CN102869795B

CN102869795B - 作为结晶轴＜001＞的方位被控制的体心立方(bcc)结构的固溶体的金属材料及其制造方法

Info

Publication number: CN102869795B
Application number: CN201180016355.4A
Authority: CN
Inventors: 福富洋志; 冈安和人; 小贯祐介
Original assignee: YOKOKAMA STATE UNIV
Current assignee: YOKOKAMA STATE UNIV; Yokohama National University NUC
Priority date: 2010-02-26
Filing date: 2011-02-28
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2031-02-28
Also published as: EP2540845A4; EP2540845A1; US20120312432A1; JPWO2011105609A1; JP5492975B2; CN102869795A; WO2011105609A1; KR101433493B1; KR20120127652A

Abstract

本发明提供一种金属材料例如电磁材料（电磁钢板）及其制造方法，其控制金属材料的结晶轴＜001＞的分布，使结晶轴＜001＞沿加工面进行分布。本发明是在由体心立方（BCC）结构的固溶体构成的金属材料中，通过在成为BCC单相固溶体的温度区域的热压缩加工，使金属的结晶轴＜001＞沿所述金属材料的加工面进行分布的金属材料及其制造方法。例如，一种金属材料例如电磁材料（电磁钢板）及其制造方法，其特征在于，所述金属材料为Fe-Si合金，将该合金在成为BCC单相固溶体的温度区域加热，以能够维持BCC单相固溶体中出现的溶质原子氛围气支配位错的运动，且结晶晶界能以蓄积在晶粒中的形变能作为驱动力而移动的加工状态的形变速度，对所述的BCC单相固溶体进行压缩加工，由此，使｛100｝与加工面平行分布。

Description

作为结晶轴＜001＞的方位被控制的体心立方(BCC)结构的固溶体的金属材料及其制造方法

技术领域

本发明涉及作为结晶轴<001>的方位被控制在板面内的体心立方（BCC）结构的固溶体的金属材料及其制造方法，例如电气设备的铁芯材料所使用的电磁材料及其制造方法。

背景技术

作为通过使金属的结晶轴一致来获得大的技术效果的例子，有在电气设备中广泛使用的电磁钢板。例如，在图3所示的变压器那样的磁场方位已决定的情况下，使用结晶轴被控制的方向性电磁钢板。在图3中，虚线33表示磁力线的流动，且希望磁芯材料31的容易磁化方向在层叠的板材的面内。

另外，在电动机的转子及定子中，为了减少铁损，使用所谓的无方向性电磁钢板。例如，如图4所示，单相SRM（开关磁阻电动机（Switched reluctancemotor）），由缠绕有与外部电源连接的线圈的定子10、可旋转地设置在定子10的内部、且在向定子10供给外部电源时，与该定子10通过电磁力相互作用而进行旋转的转子20构成。

定子10包括：具有环型结构的磁轭12、从磁轭12朝向转子20沿半径方向突出设置、且沿圆周方向通过规定的槽口14相互隔离的多个磁极16、缠绕在这些磁极16上并与外部电源连接的线圈18。

电动机的定子10通过如下方法来制造，从极薄的电磁钢板，冲出具有磁轭12和磁极16的平面形状的定子片，将这样准备的定子片层叠成一定的高度而制成铁芯，在该铁芯上缠绕线圈18。

在这样的电动机中，伴随其转子的旋转，磁场方向以转子的旋转轴为中心而变化。因此，作为定子及转子用的电磁钢板，使用所谓的无方向性的电磁钢板（例如，参照专利文献1）。

在钢的磁化中存在结晶轴导致的各向异性，<001>最容易磁化且磁滞损失少，其次，<011>容易磁化且磁滞损失少，最难以磁化且磁滞损失大的为<111>。因此，理想的是，在电动机的定子及转子中，使<001>优先在半径方向取向，在容易进行磁化的同时，减小磁滞损失导致的铁损。即，理想的是，<001>以电动机的轴为中心，旋转对称地取向的铁芯材料。

