一种超低铝纳米晶母合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种超低铝纳米晶母合金及其制备方法，针对高磷、高铌纳米晶成分，基于各组分占比及杂质含量，充分利用各组分熔点及加入后吸放热的情况，优化加料顺序，联用高温和低温造渣剂，分步去除各组分中铝夹杂，同时采用高温熔体均质化处理，所得FeSiBPNbMoCu系纳米晶母合金一次冶炼后铝含量控制在0.002wt％以下，可直接上线喷带，制带顺行度高，带材性能稳定性高，克服了常规纳米晶制带需要一次冶炼、二次重熔之后再上线喷带的问题，提升了效率，节约了成本。节约了成本。节约了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种超低铝纳米晶母合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及合金制备
，具体为一种超低铝纳米晶母合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]纳米晶带材通常采用平面流带造技术制造非晶前驱体，再通过磁场热处理工艺实现纳米晶化。在平面流铸带过程中，钢水通过喷嘴包底部宽度仅为0.2
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0.3毫米的嘴缝喷出，在25米/秒高速旋转的水冷铜辊上铺展形成动态稳定的熔潭，熔潭中底部的钢液不断被高速运动的水冷铜辊拉出并迅速冷却成为非晶带材，喷嘴中的钢水又不断地补充到熔潭中以保持熔潭的动态稳定，进而实现非晶带材的连续化制造。
[0003]带材超薄化要求喷嘴嘴缝超窄化，因此造成喷嘴处钢水中夹杂物与喷嘴壁接触的几率变大。钢水中的夹杂物更容易被吸附在喷嘴内壁，夹杂物相互黏连结瘤，会造成喷嘴形状的改变或者母合金熔体局部钢水流场变化，导致薄带表面质量恶化，甚至喷嘴堵塞造成制带终止。在纳米晶合金钢液中铝元素是最强的脱氧剂，铝脱氧生成的Al2O3是熔点很高的细小且形状不规则的质点，因为熔体对Al2O3的黏附功小，因此不易为熔体所润湿，但是能在熔体强大的对流作用下排出。由于Al2O3可在喷嘴细缝处结瘤，随着铸造过程的进行逐渐积累，情况严重时，直接导致喷嘴出渣，造成带材表面划痕严重，甚至中止铸带。
[0004]铁基非晶薄带的生产大多采用纯铁、硼铁、结晶硅等较为纯净的原材料，熔体中总的夹杂物水平较低。纳米晶合金成分在传统非晶成分的基础上添加铜元素作为纳米晶晶粒形核剂，添加铌元素作为抑制纳米晶晶粒生长的抑制剂，而新型高饱和磁感应强度非晶纳米晶大多添加磷元素提升合金非晶形成能力，以调和饱和磁感与非晶形成能力之间的矛盾并提升钢液流动性。工业冶炼用的铌铁、磷铁自身均含有大量杂质，特别是新型含磷系非晶纳米晶合金需要添加高杂质含量的磷铁，导致母合金中的杂质含量和粘度均高于铁基非晶纳米晶合金，对于制备超薄超宽且可辊剪的非晶前驱体带材提出了巨大挑战。因此，亟待对钢水的冶金质量、熔体状态调控和制带工艺装备进行研发创新和突破。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种超低铝纳米晶母合金及其制备方法，以解决上述母合金中杂质含量高、带材制备困难的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种超低铝纳米晶母合金的制备方法，所述母合金采用原料纯铁、结晶硅、硼铁、磷铁、铌铁和铜熔炼制成，所述制备方法依次包括以下步骤：
[0008](1)一次纯铁布料，一次熔化，一次保温，一次打渣；
[0009](2)二次铜、硼铁布料，二次熔化，二次保温，二次打渣；
[0010](3)三次铌铁布料，三次熔化，三次保温，一次造渣，三次打渣；
