专利名称：一种铁铌硅合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及铁合金中铁铌硅合金。
背景技术：
铌铁、硅铁均是钢铁工业中重要的铁合金。铌在钢中是通过在轧制过程中生成的NbC而具有阻止晶粒长大、抑制形变奥氏体再结晶及产生显著的沉淀强化效果等作用，特别是在奥氏体的非再结晶区内轧制可以有效的细化晶粒。因此，铌是钢铁生产中重要的甚至是不可替代的合金添加元素。硅是电工钢(硅钢)的最重要的合金化元素。硅在钢中具有缩小奥氏体相区的作用，根据Fe-Si相图，硅含量大于3.8at.％而小于10at.％的铁硅合金将不发生α-Fe到γ-Fe的多型性转变，而保持单一的α相，具有优异的软磁性能。但是，较高的硅含量会使得材料脆性增大，甚至导致硅脆的发生。
由于Fe、Si、Nb之间都可形成很脆的金属间化合物，如Fe2Nb、Nb5Si3、FeSi等，因此，在探索具有优良性能的材料的过程中，FeNbSi合金并没有被认为是一个好的选择，只被用作熔炼用中间合金。
目前，市场上供货的炼钢用铌铁的主要种类为含铌量63wt.％(约50at.％)标准铌铁，熔点约1560℃。在钢铁生产中，一般于钢水钢包精炼时添加而进行合金化的。铌铁投入钢水后，需要一定的时间去熔化，铌铁的粒度越大，熔化所需要的时间越长。因此，为了保证铌铁充分熔化，一般要求在浇铸之前，钢液的停留时间足够长，铌铁的粒度则小于40mm。
在铌铁合金构件的浇铸生产过程中，钢液的过热度要受到一些限制。为了便于成分调整，以及保证所添加的铌铁能够充分熔化，则要考虑选用低熔点的铌铁合金。根据FeNb二元合金平衡相图，铌含量15％的合金处于相图的共晶点上(L→ε+α-Fe)，相组成为拉氏相ε-Fe2Nb以及体心立方的α-Fe。根据相图，该成分的铌铁熔点最低，为1358℃。据此，人们开发了商用低熔点铌铁合金，其成分(重量百分比，wt.％)Nb 15.0，Si 7.5，Mn 0.72，Al 0.15，C 0.24，P 0.02，S 0.01，Fe余量。其中添加的7.5％的硅主要固溶于α-Fe中而致使该铁合金很脆；一般而言，钢中出现拉氏相都被视为有害相，其特点是硬而脆。这些特点决定了这种铁合金较易于粉碎至小的粒度。但是，合金的脆性致使这种低铌含量的铌铁合金除了用作构件的合金元素的添加剂之外，难以有其它用途。
发明内容本发明的目的在于提供一种铁铌硅合金，该铁铌硅合金具有强韧性和良好的软磁性能，不仅可以作为浇铸合金构件的中间合金，也可以直接浇铸成耐磨的刀具材料。
本发明是这样实现的一种铁铌硅合金，其特征是按如下成分以重量百分比配比的合金熔炼、充分搅拌后，浇铸成构件，其合金成分(wt.％)Nb 7.0-15.0，Si 1.0-8.0，Mn＜0.15，P＜0.05，S＜0.05，Fe余量。
上述的一种铁铌硅合金，所述合金成分(wt.％)Nb 10.0-15.0，Si3.0-5.0，Mn＜0.15，P＜0.05，S＜0.05，Fe余量。
本发明是基于含铌量在15wt.％附近的低熔点的FeNb合金，通过添加一定量的硅对材料的相组成进行改性。特定含量的硅将达到对ε相改性，和提高基体的强韧性，避免升温过程的多型性相变，同时使材料具有良好的软磁性能。在正常的凝固过程中，由于Fe、Si、Nb三种元素的原子量与半径差异很大而易于偏析，因此可以采取浇铸于水冷铜模的方法以保证高的冷却速度，一定程度的减轻偏析对材料宏观成分均匀性的影响。这种材料不仅可以用作炼钢用的合金元素的添加剂，同时具有较好的力学性能，可以用作刀具材料，也是一种具有潜在应用价值的软磁材料。
(四)
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步说明。
