一种铁基非晶合金带材及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种铁基非晶合金带材及其制备方法，所述铁基非晶合金带材其化学组成为Fe

【技术实现步骤摘要】
一种铁基非晶合金带材及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电力电子领域，尤其涉及一种铁基非晶合金带材及其制备方法。

技术介绍

[0002]铁基非晶合金因为具有特异的微观结构，表现出磁各向异性，被广泛应用于制作变压器铁芯。通常，液态的金属液缓慢冷却时，当温度到达液相线以下会发生结晶现象，而所述非晶合金即改变了金属液的冷却速率使其内部原子未来得及充分扩散、重排就被凝固为固态，其内部原子保留了液态的杂乱无序状态，因此具有较低的磁各向异性参数<K>，并具有空载损耗低的优势，有望完全代替硅钢。
[0003]随着近些年电力电子行业的飞速发展，“智能5G”、“高能效”等新的目标迫使非晶变压器更趋向于“小型化”、“低损耗”方向发展，因此高饱和磁感应强度的合金体系被不断开发出，各种高Fe含量合金体系应运而生。众所周知，Fe元素作为成分体系中磁性元素，高Fe含量合金虽具有较高的饱和磁感应强度(Bs＞1.60T)，但非晶形成能力差，只能依靠高冷却速率以制备完全淬态的非晶合金带材，这导致带材内部应力来不及释放而被冻结，内部保留了大量的淬态应力，导致带材出现两侧翘曲、损耗升高等问题。值得指出的是，在钢水与结晶器的冷却界面上存在液固平衡区，其中还未被冷却的液相部分我们称之为“熔潭”，而熔潭处的两侧与熔潭中心位置的冷却能力存在差异，熔潭两侧的冷却强度要高于熔潭中心的冷却强度，这是因为熔潭两侧受“层流风”的影响，以及结晶器上带材边缘与带材中心能量不同，导致带材自结晶器表面被剥离时带材中心位置与两侧位置的温度存在差异，而且此现象随制备带材的宽度增大而突出，这导致非晶宽带的制备难度增大，断带、性能不稳定等问题的发生。从微观角度分析，带材两侧与带材中心的冷却强度差异也会导致带材内部存在横向的拉应力产生，最终结果就是带材性能恶化。除此之外，所述冷却不均匀的材料被后端应用制作为变压器铁芯时，也存在热稳定性差的问题，尤其是应力去除不彻底时还会导致铁芯励磁功率高、噪音高等问题。
[0004]针对以上高饱和磁感应强度合金体系高冷却强度而出现的结晶器与溶潭处冷却不均匀现象，也有不少研究者进行了研究。美国专利No.5456770中通过添加Sn元素以获得高延展性的带材，增加宽带制造可成型性，但显然Sn元素的添加带来成本大大升高，并不能满足工业化生产的要求。中国专利CN113151750A中披露了高饱和磁感应强度合金体系制备带材时出现的带材横向飘曲问题，其通过钢水微量元素的控制以及过程工艺参数的管控，制备出的带材仍存在横向飘曲现象，并未从根本角度解决问题。另有一些研究者从结晶器结构做了一系列实验，例如专利CN114381673A通过调节沿带材宽度方向结晶器内部水路来实现结晶器中心与两侧冷却强度的中和，但这种方式虽从传热角度进行了调整，可实现带材中心与两侧冷却的均匀，但需针对不同宽度的带材进行对应的调整，不仅仅成本高，同时工艺复杂性高，难以使用于工业生产。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种铁基非晶合金带材及其制备方法，用以解决现有技术中高饱和磁感应强度非晶合金体系冷却不均匀的缺陷。
[0006]本专利技术提供一种铁基非晶合金带材，其化学组成为Fe
a
Si
b
B
c
C
d
，其中a、b、c、d分别表示对应组分的原子百分含量；80.4％≤a≤83.5％，3.98％≤b≤9.5％，9.58％≤c≤12.0％，0.1％≤d≤1.3％，且99.9％≤a+b+c+d≤100％，余量为不可避免的杂质。
[0007]本专利技术主要针对工业上最常见的FeSiBC体系成分进行了一些改进设计。由于该体系不同于FeSiBCu或FeSiBPCu等体系，上述两种成分体系通过退火处理形成纳米晶级晶粒，提高饱和磁感应强度，而FeSiBC体系仅能提高Fe含量来实现饱和磁感应强度的提高，但高Fe元素合金成分的非晶形成能力大大降低，因此对冷却能力的要求越来越高。高冷却强度使得熔潭两侧与熔潭中心处的冷却差异越来越大，导致带材软磁性能的恶化以及应用端变压器铁芯性能恶化，还会导致变压器铁芯热处理温度的不稳定性。