但是，由于现在还没有充分地控制钢板的<001>使之取向的技术，因此，作为次善之策，以避免<111>在半径方向的取向，且避免<001>偏向钢板的特定方向的取向为目的，由新日本制铁（株）、JFE钢铁（株）等开发了如图5所示的完全没有立体取向、且由硅钢构成的无方向性电磁钢板，供实际使用。例如以称为ハイライトコア、ホームコア（都是注册商标）的商品名正在从新日本制铁（株）销售。

但是，在图5所示的没有立体特定取向的无方向性电磁钢板中，尽管容易磁化方向不偏向钢板的特定方向，但是作为结晶的易磁化轴的<001>大多为不沿钢板面，因此不能提高沿钢板面的磁通密度。因此，在电动机的效率提高方面有局限。

因此，从电动机的节能观点考虑，希望开发如下的无方向性电磁钢板，即如图6所示，结晶面{100}相对于钢板面平行，且作为结晶的易磁化轴的<001>沿着钢板面并在钢板的面内呈360度方向均匀取向，从而提高了沿电磁钢板面的磁通密度的无方向性电磁钢板（例如，参照非专利文献1）。

另外，为了提高变压器的效率，希望开发在磁力线的通过方向<001>取向的方向性电磁钢板。

因此，为了提高电动机及变压器等电磁设备的能效，希望控制电磁材料的结晶轴<001>。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：特开2006-87289号公报

非专利文献

非专利文献1：NIPPON STEEL MONTHLY 20054.P11-14

发明内容

发明所要解决的课题

目前，因{011}（压缩面）纤维织构的成长，已知在Al这样的面心立方（FCC）结构的金属中，要实现在压缩轴的周围有旋转对称性的结晶取向，单轴压缩加工是有效的。另外，对于Fe这样的体心立方（BCC）结构的金属，已知通过常温下的单轴压缩加工（冷压缩），{111}+{100}的双重纤维织构，即{111}和{100}与压缩面平行的旋转对称取向，作为对于变形稳定的结晶取向形成。

但是，存在如下问题，即，在对于Fe的现有的单轴压缩加工中，不仅带来具有优异的磁特性的<001>与钢板面平行的取向的{100}，而且不能使<001>在板面内取向的{111}也共同存在。另外，在现有的单轴压缩加工中，在板面内产生{111}一方更加成长的状态，因此，现状是，单轴压缩加工不能作为使<001>在板面内取向的电磁钢板的制造技术而被利用。

目前，不仅单轴压缩加工，而且其它的加工方法也难以控制易磁化轴<001>的方位。因此，可以说以易磁化轴<001>与钢板的表面平行的方式进行控制，获得磁通密度高、铁损低的磁特性优异的无方向性电磁钢板的制造方法不存在。即，易磁化轴<001>在板面内取向的无方向性电磁钢板不存在。

因此，本发明鉴于上述现状，以控制金属的结晶轴为课题。例如，以将铁材料的易磁化轴<001>控制为沿着加工面为课题。而且，以通过将易磁化轴<001>控制为沿着加工面，提供一种沿着板面的磁化容易且可获得高的磁通密度，并且铁损低、磁特性优异的金属材料及其制造方法作为课题。

用于解决课题的手段

一直以来，已知有在高温下对FCC结构的Al-Mg固溶体合金进行单轴压缩变形时，形成包含{110}（压缩面）的结晶取向的技术。但是，本发明人进行用于获得{100}的研究的结果发现，增大变形量时，{100}与形变的增大一起成长，不久，成为仅{100}存在的结晶取向。

对于其机理进行研究的结果实验性地发现，该取向的变化是，当由于变形而位错的量增加时，{100}方位的晶粒因晶界移动而消耗以{110}方位为首的其它结晶方位的晶粒并优先成长而产生。

而且，着眼于如下情况，即，考虑到伴随变形的位错的导入量少，{100}为结晶中的剪切形变量的总和指标即泰勒（Taylor）因子小的结晶方位，且{100}相对于变形是稳定的。

另外，在纯铝（Al）中未发现从该{110}向{100}的变化，因此，推测在Al-Mg合金中伴随压缩的变形，在拖拽（引きずる）作为溶质原子的镁（Mg）氛围气的位错运动为支配性的变形机构的情况下产生，提出了位错的均匀分布带来了{100}方位的晶界移动优先性的假设。

