CN109439836A - 一种新能源电动车电机轴用非调质钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新能源电动车电机轴用非调质钢及其生产方法，该钢的化学成分重量百分（%）比为C：0.45~0.51、Si：0.30~0.55、Mn：1.0~1.25、P：≤0.020、S：0.010~0.025、Cr：0.10~0.20、Ni：0.20~0.30、Al：0.015~0.035、V：0.08~0.12、Nb：≤0.035、Ti：0.010~0.025、N；130~170ppm，其余原来Fe。从上述方法可知，本发明的一种新能源电动车电机轴用非调质钢及其生产方法，通过化学成分的优化设计和控轧控冷工艺技术(轧制参数)的完美结合，严格控制该配方的冶炼工艺及开、终轧温度及冷却方式，实现易车削高强韧性电机轴用非调质钢的生产，所开发的电机轴既能高强化，又能降低制造成本（节约工序成本20%）和生产周期（提高生产时间1天）。

Description

一种新能源电动车电机轴用非调质钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及易车削锻造用非调质钢生产的领域，具体涉及一种新能源电动车电机轴用非调质钢及其生产方法。
背景技术
近10年以来随着国家对传统汽车能耗减排、轻量化、经济性、动力性等技术指标严格要求，以及加大财政力度扶植补贴新能源汽车产业，发展混合动力、纯电动车等新能源电动汽车成为国家的发展战略。到2020年，纯电动汽车和插电式合动力汽车生产能力达200万辆，累计产销量超过500万辆。在国家及地方政府配套政策的支持下（购置税减免、政府及公共机构采购、扶持性电价、充电基础设施建设等）预计2030年，我国新能源乘用车用车年销量将突破1300万辆，新能源大中型客车将成为出口国际市场的主力。2018-2030年，新能源乘用车和大中型客车带来的市场空间将达13.9万亿，其相关配套产业和服务将到20万亿的市场空间。
电机驱动作为新能源汽车的三大核心零部件之一，是电动汽车行驶中的主要执行结构，其驱动特性决定了汽车行驶的主要性能指标。新能源电动汽车电机作为传统发动机功能的替代，其性能直接决定了电动汽车的爬坡、加速、最高速度等主要性能指标，新兴电机的技术、制造水平直接影响整车的性能和成本。随着我国对于新能源汽车的大力支持和技术引进，作为新能源汽车三大件中的电机必将引来蓬勃的发展。
但是目前市面上的电机轴用钢的生产成本较高、生产周期相对较长。
发明内容
本发明的目的在于：提供了一种新能源电动车电机轴用非调质钢及其生产方法，通过转炉高铁水比和冶炼过程中底吹搅拌实现钢水不过氧化情况下高钢水温度；出钢过程中的碳粉预脱氧和渣面的扩散脱氧为后续生产减轻脱氧、合金化、脱硫压力，避免钢中Mn的被炉渣的二次氧化，提高金属锰的收得率；RH不同阶段使用不同的真空度达到钢水超低碳和低自由氧量并且能减少脱氧夹杂产物，使LF精炼过程可以充分的渣面脱氧，使钢水深脱硫，实现钢水/成品碳含量的精确、稳定控制，进而提高钢水纯净度，避免钢水在浇铸过程中出现结瘤，使轧材T.O≤20ppm和稳定电机爪机的导电率。
本发明所采取的技术方案是：
一种新能源电动车电机轴用非调质钢，该钢的化学成分重量百分（%）比为C：0.45~0.51、Si：0.30~0.55、Mn：1.0~1.25、P：≤0.020、S ：0.010~0.025、Cr：0.10~0.20、Ni：0.20~0.30、Al：0.015~0.035、V：0.08~0.12、Nb：≤0.035、Ti：0.010~0.025、N：130~170ppm，其余原来Fe。
一种制备如上所述的新能源电动车电机轴用非调质钢的生产方法，包括以下步骤：铁水脱硫→LF→RH→连铸→切割→冷却→检验→加热炉加热→控轧→控冷→精整。
