JPS6176617A - スピノ−ダル分解型磁石合金の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスピノーダル分解型磁石合金として知られる鉄
−クロム−コバルト合金および鉄−クロム−コバルト−
シリコン合金の製造方法の改良に関するもので、その目
的とするところは溶体化熱処理を容易に行うことが出来
、冷間加工性を改善し、且つ製造原価を低減させた安価
な磁性材料を提供しようとするものである。

現在工業的に広く使用されている永久磁石合金には、ア
ルニコ系永久磁石合金とバリウム・フェライト系永久磁
石とがある。前者に於ては、比較的高い磁束密度と高い
エネルギー積を有するため過去約４０年の長い期間、永
久磁石業界の王座を占めて来た。

又後者に於ては、前者よりかなり遅くではあるが、保磁
力が高いことと、且価格が低置であるという特長を持つ
ため、アルニコ系合金に劣らず、今日に於ては多量に使
用されている。

然るにアルニコ系合金は、その材質が硬く且つ脆いため
、鋳造法による場合以外に製造法が困難であシ、又、そ
の仕上機械加工方法も、主として砥石による研削法によ
る場合以外むずかしいので、製造能率および形状に制限
のある点が宿命的な欠点であった。

又一方バリウム・フェライト磁石についても同様に硬く
、且つ脆いため、機械加工性は更にむづかしく、さらに
また粉末成型法にて製造するため同様に形状に制限のあ
ることは、アルニコ系合金と同様である。

以上の如き両者の短所を解消して出現したものがＦｅ　
−Ｃｒ　−Ｃｏ系及びＦｅ　−Ｃｒ　−Ｃｏ　−Ｓｉ系
合金でアシ、その磁気特性はアルニコ系合金に匹敵する
値を有し、鋳造法は勿論、鋼塊を造って、熱間圧延およ
び冷間圧延、引抜、プレス等の塑性加工が可能のため、
製造能率が非常にすぐれており、工業的に前記二者と匹
敵又は優る生産、需要が期待されている。

しかしながら、このＦｅ　−Ｃｒ　−Ｃｏ系及びＦｅ　
−Ｃｒ　−ｃｏ　−Ｓｉ系合金を工業的レベルで生産を
行う場合、これらの合金が発明されて、未だ日が浅いた
め、猶いくつかの問題点を改善する必要があることが認
められた。

次に、それらの点について説明する。

（［）　　この系の合金は、金属組織的に、相中にγ相
が残留する場合は、磁気特性が低いので、１３ｏ。

℃以上の高温で加熱保持後、迅速に急冷焼入れを行う。

即ちα相単一溶体化処理（以下略して溶体化処理という
）を行いα単−相にしておかねばならない。

工業的手段として１３００℃以上の高温で加熱保持する
という事は、耐火物の損耗に゛よる設備寿命の短い事、
消費熱量の増大、又は、高温度到達までの時間が長くか
かるため作業能率が悪い事、等のために製造原価が高く
なシ、又生産能率が悪い事になるので、よシ低い温度で
も行える製造法が望まれている。

（１１）　　この系の合金は前述したように高温にて溶
体化処理を行う必要があるが、その処理後の合金の結晶
粒度は非常に大きいことが特長である。一般に結晶粒度
が大きいことはそれ以後に行われる冷間塑性加工に対し
ての破壊抵抗が低いので、その加工限界が小さく、その
結果として加工能率が悪いことが指摘されている。

実際、この系の合金を冷間引抜又は冷間伸線を行う場合
、ダイス１回の引抜加工率は約５チ前後であり他鋼種が
一般に１０％以上可能であることと比較するとその冷間
加工能率は改善の必要がある。