根据该假设，发明人认为，即使是体心立方（BCC）结构的固溶体，也产生与纯金属不同的结晶取向。而且，着眼于在BCC金属的单轴压缩变形中，由于与FCC相比滑动系不同，在室温下也与FCC不同，形成{100}和{111}共同存在的状态，而且{100}的泰勒因子比{111}的泰勒因子低。

因此，得到以下构想，即，只要能够找到拖拽溶质原子氛围气的位错运动成为支配的变形机构，且可进行晶界移动的加工条件，就可以消减{111}，另一方面，开发出制造{100}高频度地沿板面取向的材料的技术。

推定该构想一般可适用于体心立方（BCC）结构的金属材料。因此，作为有效利用该构想的金属材料，对具有体心立方（BCC）结构的铁-硅合金，即硅钢进行了研究，结果发现，为了增大磁通密度，可用加工条件控制必要的结晶粒径的粗大化和板面内的<001>取向。

基于该发现，明确了相对于现有的无方向性电磁钢板的制造方法组合冷加工和热处理，或热加工和热处理这两个处理，仅用热单轴压缩加工或热平面形变压缩加工这样的一个处理，就能够制造易磁化轴<001>被控制为沿加工面的电磁钢板，从而完成了本发明。

本发明的第一方面提供一种金属材料的制造方法，其是制造作为体心立方（BCC）结构的固溶体的金属材料的制造方法，其特征在于，所述金属材料通过在成为BCC单相固溶体的温度区域的热压缩加工，使所述金属材料的结晶轴＜001＞沿所述金属材料的加工面分布。

本发明因不需要加工后的热处理就可以使金属的结晶轴<001>沿加工面分布，其原理可在作为体心立方（BCC）结构的固溶体的金属材料中应用，因此其适用范围广泛。

另外，本发明的第二方面为一种金属材料、例如电磁钢板的制造方法，其特征在于，所述金属材料为Fe-Si合金，将该合金在成为BCC单相固溶体的温度区域加热，以能够维持该BCC单相固溶体中出现的溶质原子氛围气支配位错的运动，且结晶晶界能够以蓄积在晶粒中的形变能作为驱动力而移动的加工状态的形变速度，对所述BCC固溶体进行压缩加工，由此，使｛100｝与加工面平行分布。

以能够维持BCC单相固溶体中出现的溶质原子氛围气支配位错的运动，且结晶晶界能够以蓄积在晶粒中的形变能作为驱动力而移动的加工状态的形变速度，对BCC单相固溶体进行压缩加工时，能够使｛100｝与加工面平行分布。即，<001>沿加工面分布。

另外，本发明的第三方面为第一方面或第二方面所述的金属材料、例如电磁钢板的制造方法，其特征在于，所述体心立方（BCC）结构的固溶体为Fe-Si合金，将所述Fe-Si合金在成为BCC单相固溶体的温度区域加热，在形变速度为1×10^-5s^-1～1×10^-1s^-1的范围内进行压缩加工。

固溶体为Fe-Si合金时，能够维持BCC单相固溶体中出现的溶质原子氛围气支配位错的运动，且结晶晶界能够以蓄积在晶粒中的形变能作为驱动力而移动的加工状态的形变速度为1×10^-5s^-1～1×10^-1s^-1的范围内，进行该状态下的压缩加工时，能够使｛100｝与加工面平行分布。例如，在形变速度为1×10^-5s^-1～1×10^-1s^-1的范围内进行单轴压缩加工时，能够获得特性良好的Fe-Si合金的电磁钢板。在此，理想的是，Fe-Si合金为以重量%计含有1～7%的Si，剩余部分为Fe和不可避免的杂质的Fe-Si合金。

另外，本发明第四方面所述的发明为第三方面所述的金属材料，具体而言，其特征在于，在电磁钢板的制造方法中，所述温度区域为800～1300℃范围内的温度。

通过将温度范围进行限定，能够制造再现性良好、特性良好的电磁钢板。

另外，本发明第五方面所述的发明为第四方面所述的金属材料，具体而言，其特征在于，在电磁钢板的制造方法中，通过所述压缩加工，向所述体心立方（BCC）结构的单相固溶体赋予至少总形变量为-0.5的形变。

