FeCo合金、FeSi合金或Fe片材或带材以及其生产方法，由所述片材或带材生产的变压器磁芯及包括其的变压器技术

本发明专利技术涉及一种冷轧、退火的含铁合金的片材或带材(1)，其特征在于，该片材或带材的组成为(以重量百分比计)：痕量≤Co≤40％；如果Co≥35％，则痕量≤Si≤1.0％；如果痕量≤Co<35％，则痕量≤Si≤3.5％；如果痕量≤Co<35％，则Si+0.6％Al≤4.5－0.1％Co；痕量≤Cr≤10％；痕量≤V+W+Mo+Ni≤4％；痕量≤Mn≤4％；痕量≤Al≤3％；痕量≤S≤0.005％；痕量≤P≤0.007％；痕量≤Ni≤3％；痕量≤Cu≤0.5％；痕量≤Nb≤0.1％；痕量≤Zr≤0.1％；痕量≤Ti≤0.2％；痕量≤N≤0.01％；痕量≤Ca≤0.01％；痕量≤Mg≤0.01％；痕量≤Ta≤0.01％；痕量≤B≤0.005％；痕量≤O≤0.01％；其余为铁和由制备所带来的杂质。该片材或带材的特征还在于，对于1.8T的感应，平行于施加在该片材或带材的三个矩形样品(2、3、4)上的磁场(Ha)(λ//H)与垂直于所述磁场(Ha)(λ⊥H)所测量的磁致伸缩形变值λ之间的最大偏差(MaxΔλ)为至多25ppm，其中，上述样品的长边侧分别平行于所述片材或带材的轧制方向(DL)、平行于所述片材或带材的横向方向(DT)以及平行于与轧制方向(DL)和横向方向(DT)形成45°角的方向。片材或带材的进一步特征在于，其再结晶率为80％至100％。本发明专利技术还涉及生产这种片材或带材的方法，由所述片材或带材制成的变压器磁芯以及包括其的变压器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】FeCo合金、FeSi合金或Fe片材或带材以及其生产方法，由所述片材或带材生产的变压器磁芯及包括其的变压器
本专利技术涉及一种铁和钴的合金，尤其是Co含量为约10％至35％的合金，并且还涉及纯铁以及Si含量为3％的铁和硅的合金。这些材料用于形成尤其用于飞行器的磁性部件，诸如变压器芯。
技术介绍
飞行器上装载的低频变压器(≤1kHz)主要由根据结构限制而层压、叠置或缠绕的软磁体磁芯以及初级绕组和次级绕组(铜)组成。初级电源电流随着时间而周期性但不一定完全正弦地变化，从而不能从根本上改变变压器的需求。这些变压器受限于多重限制。变压器必须具有尽可能小的体积和/或质量(通常，这两者紧密相关)，从而体积功率密度或质量功率密度尽可能地高。工作频率越低，磁轭的截面以及该磁轭的体积(继而质量)必须越大，这就加剧了在低频应用中使变压器小型化的兴趣。由于基频通常是强制性的，这相当于获得了尽可能高的工作磁通量，或者，如果所提供的电力是强制性的，则这相当于尽可能地减小磁通量的通道截面(并且因此降低材料的质量)，以通过降低机载质量来进一步增加质量功率。变压器必须具有足够的寿命(根据应用，至少10年至20年)以使它们是能带来利益的。因此，就变压器的老化而言，必须考虑热工作状态。通常，可取的是，在200℃下，最低寿命为100000小时。变压器必须在大致正弦频率功率的电网上运行，其中，输出均方根电压的幅度从一个时刻到下一时刻可瞬时变化高达60％，并且特别是当变压器通电时或者当电磁致动器突然接通时。根据结构，这使得通过磁芯的非线性磁化曲线对初级变压器引起电流涌浪。该变压器的元件(绝缘体和电子组件)必须能够承受这种涌浪电流(被称为“涌浪效应”)的强烈变化而不会造成损坏。该涌浪效应可通过“涌浪指数”(In)来量化，该涌浪指数通过式In＝2.Bt+Br–Bsat来计算，其中，Bt为变压器的磁芯的额定工作感应，Bsat为芯的饱和感应，而Br为芯的剩余感应。