CN110819915B - 一种铁基非晶薄带及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种控制熔潭活性的铁基非晶薄带，铁基非晶薄带制备过程中熔潭活性如式(Ⅰ)所示；本申请还提供了一种铁基非晶薄带的制备方法。本申请通过限定熔潭活性在一定的范围内，可以保证铁基非晶薄带在长时间内连续性制备，保证了铁基非晶薄带制备的顺行问题，提高带材的质量；γ＝(100a)^b(Ⅰ)。

Description

一种铁基非晶薄带及其制备方法

技术领域

本发明涉及铁基非晶合金技术领域，尤其涉及一种铁基非晶薄带及其制备方法。

背景技术

铁基非晶带材具有优良的软磁性能，可作为配电变压器的铁芯材料，大幅度降低变压器的空载损耗。另一方面，铁基非晶带材的生产流程短，生产损耗低。

作为节能的功能性材料，铁基非晶带材的形成需要急速冷却才能得到非晶态，但是急速冷却大大提高了生产的难度。在急速冷却法中，一般采用单辊法制备非晶带材，钢水流经高速旋转的冷却辊，冷却辊将钢水的热量瞬间带走形成所需要的非晶态带材。

单辊法制备非晶薄带时，为了能够达到薄带要求，需要控制钢液过钢量，通常采用狭缝式喷嘴使钢水流注至冷却辊表面，钢液与冷却辊之间形成具有一定形状的熔池(简称“熔潭”)，由此，钢水包一边供给熔液，冷却辊一边通过旋转急速凝固形成具有一定宽度的非晶带材。由于钢水具有一定的表面张力和粘度，因此钢水的纯净度在非晶薄带制备上起到关键性作用。

现有铁基非晶带材的制备过程包括原材料熔炼、中包镇定及快速冷却成型三个过程；其中原材料成本占带材总成本的最大部分，铁基非晶带材主要是铁硅硼系或铁硅硼碳系，其中工业纯铁、硅铁/金属硅、硼铁等原材料中的杂质元素均比较高，严重影响非晶形成能力，对于非晶带材的性能及制造的稳定性产生很大的影响，若单纯的控制原材料的纯度制造成本非常高，因此，需要研究出一种能够解决制造顺行及成本问题的方法。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供了一种铁基非晶薄带，本申请提供的铁基非晶薄带通过控制熔潭活性，解决了非晶薄带制备的顺行问题，提高了带材的质量。

有鉴于此，本申请提供了一种控制熔潭活性的铁基非晶薄带，其特征在于，铁基非晶薄带制备过程中熔潭活性如式(Ⅰ)所示：

γ＝(100a)^b (Ⅰ)；

其中，γ为熔潭活性，γ＝0.5～0.95；

a为熔潭中Al的质量百分含量，a≤0.2wt％；

b为熔潭中C的质量百分含量，b≤15wt％。

优选的，所述γ＝0.6～0.95。

优选的，所述a＝0.11wt％～0.17wt％。

优选的，所述b＝1.0～5.0wt％。

本申请还提供了一种铁基非晶薄带的制备方法，包括以下步骤：

将一定成分配比的钢水进行镇静，将镇静后的钢水自喷嘴流至冷却辊表面喷带，得到铁基非晶薄带；

所述钢水自喷嘴流至冷却辊表面形成的熔潭的活性如式(Ⅰ)所示：

γ＝(100a)^b (Ⅰ)；

其中，γ为熔潭活性，γ＝0.5～0.95；

a为熔潭中Al的质量百分含量，a≤0.2wt％；

b为熔潭中C的质量百分含量，b≤15wt％。

优选的，所述铁基非晶薄带的连续制备时间为≥170min。

优选的，所述钢水中Fe的含量为79～83at％，Si的含量为6～10at％，B的含量为10～14at％，C的含量为0～1.5at％。

优选的，所述铁基非晶薄带的叠片系数为≥89％。

本申请提供了一种铁基非晶薄带，该铁基非晶薄带限制了其熔潭活性；实验结果表明，本申请通过限定熔潭活性在一定的范围内，可以保证铁基非晶薄带在长时间内连续性制备，保证了铁基非晶薄带制备的顺行问题，提高带材的质量。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