本发明更进一步改进方案是，高纯净度钢的精炼，LF冶炼时将Mn范围控制在0.99~1.02%；RH破空后定氢：[H]≤2.0ppm，然后取样测温，根据氧氮仪分析结果进行N-Mn线的补喂，冶炼过程中不允许补喂Al线。
本发明更进一步改进方案是，LF冶炼结束后根据光谱成分中Al含量来确定加入硅钙线的含量。
本发明更进一步改进方案是，在RH真空过程中对Al2O3充分进行变性处理。
本发明更进一步改进方案是，破空后立即喂入钛线、氮化锰包心线、硫线调整Ti、N、S的含量。
本发明更进一步改进方案是，软吹氩15分钟以上待成分均匀后吊包。
本发明更进一步改进方案是，轧制前的加热炉唯独和时间要求如图1所示。
本发明更进一步改进方案是，轧制的开轧温度：≤1000℃，表面温差≤30℃；终轧温度：≤940℃。
本发明更进一步改进方案是，成品圆钢快速下冷床后进坑冷却，轧钢厂加强入坑平直摆放控制，防止压弯。
本发明更进一步改进方案是，精整的操作包括：粗磨+涡流/漏磁+超声波探伤+检查短尺、单倍尺及定尺。
本发明的有益效果在于：
第一、本发明的一种新能源电动车电机轴用非调质钢及其生产方法，通过化学成分的优化设计和控轧控冷工艺技术(轧制参数)的完美结合，严格控制该配方的冶炼工艺及开、终轧温度及冷却方式，实现易车削高强韧性电机轴用非调质钢的生产；所开发的电机轴既能高强化，又能降低制造成本（节约工序成本20%）和生产周期（提高生产时间1天）。
第二、本发明的一种新能源电动车电机轴用非调质钢及其生产方法，控制细小微合金化元素铌、钒碳氮化物相的析出并强化铁素体软相。
第三、本发明的一种新能源电动车电机轴用非调质钢及其生产方法，增加Si元素含量，使铁素体相固溶强化，同时提高钢材屈强比。
第四、本发明的一种新能源电动车电机轴用非调质钢及其生产方法，钢中高氮促进VN粒子大量析出，VN能有效细化奥氏体晶粒，促进晶内铁素体的析出，有效的分割粗大的珠光体团，提高非调质钢的冲击韧性，并且钢中增氮还能进一步促进钢中碳氮化钒的析出，显著发挥V的析出强化作用。
第五、本发明的一种新能源电动车电机轴用非调质钢及其生产方法，为了进一步改善切削加工性，适当增加钢中S元素含量。
第六、本发明的一种新能源电动车电机轴用非调质钢及其生产方法，V-Nb-Ti微合金化技术的应用，使其可以实现再结晶+未再结晶区进行控轧控冷，显著提高非调质钢的强韧性。
附图说明
图1为钢料轧制前加热炉的炉温和加热时长要求。
图2为本发明实施例1#~3#钢的机械性能。
图3为本发明实施例1#~2#钢所制得的电机轴成品的机械性能。
图4为本发明实施例1#钢的金相图。
图5为本发明实施例1#钢的珠光体片层图。
图6为本发明实施例1#钢与现有技术钢产品的疲劳寿命对比。
具体实施方式：
下面通过具体实施方式对本发明技术方案做详细说明。
实施例1
高纯净度钢的精炼，LF冶炼时将Mn范围控制在0.99~1.02%；RH破空后定氢：[H]≤2.0ppm，然后取样测温，根据氧氮仪分析结果进行N-Mn线的补喂，冶炼过程中不允许补喂Al线；LF冶炼结束后根据光谱成分中Al含量来确定加入硅钙线的含量；在RH真空过程中对Al2O3充分进行变性处理；破空后立即喂入钛线、氮化锰包心线、硫线调整Ti、N、S的含量；软吹氩20分钟待成分均匀后吊包；轧制前，第一加热段炉温的下加热温度为750℃、上加热温度为720℃，第二加热段炉温的下加热温度为880℃、上加热温度为880℃，均热段炉温的下加热温度为1050℃、上加热炉温为1100℃；轧制的开轧温度：980℃，表面温差≤30℃；终轧温度：900℃；成品圆钢快速下冷床后进坑冷却，轧钢厂加强入坑平直摆放控制，防止压弯；精整的操作包括：粗磨+涡流/漏磁+超声波探伤+检查短尺、单倍尺及定尺。
所得的1#新能源电动车电机轴用非调质钢，该钢的化学成分重量百分（%）比为C：0.47、Si：0.35、Mn：1.22、P：0.017、S：0.022、Cr：0.16、Ni：0.27、Al：0.018、V：0.09、Nb：0.029、Ti：0.018、N：145ppm，其余原来Fe。
实施例2