变压器因电磁力和磁致伸缩而产生的噪声必须足够低以符合现行标准或者满足使用者以及位于变压器附近的人员的要求。飞行员和副驾驶越来越希望能够在不需要耳机的情况下直接交流。变压器的热效率也是非常重要的，这是由于其既决定了内部工作温度又决定了例如通过围绕绕组和磁轭(其与油泵的尺寸相适应)的油浴来必须去除的热流。热功率源主要为初级绕组和次级绕组的焦耳损耗以及磁通量随着时间变化的磁损耗和磁性材料中的磁损耗的形式。在工业实践中，推导出的体积热功率受限于油泵的尺寸和功率所施加的特定阈值以及变压器的内部运行极限温度。最后，在考虑变压器的热状态下，必须使变压器的成本保持尽可能地低以确保材料成本、设计、制造和维护与装置的最佳电功率密度(质量或体积)之间的最佳技术经济平衡。通常，有利的是，寻求可能的最高的质量/体积功率密度。要考虑的标准主要是800A/mB800下的饱和磁化强度Js和磁感应强度。目前使用两种用于制造机载低频变压器的技术。根据这些技术中的第一种(也被称为“卷绕型芯”)，当电源为单相时，电压器包括绕线磁路。当电源为三相时，变压器芯的结构包括并排的两个前述类型的环形磁芯，并且这两个环形磁芯环绕有形成“8”的第三绕线环形线圈。在实践中，这种形式的线圈需要厚度小(通常为0.1mm)的磁片。实际上，只有在电源频率(考虑感应电流)需要使用该厚度的带材时，才使用该技术，即，通常用于几百Hz的频率。根据这些技术中的第二种(也被称为“压制和叠置型芯”)，无论磁片的厚度如何，均可使用叠置磁路。因此，该技术适用于任何几kHz以下的频率。但是，为了降低寄生气隙(从而优化表观功率)并且限制磁片之间感应的电流，必须特别仔细地考虑磁片的毛刺、并置，甚至电绝缘性。在这两种技术中，无论带材的厚度如何设计，在机载功率变压器中均使用高磁导率的软磁材料。这些材料中的两类以0.35mm至0.1mm的厚度，或者甚至0.05mm的厚度存在，并且通过它们的化学组成来清楚地区分：Fe-3％Si合金(在本文中，合金的组成以wt％来给出)，其脆性和电阻率主要受控于Si含量；其中，它们的磁损耗为相当低(N.O.非定向晶粒的合金)至低(法语缩写为G.O.，英文缩写为O.G.定向晶粒的合金)，它们的饱和磁化强度Js是高的(约2T)，同时它们的成本非常适中；存在两种Fe-3％Si亚族用于一种或另一种机载变压器芯技术：具有定向晶粒(O.G.)的Fe-3％Si，其用于“卷绕”型的机载变压器结构：其中，它们的高磁导率(B800＝1.8T至1.9T)与其非常明显的{110}&lt;001&gt;织构相关；这些合金具有便宜、易于成型以及高磁导率的优点，但是它们的饱和磁化强度限制于2T，并且它们具有非常明显的非线性磁化曲线，这可能导致非常显著的谐波；具有非定向晶粒(N.O.)的Fe-3％Si，用于“压制和叠置”型机载变压器结构；其中，它们的磁导率是降低的，同时它们的饱和磁化强度与O.G.类似；Fe-48％Co-2％V合金，其脆性和电阻率主要受控于钒；它们的高磁导率不仅与它们的物理特性(弱K1)相关，而且与最终退火后的将K1设定在非常低的值的冷却相关；然而，由于它们的脆性，这些合金必须以硬化状态来成型(通过切割、冲压、折叠……)，并且只有在构件已经获得了最终形状(旋转机的转子或定子，E型或I型的变压器)，才在最后一步中对材料进行退火；此外，由于V的存在，必须完全控制退火气氛的品质以避免氧化；最后，这种材料的价格非常高(是Fe-3％Si-O.G.