利用单辊法制备铁基非晶带材中，薄带宽度方向的厚度会出现差异，将薄带宽度方向的最大厚度与最小厚度的差值称为极差，在喷嘴结构、高温膨胀系数不变的情况下，薄带生产过程中这种极差的大小往往表现出不一致，导致此类差异的一个原因就是熔潭特征不一致；同样，在利用单辊法制备的非晶态合金薄带中，薄带的圆周方向随着结晶器辊速提高、浇注时间的延长会形成白道，严重影响生产的连续性。因此，单辊法制备非晶薄带时熔潭特征会影响带材的性能。为了保证优质性能、长时间连续性非晶薄带的制备，目前主要通过喷带过程中钢水温度、钢水液位以及原材料纯净度等方面进行调整；而若直接考虑熔潭特征抑制喷带过程中出现的带材极差、白道以及降低带材损耗等问题也是一个重要的研究方向。

鉴于此为了提高铁基非晶薄带制备的顺行度，本申请提供了一种控制熔潭活性的铁基非晶薄带，该类铁基非晶薄带通过限定制备过程中的熔潭活性在一定范围内就可以保证铁基非晶薄带制备的顺行度，提高铁基非晶薄带的质量。本发明实施例公开了一种控制熔潭活性的铁基非晶薄带，其特征在于，铁基非晶薄带制备过程中熔潭活性如式(Ⅰ)所示：

γ＝(100a)^b (Ⅰ)；

其中，γ为熔潭活性，γ＝0.5～0.95；

a为熔潭中Al的质量百分含量，a≤0.2wt％；

b为熔潭中C的质量百分含量，b≤15wt％。

本申请提供了一种铁基非晶薄带，该铁基非晶薄带通过控制熔潭活性解决了长时间制备非晶薄带的顺行问题，提高了铁基非晶薄带的带材质量。在铁基非晶薄带制备过程中，钢水从喷嘴喷出，冷却辊表面钢液与冷却辊之间形成熔潭，熔潭活性的直观体现是钢液的稳定性；熔潭活性太高，会影响非晶带材的喷嘴喷出钢水的顺畅性以及稳定性，影响带材成型的质量，熔潭活性与本发明中提到的a、b值有关，也与钢水中包含的杂质有关，在本申请中，申请人将熔潭的活跃程度定义为“熔潭活性”，用符号γ表示。经过研究，熔潭中的Al、C直接影响熔潭活性的大小，即γ＝(100a)^b；熔潭活性的值越小，在一定熔潭活性值范围内，带材制备时间越长，反之熔潭活性值越大，制备时间越短。因此，只需要控制熔潭活性的值就可以保证铁基非晶薄带制备的顺行度，提高带材质量。

在本申请中，所述γ的取值为0.5～0.95；具体的，所述熔潭活性γ为0.6～0.95；更具体的，所述熔潭活性γ为0.75～0.85。a为熔潭中Al的质量百分含量，a≤0.2wt％；b为熔潭中C的质量百分含量，b≤15wt％。

在具体实施例中，在上述熔潭活性范围内，所述Al的含量为a＝0.11wt％～0.17wt％；或，所述C的含量为b＝1.0～5.0wt％。

本申请还提供了一种铁基非晶薄带的制备方法，包括以下步骤：

将一定成分配比的钢水进行镇静，将镇静后的钢水自喷嘴流至冷却辊表面喷带，得到铁基非晶薄带；

所述钢水自喷嘴流至冷却辊表面形成的熔潭的活性如式(Ⅰ)所示：

γ＝(100a)^b (Ⅰ)；

其中，γ为熔潭活性，γ＝0.5～0.95；

a为熔潭中Al的质量百分含量，a≤0.2wt％；

b为熔潭中C的质量百分含量，b≤15wt％。

在铁基非晶薄带制备过程中，制备流程与现有技术中铁基非晶薄带的制备流程没有区别，即：经过熔炼炉冶炼的具有特定成分配比的钢水通过流槽转运至中间包中进行镇静，镇静后的的钢水流至具有狭缝式开口的喷嘴中，钢水通过以上路径由喷嘴狭缝式开口处向旋转的冷却辊表面喷出合金熔液，从而得到非晶态合金薄带。钢液从喷嘴流到冷却辊表面形成了熔潭，熔潭活性直接铁基非晶薄带的制备。在上述过程中，热损失是一致的，由此本申请用熔潭活性γ＝(100a)^b来表示熔潭活性，实质是熔潭中Al、C的关系对铁基非晶薄带相关性能的影响；即Al、C的关系确定在一个范围值之后就可以保证铁基非晶薄带制备的顺行度、极差等质量问题。

