JPS6286145A - 高清浄度Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高清浄度Ｆｅ−Ａ交−５Ｉ合金の製造方法に係
り、特に高純度センダストとして好適な高清浄度Ｆｅ−
ＡＩＬ−Ｓｉ合金の製造方法に関する。

［従来の技術］ センダストはＡ１３〜８重量％、Ｓｉ５〜１２重量％、
残部ＦｅのＦｅ−Ａ皇−Ｓｉ三元合金磁性材料であり、
ＶＴＲやオーディオ用磁気ヘッドのコア材料として、パ
ーマロイやフェライトより優れた緒特性を有することか
ら注目を集めている。

センダストの鋳造において、その配合は得られるセンダ
ストの磁気特性に大きな影響力を有することから、成分
組成の誤差は０１１％以下におさえる必要がある。

また、磁気特性だけでなく、センダストの加工性、耐食
性、耐摩耗性等の特性は、合金粒界の介在不純物によっ
て影響を受け、合金中への不純物や非金属介在物の混入
により、これらの特性の劣化がおこる。

−ｍ４＋＋込　瀞ソｄブに小敏恵σセいｆｌ÷Ｆｅ、Ａ
ｉ、Ｓｉを所定の割合で配合し、しかもＦｅ、Ａｌ、Ｓ
ｔ以外の物質をできるだけ混入させずに、極めて高純度
なＦｅ−ＡｆＬ−Ｓｔ合金を得ることが必要条件とされ
る。しかして・、高純度Ｆｅ−Ａｌ；Ｌ−Ｓｉ合金の製
造には、高純度材料、高純度坩堝、高真空など、半導体
的製造方法が要求される。

従来、ＣａＯ買耐火材中の溶鋼中にＡｌを添加すること
で同時脱酸、脱硫を行うこと（特公昭５４−８４９）や
高特性Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金の製造にＣａＯ坩堝を用い
ること（日本金属学会誌第４５＠第１２号（１９８１）
第１２８５〜１２９２頁）が提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ ＣａＯ坩堝を用いることにより、Ｆｅ−Ａ１−Ｓｉ合金
の純度はある程度向上されるものの、この場合において
も非金属介在物の混入を十分に防止することはできなか
った。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記従来の問題点を解決し、非金属介在物の殆
どない高清浄度Ｆｅ−ＡｆＬ−Ｓｉ合金を製造する方法
を提供するものであって、内面がカルシア質炉材で構成
された容器中にて真空又は非酸化性雰囲気下でＦｅとＡ
Ｍとを溶解しておき、この溶湯にＳｔを添加して、Ａ１
３〜８重量％、Ｓｉ５〜１２重量％、残部Ｆｅなる組成
のＦｅ−ＡＭ−Ｓｉ合金を得ることを特徴とする高清浄
度Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金の製造方法、及び 内面がカルシア質炉材で構成された容器中にて真空又は
非酸化性雰囲気下でＦｅとＡｌとを溶解しておき、この
溶湯にＳｉを添加し、次いでＡｌを添加して、Ａ１３〜
８重量％、Ｓｉ５〜１２重量％、残部Ｆｅなる組成のＦ
ｅ−Ａ見−Ｓｉ合金を得ることを特徴とする高清浄度Ｆ
ｅ−Ａｌ−Ｓｔ合金の製造方法、 を要旨とするものである。

即ち、本発明者らは、ＣａＯ坩堝を用いたＦｅ−ＡＭ−
３ｉ合金の溶製について種々検討を重ねた結果、従来は
、Ｆｅ−ＡＪＩ−Ｓｉ合金の溶製に際して、 ■　固体Ｆｅ及びＳｔ（例えばフェロシリコン）を溶解
炉に入れておき、誘導加熱した後、Ａｌを添加する あるいは。

■　固体ＦｅとＳｉ及びＡＪＩを共に溶解炉に入れ、誘
導加熱する 方法が採用されていることから、この合金溶製のための
合金化元素の添加方法を重視し、合金化元素の添加順序
と非金属介在物の混入との間に密接な関係を見い出し、
本発明を完成させたものである。

