Fe-Si基合金及其制造方法技术

公开了一种具有成形性和磁性能的良好组合的软磁合金。所述合金具有式Fe

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】Fe-Si基合金及其制造方法专利技术背景。专利
本专利技术涉及含有Fe和Si的软磁合金，特别是，涉及含有一种或多种有益于合金的延展性和成形性的添加元素的软磁Fe-Si合金。相关技术的描述与含有少于4%Si的Fe-Si钢板相比，含有6.5-7%硅的铁-硅(Fe-Si)钢板的特点是优异的磁性能，包括在高频下大大降低的磁心损耗和极低的磁致伸缩。由于那些特性，含有标称6.5%Si的Fe-Si钢板具有用于各种电气设备和屏蔽应用的高潜力，包括变压器用铁心以及电动机和发电机的定子和转子。这样的材料将提供减轻重量、减少振动和减少噪音以及节省电力的优点。然而，在标称6.5%Si钢合金中存在有序相，即B2(FeSi)和D03(Fe3Si)相，在室温下引起钢合金脆化。缺乏足够的延展性和成形性使得难以通过常规工艺(如冷轧、温轧和热轧)将合金加工成薄板、带或箔形式。当Si含量大于4重量%时，伸长率百分比迅速降低，并且不能容易地使用常规的冷轧技术。为了避免较高的硅对钢合金的成形性的不利影响，已经使用特殊的加工技术。这样的技术包括在热、温和/或冷加工步骤期间严格的温度控制和对厚度减小的严格限制。另一个技术包括通过化学气相沉积(CVD)向Fe-Si钢带施加硅化的层。然而，这些技术过度地增加生产Fe-Si钢带和板的成本。鉴于现有技术水平，期望能够生产具有优异的磁特性(例如饱和感应高、矫顽力低、导磁率高、电阻率高、磁致伸缩低和在高频下磁心损耗低)的各种厚度的富硅、Fe-Si电工钢带和板。还希望通过使用常规的冶金技术和工艺来生产这种富硅、Fe-Si合金产品，以得到上述磁特性，以便用于生产重量轻、能量损失低且成本低的软磁层压铁心，用于下一代电磁设备，例如电动机、发电机、变压器、电感器、扼流线圈、致动器、喷油器、压缩机和其他电动设备。专利技术概述。根据本专利技术的第一方面，提供了一种合金，所述合金解决了已知的Fe-Si材料的加工缺点。根据本专利技术的合金可通过化学式Fe100-a-b-c-d-e-fSiaMbLcM'dM''eRf定义，其中M为Cr和Mo中的一种或二者；L为Co和Ni中的一种或二者；M'选自Al、Mn、Cu、Ge、Ga及其组合；M''选自Ti、V、Hf、Nb、W及其组合；和R选自B、Zr、Mg、P、Ce及其组合。所述合金通过组成元素的以下重量百分比范围进一步定义。宽泛中间优选Si4-74-74-7M0.1-70.5-61-5L0.1-100.5-70.75-6M'最高7最高50.1-3M''最高7最大5最大3R最高1最高1最高1合金的余量为铁和通常的杂质。根据本专利技术的第二方面，提供了一种由上述合金制成的合金产品。该合金产品的特征在于，微观结构基本上由至少约1体积%且更佳为至少约15体积%的无序bcc相组成。优选，合金产品含有约75体积%至约100体积%的无序相。根据本专利技术的另一方面，提供了一种由上述Fe-Si合金生产含有超过2.5%Si的薄规格硅铁板和带的方法。根据本专利技术的方法包括以下步骤。将合金熔融并浇铸，接着在其已凝固后热机械加工所述合金，以提供伸长中间体形式。随后以有效于抑制有序bcc相的形成的冷却速率将该伸长中间体形式从超过有序-无序转变温度的温度冷却。提供上述表格作为方便的概述，且并非旨在限制使用的元素范围仅在表中列出的宽泛、中间和优选的实施方式中。因此，宽泛、中间或优选的实施方式的范围中的一个或多个可以与其余元素的不同实施方式的范围中的一个或多个一起使用。另外，宽泛、中间或优选的组成中的一种的元素的最小值或最大值可以与在不同实施方式中相同元素的最小值或最大值一起使用。在此以及整个说明书中，适用以下定义。除非另外指明，否则术语“百分比”和符号“%”是指重量百分比或质量百分比。术语“体积%(vol.%)”是指体积百分比。术语“薄规格”或“薄-规格”是指不大于约0.08英寸(2.03mm)的厚度。术语“添加元素”是指以足以对一种或多种性能提供所需效果的量加入到基础合金中的一种或多种元素。详述根据本专利技术的合金为铁-硅基合金，其可以通过具有以下化学通式来定义：Fe100-a-b-c-d-e-fSiaMbLcM'dM''eRf。硅：该合金含有至少约4%的硅，以有益于合金提供的磁性能。特别是，硅减少在高工作频率下的磁心损耗，并显著降低合金的磁致伸缩。过多的硅促进有序相B2和D03的形成，这二者均导致合金脆化并因此导致延展性损失。因此，合金含有不超过约7%的硅，以抑制这些相的形成。M：M为铬和钼中的一种或二者。铬和钼有益于合金的延展性，特别是在将合金的伸长形式温轧的高温下。在冷却过程中M延迟有序-无序转化反应。采用这种方式，抑制诸如B2和D03的有序bcc相的形成。M还降低合金的延性-脆性转变温度，这允许合金在比已知的Si-Fe合金更低的温度下冷轧。为此目的，合金含有至少约0.1%的铬和钼中的一种或二者。优选，合金含有至少约0.5%、并且为了最佳结果而至少约1%的Cr+Mo。铬和钼限制在不超过约7%，以避免对合金提供的磁性能产生不利影响。优选，合金含有不超过约6%的Cr+Mo，且更佳为不超过约5%的Cr+Mo。L：L为钴、镍或其组合。钴和/或镍存在于该合金中，以有益于该合金提供的软磁性能。更具体地，元素L增加合金的居里温度，这在更宽的温度范围内扩展其磁性行为。钴和镍还增加合金的磁饱和感应，并提供导磁率的增加。因此，合金含有至少约0.1%并优选至少约0.5%的钴和镍中的一种或二者。当该合金含有至少约0.75%，例如至少约0.85%的Co+Ni时，已经得到良好的结果。为了得到最佳结果，合金含有至少约1%的Co+Ni。过多的钴和/或镍最终增加合金的磁晶各向异性和磁致伸缩。过多的钴和/或镍也可增加磁心损耗到不希望的水平。因此，合金含有不超过约10%，更佳为不超过约7%，并优选含有不超过约5%或6%的Ni+Co。M'：M'选自铝、锰、铜、锗、镓及其组合。最高约7%的M'可存在于该合金中，以有益于合金提供的电和磁性能。当存在M'时，M'增加合金的电阻率，增加合金的导磁率，并降低矫顽力。优选合金含有至少约0.1%的M'。过多的M'不利地影响合金的磁性能，例如磁饱和感应。因此，合金优选含有不超过约5%，且更佳为不超过约4%的M'。M''：M''选自钛、钒、铪、铌、钨及其组合。最高约7%的M''可存在于合金中。当存在M''时，通过延迟合金冷却时合金中脆化有序相的形成，M''有益于合金的延展性。过多的M''不利地影响合金提供的磁性能，特别是合金提供的磁饱和感应。因此，合金优选含有少于约5%，且更佳为少于约3%的M''。R：R为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有良好成形性的软磁合金，所述合金具有化学式/nFe

