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JP5840361B2 - オーステナイト系鉄/ニッケル/クロム/銅合金 - Google Patents

オーステナイト系鉄/ニッケル/クロム/銅合金 Download PDF

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Description

本発明は、電磁気装置の製造のためにより特定的に意図されたオーステナイト系鉄/ニッケル/クロム/銅合金に関する。
ニッケルを多く含む、鉄−ニッケルおよび鉄−ニッケル−クロム合金は、長年知られており、それらの新規で様々な物理特性のために、電気(電子および電気技術)工学、ディスプレイ、エネルギー輸送、熱制御または電気的保安用途における多くの用途で使用されている。
したがって、それらは、それらの組成に依存して、20から100℃の間で2から13×10−6/℃の熱膨張係数を有し、これは、いくつかの希少材料において固有の、延性材料の非常に優れた特性である。
それらはまた、非常に良好な耐水腐食性への効用を有し、そのニッケルまたはクロム含量が高くなるほど、これは良好である。
その単相オーステナイト構造のために、非常に高い成形性がみられ、これは非常に薄い厚さへの容易な圧延、および高速切削、孔開け、型打ちまたは引抜きを可能にする。
キュリー点Tc(強磁性が消失する温度)の存在を特徴とするそれらの強磁性挙動はまた、それらの磁気特性(相対透磁率μ、保磁力(coercive field)Hおよび磁気損失P)と同様に顕著である。
磁気損失は非常に良好であり、これらの合金を磁気化することに対してエネルギー消費が少なくなる。したがって、これらの鉄−ニッケルおよび鉄−ニッケル−クロム合金は、エネルギー消費を減らし(時計(置時計または腕時計)の電気モータ、高感度残留電流回路遮断器リレー、高速低温運転モータなど))、または磁気センサからの測定の分散を有意に制限するために非常に小さいヒステリシス(変流器、DCセンサ、レゾルバおよび同期レゾルバ)もしくはヒステリシス損失(測定トランス、モデムトランスなど)を有し、あるいは、ホイールモータもしくは高アテニュエーション受動ワインディングにおいて大きなダイナミックレンジを有するある種の磁気アクチュエータヨーク(例えば、電磁ガソリンインジェクタ)におけるように磁束線に高度に選択的な経路を提供することのいずれかが不可欠である電磁気用途に長年使用されている。
したがって、その保磁力が一般に125mOe(ミリエルステッド)未満である鉄−ニッケル合金は、従来使用される鉄−ケイ素材料に比べて、電気システムにおけるエネルギー消費の実際の減少を達成することを可能にするが、その理由は、鉄−ケイ素材料が、わずかの用途しか関係しない、一方向のみに約190mOeの保磁力を達成するからであり、すなわち、より一般的には、その用途が(モータ、発電機向け)材料における様々な方向に進む磁束を必要とする場合、500から1250mOeの範囲に及ぶ。
しかし、特定の攻撃的な環境において常には十分ではない、耐水溶性酸腐食性(aqueous acid corrosion resistance)および耐塩水噴霧(salt−fog)腐食性における改善などの、これらの鉄−ニッケル合金のある種の特性を改善する必要がある。
さらに、これら合金の薄板の製造には、より広範な酸化から卑金属を保護する酸化表面層の形成を生じる、しばしばあまり純粋ではない雰囲気における工業的熱処理が含まれる。しかし、この表面層は、あまり接着性ではなく、かつ機械的に非常に弱く、その保護作用をあまり効果あるものにしない。
欧州特許出願公開第1455622号明細書
本発明の目的は、多くの用途に用いることができ、かつ低コストであり、強い接着性の表面酸化層の形成に適した、改善された耐水溶性酸腐食性および耐塩水噴霧腐食性を有する合金組成物を提供することによってこれらの欠点を是正することである。
この目的のために、本発明の第1の主題は、オーステナイト系鉄−ニッケル−クロム−銅合金であって、その組成が、重量%で表して以下:
24%≦Ni≦36%
Cr≧0.02%
Cu≧0.1%
Cu+Co≦15%
0.01≦Mn≦6%
0.02≦Si≦2%
0≦Al+Ti≦3%
0≦C≦2%
0≦V+W≦6%
0≦Nb+Zr≦0.5%
0≦Mo≦8
Sn≦1
0≦B≦0.006%
0≦S+Se+Sb≦0.008%
0≦Ca+Mg≦0.020%
を含み、残部は鉄および溶融精錬から生じる不純物であり、ニッケル、クロム、銅およびコバルトのパーセント含量は、合金が以下の条件:
Co<Cu
Co<4%(Cr>7.5%の場合)
Eq1>28%[ここで、Eq1=Ni+1.2Cr+(Cu/5)]
Cr<7.5%(Ni>32.5%の場合)
をさらに満たし、マンガン含量は以下の条件:
− Eq3≧205の場合、Mn≦Ni−27.5+Cu−Cr
− 180.5≦Eq3≦205の場合、Mn≦4%
− Eq3≦180.5の場合、Mn≦2%
[ここで、Eq3=6Ni−2.5X+4(Cu+Co)およびX=Cr+Mo+V+W+Si+Al]
をさらに満たす、合金である。
この提案される解決策は、わずかの高価な元素を含み、以下に詳細に説明されるいくつかの分野の用途に対して高いまたは新規な性能レベルを与える、アーク炉または誘導炉を用いる安価な工業的溶融精錬に適している強磁性オーステナイト系Fe−Ni−Cr−Cu合金の系統群である。これまで、合金の系統群がこれらの特性全てを示し得ることは見いだされたことがない。さらに、非常に異なる用途に対して同じ合金(例えば、低膨張、耐食性、磁性およびキュリー点の要件を同時に満たす合金)を用いることによって、非常に大きな総トン数でそれを生産し、工業生産においてより大きな実績を得て、したがって、その特性の再現性の点でより信頼できる合金を有することができる。
さらに、本発明者らは、ケイ素、クロムおよび銅が、その酸化保護表面層を機械的および化学的に強化し、それをより接着性にさせる可能性を認めた。したがって、この酸化層は、酸化周囲雰囲気中での熱処理または使用から長期にわたって非常に安定となり、外部の化学物質に関して化学的に非常に安定になり、工業生産サイクル中の金属部品間の衝撃および摩擦に関して機械的に非常に安定になる。
さらに、この非常に安定な酸化物は一般に、用いられる熱処理サイクルに依存して、数ミクロンの薄い厚さを有する。この薄い酸化物の厚さは、特に、固定子と磁気コイルコア間の空隙を同時に制限および較正し、それぞれ、腕時計により電池から消費されるエネルギーの制限、および工業的に製造される時計モータのばらつきの低下の両方をもたらすので、時計製造に特に有益である。
本発明はこれからより詳細に記載されるが、限定的ではなく、実施例によって例証される。
本発明による合金は、以下に規定される重量でパーセントの含量を有する。
ニッケル含量は、重量で36%、好ましくは35%、より好ましくは34%、さらには29%以下に限定される。このような限定は、その品種のコストを非常に制限することを可能とする。ニッケル含量が34%未満である場合、それはまた、その品種が少なくとも70μΩ.cmまたはさらに少なくとも80μΩ.cmの電気抵抗を有することを可能とし、これは良好な動的磁化性能の要素の1つである(他の2つの要素は、薄い金属厚さと低保磁力である)。バイメタル帯鋼の製造などのある種の用途に関して、高いキュリー点を保証するためにニッケル含量を30%またはより高く保つことが好ましい。最小ニッケル含量は、本発明による全体の組成物範囲内でのオーステナイト構造を得ることを保証するために24%である。
クロム含量は、最小クロム含量が必要とされる耐食性を有するために必要であるので、0.02%に等しいかそれを超える。さらに、ニッケル含量が32.5%から36%である場合、クロム含量は、鉄およびケイ素以外の全ての元素のコストを制限するために、7.5%以下に限定される。
これらの特徴は、化学的に非常に安定な表面酸化物の形成が観察され、これは金属に対してさらにより高度に接着性であるので、この品種の耐水溶性酸腐食性、耐大気腐食性および耐高温酸化腐食性を改善することを可能にする。さらに、これらの元素の位置は、キュリー点または飽和磁化などの、合金の他の使用特性を著しく下げることがない。
銅含量は、0.1%に等しいかそれを超え、含量15%、好ましくは含量10%以下に限定され(鉄およびケイ素以外の全ての元素のコストを制限するために)、コバルトによる置換が可能である。この品種の耐食性に対するその影響とは別に、銅は高温時に合金の表面上に形成する酸化層の接着性を実質的に改善する。
そのコストのために、この品種がコバルトを含まないことが好ましく、同じ理由で、コバルトが存在する場合、その含量は銅含量未満であることが必要である。さらに、クロムが7.5%を超える量で存在する場合、鉄およびケイ素以外の全ての元素のコストを制限することが望ましいので、コバルトは最大4%、好ましくは2%に限定されなければならない。
少なくとも0.02%のケイ素の添加は、この表面酸化物層の機械的耐磨耗性を著しく改善する。さらに、合金の他の特性を損なうことなくアーク炉におけるその脱酸素に関与させるために、最大2%のケイ素が本発明による合金に添加され得る。
さらに、本発明者らは、ニッケル、クロムおよび銅含量が以下の関係:
Eq1>28%[ここで、Eq1=Ni+1.2Cr+(Cu/5)]
を満たさなければならないことを見いだした。
これは、この条件を満たすことによって、合金のオーステナイト特性を保証することが可能であり、これがないと合金の使用特性はいずれも所望の目的に適合せず、このことは良好な成形性が得られることも妨げるためである。
マンガン含量は、0.01から6重量%、好ましくは0.02から6重量%であり、これは、キュリー点および飽和磁化などの合金の使用特性を低下させることなく、硫化物の形成性のために的確な高温変形を受ける合金を得ることを可能にする。4000G超において飽和誘導Bの値を維持するために、マンガン含量は5%未満のままであることが好ましい。より特定的に好ましくは、マンガン含量は、0.1から1重量%である。さらに、クロムの存在下で、飽和誘導に対するその影響は悪化し、したがって、以下:
Mn≦Ni−27.5+Cu−Cr(Eq3≧205の場合)
Mn≦4%(180.5≦Eq3≦205の場合)
Mn≦2%(Eq3≦180.5の場合)
[ここで、Eq3=6Ni−2.5X+4(Cu+Co)および
X=Cr+Mo+V+W+Si+Al]
のとおり限定することが必要である。
合金はまた、炭素、チタン、アルミニウム、モリブデン、バナジウム、タングステン、ニオブ、ジルコニウム、錫、ホウ素、硫黄、セレン、アンチモン、カルシウムおよびマグネシウムなどの添加元素を含み得る。
炭素は、炭化物の変形によって合金を硬化させるために、2%、好ましくは1%の量で合金に添加され得る。しかし、合金の用途が125mOe未満の保磁力Hcを必要とする場合、炭素含量は、その存在がこの特性を大きく低下させるので、インゴットまたはスラブ中に溶融精錬−凝固後0.1%未満に保持される。さらに、この特性(Hc)を達成し、時間とともにそれを維持するためには、炭素含量を100ppm未満、好ましくは50ppmに著しく減少させるために最終状態においてこの薄板に脱炭熱処理が適用され得る。
Ni(Ti、Al)化合物の析出によってこの品種を硬化させるために、合わせた量で3%のチタンおよびアルミニウムが合金に添加され得る。アルミニウムの添加もまた、合金のガラスへの溶接性を改善し得る。しかし、還元ガスにおける熱処理の間に、熱分解した(cracked)アンモニアまたは窒素/水素の事前の混合物を用いることが望ましい。この時点で、窒素は、低温焼きなましの間にAlNまたはTiN型の化合物中に結合し、したがって、高磁気性能と窒素含有ガス中の熱処理との間の両立性を確保するためにAlおよびTi残留物の含量をできるだけ低く減少させることが必要である。この点は、高磁気性能を必要とし、かつ窒素含有雰囲気中での焼きなまし操作を含む任意の用途に特に適用される。この場合、チタンおよびアルミニウムの合わせた含量は30ppm、好ましくは20ppm以下に限定される。
モリブデンは、合金の機械的強度および耐高温酸化性の両方を改善するために8%の量で添加され得る。好ましくは、それはFeおよびSi以外の元素のコストを制限するために4%以下に限定される。
