CN110129535A - 一种高强度1j22棒材及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度1J22棒材及其制作方法，属于合金材料加工处理领域，该高强度1J22棒材通过特殊的处理工艺，显著提升了1J22棒材的磁性能指标，使得该高强度1J22合金能够满足矫顽磁力Hc≤80A/m、饱和磁感应强度B400≥1.8T、饱和磁感应强度B8000≥2.40T，提升磁性能指标的同时，简化了现有热处理工艺。

Description

一种高强度1J22棒材及其制作方法
技术领域
本发明属于合金材料加工处理领域，尤其涉及一种高强度1J22棒材及其制作方法。
背景技术
软磁合金是一种重要的金属软磁材料，具有良好的磁性能，其居里温度高达980℃，常温下的饱和磁感应强度可以高达2.4T，同时具有较高的磁导率和低矫顽力。软磁铁合金主要应用于变压器和电动机中，以及用于制作电话机膜片、高速打印机嵌铁及接收机线圈等，该合金与其他材料相比，可以显著降低重量、减少体积，在航空、航天等领域具有其它材料不可替代的应用地位，其中最主要的应用就是制作航空发电机核心部件——转子和定子。
但是经热处理后的软磁合金的磁性能不高，无法达到较高的性能要求：现有磁性能为：矫顽力＞80A/m, B400＜1.8T, B8000＜2.4T，无法满足航天用精密仪器的要求，造成上述问题的主要原因是现有1J22的冶炼和热处理工艺存在缺陷，需要针对原材料组成、冶炼工艺、热处理工艺等因素进行改进，以便进一步提升1J22棒材的磁性能。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高强度1J22棒材及其制作方法，通过特殊处理工艺显著提升了1J22棒材的磁性能指标，使得该高强度1J22合金能够满足矫顽磁力Hc≤80A/m、饱和磁感应强度B400≥1.8 T、饱和磁感应强度B8000≥2.40T的高性能要求，提升磁性能指标的同时，简化了现有热处理工艺。
为了实现上述系统，本发明采取的技术方案是：
一种高强度1J22棒材，其特征在于，含有49-51重量份的Co、0.8-1.8重量份的V以及46.9-50.16重量份的Fe。
优选的，1J22棒材的氧含量小于50PPm，1J22棒材的碳含量小于50ppm，1J22棒材的直径范围为6-150mm，还含有C、Si、Mn、P、S、Ni 、Cu和O，所述C的含量小于0.01重量份，所述Si的含量小于0.01重量份，所述Mn的含量小于0.01重量份，所述P的含量小于0.01重量份，所述S的含量小于0.01重量份，所述Ni的含量小于0.01重量份，Cu的含量小于0.01重量份，O的含量小于0.01重量份。
优选的，1J22棒材的氧含量小于50PPm，1J22棒材的碳含量小于50ppm，1J22棒材的直径范围为6-150mm。
上述高强度1J22棒材具有如下有益效果：
为了配合某航天用精密仪器，需要显著提升现有1J22棒材的磁性能以实现仪器的高灵敏度。该高强度1J22棒材通过特殊的处理工艺，显著提升了1J22棒材磁性能，使得该高强度1J22合金能够满足矫顽磁力Hc≤80A/m、饱和磁感应强度B400≥1.6 T、饱和磁感应强度B8000≥2.40T。
一种高强度1J22棒材的制作方法，包括如下步骤：
（A1）真空冶炼：将配置好的1J22原材料装入真空感应炉中进行真空冶炼，使用真空感应炉对钢液进行真空脱氧、脱碳，控制炉中的真空度小于等于0.5Pa, 控制炉中的温度为1500-1650℃，使得钢液中碳含量小于等于50ppm，氧含量小于等于50ppm，所述1J22原材料包括49-51重量份的Co、0.8-1.8重量份的V以及47.2-50.2重量份的Fe；