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170517 US 62/507,4151.一种具有良好成形性的软磁合金，所述合金具有化学式
Fe100-a-b-c-d-e-fSiaMbLcM'dM''eRf
其中M为Cr和Mo中的一种或二者；
L为Co和Ni中的一种或二者；
M'选自Al、Mn、Cu、Ge、Ga及其组合；
M''选自Ti、V、Hf、Nb、W及其组合；
R选自B、Zr、Mg、P、Ce及其组合；和
其中Si、M、L、M'、M''和R的重量百分比范围如下：








Si
4-7


M
0.1-7


L
0.1-10


M'
最高7


M''
最高7


R
最高1






且合金的余量为铁和通常的杂质。


2.根据权利要求1所述的软磁合金，所述软磁合金含有至少约0.5%的L。


3.根据权利要求2所述的软磁合金，所述软磁合金含有不超过约7%的L。


4.根据权利要求1所述的软磁合金，所述软磁合金含有至少约0.75%的L。


5.根据权利要求4所述的软磁合金，所述软磁合金含有不超过约6%的L。


6.根据权利要求1所述的软磁合金，所述软磁合金含有至少约0.5%的M。


7.根据权利要求6所述的软磁合金，所述软磁合金含有不超过约6%的M。


8.根据权利要求7所述的软磁合金，所述软磁合金含有至少约1%的M。


9.根据权利要求1所述的软磁合金，其中，当所述合金含有一种或多种在合金中形成或可能形成碳化物、氮化物、碳氮化物和/或硫化物的元素时，所述合金含有不超过约0.1%的碳、不超过约0.1%的氮和不超过约0.1%的硫。


10.一种具有良好成形性的软磁合金，所述合金具有化学式
Fe100-a-b-c-d-e-fSiaMbLcM'dM''eRf
其中M为Cr和Mo中的一种或二者；
L为Co和Ni中的一种或二者；
M'选自Al、Mn、Cu、Ge、Ga及其组合；
M''选自Ti、V、Hf、Nb、W及其组合；
R选自B、Zr、Mg、P、Ce及其组合；和
其中Si、M、L、M'、M''和R的重量百分比范围如下：








Si
4-7


M
0.5-7


L
0.5-7


M'
最高5


M''
最大5


R
最高1






且合金的余量为铁和通常的杂质。


11.根据权利要求10所述的软磁合金，所述软磁合金含有至少约0.75%的L。


12.根据权利要求11所述的软磁合金，所述软磁合金含有不超过约5%的L。


13.根据权利要求10所述的软磁合金，所述软磁合金含有至少约1%的M。


14.根据权利要求13所述的磁性合金，所述软磁合金含有不超过约6%的M。


15.根据权利要求15所述的软磁合金，其中，当所述合金含有一种或多种在合金中形成或可能形成碳化物、氮化物、碳氮化物和/或硫化物的元素时，所述合金含有不超过约0.1%的碳、不超过约0.1%的氮和不超过约0.1%的硫。


16.一种具有良好成形性的软磁合金，所述合金具有化学式
Fe100-a-b-c-d-e-fSiaMbLcM'dM''eRf
其中M为Cr和Mo中的一种或二者；
L为Co和Ni中的一种或二者；
M'选自Al、Mn、Cu、Ge、Ga及其组合；
M''选自Ti、V、Hf、Nb、W及其组合；
R选自B、Zr、Mg、P、Ce及其组合；和
其中Si、M、L、M'、M''和R的重量百分比范围如下：








Si
4-7


M
1-6


L
0.75-5


M'
0.1-3


M''
最大3


R
最高1






且合金的余量为铁和通常的杂质。
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【专利技术属性】
技术研发人员：C金纳萨米，SJ克尔尼安，E费特林，A波拉罗萨斯，T王，
申请(专利权)人：CRS控股公司，
类型：发明
国别省市：美国;US