耐海水腐蝕高飽和磁感應強度軟磁合金的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種耐海水腐蝕高飽和磁感應強度軟磁合金的制備方法，所述合金的各組分重量百分含量為：Cr 18.0~25.0%；Mo 0.5~3.0%；微合金化元素0.16~2.8；Fe為余量，對所述各組分進行真空熔煉、電渣重熔、鍛造、熱處理，得到所述的軟磁合金。該合金既具有優(yōu)異的磁性能，同時還能滿足<u/>海水苛刻環(huán)境下的耐腐蝕性能要求，具有優(yōu)良機械強度、耐<u/>海水腐蝕性能以及高飽和磁感應強度。
【專利說明】耐海水腐蝕高飽和磁感應強度軟磁合金的制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種金屬材料，特別涉及一種耐海水腐蝕高飽和磁感應強度軟磁合金 的制備方法。

【背景技術】
[0002] 軟磁合金是指具有低矯頑力和較高磁導率的一類合金，廣泛應用于無線電子工業(yè) 設備、精密儀器儀表、電力設備等領域。軟磁合金的主要特性有"兩高"、"兩低"即磁導率高、 飽和磁感高、矯頑力低、磁滯損耗低。軟磁合金按其分類可分為鐵鎳軟磁合金、磁溫度補償 合金、耐蝕軟磁合金、高飽和磁感應強度軟磁合金、高硬度高電阻高磁導合金等。
[0003] 常用的耐蝕軟磁合金包括Fe-Al系、Fe-Ni系和Fe-Cr系，對于耐海水腐蝕軟磁合 金而言，只能選擇Fe-Cr系。Fe-Cr合金具有抗蝕能力強、磁性溫度穩(wěn)定性高等特點，可用于 制作各種在腐蝕性環(huán)境條件下工作的磁性元器件，被普遍認為是制作各種電磁閥的理想導 磁材料，因此在最近二三十年里受到了海洋、船舶、石油、電子、儀器儀表等工業(yè)部門的廣泛 重視，從而促進了 Fe-Cr耐蝕軟磁合金不斷發(fā)展。以往的研宄主要是以提高和改善合金耐 腐蝕能力為主，使其合金適合在惡劣的環(huán)境下使用。隨著工業(yè)技術的進步，新型儀器設備的 不斷出現(xiàn)，海洋、航海、石油鉆井等推進技術的提高，要求耐蝕軟磁合金既有高的磁性能（高 磁感、低矯頑力，可以有效減小推進系統(tǒng)有關零件的結(jié)構(gòu)尺寸，減輕重量)，又具有良好的耐 多種介質(zhì)腐蝕的特性，特別是許多儀器、裝備是在潮濕、海洋性等環(huán)境下使用和存儲。
[0004] 對于Fe-Cr系耐蝕軟磁合金而言，影響合金磁性的因素很多，主要有化學成分、雜 質(zhì)含量、熱處理制度、應力缺陷等。雜質(zhì)含量對軟磁合金的磁性有明顯的影響。當合金中 存在碳化物、氧化物、氮化物等夾雜缺陷時，這些非磁性摻雜可以降低疇壁在某一位置的疇 壁能，有效地釘扎它的運動，抑制疇壁的移動，造成疇壁釘扎，阻礙磁化過程，使得矯頑力增 加、磁導率降低。對于耐蝕合金而言，影響材料耐腐蝕性能的因素包括合金種類、合金成分、 雜質(zhì)含量、內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)、表面狀態(tài)等。一般而言，〇、附1〇、他等有益元素、較少的雜質(zhì)含 量、均質(zhì)化微觀組織結(jié)構(gòu)及高質(zhì)量的表面狀態(tài)有利于提高材料的耐腐蝕性能。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種耐海水腐蝕高飽和磁感應強度軟磁合金制備方法，所述 合金既具有優(yōu)異的磁性能，還能滿足海水苛刻環(huán)境下的耐腐蝕性能要求，同時具有優(yōu)良的 機械性能。
