CN113981329A - 一种新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢及其制造方法 - Google Patents

一种新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢及其制造方法，所述无取向电工钢的化学成分及重量百分比包括C：0.001‑0.005％、Si：2.4‑3.0％、Mn：0.25‑0.5％、Al：0.70‑1.10％、P：≤0.02％、S：≤0.005％、0.015％≤Ce+Sn≤0.035％，余量为铁和不可避免的杂质，本发明通过加入Ce和Sn，净化钢质、微合金化提高无取向电工钢强度和磁性能，不需要添加固溶金属元素，且避免了高Si体系下的轧制困难问题，且不需要高温退火，解决了退火温度过高使晶粒异常长大，晶粒尺寸均匀性降低的问题，生产出的无取向电工钢具有较高强度的同时，还具有优良的磁性能。

Description

一种新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢及其 制造方法
技术领域
本发明属于无取向电工钢技术领域，具体涉及一种新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢及其制造方法。
背景技术
随着国家对环保要求的提高，新能源汽车作为环保型代步工具，发展越来越迅速；驱动电机是新能源汽车的核心部件之一，需要满足小型化、高效率、高转矩的要求。电机的小型化、高效率要求制作其铁芯的无取向电工钢要具有低铁损、高磁感；随着转速的提高，巨大的离心力很容易使电机转子遭到破坏，因此需要无取向电工钢具有较高的强度来保证在高转速下的安全性。传统的无取向硅钢可以满足低铁损、高磁感的要求，但强度较低，强度和铁损是相互矛盾的指标，强度的提高会降低磁性能，因此开发出低铁损、高强度的新能源汽车驱动电机用无取向电工钢是重要的研究任务。
提高无取向电工钢强度的方法主要有析出强化、固溶强化、位错强化以及复合强化方法，析出强化主要通过微合金元素如Nb、Ti、Ni或V与C形成细小碳化物粒子提高强度，这些细小的碳化物粒子会阻碍磁畴转动，降低磁性能；固溶强化通过Si、Mn、Al、Cu等元素提高强度，但过高的Si容易导致冷轧困难，而Cu的加入会出现“铜脆”，增大了轧制难度，且需要高温退火使Cu暂时固溶，延迟再结晶，较高的加热温度会使晶粒异常长大，不利于强度的提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢及其制造方法，通过稀土和Sn的合理配比使该电工钢具有较低铁损的同时，具备较高的强度。
本发明采取的技术方案如下：
一种新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢，所述无取向电工钢的化学成分及重量百分比包括C：0.001-0.005％、Si：2.4-3.0％、Mn：0.25-0.5％、Al：0.70-1.10％、P：≤0.02％、S：≤0.005％、0.015％≤Ce+Sn≤0.035％，余量为铁和不可避免的杂质。
所述无取向电工钢的化学成分及重量百分比优选为包括C：0.002-0.003％、Si：2.4-3.0％、Mn：0.4-0.5％、Al：0.85-0.95％、P：≤0.01％、S：≤0.002％、0.015％≤Ce+Sn≤0.035％，余量为铁和不可避免的杂质。
Ce/Sn的比值在0.5-2.0。
所述无取向电工钢的金相组织为铁素体，晶粒度等级为4-5级。
所述无取向电工钢的B50＝1.67-1.74T，W1.0/400＝16.5-21.5W/Kg，屈服强度Rel为660-745MPa，抗拉强度Rm为720-800MPa，延伸率A50≤20％。
本发明还提供了所述的新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢的制造方法，包括以下步骤：冶炼--连铸--热轧--常化酸洗--冷轧--退火--涂覆涂层。
所述热轧步骤中，热轧开轧温度1100-1200℃，终轧温度850-890℃，卷曲温度660-720℃。
所述常化酸洗步骤中，常化温度900-1000℃。
所述退火步骤中，经保护气体为80％氮气和20％氢气高温管式退火炉，退火温度为850-950℃。
本发明提供的新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢的配方中，各元素作用及控制如下：
C：本发明控制C含量主要是为了保证热轧磁轭钢的强度，但C含量过高会降低钢板韧性，且C无论以固溶体形式还是渗碳体形式存在都会损害钢板的磁性能，本发明将C含量限定在0.001-0.005％。
Si：Si含量提高，钢板的强度升高，磁感降低，增加钢板脆性，不利于热轧板卷表面质量控制，因此本发明应降低钢中Si含量，本发明Si含量2.4-3.0％。
Mn：Mn有利于提高电工钢的电阻率，降低铁损。而且可以通过固溶强化提高强度。因此本发明提高Mn含量设定为0.25-0.50％。
Al：Al含量提高，钢板强度升高，磁感提高，但Al含量过高易导致钢水发黏，因此本发明控制Al含量为0.70-1.10％。
