非晶态合金薄带制造技术

提供一种非晶态合金薄带，其即便加工成卷绕铁心也能更稳定地实现低铁损，其由化学式：FexBySiz(此处，x：78at％～83at％、y：8at％～15at％、z：6at％～13at％)表示的成分组成而构成，与冷却辊接触的面的气穴的产生密度为8个/mm

Amorphous alloy ribbons

A kind of amorphous alloy ribbon is provided, which can achieve low iron loss more stably even if it is processed into coiled core. It is composed of chemical formula: FexBySiz (here, x:78at%-83at%, y:8at%-15at%, z:6at%-13at%). The density of cavitation on the surface contacted with cooling roll is 8/mm.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非晶态合金薄带
本专利技术涉及适合用于变压器的铁心等的低铁损的非晶态合金薄带。
技术介绍
配电用的变压器(transformer)等的铁心大多使用利用了非晶态合金薄带的卷绕铁心。作为上述卷绕铁心中所用的非晶态合金薄带，已知下述的厚度为几十μm的非晶态合金薄带，其将以Fe为基础并添加有B或Si等的Fe-B-Si系合金的熔液喷射到高速旋转的冷却辊的表面从而使其急冷凝固而得到。例如，专利文献1中公开了一种含有80at％～84at％的Fe、12at％～15at％的B和1at％～8at％的Si的Fe-B-Si非晶态合金；另外，专利文献2中公开了一种由81at％～82at％的Fe、13at％～16at％的B和3at％～5at％的Si构成的非晶态的Fe-B-Si三元合金；另外，专利文献3中公开了一种实质上由77at％～80at％的Fe、12at％～16at％的B和5at％～10at％的Si构成的厚度为0.003英寸以下的非晶态合金带。与现有的取向性电磁钢板相比，上述Fe-B-Si系的非晶态合金薄带虽然铁损低，但饱和磁通密度小，不得不减小设计磁通密度，因此被指出变压器的尺寸增大、需要大量缠绕到线圈上的铜线等问题。因此，开发出一种通过提高Fe成分的比例来提高饱和磁通密度的非晶态合金薄带，在某种程度上实现了磁通密度的提高。但是，Fe成分比例高的合金具有非晶态的稳定性降低、难以稳定地实现低铁损特性的问题。另外，还具有在加工成卷绕铁心的状态下测定的铁损值相较于在原材料中测定的铁损值增大的、所谓“增大系数(buildingfactor)”大的问题。其原因在于，对于非晶态合金薄带来说，为了除去薄带中存在的应变等而在加工成卷绕铁心后以比较低的温度进行退火，但此时会部分发生结晶化。因此，作为解决上述问题的技术，专利文献4中公开了一种使非晶态合金薄带的表面性状优化的技术，具体而言，为降低与冷却辊接触的面的气穴产生密度的技术。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开昭54-148122号公报专利文献2：日本特开昭55-094460号公报专利文献3：日本特开昭57-137451号公报专利文献4：WO2015/016161号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题但是，上述专利文献4中公开的技术虽然对卷绕铁心的铁损降低有效，但依旧存在偏差，对于稳定地降低铁损来说并不充分，希望进一步改善。本专利技术是鉴于现有技术所存在的上述问题而进行的，其目的在于提供一种即便加工成卷绕铁心也能更稳定地实现低铁损的Fe-B-Si系的非晶态合金薄带。用于解决课题的手段专利技术人为了解决上述课题，着眼于非晶态合金薄带的表面性状而进一步反复研究。结果发现，在Fe-B-Si系的非晶态合金薄带中，为了降低加工成卷绕铁心时的铁损，仅降低以往所关注的气穴的产生密度并不充分，还需要降低气穴以外的部位的凹凸，由此开发出了本专利技术。即，本专利技术涉及一种非晶态合金薄带，其由化学式：FexBySiz(此处，x：78at％～83at％、y：8at％～15at％、z：6at％～13at％)表示的成分组成构成，与冷却辊接触的面的气穴的产生密度为8个/mm2以下，并且气穴以外的部位的算术平均高度Sa为0.3μm以下。本专利技术的上述非晶态合金薄带的特征在于，除了上述成分组成以外，进一步含有选自Cr：0.2at％～1at％和Mn：0.2at％～2at％中的1种或2种。另外，本专利技术的上述非晶态合金薄带的特征在于，除了上述成分组成以外，进一步含有选自C：0.2at％～2at％和P：0.2at％～2at％中的1种或2种。