[0006] 本發(fā)明的技術方案是： 耐海水腐蝕高飽和磁感應強度軟磁合金的制備方法，該合金的各組分重量百分含量 為：Cr 18. 0~25. 0% ;Mo 0. 5~3. 0% ;微合金化元素0. 16~2. 8 ;Fe為余量，該合金的制備方 法有以下步驟： 按照上述的配比取各組分； 1)真空熔煉 取Fe、Cr、Mo,加熱至全熔狀態(tài)后開始第一次精煉，其第一次精煉溫度1600?1650°C， 真空度彡優(yōu)于l〇Pa，精煉時間2?lOkg/min ;隨后加入微合金化元素 C、Si、Mn、Nb、Ni、Cu、 Zr、B，充分攪拌，進行第二次精煉，精煉溫度1550?1600°C，真空度彡5Pa，精煉時間3? 15kg/min ;調(diào)節(jié)鋼液溫度至1520?1560°C，在氬氣保護氣氛下以3?8kg/min速度饒鑄， 制得電渣重熔用電極棒； 2) 電渣重熔 清除步驟2)所得電極棒表面氧化皮，將渣料加熱至熔融狀態(tài)后將電極棒緩慢速插入渣 池中，控制電壓40?60V，電流3000?9000A，電渣重熔；電渣重熔結(jié)束前用功率遞減法補 縮，電澄完畢后，將鑄錠冷卻^ 30min，得到鋼錠； 3) 鍛造 步驟3)所得鋼錠進行鍛造，升溫速度為100?120°C /h，保溫溫度950?1120°C，保溫 時間60?120min，終鍛溫度彡800°C，鍛制成圓棒； 4) 熱處理 步驟3)所得圓棒進行真空退火處理，空冷，得到本發(fā)明所述耐海水腐蝕高飽和磁感應 強度軟磁合金。
[0007] 本發(fā)明較好的技術方案是，該合金的各組分重量百分含量為：Cr 20. 5-21. 5% ； Mo 0? 8~1. 8% ;微合金化元素 I. 05~1. 145 ;Fe為余量。
[0008] 所述微合金化元素為 C、Si、Mn、Nb、Ni、Cu、Zr、B。
[0009] 所述微合金化元素各組分重量百分含量為，C: 0. 005~0. 03%;Si: 0. 05~0. 3%; Mn: 0. 05~0. 5% ；Nb: 0. 05~0. 5% ；Ni : 0-1% ；Cu: 0. 005-0. 2% ；Zr: 0. 001-0. 05% ；B: 0. 001~0. 03%。
[0010] 步驟2)所述渣料各組分配比按重量份為：CaF2:70份、CaO :20份、Al2O3:10份。
[0011] 步驟2)所述渣料加熱前在600?800°C溫度下烘烤至少4h，加熱時使用碳電極起 弧。
[0012] 步驟2)所述補縮，其電流下降速度0. 007kA/s。
[0013] 步驟4)所述的真空退火處理的方法是，1000?1100°C，升溫速度120?200°C /h， 保溫時間為60min?240min，按照150?200°C /h的速度降溫至600°C，然后按照100? 120°C /h 速度降至 200°C。
[0014] 本發(fā)明所示合金中，Cr和Mo在不銹鋼中是使合金獲得不銹性和耐蝕性的最重要 的兩種元素（PREN=Cr+3. 3M〇%+30N%)，它們的加入并不改變鋼中鐵素體的基體組織，使合金 既具有優(yōu)秀的耐蝕性、并具有較好的磁性能。
[0015] Cr是決定合金耐腐蝕性能的最基本元素，對耐蝕的貢獻主要體現(xiàn)在兩個方面， 鉻元素本身能提高鋼中的電極電位，當合金中鉻元素含量達到一定的量時(通常所說的 12. 5%)，電極電位將有一個突變（1/8規(guī)律)，使合金具有不銹性；在氧化性介質(zhì)中，鉻能使 合金的表面很快形成一層致密的富鉻氧化膜Cr2O3，保護鋼免受外界介質(zhì)的氧化侵蝕。
[0016] Mo是合金中耐腐蝕性能的重要支撐元素，可以顯著提高合金在含氯離子腐蝕介質(zhì) 中的耐腐蝕能力，在3. 5%NaCl溶液中，Mo含量越高，其耐蝕性越好。此外，Mo元素對合金的 磁性能有不利影響。
