トップ :: C 化学 冶金 :: C22 冶金;鉄または非鉄合金;合金の処理または非鉄金属の処理




【発明の名称】 Ｆｅ−Ｎｉ系パーマロイ合金およびＦｅ−Ｎｉ系パーマロイ合金用鋳造スラブ
【発明者】 【氏名】伊藤 辰哉

【氏名】大森 勉
【要約】 【課題】

【解決手段】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎｉ：３０〜８５ｍａｓｓ％、Ｃ：０．０１５ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１．０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：１．０ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０１ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．００６ｍａｓｓ％以下およびＡｌ：０．０２ｍａｓｓ％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなるＦｅ−Ｎｉ系パーマロイ合金であって、下記のＮｉ偏析量ＣＮｉＳが０．１５ｍａｓｓ％以下であることを特徴とするＦｅ−Ｎｉ 系パーマロイ合金。
ＣＮｉｓ＝Ｎｉ成分分析値（ｍａｓｓ％）×ＣｉＮｉｓ（ｃ．ｐ．ｓ）／ＣｉＮｉａｖｅ．（ｃ．p．ｓ．）
ＣｉＮｉｓ：Ｘ線強度の標準偏差（ｃ．p．ｓ．）
ＣｉＮｉａｖｅ．：全Ｘ線強度の平均強度（ｃ．p．ｓ．）
【請求項２】
Ｎｉ：３０〜８５ｍａｓｓ％、Ｃ：０．０１５ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１．０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：１．０ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０１ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．００６ｍａｓｓ％以下およびＡｌ：０．０２ｍａｓｓ％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなるＦｅ−Ｎｉ系パーマロイ合金であって、下記のＮｉ偏析量ＣＮｉｓが０．１５ｍａｓｓ％以下の熱延材からなることを特徴とするＦｅ−Ｎｉ 系パーマロイ合金。
ＣＮｉｓ＝Ｎｉ成分分析値（ｍａｓｓ％） ×ＣｉＮｉｓ（ｃ．Ｐ．ｓ）／ＣｉＮｉａｖｅ．（ｃ．p．ｓ．）
ＣｉＮｉｓ：Ｘ線強度の標準偏差（ｃ．p．ｓ．）
ＣｉＮｉａｖｅ．：全Ｘ線強度の平均強度（ｃ．p．ｓ．）
【請求項３】
請求項１または２に記載の合金において、Ｎｉ偏析量ＣＮｉｓが０．１０ｍａｓｓ％以下であることを特徴とするＦｅ−Ｎｉ系パーマロイ合金。
【請求項４】
合金の上記構成成分に加えてさらに、Ｍｏ、Ｃｕ、ＣｏおよびＮｂのうちから選ばれるいずれか１種または２種以上を、それぞれ１５ｍａｓｓ％以下かつ合計で２０ｍａｓｓ％以下の範囲内で添加したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＦｅ−Ｎｉ系パーマロイ合金。
【請求項５】
円相当直径０．１μｍ以上の非金属介在物の量が２０個／ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＦｅ−Ｎｉ系パーマロイ合金。
【請求項６】
円相当直径０．１μｍ以上の非金属介在物の量が１０個／ｍｍ２以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＦｅ−Ｎｉ系パーマロイ合金。
【請求項７】
Ｎｉを３５〜４０ｍａｓｓ％を含有する合金であって、最大透磁率μｍ＝５００００以上、初透磁率μｉ＝１００００以上、保磁力Ｈｃ＝０．０５[Ｏｅ]以下の磁気特性を示すことを特徴とする請求項１〜６項のいずれか１項に記載のＦｅ−Ｎｉ系パーマロイ合金。
【請求項８】
Ｎｉを４０〜５０ｍａｓｓ％含有する合金であって、最大透磁率μｍ＝１０００００以上、初透磁率μｉ＝３００００以上、保磁力Ｈｃ＝０．０２[Ｏｅ]以下の磁気特性を示すことを特徴とする請求項１〜６項のいずれか１項に記載のＦｅ−Ｎｉ系パーマロイ合金。
