JP2017002395A - 超低コバルトの鉄−コバルト磁性合金 - Google Patents

Abstract

【課題】フライホイール、機械的ベアリング、ソレノイド、リラクタンスモーター、ジェネレーター、燃料インジェクター、及びトランス等の適用先において、適切な機械的特性に相伴う優れた磁気的及び電気的特性を保持した、より安価な軟磁性合金を提供する。【解決手段】前記合金は、鉄、約２〜約１０％重量％のコバルト、約０．０５〜約５重量％のマンガン、及び約０．０５〜約５重量％のシリコンを有する磁性鉄合金を含み、約３重量％までのクロミウム、約２重量％までのバナジウム、約１重量％までのニッケル、約０．０５重量％までのニオビウム、及び約０．０２重量％の炭素を含んでもよい鉄磁性合金及びその製造方法。【選択図】なし

Description

本発明は軟磁性合金、特に１０重量％以下のコバルトを含有する鉄−コバルト合金に関する。

鉄−コバルト合金は産業界において周知であり、高度の磁気飽和を提供する。特に、４９Ｃｏ−Ｆｅ−２Ｖ（カーペンター・テクノロジー・コーポレーションから入手可能なＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）５０合金）は、最高の磁気誘導を提供する商業的に利用可能な合金であり、２７Ｃｏ−Ｆｅ（カーペンター社から同様に入手可能なＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）２７合金）は比較的高い延性及び耐久性に併せて高い磁気飽和を提供することが周知である。これらの各合金は、多量のコバルト（ＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）５０に約５０％、及びＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）２７に２７％）を含有している。コバルトは高価な金属でありコストを大きく増大させる。航空の適用先においては、これらの合金のコストは、それら合金の室温及び高温下における適切な機械的特性に相伴う優れた磁気的及び電気的特性によって正当化される。しかしながら、陸上及び海上の適用先においては、適切な機械的特性に相伴う優れた磁気的及び電気的特性を保持した、より安価な軟磁性合金が求められている。例示的な陸上及び海上の適用先には、フライホイール、機械的ベアリング、ソレノイド、リラクタンスモーター、ジェネレーター、燃料インジェクター、及びトランスが含まれる。交流及び直流の適用先の両方に適したより大きな電気抵抗を有する軟磁性合金がさらに求められている。

これら及びその他の必要性を満たすため、並びにその目的を考慮すると、本発明は超低コバルトの鉄−コバルト磁性合金を提供するものである。本発明の例示的な一実施形態は、鉄、約２重量％〜約１０％重量％のコバルト、約０．０５重量％〜約５重量％のマンガン、及び約０．０５重量％〜約５重量％のシリコンを有する磁性鉄合金を含む。前記合金は、約３重量％までのクロミウム、約２重量％までのバナジウム、約１重量％までのニッケル、約０．０５重量％までのニオビウム、及び約０．０２重量％のうち１つ又は複数をさらに有してもよい。前記合金は少なくとも約４０μΩｃｍの電気抵抗（ρ）を有してもよい。前記合金は少なくとも約２０ｋＧの飽和磁気誘導（Ｂ_ｓ）を有してもよい。前記合金は約２Ｏｅ未満の保磁力（Ｈ_ｃ）を有してもよい。前記合金は主にα単層を含んでもよい。

他の例示的な実施形態は、鉄、約２重量％〜約１０％重量％のコバルト、約０．０５重量％〜約５重量％のマンガン、及び約０．０５重量％〜約５重量％のシリコンを有するものであって、少なくとも約４０μΩｃｍのρ、少なくとも約２０ｋＧのＢ_ｓ、及び約２Ｏｅ未満のＨ_ｃを有する磁性鉄合金を含む。前記合金は、約３重量％までのクロミウム、約２重量％までのバナジウム、約１重量％までのニッケル、約０．０５重量％までのニオビウム、及び約０．０２重量％までの炭素のうち１つ又は複数をさらに有してもよい。前記合金は主にα単層を含んでもよい。