生产过程工艺方法和实施例1基本一样：高纯净度钢的精炼，LF冶炼时将Mn范围控制在0.99~1.02%；RH破空后定氢：[H]≤2.0ppm，然后取样测温，根据氧氮仪分析结果进行N-Mn线的补喂，冶炼过程中不允许补喂Al线；LF冶炼结束后根据光谱成分中Al含量来确定加入硅钙线的含量；在RH真空过程中对Al2O3充分进行变性处理；破空后立即喂入钛线、氮化锰包心线、硫线调整Ti、N、S的含量；软吹氩25分钟待成分均匀后吊包；轧制前，第一加热段炉温的下加热温度为780℃、上加热温度为730℃，第二加热段炉温的下加热温度为880℃、上加热温度为850℃，均热段炉温的下加热温度为1080℃、上加热炉温为1100℃；轧制的开轧温度：950℃，表面温差≤30℃；终轧温度：880℃；成品圆钢快速下冷床后进坑冷却，轧钢厂加强入坑平直摆放控制，防止压弯；精整的操作包括：粗磨+涡流/漏磁+超声波探伤+检查短尺、单倍尺及定尺。
所得的2#新能源电动车电机轴用非调质钢，该钢的化学成分重量百分（%）比为C：0.49、Si：0.42、Mn：1.05、P：0.013、S：0.025、Cr：0.17、Ni：0.26、Al：0.023、V：0.10、Nb：0.031、Ti：0.023、N：135ppm，其余原来Fe。
实施例3
生产过程工艺方法和实施例1基本一样：高纯净度钢的精炼，LF冶炼时将Mn范围控制在0.99~1.02%；RH破空后定氢：[H]≤2.0ppm，然后取样测温，根据氧氮仪分析结果进行N-Mn线的补喂，冶炼过程中不允许补喂Al线；LF冶炼结束后根据光谱成分中Al含量来确定加入硅钙线的含量；在RH真空过程中对Al2O3充分进行变性处理；破空后立即喂入钛线、氮化锰包心线、硫线调整Ti、N、S的含量；软吹氩20分钟待成分均匀后吊包；轧制前，第一加热段炉温的下加热温度为750℃、上加热温度为750℃，第二加热段炉温的下加热温度为850℃、上加热温度为820℃，均热段炉温的下加热温度为1050℃、上加热炉温为1120℃；轧制的开轧温度：980℃，表面温差≤30℃；终轧温度：900℃；成品圆钢快速下冷床后进坑冷却，轧钢厂加强入坑平直摆放控制，防止压弯；精整的操作包括：粗磨+涡流/漏磁+超声波探伤+检查短尺、单倍尺及定尺。
所得的3#新能源电动车电机轴用非调质钢，该钢的化学成分重量百分（%）比为C：0.47、Si：0.41、Mn：1.21、P：0.013、S ：0.023、Cr：0.18、Ni：0.26、Al：0.028、V：0.11、Nb：0.031、Ti：0.023、N：155ppm，其余原来Fe。
如图2可知，将1#钢~3#钢分别进行机械性能的测试，1#钢和2#钢的机械性能相近，3#钢的机械性能最好。
选用实施例中性能相对较差、并且性能相似的1#钢和2#钢生产制备得到电机轴成品，并再次测试对应的机械性能。
制备的时候采用如下制造工艺：锻压-机加工、花键冷搓-表面淬火、回火-清洗、打标、包装。
如图3可知，各项机械性能完全符合标准，尤其是Rp性能值、Z性能值和A性能值都是远高于标准要求。
1#钢~3#钢中性能较差的1#钢和2#钢所制备得到的电机轴成品的机械性能就远高于标准，3#钢的性能虽未做成电机轴成品，但可以推定3#钢所制备成的电机轴成品的机械性能显然更优于1#钢和2#钢。
由于1#钢所做成的电机轴成品的机械性能略逊于2#钢所做成的电机轴成品的机械性能，所以再对1#钢所做成的电机轴成品进行金相图和珠光体的分析，如图4和图5所示。
所开发非调质钢的组织为铁素体+珠光体，珠光体片层间距（约0.3um）为微细珠光体，铁素体晶粒度级别为9级。
另外再将1#钢所做成的电机轴成品与现有技术中的电机轴（材料为：20CrMnTiH）做疲劳试验、并进行对比，如图6所示。
1#钢制造的电机轴机械性能和疲劳寿命均优于20CrMnTiH（现有技术中的传统工艺），并且经过评价制造成本降低25%，并且大大提高了交货周期(提高1天的生产时间)，可以批量应用于电动汽车进行装机路试。