[0017] C在合金中具有兩重性，一方面，C是穩(wěn)定奧氏體元素，約為Ni的30倍，對提高合 金機械強度有明顯作用，但是對合金的脆性轉(zhuǎn)變溫度、韌性有不利影響；另一方面，由于C 和Cr的親和力很大，形成的碳化物對合金材料的腐蝕性能有不利影響，對合金材料的磁性 能影響也是不利的。
[0018] Si對提高耐蝕軟磁合金的抗氧化能力效果很顯著，同時，Si在材料潔凈過程中可 以Nb、C等元素形成金屬間化合物，這些化合物在晶界上析出，對晶界起釘扎作用，防止晶 界擴張，防止晶粒擴大，從而影響材料的磁性能。
[0019] Mn是奧氏體形成元素，能夠提高不銹鋼的強度和合金的加工性能，但是Mn的加入 對不銹鋼的耐蝕性和磁性能都有不利影響。
[0020] Nb由于與C的結(jié)合力很強，有助于鐵素體不銹鋼晶粒的細化，形成穩(wěn)定的碳化物， 提尚合金材料的抗晶間腐蝕能力。
[0021] Ni是穩(wěn)定奧氏體元，對提高合金機械強度有明顯作用，但是對合金的磁性能具有 不利影響。
[0022] Cu在合金中可以提高其耐腐蝕性能，一般來說，Cu對提高不銹鋼的耐還原性介質(zhì) 全面腐蝕和耐含Cl一的介質(zhì)局部腐蝕有明顯作用。
[0023] 此外，Cu可以降低合金的冷作硬化傾向，便于冷加工和冷成型。
[0024] Zr和B元素具有凈化晶界的作用，減少鋼中的非金屬夾雜物，并改變其形態(tài)，從而 使合金的綜合機械性能有較大提高，此外，Zr和B元素通過細化晶粒使疇壁移動和轉(zhuǎn)動的 阻力減小，從而降低矯頑力，增加磁導率。
[0025] 本發(fā)明所述合金解決了耐蝕軟磁合金的高磁性、高耐蝕性的矛盾關系，該合金材 料既具有優(yōu)異的磁性能、還能滿足苛刻環(huán)境下的耐腐蝕性能要求。與現(xiàn)有的耐蝕軟磁合金 1了36、11116、11117相比，磁性能相當（88典型值1.451')、耐海水腐蝕能力更為優(yōu)異，其機械 強度和韌性也要更為優(yōu)良。

【具體實施方式】
[0026] -.實施例 實施例1 1)合金的成分設計 本實施例中的合金配料總重量為90kg，其各元素配比(按重量百分含量）C :0. 01%、Si : 0? 2%、Mn :0? 4%、Cr: 20. 5%、Mo :0? 8%、Nb :0? 3%、Cu: 0? 1%、Zr: 0? 02%、B: 0? 02%、Fe 為余量。
[0027] 2)合金的制備 a)熔煉：按照上述合金設計配比進行配料，進行真空熔煉，采用二次精煉工藝，將Fe、 Cr、Mo按底料裝入坩堝，送電至全熔狀態(tài)后開始第一次精煉，第一次精煉溫度1600? 1650°C，控制真空度彡10Pa，精煉時間20min ;第一次精煉完成后，加入微合金化元素 C、Si、 Mn、Nb、Cu、Zr、B，微合金化元素按小料放入加料室，充分機械電磁攪拌后開始第二次精煉， 第二次精煉時精煉溫度1550?1600°C，控制真空度多5Pa，精煉時間15min。第二次精煉 結(jié)束后，調(diào)節(jié)鋼液溫度至1520?1560°C后，在氬氣保護氣氛下以?6kg/min速度饒鑄成 ? I IOmm鑄錠，制得電渣重熔用電極棒。
[0028] b)電渣重熔：電渣重熔選用? 160mm結(jié)晶器，渣料配重5kg，配比按重量份（kg): CaF2:70份、CaO :20份、Al2O3:10份。將渣料在800°C溫度下烘烤4h，步驟a)所得電極棒表 面氧化皮清除并確保無泥沙、水跡。使用碳電極起弧，將渣料熔至熔融狀態(tài)后將電極棒緩慢 插入渣池中，控制電壓40?48V，電流3000?4500A，電渣重熔。電渣重熔結(jié)束前應進行熱 補縮，補縮采用功率遞減法，補縮電流下降速度〇. 〇〇7kA/s，電渣完畢后，應將鑄錠留置于 結(jié)晶器中冷卻多30min方能脫模，最后得到? 160mm規(guī)格的電渣錠。