本発明は以下の詳細な説明を添付の図面と関連させて読んだときに最もよく理解されるものである。慣行上、図面の様々な特徴は原寸に比例していないことは強調しておく。むしろ、様々な特徴は分かり易さのために任意に拡大又は縮小されている。以下の図が図面に含まれる。
図１Ａは本発明の実施形態による、約１０重量％のコバルトを有する一系列の合金について、ＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）２７及び実質的にコバルト非含有のコントロールサンプルと比較して、飽和磁気誘導（Ｂ_ｓ）、保磁力（Ｈ_ｃ）、及び電気抵抗（ρ）を示したグラフである。 図１Ｂは本発明の実施形態による、約８重量％のコバルトを有する一系列の合金について、ＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）２７及び実質的にコバルト非含有のコントロールサンプルと比較して、Ｂ_ｓ、Ｈ_ｃ、及びρを示したグラフである。 図１Ｃは、本発明の実施形態による、約５重量％のコバルトを有する一系列の合金について、ＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）２７及び実質的にコバルト非含有のコントロールサンプルと比較して、Ｂ_ｓ、Ｈ_ｃ、及びρを示したグラフである。 図２Ａは、本発明の実施形態による、約１０重量％のコバルトを有する合金、約８重量％のコバルトを有する合金、及び約５重量％のコバルトを有する合金の三系列について、実質的にコバルト非含有のコントロールサンプルと比較して、０．２％耐力を示したグラフである。 図２Ｂは、本発明の実施形態による、約１０重量％のコバルトを有する合金、約８重量％のコバルトを有する合金、及び約５重量％のコバルトを有する合金の三系列について、実質的にコバルト非含有のコントロールサンプルと比較して、最大抗張力を示したグラフである。 図２Ｃは、本発明の実施形態による、約１０重量％のコバルトを有する合金、約８重量％のコバルトを有する合金、及び約５重量％のコバルトを有する合金の三系列について、実質的にコバルト非含有のコントロールサンプルと比較して、伸びを示したグラフである。 図３Ａは、本発明の実施形態による、４つの合金のＸ線回折スペクトルを示したグラフである。 図３Ｂは、本発明の実施形態による、第１の合金の光学顕微鏡写真である。 図３Ｃは、本発明の実施形態による、他の合金の光学顕微鏡写真である。 図４は、本発明の実施形態による、３つの合金について、ＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）２７及び実質的にコバルト非含有のコントロールサンプルと比較して、鉄損を示したグラフである。

本発明の実施形態は、コバルト及びマンガンを含有し、高い飽和磁気誘導、高い抵抗、及び低い保持力と、比較的良好な延性及び耐久性などの機械的特性とを有する、磁性鉄合金を提供するものである。前記合金は、モーター、ジェネレーター、ローター、ステーター、ポールピース、リレー、磁気ベアリングなどの、良好な機械的耐久性、良好な延性、高い飽和磁気誘導、及び高い電気抵抗の組合せを必要とする海上及び陸上の適用先において利用されてもよい。前記合金の高い電気抵抗は渦電流の損失を低減するため、交流電流の適用先における利用もさらに可能とする。実施形態には前記合金ばかりでなく前記合金の製造方法も含まれる。

本文書において利用される場合、「合金」は２つ又はそれ以上の金属の均一な混合物又は固溶体を指し、１つの金属の原子がその他の金属の原子に対して侵入型及び／又は置換型の位置を占めるか又は置き換わっている。合金という用語は、単一固相の微細構造となりうる完全な固溶体合金と、２つ又はそれ以上の相となりうる部分溶体との両方を指しうる。

本文書及び請求の範囲において使用される場合、「備える(comprising)」、「有する(having)」、及び「含む(including)」は、包括的又は非制限的であり、追加的な未列挙の要素、構成要素、又は工程を除外するものではない。したがって、「備える」、「有する」、及び「含む」の用語は、より制限的な用語である「基本的に成る(consisting essentially of)」及び「成る(consisting of)」を包含するものである。特記しない限り、本文書で与えられる全ての数値は所与の端点とそれ以下とを含み、構成成分又は構成要素の数値は、組成物中の各成分の重量パーセント又は重量％で表される。

