一种深低温用磁温度补偿合金的制作方法

本发明涉及合金领域，具体涉及一种深低温用磁温度补偿合金。

背景技术：

磁温度补偿合金是利用软磁材料的磁感应强度b在居里温度以下随温度t近似线性变化的特性，实现对磁路中的永磁体进行磁温度补偿，保证气隙工作磁场强度稳定。理想的磁温度补偿合金应具有居里温度高、b-t曲线线性度好、补偿梯度(db/dt)大的特性。但实际情况是，居里温度越高的磁温度补偿合金，其补偿梯度(db/dt)越低。因此，工程应用上针对不同使用温度范围，开发了具有不同居里温度的磁温度补偿合金。

目前磁温度补偿合金已经形成较为完善的系列产品，按合金体系大致可分为ni-cu系、fe-ni系、fe-ni-mn系、fe-ni-al系和fe-ni-cr系，其中ni-cu系和fe-ni系属于较高磁感应和较高居里温度的合金。早期开发的ni-cu系合金由于含镍量太高，且磁感应强度低，补偿温度范围窄，价格昂贵，目前已被低镍含量的fe-ni系合金所取代。

fe-ni磁温度补偿合金是目前使用最多的一种磁温度补偿合金，它突出的特点是磁感应强度高，且生产成本较低，在同样条件下使用的合金量较少。但这种简单铁镍二元合金的磁感应强度对ni含量极其敏感，所以通常采用添加新组元构成多元合金的方法来降低这种敏感性(如1j38中添加12.5～13.5％cr)。

现有标准牌号的磁温补偿合金有1j30、1j31、1j32、1j33、1j38等，但它们的补偿温度范围较窄，且在低于-20℃温度时其b-t曲线线性度变差，补偿梯度减小，因此不适用于深低温环境下的磁温度补偿。基于此，国标中规定1j30、1j31、1j32的补偿温度范围为-20℃～+60℃，1j33为20℃～+80℃，1j38为-20℃～+40℃。

2008年发表于钢铁研究学报第20卷第3期的文章“耐深低温、高补偿量新型磁温补偿合金1j30m的研制”一文，针对国内现有磁温度补偿合金在-70～+80℃温度范围内补偿效果不佳的问题，在1j30、1j32合金的基础上通过调整ni元素含量并添加适量cr元素，研制了一种新磁温度补偿合金1j30m。该合金的主要化学成分为：ni30～31％，cr3～4％，余量为fe。

根据该文章给出的数据，该1j30m合金在-70～+80℃温度范围内的补偿梯度为-4.87mt/℃，b-70℃/b80℃约为14.4，补偿效果较好。但在-70～0℃温度范围内的补偿梯度为-(2.56～2.22)mt/℃，b-70℃/b0℃约为1.71，补偿效果显著下降。

可见，虽然该合金在在-70～+80℃温度范围内具有较好的磁温度补偿效果，但不适用于深低温环境下的磁温度补偿。

公开号为cn106756601b的发明专利，针对标准牌号的磁温度补偿合金补偿温度范围窄的问题，发明了一种宽温域、高线性度的磁温度补偿合金，该合金的主要化学成分为：cr1.2～2.4％，ni30～30.7％，mn≤0.4％，杂质元素≤0.016％，余量为fe。

根据该专利给出的数据，该合金在-60～+85℃温度范围内的补偿梯度为-(5.6±0.8)mt/℃，b-60℃/b85℃≥7，具有较好的补偿效果。然而在-60～0℃温度范围内，该合金的补偿梯度仅为-(4～3.38)mt/℃，b-60℃/b0℃在1.26～1.46，补偿效果显著下降。

可见，虽然该合金在在-60～+85℃温度范围内具有较好的磁温度补偿效果，但不适用于深低温环境下的磁温度补偿。

综上所述，现有技术方案均无法满足深低温磁温度补偿的使用需求，需要开发出一种居里温度低于室温、同时又具备一定的补偿效果的磁温度补偿合金。

技术实现要素：

为此，本发明提供一种深低温用磁温度补偿合金，以满足深低温磁温度补偿的使用需求。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据本发明的一方面提供的一种深低温用磁温度补偿合金，所述合金的各组分质量百分含量为：c为0-0.04％；si为0-0.2％；mn为0.2～0.5％；ni为30.5～31.5％；cr为9.0～10.0％；fe为39.8-60％；不可避免的杂质为0-0.1％。

进一步的，所述合金的各组分质量百分含量为：c为0.001-0.04％；si为0.001-0.2％；mn为0.2～0.5％；ni为30.5～31.5％；cr为9.0～10.0％；fe为39.8-42.34％；不可避免的杂质为0.001-0.1％。

