[发明专利]一种铁基纳米晶软磁母合金的冶炼工艺

说明书

本发明公开了一种铁基纳米晶软磁母合金的冶炼工艺，其包括如下工艺步骤：1)选料配料；2)装料开炉；3)高温冶炼；4)除渣降温；5)氩气净化；6)控温精炼；7)出钢快冷。本发明采用分段熔炼工艺，通过改良具体操作步骤及重要工艺参数，使各步骤协同作用以适配非真空冶炼工艺的同时制备得到含氧量低、杂质含量低且成分均一的优质铁基纳米晶软磁母合金，其比现有的普通非真空冶炼的母合金在后期制带过程中使用品质更优越，可与真空冶炼工艺制备出的同类母合金的使用品质相媲美。

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其涉及一种软磁母合金的冶炼工艺。

背景技术

工业应用最广泛的铁基纳米晶软磁合金主要是指1988年由日本日立金属公司的Yoshizawa等人对FeSiB非晶合金添加Cu和Nb制备而成的“Finemet”纳米晶合金，其经典成分为Fe_73.5Si_13.5B₉Nb₃Cu₁，其制备方法是先配制对应的原料进行熔炼制得对应成分的母合金，再通过重熔快淬制备相应的非晶态带材，并绕制成环，经热处理等工艺制备出具备优异软磁性能的磁芯，并加以制作成用于计量、测量、滤波、电抗等领域的磁性器件。

铁基纳米晶软磁合金之所以运用广泛，主要取决于其优异的软磁性能：高磁导率、高饱和磁感应强度、低矫顽力、低损耗等。正由于铁基纳米晶软磁合金具备这些优良的软磁性能，其在电流互感器、电感器、高频开关电源、漏电保护开关、传感器、程控交换电源等电子电力领域被广泛应用。随着电子电力领域的高速发展，其需求在日趋剧增，同时对其磁性能要求也在不断提高。

铁基纳米晶软磁合金的磁性能与产品成分、制备工艺和热处理工艺等因素有关，通过非真空自重快淬、压力快淬等方式得到厚度16～40μm的非晶薄带，再进行适当温度的热处理晶化，得到非晶基体中析出直径为10～20nm的α-Fe纳米晶粒，即α-Fe/非晶态双相结构，这种双相结构相互耦合形成优异的软磁综合性能。在形核过程中，Cu将优先偏聚析出，促进α-Fe(Si)形核，Nb则抑制晶粒长大，综合作用以获得均一α-Fe/非晶态双相结构，实现优异软磁磁性能。制备工艺上，铁基纳米晶软磁母合金冶炼过程中杂质直接影响到快淬过程中非晶带材的品质，如：制带中钢液中的氢元素会降低带材的韧性，影响磁芯绕制的工作效率；钢液中氧元素过多会加速制带喷咀腐蚀易影响成品带材合格率及质量，如带材表现为单边、毛刺、密度偏低等。同时，冶炼完成后静置降温浇铸过程会发生成分偏析，通过对低温待浇铸的钢液各个位置成分的光谱分析发现，上层钢液Nb含量小于底层钢液含量，而上层钢液的Si含量则高于底层钢液含量，两种成分的偏差达到0.1～0.2％，这种成分的偏差将影响后期带材的均一性，尤其是影响热处理过程中α-Fe相的形成及均匀性，增加产品质量不确定性。

现在低杂质、低氢、低氧的铁基纳米晶软磁母合金冶炼还是以真空冶炼为主，这种冶炼方法所需设备较为昂贵，且操作繁琐，限制了其大规模冶炼铁基母合金。因此，如何在非真空环境中冶炼出优质的铁基纳米晶软磁母合金，成为行业亟需解决的一大难题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术的不足，提供一种铁基纳米晶软磁母合金的冶炼工艺，其在非真空组状态下得到含氧量低、杂质含量低且成分均一的优质铁基纳米晶软磁母合金，同时所需设备简单、成本低廉。

本发明所采取的技术方案是：一种铁基纳米晶软磁母合金的冶炼工艺，其包括如下工艺步骤：

1)选料配料：将金属硅、硼铁、铌铁、钼铁、电解铜、电解镍、铬粉、纯铁按化学成分质量百分比配置为8.5～9.5％的Si、1.5～2％的B、3～4.5％的Nb、0.5～2％的Mo、1～2％的Cu、0.05～0.5％的Ni、0.05～0.5％的Cr和余量Fe；

2)装料开炉：预先在炉底装入部分金属硅和部分硼铁，加入全部电解镍和全部铬粉后装入部分纯铁至满炉并开炉预热；