鐵系非晶材料的製造方法

2023-10-05 16:08:49

專利名稱：：鐵系非晶材料的製造方法
技術領域：
：本發明涉及廉價地製造鐵系非晶材料的方法。
背景技術：
：以Fe-B-Si係為基本成分系的非晶(非晶質)合金作為電磁材料具有優異的特性，在用作為電力用變壓器的鐵芯材料的情況下，與以往的取向性矽鋼板相比，據說鐵損變為後者的約1/3，但其大量生產較慢。其最大的原因在於價格比矽鋼板高很多，Fe-B等的主原料佔製造成本的大半。作為廉價地製造非晶材料的方法，曾提出了使用焦炭等碳系固體還原劑將氧化硼、硼酸和氧化鐵進行熔融還原的方法(日本特開昭58-77509號公報)。然而，由於該方法使用碳作為還原劑，因此當為了得到磁特性好的非晶材料而要以最佳的B、Si含量直接製造時，存在C含量高於最佳範圍的i果題。為了解決該課題，曾提出了先製造C含量可達到最佳範圍的高B、Si含量的母合金後，使用另行製造的鋼液稀釋B和Si的方法(日本特開昭59-38353號公報)。然而，該方法由於經由B含量高的母合金，因此產生爐的耐火材料壽命變短、B的還原收率降低、原料單耗增加的問題。作為其改善方法，也曾提出了使母合金的組成為稍低的B含量、高Si含量的方法(日本特開昭62-287040號//^艮)，但由於這些方法全部使用碳還原B、Si、Fe的氧化物，因此需要巨大的還原能量，為了獲得該能量而使用熱風將碳燃燒達到高溫，因此包含B、Si、Fe的氧化物的耐火材料形成容易熔損的熔融爐渣，存在耐火材料成本極大增加的根本的問題。另一方面，作為B原料的Fe-B的一般製造方法，有採用鋁熱法、電爐法進行精煉的方法，但電爐法電力消耗量大，因此，電力費用高，非晶材料的製造成本也增加。另外，鋁熱法雖然製造成本廉價，但由於A1、Ti混入到Fe-B中，因此將其作為非晶材料的原料使用時，所製造的非晶材料的Ti濃度、Al濃度增加。已知若Ti濃度、Al濃度增加則會使磁特性降低，只要不能夠廉價地除去Ti、Al就不能夠作為非晶材料的原料使用。另外，作為Fe、Si原料如果能夠使用矽鋼板等的廢料，則可降低製造成本，但該場合由於廢料中Al的汙染，非晶材料的A1濃度增加，因此難以作為非晶材料的原料使用。
發明內容本發明的課題是解決上述的現有技術的問題，提供即使在使用廉價的Fe-B、廢料作為非晶材料的原料的情況下，通過高效率地除去使磁特性降低的A1、Ti,也可廉價地製造非晶材料的方法。為了解決所述的課題，本發明的要旨如下。(1)一種鐵系非晶材料的製造方法，其特徵在於，在製造以質量計含有2。/o4。/o的B、1。/。6。/。的Si，其餘量由Fe以及不可避免的雜質組成的鐵系非晶材料時，在熔化主原料後的鐵液中Ti濃度或Al濃度為0.005質量％以上的情況下，添加含有55質量％以上的鐵分的氧化鐵源，將Ti和Al均氧化除去到小於0.005質量％。(2)—種鐵系非晶材料的製造方法，其特徵在於，在製造以質量計含有2。/。4。/。的B、；r/。6。/。的Si，其餘量由Fe以及不可避免的雜質組成的鐵系非晶材料時，在主原料的配合中Ti或Al的含有濃度為0.005質量%以上的情況下，將含有55質量％以上的鐵分的氧化鐵源與主原料一同預先裝入到熔化容器內。(3)根據(1)或(2)所述的鐵系非晶材料的製造方法，其特徵在於，以質量計還含有0.001%~3%的C和0.008%~0.15%的P之中的一種或兩種。(4)根據(1)(3)的任一項所述的鐵系非晶材料的製造方法，其特徵在於，以質量計，由Co、Ni或6%以下的Cr之中的一種或兩種以上置換Fe量的20%以下。圖l是表示在非晶母材的鐵液中添加了氧化鐵源時的鐵液中Ti的濃度隨時間的變化的圖。