（ｉｉｉ）　　製造原価を極力低くすることは、工業化
を図る上に基本的のものである。本合金の主要構成金属
元素としては、コバルト、クロム、及び鉄であるが、コ
バルトは主として金属コバルトに依存するより方法が無
く、又鉄は本来他の金属と比して廉価であるため他の材
料を使用しても著しい原価の低減にはならない。然るに
クロムは、金属クロムとその他に鉄を約４０９１Ｇ含有
している合金鉄、即ちフェロ・クロム、例えばＪＩＳ　
Ｇ　２３０３フエロクロム及びその相轟品の両者があり
、容易に入手し、使用出来るが、前者と後者とではその
旺あたりの純分価格が約３〜４倍も相違し、前者の方が
高価であるので、その選択は材料費の高低に大きな影響
がある。又品質面よシ考えれば、金属クロムは純度が良
好であるため、それを使用して得られるこの系の合金の
特性も安定性を有しているが、材料構成費が高くなるの
で、製造原価を極力低置にすると云う点からは好ましい
ものではない。又一方、フェロ・クロムを使用してクロ
ムを含有せしめる方法は、材料価格が非常に廉いが、有
害な不純物元素、例えば窒素、炭素等を含んでいるので
得られたこの系の合金の磁気特性が非常に不安定になシ
、品質面よシ考慮した場合、簡単には採用することは出
来ない。

以上のこれらの問題点を改善するために本発明者等はこ
の合金基本成分に添加する元素として想像出来る金属（
例えばＡＡ　＋　Ｔｉ　、　Ｃｕ　、　Ｎｉ　ｒ　Ｚｒ
　＋Ｍｏ　、　Ｗ・・・等）を添加して製造方法の改善
の諸口を模索したところ、ｚｒ以外の金属では上述の問
題点に対して著しい効果改善は見られなかったがＺｒ　
（ジルコニウム）を溶解作業中に添加して製造する方法
が非常に効果のあることを見出したので、この金属元素
の効果について一連の実験を行った。

本発明に適用される合金組成範囲は１０〜３５％Ｃｏ　
、　２５〜４０％Ｃｒ　、残部Ｆｅ及び１０〜３５％ｃ
ｏ、２５〜４０％Ｃｒ　、　０．３〜２．０％Ｓｉ、残
部Ｆｅの二種類の合金系であシ、その夫々に対して含有
させるＺｒの重量％の範囲については後に詳述するが、
０．０３〜３．５％である〇 以下に本発明になるＺｒを溶解作業中に添加して製造す
ることによシ、以后の水系磁石合金の製造方法を改善し
、又、その製造原価を低減出来ることについて実施例を
以って説明する。

実施例　１ 溶体化処理温度を降下させることが出来る例。

高周波電気炉を用い、金属コバルト、金属クロム、金属
シリコン、金属ジルコニウム及び純鉄を原材料として、 （り　　Ｆｅ　−Ｃｒ　−Ｃｏ系でＺｒを添加したもの
３種類Ｆｅ　−Ｃｒ　−Ｃｏ系でＺｒを添加しないもの
３種類（ｉｉ）　　Ｆｅ　−Ｃｒ　−Ｃｏ　−Ｓｉ系で
Ｚｒを添加したもの３種類 Ｆｅ　−Ｃｒ　−Ｃｏ　−Ｓｉ系でＺｒを添加しないも
の３種類 計１２種類の化学組成を有する鋼種について溶解を行い
、金型に鋳造した。

得られた鋼塊よシ縦１０粍、横１０粍、長１５粍の試料
を切シ出し、溶体化処理の試験に供した。

即ち１．１４００℃より１１５０℃までの温度範囲で２
５℃毎に低減し各温度で３０分間加熱保持後４〜５℃の
氷水中に迅速焼入れを行い、試料の中央断面を光学顕微
鏡によシ観察し、その組織がα相単相か、又はα＋γ相
の二相共存かを判定し、溶体化処理の難易を試験した。

