《一種鐵基非晶合金寬頻及其製造方法》是安泰科技股份有限公司於2011年9月29日申請的專利，該專利的申請號為2011102934178，公布號為CN102314985A，授權公布日為2012年1月11日，發明人是周少雄、劉國棟、陳文智、丁力棟、王建、李泉、張志英、趙沛，該專利屬於非晶合金快速凝固技術領域。
《一種鐵基非晶合金寬頻及其製造方法》屬於非晶合金快速凝固技術領域，具體涉及一種鐵基非晶合金寬頻，其寬度為220～1000毫米，厚度為0.02～0.03毫米，橫向厚度偏差小於±0.002毫米，疊片係數大於0.84，飽和磁通密度大於1.5特斯拉，且在頻率為50赫茲、最大磁通密度為1.3特斯拉條件下鐵損小於0.20瓦/千克、激磁功率小於0.50伏安/千克。該發明還涉及所述寬頻的製造方法，其採用單輥急冷法，其中噴嘴縫寬度為0.4～0.7毫米，噴嘴縫橫向寬度偏差小於±0.05毫米，冷卻輥（4）的橫向平整度偏差小於0.02毫米，表面粗糙度Ra小於0.0005毫米。
2014年11月6日，《一種鐵基非晶合金寬頻及其製造方法》獲得第十六屆中國專利金獎。
（概述圖為《一種鐵基非晶合金寬頻及其製造方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種鐵基非晶合金寬頻及其製造方法
- 公布號：CN102314985A
- 公布日：2012年1月11日
- 申請號：2011102934178
- 申請日：2011年9月29日
- 申請人：安泰科技股份有限公司
- 地址：北京市海淀區學院南路76號
- 發明人：周少雄、劉國棟、陳文智、丁力棟、王建、李泉、張志英、趙沛
- Int.Cl.：H01F1/153（2006.01）I、H01F1/16（2006.01）I、C22C45/02（2006.01）I、B22D11/06（2006.01）I
- 代理機構：北京中安信智慧財產權代理事務所
- 代理人：張小娟
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,有益效果,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
鐵基非晶合金作為一種軟磁材料，具有優良的電磁特性，用於配電變壓器中的鐵芯，可以大幅度降低變壓器的運行能耗，因而在配電變壓器領域得到了廣泛套用。例如，日立金屬公司的鐵基非晶合金帶材產品（Metglas2605SA1）共有142毫米、170毫米、213毫米三種寬度規格，以供用戶製造不同尺寸的變壓器鐵芯。
現有技術的生產寬度不大於213毫米的鐵基非晶合金帶材可以製造容量在2000千伏安以下的配電變壓器，而不適於製造容量更大的配電變壓器。這是由於：非晶配電變壓器的鐵芯結構是根據變壓器容量、非晶合金帶材寬度而最佳化設計的，如果用非晶合金帶材設計製造容量大於2000千伏安的配電變壓器，只能大幅度增加非晶鐵芯的疊厚，導致非晶鐵芯的截面尺寸明顯偏離合理範圍，在技術上和經濟上不可行。換言之，對於容量在2000千伏安以上的配電變壓器，由於鐵芯體積大，需要使用更寬的非晶合金帶材製造產能發揮非晶合金的優勢。由於非晶合金配電變壓器的節能效益，迫切希望能夠在大型變壓器中使用非晶合金作為鐵芯材料。因此，對寬度在220毫米以上的鐵基非晶合金寬頻提出了很大需求。