通过单轴压缩加工，施加至少总形变量为-0.5的形变，由此，能够确实地获得将<001>控制在板面内的高品质的电磁钢板。形变能低的结晶方位在单轴压缩变形中为{100}（压缩面），此外，由于该方位相对于变形是稳定的，在变形中，晶界移动使得该结晶粒变大，所以只要增大形变量，{100}纤维织构就会成长。形变越大越可获得良好的结果。采用增大总形变量的方法，与加工面平行的{100}的成长显著。

另外，本发明为一种金属材料，其是作为体心立方（BCC）结构的固溶体的金属材料，其特征在于，通过热压缩加工，结晶轴<001>沿加工面分布。尤其是，在由体心立方（BCC）结构的固溶体构成的金属材料中，表示沿加工面的金属的结晶轴＜001＞的分布的结晶方位分布函数（ODF）的φ₂=0°截面的Φ=0°线上的方位密度相对于平均值1为14倍以上。

通过本发明，实现了目前得不到的朝向特定方向的方位密度的高度集中。

在作为体心立方（BCC）结构的固溶体的金属材料中，在溶质原子氛围气拖拽运动成为支配性的变形机构的状态下的热单轴压缩加工中，固溶体内的位错同样地分布，因此，根据伴随位错的形变能的分布而引起晶界移动。这样一来，形成形变能小的{100}与板面平行成长的状态。进一步，在进行热轧加工或热平面形变压缩加工的情况下，<001>朝向伸长方向。即，在任何情况下都将<001>控制为沿着加工面。

所述体心立方（BCC）结构的固溶体为Fe-Si合金的金属材料，具体而言，在电磁钢板的热单轴压缩加工中，也能够容易地实现调查＜001＞的分布的结晶方位分布函数（ODF）的φ₂=0°截面的Φ=0°线上的方位密度相对于平均值1为14倍以上的电磁钢板。

在现有的板材中，结晶方位分布函数（ODF）的φ₂=0°截面的Φ=0°线上的方位密度相对于平均值1为2以下。

控制{001}的分布使其与加工面平行的Fe-Si合金的电磁钢板与现有的无方向性电磁钢板相比，其特性优异。

发明效果

根据本发明的金属材料及其制造方法，可获得其结晶轴被控制的金属材料，尤其是对于电磁钢板而言，可提供铁的易磁化轴<001>被控制为沿着加工面、磁通密度高且铁损低的磁特性优异的电磁钢板。