バナジウムおよびタングステンは、その靭性を改善するために、6%の合わせた量で合金に添加され得、好ましくは、鉄およびケイ素以外の全ての元素のコストを制限するために3%未満の量で添加される。
ニオブおよびジルコニウムは、その機械的強度を改善するために、0.5%の合わせた量で合金に添加され得る。
錫は、クロムの部分置換として1%の量で合金に添加され得る。
ホウ素は、窒化ホウ素の形成によって切削性を改善するために、2から60ppm、好ましくは5から10ppmの範囲の量で本発明による合金に添加され得る。この範囲未満では、その効果はもはや見られず、一方60ppm超ではその効果は飽和する。
硫黄は、合金を溶融精錬するために使用されるくず鉄に存在する不純物であるが、やはり、硫化マンガンの形成によって合金の切削性および機械加工性を改善するために、5から80ppm、好ましくは10から30ppmの範囲の量で添加され得る。硫黄の全てまたは一部は、セレンおよび/またはアンチモンの添加で置換され得る。
硫黄およびホウ素が切削性添加物として添加される場合、それらの合わせた含量は5から60ppmであるが、好ましくは、これら2つの元素がそれら自身の好ましいそれぞれの範囲を考慮して、合わせられる。
同様に、カルシウムおよびマグネシウムは、MgOまたはCaO型の化合物の形成によって切削性を改善するために4から200ppmの合わせた量で本発明による合金に添加され得、この広いCa+Mgの範囲は、ある種の硫化物(MnSなど)および窒化物(AlNなど)とは違って高温還元焼きなましは製造の終了時に該化合物を溶解することができないので、切削性および磁気性能の間の妥協を調整することを可能にする。
該組成物の残部は、鉄、および溶融精錬から生じる不可避の不純物からなる。これらの中で、最大500ppmの量で含まれるリン、窒素および酸素について、より特定的に言及され得る。ある種の用途について、所望の限度内に保磁力を維持するために、酸素および窒素の合わせた含量を100ppm以下に限定することが必要である。
一般に、本発明による合金は、精錬され、熱間圧延帯鋼の形態で製造され得、次いで、これは冷間圧延され、その後、焼きなましされ、次いで、場合によっては硬化(work−hardened)される。さらに、熱間圧延帯鋼状態で止めることもできる。
本発明による合金は、バルク製品の形態でも用いられ得、これは鍛造されてもされなくてもよく、熱間圧延から得られ、線引き加工操作により場合によって仕上げられるバーストックまたはロッドストックの形態で用いられてもよい。
該合金帯鋼または部分は、当業者が実施の仕方を知っているような任意の適切な方法で得ることができる。
したがって、本発明による合金は、好ましくは、真空誘導炉中で溶融され、インゴットに鋳造される。このインゴットは1100から1300℃で鍛造され、次いで、1000から1200℃で厚さ2.5mmに熱間圧延され得る。次いで、この熱間圧延帯鋼は化学的に酸洗いされ、その後、所要の厚さに冷間圧延され得る。
冷間圧延操作は、{100}<001>型の特定の結晶構造を成長させることが望ましい場合、それぞれのパス間の中間の焼きなましをすることなく、いくつかのパスにおける90から99%の全体の減少率で行われる。
冷間圧延後、焼きなましは、合金帯鋼を軟化し、したがって、その後それを切削または成形し易くするために、好ましくは800から1000℃で1時間行われる。しかし、これは、特に金属が前述の元素、例えば、B、S、Ca、Mg、Seなどでこの処理に関して最適化されている場合、冷間圧延の終了時の硬化状態で行われることが、高速型打ちまたは孔開けによる切削にさらにより有利であり得る。
切削または成形後に、その得られた部分は、特に合金の磁気特性を最適化するために、有利には、精製H(露点<−70℃)において1100℃で3時間焼きなましされ得る。しかし、この焼きなましは、膨張またはキュリー点または耐食性の特性が特に求められる場合、全く不必要であり得る。
上に見られたように、本発明による合金は、任意の種類のガス中の工業的焼きなましで製造され得る。
本発明による合金では、多くの分野で潜在的な用途が見いだされる。したがって、所与の用途に対して特に適切である合金をまとめて、好ましい組成物範囲が定義され得、これらは以下に詳細に記載される。
温度自己調節を有する電磁気装置
第1の好ましい実施形態において、ニッケル、クロム、銅、コバルト、モリブデン、マンガン、バナジウム、タングステン、ケイ素およびアルミニウムのパーセント含量は、合金が以下の条件:
0.02≦Mn、
Eq2≧0.95[ここで、Eq2=(Ni−24)[0.18+0.08(Cu+Co)]]、
Eq3≧161、
Eq4≦10[ここで、Eq4=Cr−1.125(Cu+Co)]、
Eq5≦13.6[ここで、Eq5=Cr−0.227(Cu+Co)]、
Eq6≧150[ここで、Eq6=6Ni−2.5X+1.3(Co+Cu)]および
Eq7≧150[ここで、Eq7=6Ni−5Cr+4Cu]
をさらに満たす。
この組成は、温度自己調節を有する電磁気装置の製造に特に好適である。
軟質強磁性材料は、自由空間の透磁率より非常に大きい透磁率μを有する。この材料が、時間とともに変化する磁気励起を受ける場合、それ以上ではその材料がもはや強磁性ではないキュリー点Tcを超える場合に比べて、そのキュリー点Tcと呼ばれる固有値に到達する前に非常により高い磁気損失を生じる。さらに、この材料の飽和磁化、その磁気損失、および、したがって、その熱電力発生は、温度がTcに近づくにつれて次第に減少する。
したがって、温度自己調節は、それぞれの非磁性導体に特有の残留磁気損失が消散する場合、合金のキュリー点付近で確立され、すなわち、合金から出る熱流束は磁気損失により生成される熱流束よりも大きい。これを行うために、時に、本発明による合金と、アルミニウムまたは銅などの非常により良い熱伝導体である材料とを近接させることが時に必要であり、この材料は、常磁性損失を消散させること、特に、空の場合に不注意に加熱された容器からの熱が自然対流によって消散し得るのみである、誘導加熱を用いる調理用途における温度自己調節を可能にすることに関与する。
この技術は、特に、EP1455622に、温度自己調節は、30から350℃の低いTcを有し、かつ少なくとも32.5%のニッケルを含む合金と、Tcに達した場合に、Fe−Ni−Cr合金の磁気損失を消散させ得るアルミニウム放熱板とを組合せことによって得られると記載されている。
したがって、誘導加熱による調理、例えば、注入器および複合成型ノズルの工業的誘導加熱、飲料、食品、医療製品、血液および成分、軟質または有機材料などの予熱のために、主な使用特性は望ましくは30℃から400℃であるその機能的なキュリー点に留まる。
合金はしばしば、工業的雰囲気での様々な媒体および/または成分に接触しているので、最小の腐食および酸化耐性が望まれる。したがって、良好な耐水腐食性および良好な耐塩水噴霧腐食性、および高温酸化性雰囲気中の酸化表面層の良好な機械的安定性(接着性+耐摩擦性)によって明示される、合金の良好な化学安定性が要求される。
さらに、4×10−6/℃を超えるまたはさらに7×10−6/℃を超える、20から100℃の間の膨張係数を示す合金を探求することも好ましい。この特徴は、クラッディング、保持(gripping)、溶接、プラズマ蒸着などによって、合金と、合金と密接に関係している導電層との間に存在し得る任意のバイメタル効果を減少させることを特に可能にする。
他方、磁気特性に対する特別の要求はなく、保磁力は大いに低下させられ得る。したがって、最大約2%、好ましくは1%未満の多量の炭素を添加することが可能である。これは、多量の炭素は、結晶格子を非常に歪ませ、したがって、磁気モーメント間の交換相互作用を増加させ、したがって、キュリー点を高めることは長年知られているからである。これは、同じキュリー点レベル、したがって同じ自己調節温度を維持するためにニッケルパーセント含量をさらに減少させることを可能にする。
しかし、温度自己制御用途は、誘導加熱による液体および固形食品の調理に限定されず、より一般的に、電磁気誘導子を用いる任意の家庭または工業システム、および特定の臨界温度を超えることなく瞬間的に加熱されなければならない遷移元素上の少なくとも1つの熱的活性部分に関係する。
言及され得る一例は、試食のために、または熱活性化結合、もしくはプラスチックおよび複合材の硬化などの別の工業操作前の前提条件として、予備加熱された材料の一部の生産速度を増加させるために、食品に関するかどうかにかかわらず、比較的粘性流動体の注入である。
熱硬化性複合材(複合材の種類に依存して200から350℃での温度調節を要する)または熱可塑性複合材(複合材の種類に依存して150から250℃で温度を調節する要件を有する)のための成形型の迅速自己調節表面加熱も言及され得る。
言及され得る別の例は、悪性腫瘍(その細胞は正常細胞より熱により敏感である)の中心部における、被覆によって生体適合性にされた、低T合金から作られた注射針またはインサートの自己制御加熱である。
言及され得る最後の例は、押出ダイ、溶融紡糸用紡糸口金などの自己制御加熱であり、ダイまたは紡糸口金を通して加工される部分における熱勾配を制限し、したがって、内部応力、表面脆化、特性勾配、構造不均一性などを制限することを可能にする。
上に定義されたとおりの本発明による合金は、必要とされる特性の全てが達成されることを可能にする。
特に、本発明者らは、等式2から等式7の限定値が満たされる場合、磁気損失によって熱放出を可能にする、20℃で0を超える、さらに1000Gを超える飽和誘導レベルのみではなく、キュリー点Tc≧30℃を確保することが可能であることを見いだした。
より一般的に、かつ本発明による用途が何であれ、合金の組成を適合させることによって、特定の用途に課せられた限定値を満たすように、それぞれの等式2から等式7の値を変更し、したがって、対象とする合金の誘導のレベルおよびTc値を制御することが可能であることが見いだされた。
磁束自己調節を有する装置
別の好ましい実施形態において、合金はさらに以下:
Ni≦29%、
Co≦2%、
0.02≦Mn≦2%、
Eq2≧0.95[ここで、Eq2=(Ni−24)[0.18+0.08(Cu+Co)]]、
Eq3≧161、
Eq4≦10[ここで、Eq4=Cr−1.125(Cu+Co)]、
Eq5≦13.6[ここで、Eq5=Cr−0.227(Cu+Co)]、
Eq6≧150[ここで、Eq6=6Ni−2.6X+1.3(Co+Cu)]および
Eq7≧160
のようであり得る。
この組成は、磁束自己調節を有する装置の製造に特に好適である。
雰囲気温度に応じた装置の磁束調節は、実質的に一定で極めて高率の低下を伴って、キュリー点に近接する温度につれての飽和磁化の低下に依存する。磁束分流システムは、磁石と補償合金との間の磁束断面を変えることによって磁石の磁化の低下の正確な補償を与え、したがって、常に、所与の温度範囲内の同じ磁束を与える。
この磁束自己調節は、通常、周囲温度付近、特に30℃から+100℃の間で達成される。したがって、この温度範囲内のキュリー点Tcを有する様々な合金に対する要求がある。
しかし、磁気特性に対する特定の要件はなく、この状況で、保磁力は、本発明による新規な合金の可能性のある性能に対応する10A/m限界に対して非常に低下させられ得る。先述のように、炭素含量は最大2%、好ましくは最大1%に調整され得る。
制御膨張装置
別の好ましい実施形態において、合金は、さらに以下のようである:
Ni≦35%
0.02≦Mn
C≦0.5%
Eq2≧1
Eq3≧170
Eq4≦10[ここで、Eq4=Cr−1.125(Cu+Co)]
Eq5≦13.6[ここで、Eq5=Cr−0.227(Cu+Co)]
Eq6≧159
Eq7≧160[ここで、Eq7=6Ni−5Cr+4Cu]。
この組成は、制御膨張装置の製造により特定的に適切である。
「制御膨張合金」という用語は、他の金属合金(α20−100>10×10−6/℃)より低い膨張係数(すなわち、典型的には、α20−100<10×10−6/℃またはα20−300<13×10−6/℃)を有する合金を意味することが理解される。