以下に本発明につき詳細に説明する。

なお、本明細書において１％」は「重量％」を表す。

本発明においては、内面がカルシア質炉材で構成された
容器を用いて、真空又はアルゴンガス等の非酸化性雰囲
気下、Ａｌ３〜８重量％、Ｓｉ５〜１２重量％、残部Ｆ
ｅなる組成のＦｅ　−（Ｉ）　　容器中にＦｅとＡｌと
を溶解しておき、この溶湯にＳｉを添加する。

あるいは （ＩＩ　）　　容器中にＦｅとＡｌとを溶解しておき、
この溶湯にＳｉを添加し、次いでＡｌを添加する。

即ち、本発明においては、従来ＣａＯ坩堝中のＦｅ−Ａ
ｆＬ−Ｓｉ合金の溶製にあたり、Ａｌよりも先にＳｔを
溶解していたのに対し、Ｓｉよりも先にＡｌの少なくと
も一部を溶解させることが最も重要な要件である。

従って、Ｓｔの容器中での溶解よりも前に、Ａｉの少な
くとも一部が容器中に溶解されていれば良く、前記（Ｉ
）又は（ｎ）のいずれの方法でも本発明の効果は発揮さ
れる。

更に、（Ｉ）、（ＩＩ）の方法において、ＦｅとＡｌと
を容器中に溶解しておく場合、 ■　固体Ｆｅと固体ＡＭとを容器に入れ、昇温して溶解
させる 飯スい！＋ （σ　固体Ｆｅを容器中に溶解させておき、次にＡｌを
投入する 方法のいずれでも良い、ただし、固体Ｆｅと固体Ａｌと
が共存する場合、比較的低温で溶解させることが可能で
あるから、■の方法を採用するのが右利である。

なお、本発明において、合金の溶製を真空中で行なう場
合には、ＡＭの蒸発が起こることから、前記（ＩＩ　）
の方法を採用し、最終的にＡｌを添加するようにするの
が、Ａｌｌ含イＶ量の制御を容易に行なうことができる
ことから有利である。これに対し、Ａｒガス等の非酸化
性雰囲気下において合金の溶製を行なう場合には、人文
蒸発は抑制されるため、前記ＣＩ）の方法を採用するの
が、ＦｅとＡｌとの溶解が容易であることから、有利で
ある。

本発明において、Ｆｅ−Ａ、ｆｌ−Ｓｉ合金の溶解に用
いる容器の内面を構成するカルシア質炉材としては、カ
ルシア（Ｃａｂ）、ラルナイト（安定化２　Ｃａ　ＯＩ
ＩＳ　ｉ　Ｏ２）　、　　メルウィナイト（３ＣａＯ１
１ＭｇＯｆＩ２５ｉＯ２）、７ノルサイト（Ｃａ　ＯＩ
ＩＡ　ｌ　２０３＊　２　Ｓ　ｉ　Ｏ２）ならびにＣａ
Ｏを富化したドロブイト等が挙げられる。

このようなカルシア質炉材は、そのＣａＯ含有率が４０
％以上、特に８０％とりわけ９０％以上のものが好まし
い、ＣａＯ含有量の高いカルシア質炉材は、Ｆｅ−Ａｌ
−Ｓｉ合金溶湯中の酸化物、硫化物を吸収し、酸化物、
硫化物系の非金属介在物量を大幅に減少させることがで
き、また、合金元素に対する安定性が高いので、高温溶
解が可能になる。

なお、本発明において、加熱方式としては高周波誘導加
熱など溶湯の撹拌を伴う方式のものを用いるのが好まし
い。

［作用］ カルシア（Ｃａｂ）質炉材で構成された容器中で、Ｆｅ
−ＡｆＬ−Ｓｉ合金の溶製を行なう場合、従来法の如＜
、Ａｉに先立ってＳＬを容器中に溶解すると、Ｓｉは溶
湯中の０と反応してＳｉ＋２０→５ｉ０２ となり、ＳｉＯ２は炉壁のＣａＯと反応してＳ　ｉ０２
＋ＣａＯ＋５ｉ０２１１ＣａＯを生成し、この５ｉｏ２
１１ＣａＯにより炉壁表面が被われて、炉壁の酸化物、
硫化物吸収活性が低下する。

