CN1594637A - 电磁阀用不锈钢芯铁及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电磁阀用软磁不锈钢芯铁材料。化学成分满足(重量)：C含量小于0.08％，Si含量为0.8～2.5％，Cr含量为16～20％，Mn含量为0.2～0.8％，Mo含量为0.5～1.5％，S含量为0.2～0.4％，Ti含量为0.2～0.6％，Ni含量小于0.20％，稀土Re含量小于0.1％，其余为铁。满足上述成分要求的合金能采用传统的铸造方法获得钢坯，然后再经锻造、热轧或冷轧获得所需形状的型材，或采用粉末冶金成型的方法。型材最后经800℃以上的高温退火。这种软磁材料具有很高的耐腐蚀能力，易于切削，还具有良好的软磁性能。

Description

电磁阀用不锈钢芯铁及其制备方法

技术领域

本发明涉及磁性材料，尤其涉及一种电磁阀用不锈钢芯铁及其制备方法。

背景技术

软磁材料是电力工业和电子工业中广泛应用的重要材料。在电力工业中，从电能的产生(发电机)、传输(变压器)到利用(电动机)的过程中，软磁材料起着能量转换的作用。在电子工业中，从通讯、自动控制、广播、电视和电影、电子计算技术到微波技术，软磁材料起着信息的变换、传递及存储等作用。软磁材料的性能常因应用而异，但通常希望材料的磁导率μ要高，而矫顽力Hc和损耗Pc要低。

软磁材料主要有以金属软磁材料和铁氧体软磁材料为代表的晶体材料，非晶态软磁合金以及近年来发展起来的纳米晶软磁合金等。金属软磁材料电子间的交换作用强，因而饱和磁感应强度Bs高、居里温度高。但由于其电阻率低，涡流损耗大和趋肤效应，只适于低频下使用。铁氧体软磁材料是亚铁磁性的，电子间的交换作用是间接的，而且两组近邻次格子磁矩方向相反，因此饱和磁感应强度Bs低、居里温度低。但其电阻率高，特别适合在高频下应用。非晶、纳米晶材料的Bs虽与金属软磁材料相差不大，但它的矫顽力Hc要小得多。与晶态材料相比，非晶态材料通常具有高强度、高耐腐蚀性、高磁致伸缩系数、极高的机电耦合系数和高电阻率的特性。

随着自动控制技术的迅猛发展，对电磁阀用芯铁不仅要求更高的动态磁性能，而且要求具有较好的耐腐蚀性能。目前常用的软磁材料很难满足上述要求。

纯铁虽然具有较高的饱和磁感应强度(2.1T)和起始磁导率(7500)，低的矫顽力(56A/m)。但其电阻率(130μΩ·mm)比较低，高频应用功率损耗高，只适用于低频。而且还存在易腐蚀的问题。硅钢虽然电阻率比纯铁高(400μΩ·mm)，但同样存在易腐蚀的问题，为确保其耐蚀性就必须加以电镀，这既增加了生产成本又有污染环境问题。软磁铁氧体虽然电阻率高，耐腐蚀，但其饱和磁感应强度太低，不适合用于电磁阀等控制元件。常用的不锈钢虽然具有良好的耐腐蚀性能，但其磁性能不能满足电磁阀芯铁的要求。因此开发耐蚀的软磁材料十分重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电磁阀用不锈钢芯铁及其制备方法。。

电磁阀用不锈钢芯铁的化学成分满足(重量)：C含量小于0.08％，Si含量为0.8～2.5％，Cr含量为16～20％，Mn含量为0.2～0.8％，Mo含量为0.5～1.5％，S含量为0.2～0.4％，Ti含量为0.2～0.6％，Ni含量小于0.20％，稀土Re含量小于0.1％，其余为铁。

一种电磁阀用不锈钢芯铁的制备方法：根据权利要求1的化学成分，以纯铁，低碳铬铁，钼铁，硅铁，锰铁为原材料，采用感应熔炼的方法连铸成钢坯，钢坯在900～1150℃进行锻造开坯后，再于900～1150℃热轧成型材。

