CN111321344B - 一种电动汽车驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢及其生产方法 - Google Patents

一种电动汽车驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电动汽车驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢及其生产方法，成分：C≤0.0050％，2.00％≤Si≤3.50％，0.1％≤Mn≤0.5％，P≤0.020％，0.50％≤Als≤1.5％，S≤0.0040％，N≤0.0040％，Ti≤0.0040％，Mo≤0.0050％，V≤0.0050％，1.0％≤Cu≤3.0％，0.01％≤Nb≤0.2％，Sn≤0.2％和/或Sb≤0.2％，其余为Fe及不可避免的杂质；本发明添加Cu、Nb等强化元素和Sn、Sb等微合金元素，控制退火时的加热速率，以满足电动汽车驱动电机转子对电工钢材料高强度、低损耗的要求，有效调和材料磁性能与强度指标的矛盾性。

Description

一种电动汽车驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢及其生产 方法
技术领域
本发明属于无取向电工钢生产技术领域，特别涉及一种电动汽车驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢及其生产方法。
背景技术
电动汽车驱动电机由于复杂的使用工况，如高低温、高频、加速、频繁震动、过载等，与传统工业电机性能要求差异很大，既要具备高的功率密度和高的扭矩还有具备一定的材料强度。因此对于制备驱动电机的核心材料而言，即要求无取向电工钢具备良好的磁性能又要有一定的强度。随着驱动电机转速的不断提高，为确保行车安全性，对转子用电工钢强度提出了更高的要求。但对电工钢而言，在提升强度指标过程中，必然会降低电磁性能尤其是铁损恶化。如何调和材料磁性能与强度指标的矛盾性，成为驱动电机用电工钢研发的重点方向和攻关难点。
2017年9月5日公开的，公开号CN107130169A，申请号201710263501.2公开了一种高强度含铜冷轧无取向硅钢及其制造方法，该制备方法通过控制二次冷轧压下量、退火工艺以及时效工艺，从而使无取向硅钢的磁感强度、铁损以及屈服强度达到平衡，但该工艺方案复杂，需经过二次冷轧以及长时间的退火保温，不利于批量化的生产，同时添加了贵金属Ni，成本较高。
2017年9月5日公开的，公开号CN 106435358A，申请号201610884276.X公开了一种新能源汽车驱动电机用高强度无取向硅钢的制造方法，该方法采用双辊薄带连铸技术，通过添加强化元素Nb，结合后续的轧制和热处理工艺，制造出性能较好的高强度无取向硅钢，但薄带连铸技术当前尚未在工业化生产中普及，且其退火时采用Ar保护气氛，相对于(N2+H2)气氛而言，还原性较弱，对成品性能提升不利。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动汽车驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢，添加Cu、Nb等强化元素来提高强度，同时添加Sn、Sb等微量元素来改善无取向电工钢织构组分，提高磁感，降低高频铁损。
本发明另一目的在于提供一种电动汽车驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢的生产方法，采用高的加热速率，有效确保带钢在退火时充分再结晶，降低最终成品晶粒尺寸，进一步提高无取向电工钢的强度。
本发明具体技术方案如下：
一种电动汽车驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢，包括以下质量百分比的元素：
C≤0.0050％，2.00％≤Si≤3.50％，0.1％≤Mn≤0.5％，P≤0.020％，0.50％≤Als≤1.5％，S≤0.0040％，N≤0.0040％，Ti≤0.0040％，Mo≤0.0050％，V≤0.0050％，1.0％≤Cu≤3.0％，0.01％≤Nb≤0.2％，Sn≤0.2％和/或Sb≤0.2％，其余为Fe及不可避免的杂质；
优选的，所述电动汽车驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢，包括以下质量百分比的元素：
C：0.0025％，Si：3.10％，Mn：0.46％，P：0.011％，Als：0.68％，S：0.0009％，N：0.0012％，Ti：0.0018％，Mo：0.0028％，V：0.0031％，Cu：2.42％，Nb：0.08％，Sn：0.18％，其余为Fe及不可避免的杂质；
优选的，所述电动汽车驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢，包括以下质量百分比的元素：
C：0.0020％，Si：3.08％，Mn：0.36％，P：0.015％，Als：0.88％，S：0.0007％，N：0.0011％，Ti：0.0020％，Mo：0.0020％，V：0.0038％，Cu：1.87％，Nb：0.14％，Sb：0.11％，其余为Fe及不可避免的杂质；
本发明提供的一种电动汽车驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢的生产方法，包括以下步骤：
1)钢水转炉冶炼；
2)RH炉精炼和合金化处理；
3)连铸成板坯；
4)加热炉加热，热轧、卷取；
5)常化；
6)酸洗；
7)冷轧；
8)退火；
9)涂层涂覆；
10)精整。
进一步的，步骤3)连铸成230-250mm的板坯；
步骤4)中，板坯直接装入加热炉，在加热炉中加热3-5h，加热温度控制在1050-1230℃；
进一步的，步骤4)中，板坯温度不低于400℃装入加热炉。
步骤4)热轧包括粗轧、精轧，热轧成2.0-2.4mm厚度的热轧板。
步骤4)中，终轧温度为820-880℃，卷取温度在620-680℃。
步骤5)中常化热处理温度为850-1050℃，保温时间为3-5min。
步骤6)中酸洗采用盐酸酸洗，酸洗温度为70-90℃，盐酸质量浓度为5％-15％；
步骤7)冷轧，在单机架可逆轧机上经5-6道次冷轧至0.35mm，总压下率82.5-85.4％，其中，第一道次压下率控制在30％以上；
