CN108374123A - 一种含有稀有元素的磁钢及其制备方法 - Google Patents

一种含有稀有元素的磁钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含有稀有元素的磁钢及其制备方法，所述磁钢的化学合金成分组成为：C：0.005%以下；Si：0.5~1.5%；Al：0.01~0.05%；Mn：0.1~0.8%；Ti：0.001~0.003%；P：0.02%以下；N：0.003~0.005%；S：0.003%以下；还添加了Tb、Dy、Gd、Ho、Er、Tm、Lu稀有金；剩余部分为铁及不可避免的杂质。本发明的磁钢电磁性能非常优异，表现为具有大的磁通密度，低的铁损；此外，还具有良好的锻造性能，能够突破复杂零部件难以加工的限制，扩大了使用范围。

Description

一种含有稀有元素的磁钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种磁钢，具体涉及一种含有稀有元素的磁钢及其制备方法。
背景技术
磁钢是作为混合动力车辆电动机的铁芯、电器设备零部件以及磁悬浮列车钢轨而广泛使用的材料。用在这些领域的磁钢所需要的电磁特性有例如高磁导率、高磁通密度以及低铁损等。并且，根据部件所适用的用途及形状，需要一定程度以上的强度和锻造性能。而随着生活水平的提高，各种铁芯正趋向于小型化、高效率化，使得电器设备、混合动力车辆电动机以及磁悬浮列车钢轨的驱动频率也趋向于高频化，使得磁钢铁损急剧上升。
为了降低磁钢的铁损，增加Si含量以提高固有电阻的方法是有效的。然而，若钢板中的Si量超过3.5wt％，则加工性显著劣化。此外，降低铁损的另一个方法则是减小磁钢板的厚度，但磁钢板的厚度降低则会造成磁特性劣化。
基于上述原因，发明一种具有高磁导率、高磁通密度以及低铁损磁特性的磁钢是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种含有稀有元素的磁钢及其制备方法。本发明在磁钢成分中添加适量的稀有元素（Tb、Dy、Gd、Ho、Er、Tm和Lu），其能抑制磁钢板中硫化物（TiS、MnS、Al2S3）、氮化物（TiN、MnN、AlN）和碳化物（TiC、Mn3C、Al4C3）的生成，并与Si、Al共同作用，使得铁损大幅度减小，磁通密度增大，磁性增强。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种含有稀有元素的磁钢，以质量百分含量表示，其化学合金成分组成为：C：0.005%以下；Si：0.5~1.5%；Al：0.01~0.05%；Mn：0.1~0.8%；Ti：0.001~0.003%；P：0.02%以下；N：0.003~0.005%；S：0.003%以下；铽（Tb）：0.02~0.05%；镝（Dy）：0.012~0.015%；钆（Gd）：0.0015~0.003%；钬（Ho）：0.002~0.003%；铒（Er）：0.01~0.03%；铥（Tm）：0.006~0.0085%；镥（Lu）：0.003~0.005%；剩余部分为铁及不可避免的杂质。
优选的，一种含有稀有元素的磁钢，以质量百分含量表示，其化学合金成分组成为：C：0.0001%；Si：1.2%；Al：0.02%；Mn：0.2%；Ti：0.001%；P：0.002%；N：0.004%；S：0.0001%；Tb：0.03%；Dy：0.012%；Gd：0.002%；Ho：0.0025%；Er：0.02%；Tm：0.007%；Lu：0.004%；剩余部分为铁及不可避免的杂质。
一种含有稀有元素的磁钢的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）准备含有C：0.005%以下、Si：0.5~1.5%、Al：0.01~0.05%、Mn：0.1~0.8%、Ti：0.001~0.003%、P：0.02%以下、N：0.003~0.005%、S：0.003%以下并且剩余部分为铁及不可避免的杂质的钢，然后通过转炉及真空脱气装置对这些成分的钢进行精炼，并将稀有金属Tb、Dy、Gd、Ho、Er、Tm和Lu添加到真空脱气槽内一起精炼，将钢水倒入浇包，经由中间包利用浸渍水口向铸模内供给钢水而进行连续铸造，从而得到铸坯；
（2）热轧铸坯，在1100℃对得到的热轧板进行热轧板退火，冷轧到厚0.35mm；
（3）然后在20%H2和80%N2的气氛下在1000℃下进行最终退火15秒，且在惰性气体中在750℃下进行应变消除退火2小时。
本发明的有益效果在于：本发明在磁钢成分中添加适量的稀有元素（Tb、Dy、Gd、Ho、Er、Tm和Lu），其能抑制磁钢板中硫化物（TiS、MnS、Al2S3）、氮化物（TiN、MnN、AlN）和碳化物（TiC、Mn3C、Al4C3）的生成，并与Si、Al共同作用，使得铁损大幅度减小，磁通密度增大，磁性增强。此外，本发明的磁钢还具有良好的锻造性能，能够突破复杂零部件难以加工的限制，扩大了使用范围。
具体实施方式