非晶合金作為近年來迅速發展起來的新材料，一般採用快速凝固技術，也稱為單輥急冷法製造，典型的製造工藝為：將特定成分的金屬原材料熔化，再使鋼液通過一條寬度在1毫米以下的噴嘴狹縫流到一隻高速旋轉的、具有良好導熱性的金屬冷卻輥上，鋼液在冷卻輥外圓周表面鋪展並以10℃/秒的速率迅速冷卻形成厚度約為0.03毫米左右的連續金屬薄帶，其原理如圖1所示。
非晶合金帶材製造時，噴嘴縫的尺寸決定了母合金鋼液的流量，因此，噴嘴縫的橫向尺寸均勻性是非晶寬頻橫向厚度均勻性的關鍵之一。例如，美國發明專利US19970864892（名稱“Method of manufacturing a wide metal thin strip”）提供了一種用於非晶合金寬頻製造的噴嘴結構，通過專門的噴嘴外形設計，可以獲得最大寬度為200毫米的、橫向厚度均勻的非晶合金寬頻。中國發明專利ZL99808439.5（名稱“高疊層係數非晶態金屬帶及變壓器鐵心”）公開了一種製造170毫米寬非晶帶材的方法，其通過將冷卻輥表面粗糙度控制在0.005毫米以下、並將噴嘴縫表面粗糙度控制在0.005毫米以下，可以製造寬度170毫米、疊片係數90％左右的鐵基非晶寬頻。然而，如果製造更寬的非晶合金寬頻，由於噴嘴處的溫度梯度很大，過長的噴嘴很容易發生變形，從而影響非晶合金寬頻的橫向厚度一致性，嚴重降低非晶寬頻的疊片係數，嚴重時熱應力甚至會使噴嘴開裂，而不能滿足製造寬度在220毫米以上高質量鐵基非晶合金寬頻的要求。
為了連續生產非晶合金帶材，需要在帶材連鑄的同時將帶材同步卷取。由於卷取後的帶材仍然具有一定溫度，而帶材卷又難以較快冷卻，導致帶材卷可能發生結構弛豫而喪失優良的性能。為了使得非晶合金帶材在卷取後不發生明顯的結構弛豫，要求非晶合金帶材從冷卻輥表面的卷取溫度低於一定值。非晶合金帶材越寬，卷取後降溫就越緩慢，帶材卷就越容易發生結構弛豫，因而相應地要求卷取溫度越低。對於寬度在213毫米以下的非晶合金帶材，卷取溫度在150℃以下即可。而另一方面，在冷卻輥系統的冷卻能力一定時，所製造的非晶合金帶材越寬，冷卻輥表面所承受的熱負荷就越大，非晶合金帶材的卷取溫度就越高。因此，帶材溫度隨寬度的增加而提高的現象與寬頻要求卷取溫度降低之間存在矛盾，成為寬度在213毫米以上帶材製造的一個難點。
發明內容
專利目的
針對現有技術中存在的缺陷和不足，《一種鐵基非晶合金寬頻及其製造方法》的目的在於提供一種鐵基非晶合金寬頻及其製造方法，能夠製造優良性能且寬度為220～1000毫米的鐵基非晶合金寬頻。
一種鐵基非晶合金寬頻，採用單輥急冷法製造，其寬度為220～1000毫米，厚度為0.02～0.03毫米，橫向厚度偏差小於±0.002毫米，疊片係數大於0.84，飽和磁通密度大於1.5特斯拉，且在頻率為50赫茲、最大磁通密度為1.3特斯拉條件下鐵損小於0.20瓦/千克、激磁功率小於0.50伏安/千克；其中製造過程所用的冷卻輥（4）的橫向平整度偏差小於0.02毫米，表面粗糙度Ra小於0.0005毫米。
鐵基非晶合金寬頻的化學成分，按質量百分比計，可表示為Fe100-x-y-zSixByMz，其中M為Ni、Co、Cr、Mn、Cu、V、Nb、Mo、W、特斯拉a、Zr、Hf、C、P中的一種或幾種，其中x＝0～6，y＝1～5，z＝0～5，且5＜x+y+z＜12，其餘為不可避免的雜質。
