CN101892440A - 一种电磁阀用高电阻易切削耐蚀软磁合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁阀用高电阻易切削耐蚀软磁合金，其化学成分重量百分比为：Cr 11～22％；Al 0.8～2.5％；Si 1～3％；Mn 0.20～1.0％；C≤0.06％；S 0.15～0.30％；P≤0.02％；Mo 0.4～3.0％；余量为Fe和不可避免的杂质。其中Cr含量最佳控制范围为13～18％。本发明电磁阀用高电阻易切削耐蚀软磁合金通过添加Al和Si提高了合金的电阻率，通过添加Mo改善了合金的耐蚀性能，通过添加S改善了合金的切削性能；采用本技术生产的软磁合金，具有磁性能优良，电阻率高，切削性能好的综合特点，特别适用于制作动作频率高，响应性快的电磁阀阀芯。

Description

一种电磁阀用高电阻易切削耐蚀软磁合金

技术领域

本发明涉及电磁阀用软磁合金制造的相关技术领域，尤其涉及一种易切削的具有优良磁性能和耐蚀性能的电磁阀用软磁合金。

背景技术

电磁阀用软磁合金的的主要要求是具有高的饱和磁感应强度，以便获得高的磁吸引力，要求具有低的矫顽力，以便在励磁电流去除时，可使电磁阀容易断开。除了基本的磁性要求外，电磁阀使用的介质有空气、水、腐蚀性气体等，要求电磁阀用软磁合金具有与使用介质相对应的耐蚀性能。对于开启频率很高的电磁阀，软磁合金还要求具有很好的响应性，这取决于软磁合金的电阻率，电阻率高，加上励磁电流时，电磁阀阀芯的涡流小，电磁阀的频率响应性好。

一般Fe-Cr系电磁阀材料的切削性能比较差，这影响了生产效率，为了改善合金的切削性能，日本相关企业采用在合金中加铅的方法，使合金的切削性能成倍提高，但是，含铅合金对环保是不利的，在许多场合是限制使用的。

目前国内主要使用的耐蚀电磁阀用软磁合金是1J117和1J116，其主要性能指标如下：

从上表可看到，两种合金具有较高的饱和磁感应强度和较低的矫顽力，但合金的电阻率很低，只有0.45μΩ.m，对于普通的电磁阀，如空调四通阀、洗衣机用电磁阀等开合频率较低的电磁阀，此类材料有良好的使用性能，但是，对于励磁电流脉冲频率很高的电磁阀，如高速纺织机、针织机用电磁阀，由于此类合金的电阻率很低，在快速磁化过程中产生很大的涡流，电磁阀的动作频率无法实现快速响应，在这种场合此类材料是无法使用的。两种合金的切削性能比较差，与铁素体不锈钢相似。

从专利查新所得到的技术文献看，CN1046243公开了一种耐盐雾、高磁感铁素体软磁合金，其特征在于该合金的化学成份(重量％)为：9.0～11.0％铬、3.0～4.0％钼、0.3～0.7％钛、0.8～1.2％镍，余为铁和杂质或9.0～11.0％铬、3.0～4.0％钼、0.3～0.7％钛、0.8～1.2％铜，余为铁和杂质。从合金成分判断，该类合金的电阻率比较低，切削性能也比较差。CN1594637公开了一种电磁阀用不锈钢芯铁及其制备方法，其特征在于化学成分满足(重量)：C含量小于0.08％，Si含量为0.8～2.5％，Cr含量为16～20％，Mn含量为0.2～0.8％，Mo含量为0.5～1.5％，S含量为0.2～0.4％，Ti含量为0.2～0.6％，Ni含量小于0.20％，稀土Re含量小于0.1％，其余为铁，从合金成分判断，尽管切削性能比较好，但电阻率比较低。

从现有Fe-Cr系耐蚀电磁阀材料看，综合性能都不太理想，尤其是高电阻率、抗涡流性能优良的耐蚀电磁阀材料比较缺乏。

发明内容

本发明的目的是提供一种电磁阀用高电阻易切削耐蚀软磁合金，它是对1J117等传统铁素体类耐蚀软磁合金的改进，通过添加Al和Si提高合金的电阻率，通过添加Mo改善耐蚀性能，添加S改善切削性能。

