[发明专利]铁基非晶纳米专用中间合金及其冶炼方法

说明书

技术领域

本发明属于冶金领域，即铁基非晶纳米晶合金用母合金的冶炼技术领域，特别提供了一种高浓度配比的铁基非晶纳米专用中间合金及其冶炼方法，适用于FeSiBCuNb铁基非晶纳米晶合金用母合金的制造。

背景技术

铁基非晶纳米晶合金是由80%的Fe及20%的Si、B、Nb、Cu等元素所构成的一种软磁材料，具有铁损低、饱和磁感应强度高和磁导率高等特点。

铁基非晶纳米晶带材厚度约为22μm~38μm，主要用于互感器与中高频变压器等的铁芯材料，也是中、高频电磁元件小型化的关键，有着非常广阔的市场应用前景。

铁基非晶合金可采用单辊法、双辊法将熔融状态母合金从喷嘴喷射到高速旋转的金属滚筒的外圆周面上，使之急冷凝固制成薄带或薄丝。

铁基非晶母合金主要通过中频感应炉（或电炉等）冶炼，将工业纯铁、工业硅、硼铁、铌铁、纯铜一起放入冶炼炉内，通电将其熔化成所需成分的钢液，最后进行浇铸获得铁基非晶母合金锭。

目前，国内外铁基非晶纳米晶带材的生产大多为重熔母合金制带。采用母合金制备非晶纳米晶带材时须将母合金锭进行二次重熔，工序繁多，功耗较大。

发明内容

为了优化合金熔点，降低熔化温度，缩短熔炼时间，减少元素损耗；促进各原料间合金化程度，保证元素分布均匀、成分准确稳定；能够在进行重熔制带时实现多次供给，提高生产效率。

本发明提供一种铁基非晶纳米专用中间合金，代替铁基非晶母合金实现铁基非晶纳米晶带材的产业化生产。

本发明的原理为：由 Fe-Nb、Fe-Si、Cu-Fe、B-Fe二元相图可知看出，纯铁的熔点为1538℃，纯铌的熔点为2469℃（铌含量为66%的铌铁的熔点约为1600℃），纯硅的熔点为1414℃，纯硼的熔点为2092℃（硼含量为17.5%的硼铁的熔点也在1600℃左右），纯铜的熔点为1084.87℃。

除铜以外，制备铁基纳米晶带材采用的其余四种原料的熔点均高于日常生产时钢液的温度（1380℃±10℃），冶炼以铁为基，添加一定量Si、B、Nb、Cu原料的中间合金，达到优化合金熔点、降低熔化温度的目的。

由Fe-Nb二元合金相图可知，当铌铁中的铌含量为18.6%时，其熔点最低，约为1373℃。根据1K107中Nb含量在5.5%~5.65%范围内的要求，中间合金中的Nb含量应控制在16.5%，即母合金中Nb含量的3倍。

由Fe-Si二元合金相图可知，当硅铁中的硅含量在22%左右时，其熔点最低，约为1203℃。根据1K107中Si含量在7.74%~7.85%范围内的要求，应将中间合金中的Si含量控制为15.7%或者23.55%，即母合金中Si含量的2倍或者3倍，此时硅铁的熔点均低于1300℃

由B-Fe二元合金相图可知，当硼铁中的硼含量为4%时，其熔点最低，约为1174℃。根据1K107中B含量在1.85%~1.95%范围内的要求，应将中间合金中的B含量控制在3.8%，即母合金中B含量的2倍。

综合以上对二元合金相图的研究，同时考虑Si、B、Cu、Nb各组分在Fe中的溶解度，经过多次配比试验，确定本发明具体的技术方案为：

铁基非晶纳米专用中间合金，其化学成分质量百分比是：Si为15.7%，B为3.8%，Nb为11%，Cu为2.4%，余量为Fe%。

铁基非晶纳米专用中间合金的冶炼方法是：

（1）依序将工业纯铁—铌铁—工业硅—电解铜—硼铁加入到中频冶炼炉内；其中，工业纯铁的化学成分质量百分比是Fe为99%，Cu为0.01%，Si为0.004%，C为0.0017%，Al为0.02%，不可避免的杂质为0.9643%；

铌铁的化学成分质量百分比是Fe为28.83%，Nb为66.68%，Si为3.45%，C为0.11%，Al为0.21%，不可避免的杂质为0.72%；

工业硅的化学成分质量百分比是Fe为0.3%， Si为99.3%，Al为0.3%，不可避免的杂质为0.1%；

电解铜的化学成分质量百分比是Cu为99.994%，不可避免的杂质为0.006%；