コバルト、マンガン、及びシリコンを含有する磁性鉄合金
本発明の実施形態は、コバルト、シリコン、及びマンガンを有する磁性鉄合金を含む。例えば、前記磁性鉄合金は、約２重量％〜約１０％重量％のコバルト（Ｃｏ）、約０．０５重量％〜約５重量％のマンガン（Ｍｎ）、及び約０．０５重量％〜約５重量％のシリコン（Ｓｉ）を有する磁性鉄合金を含む。Ｃｏは前記合金の飽和磁気誘導を向上させるが、特定の機械的特性を低下させ、比較的高価である。ＭｎとＳｉは比較的安価な元素であり、合金の製造工程からの廃棄物を多くの等級において再利用可能な材料として利用してコストを削減することが出来る。本発明の実施形態による合金は、ＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）５０及びＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）２７などの既知の合金よりも少ないＣｏを含みながら、なお適当な磁気的、電気的、及び機械的特性を維持している。

前記磁性鉄合金は、好ましくは、約２重量％〜約８重量％のＣｏ、約２重量％〜約５重量％のＣｏ、約５重量％〜約１０重量％のＣｏ、約５重量％〜約８重量％のＣｏ、又は約８重量％〜約１０重量％のＣｏを含有してもよい。前記磁性鉄合金は、より好ましくは、約５重量％のＣｏ、約８重量％のＣｏ、又は約１０重量％のＣｏを含有してもよい。

前記磁性鉄合金は、好ましくは、約０．０５重量％〜約２．７０重量％のＭｎ、約０．０５重量％〜約２．２０重量％のＭｎ、約０．０５重量％〜約１重量％のＭｎ、約１重量％〜約５重量％のＭｎ、約１重量％〜約２．７０重量％のＭｎ、約１重量％〜約２．２０重量％のＭｎ、約２．２０重量％〜約５重量％のＭｎ、約２．２０重量％〜約２．７０重量％のＭｎ、又は約２．７０重量％〜約５重量％のＭｎを含有してもよい。前記磁性鉄合金は、より好ましくは、約１．０重量％のＭｎ、約２．２重量％のＭｎ、又は約２．７重量％のＭｎを含有してもよい。

前記磁性鉄合金は、好ましくは、約０．０５重量％〜約２．３重量％のＳｉ、約０．０５重量％〜約１．３重量％のＳｉ、約１．３重量％〜約５重量％のＳｉ、約１．３重量％〜約２．３重量％のＳｉ、又は約２．３重量％〜約５重量％のＳｉを含有してもよい。前記磁性鉄合金は、より好ましくは、約１．３重量％のＳｉ、又は約２．３重量％のＳｉを含有してもよい。

本発明の実施形態による好ましい磁性鉄合金は、約１０重量％のＣｏ、約２．７重量％のＭｎ、及び約１．３重量％のＳｉを含有する。本発明の実施形態による他の好ましい磁性鉄合金は、約８重量％のＣｏ、約２．２重量％のＭｎ、及び約１．３重量％のＳｉを含有する。本発明の実施形態による他の好ましい磁性鉄合金は、約５重量％のＣｏ、約２．２重量％のＭｎ、及び約１．３重量％のＳｉを含有する。本発明の実施形態による他の好ましい磁性鉄合金は、約５重量％のＣｏ、約１．０重量％のＭｎ、及び約２．３重量％のＳｉを含有する。

前記磁性鉄合金は、クロミウム、バナジウム、ニッケル、ニオビウム、及び炭素などの他の好適な合金元素を含有してもよい。他の例示的な実施形態においては、前記磁性鉄合金は、約３重量％までのクロミウム、約２重量％までのバナジウム、約１重量％までのニッケル、約０．０５重量％までのニオビウム、及び約０．０２重量％の炭素を含んでもよい上記の実施形態のそれぞれにおいて、前記合金のバランス（つまり、前記合金のパーセンテージで、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｓｉ、又は他の好適な合金元素以外のもの）は、鉄（Ｆｅ）である。前記合金はまた、前記合金の磁気的、電気的、及び機械的特性に影響しない他の僅かな不純物を含んでもよい。

上述の合金元素を含有する磁性鉄合金は、単一のアルファ（α）、フェライト体心立方相の合金となりうる。例示的な実施形態において、前記磁性鉄合金は主に又は実質的にα相である（例えば、>９５％）。好ましくは、前記磁性鉄合金は優勢的にα相であり（例えば、>９９％）、第２の相は殆ど又は全く存在しない。α相合金は鉄損が最小限であり比較的高い延性を示すという利点をもたらしうる。加えて、本発明の実施形態による磁性鉄合金は優れた電気抵抗及び磁気的特性を提供するよう考案されている。