价格的20倍至50倍)，该价格与Co存在有关且与Co含量大致成比例；然而，还存在具有较低水平Co(通常18％至27％)的Fe-Co合金，并且由于含有较少的Co，其具有比前述合金低廉的优点，同时提供与前述FeCo48V2合金同样优异的饱和磁化强度，或者在一些情况下，提供甚至比前述FeCo48V2合金略微更高的饱和磁化强度；然而，它们的磁导率和磁损耗显著高于FeCo等原子合金。目前，仅这两类高磁导率材料用于机载功率变压器中。除FeCo等原子合金外，高饱和磁化强度材料(纯Fe、Fe-Si或Co低于40％的Fe-Co)具有几十kJ/m3的磁晶各向异性，从而在最终晶体取向随机分布的情况下，无法使合金具有高磁导率。对于用于中频机载变压器的小于48％Co的磁性板的情况，早已知晓的是成功的机会必须取决于如下锐角(acute)织构，该锐角织构的特征在于以下事实：在每个晶粒中，&lt;100&gt;轴非常接近于轧制方向。在Fe-Si中通过二次再结晶得到的被称为“高斯(Goss)”织构的{110}&lt;001&gt;就是该情况的实例。然而，根据这些参考工作，片材不应含有钴。最近，在US3881967中已经表明可通过以下来获得高磁导率：加入4％至6％的Co和1％至1.5％的Si，并且还需要利用二次再结晶：B800≈1.98T，即，与目前最好的Fe3％SiO.G.片材(B10≈1.90T)相比，在800A/m下，0.02T/％Co的增益。然而，显然B800仅增加4％不足以使变压器显著地减轻。通过比较，优化用于转化的Fe-48％Co-2％V合金具有约2.15T±0.05T的B800，从而对于相同的磁轭截本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冷轧且退火的含铁合金的片材或带材(1)，其特征在于，所述片材或带材的组成由以下组成：以重量百分比计，痕量≤C≤0.2％，优选痕量≤C≤0.05％，更优选痕量≤C≤0.015％；痕量≤Co≤40％；如果Co≥35％，则痕量≤Si≤1.0％；如果痕量≤Co<35％，则痕量≤Si≤3.5％；如果痕量≤Co<35％，则Si+0.6％Al≤4.5‑0.1％Co，优选Si+0.6％Al≤3.5‑0.1％Co；痕量≤Cr≤10％；痕量≤V+W+Mo+Ni≤4％，优选≤2％；痕量≤Mn≤4％，优选≤2％；痕量≤Al≤3％，优选≤1％；痕量≤S≤0.005％；痕量≤P≤0.007％；痕量≤Ni≤3％，优选≤0.3％；痕量≤Cu≤0.5％，优选≤0.05％；痕量≤Nb≤0.1％，优选≤0.01％；痕量≤Zr≤0.1％，优选≤0.01％；痕量≤Ti≤0.2％；痕量≤N≤0.01％；痕量≤Ca≤0.01％；痕量≤Mg≤0.01％；痕量≤Ta≤0.01％；痕量≤B≤0.005％；痕量≤O≤0.01％；其余为铁和由制备所带来的杂质，特征在于，对于1.8T的感应，平行于施加在所述片材或带材的三个矩形样品(2、3、4)上的磁场(Ha)(λ//H)以及垂直于所述磁场(Ha)(λ┴H)测量的磁致伸缩形变幅度λ之间的最大差值(MaxΔλ)为至多25ppm，其中，上述样品的长边侧分别平行于所述片材或带材的轧制方向(DL)、平行于所述片材或带材的横向方向(DT)以及平行于与所述轧制方向(DL)和所述横向方向(DT)形成45°角的方向；并且特征在于，所述片材或带材的再结晶率为80％至100％。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.29 EP PCT/EP2015/0674431.