CN112662951A

CN112662951A - 一种永磁电机用精密合金材料及其制备工艺

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Publication number: CN112662951A
Application number: CN202011557156.1A
Authority: CN
Inventors: 华鹏; 夏东兴; 任国松; 张加国; 武冬平; 邵兴明
Original assignee: Jiangsu Xinhe Alloy Technology Co ltd
Current assignee: Jiangsu Xinhe Alloy Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2020-12-25
Publication date: 2021-04-16

Abstract

本发明提供的一种永磁电机用精密合金材料，包括以下质量百分比计的组分：C：≤0.06%，Si：≤0.20%，Mn：≤0.20%，P：≤0.01%，S：≤0.01%，Al：≤0.10%，Ni≤0.04%，其他杂质≤0.01%，Co：51.0‑53.0%，V：9.50‑11.50%，余量为Fe，本发明还提供一种永磁电机用精密合金材料的制备工艺，步骤包括原料准备、真空冶炼、电渣精炼、锻造、热轧、热处理、冷拉、精拉成品、退火。本发明对合金材料的组分及工艺进行优化设计，使其具有更好的塑性变形能力和软磁特性，同时简化了制备工艺、降低了生产成本、提高了生产效率、提升了企业的市场竞争力。

Description

一种永磁电机用精密合金材料及其制备工艺

技术领域

本发明涉及永磁合金材料领域，尤其涉及一种永磁电机用精密合金材料及其制备工艺。

背景技术

永磁电机以永磁体提供励磁，使电机结构较为简单，降低了加工和装配费用，且省去了容易出问题的集电环和电刷，提高了电机运行的可靠性。又因无需励磁电流，没有励磁损耗，提高了电机的效率和功率密度。

而永磁电机中最关键的就是永磁合金材料，铁钴钒合金材料作为目前常用的永磁合金材料，具有良好的塑性变形能力和良好的磁性能，由于其饱和磁感应强度好，在制作同等功率的电机时，可大大缩小体积，在作电磁铁时，在同样截面积下能产生更大的吸合力。

但是国内现有技术中用于永磁电机的铁钴钒合金材料，加工技术复杂、加工成本高，且性能和国外差距较大。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种永磁电机用精密合金材料及其制备工艺，用以解决铁钴钒合金材料与国外性能差距大，加工技术复杂、加工成本高、市场竞争力不足的问题。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种永磁电机用精密合金材料，包括以下质量百分比计的组分：C：≤0.06%，Si：≤0.20%，Mn：≤0.20%，P：≤0.01%，S：≤0.01%，Al：≤0.10%，Ni≤0.04%，其他杂质≤0.01%，Co：51.0-53.0%，V：9.50-11.50%，余量为Fe。

较佳的，包括以下质量百分比计的组分：C：≤0.04%，Si：≤0.10%，Mn：≤0.10%，P：≤0.01%，S：≤0.01%，Al：≤0.05%，Ni≤0.02%，其他杂质≤0.01%，Co：52.50%，V：10.50%，余量为Fe。

本发明还提供一种永磁电机用精密合金材料的制备工艺，包括以下步骤：

步骤S1：原料准备：按照设计成分精确配比原料，各原料采用全新料配制；

步骤S2：真空冶炼：将配置好的原料装炉，冶炼期真空度＜8Pa，精炼温度1550～1580℃，精炼时间25分钟，浇注35kg电极棒，出模空冷。

步骤S3：电渣精炼：电渣前清理电极表面杂质，采用提纯后的提纯渣进行生产，电渣重熔渣系配比：CaF₂：Al₂O₃=70：30，电压45-50V，电流2600-2800A，后期补缩。

步骤S4：锻造：锻造加热温度：1130℃—1150℃，保温1小时，开锻温度≥1120℃，终锻温度≥900℃，分多火进行，锻造规格45*45mm,保温捂砂冷却，再将表面修磨干净，肉眼扫查表面无缺陷。

步骤S5：热轧：热轧加热温度：1130℃—1150℃，保温30分钟，开轧温度≥1100℃，终轧温度≥950℃，盘条规格Φ7.5mm，空冷。

步骤S6：热处理：盘条热处理温度：1060℃±10℃，保温90分钟后，速度水冷，经酸洗后检查修磨去除表面缺陷。

步骤S7：冷拉退火：采用慢速拉拔，速度10米/分钟，将冷拉半成品光亮退火，光亮退火温度1040℃-1080℃，轻拉成品为光亮丝。

较佳的，所述S2步骤中，装炉前采用新纯铁洗炉，杂质成分未达标时，进行二次洗炉。

较佳的，所述S3步骤中，提纯时将夹杂的萤石块去除干净。

较佳的，所述S6步骤中，水冷后直接酸洗，不可碱浸。

较佳的，还包括步骤S8连拔:逐步连拔缩小合金丝的直径至所需尺寸，中间伴随氢退，最后三道连拔采用新模具生产。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明对永磁电机用精密合金材料的组分进行优化设计，同时优化各工艺参数及步骤，不仅提升合金材料的综合性能，还简化了加工工艺，提高了加工效率，节约了加工成本，缩短了与国外性能差距，提高了市场竞争力。