【請求項９】
Ｎｉを７０〜８５ｍａｓｓ％を含有する合金であって、最大透磁率μｍ＝４０００００以上、初透磁率μｉ＝２０００００以上、保磁力Ｈｃ＝０．００６［Ｏｅ］以下の磁気特性を示すことを特徴とする請求項１〜６項のいずれか１項に記載のＦｅ−Ｎｉ系パーマロイ合金。
【請求項１０】
Ｎｉ：３０〜８５ｍａｓｓ％、Ｃ：０．０１５ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１．０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：１．０ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０１ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．００６ｍａｓｓ％以下およびＡｌ：０．０２ｍａｓｓ％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるＦｅ−Ｎｉ系合金のスラブであって、等軸晶の面積割合が１％以下の鋳造組織を有する連続鋳造スラブからなることを特徴とするパーマロイ合金用鋳造スラブ。
【請求項１１】
合金の上記構成成分に加えてさらに、Ｍｏ、Ｃｕ、ＣｏおよびＮｂのうちから選ばれるいずれか１種または２種以上を、それぞれ１５ｍａｓｓ％以下かつ合計で２０ｍａｓｓ％以下の範囲内で添加したことを特徴とする請求項１０に記載のＦｅ−Ｎｉ系パーマロイ合金用鋳造スラブ。
【発明の詳細な説明】【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ヘッドや磁気シールド材、トランスコアの鉄心等に用いて好適な、磁気特性に優れたＦｅ−Ｎｉ系パーマロイ合金ならびに鋳造スラブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｆｅ−Ｎｉ系高透磁率合金、いわゆるパーマロイ合金は、通常、ＪＩＳ Ｃ２５３１に規定されたＰＢ材（４０〜５０ｍａｓｓ％Ｎｉ）、ＰＣ材（７０〜８５ｍａｓｓ％Ｎｉ−Ｍｏ−Ｃｕ）、ＰＤ材（３５〜４０ｍａｓｓ％Ｎｉ−Ｆｅ）等が代表的なものである。これらの合金は、主として、ＰＢは飽和磁束密度が大きい特徴を生かした用途、例えば時計のステータ、電磁レンズのポールピースなどに多く使用されており、ＰＣはすぐれた透磁率を生かした高周波域での高感度トランスや磁気シールド材として用いられている。また、これらの合金の中には、Ｎｂ、Ｃr等の添加元素を加えることにより耐磨耗性や耐食性を付与して、磁気ヘッドやシールドケース等の用途に対応できるよう工夫されたものもある。（例えば特開昭６０−２６５１号公報）
【０００３】
その他、これらの合金の特性を改善したものとしては、特開昭６２−１４２７４９号公報などでは、ＳやＯなどの不純物元素を調整することにより、透磁率を向上させるとともに打ち抜き性を高めた発明例がある。また、最近では、低コスト化のため、ＰＣ材からＰＢ材へ、またはＰＢ材からＰＤ材へといった材料の移行がみられ、ファブリケータの設計により、材料特性の不足を補うような方法も採用されつつある。
そこで、材料メーカーとしては、ＰＣ材相当の特性を有するＰＢ材あるいはＰＢ材相当の特性を有するＰＤ材といった材料の開発が脚光を浴びており、このことがファブリケータの設計の自由度を高め、ひいては性能の高い製品を市場に提供する上でも有効となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、上述した要望に応えられるＦｅ−Ｎｉ系パーマロイ合金を提案することにある。すなわち、本発明はＰＢ材およびＰＤ材の磁気特性を改善して、それぞれをＰＣ材、ＰＢ材相当の磁気特性のものに格上げすること、またＰＣ材に関しても更なる磁気特性の改善ならびにより高い感度と周波数の用途に対応できる材料を開発することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的の実現に向けた研究において、発明者らは、次のような要旨構成のとおりのＦｅ−Ｎｉ 系パーマロイ合金が好ましいことを知見し、本発明に想到した。