一种冷轧且退火的含铁合金的片材或带材(1)，其特征在于，所述片材或带材的组成由以下组成：以重量百分比计，痕量≤C≤0.2％，优选痕量≤C≤0.05％，更优选痕量≤C≤0.015％；痕量≤Co≤40％；如果Co≥35％，则痕量≤Si≤1.0％；如果痕量≤Co&lt;35％，则痕量≤Si≤3.5％；如果痕量≤Co&lt;35％，则Si+0.6％Al≤4.5-0.1％Co，优选Si+0.6％Al≤3.5-0.1％Co；痕量≤Cr≤10％；痕量≤V+W+Mo+Ni≤4％，优选≤2％；痕量≤Mn≤4％，优选≤2％；痕量≤Al≤3％，优选≤1％；痕量≤S≤0.005％；痕量≤P≤0.007％；痕量≤Ni≤3％，优选≤0.3％；痕量≤Cu≤0.5％，优选≤0.05％；痕量≤Nb≤0.1％，优选≤0.01％；痕量≤Zr≤0.1％，优选≤0.01％；痕量≤Ti≤0.2％；痕量≤N≤0.01％；痕量≤Ca≤0.01％；痕量≤Mg≤0.01％；痕量≤Ta≤0.01％；痕量≤B≤0.005％；痕量≤O≤0.01％；其余为铁和由制备所带来的杂质，特征在于，对于1.8T的感应，平行于施加在所述片材或带材的三个矩形样品(2、3、4)上的磁场(Ha)(λ//H)以及垂直于所述磁场(Ha)(λ┴H)测量的磁致伸缩形变幅度λ之间的最大差值(MaxΔλ)为至多25ppm，其中，上述样品的长边侧分别平行于所述片材或带材的轧制方向(DL)、平行于所述片材或带材的横向方向(DT)以及平行于与所述轧制方向(DL)和所述横向方向(DT)形成45°角的方向；并且特征在于，所述片材或带材的再结晶率为80％至100％。2.根据权利要求1所述的片材或带材，其特征在于，10％≤Co≤35％。3.根据权利要求1或2所述的片材或带材，其特征在于，所述片材或带材包括的所有{hkl}&lt;uvw&gt;织构组分不超过30％，所述{hkl}&lt;uvw&gt;织构组分由自所限定的晶体取向{h0k0l0}&lt;u0v0w0&gt;的偏离小于15°来限定。4.一种制造根据权利要求1至3中任一项所述的含铁合金的片材或带材(1)的方法，其特征在于：制备含铁合金，所述含铁合金的组成由以下组成：痕量≤C≤0.2％，优选痕量≤C≤0.05％，更优选痕量≤C≤0.015％，痕量≤Co≤40％，如果Co≥35％，则痕量≤Si≤1.0％；如果痕量≤Co&lt;35％，则痕量≤Si≤3.5％；如果痕量≤Co&lt;35％，则Si+0.6％Al≤4.5-0.1％Co，优选Si+0.6％Al≤3.5-0.1％Co；痕量≤Cr≤10％；痕量≤V+W+Mo+Ni≤4％，优选≤2％；痕量≤Mn≤4％，优选≤2％；痕量≤Al≤3％，优选≤1％；痕量≤S≤0.005％；痕量≤P≤0.007％；痕量≤Ni≤3％，优选≤0.3％；痕量≤Cu≤0.5％，优选≤0.05％；痕量≤Nb≤0.1％，优选≤0.01％；痕量≤Zr≤0.1％，优选≤0.01％；痕量≤Ti≤0.2％；痕量≤N≤0.01％；痕量≤Ca≤0.01％；痕量≤Mg≤0.01％；痕量≤Ta≤0.01％；痕量≤B≤0.005％；痕量≤O≤0.01％；其余为铁和由制备所带来的杂质；将所述含铁合金浇铸为锭的形式或半成品连铸坯的形式；使所述锭或半成品连铸坯以2mm至5mm厚，优选2mm至3.5mm厚的带材或片材的形式热成型；在下述温度下，对所述带材或片材进行至少两次冷轧操作，每次冷轧操作具有50％...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·瓦克勒，蒂埃里·博丹，安妮洛尔·赫尔伯特，奥利维尔·胡伯特，雷米·巴特奈特，
申请(专利权)人：艾普伦，
类型：发明
国别省市：卢森堡,LU