根据本发明的另一方面提供的一种制备上述深低温用磁温度补偿合金方法包括：

步骤一，冶炼

将原材料ni、cr、fe、c，混装熔化后进行熔炼，出钢前10min-1h，加入si和mn，完全熔化后即可出钢，浇铸成钢锭；钢锭冷却至室温后除掉钢锭表面的氧化皮，得去氧化皮钢锭；

步骤二，锻造

所述去氧化皮钢锭经加热保温后，在该温度下锻压成扁坯；扁坯冷却至室温后除去扁坯表面的氧化皮，得去氧化皮扁坯；

步骤三，热轧

所述去氧化皮扁坯经加热保温后，热轧成热轧带材；热轧带材冷却至室温后去除热轧带材表面的氧化皮，得去氧化皮热轧带材；

步骤四，冷轧

将所述去除氧化皮热轧带材室温冷轧开坯制成半成品；在800～1150℃温度范围对半成品进行退火；将退火后的半成品冷轧制成成品；即得深低温用磁温度补偿合金。

进一步的，所述步骤一中，所述熔炼温度为1450～1650℃；所述出钢温度为1450～1650℃。

进一步的，所述步骤二中，所述加热保温的温度为900～1250℃。

进一步的，所述步骤三中，所述加热保温的温度900～1250℃。

进一步的，所述步骤四中，所述退火时间是0.5～4h。

进一步的，所述退火是在非氧化性气氛下进行。

本发明具有如下优点：

本发明所得到的磁温度补偿合金的b-t曲线具有良好线性度，在深低温下具有更优的补偿效果。

本发明所得到的磁温度补偿合金的化学成分经过精心设计，既保证合金优异的磁补偿线性度，又保证合金具有一定的磁补偿性能。

本发明所得到的磁温度补偿合金的使用温度范围为-70～0℃，在使用温度区间内，合金的b-t曲线具有良好的线性度，db/dt为-(5.6～6.1)mt/℃，且b-70℃/b0℃≥5，具有良好的深低温磁温度补偿效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明1提供的实施例1所得到的b-t曲线图；

图2为本发明2提供的实施例2所得到的b-t曲线图；

图3为本发明3提供的实施例3所得到的b-t曲线图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如现有技术方案介绍所述，目前已经开发出的磁温度补偿合金，要么补偿温度范围窄(如标准牌号合金)，要么追求在宽温域范围具有较好的磁温度补偿效果。但就深低温应用来看，现有磁温度补偿合金补偿效果均不理想。

如前所述，磁温度补偿合金的居里温度越高，其补偿梯度(db/dt)越低，补偿效果相对越差。本发明以fe-ni-cr系合金为基础，通过提高cr元素含量来降低合金的居里温度，同时严格控制非磁性元素cr、si、mn等的含量，使本发明所述合金在深低温下具有良好的磁温度补偿效果。

c、si：为有害元素，其含量要严格控制，越低合金的b-t曲线线性度越好。

mn：为非铁磁性元素，会使合金的磁感应强度降低，通过加入适量的mn元素，可以调节合金的磁感应强度。

ni：在ni含量约30％左右，合金的磁感应强和居里温度对ni含量十分敏感，ni含量偏高(或者偏低)则合金的工作磁感应强度和居里温度会急剧升高(或者降低)，因此为获得适当的磁感应强度和居里温度，合金的ni元素含量要严格控制在30.5～31.5％范围内。

cr：为非铁磁性元素，对合金的磁感应强度影响显著。cr含量过高会大大降低合金的工作磁感应强度，无法获得理想的补偿梯度；cr含量过低无法获得线性度良好的b-t曲线，因此cr含量需要控制在9.0～10.0％范围内。

说明：本发明中提到的不可避免的杂质是因为原材料无法达到100％纯度而带入的杂质。

实施例1

磁温度补偿合金的化学组成成分质量百分含量为：c0.006％，si0.05％，mn0.21％，ni30.91％，cr9.82％，fe59％和不可避免的杂质0.004％。

磁温度补偿合金制备步骤如下：

1.冶炼：按化学组成成分的质量百分含量将原材料ni、cr、fe、c，混装熔化后进行熔炼，熔炼温度1450～1650℃，出钢前10min-1h，加入si和mn，完全熔化后即可出钢，出钢温度1450～1650℃，浇铸成钢锭。

2.钢锭扒皮：室温，采用机械加工方式将钢锭表面的氧化皮去除掉。

3.锻造：去掉氧化皮的钢锭经900～1250℃加热保温后，在该温度下锻压成所需尺寸的扁坯。

4.表面修磨：室温，采用砂轮修磨的方式去除锻造扁坯表面的氧化皮。

5.热轧：修磨后的去氧化皮的扁坯经900～1250℃加热保温后，热轧成所需尺寸的热轧带材。

6.表面修磨：室温，采用砂轮修磨的方式去除热轧带材表面的氧化皮。

7.冷轧开坯：根据成品尺寸要求，将去掉氧化皮的热轧带材室温冷轧开坯至0.5-2.5mm的半成品。

8.半成品退火：在800～1150℃温度范围对半成品进行退火.

