JPH0245697B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、HADFIELD'S AUSTENITIC
STEELの呼称で知られるFe−Mn−Ｃ合金の改
良に関する。HADFIELD'S AUSTENITIC
STEELは適切な量のMnおよびＣと残部は鉄か
ら成る組成の合金で、非磁性材のオーステナイト
相（以下、γ相という）を室温に導入すること
が、容易に可能であり、加工によるマルテンサイ
ト変態（γ相→マルテンサイト相（以下、α相と
いう）が、ほとんど起らない材料である。また、
上記該合金はγ相状態を冷間加工すると、著しく
加工硬化して機械的強度が増大する。しかしなが
ら、熱処理によりγ相母体に強磁性相であるα相
を形成しようとした場合、γ相は低温で安定であ
るため、熱処理を施しても容易にγ→α変態が起
らず、γ→α変態が完全に終了するためには長時
間の熱処理を必要とする。長時間熱処理を必要と
する要因はMnとＣが適量添加されていることに
あり、特にＣの効果が大きい。この合金はα相と
γ相の中間にα＋γ＋Fe₃Cあるいは、γ＋Fe₃C
の混合相を形成し、しかもFe₃Cは強く結合して
いる。

以上のように、この合金はγ相を容易に室温に
導入できるという利点とともに磁性材料への応用
を考えた場合、γ→α変態に長時間の熱処理を必
要とするという欠点を持つている。

本発明は、室温に導入された上記合金のγ相を
短時間の熱処理を施すことにより容易にα相へ変
態させるために、上記従来合金にZrを添加した
ことを特徴とする複合磁性材料用合金に関するも
のであり、上記合金の利点を活かし、上記欠点を
解決して工業的に有効で、応用分野が広く、かつ
生産性の点でも優れた複合磁性材料用合金を提供
するものである。

本発明の複合磁性材料用合金によれば、レーザ
ービームあるいは電子ビームあるいは赤外線ビー
ム等を用いて材料を焼純することによつて非磁性
材料の表面に任意の深さで、かつ任意のパターン
の磁性相を形成させることが可能となつた。

また、非磁性材料と磁性材料の二体を接着剤あ
るいは機械的方法あるいは熱圧着等で接合させて
一体化した複合磁性材料と比較して、本発明の方
法で製造した複合磁性材料は機械的信頼性の点で
も優れていることがわかつた。

以下に本発明における複合磁性材料用合金の化
学成分範囲の限定理由について述べる。

Feは本発明における複合磁性材料用合金の主
成分である。Feのγ相は不安定であり、冷却過
程で、どんなに速く急冷してもα相に変態する。

Feのγ相は約２重量％までＣを固溶してγ−
域を形成し、安定になるが、高温から急冷してγ
相を室温に導入するためには、２重量％以上の
Mnを添加しなければならなかつた。一方、実用
的に充分な磁化量を有する合金を得るためには、
Mnは20重量％を越えて添加してはならず、最大
20重量％のMnを添加した場合には、0.4重量％以
上のＣを添加すれば、容易にγ相を室温に導入す
ることができた。Ｃを２重量％越えて添加すると
添加したＣが全て固溶せず、γ相の母相内に
Mn、ZrあるいはFeとＣの結合した化合物が混在
し、室温にγ相を単相を得ることができない。し
たがつて、Ｃを２重量％越えて添加した本発明の
複合磁性材料用合金は室温で圧延、伸線あるいは
スエージ等の冷間加工が困難である。

上記の組成範囲の合金は急冷することでγ相を
室温に導入することができるが、γ→α変態を容
易にするためにZrを0.1〜2.0重量％添加した。0.1
重量％を下まわる添加量ではZr添加の効果が発
揮されず、2.0重量％を越えて添加すると全温度
領域でα相となつた。

次に本発明の詳細を実施例に列挙して説明す
る。

実施例 １ 重量％で（Fe_85.8Mn₁₃C_1.2）_99.4Zr_0.6の組成を有
する合金インゴツトを1100℃の温度で１時間、
Ar雰囲気中で均一化処理した後、10％NaOH水
溶液中で浸して急冷した。この合金インゴツトか
ら小片を切り出し、磁化量を測定すると、σs＝
0.02（emu／gm）のγ相であつた。この合金イン
ゴツトは表面酸化膜を除去した後、減面率で50％
の冷間圧延加工を施したところ、磁化量はσs＝
0.05（emu／gm）となつた。さらに、この合金イ
ンゴツトの初期の形状から減面率で99％の冷間圧
延加工を更に施したところ、磁化量はσs＝0.1
（emu／gm）となつた。また、機械的強度σa₂＝
14BKg／mm²ビツカーズ硬さHv＝743であつた。