これらの合金は、温度に応じて正確に維持されるある種のこれらの構成要素の形状および寸法を必要とする、あるいはこれらの活性材料の1つと制御膨張合金との間の熱膨張に関して高度の適合性を必要とする用途に使用され、別の機能(例えば、電流電導または機械的支持機能)を与える。これらの用途は、共通して、その構成要素が20から450℃の範囲内の温度変動を受けるという事実を有する。
したがって、一部の用途に関して、その用途において別の活性材料(ケイ素、ゲルマニウム、GaAs、SiC、ソーダガラス、他のガラス、低膨張ステンレス鋼、セラミックなど)との熱膨張という点から近接した適合性が存在することが必要である。別の材料と合金との間のこの近接した適合性は、これら2つの材料の両方が、クラッディング、溶接、接着、蒸し煮(braising)、保持などによって一緒に連結されて、それらの形状を変えることなく一緒に膨張することを可能にし、その寸法は一般熱膨張法則の結果としての予期可能な形式でのみ変化する。この近接した膨張適合性の別の利点は、この2つの材料間の非常に低いレベルの熱誘導内部応力が存在することである。これはこの2材料の装置の操作の間に熱疲労を無視できるものにし、したがって、その寿命を著しく伸ばす。
これらの用途の1つは、集積回路接続分野(リードフレームのような)においてであり、ここで、合金は、それに電流を供給するためにその半導体に密接に接着されている。したがって、熱疲労およびインターフェースの早期劣化を大きく抑制するために制御膨張合金を用いることが必要である。
別の用途は、所定の温度範囲内の低膨張機械的支持材のためである。例えば、ビデオプロジェクターは、その装置が温まり、それによりその鏡のための支持材は、400−450℃の温度に局所的に至らしめられ得る場合、その位置はできるだけ少ししか動いてはならない多数の小さい鏡を使用する。
別の用途は、トランジスター、オプトエレクトロニクスの回路半導体(例えば、GaAsからできている)、X線管、ガラス製品の密封浸透などの支持体及びパッケージの製造である。
これらの用途全てにおいて、制御膨張合金は、半導体またはガラスもしくはセラミックに密着して接着され、膨張係数に関する要件は、4から5×10−6/℃から11×10−6/℃の範囲であり得る。言及され得る一例は、2つの、乗物サンルーフ(開いていようとなかろうと)の支持/曲げのためであり、ここで、合金は、ガラスパネルと同じようにそれらを接着する接着剤とともに必ず膨張しなければならない。自動燃料噴射アクチュエータとして使用されるPZTなどの圧電セラミック用の低変形支持体についても言及され得る。
この制御膨張合金が、用途においてこの単一機能のみを提供することもできるが、曲げ、引抜き、型押し、流れ旋削(flow turning)、機械加工、化学的ミリング加工(エッチング)、溶接などによって精密に成形されることがさらに可能である。この場合、制御膨張合金で製造される精密な寸法を有する機械部品は、広い温度範囲内で低く、かつ所定の膨張を有する利点を有する。したがって、電子銃の部品が電子の作用によって温まり、電子が通過する特定の孔のみをそれらに与え(電子ビームの大きさ決定)、これはこれらの部品の機能である:したがって、全体の動作温度内でできるだけ少ししか膨張せず、良好な成形性を有する合金に対する要求がある。
膨張性とは別に、酸化層の良好な耐水溶性酸腐食性、良好な耐塩水噴霧腐食性および良好な機械的耐磨耗性は望ましい特性である。これらの特性は、コストがかからない工業焼きなまし(低いまたは低下した露点)で、またはさらなる保護の必要がない苛酷な環境において得られる。
したがって、これらの合金は、より少ないニッケルを含む、従来のFeNi合金の良い代替となる。
電流センサ、測定トランスおよび磁気高調波センサ
別の好ましい実施形態において、合金はさらに以下:
Cu≦10%
0.02≦Mn
C≦0.1
Eq2≧1
Eq3≧170
Eq4≦10[ここで、Eq4=Cr−1.125(Cu+Co)]
Eq5≦13.6[ここで、Eq5=Cr−0.227(Cu+Co)]
Eq6≧159
Eq7≧160[ここで、Eq7=6Ni−5Cr+4Cu]
のようである。
この組成は、電流センサまたは測定トランスの製造により特定的に好適である。
好ましくは、所望の目的は、任意の種類の工業的非酸化性雰囲気、例えば、不活性ガス、He、H、N、NHなどにおいて良好な磁気性能を得て、それにより、チタン含量を可能な限り、好ましくは<30ppmTi、好ましくは<20ppmTiに減少させ得ることである。
「電流センサまたは測定トランス」という表現は、閾値超過を警告する(電子残留電流回路ブレーカー)または電流もしくは磁場を測定する(電流または電圧トランス、エネルギー計測器(counter)、DCセンサ)目的を有して、電流または磁界を検出するための装置を意味することが理解される。
この種の用途は、最も特に低保磁力を必要とするが、飽和磁化は、例えば、多くの閉ループ電流センサのケースにおけるように低くてもよく(20℃で4000から8000G)、あるいは開ループ電流センサのケースにおけるように高くてもよい(>10000G)。
この用途の主なパラメータは、多くの場合における磁化曲線またはヒステリシスサイクルのB−H線形性である、使用される合金の保磁力に非常に依存する測定精度であって、Hcが低いほど、測定精度は良好となる。
広い周波数バンドを有するトランス/電流センサなどの一部の用途について、良好な測定精度および中周波(moderate frequencies)を保証するために、非常に低い動的ヒステリシスが必要とされ、これは、低い誘導で作動する閉ループ構造によってだけではなく、低いHおよび高い電気抵抗を有する材料を選択することによっても達成され得る。
要約すると、これらの用途に好適な材料は、以下の特性を有しなければならない:
− 用途に依存して、4000Gから13000G超の20℃における誘導Bs、
− Hc<75mOe(好ましくは<37mOe)、および
− 電気抵抗ρel>60μΩ.cm(好ましくはρel>70μΩ.cm)。
ある種の用途において、磁化曲線における屈曲部までのB−H磁化曲線の線形性も望ましい。この線形性は、飽和接近帯域におけるB/B比、すなわち、残留誘導対測定誘導の比により特徴づけられる。B/B<0.3の場合、線形性は、局在ギャップをもたない磁気コアを有するこれらの特定の用途において利用可能になる。
本発明による合金は、これらの特性全てが達成されることを可能にする。
これらの用途に好適な組成は、磁気高調波センサの製造にも好適である。
この用途において、高い透磁率および低い保磁力を有する材料は、半残留磁気材料の比較的高い磁気分極を受ける−この材料の磁化状態(磁化された、消磁された、または部分的に磁化された)は、その分極によって軟質材料に伝達される情報または警告に対応する。この軟質材料は、外部磁界によって中周波において励起され、軟質材料が、それぞれ、消磁された、部分的に磁化された、または磁化された半残留状態下にあるかどうかに依存して、放射される基本波の高調波を全く生成しない、ほとんど生成しない、または多く生成する。したがって、高調波の検出振幅は、半残留状態の分極レベルのイメージである。
例えば、図書館において、この装置はそれぞれの保存される本のカバー中に磁化された状態で滑り込ませられる。本が借りられるとき、それは登録されると同時に、検査ゲート出入口を通って邪魔されることなく通るように消磁される(高調波放射は無い)。その本が特別の装置によって消磁されなかった場合、本が検出出入口下の出口に向かって通る際に、高レベルの高調波放射が警告信号を鳴らして作動させる。
このようなパルスに動的に反応するには、高い動的磁化性能、すなわち、高電気抵抗、非常に薄い帯鋼厚さ(通常50μm未満、好ましくは30μm未満)、および低い保磁力(通常63mOe未満、好ましくは25mOe未満のH)が必要である。この保磁力はまた、磁気−高調波センサの感度を一次に制御し、Hが低いほど励磁アンテナからさらに離れて作動させることを可能にする。保磁力は、組成の範囲の点で最も制約する特性であり、組成はこの理由のために銅に関して限定されなければならない。
要約すると、これらの用途に好適な材料は以下の特性を有しなければならない:
− Hc<63mOe(好ましくは<25mOe)[中周波での励起場に対する良好な感度のセンサを有すること、および動的ヒステリシスを制限すること(したがって、動的磁化性能を高める)の両方ために]、
− 電気抵抗rel>60μΩcm(好ましくはrel>80μΩ)(中周波での外部励起に対する良好な動的応答を有するために)。
本発明による合金は、これらの特性全てを得ることを可能にする。
モータおよび電磁アクチュエータ
別の好ましい実施形態において、合金は、さらに以下:
0.05%≦Mn≦2%
C≦0.1
Eq2≧1.5
Eq3≧175
Eq4≦7(Ni≦32.5の場合)、またはEq4≦10(Ni>32.5の場合)
Eq5≦10.6(Ni≦32.5の場合)、またはEq5≦13.6(Ni>32.5の場合)
Eq6≧164
Eq7≧160[ここで、Eq7=6Ni−5Cr+4Cu]
のようであり得る。
この組成は、モータおよび電磁アクチュエータの製造のためにより特定的に好適である。
好ましくは、所望の目的は、いずれの種類の工業的非酸化性雰囲気、例えば、不活性ガス、He、H、N、NHなどにおいても良好な磁気性能を得て、それによりチタン含量を、好ましくは<30ppmTi、好ましくは<20ppmTiに、可能な限り減少せしめる能力である。
本発明により製造され得るモータおよび電磁アクチュエータは、中から高容量出力、高い移動精度、低い損失および低いコストを有する。
この用途の範囲内には、高電気抵抗および低磁気損失を有する軟磁性材料からできている可動部分[回転システム(モータ、アクチュエータ、同期レゾルバ、リラクタンストルクセンサ、ホイールモータなど)のためのロータ、または並進運動システム(リニアモータ、ソレノイドバルブ、インジェクタ、無カム型衝撃リニアアクチュエータなど)のための電機子もしくはコア]、ならびに磁化磁性材料を含む静的部分から構成される全ての非分極化電磁気装置が含まれる。
本発明による装置は、特に以下の特徴を有する:
− かなり小さいから非常に小さい寸法(アクチュエータまたはセンサまたはモータの出力が高いほど、高い飽和を有する材料を有することがより重要であることを理解して、用途において移送される出力に依存する)。これは5000Gを超える飽和誘導を意味する、
− 低エネルギー損失(または良好なエネルギー効率)[高電気抵抗(>70μΩ.cm)、低Hc(<125mOe)および非常に高いDC透磁率(>5000μ)のため]、および
− 可動部分を配置する際の良好な精度[一方向性または回転動的ヒステリシス効果(H<125mOe、好ましくは<75mOeによって得られる)を大きく減少させることによって]。この特性は、レゾルバおよび同期レゾルバ、およびさらに一般的に、低いギャップリラクタンスを有する全ての回転システムに関して、可変リラクタンストルクセンサの場合に最も特に重要である。
この種類の用途において、磁気ヨークは、一方向磁気作動を有するシステム(ソレノイドバルブ、電子噴射、無カムアクチュエータ、ガス安全作動など)において、巨視的誘導電流、磁気損失および動的ヒステリシス効果を最小にすることを可能にする非常に薄い厚さ(>0.1mm、好ましくは0.15mm)を有して、切断部品を積み重ねることによって構成され得、最終焼きなまし前の引抜き/成形/加圧成形/機械加工などによる最終ヨークの形態で作られた厚い板またはワイヤがむしろ使用される。
回転磁界で作動する装置の場合(例えば、回転方式)、合金がその磁気性能の最良の等方性を有することが好ましく、そうではなければこれは、回転段階に依存したトルク振動(モータの場合に)、可動部分の位置に依存した磁気リラクタンス変動(同期レゾルバ、リラクタントトルクセンサなどの場合に)を誘導する。この問題は、結晶学的組織を発生させない回転/焼きなまし順序を用いることによってか、または例えば、{100}<0vw>もしくは{111}<uvw>組織の「平面」タイプ組織を発生させることによってのいずれかで解決される。
