプレートを固定し、プッシュプレートＢの押し作用によりサンプルリングに送り量を与え、サンプルリングが応力によって変形し、プッシュプレートＢを固定し、変形条件下での材料の損失Ｐ１及び励磁電力Ｐｅ１を測定し、ケイ素鋼テスターを使用して試験片の１．３５Ｔ／５０Ｈｚでの性能を測定した。
【００５６】
最初のサンプルリング（変形なし）は、内径がＤ０とし、性能がそれぞれＰ０、Ｐｅ０とし、変形後、内径がＤ１とし、性能がそれぞれＰ１、Ｐｅ１とし、歪み係数＝（Ｄ１−Ｄ０）＊１００％／Ｄ０、損失劣化係数＝（Ｐ１−Ｐ０）＊１００％／Ｐ０、励磁電力劣化係数＝（Ｐｅ１−Ｐｅ０）／Ｐｅ０を定義した。
選択した性能の違い及び変形後の性能劣化の許容度を総合的に考慮して、この実験では５０％以内の性能劣化が、許容範囲であり、その性能値に対応するサンプルリング変形量が対応する成分材料の最大許容変形係数の値であると規定した。
【００５７】
表３より分かるように、成分自身の違いによりその最適性能はわずかに異なり、比較例９の性能は比較的に大きくなり、他の性能の値は基本的に同じレベルであった。熱処理温度は、成分の違いにより３４５〜３８５℃にあり、それぞれ異なった。応力実験は、各成分の焼鈍後最適性能サンプルを選択して応力感受性実験を施した。
【００５８】
表３  異なる成分の最適熱処理性能データ表
【００５９】
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【００６０】
表４  異なる歪み係数での損失値及び劣化係数のデータ表
【００６１】
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【００６２】
表４  異なる歪み係数での損失値及び劣化係数のデータ表（続き）
【００６３】
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【００６４】
表５  異なる歪み係数での励磁電力及び劣化係数のデータ表
【００６５】
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【００６６】
表５  異なる歪み係数での励磁電力及び劣化係数のデータ表（続き）
【００６７】
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【００６８】
表４、５より、鉄基アモルファス合金は応力の影響によりある程度の性能劣化を起こし、且つ変形係数が大きくなると性能劣化係数はが大きくなることを明確に示した。各組成の損失及び励磁電力を比較すると、励磁電力の劣化がその損失を大幅に上回っていることが分かった。励磁電力の許容劣化係数は６％であるが、損失の許容劣化係数は１０％であった。つまり、アモルファスストリップへの外部応力の印加は、励磁電力に大きな影響を与える。
実施例と比較例とを比較すると、応力にさらされた後の異なる成分の性能劣化係数に大きな差があることがわかった。実施例４〜６、１２〜１３のアモルファス合金ストリップの損失は、１０．０％の歪み係数が許容され、実施例４〜６、１２〜１３の励磁電力は、６％の劣化係数が許容され、カスク効果（ｃａｓｋ  ｅｆｆｅｃｔ）を総合的に考慮すると、実施例の許容劣化係数は６％であった。比較例の損失及び励磁電力で許容歪み係数は、それぞれ８％及び２％であり、比較例の許容劣化係数は２％であり、これにより、焼鈍後のアモルファスストリップの実施例は、抗応力感受性が顕著な優位を持ち、より大きな変形が可能になり、材料性能が許容範囲内にあることを確保することが分かった。
【００６９】
実施例の上記の説明は、単に、本発明の方法及びその核となるアイデアの理解のを助けるためのものである。当業者は、本発明の原理から逸脱することなく、本発明に若干の改良及び修正を加え、これらの改良及び修正も本発明の特許請求の範囲内にあることを指摘すべきである。
開示された実施例の上記の説明は、当業者が本発明を実施または使用することを可能にする。これらの実施例に対する様々な変更は当業者には明らかであり、本明細書で定義される一般原理は、本発明の精神または範囲から逸脱することなく、他の実施例に適用され得る。従って、本発明は、本明細書に示される実施例に限定されるものではなく、本明細書に開示される原理および新規の特徴と一致する最も広い範囲と一致する。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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