（A2）浇注：使用真空冶炼后的钢液浇筑钢锭；
（A3）扒皮：扒去所述钢锭的氧化皮并清理表面残渣；
（A4）锻造：将扒皮清理后的钢锭通过加热炉加热至1100-1200℃、保温3-5h，保温结束后将钢锭锻成方坯；
（A5）成型：修磨方坯表面，并将修磨后的方坯通过加热炉加热至1100-1200℃、保温3-5h，保温结束后将方坯锻造成棒材或热轧成棒材；
（A6）热处理：将棒材装入热处理炉中加热至900-940℃，加热过程中向热处理炉的加热腔中持续通入氢气保护，将加热至900-940℃的棒材在氢气环境中保温4-6h，保温结束后以50-150℃/h的冷却速度，将棒材快速冷却至740-760℃，再以180-250℃/h的冷却速度，将740-760℃的棒材快速冷却至280-320℃出炉；
（A7）检测：测试出炉产品，以保证达到产品的磁性能指标：矫顽力Hc ≤80 A/m, 饱和磁感应强度 B400≥1.8T，饱和磁感应强度B8000≥2.4T。
具体的，包括如下步骤：
（B1）真空冶炼：将配置好的1J22原材料装入真空感应炉中进行真空冶炼，使用真空感应炉对钢液进行真空脱氧、脱碳，控制炉中的真空度小于等于0.5Pa, 控制炉中的温度为1600℃，使得钢液中碳含量小于等于50ppm，氧含量小于等于50ppm，所述1J22原材料包括50重量份的Co、1重量份的V以及49重量份的Fe；
（B2）浇注：使用真空冶炼后的钢液浇筑钢锭；
（B3）扒皮：扒去所述钢锭的氧化皮并清理表面残渣；
（B4）锻造：将扒皮清理后的钢锭通过加热炉加热至1150℃、保温4h后，保温结束后将钢锭锻成方坯；
（B5）成型：修磨方坯表面，并将修磨后的方坯通过加热炉加热至1150℃、保温4h，保温结束后将方坯锻造成棒材或热轧成棒材；
（B6）热处理：将棒材装入热处理炉中加热至920℃，加热过程中向热处理炉的加热腔中持续通入氢气保护，将加热至920℃的棒材在氢气环境中保温5h，保温结束后以100℃/h的冷却速度，将棒材快速冷却至750℃，再以200℃/h的冷却速度，将750℃的棒材快速冷却至300℃出炉；
（B7）检测：测试出炉产品，以保证达到产品的磁性能指标：矫顽力Hc ≤80 A/m, 饱和磁感应强度 B400≥1.8T，饱和磁感应强度B8000≥2.4T。
优选的，在热处理炉的加热腔中设置有氩气喷管，氩气喷管通过阀门连接有液态氩气源，利用低温氩气以设定的冷却速度冷却J22棒材。
优选的，在热处理炉的加热腔中设置有氢气喷管，氢气喷管通过阀门连接有液态氢气源，利用氢气喷管在加热过程中向热处理炉的加热腔中持续通入氢气。
一种高强度1J22棒材的制作方法，具有如下有益效果：
（1）氢气环境热处理技术方案，将待加工1J22材料放入热处理炉中加热，加热过程中向热处理炉的加热腔中持续通入氢气，在氢气环境中能够有效避免材料氧化，净化材料，提高磁性能。
（2）二次快冷方案：利用低温氩气以设定的冷却速度冷却J22棒材，这种快速冷却方案依靠低温氩气，通过快速冷却能够阻止晶相组织的有序化，降低脆性，提高磁性能。
具体实施方式
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
实施例一
一种高强度1J22棒材的方法通过如下步骤制作：
1）真空冶炼：将配置好的1J22原材料装入真空感应炉中进行真空冶炼，使用真空感应炉对钢液进行真空脱氧、脱碳，控制炉中的真空度小于等于0.5Pa, 控制炉中的温度为1650℃，使得钢液中碳含量小于等于50ppm，氧含量小于等于50ppm，1J22原材料包括51重量份的Co、1.8重量份的V以及47.2重量份的Fe；