本发明的目的是这样实现的：

一种电磁阀用高电阻易切削耐蚀软磁合金，其化学成分重量百分比为：

Cr  11～22％；

Al  0.8～2.5％；

Si  1～3％；

Mn  0.20～1.0％；

C   ≤0.06％；

S   0.15～0.30％；

P   ≤0.02％；

Mo  0.4～3.0％；

余量为Fe和不可避免的杂质。

优选地，电磁阀用高电阻易切削耐蚀软磁合金的重量百分比组分为：

Cr  13～18％；

Al  0.8～2.5％；

Si  1～3％；

Mn  0.20～1.0％；

C   ≤0.06％；

S   0.15～0.30％；

P   ≤0.02％；

Mo  0.4～3.0％；

余量为Fe和不可避免的杂质。

下面对本发明的电磁阀用高电阻易切削耐蚀软磁合金的化学成分控制范围的理由作如下说明：

Cr  11～22％：

Fe-Cr两元合金是组成铁素体类耐蚀软磁合金的基本元素，Cr元素的加入量考虑三个因素，一是保证形成单相铁素体固溶体，二是考虑磁性能，在Fe中加入Cr，会降低饱和磁感应强度，三是要考虑耐蚀性，Cr是提高合金耐蚀性最有效的元素，综合考虑三方面的因素将Cr含量控制在11～22％，最佳控制范围为13～18％。

Al  0.8～2.5％：

加入Al的主要作用是提高合金的电阻率，同时可提高合金的导磁率，可提高低磁场下的磁感应强度，但Al的过多加入会降低饱和磁感应强度，Al还可改善合金的耐蚀性和耐磨性。因此，Al的控制范围为：0.8～2.5％。

Si  0.5～3.0％：

Si也可提高合金的电阻，但作用比Al小，同时可提高合金的导磁率，加入Si还可提高硬度和耐磨性，但过多加入会恶化加工性能，因此，Si的控制范围为：0.5～3.0％。

Mn  0.20～1.0％：

Mn的加入主要是为了改善合金的热加工性能，与S结合形成MnS，改善合金的切削性能。

C≤0.06％：

C在合金固溶体中以间隙原子和碳化物形式存在，当形成间隙原子时，引起晶格畸变，从而造成磁畴壁位移阻力，对磁性能有显著损害。当以碳化物形式存在时，碳化物成为非磁性掺杂物，钉扎磁畴壁，使磁畴壁位移困难，也会降低磁性能。但是，在合金的生产过程中，C是不可避免的杂质，C不能无限降低，而且降低C的含量会造成成本的上升，从磁性能和制造成本两方面考虑，将C控制在≤0.06％。

S 0.15～0.30％：

S在合金中的溶解极低，在合金一般以硫化物的形态存在，主要以MnS形态存在，MnS夹杂物割断了基体的连续性和应力集中源，使车屑易断，MnS的润滑作用使刀具的磨损减小，从而改善了切削性能。但是S的加入对磁性能有害，应对S的加入量加以限制，S控制在0.15～0.30％。

S与Al、Mn联合加入有利于形成改善切削性能的复合型夹杂物，生成以氧化铝为核心外围包裹MnS的球状夹杂物，由于氧化铝核心硬度高，高温塑性差，这种复合型MnS夹杂物在压延加工过程中延展变得困难，从而容易得到球状或纺锤状的硫化物。相关研究表明，硫化物夹杂成球状或纺锤状，比线条状更有利于切削，因此，希望钢中的硫化物呈球状或纺锤状，S与Al、Mn的联合加入并经过适当的制造工艺，本发明合金中硫化物基本呈球状或纺锤状均匀分布在合金基体中，切削性能十分优良。

P不大于0.02％：

P是对合金磁性能有害的元素，希望其越低越好，但是控制过低会导致制造成本的增加，因此，P控制范围为：不大于0.02％。

本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下优点和积极效果：本发明电磁阀用高电阻易切削耐蚀软磁合金通过添加Al和Si提高了合金的电阻率，通过添加Mo改善了合金的耐蚀性能，通过添加S改善了合金的切削性能；采用本技术生产的软磁合金，具有磁性能优良，电阻率高，切削性能好的综合特点，特别适用于制作动作频率高，响应性快的电磁阀阀芯。