上記の如く冷間圧延加工された50μｍの厚さの
γ相の板材を550℃の温度で５秒間、Ar雰囲気中
で焼鈍し、Ar雰囲気中で急冷した。その結果、
磁化量σs＝131（emu／gm）、。機械的強度σa₂＝92
（Kg／ｇm²）ビツカース硬さHv＝518のα相とな
つた。

また、上記50μｍの厚さのγ相の板材の表面を
3W連続発振YAGレーザーアニール装置で、１mm
直径のレーザービームを１（mm／ses）の速度で走
行させてAr雰囲気中で焼純した。加熱部の顕微
鏡観察を行なつたところ、板厚方向の全長に渡つ
て約1.1mmの巾でγ相とは異なる相に変態してい
ることを確認し、該相変態部を切り出し、磁化量
を測定したところ、σs＝121（emu／gm）のα相
であつた。

実施例 ２ 重量％で（Fe₉₆Mn₂C_2.0）₉₈HZr_2.0の組成を有す
る合金インゴツトを、1100℃の温度で１時間、
Ar雰囲気中で均一化処理後10％NaOH水溶液中
に浸して急冷した。この合金インゴツトから小片
を切り出し、磁化量を測定するとσs＝0.03
（emu／gm）のγ相であつた。この合金インゴツ
トの表面酸化膜を除去した後、減面率で99％の冷
間圧延加工を施したところ、磁化量σs＝0.3
（emu／gm）となつた。また、機械的強度σ_0.2＝
137Kg／mm²、ビツカース硬さHv＝653であつた。

上記の如く冷間圧延加工された50μｍの厚さの
γ相の板材を600℃の温度で５秒間、Ar雰囲気中
で急冷した。その結果、磁化量σs＝147（emu／
gm）機械的強度σ_0.2＝85（Kg／mm²）、ビツカース硬
度Hv＝50となつた。

また、上記50μｍの厚さのγ相の板材の表面を
3.5W連続発振YAGレーザーアニール装置で、１
mm直径のレーザービームを1.5（mm／ses）の速度
で走行させてAr雰囲気中で焼純した。加熱部の
顕微鏡観察を行なつたところ、板厚方向の全長に
渡つて約1.1mmの巾で、γ相とは異なる相に変態
していることを確認し、この相変態部を切り出
し、磁化量を測定したところ、σs＝136（emu／
gm）のα相であつた。

実施例 ３ 重量％で（Fe_79.6Mn₂₀C_0.4）_99.9Zr_0.1の化学成分
を有する合金インゴツトを、1100℃の温度で１時
間、Ar雰囲気中で均一化処理後、10％NaOH水
溶液中に浸して急冷した。この合金インゴツトか
ら小片を切り出し、磁化量を測定するとσs＝0.03
（emu／gm）のγ相であつた。この合金インゴツ
トの表面酸化膜を除去した後、減面率で99％の冷
間圧延加工を施したところ、磁化量σs＝0.2
（emu／gm）となつた。また、機械的強度σ_0.2＝
123（Kg／mm²）、ビツカース硬さHv＝587であつた。

上記の如く冷間圧延加工された50μｍの厚さの
γ相の板材を500℃の温度で５秒間、Ar雰囲気中
で焼純し、Ar雰囲気中で急冷した。

その結果、磁化量σs＝115（emu／gm）、機械的
強度σ_0.2＝79（Kg／mm²）、ビツカース硬さHv＝491
のα相となつた。

また、上記50μｍの厚さのγ相の板材の表面を
2.5W連続発振YAGレーザーアニール装置で、１
mm直径レーザービームを１（mm／sec）の速度で走
行させて、Ar雰囲気中で焼鈍した。加熱部の顕
微鏡観察を行なつたところ、板厚方向の全長に渡
つて、約1.1mmの巾で、γ相とは異なる相に変態
していることを確認し、この相変態部を切り出
し、磁化量を測定したところ、σs＝105（emu／
gm）のα相であつた。