本発明の実施形態による磁性鉄合金は、好ましくは、少なくとも約２０キロガウス（ｋＧ）の高い飽和磁気誘導（Ｂ_ｓ）即ち磁束密度、約２エルステッド（Ｏｅ）未満の低い保磁力（Ｈ_ｃ）、及び少なくとも４０μΩｃｍの高い電気抵抗（ρ）を有する。飽和とは、適用された外部磁界（Ｈ）の上昇が材料の磁性をそれ以上上昇させることができず、よって合計磁束密度（Ｂ）が幾分か安定になったときに辿り着く状態である。飽和は強磁性材料の特徴である。材料の保磁力とは、サンプルの磁化が飽和に達した後にその材料の磁化をゼロまで減少させるのに必要な、適用される磁界の強度である。したがって、保磁力は消磁状態になるまでの強磁性材料の抵抗の尺度である。保磁力は、Ｂ−Ｈアナライザー又は磁力計又は保磁力計を用いて測定することが出来る。電気抵抗とは、所与の材料がどの程度強く電流の流れに逆らうかという内因的な特性である。抵抗が低いことは材料が容易に電荷の移動を許すことを示している。

以下の実施例において見ることができるように、上述の含有率のＣｏ、Ｍｎ、及びＳｉを有する合金の系統においては、Ｂ_ｓはＣｏ含有率の上昇によって上昇するが、Ｍｎ及びＳｉ含有率の上昇に寄って減少し；Ｈ_ｃはＣｏ含有率及びＭｎ含有率の上昇によって上昇するが、Ｓｉ含有率の上昇によって減少し；ρはＳｉ、Ｃｏ、及びＭｎの何れかの含有率の上昇に寄って上昇する。したがって、本発明の実施形態による磁性鉄合金は、Ｃｏを低いレベルで保ちそれにより当該合金のコストを減少させながらも、広い範囲の所望の磁気的特性に対して好都合に調整させることができる。

合金の製造方法
本発明の実施形態は、コバルト、マンガン、及びシリコンを上述のように含有する前記磁性鉄合金を製造する方法を、さらに含むものである。

前記合金は、従来の技術を用いて調製、加工、成形されてもよい。例えば、真空誘導溶解(VIM: vacuum induction melting)、真空アーク再溶解(VAR: vacuum arc remelting)、エレクトロスラグ再溶解(ESR: electroslag remelting)などのアーク炉及び真空溶解の技術を用いて、前記合金元素を空気中又は適切な気体中で溶解してもよい。必要に応じて、より高い純度又はより良い粒子構造は、例えばＥＳＲ又はＶＡＲによって合金を精製することで得ることができる。

前記合金をインゴット型に鋳造し、次いでビレット、バー、スラブなどに熱間加工してもよい。炉の温度は例えば、約１０００°Ｆ（５３８℃）〜約２１５０゜Ｆ（１１７７℃）の範囲をとってもよい。前記成形物を機械加工して、磁気ベアリングのディスク、ジャーナル、及びシャフトなどの有用な部品及び構成要素にしてもよい。あるいは、前記合金をさらに熱間圧延して所望の厚さのワイヤー、ロッド、又はストリップにしてもよい。前記ワイヤー、ロッド、又はストリップを冷間加工してより小さな断面直径にして、そこから最終的な部品へと機械加工することもできる。前記合金はまた粉末冶金技術を用いて製造することもできる。

前記合金の特性を細かく調整し続ける目的で、前記方法は飽和磁気誘導、電気抵抗、及び機械的特性を最適化するための熱処理をさらに含んでもよい。前記合金を単一工程又は複数工程の熱処理サイクルによって熱処理してもよい。単一工程の熱処理においては、前記合金を第１の温度まで加熱し、次いで所望の温度まで所与の速度で冷却してもよい。複数工程の熱処理においては、前記合金を第１の温度まで加熱し、所与の温度まで冷却し、第２の温度まで加熱し、所与の温度まで冷却してもよい。いずれの加熱又は冷却工程においても、温度は所与の時間保持されてもよい。この複数工程の熱処理を、適用先に必要な所望の効果及び特性（つまり、磁気的、電気的、及び機械的特性）を達成するまで必要な回数繰り返してもよい。