x＝1.5～6，z＝0.05～3。
技術方案
為了達到上述目的，《一種鐵基非晶合金寬頻及其製造方法》進一步提供了如下技術方案：
上述鐵基非晶合金寬頻的製造方法，採用單輥急冷法，包括如下步驟：
①在冶煉爐（1）中將原材料熔化並形成成分均勻的鋼液；
②將鋼液澆入中間包（2）中鎮靜；
③將中間包（2）中的鋼液澆入噴嘴包（3）中，鋼液從噴嘴包（3）底部的噴嘴縫流出；
④從所述噴嘴縫中流出的鋼液直接流到位於其下方的高速旋轉的冷卻輥（4）表面，並迅速冷卻成為鐵基非晶合金寬頻；
⑤所述鐵基非晶合金寬頻隨即被卷取機（5）同步卷取成寬頻卷（6）；
其中在步驟④中，所述噴嘴縫的寬度為0.4～0.7毫米，橫向寬度偏差小於±0.05毫米，所述冷卻輥（4）的橫向平整度偏差小於0.02毫米，冷卻輥（4）的表面粗糙度Ra小於0.0005毫米。
在步驟④中，所述鐵基非晶合金寬頻離開冷卻輥（4）後，經一個或多個二次冷卻裝置進一步冷卻後，再進入步驟⑤。
二次冷卻裝置為輔助冷卻輥（7）、冷卻介質噴嘴（8）或其組合。
非晶合金寬頻在輔助冷卻輥（7）上形成圓心角10°以上的包角。
冷卻水通過所述輔助冷卻輥（7）的內部，所述冷卻介質噴嘴（8）向所述鐵基非晶合金寬頻表面噴吹氣體或易揮發液體介質。
噴嘴包（3）的噴嘴底面有預先加工的弧形，該弧形與工作狀態下冷卻輥的鼓形表面構成橫向一致的輥嘴間距。
在鐵基非晶合金寬頻製造過程中，對冷卻輥表面進行連續修復和清潔，使輥面粗糙度Ra始終小於0.0005毫米。
所述鐵基非晶合金寬頻的卷取溫度低於120℃。
有益效果
通過將噴嘴縫的橫向寬度偏差控制在±0.05毫米以內、將冷卻輥表面粗糙度控制在0.0005毫米以內、將冷卻輥表面平整度偏差控制在0.02毫米以內、對帶材實施二次冷卻等措施，實現了橫向厚度偏差小於±0.002毫米、疊片係數大於0.84、寬度為220～1000毫米的鐵基非晶合金寬頻的製造；該鐵基非晶合金寬頻的飽和磁通密度大於1.5特斯拉；在頻率為50赫茲、最大磁通密度為1.3特斯拉條件下的鐵損小於0.20瓦/千克；在頻率為50赫茲、最大磁通密度為1.3特斯拉條件下的激磁功率小於0.50伏安/千克。
附圖說明
圖1為《一種鐵基非晶合金寬頻及其製造方法》的鐵基非晶合金寬頻製造方法的工藝原理示意圖；
圖2為該發明所述製造方法中噴嘴縫寬度、輥嘴間距與非晶合金寬頻厚度的關係；
圖3為該發明所述製造方法中鐵基非晶合金寬頻的卷取溫度與其厚度的關係；
圖4為採用輔助冷卻輥對該發明的非晶合金寬頻進行二次冷卻的示意圖；
圖5為採用噴嘴對該發明的非晶合金寬頻進行二次冷卻示意圖。
附圖示記：1、感應熔煉爐，2、中間包，3、噴嘴包，4、冷卻輥，5、卷取機，6、帶材卷，7、輔助冷卻輥，8、冷卻介質噴嘴。
權利要求
1.一種鐵基非晶合金寬頻，採用單輥急冷法製造，其特徵在於：其寬度為220～1000毫米，厚度為0.02～0.03毫米，橫向厚度偏差小於±0.002毫米，疊片係數大於0.84，飽和磁通密度大於1.5特斯拉，且在頻率為50赫茲、最大磁通密度為1.3特斯拉條件下鐵損小於0.20瓦/千克、激磁功率小於0.50伏安/千克；其中製造過程所用的冷卻輥（4）的橫向平整度偏差小於0.02毫米，表面粗糙度Ra小於0.0005毫米。