具体的，1J22棒材的杂质，如C、Si、Mn、P、S、Ni和Cu的含量越低越好。
2）浇筑：使用钢液浇筑钢锭；
3）锻造：扒去钢锭的氧化皮并清理表面残渣；
4）锻造：将扒皮清理后的钢锭通过加热炉加热至1200℃、保温3h后，保温结束后将钢锭锻成方坯；
5）成型：修磨方坯表面，并将修磨后的方坯通过加热炉加热至1200℃、保温3h，保温结束后将方坯锻造成棒材或热轧成棒材；
6）热处理：将棒材装入热处理炉中加热至940℃，加热过程中向热处理炉的加热腔中持续通入氢气保护，将加热至940℃的棒材在氢气环境中保温4h，保温结束后以150℃/h的冷却速度，将棒材快速冷却至740℃，再以250℃/h的冷却速度，将740℃的棒材快速冷却至280℃出炉；
具体的，在热处理炉的加热腔中设置有氢气喷管，氢气喷管通过阀门连接有液态氢气源，利用氢气喷管在加热过程中向热处理炉的加热腔中持续通入氢气。
具体的，在热处理炉的加热腔中设置有氩气喷管，氩气喷管通过阀门连接有液态氩气源，利用低温氩气以设定的冷却速度冷却J22棒材。
需要说明的是，上述含有氩气喷管和氢气喷管的热处理炉已经申请专利，专利申请号为2018218938424。
7）检测：测试出炉产品，以保证达到产品的磁性能指标：矫顽力Hc ≤80 A/m, 饱和磁感应强度 B400≥1.8T，饱和磁感应强度B8000≥2.4T。
具体的，测试环节使用DWA-05磁特性测量仪进行。
需要说明的是，该高强度1J22棒材通过特殊的处理工艺，显著提升了1J22棒材的磁性能指标，使得该高强度1J22合金能够满足矫顽磁力Hc≤80A/m、饱和磁感应强度B8000≥2.40T、饱和磁感应强度B400≥1.6 T，提升磁性能指标的同时，简化了现有热处理工艺。
实施例二
一种高强度1J22棒材的方法通过如下步骤制作：
1）真空冶炼：将配置好的1J22原材料装入真空感应炉中进行真空冶炼，使用真空感应炉对钢液进行真空脱氧、脱碳，控制炉中的真空度小于等于0.5Pa, 控制炉中的温度为1500℃，使得钢液中碳含量小于等于50ppm，氧含量小于等于50ppm，1J22原材料包括49重量份的Co、0.8重量份的V以及50.2重量份的Fe；
具体的，1J22棒材的杂质，如C、Si、Mn、P、S、Ni和Cu的含量越低越好。
2）浇筑：使用钢液浇筑钢锭；
3）锻造：扒去钢锭的氧化皮并清理表面残渣；
4）锻造：将扒皮清理后的钢锭通过加热炉加热至1100℃、保温5h后，保温结束后将钢锭锻成方坯；
5）成型：修磨方坯表面，并将修磨后的方坯通过加热炉加热至1100℃、保温5h，保温结束后将方坯锻造成棒材或热轧成棒材；
6）热处理：将棒材装入热处理炉中加热至900℃，加热过程中向热处理炉的加热腔中持续通入氢气保护，将加热至900℃的棒材在氢气环境中保温6h，保温结束后以50℃/h的冷却速度，将棒材快速冷却至760℃，再以180℃/h的冷却速度，将760℃的棒材快速冷却至320℃出炉；
具体的，在热处理炉的加热腔中设置有氢气喷管，氢气喷管通过阀门连接有液态氢气源，利用氢气喷管在加热过程中向热处理炉的加热腔中持续通入氢气。
具体的，在热处理炉的加热腔中设置有氩气喷管，氩气喷管通过阀门连接有液态氩气源，利用低温氩气以设定的冷却速度冷却J22棒材。
7）检测：测试出炉产品，以保证达到产品的磁性能指标：矫顽力Hc ≤80 A/m, 饱和磁感应强度 B400≥1.8T，饱和磁感应强度B8000≥2.4T。
具体的，测试环节使用DWA-05磁特性测量仪进行。