附图说明

图1是通过使用本发明的热单轴压缩加工的制造方法制造的无方向性电磁钢板的结晶方位分布函数（ODF）的φ₂=0°截面图；

图2是现有的无方向性电磁钢板的结晶方位分布函数（ODF）的φ₂=0°的截面图；

图3是说明变压器的电磁钢板中的磁力线的流动的图；

图4是使用电磁钢板的电动机的构成图；

图5是表示现有的所谓无方向性电磁钢板的结晶分布的概略图；

图6是表示通过本发明的制造方法制造的无方向性电磁钢板的结晶分布的概略图；

图7是说明单轴压缩加工的情况的图，（a）压缩前，（b）压缩后；

图8是说明进行平面形变压缩加工的情况的图，（a）（b）加工夹具，（c）加工前的试样，（d）加工后的试样；

图9为说明轧制加工的图；

图10为说明多向轧制加工的图；

图11为说明拉模加工的截面图；

图12为体心立方（BCC）结构的模型图；

图13为表示电动机的定子中的易磁化轴<001>方位的情况的图，（A）现有的无方向性电磁钢板，（B）理想的电磁钢板；

图14是表示电动机的定子中的{100}极点图的图，（A）现有的无方向性电磁钢板，（B）本发明涉及的电磁钢板；

图15是表示现有的无方向性电磁钢板（虚线）和本发明涉及的电磁钢板（实线）的磁特性的图。

具体实施方式

下面，对本发明的电磁钢板及其制造方法的实施方式进行说明。

在高温下使金属材料变形时，各种各样的机构有助于变形。一般而言，在金属材料中通过位错的运动进行变形是基本的机构。

支配位错运动的现象之一，是通过某范围的温度和形变速度的组合，在固溶体合金中出现的溶质原子氛围气的拖拽运动。这种运动称为位错被溶质原子包围进行运动的状态。例如，在Fe-Si合金中，作为溶质原子的Si以比结晶整体的平均浓度高的浓度形成位错周围存在的溶质原子氛围气，在某范围的变形条件下，位错不能从溶质原子氛围气脱出，一边拖拽位错一边进行运动。这样一来，位错因拖拽溶质原子氛围气，其运动速度降低。其结果是，该位错与在常温附近的变形不同，变得在结晶内均匀分布。即，进行溶质原子氛围气的拖拽运动的位错，容易变得在结晶内均匀分布。

在此，位错为晶格缺陷，具有形变能。有助于变形的位错的量因结晶方位而不同，因此，即使给予相同的变形量，在每个晶粒中位错的量也不同，其结果是，每个晶粒中所蓄积的形变能不同。但是，在通常的加工条件下，位错以彼此抵消变形能的方式分布，因此，每个晶粒的位错密度的不同不作为原来蓄积的形变能的差反映。

与此相反，在作为本发明中的变形条件的、产生拖拽溶质原子氛围气的位错运动的高温下的压缩加工中，位错均匀分布，因此，位错彼此抵消形变的效果小，位错的量不同反映为原来蓄积的形变能的不同。

这样，当溶质原子氛围气支配位错运动时，各个晶粒所具备的形变能的量强烈地依存于结晶方位。于是，形变能小的晶粒变大，形变能小的晶粒的结晶晶界优先进行移动。

形变能低的结晶方位，在体心立方（BCC）结构的固溶体的单轴压缩变形中为{100}（板面），在轧制等平面形变压缩变形中为{100}（板面）、<001>（伸长方向）。因此，这些结晶方位的晶粒消耗其它结晶方位的晶粒而成长。

另外，由于{100}的方位在压缩变形中对于变形是稳定的，因此，在变形中，晶界进行移动使该晶粒变大，因此，只要增大形变量，在单轴压缩变形中，{100}纤维织构成长，在平面形变压缩变形中{100}<001>织构成长。

在此，{100}表示加工面，<001>表示延伸方向。

本发明是基于上述见解而完成的，在本发明的方法中，在单轴压缩变形、平面形变压缩变形的任一变形中，{100}都与板面平行取向。在压缩变形中，结晶面{100}与板面平行地取向，尤其是在单轴压缩加工中，以作为结晶面{100}的法线的<100>为旋转轴，在相对于板面内的压缩方向成直角的方向，结晶方向<001>在360度均匀且密集地进行分布。另外，在轧制等平面形变的变形中，当板材的厚度因压缩加工而减少时，板材向一个方向伸长。该情况下，<001>在伸长方向密集分布。

在制造易磁化轴<001>与钢板的表面平行地分布的电磁钢板时，对于Fe-Si合金，将至少含有Si，且剩余部分包含Fe和不可避免的杂质的合金在成为体心立方（BCC）结构固溶体的温度区域加热，在该状态下，以能够维持拖拽所述BCC固溶体中产生的溶质原子氛围气的位错的运动成为支配性的变形机构，而且，结晶晶界能够以晶粒中蓄积的形变能作为驱动力而移动的加工状态的变形速度，对所述体心立方（BCC）结构的固溶体进行单轴压缩加工或轧制等平面形变压缩加工，通过该加工，使{100}与加工面平行地高密度地分布。

而且，决定加工条件的温度和形变速度，为温度区域在800～1300℃范围内的温度和形变速度在1×10^-5s^-1～1×10^-1s^-1范围内的形变速度。

通过压缩加工施加于体心立方（BCC）结构的固溶体上的形变量的合计以真实形变计为-0.5以上。作为目标的状态，与形变量的增大一起单调地成长，当形变量少时，成为不充分的成长状态，但只要变形量增大就形成优异的状态，因此，施加的形变量没有上限，并且，也可以分多次施加形变。