ガス加熱システム(例えば、水ヒーター)における家庭のガス漏れを防止するために使用されるもののような非分極性電磁安全アクチュエータ装置の場合、この装置は、低いトリップ電流および低い放出電流(およびまた、これらの電流間の小さい差)を有しなければならず、これは必然的にアクチュエータの磁気ヨークと可動コア間の低い保磁力(上記参照)および小さいギャップを含むが、しかしまた、非常に小さいギャップでさえ放出を確実にするために、トリップ電流と放出電流間の差を減少させるために、および装置の性能における製造変動を減少させるために、低い残留磁気も含む。特に、この用途の場合、B/Bmax<0.5、好ましくは<0.3(少なくとも3Hに等しい磁界のための誘導Bmax)を有することが望ましい。
本発明による合金は、これらの特性全てを達成することを可能にする。
時計モータ用の固定子
別の好ましい実施形態において、合金は、さらに以下:
0.05%≦Mn≦2%
C≦0.1
Co≦1.8%
O+N≦0.01%
Eq2≧1.5
Eq3≧175
Eq4≦7(Ni≦32.5の場合)、またはEq4≦10(Ni>32.5の場合)
Eq5≦10.6(Ni≦32.5の場合)、またはEq5≦13.6(Ni>32.5の場合)
Eq6≧164
Eq7≧160[ここで、Eq7=6Ni−5Cr+4Cu]
のようであり得、合金は以下の関係:
0.0002≦B≦0.002%
0.0008≦S+Se+Sb≦0.004%
0.001≦Ca+Mg≦0.015%
の少なくとも1つをさらに満たす。
この組成は、時計モータ(特にステッパタイプの)用固定子の製造により特定的に好適である。
好ましくは、所望の目的は、いずれの種類の工業的非酸化性雰囲気、例えば、不活性ガス、He、H、N、NHなどにおいても良好な磁気性能を得て、それによりチタン含量を、好ましくは<30ppmTi、好ましくは<20ppmTiに、可能な限り減少せしめる能力である。
この種の用途について、この目的は、特定数の特性をなお満足させながら、低コストの合金を提供することである。
第1の目的は、低い工具磨耗および高い切削レートを可能にする、孔開け、型打ちまたは任意の他の適切な加工による合金帯鋼の良好な切削性を有することである。特に、この金属は、型打ちによる高速切削に好都合な金属の十分な機械的硬度を維持するように、硬化されたまたは磨かれた状態で製造業者によって供給される。しかし、この硬度は、再度研ぐまたはそれを置換しなければならい点まで、相当のバリを作ることなく、かつ切削ダイ、および特に、切削パンチを摩滅させることなく、数十万の固定子部品を切断するには十分ではない。これを達成するためには、パンチとダイの間に、切削加工中に「点線に沿う切削」の機能を有するある種の精細な介在物を金属中に挿入することも必要である。さらに、この精細な介在物は、磁気特性を最適化するためにその後の高温焼きなましの間に取り除くことができなければならない。これが、この用途のために意図される本発明による合金が8から40ppmのS、Se、Sbならびに/あるいは2から20ppmのおよび/または10から150ppmのCa、Mgを取り込む理由である。
次の目的は、60℃で4000Gを超える、しかし好ましくは7000G未満ではなければならない飽和誘導Bを有することである。
この目的はまた、その公称出力で使用される場合、すなわち、その固定子の磁性合金がその材料のB−H磁化における屈曲部に近接して働く場合、腕時計モータの電力消費を最小にすることである。
これを行うために、それ未満では機械的強度がもはや十分ではない、最小0.4mmに限定された固定子厚さに関して、該合金は、腕時計にはめ込まれる前に70μΩ.cm、好ましくは80μΩ.cmより大きい電気抵抗、および125mOe未満、好ましくは75mOe未満の低い保磁力を有しなければならない。
さらに、腕時計の電力消費は、周囲温度が上昇するとき著しく増加してはならない。これは、温度が増加するときにそのワーク磁化が低下する場合、その回転子の半回転の回転で最小のトルクを常に与えるために、エネルギー発生器は、固定子の磁化レベル、およびしたがって回転子に適用される駆動トルクを保持するためにより多くのエネルギーを供給しなければならない。したがって、高温雰囲気で使用されている腕時計の場合、その消費は実質的に増加する。
したがって、周囲温度が上昇する場合に電力消費を制御するために、飽和磁化Jがこの時計の潜在的動作範囲、主に−40℃から+60℃の範囲内で安定のままであることが必要である:このような特徴は、該合金のキュリー点Tcが100℃に等しいかまたはそれを超える場合に自動的に得られる。
別の目的は、良好な耐食性を有することである。これは、固定子の磁気部品が、一旦それらが磁気性能を最適化するために切断され熱処理を受けると、保存され、輸送され、次いで、開放空気中で腕時計機構部分の中にはめ込まれるからである。これらのはめ込み操作は、高レベルの大気腐食、特に塩タイプの腐食または大気汚染(硫黄、塩素など)によるものが存在する国においてますます行われるようになっている。
耐酸腐食性に対する要求は、腕時計の所望の品質および所望の寿命に依存して変化する。これは、腕時計の寿命が大気腐食による固定子合金の明らかな劣化に対する時間を超えないからである。時計モータが「スイス製」または「日本製」と呼ばれる有名製造地帯についての品質でできている場合、腕時計は、数年持ちこたえるように製造され、腕時計合金は、この期間にわたって著しく腐食してはならない。それが最高級時計モータまたは特にモータの可視部分を有する透明腕時計である場合、モータは原則としてヒトの寿命の間全く問題なしに作動しなければならない。
次いで、耐腐食性の様々なレベルは以下のようであり得る:
− 最低級時計機構部分:最小耐食性(Iox max≦5mA)
− 「スイス製」または「日本製」タイプの品質時計機構部分:中間耐食性(Iox max≦3mA)、および
− 可視作動時計機構部分(透明腕時計)または生涯保証:高性能耐食性(Iox max≦1mA)。
パワーエレクトロニクス用の誘導子およびトランス
別の好ましい実施形態において、合金は、さらに以下:
Cu≦10%
0.02≦Mn
C≦0.1
Eq2≧1.5%
Eq3≧189
Eq4≦4(Ni≦32.5の場合)、またはEq4≦7(Ni>32.5の場合)
Eq5≦4(Ni≦32.5の場合)、またはEq5≦7(Ni>32.5の場合)
Eq6≧173
Eq7≧185
のようであり得る。
この組成は、パワーエレクトロニクス用の誘導子およびトランスの製造により特定的に好適である。
パワーエレクトロニクスまたは任意の他の中周波エネルギー変換システム(数百Hzから数百kHzで動作)において使用されるパッシブ磁気構成部品の磁気回路は、しばしば電源装置の大きい部品を構成する平滑誘導子またはトランスの使用が必要である。
これらの構成部品を設計する場合、用いられる軟質磁気材料による容量減少の達成できる可能性を決定するのは、磁気コアの飽和磁化のみではなく、ジュール熱を介する導体損失、および全体の構成部品で発生したまたはそれにより消散した磁気損失である。
したがって、貯蔵インダクタンスまたは平滑タイプのパッシブ磁気構成部品、またはパワートランスの良好な磁気コアは第1に、通常約100−120℃である動作温度において高い飽和誘導を有さなければならないことになる。したがって、この目的は、4000Gに等しいかまたはそれを超える飽和誘導B 100℃を有することであり、これは20℃における飽和誘導、すなわち、8000Gを超えるB 20℃、あるいは150℃に等しいかそれを超えるキュリー点Tcに相当する。
これは、最大50μmの金属厚さについて、60μΩ.cmを超える、好ましくは100μΩ.cmを超える100℃での電気抵抗、および75mOe未満、好ましくは37.5mOe未満の100℃での保磁力Hを特徴とする低い動的ヒステリシスに相当する、動作温度での低い磁気損失も有しなければならない。したがって、この要件は、75mOe以下、好ましくは37.5mOe以下の20℃での保磁力Hに対してのみである。これは、温度がキュリー点に近づくと、軟質磁性材料の温度とともにHが減少し、したがって、100℃における性能は、20℃における性能が保証された場合になお確かに得られることは当業者によく知られているからである。
さらに、本発明による合金の残留損失は、金属合金の高い熱伝導およびこれらの高度に延性の磁気ヨークの非常に高い成形性および加工性のために、これらの損失を消散させるより良好な性能によって補償され得、冷却回路のそこへの容易な取り付けまたは磁気回路に複雑な形状を与えることを可能にする。
バイメタル帯鋼
別の好ましい実施形態において、合金はさらに以下:
Ni≧30%
0.02≦Mn
C≦0.1
Eq2≧1.5
Eq3≧189
Eq4≦4(Ni≦32.5の場合)、またはEq4≦7(Ni>32.5の場合)
Eq5≦4(Ni≦32.5の場合)、またはEq5≦7(Ni>32.5の場合)
Eq6≧173
Eq7≧185
Eq8≧33[ここで、Eq8=Ni+Cu−1.5Cr]
のようであり得る。
この組成は、バイメタル帯鋼の製造により特定的に好適である。
この用途において、異なる膨張係数を有する狭いギャップの帯鋼形態にある2つの材料の密接した結合のために、温度の変化は、バイメタル帯鋼の変形、または他端は所与の位置に保たれたままのバイメタル帯鋼の端部の上昇、またはバイメタル帯鋼の自由端によって発揮される力、のいずれかに変換され得る。
バイメタル帯鋼部品は、多層材料の電気抵抗およびそのたわみによる過電流センサ、バイメタル帯鋼がたわみ、次いで電気回路を切断することによる温度センサ、あるいはバイメタル帯鋼の様々な構成要素の不均衡な膨張により生じた力による熱機械アクチュエータとして働き得る。全ての場合に、バイメタル細片の作用は、そのたわみを介して起こり、その増幅は、バイメタル細片の2つの外部の構成要素間の膨張係数の差に比例している。所与の細片厚さおよび/または所与の温度差に対する膨張係数の差が大きいほど、バイメタル帯鋼アクチュエータの感度はより高い。
したがって、この目的は、広い温度範囲にわたって使用を可能にするために、7×10−6/℃を超えない、好ましくは5×10−6/℃を超えない、20℃から100℃の間で平均膨張係数α20−100、および同時に、10×10−6/℃を超えない、好ましくは8×10−6を超えない平均膨張係数α20−300をもつ材料を有することである。
熱源がバイメタル帯鋼を通って流れる電流から由来する場合の別の重要なパラメータは、電気抵抗ρelである。したがって、高い平均電気抵抗を有するバイメタル帯鋼はより多く温まり、低い電気抵抗を有するバイメタル帯鋼より高い温度に上昇する。これは、同じ比率でのバイメタル帯鋼のたわみ振幅、または同じ比率でのバイメタル帯鋼アクチュエータの力のいずれかを生じる。さらに、電気抵抗は、熱伝導性に逆比例しており、これにより温度の均一化性、したがって、バイメタル帯鋼の動的応答を確実にする。
したがって、75μΩ.cmを超える、好ましくは80μΩ.cmを超える、20℃での電気抵抗ρelを有する材料が求められている。
さらに、低および高膨張係数を有する層間に、銅またはニッケルなどの第3の金属層を加えながら、膨張係数を変えることなく様々な抵抗/伝導性の妥協値を調整することが可能である。
さらに、膨張特性の良好な温度安定性を維持するために、160℃に等しいかそれを超える、好ましくは200℃を超えるキュリー点Tcをもつ材料を有することが必要である。
この高いキュリー点、この低い膨張係数およびこの高い電気抵抗を得るために、本発明による合金が30%を超えるニッケルを有すること、および以下:
Eq8=%Ni+%Cu−1.5%Cr≧33
によって規定される等式8を満たすことが必要である。
時計モータコイルコアおよび高感度電磁継電器
別の好ましい実施形態において、合金は、さらに以下:
0.05%≦Mn≦2%
C≦0.1
Eq2≧2
Eq3≧195
Eq4≦2(Ni≦32.5の場合)、またはEq4≦6(Ni>32.5の場合)
Eq5≦2(Ni≦32.5の場合)、またはEq5≦6(Ni>32.5の場合)
Eq6≧180
Eq7≧190
のようであり得る。
この組成は、時計モータコイルのコアおよび高感度電磁継電器の製造により特定的に好適である。
好ましくは、所望の目的は、いずれの種類の工業的非酸化性雰囲気、例えば、不活性ガス、He、H、N、NHなどにおいても良好な磁気性能を得て、それによりチタン含量を、好ましくは<30ppmTi、好ましくは<20ppmTiに、可能な限り減少せしめる能力である。