しかも、Ｓｔの後にＡｌを添加すると、この炉壁に吸収
されたＳ　ｉ　Ｏ２がＡｌによって還元され、 ３　Ｓ　ｉ　Ｏ２＋　４　Ａ　ｆＬ→２Ａ立２０：＋＋
３ｓｉとなり、Ａ　ｌ　２０．１クラスタが生じ易くな
る。しかして生じたＡ　ｌ　２０３は炉壁の活性が低下
しているため吸収されずに溶湯中に非金属介在物として
残存することとなる。

このため、従来法においてはＣａＯ坩堝を用いても高純
度Ｆｅ−Ａ交−Ｓｔ合金が得られなかった。

これに対し、本発明の如く、Ｓｉに先立ってＡＭの少な
くとも一部を容器中に溶解させておくことにより、Ａｌ
は溶湯中の０及び炉壁のＣａ０）−浣氾山の８）−万広
１．で Ｃａｏ＋ｓ＋ｃ　　ａｓ＋０ となって生じたＯと反応して、 ｚＡＡｌ３０　＝　Ａ　ｌ　２０３ となり、Ａ　ｌ　２０３を生じる。また溶湯中のＡＭは
炉壁のＣａＯと反応して ２ＡＪｌ＋３Ｃ＆Ｏ”Ａｌ２Ｏ３＋３Ｃａ　（ｇ）とな
り、これによってもＡ　ｌ　２０３が生じる。

（この場合、生じたＣａは殆ど溶解せずに、ガスとなっ
て系外に抜ける。） ＡｆＬ２０３は次式の如く炉壁のＣａＯと反応して、 ＡＪ１２０３　＋３ＣａＯ＋３ＣａＯ拳Ａｕ２０：１７
Ａｕ２０３＋　ｌ　２ＣａＯ−＋ １２ＣＩＩＬＯ”７Ａ１２０３ ３ＣａＯ・Ａ！２．２０３又は１２ＣａＯ・７Ａｉ２０
３の活性な層が炉壁表面に形成される。この１２ＣａＯ
＠７Ａ交２０３及び３　Ｃａ　Ｏ・Ａ　ｌ　２０３、特
ニ３　Ｃａ　Ｏ・Ａ　ｌ　２０３　ハ溶湯の脱Ｓ能が高
く、脱Ｓが良好に進行する。

このように、Ａ４Ｑ、により脱０が、またＡＭの還元作
用により生じた活性な３ＣａＯ拳Ａｌ２０３．１２　Ｃ
ａ　Ｏ’　７　Ａ　ｌ　２０３やＣａＯにより脱Ｓが行
われる。

また溶湯中のＮは前述のＡｌとＣａＯ−との反応により
生じたＣａ等の蒸発（沸ＩＩ）等に伴って溶湯中から離
脱し、溶湯中のＮ量も低減される。

本発明によれば、ＣａＯ炉壁のためにＣ混入が防止され
、Ａｌ、ＣａＯ及びＡｆＬとＣａＯとから生じた３Ｃａ
ＯｅＡＪ１２０ａ、１２ｃａｏｅ７　Ａ　ｌ　２０３に
より、溶湯中のＯ，Ｓ含有量が大幅に低減される。この
ため極めて高純度なＦｅ−ＡＲ−Ｓｉ合金が得られる。

［実施例］ 以下に本発明を実施例及び比較例により更に具体的に説
明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施
例に限定されるものではない。

実施例１、比較例１ ＣａＯ坩堝中にてＦｅ、Ａｌ、５ｉｌｌを溶解し、Ｆｅ
−５，８％Ａ１−９．５％Ｓｔ合金の製造を行なった。

ＡＭ、Ｓｔの溶解ないし添加の順序は後述の通りである
。

使用に供したＣａＯ坩堝（内径的５０ｍｍ）は、−級試
薬のＣａＯを原料とし、これを２０メツシユに粉砕後、
坩堝型中へ入れてよくつき固め、固められた坩堝を約９
５０℃、４時間電気抵抗炉中で仮焼することにより作成
した。ＣａＯ坩堝の組成は第１表に示す通りである。