另外，对成分进行说明时，体心立方（BCC）结构的固溶体中的Si是为了使钢板的固有电阻增大且使涡电流降低、改善由涡电流引起的铁损值而添加的。体心立方（BCC）结构的固溶体只要是BCC单相即可，可以不是二元系的合金，也可以是还含有Si以外的成分的三元以上的系。体心立方（BCC）结构的固溶体为Fe-S i合金时，Si含量为1～7重量%程度的组成范围。在S i的含量不足1重量%时，不能充分获得低铁损需要的固有电阻，当其含量超过7重量%时，在压缩时裂纹显著增加，压缩加工变得困难，所以，Si含量优选将下限设定为1重量%，上限设定为7重量%。

作为Fe-Si合金的不可避免的杂质，可以举出：C、Mn、P、S、Al、N等，但尤其是对于与S相互反应并析出微细的硫化物MnS而使磁特性显著劣化的Mn和阻碍加工性的P而言，优选设定为不足0.01重量%，对于阻碍晶粒成长的S而言，优选设定为不足0.0001重量%。

体心立方（BCC）结构的固溶体为Fe-Si合金时，对其进行加热的温度设定为成为BCC单相的温度区域的温度，即为800～1300℃范围内的温度。这是因为，S i含量在2～5重量%的范围内时，从低温到熔点总是作为BCC的Fe-Si合金，在Si含量不足2重量%时，依存于其含量，在高温下一旦成为FCC，就有可能阻碍{100}纤维织构的形成。因此，作为含有Si的含量不足2重量%的温度区域，作为成为BCC单相的温度区域的温度，在800～1300℃的温度范围内的低温度侧进行加热。

BCC单相固溶体的压缩加工时的形变速度，表示每单位时间给予多少形变，是所谓的加工速度。用加工速度快或慢，改变支配有助于变形的位错运动的机构。因此，在将体心立方（BCC）结构的固溶体加热到成为BCC单相的温度区域的温度的状态下，加工速度被限制为能够保持BCC固溶体中出现的溶质原子氛围气支配位错的运动的加工条件的速度。体心立方（BCC）结构的固溶体为Fe-Si合金时的形变速度，通过与800～1300℃温度范围内的温度的组合，在1×10^-5s^-1～1×10^-1s^-1范围内设定。

确认对于S i含量为3重量%的Fe-Si合金而言，在温度900℃时，形变速度为1×10^-5s^-1～5×10^-2s^-1的范围，在温度1250℃时，形变速度为1×10^-4s^-1～1×10^-2s^-1范围。其结果是，基于用于在含量增大的同时获得相同取向的条件，形变速度若相同，则向低温侧变化，在使含量增大且将温度设定为一定的情况下，用于获得相同取向的加工速度增加的假设，作为通过以上述范围内的Si含量及与温度的组合使用的单轴压缩加工而施加于Fe-Si合金的形变速度来决定该形变速度的范围。

<实施例>

作为材料的体心立方（BCC）结构的固溶体，是由厚度20mm、宽度140mm、长度290mm的板，利用电火花加工机制作的直径12mm、高度18mm大小的截面为圆形的柱状的钢片，所述板是对进行真空熔炼而制作的40kg的钢锭进行精轧厚度为40mm的热轧（加热温度1100℃×60分钟、精轧温度850℃以上），将其切断成长度320mm之后，再进行精轧厚度为20mm的热轧（加热温度1100℃×60分、精轧温度850℃以上），然后，将这样得到的钢板切断而制作的。

另外，钢锭为将Si设定为1.5、3、4、5重量%，将不可避免的杂质Mn及P设定为不足0.01重量%、将S设定为不足0.001重量%而制作的，但在四种材料A、B、C及D中，如从下表1所示的制作后的分析值明了的那样，除了Mn、P、S之外，作为不可避免的杂质含有表中所示的重量%的C、Al、N等。

［表1］

在用加热炉将上述组成的各钢片于900℃或1250℃进行加热的状态下，以1×10^-5s^-1～5×10^-2s^-1范围内的形变速度直到真实形变为-1.0，通过单轴压缩分别加工为直径20mm、高度6.6mm，在常温大气中进行缓冷，分别获得钢板。