前記熱処理の温度、条件、及び時間は前記合金に求められる適用先及び特性によって決めてもよい。例えば、前記合金又は部品を、乾燥水素又は真空下において約１３００°Ｆ（７０４℃）〜約１６５２°Ｆ（９００℃）の温度で約２時間〜約４時間焼鈍してもよい。前記合金を次いで毎時約１４４°Ｆ（６２℃）〜約５４０°Ｆ（２８２℃）で、約５７２°Ｆ（３００℃）〜約６００°Ｆ（３１６℃）に達するまで冷却し、次いで任意の適当な速度で冷却してもよい。温度が上昇するにつれて、磁性は上昇し、一方で耐力及び抗張力は低下する。軟質磁気特性はオーステナイト相の形成によって減少し始めるため、約１６５２°Ｆ（９００℃）を超えない温度が望ましいであろう。磁気的特性は、合金の表面上に酸化物層を生成することによっても上昇させることができる。この表面酸化物層は、酸素含有の気体中において、例えば、約６００゜Ｆ（３１６℃）〜約９００°Ｆ（４８２℃）の温度の範囲で約３０〜約６０分間加熱することによって得ることができる。

以下の実施例は本発明の全体的な性質を明確に実証するために含まれている。これらの実施例は本発明の例示的なものであり、制限的なものではない。

様々な含有率のＣｏ、Ｍｎ、及びＳｉを含む多くのサンプルを、ＶＩＭ炉中で鋳造して３５ｌｂ．（１６ｋｇ）インゴットへ成形し、次いで２インチ（５ｃｍ）の角鋼に熱間鍛造することによって調製した。各サンプルの化学組成は表１に示されている。表１のそれぞれの値は、重量パーセントである。各サンプルについて、前記合金のバランスは殆どＦｅである。前記サンプルを異なるＣｏ含有率毎に３系列：約１０重量％のＣｏを有する第１系列（サンプル１〜３）、約８重量％のＣｏを有する第２系列（サンプル４〜８）、約５重量％のＣｏを有する第３系列（サンプル９〜１３）に、グループ分けした。サンプル１４を、実質的にコバルトを含まないコントロールであって、カーペンター社のシリコンコア鉄(Silicon Core Iron)とほぼ対応するものとして、調製した。

それぞれの２インチ（５ｃｍ）角鋼を、次いで２つの異なる加工方法によって加工した。第１には、各２インチ（５ｃｍ）角鋼の一部を次いで熱間鍛造にかけて０．７５インチ（１．９ｃｍ）角鋼とし、その後焼鈍して磁気的特性を向上させた。各角鋼を乾燥水素（Ｈ２）中２１５６°Ｆ（１１８０℃）で焼鈍し、毎時約２００°Ｆ（９３℃）の速度で１２９０°Ｆ（６９９℃）まで冷却し、２４時間１２９０°Ｆ（６９９℃）中に保持した。各角鋼について、保磁力（Ｈ_ｃ）、２５０Ｏｅ下の磁気誘導（Ｂ２５０）、磁気誘導飽和（Ｂ_ｓ）、電気抵抗（ρ）、硬度（Ｒｏｃｋｗｅｌｌ Ｂ；Ｒ_Ｂ）、耐力（ＹＳ）、最大抗張力（ＵＴＳ）、伸び（ＥＩ）、及び断面減少率（ＲＡ）を次いで特定した。その結果を、以下表２において報告している。

図１Ａ〜１Ｃは、各系列のサンプルのＨ_ｃ、Ｂ_ｓ、及びρを示したグラフである。図１Ａは約１０重量％のＣｏを有する第１系列（サンプル１〜３）を示し、図１Ｂは約８重量％のＣｏを有する第２系列（サンプル４〜８）を示し、図１Ｃは約５重量％のＣｏを有する第３系列（サンプル９〜１３）を示している。各図において、それぞれの円の大きさはその保持力に比例しており、各サンプルは、カーペンター社のＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）２７と、カーペンター社のシリコンコア鉄とほぼ対応するコントロールサンプル１４との２つの合金に対して比較されている。ＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）２７は、約２０．０ｋＧのＢ_ｓ、約１．７〜約３．０ＯｅのＨ_ｃを有するが、わずか１９μΩｃｍのρしか有しておらず、所望の特性である２０ｋＧより大きいＢ_ｓ、４０μΩｃｍより大きいρ、及び２Ｏｅ未満のＨ_ｃを満たしていない。対照的に、前記コントロールサンプル１４は、４０μΩｃｍのρ及び０．７ＯｅのＨ_ｃを有するが、わずか１９．８ｋＧのＢ_ｓしか有しておらず、これもまた所望の特性を満たしていない。