圖2是表示在非晶母材的鐵液中添加了氧化鐵源時的鐵液中Al的濃度隨時間的變化的圖。具體實施例方式本發明者們由使用小型熔化爐的實驗發現，在熔化鐵系非晶的母材時，通過添加氧化鐵能夠高效率地氧化除去Ti和Al。由於Ti和Al比作為非晶母材的主成分的B、Si優先地被氧化，因此不會過於降低B、Si的利用率而被氧化除去。作為發明實施方式之一，使用熔化爐將進行了配合使得達到所需要的B和Si的成分的主原料熔化，在生成了4失液的時刻添加含有55質量％以上的鐵分的氧化鐵源，將Ti和Al氧化除去。在小型實驗中，在熔化爐中生成含有B為3.2質量％、Si為1.8質量%的非晶母材的鐵液，升溫到1500。C後，添加每1噸鐵液為50kg的質量的各種的氧化鐵源的情況下的鐵液中Ti和Al的濃度隨時間的變化示於圖1。可知在鐵分濃度為55。/。以上的任一種的氧化鐵源的情況下，Ti和Al降低到對磁特性沒有影響的小於0.005質量％。但是，越是鐵分濃度低、氧化45^以外的雜礦石成分多的氧化4失源，Ti和Al的氧化除去速度越降低。而在使用了鐵分濃度小於55%的煉鋼粉塵作為氧化鐵源的情況下，Ti和Al的氧化除去速度極慢，Ti沒有降低到小於0.005質量％。考慮氧化鐵源的必需添加量和精煉時間、由雜礦石等生成的爐渣量的增加所導致的爐渣處理費用等進行製造成估算的結果判明，作為鐵分濃度若不為55%以上則效果較小。再者，氧化鐵源精煉後的保持時間也取決於所使用的氧化鐵源的量，但優選確保15分鐘以上。另外，作為發明實施的另一種方式，將含有55質量％以上的鐵分的氧化鐵源與進行了配合使得達到所需要的B和Si的成分的主原料一起預先裝入熔化爐中進行熔化，生成母材的鐵液。由於在鐵液生成後添加氧化鐵源的上述的方式中，添加時發生粉塵，因此該方式在熔化爐的集塵能力不充分的情況下是優選的。在上述的小型實驗中，預先向熔化爐內添加每1噸鐵液為50kg的質量的各種的氧化鐵源，與主原料一同熔化後的情況下的鐵液中Ti和Al的濃度示於表1。完全熔化10分種後的溫度為1370~1380°C，Ti和Al沒有淨皮除去的情況下，應該為與圖1的初期值相同的濃度，但使用了鐵分濃度為55。/。以上的氧化^^源的情況下，均變為小於0.005質量％的濃度，可知在溶化階段Ti和Al已被氧化除去。由於在熔化階段Ti和Al被氧化除去，因此在將原料熔化升溫到出鋼所需的溫度的時間內精煉完成。另一方面，使用了鐵分濃度小於55。/。的氧化鐵源的情況下，Ti濃度為0.005質量％以上的濃度。對本發明中的成分組成及其範圍進行說明。再者，成分組成的範圍只要沒有特別的指定則均為質量％。B是對非晶形成能力和熱穩定性的改善有效的元素，可根據各特性的要求添加適當量。B小於2。/。時不能夠穩定地得到非晶相，而大於4%時由於熔點上升而難以形成非晶相。Si也同樣是對非晶形成能力和熱穩定性的改善有效的元素，可根據各特性的要求添加適當量。Si小於1%時不能夠穩定地形成非晶相，而大於6%時熱穩定性的改善效果飽和。C是對薄帶的磁通密度的提高、非晶形成能力的改善(鑄造性的提高)有效的元素，可根據各特性的要求決定適當量的含量。通過含有0.001%以上的C,優選含有0.003%以上的C，熔液與冷卻基板的潤溼性提高，能夠形成良好的薄帶。此外，在優選C為0.01%以上時，可得到非晶形成能力的改善效果。而大於3%時，磁通密度的改善效果降低。P是對鐵損、非晶形成能力的改善有效的元素，可根據各特性的要求含有適當量。通過含有P而使鐵損、非晶形成能力得到改善，雜質元素含有的容許量擴大，但P小於0.008。/。