即ち、本発明はＮｉ：３０〜８５ｍａｓｓ％、Ｃ：０．０１５ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１．０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：１．０ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０１ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．００６ｍａｓｓ％以下およびＡｌ：０．０２ｍａｓｓ％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなるＦｅ−Ｎｉ系パーマロイ合金であって、Ｎｉ偏析量ＣＮｉｓが０．１５ｍａｓｓ％以下、好ましくは０．１０ｍａｓｓ％であることを特徴とするＦｅ−Ｎｉ 系パーマロイ合金である。
ＣＮｉｓ＝Ｎｉ成分分析値（ｍａｓｓ％）×ＣｉＮｉｓ（ｃ．p．ｓ）／ＣｉＮｉａｖｅ．（ｃ．p．ｓ．）
ＣｉＮｉｓ：Ｘ線強度の標準偏差（ｃ．p．ｓ．）
ＣｉＮｉａｖｅ．：全Ｘ線強度の平均強度（ｃ．p．ｓ．）
【０００６】
また本発明は、Ｎｉ：３０〜８５ｍａｓｓ％、Ｃ：０．０１５ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１．０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：１．０ｍａｓｓ％以下、Ｐ：０．０１ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．００６ｍａｓｓ％以下およびＡｌ：０．０２ｍａｓｓ％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなるＦｅ−Ｎｉ系パーマロイ合金であって、Ｎｉ偏析量ＣＮｉｓが０．１５ｍａｓｓ％以下の熱延材からなることを特徴とするＦｅ−Ｎｉ系パーマロイ合金である。
ＣＮｉｓ＝Ｎｉ成分分析値（ｍａｓｓ％）×ＣｉＮｉｓ（ｃ．p．ｓ）／ＣｉＮｉａｖｅ．（ｃ．p．ｓ．）
ＣｉＮｉｓ：Ｘ線強度の標準偏差（ｃ．p．ｓ．）
ＣｉＮｉａｖｅ．：全Ｘ線強度の平均強度（ｃ．p．ｓ．）
【０００７】
なお、本発明にかかる合金は、上記の構成成分に加えてさらに、Ｍｏ、Ｃｕ、ＣｏおよびＮｂのうちから選ばれるいずれか１種または２種以上をそれぞれ１５ｍａｓｓ％以下、かつ合計で２０ｍａｓｓ％以下の範囲内で添加してなるものが好ましい。
また、本発明の合金においては、円相当直径０．１μｍ以上の非金属介在物の量が２０個／ｍｍ２以下、好ましくは１０個／以下に制御することが好ましい。
【０００８】
本発明にかかる合金はまた、次のような構成を有するものが好ましい。
（１）Ｎｉを３５〜４０ｍａｓｓ％を含有する合金の場合、最大透磁率μｍ＝５００００以上、初透磁率μｉ＝１００００以上、保磁力Ｈｃ＝０．０５[Ｏｅ]以下の磁気特性を示すものであること。
（２）Ｎｉを４０〜５０ｍａｓｓ％含有する合金の場合、最大透磁率μｍ＝１０００００以上、初透磁率μｉ＝３００００以上、保磁力Ｈｃ＝０．０２[Ｏｅ]以下の磁気特性を示すものであること。
（３）Ｎｉを７０〜８５ｍａｓｓ％を含有する合金の場合、最大透磁率μｍ＝４０００００以上、初透磁率μｉ＝２０００００以上、保磁力Ｈｃ＝０．００６[Ｏｅ]以下の磁気特性を示すものであること。
【０００９】
なお、本発明にかかる上記合金は、これを製造するに当たっては、連続鋳造時に、電磁攪拌を加えることなく連続鋳造し、得られる連続鋳造スラブの鋳造組織が等軸晶の面積割合が１％以下であるパーマロイ合金用鋳造スラブを用いる。
【００１０】
なお、上記連続鋳造スラブは、熱間圧延に先立ち、その連続鋳造スラブを、１１００℃〜１３７５℃の温度で、下記のＮｉ拡散距離ＤＮｉが３９以上となる条件で均質化熱処理を行うことが好ましく、さらに、熱間圧延工程の後は必要に応じて冷間圧延を行って製品とする。
ＤＮｉ＝（Ｄ・ｔ）１／２／μｍ
Ｄ：拡散係数、Ｄ＝Ｄ0×ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）
Ｄ０：振動数項＝１．６３×１０８／μｍ２・ｓ−１
