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非晶合金材料具有高飽和磁感應強度、矯頑力小、損耗低的優(yōu)點，運用于電力變壓器中，其高效、節(jié)能、環(huán)保的效果已經(jīng)被電力行業(yè)所認可。但在2009年前，我國整個行業(yè)市場上非晶合金變壓器用的非晶合金帶材，幾乎全部是日本的日立金屬公司所生產(chǎn)。2010年，我國安泰科技公司具有自主知識產(chǎn)權(quán)的萬噸級非晶合金帶材生產(chǎn)線建設(shè)投產(chǎn)，成為世界上第2家具有萬噸級非晶合金帶材生產(chǎn)能力的制造企業(yè)，徹底打破了非晶原材料依賴進口的被動局面，加快了我國電力行業(yè)低碳經(jīng)濟、綠色經(jīng)濟的發(fā)展和建設(shè)。熱處理退火工藝是非晶合金鐵心整個制作過程中最關(guān)鍵也是最難控制的工序，涉及的工藝要素也最多，包括退火溫度點、升溫速度、降溫速度、保溫時間、氣氛保護、直流磁場大小、退火爐的爐況要求等。
此種磁性材料是很特殊的，是變壓器鐵心的一種材料，大家都知道變壓器的鐵心目前是以取向硅鋼為主，我們知道取向硅鋼為晶體材料的。非晶合金帶材的特點是：帶材非常薄，硬度大，機械加工控制難度大，且相關(guān)材料特性的離散性大。非晶合金鐵心的片間結(jié)構(gòu)設(shè)計、使用條件設(shè)計、質(zhì)量計算，都跟非晶合金帶材的厚度、疊片系數(shù)、平整度、硼含量有著密切的關(guān)系。鐵心的結(jié)構(gòu)設(shè)計合理與否，不僅影響到生產(chǎn)制造技術(shù)，而且也影響到批量生產(chǎn)的效率、鐵心的質(zhì)量穩(wěn)定性等問題。因此，合理、優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計，是開發(fā)和推廣國產(chǎn)化非晶合金帶材鐵心的重要前提
熱處理退火溫度
日立金屬公司非晶合金帶材2605SA1的硼元素含量在2．4％以下，鐵心最佳的最高常規(guī)熱處理退火溫度控制范圍在340～355℃，甚至可以更寬些。國產(chǎn)非晶合金帶材1K101一A1的硼含量在2．4％～2．5％，1K10卜A2的硼含量在2．5％～2．6％，因此，鐵心的熱處理退火溫度適宜在370～380℃之間。由于非晶合金帶材經(jīng)熱處理退火后呈脆性，退火溫度越高，材料脆性越強，因此，熱處理后的鐵心，在搬運、吊裝、儲存、運輸，以及變壓器裝配過程中容易形成碎片。如碎片控制不合理，這對變壓器運行是非常危險的。因此，適宜的鐵心退火溫度，不僅要保證消除鐵心的內(nèi)在應力，恢復其磁特性，而且要能夠盡量降低非晶合金帶材的脆性，減少在鐵心后續(xù)操作中形成碎片的風險。試驗表明：國產(chǎn)非晶合金帶材鐵心最終的退火溫度控制在375～380℃為最佳。
①保溫時間
鐵心到達最佳退火溫度后，必要的保溫時間，對于調(diào)整鐵心磁性能，尤其是降低鐵心的激磁功率起關(guān)鍵作用。非晶合金鐵心的熱處理退火溫度、退火保溫時間和鐵心最終性能(單位空載損耗和單位激磁功率水平)的關(guān)系如圖1所示。單位空載損耗和單位激磁功率是鐵心的2個主要性能指標。單位空載損耗大小，決定著非晶變壓器最終的空載損耗是否能符合變壓器的空載損耗標準；而單位激磁功率的大小，會影響非晶合金變壓器運行時的噪聲水平。以目前對非晶合金鐵心熱處理退火工藝的研究，在整個退火過程中，經(jīng)過最佳退火溫度后，鐵心的單位空載損耗隨著退火溫度的提高和退火時間的延長而增大，但單位激磁功率仍隨著退火溫度的提高和退火時間的延長而降低。而且，鐵心帶材的脆性，也是隨著退火時間的增加、退火溫度的提高而增大。因此，鐵心制造者必須根據(jù)用戶對鐵心性能的要求，選擇最佳的退火溫度和最適宜的保溫時間。