図１Ａは約１０重量％のＣｏを有する３つのサンプル（サンプル１〜３）を、ＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）２７及びコントロールサンプル１４と比較して示している。これら３つのサンプルのそれぞれは、ＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）２７とコントロールサンプル１４との間のＢ_ｓを有し、所望の２０ｋＧのＢ_ｓよりも大きかった。これら３つのサンプルのそれぞれは、ＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）２７とコントロールサンプル１４との間のＨ_ｃを有し、所望の２．０Ｏｅよりも小さいＨ_ｃを満たしていた。しかしながら、サンプル３（Ｃｏ＝９．９８重量％、Ｍｎ＝２．７３重量％、及びＳｉ＝１．２３重量％）のみが、所望の４０μΩｃｍよりも大きいρを有していた。この系列の合金においては、Ｓｉの含有率の上昇（他の元素の組成は一定のまま）がρを上昇させ、Ｈ_ｃを減少させ、Ｂ_ｓを減少させた。

図１Ｂは約８重量％のＣｏを有する５つのサンプル（サンプル４〜８）を、ＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）２７及びコントロールサンプル１４と比較して示している。これら３つのサンプルのそれぞれは、ＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）２７とコントロールサンプル１４との間のＢ_ｓを有し、所望の２０ｋＧのＢ_ｓよりも大きかった。これら３つのサンプルのそれぞれは、ＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）２７とコントロールサンプル１４との間のＨ_ｃを有し、所望の２．０Ｏｅよりも小さいＨ_ｃを満たしていた。しかしながら、サンプル７（Ｃｏ＝７．９９重量％、Ｍｎ＝２．２２重量％、及びＳｉ＝１．２５重量％）のみが、所望の４０μΩｃｍよりも大きいρを有していた。これらの合金を第１系列の合金と比較すればわかるように、Ｍｎの含有率の上昇（他の元素の組成は一定のまま）がρ及びＨ_ｃを減少させたが、Ｂ_ｓには微々たる影響しか与えなかった。

図１Ｃは約５重量％のＣｏを有する５つのサンプル（サンプル９〜１３）を、ＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）２７及びコントロールサンプル１４と比較して示している。これら３つのサンプルのそれぞれは、ＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）２７とコントロールサンプル１４との間のＢ_ｓを有し、所望の２０ｋＧのＢ_ｓよりも大きかった。これら３つのサンプルのそれぞれは、ＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）２７とコントロールサンプル１４との間のＨ_ｃを有し、所望の２．０Ｏｅよりも小さいＨ_ｃを満たしていた。しかしながら、サンプル１２（Ｃｏ＝４．９７重量％、Ｍｎ＝２．２１重量％、及びＳｉ＝１．３２重量％）及びサンプル１３（Ｃｏ＝４．９９重量％、Ｍｎ＝１．０３重量％、及びＳｉ＝２．３１重量％）のみが、所望の４０μΩｃｍよりも大きいρを有していた。

サンプル中のＣｏ、Ｍｎ、及びＳｉの含有率と、それらのＢ_ｓ、Ｈ_ｃ、及びρへの効果との間の関係を決定するために回帰分析を実施した。それらの関係は次の式によって表現され、式中Ｘ_ＣｏはＣｏ含有率を、Ｘ_ＭｎはＭｎ含有率を、Ｘ_ＳｉはＳｉ含有率を示している：

これらの式から、調べた合金の範囲においては、Ｃｏ含有率の上昇はＢ_ｓに対して正の影響を持ち、一方でＭｎ含有率及びＳｉ含有率の上昇は負の影響を持っており、このＭｎ及びＳｉ含有率のＢ_ｓへの負の影響はＳｉ含有率の正の影響に対してほぼ等しい及び約２倍であると、決定することができる。また、Ｃｏ含有率の上昇はＨ_ｃを上昇させ、Ｍｎ含有率の上昇がＨ_ｃを上昇させ、Ｓｉ含有率の上昇がＨ_ｃを減少させると、決定することができる。Ｃｏ及びＳｉ含有率上昇のＨ_ｃに対する効果は、Ｍｎ含有率上昇の効果に比べて小さい。また、Ｃｏ、Ｍｎ、又はＳｉ含有率の何れかの上昇はρを上昇させるが、Ｓｉ含有率の効果はＭｎ含有率の効果の約２．７倍大きく、Ｃｏ含有率の効果の約２２倍大きいと、決定することができる。