Ｑ：Ｎｉ拡散の活性化エネルギー＝２．７９×１０５／Ｊ・ｍｏｌ−１
Ｒ： 気体定数＝８．３１／Ｊ・ｍｏｌ−１・Ｋ−１
Ｔ：温度／Ｋ
ｔ：焼鈍時間／ｓ
【００１１】
また、本発明の合金は、熱間圧延工程に続き冷間圧延工程を経て製造することが好ましく、上記冷間圧延工程後、さらに１１００℃〜１２００℃の磁気熱処理を施すことが好ましく、そして上記磁気熱処理については、水素雰囲気下で行うことが好ましい。
なお、ここにいう冷間圧熱工程は、通常行われる焼鈍、ＢＡ、酸洗などの工程も含むこともある。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明によれば、磁気特性が従来レベルを超えて飛躍的に優れたＦｅ−Ｎｉ系パーマロイ合金を得ることができ、とくに時計用ステ−タや電磁レンズのポールピースなどに用いられるＰＢ材代替となるＰＤ材、磁気ヘッドや磁気シールド材、通信機器用トランスコアなどとして用いられるＰＣ材料代替となるＰＢ材、そしてより優れた磁気特性とより高い感度ならびに周波数特性を示すＰＣ材を、それぞれ得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
発明者らは多くの実験を行なった結果、上述した課題の解決には次のような手段の採用が有効であることを知見し、本発明を開発した。
すなわち、本発明は、Ｎｉ：３０〜８５ｍａｓｓ％、Ｃ：０．０１５ｍａｓｓ％以下、Ｓｉ：１．０ｍａｓｓ％以下、Ｍｎ：０．０１〜１．０ｍａｓｓ％、Ｐ：０．０１ｍａｓｓ％以下、Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下、Ｏ：０．００６０ｍａｓｓ％以下およびＡｌ： ０．００１〜０．０２ｍａｓｓ％を含み、更に必要に応じてその他にＭｏ、Ｃｕ、ＣｏおよびＮｂを１種または２種以上をそれぞれ１〜１５ｍａｓｓ％、かつ合計で２０ｍａｓｓ％以下の範囲内で含み、残部はＦｅおよび不可避的不純物よりなる合金を連続鋳造法により、等軸晶の面積割合が１％以下の連続鋳造スラブとし、その連続鋳造スラブを均質化熱処理したのち、そのスラブを表面手入れしたのち、熱間圧延を施すことにより、Ｎｉ偏析量ＣＮｉｓを０．１５ｍａｓｓ％以下、好ましくは０．１２ｍａｓｓ％以下、より好ましくは０．１０ｍａｓｓ％以下の合金としたものである。
【００１４】
本発明において、特にＮｉ偏析量に着目した理由は、このＮｉは、構成成分中で最も主要な成分であり、かつ該合金中での拡散速度が遅く、このＮｉが均質化律速となるためである。
【００１５】
なお、本発明においては、所望のＮｉ偏析量に抑えるために、連続鋳造スラブに対し、高温長時間の均質化熱処理を行う。なお、スラブに対して均質化熱処理を施すことなく熱間圧延を行った場合の、熱延材の一般的なＮｉ偏析量は０．４%程度である。
ところで、発明者らの研究によると、上記の連続鋳造スラブを、下記の温度、時間の条件を充足する均質化熱処理を行った場合には、当初予期した偏析量以下の材料を得ることができることがわかった。即ち、本発明者らは種々の実験により、下記式（１）で示されるＮｉの拡散距離ＤＮｉの値（Ｄ・ｔ）１／２値が３９以上で、かつ熱処理温度Ｔが１１００℃〜１３７５℃の範囲内の条件で行われる均質化熱処理を施すことにより、熱間圧延後の熱延材のＮｉ偏析量を０．１５ｍａｓｓ％に軽減できることを見いだした。
Ｎｉ拡散距離ＤＮｉ＝（Ｄ・ｔ）１／２／μｍ （１）
拡散係数Ｄ＝Ｄ0×ｅｘｐ（−Ｑ／ＲＴ）
Ｄ0：振動数項＝１．６３×１０８／μｍ２・ｓ−１
Ｑ ：Ｎｉ拡散の活性化エネルギー＝２．７９×１０５／Ｊ・ｍｏｌ−１
Ｒ ：気体定数＝８．３１／Ｊ・ｍｏｌ−１・Ｋ−１
Ｔ：温度／Ｋ
ｔ：焼鈍時間／ｓ
【００１６】
なお、上記（１）式において、（Ｄ・ｔ）１／２値は、Ｎｉ偏析の軽減度合いを表わす指標であり、高温、長時間になるほど値が大きくなり、それに従い偏析は軽減していく。
なお、Ｎｉ偏析の程度を表す指標としては、ＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザー）の線分析により得られたＮｉ濃度分布データの標準偏差を求め、これをＮｉ偏析量とした。
【００１７】