附图说明

图1为本发明的一种永磁电机用精密合金材料的制备工艺的流程图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造、特征、及其功能有进一步的了解，兹配合实施例详细说明如下。

本发明提供一种永磁电机用精密合金材料，包括以下质量百分比计的组分：C：≤0.06%，Si：≤0.20%，Mn：≤0.20%，P：≤0.01%，S：≤0.01%，Al：≤0.10%，Ni≤0.04%，其他杂质≤0.01%，Co：51.0-53.0%，V：9.50-11.50%，余量为Fe。

优选的，永磁电机用精密合金材料包括以下质量百分比计的组分：C：≤0.04%，Si：≤0.10%，Mn：≤0.10%，P：≤0.01%，S：≤0.01%，Al：≤0.05%，Ni≤0.02%，其他杂质≤0.01%，Co：52.50%，V：10.50%，余量为Fe。进一步控制非必要元素含量，可获得性能更加好的合金材料。

本发明的永磁电机用精密合金材料中各元素选取原理如下：

C（碳）：碳元素在一定含量范围内可以提高合金的强度和耐磨损性能，本发明将碳含量设计为不高于0.06%，可以提高精密合金材料的高温性能。

Si（硅）：硅元素可提高合金的延展性及抗张强度，还具备脱氧功能，本发明将硅含量设计为不高于0.2%，可提高精密合金材料的高温强度，降低杂质含量。

Mn（锰）：锰可提高合金的耐磨损性及抗张强度，还具有分离脱氧功能，本发明将锰含量设计为不高于0.2%，可提高精密合金材料的高温强度，降低杂质含量。

Al（铝）：铝可以提高合金的高温抗氧化性、提高时效硬化，本发明将铝含量设计为不高于0.10%，可以提高精密合金材料高温性能，延长精密合金材料在高温环境下的使用寿命。

Ni（镍）：以镍为基体在650℃～1000℃范围内具有较高的强度与良好的抗氧化、抗燃气腐蚀能力，本发明将镍含量设计为不高于0.04%，能够保证精密合金材料具有优异的高温强度、高温耐蚀性能以及抗氧化性能，延长精密合金材料的使用寿命。

Fe（铁）：铁可以提高合金对高温环境的抵抗性、降低合金成本、控制热膨胀，可提高精密合金材料的耐高温性能。

Co（钴）：钴元素居里点高，可增加合金的磁饱和，提高合金的高温强度，本发明将钴含量设计为51-53%，可提高精密合金材料的磁滞性能。

V（钒）：钒元素可以提高合金的晶化温度，使二个晶化峰的温差距离拉大，从而使热处理温度能有效的控制找到最佳的热处理工艺，同时钒元素可以细化晶粒，改善原有材料的脆性，也可以通过冷轧加工明显提高磁感性强度。

本发明还提供一种用于制备上述永磁电机用精密合金材料的制备工艺，请参见图1，永磁电机用精密合金材料的制备工艺包括以下步骤：

步骤S1：原料准备：按照设计成分精确配比原料，各原料采用全新料配制。

步骤S2：真空冶炼：将配置好的原料装炉，冶炼期真空度＜8Pa，精炼温度1550～1580℃，精炼时间25分钟，浇注35kg电极棒，出模空冷，装炉前采用新纯铁洗炉，杂质成分未达标时，进行二次洗炉。

步骤S3：电渣精炼：电渣前清理电极表面杂质，采用提纯后的提纯渣进行生产，电渣重熔渣系配比：CaF₂：Al₂O₃=70：30，电压45-50V，电流2600-2800A，后期补缩，提纯时将夹杂的萤石块去除干净。