专利技术的效果根据本专利技术，能够稳定地提供一种铁系非晶态合金薄带，其能够降低加工成卷绕铁心时的铁损。因此，本专利技术的铁系非晶态合金薄带可以适合用作变压器的卷绕铁心用材料。附图说明图1是对单辊式急冷薄带制造装置进行说明的示意图。具体实施方式首先，对成为开发本专利技术的契机的实验进行说明。将含有Fe：80at％、B：10at％、Si：9at％和C：0.5at％的成分组成的合金熔液喷射到图1所示的单辊式急冷薄带制造装置的高速旋转的冷却辊的外周面上，急冷、凝固后卷取成卷材，由此制造出厚度：25μm×宽度：100mm的铁系非晶态合金薄带。此时，通过改变辊表面研磨时的砂纸的号数而对冷却辊的表面粗糙度(算术平均高度Ra)进行各种变更，同时使熔液喷射部的气氛中包含的CO2浓度发生各种变化。接下来，将如上所述得到的非晶态合金薄带缠绕到直径：105mm的石英玻璃制卷轴上，制作2kg的环状铁心，对于以同一条件制造的合金薄带分别各制作3个上述环状铁心，对于各个环状铁心，在氩气气氛下并且施加1600A/m的磁场的状态下实施360℃×1小时、380℃×1小时和400℃×1小时中的任一种条件的热处理(磁场中退火)。之后，将1次线圈和2次线圈缠绕到上述环状铁心上，以1.3T、50Hz进行交流磁化，测定铁损W13/50。其结果，在上述实验中得到的环状铁心的铁损值尽管成分、厚度、宽度相同，但仍产生了大幅的偏差。因此，为了探明上述偏差的原因，对非晶态合金薄带的与冷却辊接触一侧的表面(下文中也简称为“辊侧表面”)进行了详细的调查，结果在铁损值特别大的薄带中，于辊侧表面在铸造方向(薄带长度方向)上确认到许多长的凹陷，特别是，上述凹陷的产生密度多于8个/mm2，因此铁损值增大。上述凹陷是由于制造非晶态合金薄带时气氛气体卷入熔液与辊表面之间所形成的，被称为所谓的“气穴(airpocket)”，其产生密度主要受到熔液喷射部的气氛中包含的CO2浓度的影响，在CO2浓度低时较多地形成。但是可知，熔液喷射部的气氛中的CO2浓度足够高，气穴的产生密度为8个/mm2以下，依旧存在铁损值的偏差，为了稳定地实现所要求的铁损特性，需要进一步的改善。因此，为了探明上述铁损值偏差的原因，对制造条件与铁损的偏差的关系进行了调查，结果可知，铁损值因冷却辊外周面的研磨条件而不同，确认到冷却辊外周面的表面粗糙度(算术平均高度Ra)越大则铁损越大的倾向。因此，专利技术人进一步使用能够计测非晶态合金薄带的辊侧表面的表面粗糙度的电子显微镜(下文中称为“3D-SEM”)对薄带的表面进行了详细的调查，结果可知，气穴以外的部位的凹凸的大小与铁损值之间存在相关关系。此处，使用上述3D-SEM的理由在于，气穴以外的部位的凹凸的计测需要避开气穴来进行，为此需要使用能够一边观察表面的形状一边测定凹凸的计测机，而不是在以往的二维的表面粗糙度的测定中使用的触针式的表面粗糙度计。因此，作为表示气穴以外的部位的凹凸的大小的指标，采用ISO25178中规定的表示高度方向的振幅大小的算术平均高度Sa，对实验中得到的非晶态合金薄带的辊侧表面的粗糙度进行计测，结果可知，若气穴以外的部位的算术平均高度Sa超过0.3μm，则铁心的铁损大幅增大。另外，专利技术人制造了在Fe-B-Si的3元系合金中进一步加入有其他成分的非晶态合金薄带，对卷绕铁心的铁损特性进行了评价，结果发现，通过添加Cr、Mn、C、P、Sn、Sb、Co、Ni，卷绕铁心的磁特性进一步改善，特别是Cr和/或Mn的添加是有效的，由此开发出了本专利技术。对之后限定本专利技术的铁系非晶态合金的成分组成的理由进行说明。首先，本专利技术的铁系非晶态合金具有FexBySiz(此处，x、y、z本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非晶态合金薄带，其由化学式FexBySiz表示的成分组成而构成，此处，x：78at％～83at％，y：8at％～15at％，z：6at％～13at％，与冷却辊接触的面的气穴的产生密度为8个/mm2以下，并且气穴以外的部位的算术平均高度Sa为0.3μm以下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.04 JP 2016-0748271.一种非晶态合金薄带，其由化学式FexBySiz表示的成分组成而构成，此处，x：78at％～83at％，y：8at％～15at％，z：6at％～13at％，与冷却辊接触的面的气穴的产生密度为8个/mm2以下，并且气穴以外的部位的算术平均高度...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈部诚司，今村猛，山田克美，
申请(专利权)人：杰富意钢铁株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP