[发明专利]铁基纳米晶合金用母合金及其冶炼工艺和其使用的浇钢槽

说明书

本发明公开了一种铁基纳米晶合金用母合金，由以下重量百分比的组分组成：Si：8.8～9.2％，B：1.5～1.7％，Cu：1.2～1.3％，Nb：5.5～5.8％，P：＜0.03％，S：＜0.02％，C：＜0.05％，Cr：＜0.07％，Mn：＜0.05％，Ti：＜0.03％，余量为Fe和杂质。本发明还涉及该铁基纳米晶合金用母合金的冶炼方法及该冶炼方法所使用的浇钢槽。本发明铁基纳米晶合金用母合金成分均匀、制造成本低。采用本发明为原料可生产出合格的铁基纳米晶和金带材，带材具有高饱和磁感强度、高磁导率、低损耗等特点，综合软磁性能非常优越，符合新世纪发展的节能化、环保化要求，堪称绿色环保的节能材料。

技术领域

本发明涉及铁基纳米晶合金技术，特别涉及一种铁基纳米晶合金用母合金，还涉及该母合金的冶炼工艺，另涉及该冶炼工艺使用的浇钢槽。

背景技术

铁基纳米晶合金由于具有优异的软磁性能而应用广泛，其可制作成磁芯应用于抗电磁干扰滤波器、高频变压器、功率变压器、互感器、传感器、高频开关电源以及程控交换电源等。

铁基纳米晶合金是在铁基非晶合金基础上通过适当的退火处理而获得，退火处理的目的是在非晶合金基体上析出部分bcc结构的α-Fe纳米晶晶粒，从而能进一步提升材料的软磁和力学性能。

形成铁基纳米晶合金一般需要具有以下几种功能的元素：铁磁性元素(Fe、 Co、Ni等)、非晶形成元素、超微晶形成元素以及调整元素。非晶形成元素主要有 Si、B、C、P等，其中B原子半径小，外层电子少，这对形成非晶非常有利，含量常在5～15at.％之间，Si亦是重要的非晶化元素，一般在6-18at.％，Si的含量不宜过高也不宜太低，过高会导致合金饱和磁感强度降低，也不宜太低，因为在制备纳米晶的过程中Si是形成纳米晶相的重要元素。超微晶形成元素分为两类，一类是Cu、 Ag、Au、Cr及其替代元素，如第二副族元素和Pt系贵族金属元素，这类金属在Fe 中固溶度小或者基本不固溶于Fe，因此在晶化过程中这些元素会首先从Fe中分离出来，形成富集区，在晶化处理过程中起到α-Fe的形核作用；另一类是Nb、Mo、W 及其替代元素如IVB、VB、VIB族元素等，这类元素的特点是扩散缓慢，在铁基非晶合金晶化过程中主要起到阻止α-Fe纳米晶粒长大的作用，从而保证纳米晶晶粒尺寸在十几纳米。调整元素是根据特殊需要添加的少量元素。

铁基纳米晶合金在生产时所用母合金的性能优劣直接决定了其性能，性能好的铁基纳米晶合金具有高饱和磁感应强度、高矩形比、高磁导率等。目前，铁基纳米晶合金用母合金的熔炼采用中频炉炼制为主，主要包括以下步骤：1、按配方比例配料；2、按照熔炼工艺依次加入各种原料，通常是先将全部的铌铁放置在炉体的底部，再加入纯铁，和其一起加热融化，然后再一同加入硅和硼，最后加铜，在此期间，结合工艺需求调节中频炉加热电流；3、熔炼完全后进行打渣、取样；4、将中频炉电流调至150～170A对钢液保温；5、对所取样品进行光谱仪分析，按照分析结果计算补料的成分及数量；6、补料；7、进行二次打渣和取样；8、对第二次所取样品进行光谱分析，经分析成分合格后，检查中频炉冷却水路，确保冷却水路安全后进行浇钢。

但是，上述中频炉炼制方法存在着以下缺陷：

⑴加料顺序不合理，导致诸多合金元素过度氧化，同时容易在钢液中形成钢渣，且Si熔化温度低，Nb熔化温度高，在温度较低的情况下，Si易于包覆在Nb上，从而在钢液中形成较为粗大的颗粒，以致钢液整体成分不均匀；

⑵初期的加料顺序第一步，低温熔炼铌铁的时间较长，要完全融化需要4～5 个小时，熔炼工艺的熔炼效率不高，导致每炉熔炼时间过长，电费、人工费成本增大，使得总体成本较高。

⑶现有的中频炉熔炼工艺浇钢后，钢液都是采用空冷的方式导致冷却后的钢锭晶粒粗大、成分不均匀。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种成分均匀、制造成本低的铁基纳米晶合金用母合金，适合于生产相应规格的铁基纳米晶合金。