P：P受Sn的促进作用产生偏聚，细化晶粒、提高强度、改善织构，但Fe3P偏析会使钢板脆化，降低韧性，因此本发明控制P≤0.020％。
S：S与钢中Mn可形成塑性MnS夹杂，减轻热脆现象，但会导致带钢形成带状组织，降低钢板韧性和成型性，且S对磁性能影响很大，本发明控制S含量≤0.005％。
Ce+Sn：炼钢过程中Ce易与钢中O、S等杂质元素形成Ce的氧硫化物，起到净化钢质的效果，有利于提高磁性能，Sn在热轧过程中会在原始晶界处偏聚，并促进P的偏聚，阻碍晶粒长大，使晶粒细化，提高钢板强度。但晶粒细化会导致磁滞损耗增加，由于Sn、P偏聚会改善织构，减小偏聚对磁感造成的影响，本发明控制Ce+Sn的含量0.015％-0.035％。
本发明通过加入Ce和Sn，净化钢质、微合金化提高无取向电工钢强度和磁性能，不需要添加Cr、Cu、Ti等固溶金属元素，Si含量≤3.0％，避免了高Si体系下的轧制困难问题，且不需要高温退火，解决了退火温度过高使晶粒异常长大，晶粒尺寸均匀性降低的问题，生产出的无取向电工钢具有较高强度的同时，还具有优良的磁性能。产品最终磁性能为：厚度为0.35mm时B50＝1.67-1.74T，W1.0/400＝16.5-21.5W/Kg，屈服强度Rel为660-745MPa，抗拉强度Rm为720-800MPa，延伸率A50≤20％。
附图说明
图1为实施例1中的新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢的金相组织图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢，其化学成分及重量百分比如表1所示：
表1连铸坯化学成分单位：％
C Si Sn Mn P S Al N Ce
0.003 2.68 0.01 0.49 ≤0.01 0.002 0.9 0.003 0.011
所述新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢的制造方法如下：
经过冶炼和连铸得到铸坯，铸坯厚度230mm，热轧开轧温度1120℃，终轧温度850℃，卷曲温度660℃，钢板厚度为2.2mm；常化温度900℃，酸洗后冷轧至0.35mm，冷轧后的钢卷经保护气体为80％氮气和20％氢气高温管式退火炉，退火温度为940℃，退火后的钢卷涂上半有机涂层，保证绝缘性和层间电阻。获得的高强度无取向硅电工钢的磁感应强度B50为1.73T，W1.0/400＝18.7W/Kg，屈服强度Rel为670MPa，抗拉强度Rm为745MPa，延伸率A50为20％。
实施例2
一种新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢，其化学成分及重量百分比如表2所示：
表2连铸坯化学成分单位：％
C Si Sn Mn P S Al N Ce
0.002 2.79 0.012 0.45 ≤0.01 0.001 0.94 0.003 0.015
所述新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢的制造方法如下：
经过冶炼和连铸得到铸坯，铸坯厚度230mm，热轧开轧温度1120℃，终轧温度850℃，卷曲温度660℃，钢板厚度为2.2mm；常化温度930℃，酸洗后冷轧至0.35mm，冷轧后的钢卷经保护气体为80％氮气和20％氢气高温管式退火炉，退火温度为940℃，退火后的钢卷涂上半有机涂层，保证绝缘性和层间电阻。获得的高强度无取向硅电工钢的磁感应强度B50为1.72T，W1.0/400＝17.6W/Kg，屈服强度Rel为695MPa，抗拉强度Rm为779MPa，延伸率A50为19％。
实施例3
一种新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢，其化学成分及重量百分比如表3所示：
表3连铸坯化学成分单位：％
C Si Sn Mn P S Al N Ce
0.002 2.42 0.011 0.46 ≤0.01 0.001 0.88 0.003 0.012
所述新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢的制造方法如下：
经过冶炼和连铸得到铸坯，铸坯厚度230mm，热轧开轧温度1120℃，终轧温度850℃，卷曲温度660℃，钢板厚度为2.2mm；常化温度920℃，酸洗后冷轧至0.35mm，冷轧后的钢卷经保护气体为80％氮气和20％氢气高温管式退火炉，退火温度为950℃，退火后的钢卷涂上半有机涂层，保证绝缘性和层间电阻。获得的高强度无取向硅电工钢的磁感应强度B50为1.739T，W1.0/400＝20.5W/Kg，屈服强度Rel为661MPa，抗拉强度Rm为726MPa，延伸率A50为20％。
实施例4
一种新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢，其化学成分及重量百分比如表4所示：
表4连铸坯化学成分单位：％
C Si Sn Mn P S Al N Ce
0.002 2.98 0.01 0.42 ≤0.01 0.001 0.95 0.003 0.019