需要说明的是，该高强度1J22棒材通过特殊的处理工艺，显著提升了1J22棒材的磁性能指标，使得该高强度1J22合金能够满足矫顽磁力Hc≤80A/m、饱和磁感应强度B8000≥2.40T、饱和磁感应强度B400≥1.6 T，提升磁性能指标的同时，简化了现有热处理工艺。
实施例三
一种高强度1J22棒材的方法通过如下步骤制作：
1）真空冶炼：将配置好的1J22原材料装入真空感应炉中进行真空冶炼，使用真空感应炉对钢液进行真空脱氧、脱碳，控制炉中的真空度小于等于0.5Pa, 控制炉中的温度为1600℃，使得钢液中碳含量小于等于50ppm，氧含量小于等于50ppm，所述1J22原材料包括50重量份的Co、1重量份的V以及49重量份的Fe；
具体的，1J22棒材的杂质，如C、Si、Mn、P、S、Ni和Cu的含量越低越好。
2）浇筑：使用钢液浇筑钢锭；
3）锻造：扒去钢锭的氧化皮并清理表面残渣；
4）锻造：将扒皮清理后的钢锭通过加热炉加热至1150℃、保温4h后，保温结束后将钢锭锻成方坯；
5）成型：修磨方坯表面，并将修磨后的方坯通过加热炉加热至1150℃、保温4h，保温结束后将方坯锻造成棒材或热轧成棒材；
6）热处理：将棒材装入热处理炉中加热至920℃，加热过程中向热处理炉的加热腔中持续通入氢气保护，将加热至920℃的棒材在氢气环境中保温5h，保温结束后以100℃/h的冷却速度，将棒材快速冷却至750℃，再以200℃/h的冷却速度，将750℃的棒材快速冷却至300℃出炉；；
具体的，在热处理炉的加热腔中设置有氢气喷管，氢气喷管通过阀门连接有液态氢气源，利用氢气喷管在加热过程中向热处理炉的加热腔中持续通入氢气。
具体的，在热处理炉的加热腔中设置有氩气喷管，氩气喷管通过阀门连接有液态氩气源，利用低温氩气以设定的冷却速度冷却J22棒材。
7）检测：测试出炉产品，以保证达到产品的磁性能指标：矫顽力Hc ≤80 A/m, 饱和磁感应强度 B400≥1.8T，饱和磁感应强度B8000≥2.4T。
具体的，测试环节使用DWA-05磁特性测量仪进行。
需要说明的是，该高强度1J22棒材通过特殊的处理工艺，显著提升了1J22棒材的磁性能指标，使得该高强度1J22合金能够满足矫顽磁力Hc≤80A/m、饱和磁感应强度B8000≥2.40T、饱和磁感应强度B400≥1.6 T，提升磁性能指标的同时，简化了现有热处理工艺。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高强度1J22棒材，其特征在于，含有49-51重量份的Co、0.8-1.8重量份的V以及47.2-50.2重量份的Fe。
2. 根据权利要求1所述的高强度1J22棒材，其特征在于，还含有C、Si、Mn、P、S、Ni 、Cu和O，所述C的含量小于0.01重量份，所述Si的含量小于0.01重量份，所述Mn的含量小于0.01重量份，所述P的含量小于0.01重量份，所述S的含量小于0.01重量份，所述Ni的含量小于0.01重量份，Cu的含量小于0.01重量份，O的含量小于0.01重量份。
3. 根据权利要求1所述的高强度1J22棒材，其特征在于，1J22棒材的矫顽力Hc ≤80A/m, 饱和磁感应强度B400≥1.8T，饱和磁感应强度B8000≥2.4T。
4.根据权利要求1所述的高强度1J22棒材，其特征在于，1J22棒材的氧含量小于50PPm。
5.根据权利要求1所述的高强度1J22棒材，其特征在于，1J22棒材的碳含量小于50ppm。
6.根据权利要求1所述的高强度1J22棒材，其特征在于，1J22棒材的直径范围为6-150mm。