又更に磁気特性の優劣を比較するために代表的な試料を
選び下記の熱処理を施して試験に供した。

前記溶体化処理→６４０℃４０分間磁界中等温処理（３
０００ｏｅ　）＋６００℃１時間、５８０℃１時間、５
６０℃１時間、５４０℃５時間の多段時効処理。

得られた結果を表示すると下記の表及び第１図のようで
ある。

但し、Ｏ印・・・α相単独、・印・・・α＋γ相共存以
上の実施例よυ明らかのように、Ｆｅ−Ｃｒ　−Ｃｏ系
につし・では、ｚｒを添加することによってそ、　の溶
体化処理温度を約７５℃降下させることが可能でラシ、
本合金の主要特性である磁気特性についてはＺｒを添加
させ、その溶体化処理温度を７５℃降下させたものは、
Ｚｒの添加のない７５℃高温にて溶体化処理を行ったも
のと同等の特性を維持することが出来る。又Ｚｒを添加
しな（・′で溶体化処理温度を７５℃降下させて、γ相
の発生を生じたものは、明らかに特性の劣化を起こし、
実用には供し得ない。

又Ｆｅ　−Ｃｒ　−Ｃｏ　−Ｓｉ系に於ても全く同様の
ことが明瞭である。１３００℃附近の高熱作業を７５℃
降下させ得ることは、金属工業に於てはその設備維持、
作業性、能率面、及びその原価の低減に寄与することは
顕著なものである。

実施例　２ 冷間加工が容易になる例 高周波電気炉を用い、金属コバルト、金属クロム、金属
シリコン、金属ズルコニウム及び純鉄を原材料として、
Ｃｏ　２３％ｐ　Ｏｒ　２８％、Ｓｉ１．０係を標準組
成とするＦｅ　−Ｃｒ　−Ｃｏ　−Ｓｉ系についてＺｒ
の添加含有されたものと、然らざるもの各１種類宛の溶
解を行い、それらを９０粍角、長さ１０００粍の金型に
鋳造して鋼塊を作成した。得られた鋼塊の化学組成は、
夫々Ｃｏ　２２．９％、　Ｃｒ２７、９チ、　Ｓｆ　Ｏ
，９８％、　Ｆｅ残及びＣｏ２３．０１％、Ｃｒ２７．
８％、Ｓｉ１．００％、Ｚｒ０．７２％。

Ｆｅ残であった。

次にこれらの鋼塊を表面庇取加工後、５０粍角に分塊圧
延を施してビユレットに成し、更に熱間加工によシ径１
０粍の粗丸棒に加工を行った。この時の熱間圧延開始温
度は１２８］Ｃで終了温度は９８０℃であった。

次に各粗丸棒を１０００粍に切断後、１３ｏ。

℃で３０分間加熱・保持後、氷水中に焼入れ、素材硬度
を軟化させ、冷間引抜加工を容易にさせる準備を行った
。又表面の酸化膜を除去するために最後に塩酸液にて酸
洗し、表面を清浄にして冷間引抜作業の前処理を終了さ
せた。

冷間引抜作業はドローベンチを用い、始め径９．５粍の
合金ダイスにて引抜いた。

結果としてＺｒの添加含有された１０粍径の試料は容易
に引抜くことが出来たが、Ｚｒの添加されない］０粍径
の試料は、ダイスに焼付くとともに、途中で破断し引抜
くことは出来なかった。そこで、Ｚｒの添加されない試
料については、他の同種の試料を用いて９８粍の径のダ
イスを用いて引抜いたところ、今後は途中で破断するこ
となく引抜くことが出来た。

この作業は、更に回数に増して試みたが、同様な結果で
あったので、この事実よ、！１ｌｌＺｒの添加含有効果
は冷間引抜加工性に於ても改善出来ることが見出された
。

第２図に両者の溶体化処理後の顕微鏡組織図を示すが、
明らかにＺｒの添加含有されている試料の結晶粒の大き
さは、そうでないものに比較して非常に細いことが観察
され、上述の事実が裏付けされている〇 実施例　３ Ｃｒ成分構成のためＦｅ　−Ｃｒを用いてもＺｒの添加
により、金属Ｃｒを使用したときと同等の品質が得られ
る例。