また、上記均質化熱処理において、温度が１１００℃未満では処理時間が長時間となり実用的でなく、一方１３７５℃を超えると酸化ロスによる歩留まりの低下や加熱脆化割れの危険性が生じる。従って、本発明では熱処理温度を１１００℃〜１３７５℃の範囲としたのである。
【００１８】
また、本発明においては、かかる合金中に含まれる非金属介在物にも着目し、それの大きさと数を規定することにした。即ち、直径０．１μｍ以上の非金属介在物の割合を２０個／ｍｍ２以下、好ましくは１５個／ｍｍ２、より好ましくは１０個／ｍｍ２以下に制御することにしたのである。非金属介在物の分布を制御する方法としては、例えば、真空溶解による精錬やＣ脱酸等の高清浄化技術を適用することが有利に適合する。
【００１９】
なお、板断面のＮｉ偏析量ＣＮｉｓ（ｍａｓｓ％）は、板断面を常法に従い鏡面研磨し、その後、表１に示す条件にてＥＰＭＡ（Ｘ線マイクロアナライザー）分析し、図１に示すところに従い、下記式（２）に基づいて算出したものである。なお、走査距離は、ほぼ板厚全長とした。
ＣＮｉｓ（ｍａｓｓ％）＝Ｎｉ成分分析値（ｍａｓｓ％）×ＣＮｉｓ（ｃ．p．ｓ．）／ＣｉＮｉａｖｅ．（ｃ．p．ｓ．） …（２）
ＣｉＮｉｓ：板断面のＸ線強度の標準偏差（ｃ．p．ｓ．）
ＣｉＮｉａｖｅ．：板断面の全Ｘ線強度の平均強度（ｃ．p．ｓ．）
【数１】


上記のＮｉ成分分析値（ｍａｓｓ％）とは、素材に含まれるＮｉ含有量であり、化学的あるいは物理的方法により分析する値である。
図２は、板厚み５ｍｍの熱延板のＰＢ材のＮｉ偏析量の測定結果を示す実測データのグラフである。冷間圧延板や磁気熱処理板のような板厚：０．２ｍｍ程度のものについても同様に測定した。
【００２０】
【表１】


【００２１】
また、非金属介在物個数の測定は、以下に示す方法で行った。初めに、製品表面を機械研磨したのちバフ研磨まで仕上げ、その後、研磨面を非水溶媒（アセチルアセトン１０ｖ／ｖ％＋テトラメチルアンモニウムクロライド１ｗ／ｖ％＋メタノール溶液）中で定電位電界（ＳＰＥＥＤ法）を行う。この時の電解条件は、電界電位１００ｍＶで１０Ｃ（クーロン）／ｃｍ２にて実施した。観察は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて、１ｍｍ２の面積で円相当直径０．１μｍ以上の非金属介在物をカウントしたものである。なお、円相当直径とは、ここの介在物の面積を真円に換算した場合の直径をいう。
【００２２】
以上説明したところから明らかなように、本発明の特徴は、成分組成の大幅な変更を伴うことなしに、合金の特性を飛躍的に向上させた点にある。このことは、次のように考えることができる。即ち、合金の軟磁気特性を支配する要因には種々のものがあるが、例えば、結晶粒の大きさや結晶方位、不純物成分、非金属介在物、空孔などはよく知られている。ところで、けい素鋼板などでは、結晶方位を制御することにより、特定方向の軟磁気特性を飛躍的に向上させて交流トランス等の電力効率を著しく改善させることが知られている。
【００２３】
これに対し、本発明では、これまで考慮されたことのなかった、特にＮｉの偏析に着目してこれを制御することにより、Ｆｅ−Ｎｉ系パーマロイ合金の磁気特性を大幅に改善できることを見出し、またそのための適正な製造条件を見出した。
即ち、本発明は、成分偏析の中でもとくに拡散速度の遅いＮｉの偏析を制御することで、合金特性をコントロールすることとしたのである。ただし、種々検討した結果、特性を望ましいレベルにまで改善するためには、同時に、非金属介在物の制御や結晶粒径の制御をも併せて行うことが有効であることもわかった。
【００２４】
かかる非金属介在物の制御は、真空溶解や脱酸方法の適正化により酸化物や硫化物の生成元素を低減することにより行う。一方、結晶粒の制御（粗大化）は、成分偏析の軽減とＭｎＳやＣaＳ等の硫化物や酸化物などの非金属介在物量を低減することで実現できる。この意味において、非金属介在物の制御については、介在物自体を低減することによる磁気特性の改善の他、結晶粒の制御による磁気特性の改善という２つの点から有効である。
なお、これらの制御因子については、それぞれの合金成分によっても影響度が異なり、例えばＰＤ材、ＰＢ材では、粒径と偏析の影響が大きく、一方、ＰＣ材では非金属介在物と成分偏析の影響がそれぞれ大きくなる。
【００２５】