[0011](4)四次磷铁布料，四次熔化，四次保温，二次造渣，四次打渣；
[0012](5)五次结晶硅布料，五次熔化，高温均质化，五次打渣；
[0013](6)降温，六次保温，六次打渣；
[0014](7)出钢。
[0015]本专利技术采用上述技术方案，从组分含量最高、最洁净的原料开始化料，分步去铝打渣，对铝含量高的原料加入后通过特定除渣剂去铝，保证每次进行下一步化料前，钢液都预先实现该原材料的高洁净化，充分利用原料吸放热进行化钢温度设计，加快冶炼节奏，通过高温均质化实现钢液性质温度，最终实现高洁净母合金一次冶炼成功喷带。
[0016]进一步地，所述母合金为FeSiBPNbMoCu系纳米晶母合金，其中，杂质铝的质量含量在0.002％以下。
[0017]更进一步地，所述FeSiBPNbMoCu系纳米晶母合金，按原子百分比计，Si:0.1～15％，B:0.1～10％，P:0～10％，Nb:0.1～4％，Mo:0～4％，Cu:0.5～2％，其余为Fe。
[0018]进一步地，所述制备方法中，所述原料磷铁中Al含量≥0.3wt％、铌铁中Al含量≥0.3wt％。本专利技术方法无论原料中Al含量高还是低均可以将最终得到的母合金中的Al含量控制在0.002wt％以下，本专利技术方法尤其适合磷铁和铌铁中Al含量高于0.3wt％的。
[0019]进一步地，所述制备方法中，以重量计，原料按照纯铁：结晶硅：硼铁：磷铁：铌铁：铜＝740:80:46:44:80:10进行配料。
[0020]进一步地，步骤(1)中，所述一次纯铁布料为：根据炉容一次性加入全部纯铁。
[0021]进一步地，步骤(1)中，所述一次熔化前还进行烘炉：启炉前将底吹氩压力给至最大以功率100kW，烘炉10min。烘炉阶段通氩气防止纯铁被氧化，烘炉完成关闭氩气。
[0022]进一步地，步骤(1)中，所述一次熔化为：在冶炼炉所能达到的最大功率即1000kW下化钢，待纯铁全部化清后打开氩气阀门，使得氩气每秒冒出约1～2个气泡。熔化纯铁时吹氩搅动钢液实现钢液均温，将功率调整至最大，以保证熔化纯铁所需温度，避免温度不足。
[0023]更进一步地，所述纯铁全部化清的时间为40～60min。
[0024]进一步地，步骤(1)中，所述一次保温为：继续以最大功率1000kW将钢水升温至1600
±
10℃，然后调整功率至520kW，保温5min，保温过程不盖炉盖。不盖炉盖能够使得钢液在电磁搅拌下充分吸氧，充分烧损纯铁中含有的铝以形成Al2O3，降低钢液Al含量至0.002wt％以下。
[0025]进一步地，步骤(1)中，所述一次打渣为：一次保温结束后打净纯铁的夹杂物渣，使得钢液Al含量0.002wt％以下。
[0026]进一步地，步骤(2)中，所述二次铜、硼铁布料为：分批次加入铜和硼铁。每批次的添加量为8～12kg，优选10kg，添加频率为：每批次铜/硼铁化清后，加入下一批次，直至所有铜/硼铁添加完毕且全部化清。加入全部铜时钢液熔点降低，粘度降低，流动性提升；加入硼铁时会使钢液降温50℃，并进一步降低钢液熔点、增加流动性。
[0027]进一步地，步骤(2)中，所述二次熔化为：功率调整至最大1000kW，开大氩气，在20～50L/min大流量氩气下搅拌，直至所有铜/硼铁添加完毕全部化清，然后调整氩气阀门，使得氩气每秒冒出约1～2个气泡，开始二次保温。后续每次熔化时都是采用大气流搅拌，作用有三，一是使得颗粒状原料快速混入钢液，加快熔化速率；二是利用气流搅拌使得炉内上下层钢液快速换热；三是通过氩气搅拌，使得空气进入钢液，钢液富氧，快速去铝。
[0028]进一步地，步骤(2)中，所述二次保温为：利用硼铁熔化吸热效应将钢液降温，并调整功率至500kW，在1580℃
±
10℃保温2min，保温过程中不盖炉盖。
[0029]进一步地，步骤(2)中，所述二次打渣为：保温结束后打净硼铁的夹杂物渣，使得钢液Al含量0.003wt％以下。