[0008]针对上述问题，本专利技术通过成分的调控，实现了高冷却强度下还能保持冷却均匀，得到一种具有高饱和磁感应强度、高非晶形成能力和冷却均匀的铁基非晶合金带材。
[0009]根据本专利技术提供的铁基非晶合金带材，所述铁基非晶合金带材的饱和磁感应强度≥1.6T。本专利技术所述高饱和磁感应强度指饱和磁感应强度不低于1.6T。
[0010]根据本专利技术提供的铁基非晶合金带材，Fe的原子百分含量为81.3％≤a≤83.5％。
[0011]根据本专利技术提供的铁基非晶合金带材，Si的原子百分含量为5.62％≤b≤9.5％。
[0012]根据本专利技术提供的铁基非晶合金带材，Fe的原子百分含量为82.63％，Si的原子百分含量为5.62％，B的原子百分含量为10.37％，C的原子百分含量为1.28％。
[0013]根据本专利技术提供的铁基非晶合金带材，所述铁基非晶合金带材在100℃下的比热容为0.40
‑
0.47J/(g
·
℃)。
[0014]根据本专利技术提供的铁基非晶合金带材，所述铁基非晶合金带材沿宽度方向分为n等份，其中占带材宽度10％的边缘区域记为a区域，占带材宽度10％的中心区域记为b区域，分别在a、b区域范围内取样并使用差示量热扫描仪检测其第一晶化峰面积，获得放热量Qa和Qb，所述铁基非晶合金带材的变异系数δQ＝(Qa
‑
Qb)/Qa*100％不超过4％。该性能指标说明本专利技术的铁基非晶合金带材具有冷却均匀性。
[0015]本专利技术提供的铁基非晶合金带材厚度约25
±
3μm，宽度为30
‑
300mm，可用于变压器、汽车电机等电力电子领域。
[0016]本专利技术还提供上述铁基非晶合金带材的制备方法，包括：按照Fe
a
Si
b
B
c
C
d
进行配料，将配料后的原料进行熔炼和单辊快淬，得到铁基非晶合金带材。
[0017]其中，熔炼可采用中频感应炉，将原料熔炼为钢水，熔炼环境为大气环境。
[0018]进一步地，所述单辊快淬工序中，将熔融的钢水滴到高速旋转的铜辊表面，钢水的浇注温度为1400
‑
1465℃，铜辊的线速度为19
‑
25m/s，铜辊设有内部冷却水槽，冷却水的流量为100
‑
300m3/h。
[0019]根据本专利技术提供的铁基非晶合金带材的制备方法，所述铁基非晶合金带材经热处理后，在1.3T，60Hz条件下，损耗值P≤0.2W/KG，励磁Pe≤0.33VA/kg。其中，带材损耗和励磁可采用硅钢测试仪(B
‑
H测试仪)进行测定。
[0020]本专利技术提供的一种铁基非晶合金带材及其制备方法，通过成分的调控，实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁基非晶合金带材，其化学组成为Fe
a
Si
b
B
c
C
d
，其中a、b、c、d分别表示对应组分的原子百分含量；80.4％≤a≤83.5％，3.98％≤b≤9.5％，9.58％≤c≤12.0％，0.1％≤d≤1.3％，且99.9％≤a+b+c+d≤100％，余量为不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的铁基非晶合金带材，其特征在于，所述铁基非晶合金带材的饱和磁感应强度≥1.6T。3.根据权利要求1所述的铁基非晶合金带材，其特征在于，Fe的原子百分含量为81.3％≤a≤83.5％。4.根据权利要求1所述的铁基非晶合金带材，其特征在于，Si的原子百分含量为5.62％≤b≤9.5％。5.根据权利要求1所述的铁基非晶合金带材，其特征在于，Fe的原子百分含量为82.63％，Si的原子百分含量为5.62％，B的原子百分含量为10.37％，C的原子百分含量为1.28％。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的铁基非晶合金带材，其特征在于，所述铁基非晶合金带材在100℃下的比热容为0.40
‑
0.47J/(g
·
℃)。7.根据权利要求1
‑
5任一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建民，姚文康，杨东，刘红玉，步建伟，林福强，
申请(专利权)人：青岛云路先进材料技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：