図２Ａ〜２Ｃは、各系列の合金（つまり、約１０重量％のＣｏ、約８重量％のＣｏ、及び約５重量％のＣｏ）の様々な機械的特性を、コントロールサンプル１４（つまり、実質的にＣｏ非含有のサンプル）と比較して示しており、耐力（図２Ａ）、抗張力（図２Ｂ）、及び伸び（図２Ｃ）が含まれている。各系列について、これらの機械的特性は軟磁性の適用先に適したものである。全体的に、系列内においてはＳｉ含有率の上昇は耐力及び抗張力の測定結果に見られるように強度の上昇と、伸びの測定結果に見られるように延性の僅かな減少とに繋がるが、その一方でＭｎの上昇は強度の僅かな上昇と延性の減少とに繋がる。

図３Ａは４例の合金、具体的にはサンプル３、７、１２、及び１３についてＸ線回折のデータを示している。各合金のＸ線回折データは、これらが単相の合金であることを示しており、（１１０）、（２００）、（２１１）、及び（２２０）の回折のピークは、フェライト相すなわちα相（ＢＣＣ）であることに対応している。サンプル１２（図３Ｂ）及び１３（図３Ｃ）の光学顕微鏡写真が、単相の存在を確認している。

第２の加工方法においては、各２インチ（５ｃｍ）角鋼の一部を２２００°Ｆ（１２０４℃）に加熱し、熱間圧延して０．２５インチ（０．６４ｃｍ）厚のストリップにした。このストリップを次いでサンドブラストにかけてスケールを除去し、冷間圧延して０．０８０インチ（０．２ｃｍ）にして、乾燥Ｈ２中１３００°Ｆ（７０４℃）で２時間焼鈍し、再度冷間圧延して約０．０４５インチ（０．１１ｃｍ）にした。このストリップから次いでリングを打ち抜き、乾燥水素（Ｈ_２）中２１５６°Ｆ（１１８０℃）で焼鈍し、毎時２００°Ｆ（９３℃）で１２９０°Ｆ（６９９℃）まで冷却し、２４時間１２９０°Ｆ（６９９℃）中に保持した。各リングについて、保磁力（Ｈ_ｃ）、２００Ｏｅ下の磁気誘導（Ｂ２００）、及び鉄損（Ｐ_ｃ）（６０Ｈｚ及び１５ｋＧで測定）を次いで特定した。その結果を、以下表３において報告している。

図４は所望の特性（２０ｋＧより大きいＢ_ｓ、４０μΩｃｍより大きいρ、及び２Ｏｅ未満のＨ_ｃ）を満たした３サンプル（サンプル３、７、及び１２）のストリップへ加工する前のＰ_ｃを、ＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）２７及びコントロールサンプル１４と比較して示している。図３からわかるように、それぞれサンプル３、７、１２のコバルト非含有のコントロールサンプル１４と同等のＰ_ｃの値を有するが、ＨＩＰＥＲＣＯ（登録商標）のＰ_ｃ値より小さい。

ある特定の実施形態及び実施例に関して上で図示及び記載されているが、それにかかわらず本発明は示されたこれら詳細に限定されることを意図するものではない。むしろ、本請求の範囲と同等の目的及び範囲内でありかつ本発明の精神を逸脱しない限りにおいて、様々な変更がこれらの詳細について加えられてもよい。例えば、本文書で広く列挙された全ての範囲は、それらの目的内においてこのより広い範囲の範疇にあるより狭い範囲を全て含むことを明らかに意図したものである。また上述された様々な装置を用いる方法の工程は、いかなる特定の順番にも限定されないことを明らかに意図したものである。

Claims (20)