关于熔潭活性的相关取值上述已进行了详细说明，此处不进行赘述。

本申请上述铁基非晶薄带的具体成分为Fe的含量为79～83at％，Si的含量为6～10at％，B的含量为10～14at％，C的含量为0～1.5at％；本申请铁基非晶薄带的熔潭活性适用于本领域技术人员熟知的铁基非晶薄带，即只要薄带的成分满足铁基非晶合金，熔潭活性在在本申请规定的范围内，即可实现铁基非晶薄带长时间连续制备，保证铁基非晶薄带的质量。

经过铁基非晶薄带制备过程中熔潭活性的限制，本申请铁基非晶薄带的连续制备时间≥170min，优选≥300min，可以连续10h以上不停机连续生产；叠片系数≥89％。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的铁基非晶薄带进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

以下实施例中制备薄带的钢水具体成分满足：Fe的含量为79～83at％，Si的含量为6～10at％，B的含量为10～14at％，C的含量为0～1.5at％。

实施例

1)按照熔潭活性数值进行调整，将熔炼好的钢水流入中间包，镇静一段时间，再通过喷包内的狭缝喷嘴流至结晶器上方进行非晶带材制备，带材宽度为142mm、170mm、213mm，工艺参数及设备保持一致，收取不同熔潭活性表征的制备薄带，通过带材连续生产时间判定工艺顺行性，同时检测薄带极差及磁性能数据进行比对，结果如表1～3所示；

表1调整a值后的熔潭活性值数据表

从表1分析可以看出，只调整a值来改变熔潭活性值，非晶薄带制备时间有所变化，熔潭活性值越大，制备时长越短，与极差与叠片系数没有相关性。

表2调整b值后的熔潭活性值数据表

序号	a	b	γ	制备时长(min)	叠片系数	极差
							实施例1	0.0015	0.03	0.9446	172	89.30％	1.53
实施例2	0.0015	0.05	0.9095	256	89.38％	1.63
							实施例3	0.0015	0.07	0.8756	306	89.62％	1.65
实施例4	0.0015	0.09	0.8430	365	89.79％	1.68

从表2分析可以看出，只调整b值来改变熔潭活性值，活性值越大，非晶薄带制备时间越短，同时，随着b值增加，带材的叠片系数有所增加，极差有增加的趋势。

表3a、b值均调整后的熔潭活性值数据表

从表3分析可以看出，调整a、b值来改变熔潭活性值，活性值越小，非晶薄带制备时间越长，同时，随着a值降低，b值升高，带材的叠片系数有所增加，极差有增加的趋势。

2)采用b值调整熔潭活性值，将熔炼好的钢水流入中间包，镇静一段时间，再通过喷包内的狭缝喷嘴流至结晶器上方进行非晶带材制备，带材宽度为142mm、170mm、213mm，工艺参数及设备保持一致，制备带材进行热处理进行B值、磁性能测试，结果如表4所示；

表4b值不断增加降低熔潭活性值的磁性能测试数据表

通过表4分析可以看出，如果一味的降低熔潭活性，提高活性数值，则带材的B值降低，非晶带材损耗越高，无法满足非晶变压器设计要求和初衷，因此不能过多的降低数值。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种控制熔潭活性的铁基非晶薄带，其特征在于，铁基非晶薄带制备过程中熔潭活性如式（Ⅰ）所示：

γ=（100a）^b （Ⅰ）；

其中，γ为熔潭活性，γ=0.5~0.95；

a为熔潭中Al的质量百分含量，a=0.11wt%~0.17wt%；

b为熔潭中C的质量百分含量，b≤15wt%；

所述铁基非晶薄带的成分为Fe的含量为79~83at%，Si的含量为6~10at%，B的含量为10~14at%，C的含量为0~1.5at%。

2.根据权利要求1所述的铁基非晶薄带，其特征在于，所述γ=0.6~0.95。

3.根据权利要求1所述的铁基非晶薄带，其特征在于，所述b=1.0~5.0wt%。

4.一种铁基非晶薄带的制备方法，包括以下步骤：

将一定成分配比的钢水进行镇静，将镇静后的钢水自喷嘴流至冷却辊表面喷带，得到铁基非晶薄带；

所述钢水自喷嘴流至冷却辊表面形成的熔潭的活性如式（Ⅰ）所示：

γ=（100a）^b （Ⅰ）；

其中，γ为熔潭活性，γ=0.5~0.95；

a为熔潭中Al的质量百分含量，a=0.11wt%~0.17wt%；

b为熔潭中C的质量百分含量，b≤15wt%；

所述钢水中Fe的含量为79~83at%，Si的含量为6~10at%，B的含量为10~14at%，C的含量为0~1.5at%。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铁基非晶薄带的连续制备时间为≥170min。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述铁基非晶薄带的叠片系数为≥89%。