9.成品轧制：将退火后的半成品室温冷轧至所需成品0.2mm的厚度。

10.磁性能热处理：对成品带材取样制作成标准样环，在800℃退火4h，进行磁性能测试，所得结果如图1所示，在8000a/m磁场下测得合金在-70～0℃温度范围内：db/dt＝-6.1mt/℃，b-70℃/b0℃＝8。

实施例2

磁温度补偿合金的化学组成成分质量百分含量为：c0.012％，si0.07％，mn0.48％，ni31.42％，cr9.08％，fe58.9％和不可避免的杂质0.038％。

磁温度补偿合金制备步骤如下：

1.冶炼：按化学组成成分的质量百分含量将原材料ni、cr、fe、c，混装熔化后进行熔炼，熔炼温度1450～1650℃，出钢前10min-1h，加入si和mn，完全熔化后即可出钢，出钢温度1450～1650℃，浇铸成钢锭。

2.钢锭扒皮：室温，采用机械加工方式将钢锭表面的氧化皮去除掉。

3.锻造：去氧化皮的钢锭经900～1250℃加热保温后，在该温度下锻压成所需尺寸的扁坯。

4.表面修磨：室温，采用砂轮修磨的方式去除锻造扁坯表面的氧化皮。

5.热轧：修磨后的去氧化皮的扁坯经900～1250℃加热保温后，热轧成所需尺寸的热轧带材。

6.表面修磨：室温，采用砂轮修磨的方式去除热轧带材表面的氧化皮。

7.冷轧开坯：根据成品尺寸要求，将去氧化皮的热轧带材室温冷轧开坯至1.5mm的半成品。

8.半成品退火：在800～1150℃温度范围对半成品进行退火.

9.成品轧制：将退火后的半成品室温冷轧至所需成品0.4mm的厚度。

10.磁性能热处理：对成品带材取样制作成标准样环，在氢气气氛下，在1050℃退火2h，进行磁性能测试，所得结果如图2所示，在8000a/m磁场下测得合金在-70～0℃温度范围内：db/dt＝-5.83mt/℃，b-70℃/b0℃＝5.0

实施例3

磁温度补偿合金的化学组成成分质量百分含量为：c0.021％，si0.12％，mn0.41％，ni30.53％，cr9.54％，fe59.3％和不可避免的杂质0.079％。

磁温度补偿合金制备步骤如下：

1.冶炼：按化学组成成分的质量百分含量将原材料ni、cr、fe、c，混装熔化后进行熔炼，熔炼温度1450～1650℃，出钢前10min-1h，加入si和mn，完全熔化后即可出钢，出钢温度1450～1650℃，浇铸成钢锭。

2.钢锭扒皮：室温，采用机械加工方式将钢锭表面的氧化皮去除掉。

3.锻造：去氧化皮的钢锭经900～1250℃加热保温后，在该温度下锻压成所需尺寸的扁坯。

4.表面修磨：室温，采用砂轮修磨的方式去除锻造扁坯表面的氧化皮。

5.热轧：修磨后的去氧化皮的扁坯经900～1250℃加热保温后，热轧成所需尺寸的热轧带材。

6.表面修磨：室温，采用砂轮修磨的方式去除热轧带材表面的氧化皮。

7.冷轧开坯：根据成品尺寸要求，将去氧化皮的热轧带材室温冷轧开坯至2.3mm的半成品。

8.半成品退火：在800～1150℃温度范围对半成品进行退火.

9.成品轧制：将退火后的半成品室温冷轧至所需成品0.8mm的厚度。

10.磁性能热处理：对成品带材取样制作成标准样环，在氢气气氛下，在1100℃退火0.5h，进行磁性能测试，所得结果如图3所示，在8000a/m磁场下测得合金在-70～0℃温度范围内：db/dt＝-5.68mt/℃，b-70℃/b0℃＝5.22。

由此可见，本发明所述磁温度补偿合金的使用温度范围为-70～0℃，在使用温度区间内，合金的b-t曲线具有良好的线性度，db/dt为-(5.6～6.1)mt/℃，且b-70℃/b0℃≥5，具有良好的深低温磁温度补偿效果。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。