铁基软磁非晶钢及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种铁基软磁非晶钢，由FeaCbSicMndPeSfCrgAl hNiiBj和不可避免的杂质组成，以原子百分比计，其中a为74～80，b为0.02～0.06，c为9.10～11，d为0～0.25，e为0.1～0.2，f为0～0.05，g为0～1.6，h为0.03～0.07，i为0～1，j为11.10～13，a+b+c+d+e+f+g+h+i+j=100。该合金材料具有高的饱和磁感应强度

Fe based soft magnetic amorphous steel and its application

The invention relates to a Fe based soft magnetic amorphous steel, composed of FeaCbSicMndPeSfCrgAl hNiiBj and inevitable impurities, with atomic percentage, which a is 74 ~ 80, B is 0.02 ~ 0.06, C is 9.10 ~ 11, D is 0 ~ 0.25, e is 0.1 ~ 0.2, f is 0 ~ 0.05. G is 0 ~ 1.6, h is 0.03 ~ 0.07, I is 0 ~ 1, 11.10 ~ 13 J, a+b+c+d+e+f+g+h+i+j=100. The alloy has high saturation magnetic induction intensity

【技术实现步骤摘要】
铁基软磁非晶钢及其应用
本专利技术属于非晶合金
，具体涉及一种可由低成本的多组元低合金钢为基础合金及其应用，通过添加类金属元素、去除部分合金元素或添加工业纯铁的方式开发了性能（高μe、低Hc、高的Bs）优异的新型铁基软磁非晶钢,该铁基软磁非晶钢属于铁基非晶合金的范畴。
技术介绍
在我国，非晶材料属于新材料产业“十二五”和“十三五”规划的国家重点新产品，具有绿色节能的显著特点。与传统钢材相比，非晶钢因其优异的物理和化学性能引起了广大科研人员及企业人员的加倍关注。2003年美国S.JosephPoon等首次提出“无磁性非晶钢合金”的概念，报道了Fe-Mo-(B，C)系和Fe-Zr-B系无磁性非晶钢合金，其最大尺寸达4mm(S.JosephPoon,etal.ApplPhysLett，2003，83(6)：1131～1133)。2004年美国的V.Ponnambalam通过稀土的进一步微合金化，研发了铁基块体无磁非晶钢FeCrMo(Y,Ln)CB(Ln为镧系元素)，其中直径在1.5～12mm的圆柱形棒材实现了铁基块体非晶尺寸上的一个重大突破(V.Ponnambalam,etal.JMaterRes，2004，19(5)：1320～1323)。2004年吕昭平等也提出了结构非晶钢的概念，采用传统吸铸的方法制备了块体无磁性非晶钢合金FeCrCoMoMnCBY系，其直径达到12mm的圆柱形棒材且具有优异的力学性能，但是该合金系也没有磁性，限制了其工业的应用（LuZP,etal.PhysRevLett，2004，92(24)：245503-1～245503-4）。2005年，我国哈尔滨工业大学的沈军等通过在12mm的非晶成分的基础上用少量的原子比为7%Co元素替换合金中的一部分Fe元素，制备出目前世界上最大的16mm的块体非晶钢合金FeCoCrMoCBY系（ShenJ,etal.ApplPhysLett，2005，86：1519071～151907-3）。然而，这些具有高玻璃形成能力的铁基块体非晶钢合金不仅要使用高纯度元素(至少99.9%)和稀土或镧系元素，而且还需在较高的真空条件下才能制备，这些因素造成了高额的生产成本和繁琐的加工工艺，从而限制了此种非晶亚稳态材料的工业应用。因此，降低成本和复杂的工艺来制备铁基块体非晶钢合金，从而达到工业化生产和应用是人们所追求的。2007年H.X.Li等人利用工业原材料采用铜模吸铸的方式制备出了直径为6mm的FeCSiBPCrAlMo块体非晶钢合金系（LiHX，etal.ScriptaMater.，2007，56：1035～1038）。2009年S.L.Wang等人在6mm成分的基础上加入1%的Co，通过用Cr来代替部分Fe成功制备出了7mm的棒材FeCSiBPCrAlMoCo(WangSL，etal.MaterChemPhys.，2009，113：878～883)，这在工业上是一个突破，但由于力学性能和磁性能较低，一直没有应用到实际生产中。中国专利文献CN106282849A公布了一种非晶复合结构钢，其通过应力诱导下发生γ奥氏体向ε马氏体相变对金属玻璃基体增强增韧，降低其屈强比，获得了良好的塑性变形能力和高的强度，但是其没有磁性特征。上述这些合金系虽具有较高的非晶形成能力，但由于此类合金系含有较多的反磁性离子（如Cr等）的存在，大多呈现为无磁性，或仅有很弱的磁性，Bs在1.0T左右，且μe值偏低及Hc值较大，无法满足当代社会需求量越来越大的磁性材料所需要的高磁性能。除此之外，这些合金系中还含有大量的Mo、Co等贵金属元素，增加了生产的成本。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种高性能的新型铁基软磁非晶钢，其具有高的μe、低的Hc、高的Bs，且其成型性好、制备工艺条件宽松、生产成本低廉。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：设计一种铁基软磁非晶钢，其由FeaCbSicMndPeSfCrgAlhNiiBj和不可避免的杂质组成，以原子百分比计，其中a为74～80，b为0.02～0.06，c为9.10～11，d为0～0.25，e为0.1～0.2，f为0～0.05，g为0～1.6，h为0.03～0.07，i为0～1，j为11.10～13，a+b+c+d+e+f+g+h+i+j=100。本专利技术钢合金中Fe的原子百分比含量在74～80(at%)范围内，保证了非晶形成能力和高的Bs。在本专利技术铁基软磁非晶钢制备过程中，可选择由低合金钢，比如Fe95.57C0.05Si0.81Mn0.26P0.14S0.02Cr1.9Al0.06Ni1.19（at%），为起始合金，该低合金钢是由储量丰富和价格低廉的矿源冶炼而成的，成品钢种中合金纯度很高，且本身含有一定量的对软磁性能有益的合金元素Ni、Mn、Al等元素、对耐蚀性有利的Cr元素和对非晶形成能力有利的Si、B、P、C元素，不必外加，合金钢含有的这些元素会在一定程度上降低非晶钢的成产成本。目前，在我国能源消耗巨大和环境污染严重、且钢铁行业产能过剩情况下，及在建设“资源节约型，环境友好型”社会和去产能的政策引领下，本专利技术克服了传统的（以高纯的单质金属或非金属为原料）技术偏见，采用工业合金钢来作为起始合金或基础合金，通过添加微量的合金或类金属元素来获得综合性能优异、成本低廉、节能环保的新型铁基软磁非晶合金钢具有重大意义。本专利技术合金钢中的C元素与Fe元素有较大的原子半径差异，符合井上三原则中具有大原子半径差的要求，C元素的合理适量添加有利于提高非晶形成能力，且C的适当加入有利于提高FeSiB合金的Bs。本专利技术合金钢中Mn元素的加入有利于非晶合金的热稳定性和降低FeSiB非晶合金的铁芯损耗，提高了合金的非晶形成能力。本专利技术合金钢中P元素的选择用量有利于提高合金的非晶形成能力，且P对于FeSiBP合金在非晶相形成上的作用大于Si和B。在FeSiB中添加Cr元素在一定程度上会降低合金的Bs和居里温度；但研究发现，Cr元素的适量添加有利于提高非晶合金带材的耐蚀性，有利于其在恶劣环境下的工业应用。在FeSiB中优选添加一定量的Ni元素有利于提高非晶软磁性能，扩大非晶合金的过冷液相区范围，提高非晶的稳定性。在FeSiB系非晶质合金中添加一定量Al能促进形成FeaSibBcAld系非晶-纳米晶态软磁合金，提高Bs等指标。Si的适量添加有利于Fe基非晶的形成，但同时会阻碍电子在Fe基非晶态合金中的运动，提高合金的电阻率，因而会起到降低涡流损耗的作用，且Si含量在4(at%)以上时，可以显著降低非晶条带的涡流损耗，因而在本专利技术中综合各种因素，Si的含量范围优选为9.17～11(at%)。B与Fe元素有较大的原子半径差异，符合井上三原则中具有大原子半径差的要求，有利于Fe基合金的非晶化。实践研究表明，B含量在9(at%)以上，可以显著提高合金的非晶形成能力和稳定性，其含量低于5(at%)时，非晶软磁材料的热稳定性变差，但是当B含量高于18(at%)时，其含量的再增加基本上对合金非晶化没有太大的贡献，所以本专利技术中B含量的优选范围为11.1～13(at%)。与现有同类技术方案相比，本专利技术显著的优势体现在：1.本专利技术成分中优选了对提高Fe基非晶软磁合金综合性能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铁基软磁非晶钢，由FeaCbSicMndPeSfCrgAlhNiiBj和不可避免的杂质组成，以原子百分比计，其中a为74～80，b为0.02～0.06，c为9.10～11，d为0～0.25，e为0.1～0.2，f为0～0.05，g为0～1.6，h为0.03～0.07，i为0～1，j为11.10～13，a+b+c+d+e+f+g+h+i+j =100。