第１表 出力１０ｋｗ、周波数５０ｋＨｚの内熱式誘導炉に入れ
たＣａＯ坩堝中に、合金原料を下記添加順序で添加して
、Ａｒ雰囲気下で溶解して十分に攪拌した。各溶湯中の
初期Ｓ含有量及び０含有量についてはそれぞれ２００ｐ
ｐｍ程度に調整した後の経時変化を第１図及び第２図に
示す。

また、各溶湯を金型に流し込んで得られた合金鋳物につ
いて、ＪＩＳ　　Ｇ　　０５５５“鋼の非金属介在物の
ｉｉｎ＊鏡試験法”に従って非金属介在物の種類及び数
量を測定した。

添加順序 （ａ：従来法） Ｆｅ及びＳｔの溶解→Ａｉ添加 （ｂ二本発明法） Ｆｅ及びＡｌの溶解→Ｓｉ添加 （Ｃ：本発明法） Ｆｅ及び０．２％分の人文の溶解→ Ｓｉの添加→５．４％分のＡｉの添加 第１図及び第２図によれば、従来法（添加順序（ａ））
によれば、Ｆｅ及びＳｔの溶解後にＡｌを添加すると一
旦減少した溶湯中のＯ及びＳが増加するのに対し、本発
明方法（添加順序　（ｂ）及び（Ｃ））によれば、溶湯
中の°Ｏ及びＳ含有量は速やかに減少し、極めてｏ、Ｓ
含有量の少ない溶温か得られることが明らかである。

また非金属介在物の測定試験の結果、実施例に係るもの
は清浄度（ｄ％）が０％であるのに対し、比較例におい
ては、０．０３４％のアルミナ系のＢ系（クラスタ状）
の介在物が認められた。

なお、クラスタの直径は約０．３ｍｍであった。

［効果］ 以上詳述した通り、本発明の高清浄度Ｆｅ−Ａ１−Ｓｉ
合金の製造方法は、内面がＣａＯ質炉材で構成された容
器を用い、真空又は非酸化性雰囲気下で、ＦｅとＡｆＬ
の少なくとも一部を溶解しておき、この溶湯にＳｉを添
加してＡ１３〜８％、Ｓｉ５〜１２％、残部Ｆｅの合金
を製造するものであり、Ｓｉに先立ってＡｌを溶解する
ため、炉壁がＳｉ酸化物により被われて、炉壁反面活性
が損なわれることがない、このため、溶湯の０、Ｓ含有
量は著しく低減され、高清浄度の溶湯が得られる。

本発明によれば。

■　低Ｏ１低Ｎ、低Ｓかつ低Ｃ含有量のＦｅ　−ＡＪＩ
−Ｓｉ合金を容易に得ることができる。

■　従って、得られるＦｅ−ＡＭ−３ｉ合金は磁気特性
、加工性、耐食性、耐摩耗性等の特性が極めて優れたも
のとなる。

■　極めて均質な組成の合金が得られ゛る。

等の様々な効果が奏され、高純度センダストとして有用
な高清浄度Ｆｅ−Ａ見−Ａｌ−Ｓｉ合金を容易かつ低コ
ストで製造でき、工業的に極めて有利である。

【図面の簡単な説明】

ｇ５１図及び第２図は、各々、実施例１で得られた合金
溶湯中のＳ含有量及び０含有量の経時変化を示すグラフ
である。 代　理　人　　弁理士　　重　野　　剛第１図 時間（分）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内面がカルシア質炉材で構成された容器中にて真
   空又は非酸化性雰囲気下でＦｅとＡｌとを溶解しておき
   、この溶湯にＳｉを添加して、Ａｌ３〜８重量％、Ｓｉ
   ５〜１２重量％、残部Ｆｅなる組成のＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ
   合金を得ることを特徴とする高清浄度Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ
   合金の製造方法。
2. （２）内面がカルシア質炉材で構成された容器中にて真
   空又は非酸化性雰囲気下でＦｅとＡｌとを溶解しておき
   、この溶湯にＳｉを添加し、次いでＡｌを添加して、Ａ
   ｌ３〜８重量％、Ｓｉ５〜１２重量％、残部Ｆｅなる組
   成のＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金を得ることを特徴とする高清
   浄度Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ合金の製造方法。