7.制作如权利要求1至6中任意一项所述的高强度1J22棒材的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（A1）真空冶炼：将配置好的1J22原材料装入真空感应炉中进行真空冶炼，使用真空感应炉对钢液进行真空脱氧、脱碳，控制炉中的真空度小于等于0.5Pa, 控制炉中的温度为1500-1650℃，使得钢液中碳含量小于等于50ppm，氧含量小于等于50ppm，所述1J22原材料包括49-51重量份的Co、0.8-1.8重量份的V以及47.2-50.2重量份的Fe；
（A2）浇注：使用真空冶炼后的钢液浇筑钢锭；
（A3）扒皮：扒去所述钢锭的氧化皮并清理表面残渣；
（A4）锻造：将扒皮清理后的钢锭通过加热炉加热至1100-1200℃、保温3-5h，保温结束后将钢锭锻成方坯；
（A5）成型：修磨方坯表面，并将修磨后的方坯通过加热炉加热至1100-1200℃、保温3-5h，保温结束后将方坯锻造成棒材或热轧成棒材；
（A6）热处理：将棒材装入热处理炉中加热至900-940℃，加热过程中向热处理炉的加热腔中持续通入氢气保护，将加热至900-940℃的棒材在氢气环境中保温4-6h，保温结束后以50-150℃/h的冷却速度，将棒材快速冷却至740-760℃，再以180-250℃/h的冷却速度，将740-760℃的棒材快速冷却至280-320℃出炉；
（A7）检测：测试出炉产品，以保证达到产品的磁性能指标：矫顽力Hc ≤80 A/m, 饱和磁感应强度 B400≥1.8T，饱和磁感应强度B8000≥2.4T。
8.根据权利要求7所述一种高强度1J22棒材的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
（B1）真空冶炼：将配置好的1J22原材料装入真空感应炉中进行真空冶炼，使用真空感应炉对钢液进行真空脱氧、脱碳，控制炉中的真空度小于等于0.5Pa, 控制炉中的温度为1600℃，使得钢液中碳含量小于等于50ppm，氧含量小于等于50ppm，所述1J22原材料包括50重量份的Co、1重量份的V以及49重量份的Fe；
（B2）浇注：使用真空冶炼后的钢液浇筑钢锭；
（B3）扒皮：扒去所述钢锭的氧化皮并清理表面残渣；
（B4）锻造：将扒皮清理后的钢锭通过加热炉加热至1150℃、保温4h后，保温结束后将钢锭锻成方坯；
（B5）成型：修磨方坯表面，并将修磨后的方坯通过加热炉加热至1150℃、保温4h，保温结束后将方坯锻造成棒材或热轧成棒材；
（B6）热处理：将棒材装入热处理炉中加热至920℃，加热过程中向热处理炉的加热腔中持续通入氢气保护，将加热至920℃的棒材在氢气环境中保温5h，保温结束后以100℃/h的冷却速度，将棒材快速冷却至750℃，再以200℃/h的冷却速度，将750℃的棒材快速冷却至300℃出炉；
（B7）检测：测试出炉产品，以保证达到产品的磁性能指标：矫顽力Hc ≤80 A/m, 饱和磁感应强度 B400≥1.8T，饱和磁感应强度B8000≥2.4T。
9.根据权利要求7所述一种高强度1J22棒材的制作方法，其特征在于，所述热处理工艺中：
在热处理炉的加热腔中设置有氩气喷管，氩气喷管通过阀门连接有液态氩气源，利用低温氩气以设定的冷却速度冷却J22棒材。
10.根据权利要求7所述一种高强度1J22棒材的制作方法，其特征在于，所述热处理工艺中：
在热处理炉的加热腔中设置有氢气喷管，氢气喷管通过阀门连接有液态氢气源，利用氢气喷管在加热过程中向热处理炉的加热腔中持续通入氢气。
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