さて、本発明の作用効果を実現する上で不可欠となるＮｉ偏析低減の方法としては、高温長時間の拡散熱処理が有効であることは上述したとおりであるが、それだけでは不十分であることがわかった。即ち、発明者らの研究によると、Ｎｉの偏析は、凝固組織のデンドライトアーム間隔と密接な関連があり、デンドライトアーム間隔が小さい方がＮｉ偏析の軽減に有利であることがわかった。この意味において、普通造塊材に比べると連続鋳造材では、デンドライトアーム間隔が１／５〜１／１０と非常に小さいため連続鋳造材を利用した場合には、小さなエネルギーでＮｉ偏析を軽減することができることが判明した。
【００２６】
本発明に係る合金は、上述した結晶粒径や非金属介在物の量や形態を満足しているものについて、これらのＮｉ偏析量の大きさを０．１５ｍａｓｓ％以下とすることにより、従来合金に比べて透磁率は２〜５倍、保磁力は１／２〜１／７程度とすることができ、そしてその改善効果はＮｉ偏析量が小さくなるに従い高くなる。
その結果として、本発明では、ＰＣ材代替品としてのＰＢ材、ＰＢ材代替品としてのＰＤ材、またより高い磁気特性を有するＰＣ材を提供できるようになる。
【００２７】
即ち、ＰＣ材の代替となるＰＢ材（４０〜５９ｍａｓｓ％Ｎｉ）に要求される特性としては、次のような特性を示すものが好ましい実施形態である。
１．高透磁率であること：少なくとも最大透磁率μｍ＝１０００００以上、初透磁率μｉ＝３００００以上、
２．保磁力が小さいこと：少なくとも保磁力Ｈｃ＝０．０２[Ｏｅ]以下、
３．高周波特性が優れていること：例えば板厚０．３５ｍｍ１ｋＨｚで実効透磁率μｅ＝４０００以上、なお、この高周波特性に関しては、同一板厚の実効透磁率μｅでは差が無くとも、ＰＢ材ではＰＣ材に比べて磁束密度が大きい（約２倍）ため、板厚をより薄くでき、磁気回路設計上、軽量化や低コスト化の点で有利となる。
【００２８】
また、ＰＢ材の代替となるＰＤ材（３５〜４０ｍａｓｓ％Ｎｉ）に要求される特性としては次のような特性を示すものが好ましい実施形態である。
１．高透磁率であること：少なくとも最大透磁率μｍ＝５００００以上、初透磁率μｉ＝１００００以上、
２．保磁力が小さいこと：少なくとも保磁力Ｈｃ＝０．０５[Ｏｅ]以下、
３．高周波特性が優れていること：例えば板厚０．３５ｍｍ１ｋＨｚでの実効透磁率μｅ＝３０００以上（もともと高周波特性に関してはＰＤ材は電気抵抗値が高いためＰＢ材とＰＤ材とでは差が小さいという特徴がある）
【００２９】
また、ＰＣ材（７０〜８５ｍａｓｓ％Ｎｉ）の特性の向上に関しては、透磁率のより一層の向上と保磁力の低減を図ることである。目標とする数値としては、最大透磁率μｍ＝４０００００以上、初透磁率μｉ＝２０００００以上、保磁力Ｈｃ＝０．００６[Ｏｅ]程度以下である。
【００３０】
次に、本発明にかかる合金の成分組成を上述した範囲に限定した理由について説明する。
（１） Ｃ：０．０１５ｍａｓｓ％以下；Ｃは、０．０１５ｍａｓｓ％を超えるとカーバイドが生成して結晶の成長を抑制するため、軟磁気特性を悪化させる元素である。このため、Ｃは、０．０１５ｍａｓｓ％以下とする。
（２） Ｓｉ：１．０ｍａｓｓ％以下；Ｓｉは、脱酸成分の一つとして添加されるが、１．０ｍａｓｓ％を超えた場合にはシリケート系の酸化物を生成し、ＭｎＳなどの硫化物の生成起点となる。生成したＭｎＳは軟磁気特性に対して有害であり、磁壁移動の障壁となるためできるだけ少ない方が望ましい。このため、Ｓｉは、１．０ｍａｓｓ％以下に限定する。
（３） Ｍｎ：１．０ｍａｓｓ％以下；Ｍｎは、脱酸成分として添加されるが１．０ｍａｓｓ％を超えて含有していると、Ｓｉと同様にＭｎＳの生成を促して軟磁気特性を悪化させる。しかし、一方で、ＰＣ材などでは、磁気特性に対しては規則格子の生成をコントロールする働きがあり、適量の添加が望ましい。このため、Ｍｎは、１．０ｍａｓｓ％以下、好ましくは０．０１〜１．０ｍａｓｓ％の範囲に規定することとした。
（４） Ｐ：０．０１ｍａｓｓ％以下；Ｐは、過剰に含有すると粒界、粒内にリン化物として析出し、軟磁気特性を悪化させるため、Ｐは０．０１ｍａｓｓ％以下に限定する。