一种含有稀有元素的磁钢，以质量百分含量表示，其化学合金成分组成为：C：0.005%以下；Si：0.5~1.5%；Al：0.01~0.05%；Mn：0.1~0.8%；Ti：0.001~0.003%；P：0.02%以下；N：0.003~0.005%；S：0.003%以下；铽（Tb）：0.02~0.05%；镝（Dy）：0.012~0.015%；钆（Gd）：0.0015~0.003%；钬（Ho）：0.002~0.003%；铒（Er）：0.01~0.03%；铥（Tm）：0.006~0.0085%；镥（Lu）：0.003~0.005%；剩余部分为铁及不可避免的杂质。
一种含有稀有元素的磁钢的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）准备含有C：0.005%以下、Si：0.5~1.5%、Al：0.01~0.05%、Mn：0.1~0.8%、Ti：0.001~0.003%、P：0.02%以下、N：0.003~0.005%、S：0.003%以下并且剩余部分为铁及不可避免的杂质的钢，然后通过转炉及真空脱气装置对这些成分的钢进行精炼，并将稀有金属Tb、Dy、Gd、Ho、Er、Tm和Lu添加到真空脱气槽内一起精炼，将钢水倒入浇包，经由中间包利用浸渍水口向铸模内供给钢水而进行连续铸造，从而得到铸坯；
（2）热轧铸坯，在1100℃对得到的热轧板进行热轧板退火，冷轧到厚0.35mm；
（3）然后在20%H2和80%N2的气氛下在1000℃下进行最终退火15秒，且在惰性气体中在750℃下进行应变消除退火2小时。
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。
表1 实施例1~4及对比例的磁钢的化学合金成分组成表
除了表1中的成分，实施例1~4及对比例剩余部分为铁及不可避免的杂质。
锻造性能及电磁性能测试
通过如下方式实施了锻造性模拟实验：在直径为10mm、高度为15mm的圆筒状试片中间形成R为0.1的60°的切口，其深度为2mm，在1100℃的温度下压缩2mm的位移之后冷却至常温，接着在常温下通过压缩试验来测量最大压缩变形量。将压缩时产生龟裂使压力传 感器的应力下降的瞬间定义为变形边际量。即，用以下条件测量的变形边际量对锻造性进行了评价。此时，将比较例的变形量设为100％来对变形边际量进行相对地评价。
对于电磁特性，通过在锻造件中取出外径为45mm、内径为35mm、厚度为10mm的环形电磁(solenoid )试片来进行观察，将铜线卷绕初级线圈( primary )100圈、次级线圈(secondary)20圈后测量B-H(磁通密度-磁场强度)曲线和铁损值，并将其结果表示出来，结果如表2所示。
表2 磁钢的锻造性能及电磁性能
与未添加稀有金属元素的磁钢（即对比例）相比，本发明实施例1~4的磁钢锻造性能优异且在锻造时没有产生裂纹，并且电磁性能非常优异，表现为具有大的磁通密度，低的铁损。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种含有稀有元素的磁钢，其特征在于：以质量百分含量表示，所述磁钢的化学合金成分组成为：C：0.005%以下；Si：0.5~1.5%；Al：0.01~0.05%；Mn：0.1~0.8%；Ti：0.001~0.003%；P：0.02%以下；N：0.003~0.005%；S：0.003%以下；Tb：0.02~0.05%；Dy：0.012~0.015%；Gd：0.0015~0.003%；Ho：0.002~0.003%；Er：0.01~0.03%；Tm：0.006~0.0085%；Lu：0.003~0.005%；剩余部分为铁及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种含有稀有元素的磁钢，其特征在于：以质量百分含量表示，所述磁钢的化学合金成分组成为：C：0.0001%；Si：1.2%；Al：0.02%；Mn：0.2%；Ti：0.001%；P：0.002%；N：0.004%；S：0.0001%；Tb：0.03%；Dy：0.012%；Gd：0.002%；Ho：0.0025%；Er：0.02%；Tm：0.007%；Lu：0.004%；剩余部分为铁及不可避免的杂质。
3.一种制备如权利要求1所述的一种含有稀有元素的磁钢的方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
（1）准备含有C：0.005%以下、Si：0.5~1.5%、Al：0.01~0.05%、Mn：0.1~0.8%、Ti：0.001~0.003%、P：0.02%以下、N：0.003~0.005%、S：0.003%以下并且剩余部分为铁及不可避免的杂质的钢，然后通过转炉及真空脱气装置对这些成分的钢进行精炼，并将稀有金属Tb、Dy、Gd、Ho、Er、Tm和Lu添加到真空脱气槽内一起精炼，将钢水倒入浇包，经由中间包利用浸渍水口向铸模内供给钢水而进行连续铸造，从而得到铸坯；
（2）热轧铸坯，在1100℃对得到的热轧板进行热轧板退火，冷轧到厚0.35mm；
（3）然后在20%H2和 80%N2的气氛下在1000℃下进行最终退火15秒，且在惰性气体中在750℃下进行应变消除退火2小时。
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