步骤8)中退火在连续退火炉中进行，带钢以≥30℃/s的速率加热至850-1050℃，保温时间为0.5-4min，炉内气氛体积比为N2：H2＝4:1，炉内其露点控制在-10℃以下，冷却速率≤10℃/s。
步骤10)精整后生产成0.35mm厚度电工钢成品卷。
针对本发明中的主要元素含量设计作简要说明：
C虽对提高材料强度有利，但其对硅钢磁性能的有害作用占据主导地位，随着C含量的增加，磁性能明显恶化，且当C含量超过0.0050％时，磁时效明显，不利于电动汽车在高温下运转；
Si能起到固溶强化的效果，且有利于降低涡流损耗；驱动电机在高速运转时，需外界提供400Hz甚至更高的频率，而在高频下，涡流损耗占据总损耗的大部分，因此提高Si含量能在提高强度的同时有效降低损耗；但是，当Si含量过高时，材料脆性增加，冷轧难度加大，不利于批量稳定化生产；所以，本发明控制2.00％≤Si≤3.50％。
Mn含量高，MnS固溶温度提高，铸坯加热温度可明显提高，有利于热轧操作；热轧终轧温度和卷曲温度提升有利于组织均匀，提高磁性能；常化处理能够使热轧组织更均匀，同时使晶粒和析出物粗化，减少不利织构组分，提高磁性。
Als与Si作用相似，能够有效提高材料的电阻率降低铁损，同时还可以与N形成氮化物并使其粗大析出，减小其对磁性能的损害，但Als过高时，易出现氧化现象，同时对钢水的Ti含量控制不利。所以，本发明控制0.50％≤Als≤1.5％。
Cu在本发明中所要求的板坯加热温度下，可实现有效固溶，从而起到固溶强化的作用，提高强度；
Nb作为典型的析出强化元素，在本发明要求的退火工艺下，较高的加热速率和较长的保温时间，有利于富Nb粒子在晶界处的析出，提高其阻止晶界迁移的能力，提高强度；
Sn、Sb在本发明要求的退火温度下，有利于在晶界处形成偏聚，阻碍晶粒长大并抑制γ织构长大，在起到细晶强化的同时提高有利织构组分强度，获得具有高强度和较优磁性能。
采用上述方法制成的电动汽车驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢带，强度高、磁性能优良，能满足驱动电机转子对无取向电工钢高效率、高强度的要求，以适应其复杂的运行工况。
与现有技术相比，本发明提供的一种电动汽车驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢及其生产方法，通过添加Cu、Nb等强化元素和Sn、Sb等微合金元素，同时控制退火时的加热速率，获得一种0.35mm厚度高强度冷轧无取向电工钢，其屈服强度Rp0.2≥600MPa，P1.0/400≤35Wkg，B50≥1.65T，以满足电动汽车驱动电机转子对电工钢材料高强度、低损耗的要求，有效调和材料磁性能与强度指标的矛盾性。
附图说明
图1为实施例1的晶粒晶界结构；
图2为实施例1的显微组织。
具体实施方式
实施例1-实施例4
一种电动汽车驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢，包括的元素和质量百分比见下表1。
对比例1-对比例3
一种冷轧无取向电工钢，包括的元素和质量百分比见下表1。
表1本发明各实施例及对比例的化学成分(wt％)，余量为Fe和不可避免的杂质
实施例 C Si Mn P Als S N Ti Mo V Cu Nb Sn Sb
对比例1 0.0030 2.98 0.35 0.011 0.95 0.0012 0.0011 0.0026 0.0088 0.0062 / / / /
对比例2 0.0021 3.02 0.30 0.010 0.86 0.0012 0.0013 0.0030 0.0094 0.0058 / / / /
对比例3 0.0025 3.10 0.46 0.011 0.68 0.0009 0.0012 0.0018 0.0028 0.0031 2.42 0.08 0.18 /
实施例1 0.0025 3.10 0.46 0.011 0.68 0.0009 0.0012 0.0018 0.0028 0.0031 2.42 0.08 0.18 /
实施例2 0.0028 3.20 0.30 0.015 0.70 0.0010 0.0015 0.0025 0.0044 0.0021 2.21 0.17 0.14 /
实施例3 0.0020 3.08 0.36 0.015 0.88 0.0007 0.0011 0.0020 0.0020 0.0038 1.87 0.14 / 0.11
实施例4 0.0024 3.15 0.40 0.010 0.80 0.0008 0.0010 0.0023 0.0024 0.0041 2.05 0.16 / 0.16
上述实施例1-实施例4所述的冷轧无取向电工钢采用以下方法生产：
1)钢水转炉冶炼；
2)RH炉精炼和合金化处理；
3)连铸成板坯，厚度为230-250mm；
4)板坯采用热装装炉，板坯温度不低于400℃，在1050-1230℃下保温3-5小时；热轧成2.0-2.4mm厚度的热轧板；热轧的终轧温度为820-880℃，卷取温度在620-680℃；
5)常化，常化热处理温度为850-1050℃，保温时间为3-5min，
6)酸洗；采用盐酸酸洗，酸洗温度为85℃，盐酸质量浓度为10％；
7)冷轧：在单机架可逆轧机上经5-6道次冷轧至0.35mm，总压下率82.5-85.4％，其中，第一道次压下率控制在30％以上；
8)退火：退火时以不低于30℃/s的加热速率加热至850-1050℃并保温0.5-4min，炉内气氛体积比为N2：H2＝4:1，炉内露点控制在-10℃以下，冷却速度不高于10℃/s。
9)涂层涂覆；
10)精整。
对比例1-对比例3所述的无取向电工钢采用以下方法生产同实施例1，区别在于以下表2中的参数。
实施例1-实施例4和对比例1-对比例3在生产过程中，主要参数见下表2。
表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数
Figure BDA0002399941150000051
图1为实施例1的晶粒晶界结构，富Nb粒子在晶界处析出，钉扎在晶界处；
图2为实施例1的显微组织，由于Nb、Sn、Sb等在晶界的钉扎，抑制了晶粒长大，从而起到细晶强化的效果。
实施例1-实施例4和对比例1-对比例3在生产的冷轧无取向电工钢能检验结果如下表3所示。
表3发明各实施例及对比例的性能检验结果
Figure BDA0002399941150000061
本发明获得的0.35mm厚度高强度冷轧无取向电工钢，其屈服强度Rp0.2≥600MPa，P1.0/400≤35Wkg，B50≥1.65T，满足电动汽车驱动电机转子对电工钢材料高强度、低损耗的要求，有效调和材料磁性能与强度指标的矛盾性。