【技术特征摘要】
1.一种铁基软磁非晶钢，由FeaCbSicMndPeSfCrgAlhNiiBj和不可避免的杂质组成，以原子百分比计，其中a为74～80，b为0.02～0.06，c为9.10～11，d为0～0.25，e为0.1～0.2，f为0～0.05，g为0～1.6，h为0.03～0.07，i为0～1，j为11.10～13，a+b+c+d+e+f+g+h+i+j=100。2.根据权利要求1所述的铁基软磁非晶钢，其特征在于：该非晶钢是以低合金钢Fe95.57C0.05Si0.81Mn0.26P0.14S0.02Cr1.9Al0.06Ni1.19为起始合金而制成。3.根据权利要求1所述的铁基软磁非晶钢，其特征在于：所述a为75.15～78.80，b为0.04，c为9.17～9.9，d为0～0.21，e为0.11，f为0～0.02，g为0～1.51，h为0.05，i为0～0.95，j为11.20～12.10。4.根据权利要求1所述的铁基软磁非晶钢，其特征在于：所述a为75.15，b为0.04，c为9.9，d为0.20，e为0.11，f为0.02，g为1.49，h为0....

【专利技术属性】
技术研发人员：李福山，陈吉祥，高志开，张文帅，陈辰，魏然，贾晓东，孙欢，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41