步骤S6：热处理：盘条热处理温度：1060℃±10℃，保温90分钟后，速度水冷，水冷后直接酸洗，不可碱浸，经酸洗后检查修磨去除表面缺陷。

步骤S8连拔:逐步连拔缩小合金丝的直径至所需尺寸，中间伴随氢退，最后三道连拔采用新模具生产。

本发明的一种永磁电机用精密合金材料的制备工艺采用真空冶炼和电渣重熔双联熔炼法，对各步骤操作顺序及工艺参数进行优化设计，能够提高合金纯度、减少杂质夹杂、保证合金脱气充分、金相组织和化学成分均匀，提高合金的力学性能和磁性能。合金丝经过光亮退火后，可获得无氧化光亮的表面，与普通退火、酸洗得到的表面相比，由于没有氧化过程，减少了带钢表面的贫铬现象，其耐腐蚀性比经抛光后更好。连拔时采用氢退可以降低合金硬度，提高塑性，消除内应力，晶粒组织更均匀，表面质量更细腻，表面光亮，延伸力大。

实施例1：

本发明实施例1的一种永磁电机用精密合金材料中，各元素的重量百分比为：C：0.06%，Si：0.20%，Mn：0.20%，P：0.01%，S：0.01%，Al：0.10%，Ni0.04%，其他杂质≤0.01%，Co：53.0%，V：11.50%，余量为Fe。

本发明的永磁电机用精密合金材料的制备工艺如下：

步骤S2：真空冶炼：将配置好的原料装炉，冶炼期真空度7.9Pa，精炼温度1580℃，精炼时间25分钟，浇注35kg电极棒，出模空冷，装炉前采用新纯铁洗炉，杂质成分未达标时，进行二次洗炉。

步骤S3：电渣精炼：电渣前清理电极表面杂质，采用提纯后的提纯渣进行生产，电渣重熔渣系配比：CaF₂：Al₂O₃=70：30，电压50V，电流2800A，后期补缩，提纯时将夹杂的萤石块去除干净。

步骤S4：锻造：锻造加热温度：1130℃—1150℃，保温1小时，开锻温度1150℃，终锻温度920℃，分多火进行，锻造规格45*45mm,保温捂砂冷却，再将表面修磨干净，肉眼扫查表面无缺陷。

步骤S5：热轧：热轧加热温度：1150℃，保温30分钟，开轧温度1150℃，终轧温度980℃，盘条规格Φ7.5mm，空冷。

步骤S6：热处理：盘条热处理温度：1070℃，保温90分钟后，速度水冷，水冷后直接酸洗，不可碱浸，经酸洗后检查修磨去除表面缺陷。

步骤S7：冷拉退火：采用慢速拉拔，速度10米/分钟，将冷拉半成品光亮退火，光亮退火温度1080℃，轻拉成品为光亮丝。

步骤S8连拔:逐步连拔缩小合金丝的直径，中间伴随氢退，最后三道连拔采用新模具生产。

实施例2：

本发明实施例2的一种永磁电机用精密合金材料中，各元素的重量百分比为：C：0.05%，Si：0.15%，Mn：0.15%，P：0.01%，S：0.01%，Al：0.05%，Ni0.03%，其他杂质≤0.01%，Co：51.0%，V：9.50%，余量为Fe。

本发明的永磁电机用精密合金材料的制备工艺如下：

步骤S2：真空冶炼：将配置好的原料装炉，冶炼期真空度7.5Pa，精炼温度1565℃，精炼时间25分钟，浇注35kg电极棒，出模空冷，装炉前采用新纯铁洗炉，杂质成分未达标时，进行二次洗炉。

步骤S3：电渣精炼：电渣前清理电极表面杂质，采用提纯后的提纯渣进行生产，电渣重熔渣系配比：CaF₂：Al₂O₃=70：30，电压48V，电流2700A，后期补缩，提纯时将夹杂的萤石块去除干净；

步骤S4：锻造：锻造加热温度：1140℃，保温1小时，开锻温度1150℃，终锻温度920℃，分多火进行，锻造规格45*45mm,保温捂砂冷却，再将表面修磨干净，肉眼扫查表面无缺陷。

步骤S5：热轧：热轧加热温度：1140℃，保温30分钟，开轧温度1150℃，终轧温度980℃，盘条规格Φ7.5mm，空冷。

步骤S6：热处理：盘条热处理温度：1060℃，保温90分钟后，速度水冷，水冷后直接酸洗，不可碱浸，经酸洗后检查修磨去除表面缺陷。

步骤S7：冷拉退火：采用慢速拉拔，速度10米/分钟，将冷拉半成品光亮退火，光亮退火温度1060℃，轻拉成品为光亮丝。

实施例3：

本发明实施例3的一种永磁电机用精密合金材料中，各元素的重量百分比为：C：0.04%，Si：0.10%，Mn：0.10%，P：0.01%，S：0.01%，Al：0.05%，Ni:0.02%，其他杂质≤0.01%，Co：52.50%，V：10.50%，余量为Fe。