Claims (10)

1.一种新能源电动车电机轴用非调质钢，其特征在于：该钢的化学成分重量百分（%）比为C：0.45~0.51、Si：0.30~0.55、Mn：1.0~1.25、P：≤0.020、S：0.010~0.025、Cr：0.10~0.20、Ni：0.20~0.30、Al：0.015~0.035、V：0.08~0.12、Nb：≤0.035、Ti：0.010~0.025、N；130~170ppm，其余原来Fe。
2.一种制备如权利要求1所述的新能源电动车电机轴用非调质钢的生产方法，其特征在于包括以下步骤：铁水脱硫→LF→RH→连铸→切割→冷却→检验→加热炉加热→控轧→控冷→精整。
3.如权利要求2所述的一种新能源电动车电机轴用非调质钢的生产方法，其特征在于：高纯净度钢的精炼，LF冶炼时将Mn范围控制在0.99~1.02%；RH破空后定氢：[H]≤2.0ppm，然后取样测温，根据氧氮仪分析结果进行N-Mn线的补喂，冶炼过程中不允许补喂Al线。
4.如权利要求3所述的一种新能源电动车电机轴用非调质钢的生产方法，其特征在于：LF冶炼结束后根据光谱成分中Al含量来确定加入硅钙线的含量。
5.如权利要求2所述的一种新能源电动车电机轴用非调质钢的生产方法，其特征在于：在RH真空过程中对Al2O3充分进行变性处理。
6.如权利要求5所述的一种新能源电动车电机轴用非调质钢的生产方法，其特征在于：破空后立即喂入钛线、氮化锰包心线、硫线调整Ti、N、S的含量。
7.如权利要求6所述的一种新能源电动车电机轴用非调质钢的生产方法，其特征在于：软吹氩15分钟以上待成分均匀后吊包。
8.如权利要求2所述的一种新能源电动车电机轴用非调质钢的生产方法，其特征在于：轧制的开轧温度：≤1000℃，表面温差≤30℃；终轧温度：≤940℃。
9.如权利要求2所述的一种新能源电动车电机轴用非调质钢的生产方法，其特征在于：成品圆钢快速下冷床后进坑冷却，轧钢厂加强入坑平直摆放控制，防止压弯。
10.如权利要求2所述的一种新能源电动车电机轴用非调质钢的生产方法，其特征在于：精整的操作包括：粗磨+涡流/漏磁+超声波探伤+检查短尺、单倍尺及定尺。
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Denomination of invention: A non quenched and tempered steel for motor shafts of new energy electric vehicles and its production method

Effective date of registration: 20230927

Granted publication date: 20200724

Pledgee: Bank of Jiangsu Co.,Ltd. Huai'an Branch

Pledgor: JIANGSU LIHUAI STEEL Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980059498