時看不到非晶形成能力改善效果、鐵損改善效果，也不呈現擴大作為雜質元素的Mn和S的容許量的效果。另一方面，隨著P的含量增加，薄帶上裂紋容易擴展，發生加工性劣化的問題，因此優選為0.15%以下。另外，在本發明的成分中，即使以改善磁通密度和耐腐蝕性的特性以及退火條件等為目的，由選自Co、Ni或6。/。以下的Cr之中的一種或兩種以上置換Fe的一部分即Fe量的20。/。以下的情況下，也不會特別地損害本發明的效果。但是，關於Co、Ni，雖然有改善磁通密度的效果，但由於價格高，因此考慮到原料成本，優選限於置換Fe量的10%以下，進一步優選限於置換Fe量的5%以下。此外，本發明的成分中，作為構成元素，除了Fe、B、Si、C、P、Ni、Co、Cr以外，即使還含有公知的N、Ti、Zr、V、Nb、Mo、Cu等也絲毫不損害本發明的效果。表itableseeoriginaldocumentpage7再者，對於鐵液溫度的影響進行調查的結果判明，如果為母材的熔點以上的溫度，則Ti和Al變為小於0.005質量％,但溫度越高Ti和Al的氧化效率越高，Ti和Al的最終濃度也降低，同時B和Si的利用率提高。另一方面，溫度越高則越需要熔化電能，熔化爐的耐火材料成本也增加。因此，優選以能夠達到所需的Ti和Al的氧化除去量的水平降低鐵液溫度。實施例以下基於具體例具體說明本發明。實施例1使用3噸規模的高頻熔化爐生成非晶母材的鐵液，進行了Ti和Al的氧化精煉。作為主原料，使用表2所示的組成的廉價的電磁鋼屑和Fe-B，使用了用於Si濃度調整的少許的Fe-Si。配合量的單耗也一併示於表2。表2tableseeoriginaldocumentpage8主原料熔化後，升溫到鐵液的溫度變為1500°C，發明例如表3所示，在添加了與在小型實驗中使用的原料相同的鐵礦石(紐曼山鐵礦石(MountNewman鐵礦石)鐵分65質量％)、煉鋼粉塵(脫碳處理時的粉塵鐵分64質量％)、燒結礦(鐵分58質量％)150kg(50kg/t)後，在20分鐘後出鋼。還以改善特性為目的，實施了通過向主原料中添加C、P、Co、Ni、Cr來進行同樣的精煉的操作，使得熔化後的鐵液成分含有0.001%~3%的C和0.008%~0.15%的P之中的一種或兩種，或者由選自Co、Ni或6。/。以下的Cr之中的一種或兩種以上置換Fe量的20。/o以下。另夕卜，作為比較例，也採用同樣的方法進行了添加鐵分小於55質量％的煉鋼粉塵(鐵液預處理時的粉塵鐵分53質量％)或煉鋼粉塵與爐渣的混合物150kg的精煉處理。將即將添加氧化鐵源前取樣的鐵液成分和即將出鋼前的鐵液成分示於表4。可知使用了鐵分為55質量％以上的氧化鐵源的發明例，Ti、Al濃度均降低到對磁特性沒有影響的小於0.005重量％，並且B和Si的氧化損失也小，相對於配合組成有95。/。以上的利用率。另夕卜，即使在含有0.001%~3%的C和0.008%~0.15%的P之中的一種或兩種的情況下、由選自Co、Ni或6%以下的Cr之中的一種或兩種以上置換Fe的一部分即Fe量的20。/。以下的情況下，也不會損害該效果。另一方面，使用了鐵分小於55質量％的氧化鐵源的比較例，雖然B和Si的利用率為同等的水平，但Ti濃度或Al濃度變為0.005質量％以上。tableseeoriginaldocumentpage10表4formulaseeoriginaldocumentpage11實施例2使用相同量的與在實施例1中使用的原料相同的原料，將熔化前如表5所示的鐵分小於55質量％的氧化鐵源裝入3噸規模的高頻熔化爐中後進行熔化。在原料完全熔化經過了約IO分鐘的時刻，進行溫度測定和鐵液的取樣，在溫度升到1500。