[0029] c)鍛造：步驟b)所得電渣錠在1080°C溫度下保溫90min，升溫速度120°C /h，終 鍛溫度830 °C。
[0030] 在一噸電液錘下開還至80 X 80mm方還，然后再鍛至45mm圓棒。
[0031] d)熱處理：步驟c)所得圓棒在真空爐中按升溫速度150°C /h升溫至1050°C，保 溫2h，按150°C /h降溫至600°C，然后按照120°C /h降溫至200°C，出爐空冷。
[0032] 3)合金經(jīng)車光、取樣、測試后獲得合格的耐海水腐蝕高飽和磁感應強度合金棒材。 該棒材適用于污水處理工程中的電磁閥。
[0033] 實施例2 1)合金的設計 本實例中的合金配料重量為500kg，各元素配比（按重量百分含量）C :0. 015%、Si : 0? l%、Mn :0? 4%、Cr:21. 5%、Mo :1. 8%、Nb :0? 2%、Ni :0? 3%、Cu:0. l%、Zr:0. 01%、B:0. 02%、Fe 為 余量。
[0034] 2)合金的制備 a)熔煉：按照上述合金設計配比進行配料，進行真空熔煉，采用二次精煉工藝，將Fe、 Cr、Mo按底料裝入坩堝，送電至全熔狀態(tài)后開始第一次精煉，第一次精煉溫度1600? 1650°C，控制真空度彡10Pa，精煉時間60min ;第一次精煉完成后，加入微合金化元素 C、Si、 Mn、Nb、Ni、Cu、Zr、B，微合金化元素按小料放入加料室，充分機械電磁攪拌后開始第二次精 煉，第二次精煉時精煉溫度1550?1600°C，控制真空度多5Pa，精煉時間40min ;第二次 精煉結(jié)束后，調(diào)節(jié)鋼液溫度至1520?1560°C后在氬氣保護氣氛下~16kg/min速度澆鑄成 ? 200mm鑄錠，制得電渣重熔用電極棒。
[0035] b)電渣重熔：本實例中的電渣重熔選用?320mm結(jié)晶器，渣料配重35kg，配比按重 量份（kg) !CaF2:70份、CaO :20份、Al2O3:10份。將渣料在800°C溫度下烘烤8h，步驟a)所 得電極棒表面氧化皮清除并確保無泥沙、水跡。使用碳電極起弧，將渣料熔至熔融狀態(tài)后將 電極棒緩慢插入渣池中，控制電壓50?56V，電流7000?8500A，電渣重熔。電渣重熔結(jié)束 前進行熱補縮，補縮采用功率遞減法，補縮電流下降速度0. 007kA/s，電渣完畢后，應將鑄 錠留置于結(jié)晶器中冷卻彡30min方能脫模，最后得到? 320mm規(guī)格的電渣錠。
[0036] c)鍛造：步驟b)所得電渣錠在1120°C溫度下保溫120min，升溫速度120°C /h，終 鍛溫度800 °C。
[0037] 使用2500噸快鍛機下開坯至120X 120mm方坯，然后使用1噸電液錘再鍛至 0 80mm圓棒。
[0038] d)熱處理：步驟c)所得圓棒在真空爐中按升溫速度120°C /h升溫至1050°C，保 溫2h，按150°C /h降溫至600°C，然后按照100°C /h降溫至200°C，出爐空冷。
[0039] 3)合金經(jīng)車光、取樣、測試后獲得合格的耐海水腐蝕高飽和磁感應強度合金棒材， 適用于海洋船舶工業(yè)用電磁閥。
[0040] 二.性能測試 取實施例1-2所得的合金，做以下試驗： 1?合金的力學性能 本發(fā)明的合金室溫力學性能如下表1 : 表1合金的室溫力學性能

【權(quán)利要求】