腕時計の低電力消費の一般的な目的とともに、腕時計磁気回路を磁化することが意図される磁界は、最小電流で、すなわち、最大巻き数の励起コイルで発生されなければならず、これは、コアの横断面を減少させ、その上にできるだけ多数のコイルを置くために、非常に細いワイヤおよび高磁束を有する磁気コアを使用することを意味する。
したがって、磁束が材料の横断面で乗じた磁化の積であるので、コアの磁性合金では必ず、高い磁気飽和を働かせなければならない。したがって、10000Gを超える20℃での飽和誘導Bを有する合金が求められている。
該合金は、磁気損失を減少させ、したがって、腕時計の電力消費を制限するために、低い保持力Hおよび高い電気抵抗も有しなければならない。したがって、125mOe未満、好ましくは75mOe未満である20℃での保持力Hおよび60μΩ.cm、好ましくは80μΩ.cmを超える電気抵抗ρelを有する合金が求められている。
さらに、この用途のために意図される本発明による合金は、好ましくは、良好な切削性を有し、したがって、8から40ppmのS、Se、Sbならびに/あるいは2から20ppmおよび/または10から150ppmのCa、Mgを場合によって取り込み得る。
本発明による合金は、これらの特性全てを達成することを可能にする。
好ましい実施形態において、本発明による合金は、13000Gを超える飽和誘導Bを有し、したがって、それらの組成は、等式9:
Eq9≧13000[ここで、Eq9=1100(Ni+Co/3+Cu/3)−1200Cr−26000]
を満たさなければならない。
腕時計モータコイルコアを製造するために好適な組成は、高感度電磁継電器の製造にも好適である。
電磁継電器は、電気的に制御された機械アクチュエータであり、ここで、一般に製造/成形の容易さおよび低コストのためのソリッドヨークである磁性ヨークは、一片の材料によって、およびヨーク脚の一端のスイッチング位置で遮断される。「開」状態および「閉」状態間のスイッチングのためのスイッチング位置は、バネ(ヨークの外側に置かれ、ヨーク脚の周りに可動電機子ピボットを作ることによって磁気回路を開ける傾向がある)の機械的復元力と、静止時に、その電機子上の磁石による磁化ヨークのまさに磁気引力からなる電磁気力との間の均衡の結果生じる。
外部事象から生じ、機械信号に変換されなければならない電流がそれを通って流れる場合、磁気引力の振幅を減少させるヨークに対する電機子の反発力のために、反発磁気力が加えられるように、コイルはヨークの一方の脚の周りに巻かれる。したがって、コイルにおける電流の増幅に依存して、この反発力は、バネの作用がそれを移動させ、継電器を開かせ、機械的システムを作動させるのに十分なレベルを達成し得る。特に電気回路遮断器が作動するのはこの原理に基づく。
この種の継電器が高感度で作動するために、コイルを通る電流Iにおける小さい変化が、反発力における大きい変化を引き起こすことが必要であり、継電器の適切なプレセットを可能にするために、この挙動が十分に広範な電流範囲にわたって比例的であることも必要である。これは、静止における継電器の動作基点を中心とした非常に線形なB−H誘導範囲内の高い透磁率要件を規定することを意味し、このことは、所与の作動周波数に対して、磁石によって分極化された継電器の磁化に相当する。
材料の飽和誘導Bが高いほど、電流Iの作用下のヨークにおける誘導の変動は高くなり、継電器の感度は高くなり、かつ所与の動的透磁率におけるその出力は高くなる。10000Gを超える、好ましくは13000Gを超える20℃での飽和誘導B、および60μΩ.cmを超える、好ましくは70μΩ.cmを超えるより高い電気抵抗ρelにより得られる良好な磁化動的範囲、および125mOe未満、好ましくは75mOe未満の低い保磁力Hc(20℃での)を有することも必要である。
さらに、継電器はしばしば非密閉包装により保護され、それらを周囲の外気[これは、潜在的に高温、湿ったまたは酸化性(Cl、Sなど)であり得る]中に置かれるので最小の腐食の耐性が必要とされる一方で、その磁気性能においてドリフトがないことによるトリッピング条件の再現性を保証するために、数年に及ぶその動作中の金属の非酸化状態が重要である。Iox maxが5mA未満、好ましくは3mA未満、またはさらに1mA未満のままであることが必要である。
非接触温度測定および温度−上昇異常検出のための装置
別の好ましい実施形態において、合金は、さらに以下:
Cu≦10%
0.02≦Mn
C≦1%
Eq2≧0.4
Eq3≧140
Eq4≦10
Eq5≦13.6
Eq6≧140
Eq7≧125
のようであり得る。
この組成は、非接触温度測定または温度−上昇異常検出のための装置の製造により特定的に好適である。
非接触温度測定(可逆的磁気現象を用いる実時間における測定)または非接触温度上昇異常測定(可逆的現象を用いる帰納的測定、しかし、監視プロセスの終了時にラベルをリセットすることができる)のためのラベルの磁気部分は、温度および周囲の磁界に関して安定化される配置にある磁気軟質材料(「該合金」)および永久磁化(PM)磁性材料などの非常に異なる材料を同時に使用する。この温度監視は、ラベルのまさにその原理によって、軟質磁性合金のキュリー点の直ぐ下および付近の温度範囲で行われる。
この用途において、例えば、薄いFeNi合金または非晶質合金などの、断面Sを有する非常に高い透磁率の材料のプレートに結合された断面SのPM材料のプレートを、その2つの材料間の小さいギャップdを空けて用いることが可能である。このPM材料は、隣接する軟質磁性材料の磁気分極子として働く。さらに、キュリー点Tを有する本発明による合金からできている第3のプレートは、PM材料の他の側に、あるいはPM材料と高透磁率材料間のいずれかに置かれるが、ギャップdによってそれらから隔てられている。
周囲温度が本発明による合金のキュリー点Tに近づくと、それは少ししか磁化されず、PM材料の磁束は、T/T比に依存して増加する磁化レベルに分極される高透磁率材料に殆ど密集する。
したがって、高透磁率材料を遠隔アンテナからの中周波領域で励起することによって、磁化の変化ΔJは、分極磁化Jの周りに生じ、Jは、S、Sおよびdの選択によって、この目的のために前もって最適化されているので、この材料は高調波を強く放射する。
例えば、冷房装置、ワインセラー温度、[腐敗しやすい食品(冷蔵保存されるか否かにかかわらず)、魚および肉コンテナ、血液製品および血液製剤]の保存および輸送、または[非−消耗熱腐敗性有機物質(植物、花、移植用に取り出されたヒト臓器など、細胞培養物および病原菌もしくは細菌培養物、ポリマー、巨大分子のバッチなど)]の保存および出荷などの、消耗製品の温度を監視する多くの用途の場合、実用的なキュリー点は、−50℃から400℃、特に−30℃から+100℃にあることが望ましい。このキュリー点は、最大400℃に限定され、好ましくは−30℃から100℃である。
一方で、中周波での励起磁界に対するセンサの高感度、他方で、高電気抵抗(>60μΩ.cm、好ましくは>80μΩ.cm)と好ましくは薄い材料厚さとを組み合わせることによるセンサの大きい動的範囲を得るために、十分に低い保磁力(<75mOe、好ましくは<32.5mOe)が求められている。この低い保磁力に対する制限により、最大ニッケル含量34%とともに、銅含量が最大10%、好ましくは6%未満に限定されることが必要となる。
この目的はまた、合金が工業的雰囲気において様々な媒体および/または成分としばしば接触しているので、最小の腐食および酸化耐性を有することである。これらの用途において、高温酸化性雰囲気における酸化表面層の良好な耐水腐食性(Iox<5mA)、良好な耐塩水噴霧腐食性および良好な機械的安定性(接着性+耐磨耗性)によって示される合金の良好な化学安定性に対する要求がしばしばある。
本発明による合金は、これらの特性全てを達成することを可能にする。
エピタキシー用高組織化基板
別の好ましい実施形態において、合金は、さらに以下:
Mn≦2%
Si≦1%
Cu≦10%
Cr+Mo≦18%
C≦0.1
Ti+Al≦0.5%
のようであり得、合金は、以下の関係:
0.0003≦B≦0.004%
0.0003≦S+Se+Sb≦0.008%
の少なくとも1つをさらに満たす。
さらに、0.003から0.5%のニオブおよび/またはジルコニウムを添加することが好ましい。
これらの組成は、エピタキシー用高組織化基板の製造により特定的に好適である。
多くの用途では、可能な限り組織化されている多結晶材料、すなわち、可能ならば、できるだけ最も強調された一成分組織を有する材料の薄いフィルムの成長が必要とされる。
「一成分組織」という用語は、ミラー指数で[hkl](uvw)によって示される意図された理想の配向を囲む立体角(円錐半角ωを有する)内にそれら全てが位置するような、多結晶の結晶学的配向の非ランダム分布を意味すると理解される。ωは、平均組織結晶方位差と呼ばれ、測定が圧延面内または該面の外であるかどうかに依存する様々な値を取り得る。
これらの溶着材料は、例えば、Y−Ba−Cu−O型酸化物の場合の超伝導などの特有の物理特性を有する。
これらの特性は、粒界において低い欠陥密度が存在することによって非常に大きく改善され、これは、隣接する結晶間の低い結晶方位差(misorientation angle)(強調された組織の役割)、および同じ組織結晶方位差の欠陥の体積密度を減少させるための約数十ミクロンの結晶粒サイズによって生じる。
これらの高度に組織化された多結晶被覆を得るために、非常にしばしば用いられる方法の1つは、溶着(deposited)生成物のものに極めて近い格子パラメータ、できるだけ強調された一成分組織、溶着酸化物の形成により必要とされるあり得る酸化焼きなまし操作中の良好な耐酸化性、ならびに焼きなまし中にクリープを起こさないため、および最終製品の加工(コイリング、巻取り、引張りなど)に耐えるための最小機械強度を有して、それ自体高組織化されている基板上の気相エピタキシーまたは液相エピタキシーである。
したがって、この高組織化基板の必要とされる特有の使用特性は特に、双晶の表面部分、ならびに理想[100](001)立方晶配向から15°未満、好ましくは10%未満、好ましくは5%未満の結晶方位差、およびまた、{100}<001>立方晶組織の主な成分からの10°未満、好ましくは7°未満の結晶方位差ωで中心に置かれた配向から異なる他の配向の存在である。
最終用途に依存して変わり得る、20℃から100℃の間の平均熱膨張係数および20℃から300℃の間の平均熱膨張係数を有することも望ましい。したがって、高温で行われる基板上への溶着の間に、溶着フィルムが、生成物が周囲温度に戻るときに、圧縮状態にあることが必要条件であり得る。したがって、20℃と溶着温度間で、溶着材料の膨張/収縮に依存する非常に様々なレベルに調整される膨張係数を選択できることが必要である。
最後に、キュリー点はこの特性に対して限定されず、ある種の超伝導用途において、基板が使用温度、すなわち、77Kで、できるだけ少ない磁性であることがはるかにさらに好ましい。
(実施例)
本発明の文脈において、以下の略語が使用される:
Inv.:本発明による試験、
Comp.:比較試験、
NCO:実施されない試験、
SFC:塩水噴霧腐食に対する感度、
MW:酸化性工業的雰囲気における合金の酸化表面層の機械的磨耗に対する抵抗性、
20℃:20℃で測定して、ガウスで表した飽和誘導、
60℃(G):60℃で測定して、ガウスで表した飽和誘導、
:℃で表した、材料のキュリー点、
:mOeで測定した、20℃における保磁力、
ox:mAで測定した、最大負荷電位(imposed−potential)、
/B:飽和近接帯域における残留誘導B対測定誘導Bの比、
α20−100:20から100℃の間で測定して、10−6/℃で表した材料の平均膨張係数(「膨張率」とも呼ばれる)、およびα20−300:20から300℃の間で測定して、10−6/℃で表した材料の平均膨張係数、およびα20−77K:77Kから20℃の間で測定して、10−6/℃で表した材料の平均膨張係数、
ρelまたはρ(elec):μΩ.cmで測定した、20℃での電気抵抗、
μmax DC:自由空間(したがって無次元、すなわち単位を有しない)の透磁率μ(=4π×10−7)との比較で測定した、最大相対DC透磁率、および