另一种电磁阀用不锈钢芯铁的制备方法：根据权利要求1的化学成分，以纯铁，低碳铬铁，钼铁，硅铁，锰铁为原材料，采用水雾化法制成80～120目目的粉末，粉末经过混合后于模具中压制成坯，压坯在真空下经300～600℃脱蜡，最后于真空下经1000～1200℃烧结成型材。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

1)用本发明制备的电磁阀不锈钢芯铁具有较好的动态磁性能：在磁化场H＝0.625KOe(50KA/m)时，饱和磁感应强度Bs≥15KGs(1.5T)，内禀矫顽力Hcj≤5Oe(400A/m)。冲击后剩余磁感应强度Br≤6Gs(0.0006T)。

2)由于含有较高含量的Cr，Mo，Ti等合金元素，合金具有较高的耐腐蚀性能，盐雾实验72小时后不变色。

3)合金具有良好的机械加工性能。同时合金具有良好的力学性能，抗拉强度大于400MPa，硬度为HV160～210。

具体实施方式

本发明为了提高合金的耐腐蚀性能，Cr元素必须被加入。研究表明当Cr含量高于8％以后，合金的耐腐蚀性能就能得到显著提高。但Cr元素的加入降低磁性能，特别是饱和磁感应强度Bs。在保证好的耐腐蚀性能的条件下，Cr含量优选16～20％，此时合金具有良好的软磁性能。

C提高合金的矫顽力，恶化合金的软磁性能，同时也会降低合金的耐腐蚀性能。对耐腐蚀性能和磁性能而言，C含量越低越好。但从制备成本考虑，C含量低于0.08％后，合金在具备良好耐腐蚀性能和磁性能的同时，成本也较便宜。

Si元素的加入能显著提高合金的软磁性能，但Si加入过多，将使合金的脆性增加，因此Si含量优选1.0～2.5％。

为了进一步提高合金的耐腐蚀性能，加入了少量的Mo和Ti。由于Mo和Ti的加入都会导致磁性能的降低，因此Mo的加入优选0.5～1.5％，Ti优选0.2～0.8％。

为改善合金的机加工性能，加入了一定量的S。S的加入同样恶化合金的磁性能，含量优选为0.2～0.4％。

为净化钢液，可以加入少量的Re。

为消除制备过程中的加工应力，获得磁性能优异的微观组织，合金最后需经800℃以上的高温退火，最佳范围一般在800～1050℃，随炉冷却或空冷。

实施例1

成分配方(wt％)：C为0.07％，Cr为17.0％，Si为1.2％，S为0.2％，Mo为0.8％，Ti为0.2％，Mn为0.5％，Ni为0.1％，Re为0.05％，余为铁。根据设计的成分配方采用纯铁，低碳铬铁，钼铁，硅铁，锰铁和海绵钛等为原材料，采用感应熔炼的方法连铸成直径为Φ100mm圆棒，圆棒在900～1150℃进行锻造开坯后，再于900～1150℃热轧成Φ10mm的圆棒。Φ10mm圆棒最后在氮气保护下，经900℃保温5小时，随炉冷却到室温。经检测，合金性能为：

磁性能：在H＝50kA/m磁场下，饱和磁感应强度Bs＝16.3KGs(1.63T)，

        矫顽力Hcj＝4.28Oe(342A/m)。

冲击后的剩余磁感应强度Br＝5.9Gs(0.00059T)，

耐腐蚀性能：盐雾实验72小时不变色。

力学性能：抗拉强度431MPa，硬度HV201。

实施例2

成分配方(wt％)：C为0.05％，Cr为17.5％，Si为1.5％，S为0.3％，Mo为0.8％，Ti为0.2％，Mn为0.5％，Ni为0.1％，Re为0.05％，余为铁。根据设计的成分配方采用纯铁，低碳铬铁，钼铁，硅铁，锰铁和海绵钛等为原材料，采用感应熔炼的方法连铸成直径为Φ100mm圆棒，圆棒在900～1150℃进行锻造开坯后，再于900～1150℃热轧成Φ10mm的圆棒。Φ10mm圆棒最后在氮气保护下，经900℃保温5小时，随炉冷却到室温。经检测，合金性能为：