工業的に製造を行うについては、製造原価を極力低くす
ることが原則であるので、材料費の低減化を企画し、工
業化の規模に於てＦｅ　−Ｃｒ　−Ｃ。

−３ｉ系について、Ｃｒ成分としてＦｅ　−Ｃｒ　（Ｃ
ｒ含有量６２％　ＪＸＳＧ２３０３フェロ・クロム）材
を用いて溶解を行い、ｚｒの添加のものと、Ｚｒの添加
のないものとの優劣を比較対照した。

溶解炉を用いて、今回は前述の如く、金属クロムを使用
せず、Ｆｅ　−Ｃｒ　（Ｃｒ含有量６２％）、金属コバ
ルト、金属シリコンおよび純鉄を用いて溶解し、金属Ｚ
ｒを添加含有させたものと、含有させない場合の２通シ
の方法を行い、９０粍角の鋼塊を鋳造した。

鋼塊は表面庇取後１２８０℃３０分間加熱後分塊圧延機
にて５０粍角のビユレットに圧延加工し、更に１２８０
℃３０分間加熱して熱間圧延機にょシ径１２粍粗棒にま
で加工を行なった。これらの相棒よシ径１０粍、長さ１
５粍の試料を夫々製作し溶体化処理温度を１３５０℃よ
、！１）１１５０℃までの温度範囲として、２５℃毎の
各温度で３０分間加熱保保持連〜５℃の氷水中に迅速焼
入れを行ってから、顕微鏡組織検査にょシ、溶体化の状
況を判定した。又代表的な試料については磁気特性を附
′与させる熱処理を施し、磁性の測定を行った。

この熱処理の漬法は実施例１に記述した方法と同じであ
る。

次にその結果を示す〇 以上の結果より明らかなことは、ｚｒを添加することに
よｐ、Ｃｒ構成４分としてＦｅ−Ｃｒ原材料を使用する
ことが可能になシ、逆に言えばＺｒを添加しない場合は
Ｆｅ　−Ｃｒ原材料を使用出来ないことを示している。

即ちＺｒを添加しないものは１３５０℃の高温の溶体化
処理を行ってもα単相が得られないがＺｒを添加するこ
とによって１２２５℃の如き低い温度における溶体化処
理によってα単相が得られ、磁気特性の劣化を来たさな
い素地を形成している。

Ｆｅ　−Ｃｒ原材料を使用する製造法はこの磁石の製造
原価を低減出来るもので、その効果は著しい。

この事は、Ｆｅ−Ｃｒ材料中に含まれる有害成分である
、炭素、窒素、酸素等の不純物が、溶体処理を難しくし
ているように窺れ、これらの悪影響をＺｒの添加によっ
て改善しているように思われる。

実施例　４ Ｃｏ含有量の低減とＦｅ　−Ｃｒ材使用の両面よシ投人
材料を低減する製造方法の例。

先の実施例３に記載したように、Ｚｒを添加・含有させ
ることによシ、この系の合金に材料費の低置なＦｅ　−
Ｃｒ材を使用して、主特性である磁気特性が安定的に得
ることができ、製造原価の安価な磁石を製造できること
を例示した。

これから説明する実施例４は、実施例３と同様に原価低
減に繋がる施策であるが、この実施例の特徴は先の実施
例１乃至３が、いずれもＣｏ含含有量２１一〜２３チ範
囲に於ける合金組成のものであったのに対して、Ｃｏ含
有量をよシ低減させた１０％〜２０％に於て、更にＺｒ
を添加含有させ、Ｆｅ　−Ｃｒ材を使用することによっ
て、ｃｏ量の節減と、Ｆｅ−Ｃｒ材使用とによる二重の
材料費の低減を図り、且つ磁気特性を維持、安定させた
ものである。

従来この合金系の永久磁石特性を附与する一般的な方法
は、溶解、鋳造、加工、溶体化処理を経過してよシ、磁
場中（又は無磁場中）等温処理を行い、続いて時効処理
を一段又は多段的に行うことであった。然るに、上記の
方法の中で磁場中（又は無磁場中）等温処理を行った後
に、指向性の冷間加工例えば、スエーデイング、圧延、
引抜、伸線を適度に加えてから、時効処理を行うことに
よシ、先の一般工程による場合より優れた磁気特性が得
られることが知られている。