ω:°(度)で測定した、平均組織結晶方位差。
試験および測定
本発明による合金を試験するために、所望の組成で50kgインゴットの形態で、真空誘導溶融によって、種々の合金組成物を作製した。次いで、この材料を1000から1200°で鍛造し、4.5mmの厚さに1150から800℃で熱間圧延し、化学的に酸洗いし、次いで、中間の焼きなましをすることなく0.6mmに冷間圧延した。それらの合金全てを、例えば、膨張係数、T、Iox max、およびJの測定のためのものならびにワッシャ(径で25×36mm)などの種々の試験片に切断した後、この段階で少なくとも特徴づけした。
次いで、異なる試験を実施した。
耐塩水噴霧腐食性またはSFC
SFCを測定するために、合金の薄板を、95%相対湿度を有し、かつ塩(NaCl)で飽和した雰囲気の塩水噴霧環境室中に24時間投入した。次いで、この板をアルコールですすぎ洗いし、次いで、いずれかの点食(corrosion pitting)がないか観察する。次いで、このピクリング(pickling)の密度および大きさを3つの敏感レベルに関して評価する:
0 :(塩水噴霧腐食に対して)敏感ではない、
− :わずかに敏感、
−− :敏感、および
−−−:非常に敏感。
表面酸化物層の機械的磨耗またはMW
MWを測定するために、0.6mm厚さの湿式硬化金属を最初に、露点が−30℃であるような純水素および水蒸気中、1100℃の温度で3時間焼きなましする(工業焼きなましのシミュレーション)。次いで、このように焼きなましした2枚の板を、10cmの面積上1kgに等しい圧力を与える均一に分布した重量下に積み重ねる。次いで、他方に対して一方の板の中間長まで100回の前後摺動運動を実施し、次いで、表面の磨耗を、金属の表面検査後、3つのレベルの耐磨耗性を用いて観察する:
− 0 :低い耐磨耗性、
− + :平均的な機械的耐磨耗性、および
− ++:非常に良好な機械的耐磨耗性。
キュリー点Tc
を、Chevenard熱磁気計を用いて磁力を測定することによって測定する:試験片を800℃まで100℃/時間で加熱し、次いで、同じ速度で室温に冷却する。採用したT値は、加熱モードのサーモグラフの使用に相当するものである−値Tを、磁力曲線:f(TrB)の接線から変曲点までκ−軸(偏差=0)上に外挿する。
耐水溶性酸腐食性Iox max
腐食性雰囲気または水溶性酸媒体における合金の耐食性は、合金プレート試験片を0.01M硫酸浴に浸漬した場合に(該合金が導体を介して白金でできている別のプレート電極に接続されている)、様々な電圧Uをかけることによって得られる最大電流を測定することによって決定することができる。したがって、様々な電流Iを2個の電極を接続する導体で測定し、次いで、I(U)の最大値Iox maxを決定する。
プレート間の加電圧でのこの試験によって、導体における電流の変化、特にその最大値は合金がその表面上に安定な酸化物層を形成する性能の正確な測定を与える:Iox maxが低いほど、合金の腐食抵抗性は良好である。
膨張係数
平均熱膨張係数は、<α20→T>で示される20℃と温度T間であるか、または便宜上、α20−Tは、標準Pyros試験片(正確な組成および正確な膨張を有するFe−Niからできている)との比較によってChevenard膨張計で測定される:温度Tの関数として、初期長lに関して試験片の伸びΔlの変化、すなわち、Δl=f(T)が記録される。20℃と温度T間の平均膨張係数は、10−6/℃(温度当たり相対伸びの百万分の一)で表して、以下:
Figure 0005840361
によって与えられる。
磁気特性H、Bおよびμmax DC
これらの特性は、焼きなましされたワッシャについてIEC404−6標準による磁束計で測定される。:ヒステリシスサイクルをプロットすることにより、H、Bおよびμmax DCの値を決定することが可能である。
(実施例1)
温度自己調節を有する磁気装置
使用特性を特徴づけするために、いくつかの合金を最終厚さ0.6mmで製造して得た。これらの合金は、99.9%純度材料から製造し、真空誘導炉中で溶融し、50kgインゴットに鋳造した。このインゴットを1100から1300℃で鍛造し、次いで、1000から1200℃で厚さ2.5mmに熱間圧延し、次いで、化学的に酸洗いした。次いで、この帯鋼を厚さ0.6mmに熱間圧延厚さから冷間圧延し、次いで、800から1100℃で1時間焼きなましし、次いで、脱脂して、測定用の種々の部片またはワッシャに切断し、次いで、純H(露点<−70℃)中、1100℃で3時間焼きなましした。
試験した品種は、以下の表に記載した元素を含み、残部は鉄および不可避不純物であった。
Figure 0005840361
一連の試験を、耐塩水噴霧腐食性、機械的耐磨耗性、飽和誘導、キュリー点、耐酸腐食性および20から100℃の間の膨張係数を測定するために行った。
これらの試験の結果を表2に示す。
これにより、本発明による合金の一部は、30%未満のNiを含み、例えば、SV302mod−1(T=199℃)などのInvar(R)(Fe−36%Ni:Tc=250℃)のものに非常に近いキュリー点を有し得ることがわかる。したがって、この合金のコストは、ニッケルの一部を銅に置換することによって実質的に減少させられる。さらに、耐水腐食性、耐塩水噴霧腐食性および耐酸化性は、Cu、SiおよびCrの合わせた添加によって改善される。
比較において、銅が30%Ni合金に入れられない場合、40℃程度の低いキュリー点および非常に不良な耐酸腐食性が得られる。
Figure 0005840361
実施例SV298−1において、30%のNiを超えることなく、Ni、CrおよびCu含量を適切に調整することによって、20から100℃の間の高い膨張係数(実施例において11×10−6/℃)を得ることができることも理解され得る。組成の選択は同時にキュリー点も決定する。
(実施例2)
磁束自己調節を有する装置
使用特性を特徴づけするために、いくつかの合金を最終厚さ0.6mmで製造して得た。これらの合金は、99.9%純度材料から製造し、真空誘導炉中で溶融し、50kgインゴットに鋳造した。このインゴットを1100から1300℃で鍛造し、次いで、1000から1200℃で厚さ2.5mmに熱間圧延し、次いで、化学的に酸洗いした。次いで、この帯鋼を厚さ0.6mmに熱間圧延厚さから冷間圧延し、次いで、800から1100℃で1時間焼きなましし、次いで、脱脂して、測定用の種々の部片またはワッシャに切断し、次いで、純H(露点<−70℃)中で1100℃において3時間焼きなましした。
試験した品種は、以下の表に記載した元素を含み、残部は鉄および不可避不純物であった。
Figure 0005840361
一連の試験を、耐塩水噴霧腐食性、機械的耐磨耗性、飽和誘導、キュリー点、耐酸腐食性および20から100℃の間の膨張係数を測定するために行った。
これらの試験の結果を表4に示す。
本発明による合金の大部分は、所望の耐食性および/または耐酸化性に依存して、25から28%のNiのみを含む合金について30℃から約100℃の範囲のキュリー点を有することが理解され得る。SV302mod−4の反例は、2%を超えるマンガンを含み、ケイ素の存在にもかかわらず、酸化層の耐磨耗性低下を示すので適切であり得ない。
反例SV297−1、反例NMHG−1および反例NMGH−2は、等式2を満たさないので本発明によるものではない。それらのキュリー点温度が、本発明による実施例と違って、30℃の限界値未満であることを理解し得る。
Figure 0005840361
(実施例3)
制御膨張装置
使用特性を特徴づけするために、いくつかの合金を最終厚さ0.6mmで製造して得た。これらの合金は、99.9%純度材料から製造し、真空誘導炉中で溶融し、50kgインゴットに鋳造した。このインゴットを1100から1300℃で鍛造し、次いで、1000から1200℃で厚さ2.5mmに熱間圧延し、次いで、化学的に酸洗いした。次いで、この帯鋼を厚さ0.6mmに熱間圧延厚さから冷間圧延し、次いで、800から1100℃で1時間焼きなましし、次いで、脱脂して、測定用の種々の部片またはワッシャに切断し、次いで、純H(露点<−70℃)中で1100℃において3時間焼きなましした。
膨張係数の測定を−196℃から800℃においてChevenard膨張計で行った。
試験した品種は、以下の表に記載した元素を含み、残部は鉄および不可避不純物であった。
Figure 0005840361
一連の試験を、耐塩水噴霧腐食性、機械的耐磨耗性、キュリー点、耐酸腐食性および20から100℃の間かつ20から300℃の間の膨張係数を測定するために行った。
これらの試験の結果を表6に示す。
最初の2つの試験は、非常に低い膨張係数に対応する。それに続く9つの試験は、Si、Ge、GaAsおよびSiCなどの半導体に近い膨張係数を有する。次の7つは、ガラスのものに近い膨張係数を有する。次の6つは、LNG(液化天然ガス)タンカーの船倉において77Kで液化ガスを輸送する気密容器としての使用に適合する。
Figure 0005840361
Invar(R)と比較した実施例36において、3.5%のNiを4%のCuおよび少含量のSiおよびCrと置換することにより、20から100℃の間で3×10−6/℃未満の膨張係数を維持することが可能になることが明らかであり、これは、高解像度陰極線管スクリーンのシャドーマスク、自動車の圧電燃料噴射アクチュエータ支持材、炭素繊維でできた航空部品のバルク鋳物などの、コストおよび室温付近の膨張の両方が制限されることを要し、およびまた、非常にわずかに還元性の雰囲気またはさらに酸化性雰囲気における工業的焼きなましで少ししか酸化しない材料を要する多くの用途に十分であり、保護ガス雰囲気を使用しないで済ますことを可能にし、したがって、工業的処理を単純化する。
N42と比較した実施例SV318−6において、8%のNiを6%のCuおよび2%のCrおよび少量のSiと置換することにより、20から300℃の間で6×10−6/℃を超えない膨張係数、およびさらに、20から100℃の間で等しい膨張係数を維持することが可能になることが明らかであり、これは、コストおよび、集積回路支持材などの、周囲温度を超える100から300℃の範囲の制限温度において半導体材料と接触後の膨張の両方が制限されることを要する大部分の用途に十分である。
鉛ソーダガラスタイプのガラスとのその膨張適合性のために用いられた、N426と比較したこの表の実施例SV304−4および実施例TD561−3において、14%のNiを7から10%のCuならびに少量のSiおよびCrと置換することにより、20から100℃の間で約7×10−6/℃および20から300℃の間で11.5×10−6/℃の膨張係数を維持することが可能になることが明らかであり、これは、室温を超える100から300℃の制限温度範囲内で、コストおよび、これらのある種のガラス、アルミナ、酸化ベリリウム、GaAsなどのある種の半導体などと接触後の膨張の両方が制限されることを要する多くの用途に十分である。
N485と比較した、この表の実施例TD521−4において、20%Niを6%Cuおよび2%未満のCrおよび少量のSiと置換することにより、20から100℃の間で約9.5×10−6/℃および20と300℃との間で11.9×10−6/℃の膨張係数を維持することが可能になることが明らかであり、これは、室温を超える100から300℃の制限温度範囲内で、コストおよび、これらの高度に膨張性のガラス、ZrO、フォルステライトなどと接触後の膨張の両方が制限されることを要する多くの用途に十分である。
LNGタンカーにおいて、巨大な液化ガス容器が、特に容器の三重溶接接合部における破壊的膨張力に耐え得るように−196℃(窒素ガス液化温度)と周囲温度間の非常に低い膨張係数を有する必要がある。表の最後の実施例において、3から6%のNiを3から10%のCuならびに少量のSiおよびCrと置換することにより、−196℃から20℃の間で約3から3.5×10−6/℃の膨張係数を維持することが可能になることが理解され得、これは、コストおよび、一方の側の−196℃の液化ガスと他方の側の周囲温度との間の上部構造の膨張の両方が制限されることを要するこの用途に十分である。
(実施例4)
電流センサおよび測定トランス