在单轴压缩加工中，使用图7所示的负载容量2吨的拉伸试验机（岛津オ一トグラフ）的十字头速度一定的功能。在用拉伸试验机进行压缩加工时，在上下安装圆柱状的压缩夹具，在其间放入作为试样的钢片，从上下施加力，为了在压缩加工中将温度保持在一定，将上下的压缩棒和钢片整体放入加热炉内。在图7中，将热源模型化进行记载。

在所得到的钢板中，将由以温度900℃、形变速度5.0×10^-5s^-1加工的Si含量3重量%的材料B制造的电磁钢板分成两部分，使高度成为二分之一，制作直径20mm×3.3mm的圆板形状的测定试样，以切断的面为对象，对面进行研磨之后，用称为Schul z反射法的X射线衍射法测定结晶的方位分布，得到结晶方位分布函数（ODF）。具体而言，通过Schulz反射法，用分别计测获得的数据描绘{100}极点图、{110}极点图、{211}极点图，用计算机计算能不矛盾地说明三个极点图的、表示三维结晶方位分布的结晶方位分布函数（ODF）。

图1是以能不矛盾地说明三个极点图的方式进行计算机计算而获得的ODF的φ₂=0°截面图。在同图中，φ₁、Φ、φ₂为欧拉角，沿四边形的上边和下边的等高线表示在钢板面内的结晶方位密度的分布。等高线的数值表示以相对于平均值1的倍数表示的方位密度，在同图中，在数值20和1的等高线之间，依次描绘数值18、16、14、12、10、8、6、4的等高线。可知在图1的上框即Φ=0°的线上，即使是在最低的区域也看到超过14倍的高的聚集，形成尖锐的{100}纤维织构。该值为远远超过图2所示的现有的无方向性电磁钢板的值的优异的值。

图2是用现有的方法得到的作为现有的无方向性电磁钢板而大量使用的无方向性电磁钢板的φ₂=0°截面图，可知沿上边的方位密度为0.5～2.0，且为基本无织构的状态。

另外，在实施例中，对加工前的材料的结晶方位分布没有提及，这是因为不管加工前的状态为怎样的状态，只要增大形变量，通过热压缩加工就能形成{100}与加工面平行取向的{100}纤维织构。当然，也可以准备具有与现有的无方向性电磁钢板同样的结晶方位分布的材料。另外，在上述的实施例中，材料的截面为圆形，但也可以是圆之外的方形或多边形的截面的板或柱体。另外，根据同样的理由，施加单轴压缩加工的面也可以是平面之外的任意形状。

在此，对作为电磁钢板的主要用途的电动机的容易磁化方向的情况具体地进行说明。圆板状的定子材料是冲出中心部分和槽来使用。因此，作为定子材料，图4的磁极16部的特性很重要。

图12表示BCC结构的模型。BCC结构具有上下左右的对称性，因此，该图所表示的[100]、[010]、[001]是等价的，将这三根结晶轴总称表示为<001>。另外，立方体的面全部是等价的，因此，总称为面的{001}、{100}、{010}表示相同的内容。

下面，图13（A）表示电动机的定子用的现有无方向性电磁钢板的易磁化方向的情况。在现有的电磁钢板中，易磁化方向立体地朝向360度的各个方向。另外，在图13（B）中表示大致理想的电磁钢板中的易磁化方向。

另外，图14表示{100}极点图的易磁化方向的<001>的分布情况。图14（A）是现有无方向性电磁钢板的分布情况，图14（B）是本发明涉及的电磁钢板的<001>的分布情况。图中的数字表示<001>的密度相对于平均值1集中的程度。

在现有无方向性电磁钢板中，给予特性大的影响的外周部的最小值为平均值的0.8倍以下。另一方面，观察图14（B）所示的本次开发的电磁钢板的极点图时，外周部的最小值为平均值的1.6倍以上，中心部超过平均值的19倍，因此，可知重要的外周部的<001>密度比现有技术的现有的材料大且高。

图15表示本发明的电磁钢板的磁特性。图中的虚线为现有无方向性电磁钢板的磁特性，实线为本发明的电磁钢板的磁特性。显然，对于施加的磁场，可期待获得大的磁通密度，且关系到电动机等的电磁设备的特性改善。