磁性能：在H＝50kA/m磁场下，饱和磁感应强度Bs＝16.3KGs(1.63T)，

        矫顽力Hcj＝3.78Oe(302A/m)。

冲击后的剩余磁感应强度Br＝5.8Gs(0.00058T)，

耐腐蚀性能：盐雾实验72小时不变色。

力学性能：抗拉强度422MPa，硬度HV196。

实施例3

成分配方(wt％)：C为0.03％，Cr为18.0％，Si为1.8％，S为0.3％，Mo为1.2％，Ti为0.3％，Mn为0.5％，Ni为0.1％，Re为0.05％，余为铁。根据设计的成分配方采用纯铁，金属铬，金属钼，金属硅，金属锰和海绵钛等为原材料，采用感应熔炼的方法连铸成直径为Φ100mm圆棒，圆棒在900～1150℃进行锻造开坯后，再于900～1150℃热轧成Φ10mm的圆棒。Φ10mm圆棒最后在氮气保护下，经900℃保温5小时，随炉冷却到室温。经检测，合金性能为：

磁性能：在H＝50kA/m磁场下，饱和磁感应强度Bs＝16.3KGs(1.63T)，

        矫顽力Hcj＝3.60Oe(288A/m)。

冲击后的剩余磁感应强度Br＝5.4Gs(0.00054T)，

耐腐蚀性能：盐雾实验72小时不变色。

力学性能：抗拉强度411MPa，硬度HV188。

实施例4

成分配方(wt％)：C为0.02％，Cr为19.0％，Si为2.5％，S为0.2％，Mo为1.0％，Ti为0.4％，Mn为0.6％，Ni为0.1％，余为铁。根据设计的成分配方采用纯铁，低碳铬铁，钼铁，硅铁，锰铁和海棉钛等为原材料，感应熔炼后的钢液经真空氧气脱碳设备(VOD)二次精炼后连铸成直径为Φ100mm圆棒，圆棒在900～1150℃进行锻造开坯后，再于900～1150℃热轧成Φ10mm的圆棒。Φ10mm圆棒最后在氮气保护下，经1000℃保温3小时，随炉冷却到室温。经检测，合金性能为：

磁性能：在H＝50kA/m磁场下，饱和磁感应强度Bs＝16.8KGs(1.68T)，

        矫顽力Hcj＝3.2Oe(256A/m)，

冲击后的剩余磁感应强度Br＝5.2Gs(0.00055T)

耐腐蚀性能：盐雾实验72小时不变色。

力学性能：抗拉强度406MPa，硬度HV180。

实施例5

成分配方(wt％)为：C为0.07％，Cr为16.5％，Si为2.0％，S为0.2％，Mo为1.5％，Ti为0.2％，Mn为0.6％，Ni为0.1％。根据设计的成分配方，以纯铁，低碳铬铁，钼铁，硅铁，锰铁和钛棒等为原材料，采用水雾化法制成100目的粉末，粉末经过混合后于570MPa的压力下于模具中压制成坯，然后于0.13Pa真空下500℃×30min脱蜡，最后于0.13Pa下经1150℃×3h烧结成型，空冷。最后再经950℃保温3小时炉冷。经检测，合金的性能为：

磁性能：在H＝50kA/m磁场下，饱和磁感应强度Bs＝15.8KGs(1.58T)，

        矫顽力Hcj＝4.28Oe(342A/m)，

冲击后的剩余磁感应强度Br＝6.0Gs(0.0006T)，

耐腐蚀性能：盐雾实验72小时不变色。

力学性能：抗拉强度428MPa，硬度HV202。

实施例6

成分配方(wt％)为：C为0.05％，Cr为18.0％，Si为1.5％，S为0.2％，Mo为1.0％，Ti为0.2％，Mn为0.6％，Ni为0.1％。根据设计的成分配方，以纯铁，低碳铬铁，钼铁，硅铁，锰铁和钛棒等为原材料，采用水雾化法制成100目的粉末，粉末经过混合后于570MPa的压力下于模具中压制成坯，然后于0.13Pa真空下500℃×30min脱蜡，最后于0.13Pa下经1150℃×3h烧结成型，空冷。最后再经950℃保温3小时炉冷。经检测，合金的性能为：