1. 耐海水腐蝕高飽和磁感應強度軟磁合金的制備方法，其特征在于，該合金的各組分 重量百分含量為：Cr 18. 0~25. 0% ;Mo 0. 5~3. 0% ;微合金化元素0. 16~2. 8 ;Fe為余量，該 合金的制備方法有以下步驟： 按照上述的配備取各組分； 1) 真空熔煉 取Fe、Cr、Mo,加熱至全熔狀態(tài)后開始第一次精煉，其第一次精煉溫度1600?1650°C， 真空度彡優(yōu)于l〇Pa，精煉時間2?10kg/min ;隨后加入微合金化元素 C、Si、Mn、Nb、Ni、Cu、 Zr、B，充分攪拌，進行第二次精煉，精煉溫度1550?1600°C，真空度彡5Pa，精煉時間3? 15kg/min ;調(diào)節(jié)鋼液溫度至1520?1560°C，在氬氣保護氣氛下以3?8kg/min速度饒鑄， 制得電渣重熔用電極棒； 2) 電渣重熔 清除步驟2)所得電極棒表面氧化皮，將渣料加熱至熔融狀態(tài)后將電極棒緩慢插入渣池 中，控制電壓40?60V，電流3000?9000A，電渣重熔；電渣重熔結(jié)束前用功率遞減法補縮， 電澄完畢后，將鑄錠冷卻多30min，得到鋼錠； 3) 鍛造 步驟3)所得鋼錠進行鍛造，升溫速度為100?120°C /h，保溫溫度950?1120°C，保溫 時間60?120min，終鍛溫度彡800°C，鍛制成圓棒； 4) 熱處理 步驟3)所得圓棒進行真空退火處理，空冷，得到本發(fā)明所述耐海水腐蝕高飽和磁感應 強度軟磁合金。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：該合金的各組分重量百分含量為：Cr 20. 5~21. 5% ;Mo 0? 8~1. 8% ;微合金化元素 1. 05~1. 145 ;Fe 為余量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述微合金化元素為C、Si、Mn、Nb、 Ni、Cu、Zr、B〇
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述微合金化元素各組分重量百分含 量為，C: 0? 005~0. 03% ;Si : 0? 05~0. 3% ;Mn: 0? 05~0. 5% ;Nb: 0? 05~0. 5% ;Ni : 0~1% ;Cu: 0.005~0.2%;Zr: 0.001~0.05%;B: 0.001~0.03%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟2)所述渣料各組分配比按重量份為： CaF2:70 份、CaO :20 份、Al203:10 份。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟2)所述渣料加熱前在600?800°C 溫度下烘烤至少4h，加熱時使用碳電極起弧。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟2)所述補縮，其電流下降速度 0.007kA/s。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：步驟4)所述的真空退火處理的方法是， 1000?1100°C，升溫速度120?200°C /h，保溫時間為60min?240min，按照150?200°C / h的速度降溫至600°C，然后按照100?120°C /h速度降至200°C。
【文檔編號】C22C38/22GK104451350SQ201410788016
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月18日
【發(fā)明者】陳登華, 賀文海, 劉海定, 王東哲, 萬紅, 趙安中, 屈開榮, 王春光 申請人:重慶材料研究院有限公司