実施例 ４ 実施例１で用いた合金インゴツトを1100℃の温
度で１時間、Ar雰囲気中で均一化処理後、10％
NaOH水溶液中に浸して急冷した。この合金イ
ンゴツトから小片を切り出し、磁化量を測定する
とσs＝0.02（emu／gm）のγ相であつた。この合
金インゴツトの表面酸化膜を除去した後、減面率
で99％の冷間圧延加工を施し、50μｍ厚さの板材
とした。この板材を950℃の温度で５秒間、Ar雰
囲気中で熱処理し、Ar雰囲気中で急冷した。そ
の結果、磁化量σs＝0.02（emu／gm）、機械的強
度σ_0.2＝55（Kg／mm²）、ビツカース硬度Hv＝275で
あつた。

上記熱処理された50μｍの厚さのγ相の板材を
550℃の温度で、５秒間、Ar雰囲気中で焼鈍し
Ar雰囲気中で急冷した。その結果、磁化量σs＝
117（emu／gm）、機械的強度σ_0.2＝71（Kg／mm²）、
ビツカース硬さHv＝411のα相となつた。

また、上記50μｍの厚さのγ相の板材の表面を
3W連続発振YAGレーザーアニール装置で、１mm
直径のレーザービームを１（mm／ses）の速度で走
行させてAr雰囲気中で焼鈍した。加熱部の顕微
鏡観察を行なつたところ、板厚方向の全長に渡つ
て約１mmの巾でγ相とは異なる相に変態している
ことを確認し、この相変態部を切り出し、磁化量
を測定したとこころ、σs＝109（emu／gm）のα
相であつた。

実施例 ５ 実施例で用いた組成の合金インゴツトを1100℃
の温度で１時間、Ar雰囲気中で均一化処理した
後10％NaOH水溶液中に浸して急冷した。この
合金インゴツトから小片を切り出し、磁化量を測
定すると、σs＝0.02（emu／gm）のγ相であつ
た。この合金インゴツトの表面酸化膜を除去した
後、減面率で75％の冷間圧延加工を施し、再び、
950℃の温度で30分間、Ar雰囲気中で均一化処理
した後、上記溶液中に浸して急冷した。その結
果、磁化量は上記と同様にσs＝0.02（emu／gm）
であつた。引き続き、再び減面率で50％の冷間圧
延加工を施し、30μｍ厚さの板材とした。

その結果、磁化量σs＝0.05（emu／gm）、機械
的強度σ_0.2＝128（Kg／mm²）、ビツカース硬さHv＝
675であつた。

上記冷間圧延加工された30μｍ厚さの板材を
550℃の温度で５秒間、Ar雰囲気中で焼鈍し、
Ar雰囲気中で急冷した。その結果、磁化量σs＝
128（emu／gm）機械的強度σ_0.2＝89（Kg／mm²）、ビ
ツカース硬さHv＝513のα相となつた。

また、上記30μｍの厚さのγ相の板材の表面を
3W連続発振YAGレーザーアニール装置で、１mm
直径のレーザービームを１（mm／sec.）の速度で
走行させて、Ar雰囲気中で焼鈍した。加熱部の
顕微鏡観察を行なつたところ、板厚方向の全長に
渡つて約1.1mmの巾で、γ相とは異なる相に変換
していることを確認し、該変態部を切り出し、磁
化量を測定したところ、σs＝119（emu／gm）の
α相であつた。

（Fe_87.8Mn₁₀C_2.2）_99.4Zr_0.6のＣが２％を越えて
添加された合金を1100℃の温度で１時間Ar雰囲
気中で均一処理した後、10％NaOH水溶液中に
浸して急冷した。この合金をＸ線測定した結果、
γ相の回折線と他の回折線が測定された。この合
金を冷間圧延すると割れが生じ、薄板への圧延は
不可能であつた。

以上、実施例にもとずいて述べたが、直線状の
磁性パターンのみならず、加熱ビームを所望の任
意の方向に移動させれば、任意の複雑な磁性パタ
ーンを描くことが可能である。また、50μｍ厚さ
の板材の加熱する面と反対の面を冷却し、実施例
１と同様にレーザービームで焼鈍すると、厚さ方
向の全長に渡つて相変態が起らず、切断面を顕微
鏡観察すると、γ相とは異なる相（α相）に変態
している部分の深さは、約20μｍであつた。

このようにZrを含有するFe−Mn−Ｃ系合金
は、その熱処理の容易さから、複合磁性材料用合
金としての工業的有用性は高いといわねばならな
い。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ Mn：２〜20重量％、Ｃ：0.4〜２重量％、残
   部Feからなる組成にZrを0.1〜２重量含有せしめ
   たことを特徴とする複合磁性材料用合金。