又、一般工程によって得られる程度の磁気特性を維持す
る為であるならば、コバルト含有量をかなシの程度に減
少させても、この加工法を採用することにより、実現出
来ることが併せて知らせている。

ここに掲示した実施例は、コバルト含有量を低位の範囲
に於て、且Ｆｅ−Ｃｒ材を使用して、上述の等温処理後
の冷間加工を行う場合のＺｒ添加・含有の動量について
述べたものである。

高周波電気炉を用い、金属コバルト、Ｆｅ−Ｃｒ（Ｃｒ
含有量６２　％　）　、金属シリコン及純鉄を使用し、
金属Ｚｒを添加含有させたものと、含有させないものと
に区分して次の６種類の溶解を行い、９０粍角の鋼塊を
夫々鋳造した。次にこれらの鋼塊を庇取後、１２８０℃
３０分間加熱後分塊圧延機にて５０粍角のビユレフトに
圧延加工し、更に１２８０℃３０分間加熱して、熱間圧
延機によシ径９粍の粗丸棒に加工した。得られた粗丸棒
を長さ３０糎に切断後、１２５０℃にて３０分間加熱保
保持水中で迅速に焼入れを行った。次に６４０℃４０分
間２００００ｅの磁界中にて等温磁場処理を行った。

これらの試料を酸洗後ドローペンチを用いて冷間引抜を
行い、径の順次小さい合金ダイスにて数段の引抜加工後
径５．５粍の丸棒に仕上げた。これらを長さ１５粍にて
切断後６００℃１時間、５８０℃１時間、５６０℃１時
間、５４０℃５時間の時効処理を施してから磁気試験を
行った。

下記にその結果を表示すると、 上記の結果よりＣＯ量１０％、及び１５チに於ていづれ
もＺｒの添加含有されたものは明らかにＺｒの添加含有
されないものよシ磁気特性は優れ、Ｚｒの添加の効果が
あることが判る。又、ＣＯ量７チのものはＺｒの有無に
拘らず、その磁気特性は低下しておることにより、Ｃｏ
量が１０％を越えて低減されると磁石としての本来の効
力を失うことが窺える・ Ｃｏ　１５　％　ｙ　Ｃｒ　２８　％　ｙ　Ｓｔ　１　
％　ｒ　Ｚｒ添加して製造されたものは標準の永久磁石
特性を得ておシＣｏ量の低減とＦｅ　−Ｃｒ材の低価格
原材料の使用とにより製造原価の藩しい低減を計り得る
ことが出来る。

実施例　５ Ｆｅ　−Ｃｒ材を用いた場合Ｚｒ添加含有量の有効範囲
を示す例。

Ｚｒ添加の効果が、この合金系に明瞭に認められたので
、Ｚｒ添加量の異・なる種々の組成合金を作成し、Ｚｒ
含有量の有効範囲を調査したＱ以下にその実験の内容に
ついて述べる。

高周波電気炉を用い、Ｆｅ−Ｃｒ（Ｃｒ含有量６１．３
％Ｌ金属コバルト、金属シリコン、金属ジルコニウムお
よび純鉄を原材料として、溶解量が約６０ｋｌｉの規模
の実験を行った。

ｚｒ金含有ついては無添加のものも含めて、それぞれ含
有量の相違する１５種類の試料を作成した。試料の鋼塊
は１５粍角、長さ１００粍のものに鋳込まれた。

これらのＺｒの含有量の相異する試料の作成方法は同一
溶解の溶融合金の中に逐次Ｚｒを投入し、その都度試料
を採取し、次第にＺｒ含有量の高い試料を順次製作する
方法を採った。

この方法は溶解環境条件が略同−と見做し得るので、得
られる測定値もＺｒ含有量の効果を適確に把握出来ると
考えたからである。又Ｚｒ添加量が増すに従い、ＣＯ含
有％　、　Ｃｒ含有％　、　Ｓｉ含有係が低下すること
を予め配慮して対表に示す試料盃８以後の試料は、標準
含有組成００２３％、　Ｃｒ２８％、Ｓｉ１．０％にな
る様に金属コバルト、Ｆｅ　−Ｃｒ　、金属シリコンを
計算により濃度低下分を予想してその都度補充添加を行
った。