②氣氛保護
非晶合金帶材是鐵基的合金材料，鐵的成分占了90％以上，因此，鐵心在高溫熱處理退火時很容易受溫度和濕度的影響而被氧化。鐵心表面被氧化后，除了表面有銹跡，更主要的是表面氧化層會導致鐵心的空載損耗明顯增大。因此，鐵心在整個熱處理退火過程中必須采用氣氛保護，減少和防止鐵心表面被氧化。與日立金屬公司的非晶合金帶材相比，根據(jù)現(xiàn)有的試驗數(shù)據(jù)，國產(chǎn)非晶合金帶材被氧化的程度更明顯。因此，國產(chǎn)非晶合金帶材鐵心在熱處理時更需加強氣氛保護。目前常用的工藝保護氣體為氮氣或氬氣，保護氣的純度可根據(jù)當?shù)貧夂颦h(huán)境、濕度情況等選擇。
③升溫和降溫速度
非晶合金鐵心的升溫速度和降溫速度，對鐵心性能也有著重要影響。由于鐵心在批量生產(chǎn)時都是多個裝載、批次性熱處理，所以，合理的升溫和降溫速度，不僅影響非晶合金鐵心的性能結(jié)果，而且也影響到生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本。升溫速度的快慢，會影響同爐次非晶合金鐵心的溫度離散性，也會影響到鐵心性能的離散性，升溫速度越快，離散性越大。對比國產(chǎn)和進口非晶合金帶材鐵心在升溫過程中的情況，進口非晶合金帶材鐵心在低溫段的溫度離散性較小，但到達高溫區(qū)時會增大；而國產(chǎn)非晶合金帶材鐵心在到達高溫區(qū)并接近最佳退火溫度點時的溫度離散性更小，幾乎可以控制在3℃之內(nèi)。因此，在升溫階段，國產(chǎn)非晶合金帶材鐵心可以直接進行快速升溫，而進口非晶合金帶材鐵心需要采用消除溫差的工藝。降溫速度的快慢，也直接影響鐵心的內(nèi)在性能。試驗證明：降溫速度快，對于降低鐵心的空載損耗是有益的，但同時會增大鐵心的激磁功率。因此，國產(chǎn)非晶合金帶材鐵心的最佳降溫速度，需根據(jù)熱處理設(shè)備的特點、鐵心最終所要達到的性能指標來選擇，這需要一定的經(jīng)驗數(shù)據(jù)來支持，對于不同的鐵心制造者來說，這不會是唯一的。
④直流磁場
成型后的非晶合金鐵心，在退火時需附加直流磁場來改善其磁特性。其原理是：將非晶合金鐵心沿帶材長度方向放在磁場中，引起非晶合金帶材單軸各向異性的磁疇排列，以此獲得良好的磁疇取向。場強的大小，是改善非晶合金鐵心磁特性的關(guān)鍵。當采用的場強大于非晶合金鐵心材料磁性能的最小飽和值時，該磁場不會對鐵心最終的磁特性產(chǎn)生有益或有害影響。因此，鐵心退火時常用的場強與非晶合金材料磁性能的飽和值保持一致或略大即可。由于成分、電磁特性等不同，國產(chǎn)與進口非晶合金帶材鐵心退火時的場強有明顯差異。試驗表明：進口非晶合金帶材鐵心退火時的場強為800A／m，或磁場電流大小在500～800A，可保證退火時鐵心材料飽和；而國產(chǎn)非晶合金帶材鐵心退火時的場強需2000A／m左右，或磁場電流大小在1400A時可保證退火時鐵心材料飽和，才能達到最佳的退火效果。