[发明专利]一种铁基非晶合金宽带及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于非晶合金快速凝固技术领域，具体涉及一种铁基非晶合金宽带及其制造方法，尤其是宽度为220～1000mm的铁基非晶宽带及其制造方法。

背景技术

铁基非晶合金作为一种软磁材料，具有优良的电磁特性，用于配电变压器中的铁芯，可以大幅度降低变压器的运行能耗，因而在配电变压器领域得到了广泛应用。例如，日立金属公司的铁基非晶合金带材产品(Metglas2605SA1)共有142mm、170mm、213mm三种宽度规格，以供用户制造不同尺寸的变压器铁芯。

现有技术的生产宽度不大于213mm的铁基非晶合金带材可以制造容量在2000kVA以下的配电变压器，而不适于制造容量更大的配电变压器。这是由于：非晶配电变压器的铁芯结构是根据变压器容量、非晶合金带材宽度而优化设计的，如果用现有规格的非晶合金带材设计制造容量大于2000kVA的配电变压器，只能大幅度增加非晶铁芯的叠厚，导致非晶铁芯的截面尺寸明显偏离合理范围，在技术上和经济上不可行。换言之，对于容量在2000kVA以上的配电变压器，由于铁芯体积大，需要使用更宽的非晶合金带材制造产能发挥非晶合金的优势。由于非晶合金配电变压器的节能效益，迫切希望能够在大型变压器中使用非晶合金作为铁芯材料。因此，对宽度在220mm以上的铁基非晶合金宽带提出了很大需求。

非晶合金作为近年来迅速发展起来的新材料，一般采用快速凝固技术，也称为单辊急冷法制造，典型的制造工艺为：将特定成分的金属原材料熔化，再使钢液通过一条宽度在1mm以下的喷嘴狭缝流到一只高速旋转的、具有良好导热性的金属冷却辊上，钢液在冷却辊外圆周表面铺展并以10⁶℃/sec的速率迅速冷却形成厚度约为0.03mm左右的连续金属薄带，其原理如图1所示。

非晶合金带材制造时，喷嘴缝的尺寸决定了母合金钢液的流量，因此，喷嘴缝的横向尺寸均匀性是非晶宽带横向厚度均匀性的关键之一。例如，美国发明专利US19970864892(名称“Method of manufacturing a wide metal thin strip”)提供了一种用于非晶合金宽带制造的喷嘴结构，通过专门的喷嘴外形设计，可以获得最大宽度为200mm的、横向厚度均匀的非晶合金宽带。中国发明专利ZL99808439.5(名称“高叠层系数非晶态金属带及变压器铁心”)公开了一种制造170mm宽非晶带材的方法，其通过将冷却辊表面粗糙度控制在0.005mm以下、并将喷嘴缝表面粗糙度控制在0.005mm以下，可以制造宽度170mm、叠片系数90％左右的铁基非晶宽带。然而，如果制造更宽的非晶合金宽带，由于喷嘴处的温度梯度很大，过长的喷嘴很容易发生变形，从而影响非晶合金宽带的横向厚度一致性，严重降低非晶宽带的叠片系数，严重时热应力甚至会使喷嘴开裂，而不能满足制造宽度在220mm以上高质量铁基非晶合金宽带的要求。

为了连续生产非晶合金带材，需要在带材连铸的同时将带材同步卷取。由于卷取后的带材仍然具有一定温度，而带材卷又难以较快冷却，导致带材卷可能发生结构弛豫而丧失优良的性能。为了使得非晶合金带材在卷取后不发生明显的结构弛豫，要求非晶合金带材从冷却辊表面的卷取温度低于一定值。非晶合金带材越宽，卷取后降温就越缓慢，带材卷就越容易发生结构弛豫，因而相应地要求卷取温度越低。对于宽度在213mm以下的非晶合金带材，卷取温度在150℃以下即可。而另一方面，在冷却辊系统的冷却能力一定时，所制造的非晶合金带材越宽，冷却辊表面所承受的热负荷就越大，非晶合金带材的卷取温度就越高。因此，带材温度随宽度的增加而提高的现象与宽带要求卷取温度降低之间存在矛盾，成为宽度在213mm以上带材制造的一个难点。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷和不足，本发明的目的在于提供一种铁基非晶合金宽带及其制造方法，能够制造优良性能且宽度为220～1000mm的铁基非晶合金宽带。

为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种铁基非晶合金宽带，采用单辊急冷法制造，其宽度为220～1000mm，厚度为0.02～0.03mm，横向厚度偏差小于±0.002mm，叠片系数大于0.84，饱和磁通密度大于1.5T，且在频率为50Hz、最大磁通密度为1.3T条件下铁损小于0.20W/kg、激磁功率小于0.50VA/kg；其中制造过程所用的冷却辊(4)的横向平整度偏差小于0.02mm，表面粗糙度Ra小于0.0005mm。