Claims (3)

1.一种电动汽车驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢，其特征在于，所述电动汽车驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢包括以下质量百分比的元素：
C≤0.0050％，2.00％≤Si≤3.50％，0.1％≤Mn≤0.5％，P≤0.020％，0.50％≤Als≤1.5％，S≤0.0040％，N≤0.0040％，Ti≤0.0040％，Mo≤0.0050％，V≤0.0050％，1.0％≤Cu≤3.0％，0.01％≤Nb≤0.2％，Sn≤0.2％和/或Sb≤0.2％，其余为Fe及不可避免的杂质；
所述电动汽车驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢的生产方法包括：
1)钢水转炉冶炼；
2)RH炉精炼和合金化处理；
3)连铸成板坯；
4)加热炉加热，热轧、卷取；
5)常化；
6)酸洗；
7)冷轧；
8)退火：步骤8)中退火在连续退火炉中进行，带钢以≥30℃/s的速率加热至850-1050℃，保温时间为0.5-4min；
9)涂层涂覆；
10)精整；
步骤4)中，板坯温度不低于400℃装入加热炉；在加热炉中加热3-5h，加热温度控制在1050-1230℃；终轧温度为820-880℃，卷取温度在620-680℃；
步骤5)中常化热处理温度为850-1050℃，保温时间为3-5min；
步骤6)中酸洗采用盐酸酸洗，酸洗温度为70-90℃，盐酸质量浓度为5％-15％；
步骤7)冷轧，在单机架可逆轧机上经5-6道次冷轧至0.35mm，总压下率82.5-85.4％，其中，第一道次压下率控制在30％以上；
所述驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢的屈服强度Rp0.2≥600MPa，P1.0/400≤35Wkg，B50≥1.65T。
2.根据权利要求1所述的电动汽车驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢，其特征在于，所述电动汽车驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢，包括以下质量百分比的元素：
C：0.0025％，Si：3.10％，Mn：0.46％，P：0.011％，Als：0.68％，S：0.0009％，N：0.0012％，Ti：0.0018％，Mo：0.0028％，V：0.0031％，Cu：2.42％，Nb：0.08％，Sn：0.18％，其余为Fe及不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的电动汽车驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢，其特征在于，所述电动汽车驱动电机用高强度冷轧无取向电工钢，包括以下质量百分比的元素：
C：0.0020％，Si：3.08％，Mn：0.36％，P：0.015％，Als：0.88％，S：0.0007％，N：0.0011％，Ti：0.0020％，Mo：0.0020％，V：0.0038％，Cu：1.87％，Nb：0.14％，Sb：0.11％，其余为Fe及不可避免的杂质。
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