2.如權利要求1所述的鐵基非晶合金寬頻，其特徵在於：所述鐵基非晶合金寬頻的化學成分，按質量百分比計，可表示為Fe100-x-y-zSixByMz，其中M為Ni、Co、Cr、Mn、Cu、V、Nb、Mo、W、特斯拉a、Zr、Hf、C、P中的一種或幾種，其中x＝0～6，y＝1～5，z＝0～5，且5＜x+y+z＜12，其餘為不可避免的雜質。
3.如權利要求2所述的鐵基非晶合金寬頻，其特徵在於：x＝1.5～6，z＝0.05～3。
4.如權利要求1或2所述的鐵基非晶合金寬頻的製造方法，採用單輥急冷法，包括如下步驟：
①在冶煉爐（1）中將原材料熔化並形成成分均勻的鋼液；
②將鋼液澆入中間包（2）中鎮靜；
③將中間包（2）中的鋼液澆入噴嘴包（3）中，鋼液從噴嘴包（3）底部的噴嘴縫流出；
④從所述噴嘴縫中流出的鋼液直接流到位於其下方的高速旋轉的冷卻輥（4）表面，並迅速冷卻成為鐵基非晶合金寬頻；
⑤所述鐵基非晶合金寬頻隨即被卷取機（5）同步卷取成寬頻卷（6）；
其特徵在於：在步驟④中，所述噴嘴縫的寬度為0.4～0.7毫米，橫向寬度偏差小於±0.05毫米，所述冷卻輥（4）的橫向平整度偏差小於0.02毫米，冷卻輥（4）的表面粗糙度Ra小於0.0005毫米。
5.如權利要求4所述的鐵基非晶合金寬頻的製造方法，其特徵在於：在所述步驟④中，所述鐵基非晶合金寬頻離開冷卻輥（4）後，經一個或多個二次冷卻裝置進一步冷卻後，再進入步驟⑤。
6.如權利要求5所述的鐵基非晶合金寬頻的製造方法，其特徵在於：所述二次冷卻裝置為輔助冷卻輥（7）、冷卻介質噴嘴（8）或其組合。
7.如權利要求6所述的鐵基非晶合金寬頻的製造方法，其特徵在於：非晶合金寬頻在輔助冷卻輥（7）上形成圓心角10°以上的包角。
8.如權利要求6所述的鐵基非晶合金寬頻的製造方法，其特徵在於：冷卻水通過所述輔助冷卻輥（7）的內部，所述冷卻介質噴嘴（8）向所述鐵基非晶合金寬頻表面噴吹氣體或易揮發液體介質。
9.如權利要求4所述的鐵基非晶合金寬頻的製造方法，其特徵在於：所述噴嘴包（3）的噴嘴底面有預先加工的弧形，該弧形與工作狀態下冷卻輥的鼓形表面構成橫向一致的輥嘴間距。
10.如權利要求4所述的鐵基非晶合金寬頻的製造方法，其特徵在於：在鐵基非晶合金寬頻製造過程中，對冷卻輥表面進行連續修復和清潔，使輥面粗糙度Ra始終小於0.0005毫米。
11.如權利要求4所述的鐵基非晶合金寬頻的製造方法，其特徵在於：所述鐵基非晶合金寬頻的卷取溫度低於120℃。
實施方式
在《一種鐵基非晶合金寬頻及其製造方法》的鐵基非晶合金中，Fe是合金中的最主要元素，是材料鐵磁性的來源，其含量應在88％～95％（質量百分比）之間。Fe含量過低會導致合金的飽和磁通密度低於1.5特斯拉而失去實用價值，Fe含量過高則會使合金成分過多地偏離共晶點，降低合金的非晶形成能力，導致製造出的帶材脆化甚至不能形成非晶結構。
在該發明的鐵基非晶合金中，Si和B是不可缺少的，它們被稱為玻璃化元素，其作用是與Fe配合形成接近共晶點的合金成分，降低合金熔點和形成非晶結構的臨界冷卻速率，使得合金在冷卻過程中容易產生過冷而有利於形成非晶結構。根據該發明，Si含量在0～6％（質量百分比）之間、B含量在1％～5％（質量百分比）是合適的。