本发明的永磁电机用精密合金材料的制备工艺如下：

步骤S2：真空冶炼：将配置好的原料装炉，冶炼期真空度7.8Pa，精炼温度1550℃，精炼时间25分钟，浇注35kg电极棒，出模空冷，装炉前采用新纯铁洗炉，杂质成分未达标时，进行二次洗炉。

步骤S3：电渣精炼：电渣前清理电极表面杂质，采用提纯后的提纯渣进行生产，电渣重熔渣系配比：CaF₂：Al₂O₃=70：30，电压45V，电流2600A，后期补缩，提纯时将夹杂的萤石块去除干净。

步骤S4：锻造：锻造加热温度：1130℃，保温1小时，开锻温度1120℃，终锻温度900℃，分多火进行，锻造规格45*45mm,保温捂砂冷却，再将表面修磨干净，肉眼扫查表面无缺陷。

步骤S5：热轧：热轧加热温度：1130℃℃，保温30分钟，开轧温度1100℃，终轧温度950℃，盘条规格Φ7.5mm，空冷。

步骤S6：热处理：盘条热处理温度：1050℃，保温90分钟后，速度水冷，水冷后直接酸洗，不可碱浸，经酸洗后检查修磨去除表面缺陷。

步骤S7：冷拉退火：采用慢速拉拔，速度10米/分钟，将冷拉半成品光亮退火，光亮退火温度1040℃，轻拉成品为光亮丝。

综上所述，本发明提供一种永磁电机用精密合金材料及其制备工艺，对永磁电机用精密合金材料的组分进行优化设计，同时优化各工艺参数及步骤，提升了永磁电机的力学性能和磁性能，简化了加工工艺，提高了加工效率，节约了加工成本，缩短了与国外性能差距，提高了市场竞争力。

本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本发明的范围。相反地，在不脱离本发明的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本发明的专利保护范围。

Claims

1.一种永磁电机用精密合金材料，其特征在于：包括以下质量百分比计的组分：C：≤0.06%，Si：≤0.20%，Mn：≤0.20%，P：≤0.01%，S：≤0.01%，Al：≤0.10%，Ni≤0.04%，其他杂质≤0.01%，Co：51.0-53.0%，V：9.50-11.50%，余量为Fe。

2.如权利要求1所述的永磁电机用精密合金材料，其特征在于：包括以下质量百分比计的组分：C：≤0.04%，Si：≤0.10%，Mn：≤0.10%，P：≤0.01%，S：≤0.01%，Al：≤0.05%，Ni≤0.02%，其他杂质≤0.01%，Co：52.50%，V：10.50%，余量为Fe。

3.根据权利要求1或2任一项所述的一种永磁电机用精密合金材料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S2：真空冶炼：将配置好的原料装炉，冶炼期真空度＜8Pa，精炼温度1550～1580℃，精炼时间25分钟，浇注35kg电极棒，出模空冷；

步骤S3：电渣精炼：电渣前清理电极表面杂质，采用提纯后的提纯渣进行生产，电渣重熔渣系配比：CaF₂：Al₂O₃=70：30，电压45-50V，电流2600-2800A，后期进行补缩；

步骤S4：锻造：锻造加热温度：1130℃—1150℃，保温1小时，开锻温度≥1120℃，终锻温度≥900℃，分多火进行，锻造规格45*45mm,保温捂砂冷却，再将表面修磨干净，肉眼扫查表面无缺陷；

步骤S5：热轧：热轧加热温度：1130℃—1150℃，保温30分钟，开轧温度≥1100℃，终轧温度≥950℃，盘条规格Φ7.5mm，空冷；

步骤S6：热处理：盘条热处理温度：1060℃±10℃，保温90分钟后，速度水冷，经酸洗后检查修磨去除表面缺陷；

4.如权利要求3所述的永磁电机用精密合金材料的制备工艺，其特征在于，所述S2步骤中，装炉前采用新纯铁洗炉，杂质成分未达标时，进行二次洗炉。

5.如权利要求3所述的永磁电机用精密合金材料的制备工艺，其特征在于，所述S3步骤中，提纯时将夹杂的萤石块去除干净。

6.如权利要求3所述的永磁电机用精密合金材料的制备工艺，其特征在于，所述S6步骤中，水冷后直接酸洗，不可碱浸。

7.如权利要求3所述的永磁电机用精密合金材料的制备工艺，其特征在于，还包括步骤S8：连拔，逐步连拔缩小合金丝的直径至所需尺寸，中间伴随氢退，最后三道连拔采用新模具生产。