使用特性を特徴づけするために、いくつかの合金を最終厚さ0.6mmに製造した。これらの合金は、99.9%純度材料から製造し、真空誘導炉中で溶融し、50kgインゴットに鋳造した。このインゴットを1100から1300℃で鍛造し、次いで、1000から1200℃で厚さ2.5mmに熱間圧延し、次いで、化学的に酸洗いした。次いで、この帯鋼を厚さ0.6mmに熱間圧延厚さから中間の焼きなましをすることなく冷間圧延し、測定用の種々の部片またはワッシャ(用いられる特徴づけの種々の種類については上記参照)に切断し、その後脱脂し、次いで、純H(露点<−70℃)中、1100℃で3時間焼きなましした。
試験した品種は、以下の表に記載した元素を含み、残部は鉄および不可避不純物であった。
Figure 0005840361
一連の試験を、耐塩水噴霧腐食性、機械的耐磨耗性、20℃での飽和誘導、20℃でのヒステリシスサイクルの角形性、20度での保磁力、20℃での電気抵抗および耐酸腐食性を測定するために行った。
これらの試験の結果を表8に示す。
Figure 0005840361
この表により、10%を超えるCuを含む合金は、測定トランス型の用途に適合しない200から400mOeの範囲の非常に高い保磁力を有することがわかる。
合金SV330−4は特にコストがかからず、28%のNiおよび3%のCuを含み、測定トランスの非常に高い精度を可能にする非常に低い19mOeのHcを有する。しかし、その低い飽和(4430G)はそれを室温付近の用途に制限する。
本発明の別の実施例において、合金SV330−6は、ほとんど同様にコストがかからず、28%のNiおよび7%のCuを含み、Hc=33mOeのために、閉ループ電流センサの良好な精度を可能にする。さらに、そのより高い飽和(6800G)により、顕著に温度をより安定にさせ、測定トランスが最大70℃まで動作することを可能にする。
最後の実施例において、高い飽和(11540G)および低い保磁力(34mOe)を有する合金SV317−5は、高い精度の開ループ電流センサがコストをかけずに(34%のNiを含んで)製造されることを可能とし、一方さらに、ケイ素と組み合わせた2%Crおよび4%Cuの組合せのために、多くの媒体において良好な耐食性を保証する。
(実施例5)
磁気高調波センサ
使用特性を特徴づけするために、いくつかの合金を製造し、最終厚さ0.04mmで得た。これらの合金は、99.9%純度材料から製造し、真空誘導炉中で溶融し、50kgインゴットに鋳造した。このインゴットを1100から1300℃で鍛造し、次いで、1000から1200℃で厚さ2.5mmに熱間圧延し、次いで、化学的に酸洗いした。次いで、この帯鋼を厚さ0.6mmに熱間圧延から冷間圧延し、次いで、800から1100℃で1時間焼きなましし、次いで、最終厚さ40μmに圧延し、次いで、脱脂して、測定用の種々の部片またはワッシャに切断し、次いで、純H(露点<−70℃)中、1100℃で3時間焼きなましした。
試験した品種は、以下の表に記載した元素を含み、残部は鉄および不可避不純物であった。
Figure 0005840361
一連の試験を、耐塩水噴霧腐食性、機械的耐磨耗性、20℃での飽和誘導、20度での保磁力、20℃での電気抵抗および耐酸腐食性を測定するために行った。
これらの試験の結果を表10に示す。
Figure 0005840361
本発明による実施例SV323−6は、非常に改善された耐水腐食性を有し、そのセンサの感度は優れている(H=15mOe)。
実施例SV306−4において、ニッケル含量を28%まで低下させ、一方、高温酸化性雰囲気における耐食性、耐塩水噴霧腐食性および耐酸化性は、センサの感度同様に、全く優れている(H=18mOe)。これは、関係するNi、Cr、Cu、MnおよびSiの組成の最適化のために可能になる。高い銅含量(5.6%)のために26.5%のみのNiを含む実施例SV289−4において、このセンサのコストも、実質的に低下させ得、良好な耐食性、良好な耐酸化性およびセンサの非常に良好な感度を得ることを可能にする(H=31mOe)。
(実施例6)
モータおよび電磁アクチュエータ
使用特性を特徴づけするために、いくつかの合金を最終厚さ0.6mmに製造した。これらの合金は、99.9%純度材料から製造し、真空誘導炉中で溶融し、50kgインゴットに鋳造した。このインゴットを1100から1300℃で鍛造し、次いで、1000から1200℃で厚さ2.5mmに熱間圧延し、次いで、化学的に酸洗いした。次いで、この帯鋼を厚さ0.6mmに熱間圧延厚さから中間の焼きなましをすることなく冷間圧延し、次いで、測定用の種々の部片またはワッシャに切断し、その後脱脂し、次いで、純H(露点<−70℃)中、1100℃で3時間焼きなましした。
試験した品種は、以下の表に記載した元素を含み、残部は鉄および不可避不純物であった。
Figure 0005840361
一連の試験を、耐塩水噴霧腐食性、機械的耐磨耗性、20℃での飽和誘導、20度での保磁力、20℃での電気抵抗および耐酸腐食性を測定するために行った。
これらの試験の結果を表12に示す。
酸化表面層の耐塩水噴霧腐食感度および機械的耐磨耗性の特性は、Cr、SiおよびCuの最小値が考慮されることを条件に、常に良好であることが理解され得る。
Figure 0005840361
28から34%のニッケルを含む種々の組成を有する多くの合金は、5000から12000Gの範囲の磁気飽和および80から90μΩ.cmの範囲の電気抵抗を得ることを可能にし、一方、用途の厳密な要求に依存する低保磁力および種々の耐食性値をなお維持する。
反例として、合金SV292−4modは、等式2を満たさず、その結果ニッケル含量に対して不十分なパーセント含量のCuと組み合わせて低すぎる飽和(4800G)を生じる。別の反例において、合金SV304−2modは、その飽和があまりに低すぎる(5000Gの最小値の代わりに4080G)ので、本発明に適合せず、これは、その過剰に高いマンガン含量のためである。
合金TD560−8は、35%のNiを含み、高い飽和を有する。圧延方向に対して0°、45°および90°の方向にその透磁率μmaxを測定した。得られた値は、それぞれ、19000、17200および17600であり、これは、一連の重い圧延工程および高温での最終焼きなましのために、この合金がほとんど完全に等方性であることを示す。この特性によって、循環する磁束は等方性であり、そのプレートの特定の方向が優先的ではなく、これは電気機械における電磁トルク変動のしばしば原因となる。したがって、本発明による合金は、適切な冷間圧延および焼きなまし工程によって、必要に応じて、磁気特性の良好な等方性を有することができる特性も有する。
本発明による合金は、低い残留磁気(ヒステリシスサイクルの角形性、Br/Bm<0.3)を有し、それにより、励起が取り除かれるとすぐに大部分に対して自然に消磁される(自然的[脱磁束])か、または妨害寄生フィールド(重畳場、または非常に短期間に材料を飽和させる非常に高い過渡過電流)に鈍感である、のいずれかを可能とすることが観察された。特に、B/B角形性を非常に低い値、例えば、最小%のCr含量、28から31%のNiおよび10%のCuを有する合金TD560−1、3および5の場合に0.17に減少させるためにニッケル含量%およびクロム含量%を低くすることが有利であることが留意されるべきである。
(実施例7)
腕時計モータ用固定子
使用特性を特徴づけするために、いくつかの合金を最終厚さ0.6mmに製造した。これらの合金は、99.9%純度材料から製造し、真空誘導炉中で溶融し、50kgインゴットに鋳造した。このインゴットを1100から1300℃で鍛造し、次いで、1000から1200℃で厚さ2.5mmに熱間圧延し、次いで、化学的に酸洗いした。次いで、この帯鋼を厚さ0.6mmに熱間圧延厚さから中間の焼きなましをすることなく冷間圧延し、次いで、測定用の種々の部片またはワッシャに切断し、その後、脱脂し、次いで、純H(露点<−70℃)中で1100℃において3時間焼きなましした。
試験した品種は、以下の表に記載した元素を含み、残部は鉄および不可避不純物であった。
Figure 0005840361
キュリー点は、温度800℃まで上昇後、降下させる、熱磁気計の往復測定により決定した。
一連の試験を、耐塩水噴霧腐食性、機械的耐磨耗性、20℃での電気抵抗、キュリー点、20℃での保磁力、20℃での飽和誘導および60℃での飽和誘導を測定するために行った。
これらの試験結果を表14に示す。
Figure 0005840361
(実施例8)
パワーエレクトロニクス用の誘導子およびトランス
使用特性を特徴づけするために、いくつかの合金を最終厚さ0.6mmに製造した。これらの合金は、99.9%純度材料から製造し、真空誘導炉中で溶融し、50kgインゴットに鋳造した。このインゴットを1100から1300℃で鍛造し、次いで、1000から1200℃で厚さ2.5mmに熱間圧延し、次いで、化学的に酸洗いした。次いで、この帯鋼を厚さ0.6mmに熱間圧延厚さから冷間圧延し、次いで、800から1100℃で1時間焼きなましし、次いで、脱脂して、厚さ0.05mmに冷間圧延し、せん断し、焼きなましの間に巻き線がくっつくのを防止するために鉱物絶縁材で被覆し、径30×20mmの径および高さ20mmを有するトーラスとして巻いて、その後、純H(露点<−70℃)中、1100℃で3時間焼きなましした。
試験した品種は、以下の表に記載した元素を含み、残部は鉄および不可避不純物であった。
Figure 0005840361
一連の試験を、20℃での飽和誘導、キュリー点、20℃での保磁力、20℃での電気抵抗および耐酸腐食性を測定するために行った。
これらの試験の結果を表16に示す。
Figure 0005840361
本発明による合金の全ては、少なくとも80μΩ.cmの20℃での電気抵抗および75mOe未満、一般に41mOe未満の20℃での保磁力を有することが理解され得る。より薄い厚さおよび良好な巻線間絶縁と組み合わせたこの性能は、低い磁気損失を確実にし、これは、それらの良好な熱伝導がこれらの磁気損失が容易に消散されることを可能にするのでパッシブ磁気構成部品のこれらの磁気コアにおいて一層容認される。
反例SV301mod−1、SV292−1およびTC768において、Ni%およびCu%間の均衡は、飽和が十分であるように、すなわち、磁気回路の設計がフェライトに関して十分に有用な容量をもたらすように正確に確保されなければならない。
(実施例9)
バイメタル帯鋼
使用特性を特徴づけするために、いくつかの合金を最終厚さ0.6mmに製造した。これらの合金は、99.9%純度材料から製造し、真空誘導炉中で溶融し、50kgインゴットに鋳造した。このインゴットを1100から1300℃で鍛造し、次いで、1000から1200℃で厚さ2.5mmに熱間圧延し、次いで、化学的に酸洗いした。次いで、この帯鋼を厚さ0.6mmに冷間圧延し、次いで、800から1100℃で1時間焼きなましし、次いで、脱脂して、測定用の種々の部片またはワッシャに切断し、次いで、純H(露点<−70℃)中、1100℃で3時間焼きなましした。
試験した品種は、以下の表に記載した元素を含み、残部は鉄および不可避不純物であった。
Figure 0005840361
一連の試験を、耐塩水噴霧腐食性、機械的耐磨耗性、キュリー点、20℃での電気抵抗、20から200℃の間の膨張係数および20から300℃の間の膨張係数を測定するために行った。
これらの試験の結果を表18に示す。
Figure 0005840361
(実施例10)
腕時計モータコイルおよび高感度電磁継電器
使用特性を特徴づけするために、いくつかの合金を最終厚さ0.6mmに製造した。これらの合金は、99.9%純度材料から製造し、真空誘導炉中で溶融し、50kgインゴットに鋳造した。このインゴットを1100から1300℃で鍛造し、次いで、1000から1200℃で厚さ2.5mmに熱間圧延し、次いで、化学的に酸洗いした。次いで、この帯鋼を厚さ0.6mmに熱間圧延厚さから中間の焼きなましをすることなく冷間圧延し、次いで、測定用の種々の部片またはワッシャに切断し、その後、脱脂し、次いで、純H(露点<−70℃)中、1100℃で3時間焼きなましした。
試験した品種は、以下の表に記載した元素を含み、残部は鉄および不可避不純物であった。
Figure 0005840361