（５） Ｓ：０．００５ｍａｓｓ％以下；Ｓは、その量が０．００５ｍａｓｓ％を超えると硫化物系介在物を生じ易くＭｎＳやＣaＳとなって分散する。とくに、これらの硫化物は直径が０．１μｍ〜数μｍ程度の大きさのものであり、パーマロイ合金の場合は、磁壁の厚みとほぼ一致するため磁壁移動に対して有害となり、軟磁気特性を悪化させるため、Ｓは０．００５ｍａｓｓ％以下とする。
（６） Ａｌ：０．０２ｍａｓｓ％以下；Ａｌは、重要な脱酸成分であり、添加量が少ない場合には脱酸が不十分であり非金属介在物の量が増加するのに加え、Ｍｎ、Ｓｉの影響により硫化物の形態がＭｎＳとなりやすく粒成長が抑制される。一方、0．02ｍａｓｓ％より多くなると、磁歪定数や磁気異方性定数が高くなり、軟磁気特性を悪化させる。このためＡｌの適正な添加範囲としては、０．０２ｍａｓｓ％以下、好ましくは０．００１〜０．０２ｍａｓｓ％とする。
（７） Ｏ：０．００６０ｍａｓｓ％以下；Ｏは、脱酸により低減されて最終的に鋼中に残留するものであるが、鋼中に固溶して残留するＯと、非金属介在物等の酸化物として残留するＯとに分かれる。Ｏの量が多くなると非金属介在物の量が必然的に増え、磁気特性に悪影響を及ぼすことが知られているが、同時にＳの存在形態に影響してくる。即ち、残留するＯが多い場合、脱酸が不十分となり、硫化物がＭｎＳとして存在しやすくなり磁壁の移動や粒成長を阻害する。このことからＯは０．００６０ｍａｓｓ％以下とする。
【００３１】
（８） Ｍｏ：１５ｍａｓｓ％以下；Ｍｏは、ＰＣの磁気特性を実用的な製造条件で得るために有効な成分であり、結晶磁気異方性や磁歪に影響する規則格子の生成条件を制御する働きを有する。規則格子は磁気熱処理後の冷却条件に影響を受け、Ｍｏを含まないものでは非常に早い冷却速度が必要になるが、Ｍｏをある程度含有させることにより、工業上実用的な冷却条件で最大の特性を得ることができる。しかし、多すぎると、最適冷却速度が遅くなりすぎたり、Ｆｅの含有量が少なくなり、飽和磁束密度が少なくなる。このため、Ｍｏの量は、１〜１５ｍａｓｓ％の範囲が好ましい。
（９） Ｃｕ：１５ｍａｓｓ％以下；Ｃｕは、Ｍｏと同様、主にＰＣ材の規則格子の生成条件を制御する働きを有するが、Ｍｏの効果に対してＣｕは冷却速度の影響を少なくするように作用して磁気特性を安定化させる。また、このＣｕの適量の添加は、電気抵抗を高めることから交流下での磁気特性を向上させることもわかっている。しかしながら、このＣｕの量が多すぎると、Ｆｅの含有量が少なくなり、飽和磁束密度が少なくなる。このため、Ｃｕの量は１５ｍａｓｓ％以下、とくに１〜１５ｍａｓｓ％の範囲が好ましい。
（１０） Ｃｏ：１５ｍａｓｓ％以下；Ｃｏは、磁束密度を高め、同時に適量添加により透磁率を向上させる働きをもつ。しかしながら、このＣｏの量が多すぎると、透磁率を低下させると同時にＦｅの含有量が少なくなり、飽和磁束密度が少なくなる。このため、Ｃｏの量は１５ｍａｓｓ％以下、とくに１〜１５ｍａｓｓ％の範囲が好ましい。
（１１） Ｎｂ：１５ｍａｓｓ％以下；Ｎｂは、磁気特性に対する効果は少ないが材料の硬度を高め耐摩耗性を向上させることから、磁気ヘッドなどの用途には欠かせない成分である。また、同時にモールド成形などによる磁気劣化を低減するためにも有効である。しかしながら、この成分の量が多すぎるとＦｅの含有量が少なくなり飽和磁束密度が少なくなる。このためＮｂの量は、１５ｍａｓｓ％以下、好ましくは１〜１５ｍａｓｓ％の範囲とする。
【００３２】
次に、本発明にかかるＦｅ−Ｎｉ系パーマロイ合金の製造方法について説明する。
初めに、上記成分組成の合金を溶製したのち連続鋳造法により連続鋳造スラブとする。このとき、電磁攪拌を行うことなく連続鋳造を行う。次いで、このように得られた連続鋳造スラブに対して均質化熱処理を行い、その後スラブの表面手入れを行ってから、熱間圧延を施す。このようにして得られた熱延材は、上述したＮｉ偏析量ＣＮｉｓを０．１５ｍａｓｓ％以下にすることができる。
上記均質化熱処理の条件としては、上記式（１）で示されるＮｉ拡散距離の値ＤＮｉ（Ｄ・ｔ）１／２値が３９以上となる条件で、かつ熱処理温度Ｔ＝１１００℃〜１３７５℃の範囲内で行うことが適当である。
【００３３】
均質化熱処理を施したスラブは、熱間圧延を経てさらに冷間圧延と焼鈍を数回繰り返したのち製品とすることが好ましい。製品の厚みは用途によりまちまちであるが一般に、高周波特性が要求される巻鉄心などの用途では０．１ｍｍ以下の積層薄板が用いられ、磁気ヨーク、トランス、シールド機等では０．２〜１．０ｍｍ程度が多く用いられている。