图l为本发明铁铌硅合金的典型组织特征图；图2为铌含量与硬度的关系图；图3为硅含量与硬度的关系图；图4为实施例1组织特征图；图5为实施例2组织特征图；图6为实施例3组织特征图；图7为实施例4组织特征图；图8为实施例5组织特征图。
具体实施方式
以在水冷铜模中浇铸的合金成分1为例，见表1，硬度平均值为HRC40，为具有优良的综合机械性能的调质钢的硬度。材料的相组成为α-Fe和ε-Fe2Nb相，合金的典型的组织特征为直径小于10μm的白色的ε相颗粒均匀分布在(α-Fe+ε-Fe2Nb)共晶体上，参见图1，这种组织特征决定了这种合金材料具有良好的耐磨性能；同时，由于α-Fe基体固溶了较高含量的Si，因而又具有优良的软磁性能。在10000℃之前，合金无相变发生，避免了因相变而导致的体积收缩、热效应等不适于在某些场合应用的情况。该合金组成相的成分特点见表2，可以看出，在ε相的晶格点阵上，Si代位Nb，占据了1/3的Nb的位置，即ε相的组成为Fe6(Nb2Si1)，Si的加入达到了对该组成相进行改性的目的。
当合金中Nb和Si的含量大于技术方案中给定的范围时，如表1中的成份2。合金硬度为HRC55，合金中铌、硅含量的增加而导致硬度的提高是非常明显的，合金的脆性也很高，材料性能变坏。
表1 熔炼的合金成分(wt.％)
表2 合金相的成分(at.％)
参见图2，当Nb的含量较低时，合金呈亚共晶组织，其硬度随铌含量的降低而减小，但合金的韧性和塑性较好。然而，由于没有硬的ε相颗粒，合金的耐磨性较差。
参见图3，当硅的含量较低时，合金组织特征变化不大，但是，硬度也随硅含量的降低而呈降低的趋势。由于Si含量是合金磁性能的重要的特征之一，因此材料的软磁性能也会随着硅含量的变化而有所变化。
实施例以下实施例均采用水冷铜模浇铸的方法实现。可使用纯的Nb、Si、Fe配料熔炼；为降低成本，也可使用的原料为铌含量为63wt.％的铌铁和硅含量为75wt.％硅铁，与99.9wt.％的纯铁配料熔炼，再使用X荧光分析或进行直读光谱分析，确定熔炼后合金的准确成分，如表3实施例使用的都是后一种原料，表4为实施例的合金相的成分(at.％)。
表3 实施例-合金成分(wt.％)
表4 实施例-合金相的成分(at.％)
实施例1组织为ε颗粒均匀分布在α-Fe+ε-Fe2Nb共晶体上，参见图4。ε相中，Si占据了1/3的Nb的位置。
实施例2组织为ε颗粒均匀分布在α-Fe+ε-Fe2Nb共晶体上，参见图5。ε相中，Si占据了约1/3的Nb的位置。
实施例3组织为ε颗粒均匀分布在α-Fe+ε-Fe2Nb共晶体上，参见图6。ε相中，Si占据了1/3的Nb的位置。
实施例4组织为α-Fe和α-Fe+ε-Fe2Nb共晶体，参见图7。
实施例5组织为ε颗粒均匀分布在α-Fe+ε-Fe2Nb共晶体上，参见图8。
权利要求
1.一种铁铌硅合金，其特征是按如下成分以重量百分比配比的合金熔炼、充分搅拌后，浇铸成构件，其合金成分(wt.％)Nb 7.0-15.0，Si 1.0-8.0，Mn＜0.15，P＜0.05，S＜0.05，Fe余量。
2.根据权利要求1所述的一种铁铌硅合金，其特征是其合金成分(wt.％)Nb 10.0-15.0，Si 3.0-5.0，Mn＜0.15，P＜0.05，S＜0.05，Fe余量。
全文摘要
本发明涉及铁合金中铁铌硅合金。一种铁铌硅合金，其特征是按如下成分以重量百分比配比的合金熔炼、充分搅拌后，浇铸成构件，其合金成分(wt.％)Nb 7.0－15.0，Si1.0－8.0，Mn＜0.15，P＜0.05，S＜0.05，Fe余量。本发明具有强韧性和良好的软磁性能，不仅可以用作炼钢用的添加合金元素的中间合金，同时具有较好的力学性能，可以用作刀具材料，也是一种具有潜在应用价值的软磁材料。
文档编号C22C38/12GK1958825SQ20051003091
公开日2007年5月9日 申请日期2005年10月31日 优先权日2005年10月31日
发明者田青超, 陈家光 申请人:宝山钢铁股份有限公司