[0030]进一步地，步骤(3)中，所述三次铌铁布料为：分批次加入铌铁。加入铌铁会使钢液温度降低100℃。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超低铝纳米晶母合金的制备方法，其特征在于，所述母合金采用原料纯铁、结晶硅、硼铁、磷铁、铌铁和铜熔炼制成，所述制备方法依次具体包括以下步骤：(1)一次纯铁布料，一次熔化，一次保温，一次打渣；(2)二次铜、硼铁布料，二次熔化，二次保温，二次打渣；(3)三次铌铁布料，三次熔化，三次保温，一次造渣，三次打渣；(4)四次磷铁布料，四次熔化，四次保温，二次造渣，四次打渣；(5)五次结晶硅布料，五次熔化，高温均质化，五次打渣；(6)降温，六次保温，六次打渣；(7)出钢；所述母合金为FeSiBPNbMoCu系纳米晶母合金，其中，杂质铝的质量含量在0.002％以下。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，以重量计，按照纯铁：结晶硅：硼铁：磷铁：铌铁：铜＝740:80:46:44:80:10进行配料。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述一次纯铁布料为：根据炉容一次性加入全部纯铁；和/或，所述一次熔化前还进行烘炉：启炉前将底吹氩压力给至最大，以功率100kW，烘炉10min；和/或，所述一次熔化为：在冶炼炉所能达到的最大功率即1000kW下化钢，待纯铁全部化清后打开氩气阀门，使得氩气每秒冒出约1～2个气泡；和/或，所述纯铁全部化清的时间为40～60min；和/或，所述一次保温为：继续以最大功率1000kW将钢水升温至1600
±
10℃，然后调整功率至520kW，保温5min，保温过程不盖炉盖；和/或，所述一次打渣为：一次保温结束后打净纯铁的夹杂物渣，使得钢液Al含量0.002wt％以下。4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述二次铜、硼铁布料为：分批次加入铜和硼铁；和/或，每批次的添加量为8～12kg，优选10kg，添加频率为：每批次铜/硼铁化清后，加入下一批次，直至所有铜/硼铁添加完毕且全部化清；和/或，所述二次熔化为：功率调整至最大1000kW，开大氩气，在大流量氩气下搅拌，直至所有铜/硼铁添加完毕全部化清，然后调整氩气阀门，使得氩气每秒冒出约1～2个气泡，开始二次保温；和/或，所述二次保温为：利用硼铁熔化吸热效应将钢液降温，并调整功率至500kW，在1580℃
±
10℃保温2min，保温过程中不盖炉盖；和/或，所述二次打渣为：保温结束后打净硼铁的夹杂物渣，使得钢液Al含量0.003wt％以下。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述三次铌铁布料为：分批次加入铌铁；和/或，每批次的添加量为8～12kg，优选10kg，添加频率为：每批次铌铁化清后，加入下一批次，直至所有铌铁添加完毕且全部化清；
和/或，所述三次熔化为：功率调整至最大1000kW，开大氩气，在大流量氩气下搅拌，直至所有铌铁添加完毕全部化清，然后调整氩气阀门，使得氩气每秒冒出约1～2个气泡，开始三次保温；和/或，所述三次保温为：利用铌铁熔化吸热效应将钢液降温，并调整功率至480kW，在1550℃
±
5℃保温5min，保温过程中不盖炉盖；和/或，所述一次造渣为：加入高温造渣剂吸渣；和/或，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宗臻，周少雄，张广强，张迁，
申请(专利权)人：常州创明磁性材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：