一連の試験を、耐塩水噴霧腐食性、機械的耐磨耗性、20℃での電気抵抗、キュリー点、20℃での飽和誘導、20℃での保磁力および耐酸腐食性を測定するために行った。
これらの試験の結果を表20に示す。
30%のNiのみで10000Gの20℃での飽和、および34%のNiのみで20℃での13000Gの飽和を得ることが可能であることが理解され得る。
この性能は、酸化層の良好な耐食性および機械的耐磨耗性の特性だけではなく、非常に有利で、革新的である。
Figure 0005840361
(実施例11)
非接触温度測定および温度異常指示のための装置
使用特性を特徴づけするために、いくつかの合金を最終厚さ0.6mmに製造した。これらの合金は、99.9%純度材料から製造し、真空誘導炉中で溶融し、50kgインゴットに鋳造した。このインゴットを1100から1300℃で鍛造し、次いで、1000から1200℃で厚さ2.5mmに熱間圧延し、次いで、化学的に酸洗いした。次いで、この帯鋼を厚さ0.6mmに熱間圧延厚さから冷間圧延し、次いで、800から1100℃で1時間焼きなましし、次いで、脱脂して、測定用の種々の部片またはワッシャ(用いられる特徴づけの種々の種類については上記参照)に切断し、次いで、純H(露点<−70℃)中で1100℃において3時間焼きなましした。
試験した品種は、以下の表に記載した元素を含み、残部は鉄および不可避不純物であった。
Figure 0005840361
一連の試験を、耐塩水噴霧腐食性、機械的耐磨耗性、20℃での飽和誘導、キュリー点、20℃での保磁力および耐酸腐食性を測定するために行った。
これらの試験の結果を表22に示す。
Figure 0005840361
反例は等式1を満たさず、これは合金が完全にはオーステナイトではないことを意味することが留意されるべきである。合金の非オーステナイト特性は、必要とされる保磁力値が達成されることを妨げる。
(実施例12)
エピタキシー用高組織化基板
使用特性を特徴づけするために、いくつかの合金を最終厚さ0.1mmに製造した。これらの合金は、99.9%純度材料から製造し、真空誘導炉中で溶融し、50kgインゴットに鋳造した。このインゴットを1100から1300℃で鍛造し、次いで、1000から1200℃で厚さ5mmに熱間圧延し、次いで、化学的に酸洗いした。次いで、この帯鋼を、中間の焼きなましをすることなく、厚さ0.1mmに冷間圧延し、次いで、研摩剤入り研摩フェルトで約1ミクロンの非常に細かい研摩粒に機械的に研摩した。次いで、この金属を800から1100℃で1時間焼きなましし、次いで、得られた組織の型と強度を評価するために、X線極点図を測定するために種々の部片に切断した。
試験した品種は、以下の表に記載した元素を含み、残部は鉄および不可避不純物であった。
Figure 0005840361
一連の試験を、耐塩水噴霧腐食性、機械的耐磨耗性、キュリー点、耐酸腐食性、20から300℃の間の膨張係数、双晶含量および平均組織結晶方位差を測定するために行った。
これらの試験の結果を表24に示す。
Figure 0005840361
本発明による合金は、低い双晶含量(<10%)および低い平均組織結晶方位差ω(<10°)、ならびに最小量のCr、SiおよびCuの添加のために、劣化した操作雰囲気または焼きなまし雰囲気における酸化層の高い機械的耐磨耗性、および広範囲にわたって変り得る膨張係数を有して、{100}<001>立方晶組織を形成する強い能力を有し、エピタキシー用基板上の被覆のためのほとんどの膨張要件を満たすことを可能にすることが理解され得る。

Claims (36)

  1. オーステナイト系鉄−ニッケル−クロム−銅合金であって、その組成が質量%で以下:
    24%≦Ni≦36%
    0.02%≦Cr≦8%
    Cu≧4%
    Cu+Co≦15%
    0.01≦Mn≦6%
    0.02≦Si≦2%
    0≦Al+Ti≦0.0030%
    0≦C≦0.1%
    0≦V+W<3%
    0≦Nb+Zr≦0.5%
    0≦Mo≦4%
    Sn≦1%
    0≦B≦0.006%
    0≦S+Se+Sb≦0.008%
    0≦Ca+Mg≦0.020%
    を含み、残部は鉄および溶融精錬から生じる不純物であり、ニッケル、クロム、銅およびコバルトのパーセント含量は、合金が以下の条件:
    Co<Cu
    Co<4%(Cr>7.5%の場合)
    Eq1>28%[ここで、Eq1=Ni+1.2Cr+(Cu/5)]
    Cr<7.5%(Ni>32.5%の場合)
    をさらに満たすものであり、マンガン含量は以下の条件:
    − Eq3≧205である場合、Mn≦Ni−27.5+Cu−Cr
    − 180.5≦Eq3≦205である場合、Mn≦4%
    − Eq3≦180.5である場合、Mn≦2%
    [ここで、Eq3=6Ni−2.5X+4(Cu+Co)およびX=Cr+Mo+V+W+Si+Al]
    をさらに満たすものである、合金。
  2. ニッケル、クロム、銅、コバルト、モリブデン、マンガン、バナジウム、タングステン、ケイ素およびアルミニウムのパーセント含量が、合金が以下の条件:
    0.02≦Mn
    Eq2≧0.95[ここで、Eq2=(Ni−24)[0.18+0.08(Cu+Co)]]、
    Eq3≧161、
    Eq4≦10[ここで、Eq4=Cr−1.125(Cu+Co)]
    Eq5≦13.6[ここで、Eq5=Cr−0.227(Cu+Co)]
    Eq6≧150[ここで、Eq6=6Ni−2.5X+1.3(Co+Cu)]
    Eq7≧150[ここで、Eq7=6Ni−5Cr+4Cu]
    をさらに満たすものであることを特徴とする、請求項1に記載の合金。
  3. 温度自己調節機能を有する電磁気装置において、請求項2に記載の合金、当該温度自己調節機能を得るために使する方法
  4. 度自己調節機能を有する電磁気装置であって、当該温度自己調節機能請求項2に記載の合金により得られる、装置。
  5. Ni≦29%
    Co≦2%
    0.02≦Mn≦2%
    Eq2≧0.95[ここで、Eq2=(Ni−24)[0.18+0.08(Cu+Co)]]
    Eq3≧161
    Eq4≦10[ここで、Eq4=Cr−1.125(Cu+Co)]
    Eq5≦13.6[ここで、Eq5=Cr−0.227(Cu+Co)]
    Eq6≧150[ここで、Eq6=6Ni−2.5X+1.3(Co+Cu)]
    Eq7≧160[ここで、Eq7=6Ni−5Cr+4Cu]]
    をさらに特徴とする、請求項1に記載の合金。
  6. 磁束自己調節機能を有する電磁気装置において、請求項5に記載の合金、当該磁束自己調節機能を得るために使する方法
  7. 束自己調節機能を有する電磁気装置であって、当該磁束自己調節機能請求項5に記載の合金により得られる、装置。
  8. Ni≦35
    q2≧1
    Eq3≧170
    Eq6≧159
    Eq7≧160
    をさらに特徴とする、請求項2に記載の合金。
  9. 低膨張が必要な装置において、請求項8に記載の合金を、当該低膨張のために使用する方法。
  10. 請求項8に記載の合金を含む、低膨張が必要な装置。
  11. Cu≦10%
    C≦0.1
    Eq2≧1
    Eq3≧170
    Eq6≧159
    Eq7≧160
    をさらに特徴とする、請求項2に記載の合金。
  12. 電流センサ、測定トランスまたは磁気高調波センサ、請求項11に記載の合金使用する方法
  13. 請求項11に記載の合金を含む、電流センサ、測定トランスまたは磁気高調波センサ。
  14. 0.05%≦Mn≦2%
    C≦0.1
    Eq2≧1.5
    Eq3≧175
    Eq4≦7(Ni≦32.5の場合)
    Eq5≦10.6(Ni≦32.5の場合)
    Eq6≧164
    Eq7≧160
    をさらに特徴とする、請求項2に記載の合金。
  15. モータまたは電磁アクチュエータ、請求項14に記載の合金使用する方法
  16. 請求項14に記載の合金を含む、電磁アクチュエータまたはモータ。
  17. Co≦1.8%
    O+N≦0.01%
    をさらに特徴とし、以下の関係:
    0.0002≦B≦0.002%
    0.0008≦S+Se+Sb≦0.004%
    0.001≦Ca+Mg≦0.015%
    の少なくとも1つをさらに満たす、請求項14に記載の合金。
  18. 時計モータ用固定子、請求項17に記載の合金使用する方法
  19. 請求項17に記載の合金を含む、時計モータ用固定子。
  20. Eq2≧1.5%
    Eq3≧189
    Eq4≦4(Ni≦32.5の場合)、またはEq4≦7(Ni>32.5の場合)
    Eq5≦4(Ni≦32.5の場合)、またはEq5≦7(Ni>32.5の場合)
    Eq6≧173
    Eq7≧185
    をさらに特徴とする、請求項11に記載の合金。
  21. パワーエレクトロニクス用の誘導子またはトランス、請求項20に記載の合金使用する方法
  22. 請求項20に記載の合金を含む、パワーエレクトロニクス用誘導子またはトランス。
  23. Ni≧30
    q2≧1.5
    Eq3≧189
    Eq4≦4(Ni≦32.5の場合)、またはEq4≦7(Ni>32.5の場合)
    Eq5≦4(Ni≦32.5の場合)、またはEq5≦7(Ni>32.5の場合)
    Eq6≧173
    Eq7≧185
    Eq8≧33[ここで、Eq8=Ni+Cu−1.5Cr]
    をさらに特徴とする、請求項2に記載の合金。
  24. バイメタルストリップ、請求項23に記載の合金使用する方法
  25. 請求項23に記載の合金を含むバイメタルストリップ。
  26. Eq2≧2
    Eq3≧195
    Eq4≦2(Ni≦32.5の場合)、またはEq4≦6(Ni>32.5の場合)
    Eq5≦2(Ni≦32.5の場合)、またはEq5≦6(Ni>32.5の場合)
    Eq6≧180
    Eq7≧190
    をさらに特徴とする、請求項14に記載の合金。
  27. Eq9≧13000[ここで、Eq9=1100(Ni+Co/3+Cu/3)−1200Cr−26000]
    をさらに特徴とする、請求項26に記載の合金。
  28. 時計モータコイルのコアまたは高感度の電磁継電器、請求項26または27に記載の合金使用する方法
  29. 請求項26または27に記載の合金を含む、時計モータコイルのコアまたは高感度の電磁継電器。
  30. Cu≦10%
    0.02≦M
    q2≧0.4[ここで、Eq2=(Ni−24)[0.18+0.08(Cu+Co)]]
    Eq3≧140
    Eq4≦10[ここで、Eq4=Cr−1.125(Cu+Co)]
    Eq5≦13.6[ここで、Eq5=Cr−0.227(Cu+Co)]
    Eq6≧140[ここで、Eq6=6Ni−2.5X+1.3(Co+Cu)]
    Eq7≧125[ここで、Eq7=6Ni−5Cr+4Cu]
    をさらに特徴とする、請求項1に記載の合金。
  31. 非接触温度測定または温度異常指示のための装置、請求項30に記載の合金使用する方法
  32. 請求項30に記載の合金を含む、非接触温度測定または温度異常指示装置。
  33. Mn≦2%
    Si≦1%
    Cu≦10
    さらに特徴とし、以下の関係:
    0.0003≦B≦0.004%
    0.0003≦S+Se+Sb≦0.008%
    の少なくとも1つをさらに満たす、請求項1に記載の合金。
  34. 0.003≦Nb+Zr≦0.5%
    をさらに特徴とする、請求項33に記載の合金。
  35. エピタキシー用高組織化基板、請求項33または34に記載の合金使用する方法
  36. 請求項33または34に記載の合金を含む、エピタキシー用高組織化基板。
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