磁性能：在H＝50kA/m磁场下，饱和磁感应强度Bs＝15.8KGs(1.58T)，

        矫顽力Hcj＝3.9Oe(312A/m)，

冲击后的剩余磁感应强度Br＝5.9Gs(0.00059T)，

耐腐蚀性能：盐雾实验72小时不变色。

力学性能：抗拉强度422MPa，硬度HV196。

实施例7

成分配方(wt％)为：C为0.03％，Cr为18.5％，Si为2.0％，S为0.1％，Mo为1.0％，Ti为0.3％，Mn为0.6％，Ni为0.1％。根据设计的成分配方，以纯铁，金属铬，金属钼，金属硅，金属锰和钛棒等为原材料，采用水雾化法制成100目的粉末，粉末经过混合后于570MPa的压力下于模具中压制成坯，然后于0.13Pa真空下500℃×30min脱蜡，最后于0.13Pa下经1150℃×3h烧结成型，空冷。最后再经950℃保温3小时炉冷。经检测，合金的性能为：

磁性能：在H＝50kA/m磁场下，饱和磁感应强度Bs＝16.3KGs(1.63T)，

        矫顽力Hcj＝3.55Oe(284A/m)，

冲击后的剩余磁感应强度Br＝5.7Gs(0.00057T)，

耐腐蚀性能：盐雾实验72小时不变色。

力学性能：抗拉强度408MPa，硬度HV175。

实施例8

成分配方(wt％)为：C为0.01％，Cr为19.5％，Si为2.5％，S为0.2％，Mo为1.5％，Ti为0.2％，Mn为0.6％，Ni为0.1％。根据设计的成分配方，以纯铁，金属铬，金属钼，金属硅，金属锰和钛棒等为原材料，采用水雾化法制成100目的粉末，粉末经过混合后于570MPa的压力下于模具中压制成坯，然后于0.13Pa真空下500℃×30min脱蜡，最后于0.13Pa下经1100℃×3h烧结成型，空冷。最后再经950℃保温3小时炉冷。经检测，合金的性能为：

磁性能：在H＝50kA/m磁场下，饱和磁感应强度Bs＝15.8KGs(1.58T)，

矫顽力Hcj＝3.04Oe(243A/m)，

冲击后的剩余磁感应强度Br＝5.5Gs(0.00055T)，

耐腐蚀性能：盐雾实验72小时不变色。

力学性能：抗拉强度401MPa，硬度HV169。

Claims (5)

1.一种电磁阀用不锈钢芯铁，其特征在于化学成分满足(重量)：C含量小于0.08％，Si含量为0.8～2.5％，Cr含量为16～20％，Mn含量为0.2～0.8％，Mo含量为0.5～1.5％，S含量为0.2～0.4％，Ti含量为0.2～0.6％，Ni含量小于0.20％，稀土Re含量小于0.1％，其余为铁。

2.一种电磁阀用不锈钢芯铁的制备方法，其特征在于：根据权利要求1的化学成分，以纯铁，低碳铬铁，钼铁，硅铁，锰铁为原材料，采用感应熔炼的方法连铸成钢坯，钢坯在900～1150℃进行锻造开坯后，再于900～1150℃热轧成型材。

3.根据权利要求2所述的一种电磁阀佣不锈钢芯铁的制备方法，其特征在于，所说热轧成倒型材经冷加工的零件最后的退火是在800～1150℃下处理1～6小时，然后随炉冷却或空冷。

4.一种电磁阀用不锈钢芯铁的制备方法，其特征在于，根据权利要求1的化学成分，以纯铁，低碳铬铁，钼铁，硅铁，锰铁为原材料，采用水雾化法制成80～120目目的粉末，粉末经过混合后于模具中压制成坯，压坯在真空下经300～600℃脱蜡，最后于真空下经1000～1200℃烧结成型材。

5.根据权利要求4所述的一种电磁阀用不锈钢芯铁的制备方法，其特征在于，所说烧结成的型材经冷加工的零件最后的退火是在800～1150℃下处理1～6小时，然后随炉冷却或空冷。