此外，該發明的鐵基非晶合金中還可以添加5％（質量百分比）以下的其它元素，以改善合金的特定性能。例如，合金中適當添加Ni或Co可以提供合金的飽和磁通密度；適當添加Cr、Mn、Cu、V、Nb、Mo、W、特斯拉a、Zr、Hf等可以提高合金的晶化溫度，改善熱穩定性，但這些元素添加過多會明顯降低合金的居里溫度和飽和磁通密度，因此總添加量最好不大於5％（質量百分比）；適當添加C、P等可以改善合金的非晶形成能力或工藝性能。
總之，根據該發明的鐵基非晶合金中的Si、B和其它添加元素含量之和在5％～12％（質量百分比）之間，Fe含量在88％～95％（質量百分比）之間，此外還有極少量不可避免的雜質。
該發明的鐵基非晶合金寬頻採用單輥急冷法製造，基本工藝流程包括配料、母合金熔煉、非晶合金寬頻高速連鑄、非晶合金寬頻線上卷取，工藝流程如圖1所示。
對於該發明的鐵基非晶合金寬頻，可以採用純鐵、硼鐵、矽鐵作為母合金熔煉的原材料，在感應爐或其它方式的冶煉爐1中將原材料熔化並形成成分均勻的鋼液。然後，將鋼液澆入中間包2中。中間包既起到對生產節奏的緩衝作用，又使得鋼液得到一定時間的鎮靜，配合現有技術的其它冶金手段可以使得鋼液中的夾雜物充分上浮，改善母合金鋼液質量。
在母合金鋼液準備就緒後，將鋼液澆入噴嘴包3中。噴嘴包的底部開有一條狹長的噴嘴縫，以使鋼液流出。在噴嘴縫的下方有一隻高速旋轉的銅合金冷卻輥4，鋼液流到冷卻輥表面後立即鋪展成為均勻的薄膜並迅速冷卻成為非晶合金帶材，帶材隨即被卷取機5同步卷取成帶材卷6。
鐵基非晶合金寬頻在配電變壓器等領域套用時，為了縮小體積，一般都希望非晶合金寬頻具有儘量高的疊片係數。所謂疊片係數指多層非晶合金寬頻堆疊在一起時非晶合金材料的真實截面積與其外形截面積之比。顯然，總希望非晶合金寬頻儘可能平整，橫向厚度偏差和微觀表面缺陷儘可能少。
在上述工藝流程中，噴嘴縫的寬度、輥嘴間距（噴嘴縫到冷卻輥表面的距離）、冷卻輥轉速、噴嘴包中鋼液面高度（靜壓力）是決定非晶合金寬頻厚度的最重要因素，而噴嘴縫寬度一致性、輥嘴間距一致性則是決定非晶合金寬頻橫向厚度一致性、進而影響非晶合金寬頻疊片係數的關鍵因素。圖2為該發明通過大量非晶合金帶材製造工藝試驗獲得的上述工藝參數與非晶合金帶材厚度之間的關係。
根據該發明，噴嘴縫的長度與所述非晶合金寬頻寬度相同，而噴嘴縫的寬度為0.4～0.7毫米。如果噴嘴縫窄於0.4毫米，則在非晶合金寬頻連鑄過程中噴嘴縫容易被鋼液中不可避免的夾雜物顆粒堵塞，使得非晶合金寬頻產生分條。如果噴嘴縫寬於0.7毫米，則通過噴嘴縫的鋼液流量太大，容易使得非晶合金寬頻厚度超標。
為了達到所要求的非晶合金寬頻疊片係數，該發明要求噴嘴縫的橫向寬度偏差小於±0.05毫米。通過實驗發現，如果噴嘴縫的橫向寬度偏差大於±0.05毫米，會使鋼液流量不均勻，導致寬頻厚度不均勻，所生產寬頻的疊片係數低於84％。噴嘴縫所使用的材料可以是各種精密陶瓷材料，例如氧化鋁、氮化硼、碳化矽、石墨等。為了防止噴嘴縫在受熱過程中產生變形而引起噴嘴縫寬度變化，可以採用高強度的耐火材料與噴嘴縫材料結合在一起，提高噴嘴縫的抗變形能力，也可以適當增大噴嘴縫材料的厚度，提高強度，保證噴嘴縫的橫向寬度偏差小於±0.05毫米。