【００３４】
熱間圧延に供する上記スラブとしては、図３（ａ）に示すように、スラブの断面の面積割合（等軸晶の面積／スラブの面積×１００）にして１％以下の等軸晶をもつものを用いる。その理由は、Ｎｉ偏析量の軽減がより容易となるからである。図３（ｂ）に示すような等軸晶の多いもの（２０ｍａｓｓ％）は、Ｎｉ偏析の軽減はより難しいものとなる。本発明で用いるスラブについて、電磁攪拌を使用しないで連続鋳造したスラブを用いることが好ましい理由は、連続鋳造スラブは、比較的凝固速度が速く等軸晶が少ない。また、電磁攪拌を使用しない方が、凝固過程で生じる柱状デンドライト組織の生長が阻害されず、等軸晶がさらに少なくなるからである。なお、図３は鋳造スラブの鋳造方向に対して垂直断面の模式図である。なお、同じような等軸晶の少ないスラブであれば、普通造塊により製造したものも使用可能である。
【実施例】
【００３５】
表２に、この実施例で用いた試験材の成分組成を示す。この試験材は、ＰＣ材相当のものは１０トンを真空溶解し、一方、ＰＤ材およびＰＢ材相当のものは６０トンを大気溶解したのち連続鋳造し、それぞれの得られた連続鋳造スラブについて、均質化処理を施したものと施さないものをそれぞれ製造し、ついで常法に従って熱間圧延を行い、引き続き冷間圧延と焼鈍を繰り返して数％の調質圧延を施して０．３５ｍｍ厚みの製品としたものである。その後、得られた試験材は水素中で１１００℃で３ｈｒの磁気熱処理を行い、直流磁化特性と交流磁化特性（実効透磁率μｅ）を測定した。Ｎｉ偏析は、熱延板および、冷間圧延板、さらに磁気熱処理板の板厚み方向の断面において測定した。熱延板のＮｉ偏析の程度と冷間圧延板の磁気熱処理後のＮｉ偏析の程度はほぼ同等であった。表３、表４、表５のＮｉ偏析量は、磁気熱処理板の測定値である。
その結果、表３、表４、表５に示すとおり、本発明の合金では、等軸晶率が１％以下の鋳造スラブを用いたこともあってＮｉ偏析量が小さく、そのために直流磁化特性、交流磁化特性とも大幅に改善されていることが確認された。なお、直流磁気特性の測定は、ＪＩＳ４５φ×３３φリング試験片を１次、２次側とも５０ターン巻線し反転磁場２０[Ｏｅ]により測定した。交流磁化特性は７０ターン巻線し、電流０．５ｍＡで１ｋＨｚの周波数で実効透磁率μｅを測定した。なお初透磁率μｉに関しては、ＪＩＳ Ｃ２５３１の定義に従い磁界の強さがそれぞれＰＢ材は０．０１[Ｏｅ]、ＰＣに関しては０．００５[Ｏｅ]で測定した。
【００３６】
以上の試験結果から、ＰＤ材（３６Ｎｉ）ではＰＢ材に匹敵する透磁率と保磁力を有し、実効透磁率は電気抵抗が高いことからＰＢ材より更に向上していることを確認した。またＰＢ材では、ＰＣ材に匹敵する透磁率と保磁力を得ることが確認でき、ＰＣ材に比べると飽和磁束密度が高くなっていた。また、ＰＣ材については、透磁率のさらなる向上と保持力の低下が図られていることが確認できた。
【００３７】
【表２】


【００３８】
【表３】


【００３９】
【表４】


【００４０】
【表５】


【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、磁気ヘッドや磁気シールド材、トランスコアの鉄心等の材料として用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】Ｎｉ偏析量の測定方法を説明する図である。
【図２】ＰＢ材のＮｉ偏析量の測定結果の実測データのグラフである。
【図３】鋳造スラブの断面模式図である。
【出願人】 【識別番号】０００２３２７９３
【氏名又は名称】日本冶金工業株式会社
【出願日】 平成１８年９月４日（２００６．９．４）
【代理人】 【識別番号】１０００８０６８７
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 順三

【識別番号】１０００７７１２６
【弁理士】
【氏名又は名称】中村 盛夫
【公開番号】 特開２００７−２３３８（Ｐ２００７−２３３８Ａ）
【公開日】 平成１９年１月１１日（２００７．１．１１）
【出願番号】 特願２００６−２３８７０４（Ｐ２００６−２３８７０４）