得られた試料は溶体化処理として１２７５℃３０分間保
持後、４〜５℃の氷水中で迅速に焼入れを行った。次に
６４０℃４０分間３００００ｅの磁界中等温処理を行っ
た後、６００℃１時間、５８０℃１時間、５６０℃１時
間、５４０℃５時間の時効処理を施してから磁気測定を
行った。

下記にその結果について表示する。

以上の実験によ！１ｌｌＺｒ添加投入の効果は前掲の諸
種実施例の様に得られている。しかしながら、Ｚｒ　ｆ
多く含有させるとこの金属は他金属元素と金属間化合物
を形成し、この系の合金の主要特性である磁気特性を損
するので成る制限以上の含有は好ましいものではない。

その上限は重量％にして３．５％である。

又逆にＺｒの含有量が０，０３％を越えて低下すると、
Ｚｒの改善効果は弱まシ、その添加の効果は認められな
いので、その下限は重量にして０，０３チである。なお
第３図に実施例で得られたＺｒ含有量チと残留磁束密度
、保磁力、および最大エネルギーの関係を示す。

以上を総括すると、杢糸スピノーダル分解型磁石合金を
製造する際その溶解時にＺｒを含有させたものは １）溶体化処理温度を従来の処理温度よシ降下させても
、その磁気特性を損うことのなく、安易な溶体化処理方
法が採シ得る。

２）冷間加工性の改善が計れることになシ加工能率の良
い加工方法にて製造することが出来る。

３）本合金の主要構成金属元素であるＣｒを安価なＦｅ
−Ｃｒ原材料の使用が出来るため、製造原価の低床な製
造方法を得ることが出来た。

上記の発明はこの系合金の工業化に甚だ有利なる改善を
与えることが出来ると確信する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１による１２７３℃３０分保持後、氷水
中焼入れ後のＺｒ＝ＯとＺｒ＝０．４９係含有のものを
比較した顕微鏡（ｘｌｏｏ）組織図、第２図は実施例３
における１３００℃溶体化後のＺｒ＝ＯとＺｒ＝０．７
２％含有のものを比較した顕微鏡（ｘｌｏｏ）組織図、
第３図は実施例６におけるＺｒ含有重量％と残留磁束密
度、保磁力および最大エネルギー積の関係曲線図である
。 特許出願人　　蕨特殊裂鋼株式会社 第１図 Ｓｊ＝・＝　１．０２〜１．００％ Ｚｒ禽肩りし　　　　　　　　　　　　　Ｚｒ＝０．７
２％Ｃｒ・・　２７．９％〜２７．８′／ｌＳ［・・０
．９８’／、〜１．００％ 有３図 Ｚｒ令坊優　（′／１）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、合金を溶体化処理后、必要に応じて冷間機械加工し
   、次いで時効する鉄−クロム−コバルトを主成分とする
   スピノーダル分解型磁石合金の製造方法に於て、前記合
   金の溶解合金化時に、重量百分比で０．０３〜３．５％
   のジルコニウムを溶解混合して含有させるとともに前記
   合金の溶体化処理を１２７５℃〜１２２５℃で行うこと
   を特徴とするスピノーダル分解型磁石合金の製造方法。 ２、合金を溶体化処理后、必要に応じて冷間機械加工し
   、次いで時効する鉄−クロム−コバルトを主成分とする
   スピノーダル分解型磁石合金の製造方法に於て、前記合
   金の溶解合金化時に前記合金が含有する鉄及びクロムの
   原材料としてフェロ・クロムを使用して配合溶解させ、
   重量比で０．０３〜３．５％のジルコニウムを溶解混合
   して含有させるとともに前記合金の溶体化処理を１２７
   ５℃〜１２２５℃で行うことを特徴とするスピノーダル
   分解型磁石合金の製造方法。