輥嘴間距是影響非晶合金寬頻厚度及其一致性的關鍵因素。該發明採用0.1～0.5毫米的輥嘴間距控制範圍以獲得厚度在0.02～0.03毫米範圍內的非晶合金寬頻。在非晶合金寬頻的生產過程中，冷卻輥的熱膨脹可能使得輥面中部隆起，冷卻輥表面成為鼓形，如果這時噴嘴底面仍然為平面，將導致輥嘴間距沿橫向不一致，從而使帶厚不均勻。為了防止這種現象，可以將噴嘴底面（噴嘴縫的出端）預先加工出一個與輥面相適應的弧度，即事先測量出在非晶合金寬頻製造過程中冷卻輥表面橫向不同位置的熱膨脹量，再利用高精度加工設備將噴嘴底面加工成與膨脹後輥面相同弧度的形狀。這樣，在非晶合金寬頻製造過程中輥嘴間距可保持橫向一致。
影響輥嘴間距一致性的另一個因素是冷卻輥表面的平整度及粗糙度。如果冷卻輥表面存在橫向或縱向起伏，相當於輥嘴間距發生了變化，將顯著影響非晶合金寬頻的厚度在橫向或縱向的一致性，進而降低非晶合金寬頻的疊片係數。該發明通過實驗發現，要使非晶合金寬頻的疊片係數達到84％以上，必須保證冷卻輥表面的橫向平整度偏差小於0.02毫米。冷卻輥表面一般通過車削的方法獲得較為平整的外圓周表面。但普通的車削裝置不能保證冷卻輥表面的橫向平整度。為了使冷卻輥表面的橫向平整度偏差小於0.02毫米，必須使用高精度的車削裝置才能使表面橫向平整度達到要求。
為了保證非晶合金寬頻的疊片係數大於84％，還必須在非晶合金寬頻連鑄過程中使得冷卻輥表面粗糙度Ra始終小於0.0005毫米。而在非晶合金帶材的連鑄過程中，由於冷卻輥表面不斷承受鋼液的侵蝕和熱衝擊，輥面質量會逐漸惡化，出現坑狀缺陷。為了及時消除輥面缺陷，需要對輥面進行持續清潔和修復；即用砂輪、砂紙或其它打磨拋光材料製造的高速旋轉盤狀或輪狀打磨裝置不間斷地接觸打磨輥面，打磨材料上打磨顆粒的粒度宜小於280目。打磨裝置還可以沿冷卻輥橫向移動，使整個帶材寬度範圍內的輥面不斷地被清潔和修復。
由於非晶合金帶材的連鑄速度高達約20米/秒，所製造的非晶合金帶材必須與帶材的連鑄過程同步卷取，否則帶材將迅速堆積，不但使後期卷取的效率低下，而且使帶材形成大量皺褶，從而容易斷裂和降低疊片係數。非晶合金帶材的卷取有多種方法，例如採用具有兩個或兩個以上捲筒的公轉盤式倒卷機，不但實現非晶合金帶材的同步卷取，而且可以線上換卷，實現非晶合金帶材的大批量連續化生產。
在非晶合金帶材被卷取後，帶材卷仍然有一定的溫度，而且帶材內部的熱量無法迅速散失，降溫速率非常緩慢。因此，非晶合金帶材的卷取溫度不能過高。已經證實，如果非晶合金帶材的卷取溫度高於120℃，則帶材被卷取後將產生不可逆結構弛豫，使非晶合金帶材失去優良的電磁特性。因此，非晶合金帶材的卷取溫度應低於120℃。
該發明實現非晶合金寬頻卷取溫度低於120℃的措施之一是將寬頻厚度控制在0.03毫米以下。該發明得到，在冷卻輥系統的冷卻能力基本穩定的條件下，帶材越厚則卷取溫度越高，如圖3所示。因而，該發明通過控制非晶合金寬頻的厚度不大於0.03毫米來保證卷取溫度低於120℃。而控制非晶合金寬頻厚度的措施如前面所述包括控制噴嘴縫寬度、輥嘴間距、噴嘴包液面高度等手段。雖然用該發明的方法可以將非晶合金寬頻厚度控制在0.02毫米以下，但是帶材過薄將使單位時間內的產量降低，從而降低了生產效率。