具体实施方式

一种电磁阀用高电阻易切削耐蚀软磁合金，其化学成分重量百分比为：Cr 11～22％；Al 0.8～2.5％；Si 1～3％；Mn 0.20～1.0％；C≤0.06％；S 0.15～0.30％；P≤0.02％；Mo 0.4～3.0％；余量为Fe和不可避免的杂质。其中，Cr含量最佳控制范围为13～18％。

上述合金的制造方法基本是常规的方法，下面根据工艺流程对合金的制造方法说明如下：

1、合金的冶炼

合金的冶炼采用电弧炉和炉外精炼，炉外精炼的方式可以是AOD(氩氧脱碳法)，也可以是VOD(真空吹氧脱碳法)。冶炼按常规工艺操作，前提是合金成分要保证符合要求，并保证脱气良好。

合金的冶炼方式也可以采用感应炉冶炼。

2、合金的热加工

将钢锭以轧制方式加工成方坯，钢锭加热温度为1100～1150℃，然后轧制成盘圆，轧制温度为1050～1120℃。钢锭也可采用锻造方式开坯，工艺加热温度也为1100～1150℃，然后轧制成盘圆。

3、进行退火热处理

为改善磁性能为目的的热处理工艺为850℃～950℃，温度过高则会导致合金晶粒过于粗大，影响机加工性能，温度过低则合金的磁性能会不能充分提高。

本发明以Fe-Cr耐蚀软磁合金为基础，通过添加Al、Si提高电阻率，通过添加Mo、Al提高耐蚀性能，通过添加Al、S提高合金的切削性能，同时，合金具有较高的磁性能。合金具有优良的综合性能，达到的各项性能指标(磁场强度分别为400A/m、800A/m、2000A/m时的磁感应强度B₄₀₀、B₈₀₀、B₂₀₀₀，以及矫顽力Hc)如下：

B₄₀₀≥0.80T，B₈₀₀≥1.00，B₂₀₀₀≥1.20，Hc≤92.0，电阻率≥0.98μΩ.m，切削性能比1J117类合金提高一倍。

由于合金的电阻率高，该合金具有十分优良的交流性能，特别适用于制造开启频率高的电磁阀。

具体实施例详述如下：

熔炼如表1所示化学成分的合金并浇铸成2.3吨钢锭，初轧160×160方坯，实施热轧加工，加工成直径为10.0mm的盘条，进行850～950℃退火热处理，取样测量各项物理性能，将其结果示于表2。

表1合金的化学成分％(重量百分比)

表2

*注：切削条件：Φ5mm钻头，推力40Kg，转速900rpm

本发明实例1，采用电弧炉加AOD炉外精炼工艺冶炼表1所示成分1钢锭，钢锭热轧成160mm方坯，然后进行热轧盘条加工，具体工艺为：热轧坯加热温度1120℃，热轧盘条直径为10mm，950℃退火热处理，矫直，测试其物理性能，结果见表2，合金的电阻率达到0.99μΩ.m，切削性能比原合金提高近一倍，同时其磁性能也很优良。

发明实例2～5，与实施例1相同，具体试验数据参见表1和表2。

从这些实施例的结果可看出，按照本发明规定的成分范围和工艺条件进行生产的电磁阀用耐蚀软磁合金，具有高电阻、易切削的特点，同时其磁性能也很优良，由于合金的电阻率高，磁化时涡流小，该类合金十分适用于制作高频电磁阀。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (2)

1.一种电磁阀用高电阻易切削耐蚀软磁合金，其特征在于重量百分比组分为：

Cr  11～22％；

Al  0.8～2.5％；

Si  1～3％；

Mn  0.20～1.0％；

C   ≤0.06％；

S   0.15～0.30％；

P   ≤0.02％；

Mo  0.4～3.0％；

余量为Fe和不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的电磁阀用高电阻易切削耐蚀软磁合金，其特征在于重量百分比组分为：

Cr  13～18％；

Al  0.8～2.5％；

Si  1～3％；

Mn  0.20～1.0％；

C   ≤0.06％；

S   0.15～0.30％；

P   ≤0.02％；

Mo  0.4～3.0％；

余量为Fe和不可避免的杂质。