另外，在实施例中，示出了对单一的材料进行单轴压缩加工的例子，但考虑到批量生产，也可以用负载容量大的专用的压缩机层叠多个材料并同时进行压缩加工，也可以增大材料的尺寸。

另外，作为压缩加工的方法，即使用图8所示的平面形变压缩加工，通过满足上述的加工条件，也可获得{100}与板面平行取向的结果。

另外，为了进行批量生产，也可以是图9所示的轧制加工，在图9所示的一方向的轧制加工中，{100}与轧制面平行地成长，能够获得<001>大多分布在轧制方向的板材。另外，在进行图10所示的多方向的轧制加工时，可以使<001>在面内多方向分布，获得与单轴压缩加工同样的效果。

另外，如图11所示，在加热状态使部件通过拉模时，能够获得线状的金属材料。材料的<001>与延伸方向一致，因此使磁力线通过延伸方向时可获得良好的特性。

另外，也可以增大形变量，制成更薄的电磁钢板，这样一来，得到的电磁钢板的磁特性更优异，这从上述的说明中可明白。由于本加工在高温下实施，因此，加工后残留的晶格缺陷量少，通过加工后实施短时间的退火，能够制成进一步降低晶格缺陷量的无方向性电磁钢板。

作为本发明的实施例，虽采用作为电磁材料的Fe-S i，但本发明可适用于在体心立方（BCC）结构的状态下可进行热压缩加工的金属材料。通过应用本发明，通过热压缩加工能够获得{100}与加工面平行成长的金属材料。

产业上的可利用性

根据本发明，结晶轴的方位被控制的金属材料例如电磁材料的制造方法得以明确，且通过提供优良特性的电磁材料，能够减少电磁能的损失，关系到社会整体的成本降低，并且，对环境问题也有益。

符号说明

10电动机的定子

12磁轭

14槽口

16磁极

18线圈

20电动机的转子

31磁芯

32线圈

33磁力线

Claims

1.一种金属材料的制造方法，所述金属材料为体心立方(BCC)结构的固溶体，其特征在于，通过将所述金属材料在成为体心立方(BCC)结构的单相固溶体的温度区域加热，以能够维持在所述温度区域所述金属材料的溶质原子氛围气支配位错的运动，且结晶晶界能够以蓄积在晶粒中的形变能作为驱动力而移动的加工状态的变形速度，对所述金属材料进行热压缩加工，使所述金属材料的结晶轴＜001＞的取向沿所述金属材料的板面并在板的面内呈360度方向均匀分布。

2.一种金属材料的制造方法，其特征在于，所述金属材料为Fe-Si合金，将该合金在成为体心立方(BCC)结构的单相固溶体的温度区域加热，以能够维持体心立方(BCC)结构的单相固溶体中出现的溶质原子氛围气支配位错的运动，且结晶晶界能够以蓄积在晶粒中的形变能作为驱动力而移动的加工状态的变形速度，对所述体心立方(BCC)结构的固溶体进行热压缩加工，由此，使{100}与加工面平行分布。

3.权利要求1或2所述的金属材料的制造方法，其特征在于，所述体心立方(BCC)结构的固溶体为Fe-Si合金，将所述Fe-Si合金加热到成为单相固溶体的温度区域，在形变速度为1×10^-5s^-1～1×10^-1s^-1的范围内进行热压缩加工。

4.权利要求3所述的金属材料的制造方法，其特征在于，所述温度区域为800～1300℃范围内的温度。

5.权利要求4所述的金属材料的制造方法，其特征在于，通过所述热压缩加工，向所述体心立方(BCC)结构的单相固溶体赋予以真实形变计至少总形变量为-0.5的形变。

6.一种金属材料，其为体心立方(BCC)结构的固溶体，其特征在于，通过所述金属材料的制造时的热压缩加工，形成了表示沿压缩加工面的金属的结晶轴＜001＞的分布的结晶方位分布函数(ODF)的φ₂＝0°截面的超过1的方位密度连续的等高线在φ₁的0°～90°之间沿φ＝0°和90°的线在其附近存在的{100}纤维织构。

7.权利要求6所述的金属材料，其特征在于，所述体心立方(BCC)结构的固溶体为Fe-Si合金。