該發明降低非晶合金寬頻卷取溫度的措施之二是在非晶合金寬頻在冷卻輥表面的剝離點與卷取機之間增加二次冷卻裝置，其中的一種方法是安裝一個或幾個金屬材質的輔助冷卻輥7，如圖4所示。輔助冷卻輥與冷卻輥及卷取機之間的相對高度位置的布置要能夠使非晶合金寬頻在其上形成圓心角10°以上的包角，即輔助冷卻輥外圓周表面10°圓心角以上的弧面與非晶合金寬頻接觸，從而將非晶合金寬頻進一步冷卻，為了強化二次冷卻效果，輔助冷卻輥內部還可以通冷卻水。另一種方法是用噴嘴8向熔潭至卷取機之間的非晶合金寬頻表面噴吹氣體或易揮發液體介質，以進一步冷卻非晶合金寬頻；可以噴吹的介質包括：空氣、氬氣、氮氣、水、乙醇，既可以噴吹上述介質中的某一種，也可以是或者它們的混合物，還可以在相同位置或不同位置同時噴吹幾種介質，所噴吹介質既可以是室溫的，也可以是高於或低於室溫的，如圖5所示。通過對寬頻實施二次冷卻，寬頻溫度得以明顯降低，如圖3所示。
通過實施該發明的技術方案，所製造的鐵基非晶合金寬頻具有優良的特性。該發明所述的鐵基非晶合金寬頻的寬度為220～1000毫米、厚度為0.02～0.03毫米，橫向厚度偏差小於±0.002毫米，疊片係數大於0.84，飽和磁通密度大於1.5特斯拉，在頻率為50赫茲、最大磁通密度為1.3特斯拉條件下的鐵損小於0.20瓦/千克、激磁功率小於0.50伏安/千克。
下面，在該發明所述的鐵基非晶合金的化學成分範圍內，分別選取不同的鐵基非晶合金成分，用單輥急冷工藝製造非晶合金寬頻。主要工藝參數如下：母合金鋼液溫度1300～1450℃，噴嘴縫寬度0.4～0.7毫米，噴嘴縫寬度偏差小於±0.05毫米，噴嘴包中鋼液面高度300～550毫米，冷卻輥外表面線速度15～25米/秒，冷卻輥外表面的橫向平整度偏差小於0.02毫米，輥嘴間距0.1～0.4毫米。在鐵基非晶合金寬頻製造過程中，通過對冷卻輥表面進行連續修復和清潔，使輥面粗糙度Ra始終小於0.0005毫米。
具體工藝參數和非晶合金寬頻的性能分別如表1和表2所示，通過上述實驗數據可知，利用上述工藝所製造的鐵基非晶合金寬頻厚度在0.02～0.03毫米之間，寬頻厚度的橫向偏差不大於±0.002毫米，疊片係數大於0.84，飽和磁通密度大於1.5特斯拉，在頻率為50赫茲、最大磁通密度為1.3特斯拉條件下的鐵損小於0.20瓦/千克、激磁功率小於0.50伏安/千克。並且，工藝參數落在該發明範圍之外時，所製造的鐵基非晶合金寬頻容易出現脆化、卷取溫度過高、疊片係數低、磁性能惡化等不良情況。
序號 | 合金成分 （質量百分比） | 母合金鋼液溫度（℃） | 噴嘴縫長度 （毫米） | 噴嘴縫寬度 （毫米） | 噴嘴包液面高度（毫米） | 輥嘴間距（毫米） | 冷卻輥表面線速度 （米/秒） | 冷卻輥表面橫向平整度偏差（毫米） | 冷卻輥表面粗糙度Ra（毫米） | 二次冷卻 |
1 | Fe91.8Si5.5B2.5Mn0.2 | 1350 | 431 | 0.52~0.54 | 320±5 | 0.25±0.01 | 21±0.05 | 0.015 | 0.00043 | 壓縮空氣 |
2 | Fe94Si1.5B2.9C1.6 | 1320 | 285 | 0.45~0.46 | 480±5 | 0.32±0.01 | 19±0.05 | 0.010 | 0.00035 | 輔助冷卻耦 |
3 | Fe92Si5.4B2.4Ni0.1Mn0.1 | 1380 | 950 | 0.68~0.69 | 270±5 | 0.18±0.01 | 22±0.05 | 0.003 | 0.00050 | 輔助冷卻棍 |