C後再次進行取樣並出鋼。以改善特性為目的，還實施了通過向主原料中添加C、P、Co、Ni、Cr而進行同樣的精煉的操作，使得熔化後的鐵液成分含有0.001%~3%的C和0.008%~0.15%的P之中的一種或兩種，或者由選自Co、Ni或6。/。以下的Cr之中的一種或兩種以上置換Fe量的20%以下。另外，作為比較例，也採用同樣的方法實施了如表4所示使用了鐵分小於55質量％的氧化鐵源的情況下的熔化。完全熔化後的鐵液成分和即將出鋼前的成分也示於表6。使用了鐵分為55質量％以上的氧化鐵源的發明例，從原料完全熔化了的階段Ti、Al濃度均降低到對磁特性沒有影響的0.005質量％以下，在升溫後的出鋼階段Ti、Al濃度進一步降低。還可知B和Si的氧化損失也小，出鋼前的組成相對於配合組成的材料利用率為92%以上。另夕卜，在含有0.001%~3%的C和0.008%~0.15%的P之中的一種或兩種的情況下、由選自Co、Ni或6%以下的Cr之中的一種或兩種以上置換Fe的一部分即Fe量的20%以下的情況下，也不會損害該效果。另一方面，使用了鐵分小於55質量。/。的氧化鐵源的比較例，雖然B和Si的利用率為同等的水平，但Ti濃度或Al濃度變為0.005質量％以上。表5tableseeoriginaldocumentpage13表6tableseeoriginaldocumentpage14產業上的利用可能性根據本發明，即使是使用廉價的Fe-B、廢料作為非晶材料的原料的情況下，通過高效率地除去使磁特性降低的Al和Ti，也可廉價地製造非晶材料。本發明中表示數值範圍的"以上"和"以下"均包括本數。權利要求1.一種鐵系非晶材料的製造方法，其特徵在於，在製造以質量計含有2％～4％的B、1％～6％的Si，其餘量由Fe以及不可避免的雜質組成的鐵系非晶材料時，在熔化主原料後的鐵液中Ti濃度或Al濃度為0.005質量％以上的情況下，添加含有55質量％以上的鐵分的氧化鐵源，將Ti和Al均氧化除去到小於0.005質量％。2.—種鐵系非晶材料的製造方法，其特徵在於，在製造以質量計含有2%~4%的B、1%~6%的Si，其餘量由Fe以及不可避免的雜質組成的鐵系非晶材料時，在主原料的配合中Ti或Al的含有濃度為0.005質量％以上的情況下，將含有55質量％以上的鐵分的氧化鐵源與主原料一同預先裝入到熔化容器內。3.根據權利要求1或2所述的鐵系非晶材料的製造方法，其特徵在於，以質量計還含有0.001%~3%的C和0.008%~0.15%的P之中的一種或兩種。4.根據權利要求13的任一項所述的鐵系非晶材料的製造方法，其特徵在於，以質量計由Co、Ni或6%以下的Cr之中的一種或兩種以上置換Fe量的20%以下。全文摘要本發明提供即使在使用廉價的Fe-B、廢料作為非晶材料的原料的情況下通過高效率地除去使磁特性降低的Al、Ti也可廉價地製造非晶材料的方法。在製造以質量計含有2％～4％的B、1％～6％的Si，其餘量由Fe以及不可避免的雜質組成的鐵系非晶材料時，在熔化主原料後的鐵液中Ti濃度或Al濃度為0.005質量％以上的情況下，添加含有55質量％以上的鐵分的氧化鐵源，將Ti和Al均氧化除去到小於0.005質量％。另外，在主原料的配合中Ti或Al的含有濃度為0.005質量％以上的情況下，將含有55質量％以上的鐵分的氧化鐵源與主原料一同預先裝入到熔化容器內。文檔編號C21C7/04GK101421423SQ200780013299公開日2009年4月29日申請日期2007年4月6日優先權日2006年4月11日發明者今井武,小川雄司,尾崎茂克申請人:新日本制鐵株式會社