所述新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢的制造方法如下：
经过冶炼和连铸得到铸坯，铸坯厚度230mm，热轧开轧温度1120℃，终轧温度850℃，卷曲温度660℃，钢板厚度为2.2mm；常化温度940℃，酸洗后冷轧至0.35mm，冷轧后的钢卷经保护气体为80％氮气和20％氢气高温管式退火炉，退火温度为950℃，退火后的钢卷涂上半有机涂层，保证绝缘性和层间电阻。获得的高强度无取向硅电工钢的磁感应强度B50为1.68T，W1.0/400＝16.7W/Kg，屈服强度Rel为740MPa，抗拉强度Rm为789MPa，延伸率A50为16％。
对比例1
一种无取向电工钢，其化学成分及重量百分比如表5所示：
表5连铸坯化学成分单位：％
C Si Sn Mn P S Al N Ce
0.002 2.89 0.01 0.42 ≤0.01 0.001 0.85 0.003 0.032
所述无取向电工钢的制造方法如下：
经过冶炼和连铸得到铸坯，铸坯厚度230mm，热轧开轧温度1120℃，终轧温度850℃，卷曲温度660℃，钢板厚度为2.2mm；常化温度900℃，酸洗后冷轧至0.35mm，冷轧后的钢卷经保护气体为80％氮气和20％氢气高温管式退火炉，退火温度为850℃，退火后的钢卷涂上半有机涂层，保证绝缘性和层间电阻。获得的无取向硅电工钢的磁感应强度B50为1.65T，W1.0/400＝24.9W/Kg，屈服强度Rel为755MPa，抗拉强度Rm为843MPa，延伸率A50为15％。
对比例2
一种无取向电工钢，其化学成分及重量百分比如表6所示：
表6连铸坯化学成分单位：％
C Si Sn Mn P S Al N Ce
0.002 2.99 0.01 0.42 ≤0.01 0.001 0.85 0.003 0.004
所述无取向电工钢的制造方法如下：
经过冶炼和连铸得到铸坯，铸坯厚度230mm，热轧开轧温度1120℃，终轧温度850℃，卷曲温度660℃，钢板厚度为2.2mm；常化温度930℃，酸洗后冷轧至0.35mm，冷轧后的钢卷经保护气体为80％氮气和20％氢气高温管式退火炉，退火温度为940℃，退火后的钢卷涂上半有机涂层，保证绝缘性和层间电阻。获得的无取向硅电工钢的磁感应强度B50为1.67T，W1.0/400＝20.6W/Kg，屈服强度Rel为560MPa，抗拉强度Rm为675MPa，延伸率A50为23％。
上述参照实施例对一种新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢及其制造方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢，其特征在于，所述无取向电工钢的化学成分及重量百分比包括C：0.001-0.005％、Si：2.4-3.0％、Mn：0.25-0.5％、Al：0.70-1.10％、P：≤0.02％、S：≤0.005％、0.015％≤Ce+Sn≤0.035％，余量为铁和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢，其特征在于，所述无取向电工钢的化学成分及重量百分比包括C：0.002-0.003％、Si：2.4-3.0％、Mn：0.4-0.5％、Al：0.85-0.95％、P：≤0.01％、S：≤0.002％、0.020％≤Ce+Sn≤0.030％，余量为铁和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢，其特征在于，Ce/Sn的比值在0.5-2.0。
4.根据权利要求1所述的新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢，其特征在于，所述无取向电工钢的金相组织为铁素体，晶粒度等级为4-5级。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢，其特征在于，所述无取向电工钢的B50＝1.67-1.74T，W1.0/400＝16.5-21.5W/Kg，屈服强度Rel为660-745MPa，抗拉强度Rm为720-800MPa，延伸率A50≤20％。
6.如权利要求1-5任意一项所述的新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：冶炼--连铸--热轧--常化酸洗--冷轧--退火--涂覆涂层。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述热轧步骤中，热轧开轧温度1100-1200℃，终轧温度850-890℃，卷曲温度660-720℃。
8.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述常化酸洗步骤中，常化温度900-1000℃。
9.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述退火步骤中，经保护气体为80％氮气和20％氢气高温管式退火炉，退火温度为850-950℃。
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