4 | Fe91.9Si5.5B2.5C0.05Mn0.05 | 1410 | 341 | 0.60~0.61 | 280±5 | 0.20±0.01 | 22±0.05 | 0.015 | 0.00045 | 輔助冷卻棍 |
5 | Fc91.7Si5.3B3 | 1400 | 981 | 0.50~0.52 | 435±5 | 0.25±0.01 | 20±0.05 | 0.018 | 0.00030 | 輔助冷卻説 |
6 | Fe88Si6B2Cu1Nb3 | 1370 | 341 | 0.58~0.59 | 375±5 | 0.25土0.01 | 21±0.05 | 0.009 | 0.00035 | 壓縮空氣 |
7 | Fe92Si5.6B2.4（比較例） | 1350 | 300 | 0.80~0.81 | 240±5 | 0.15±0.01 | 20±0.05 | 0.040 | 0.00085 | 無 |
8 | Fe92Si5.6B2.4（比較例） | 1350 | 431 | 0.34~0.34 | 480±5 | 0.35±0.01 | 20±0.05 | 0.050 | 0.00062 | 無 |
序號 | 合金成分（質量百分比） | 卷取溫度（℃） | 帶材寬度（毫米） | 帶材厚度（毫米） | 疊片係數（%） | 飽和磁通密度（特斯拉） | 寬頻韌性 | 鐵損（瓦/千克） | 激磁功率（伏安/千克） |
1 | Fe91.8Si5.5B2.5Mn0.2 | 160 | 430.1 | 0.028~0.029 | 87.6 | 1.59 | 優 | 0.14 | 0.21 |
2 | Fe94Si1.5B2.9C1.6 | 120 | 2844 | 0.021~0.023 | 85.5 | 1.64 | 優 | 0.10 | 0.43 |
3 | Fe92Si5.4B2.4Ni0.1Mn0.1 | 135 | 948.5 | 0.022~0.024 | 88.0 | 1.61 | 優 | 0.12 | 0.31 |
4 | Fe91.9Si5.5B2.5C0.05Mn0.05 | 155 | 340 | 0.027〜0.029 | 86.9 | 1.59 | 優 | 0.13 | 0.28 |
5 | Fe91.7Si5.3B3 | 135 | 980.2 | 0.025~0.026 | 89.9 | 1.58 | 優 | 0.12 | 0.29 |
6 | Fe88Si6B2Cu1Nb3 | 165 | 340.3 | 27.0~27.6 | 85.7 | 1.52 | 優 | 0.17 | 0.48 |
7 | Fe92Si5.6B2.4（比較例） | 240 | 298.8 | 0.029-0.034 | 83.2 | 1.40 | 差 | 0.32 | 1.98 |
8 | Fe92Si5.6B2.4（比較例） | 215 | 299.3 | 0.019~0.023 | 81.7 | 1.58 | 優 | 0.28 | 0.64 |
榮譽表彰
2014年11月6日，《一種鐵基非晶合金寬頻及其製造方法》獲得第十六屆中國專利金獎。