1. 磁性鉄合金であって、
   鉄（Ｆｅ）と、
   約２重量％〜約１０重量％のコバルト（Ｃｏ）と、
   約０．０５重量％〜約５重量％のマンガン（Ｍｎ）と、
   約０．０５重量％〜約５重量％のシリコン（Ｓｉ）と
   を有する、磁性鉄合金。
2. 請求項１記載の磁性鉄合金であって、さらに、
   約３重量％までのクロミウムと、
   約２重量％までのバナジウムと、
   約１重量％までのニッケルと、
   約０．０５重量％までのニオビウムと、
   約０．０２重量％までの炭素と
   のうちの１つ又は複数を有する、磁性鉄合金。
3. 請求項１記載の磁性鉄合金において、前記合金は少なくとも約４０μΩｃｍの電気抵抗（ρ）を有する、鉄磁性合金。
4. 請求項１記載の磁性鉄合金において、前記合金は少なくとも約２０ｋＧの飽和磁気誘導（Ｂ_ｓ）を有する、鉄磁性合金。
5. 請求項１記載の磁性鉄合金において、前記合金は約２Ｏｅ未満の保磁力（Ｈ_ｃ）を有する、鉄磁性合金。
6. 請求項１記載の磁性鉄合金において、前記合金は少なくとも約４０μΩｃｍのρと、少なくとも約２０ｋＧのＢ_ｓと、約２Ｏｅ未満のＨ_ｃとを有する、鉄磁性合金。
7. 請求項１記載の磁性鉄合金において、前記合金は主にアルファ（α）単相を有する、磁性鉄合金。
8. 請求項７記載の磁性鉄合金において、前記合金は少なくとも約９５％のアルファ相を有する、磁性鉄合金。
9. 請求項７記載の磁性鉄合金において、前記合金は少なくとも約９９％のアルファ相を有する、磁性鉄合金。
10. 請求項１記載の磁性鉄合金において、前記合金は約２重量％〜約８重量％のＣｏを有する、磁性鉄合金。
11. 請求項１記載の磁性鉄合金において、前記合金は約２重量％〜約５重量％のＣｏを有する、磁性鉄合金。
12. 請求項１記載の磁性鉄合金において、前記合金は約１０重量％のＣｏと、約２．７重量％のＭｎと、約１．３重量％のＳｉとを有する、磁性鉄合金。
13. 請求項１記載の磁性鉄合金において、前記合金は約８重量％のＣｏと、約２．２重量％のＭｎと、約１．３重量％のＳｉとを有する、磁性鉄合金。
14. 請求項１記載の磁性鉄合金において、前記合金は約５重量％のＣｏと、約２．２重量％のＭｎと、約１．３重量％のＳｉとを有する、磁性鉄合金。
15. 請求項１記載の磁性鉄合金において、前記合金は約５重量％のＣｏと、約１．０重量％のＭｎと、約２．３重量％のＳｉとを有する、磁性鉄合金。
16. 鉄磁性合金であって、
    鉄と、
    約２重量％〜約１０重量％のコバルトと、
    約０．０５重量％〜約５重量％のマンガンと、
    約０．０５重量％〜約５重量％のシリコンと
    を有し、前記合金は少なくとも約４０μΩｃｍのρと、少なくとも約２０ｋＧのＢ_ｓと、約２Ｏｅ未満のＨ_ｃとを有する、鉄磁性合金。
17. 請求項１６記載の磁性鉄合金であって、さらに、
    約３重量％までのクロミウムと、
    約２重量％までのバナジウムと、
    約１重量％までのニッケルと、
    約０．０５重量％までのニオビウムと、
    約０．０２重量％までの炭素と
    のうちの１つ又は複数を有する、磁性鉄合金。
18. 請求項１６記載の磁性鉄合金において、前記合金は少なくとも約９５％のアルファ相を有する、磁性鉄合金。
19. 請求項１６記載の磁性鉄合金において、前記合金は少なくとも約９９％のアルファ相を有する、磁性鉄合金。
20. 請求項１６記載の磁性鉄合金において、前記合金は、
    約１０重量％のＣｏ、約２．７重量％のＭｎ、及び約１．３重量％のＳｉを含む合金と、
    約８重量％のＣｏ、約２．２重量％のＭｎ、及び約１．３重量％のＳｉを含む合金と、
    約５重量％のＣｏ、約２．２重量％のＭｎ、及び約１．３重量％のＳｉを含む合金と、
    約５重量％のＣｏ、約１．０重量％のＭｎ、及び約２．３重量％のＳｉを含む合金と
    から成る群から選択される、鉄磁性合金。

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