本发明涉及电工钢制造领域，特别涉及适用于电动汽车马达和高速运转电机等需要的高启动扭矩、耐冲击性能的一种较高磁感的高强度无取向电工钢及其制造方法。通过提高硅元素含量，利用其固溶强化能力，控制c、n、s、ti等对磁性能有害的元素，确保电工钢的磁性能，提高了电工钢的屈服强度，同时对热轧板进行适当的再结晶退火处理，提高了产品的加工能力。
背景技术：
随着石油、煤炭等不可再生资源日趋枯竭，环境温室效应危害日益严重，电动汽车、混合动力汽车作为一款低污染、高环保交通工具越来越得到重视，在今后必将得到广泛应用。电动汽车、混动汽车牵引马达定转子铁芯采用无取向电工钢制成，汽车在启动和加速时，牵引马达需要高的扭矩，因此需要电工钢板要具有高的磁感应强度。另外马达转子铁芯在高速下由于离心力承受极端的应变，汽车启动瞬间受到强烈冲击因此要求铁芯材料要具备高的强度和韧性。
目前的无取向电工钢产品中，随着si含量提高，产品强度得到提高，部分顶级高牌号产品屈服强度已达450mpa，产品铁损也较低，能够满足一般的工业电机和发电机组的使用。但是该类产品韧性塑性差，易脆断，磁感较低，不适合电动汽车马达等高速运转电机的使用，需开发高强度高磁感的无取向电工钢。
宝钢公开了一种较高磁感的高强度无取向电工钢及其制造方法(cn102453838a)，该制备方法采用常规冶炼浇注工艺生产铸坯，经过热轧、常化、冷轧、退火的后处理工艺后，得到具有较好磁性能、较高强度的无取向电工钢产品。该生产方式提供了一些增强高强度无取向电工钢的特定工艺路线，具有一定的参考价值，但其生产过程复杂，同时要求有常化工艺，对资源的节约与环境的发展不利，从长远来看，还需要进行工艺改进；日本jfe(jp2005-2272913)公开了一种常规流程生产高强度无取向电工钢的专利，主要的应用原理利用单质原子cu的析出强化机制，在炼钢时添加析出强化元素cu(0.6～1.1％)，经过钢水冶炼、连铸、热轧、常化、冷轧、退火、时效等后处理工序，控制cu以细小弥散的ε-cu金属相形式析出，保证磁性能的同时提高了强度。该专利的创新点在于添加了析出强化元素cu，并且很好地控制了cu在无取向电工钢生产过程中的析出，强度得到了提升。但是cu的加入易出现“铜脆”，可能会出现性能不稳定的情况，还没有实现工业化生产。目前，新日铁高强度无取向电工钢，型号为15hst780y的铁损p10/400＝37.9w/kg，屈服强度σs＝841mpa，b50＝1.62t；型号为20hst570y的铁损p10/400＝23.8w/kg，屈服强度σs＝647mpa，b50＝1.61t.
本发明致力于通过提高硅含量来对电工钢进行固溶强化，并结合位错强化提高电工钢的强度，降低其在高频的铁损，为高速电机用高强度无取向电工钢的制备提供一种新的思路。目前尚未见利用提高硅含量制备高强度无取向电工钢的报道。
技术实现要素：
针对现有无取向电工钢制造技术上存在的以上难题，本发明提供了一种高速电机用高强度无取向电工钢的制造方法，通过提高电工钢中硅元素的含量，利用硅元素的固溶强化，并结合位错强化制造性能优良的高强度无取向电工钢，提高驱动电机的使用效率。
一种低铁损高强度无取向电工钢的制备方法，工艺流程为：以工业纯铁和金属硅为原料，在真空感应炉中熔炼并浇铸成铸锭，铸锭经锻造开坯后进行热轧、再结晶退火、低温轧制、酸洗和室温轧制，冷轧板涂覆绝缘层后在ar2气氛条件下进行退火处理，最终获得具有高强度及优异磁性能的无取向电工钢薄板；具体工艺步骤及参数为：
(1)熔炼：将纯硅和工业纯铁按照成分比例进行混合，利用真空感应炉熔融后在1450-1550℃精炼，浇铸成铸锭。合金的化学成分(质量百分比)为：si＝3.5％-5.5％，c≤0.50％，s≤0.0020％，mn≤0.50％,ti≤0.0030％，p≤0.30％，b≤0.002％，余量为铁和不可避免的夹杂。
(2)锻造开坯：采用机械自由锻造方式，利用空气锤在800～1200℃范围内锻造，经过多次反复镦粗拔长，将铸锭锻成方坯；
(3)热轧：锻造方坯室温装炉，加热温度为850-1050℃，保温30min后进行热轧，两道次轧制后回炉，后进行二次热轧，得到1.0-1.5mm厚的热轧薄板；
(4)再结晶退火：对于硅含量大于4％的电工钢进行再结晶退火，消除加工硬化，降低轧制力。热轧板再结晶退火温度700-900℃，保温0.5-60min；
(5)中温轧制：这一阶段可以采取两种工艺，均可以得到0.5mm及以下的电工钢薄板；
a)热轧板在500-800℃保温10-30min后进行轧制，道次压下率5％-20％，每道次需进行回炉保温5-30min，多道次轧至0.4mm-0.5mm；
b)热轧板在酸洗后，在200-400℃保温5-30min后进行轧制，道次压下率20％-40％，每道次需进行回炉保温5-30min，3-4道次轧至0.4-0.5mm；
(6)室温轧制：室温轧制采用一次冷轧法，第一道次轧制压下率应大于25％，后电工钢薄板经室温多道次反复轧制，轧至0.03-0.30mm。
(7)最终热处理：冷轧板涂覆绝缘层后在ar2气氛条件下进行退火处理，温度400-1300℃，退火时间30s-200min，遵循退火温度越高退火时间越短的原则，最终获得高强度无取向电工钢成品板。所得电工钢成品板，磁感应强度b50＝1.58～1.68t，p10/400＝8～60w/kg，屈服强度σs＝540～1060mpa。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
(1)采用硅元素作为固溶强化元素，并结合位错强化能有效地提高电工钢的强度，并且有效地提高钢的电阻率，降低铁损，磁感应强度降幅不大。
(2)采用硅元素代替其他合金元素作为固溶强化元素，能大幅降低电工钢的生产成本。
(3)生产的高强度无取向电工钢产品性能优异，最终磁性能力学性能可通过最终退火进行控制。与目前高性能高强度无取向电工钢相比，铁损相当时，屈服强度有较大提高；屈服强度相当时，铁损有明显下降。
附图说明
图1所示为低铁损高强度无取向电工钢的工艺路线图。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
实施例一
(1)熔炼：将纯硅和工业纯铁按照成分比例进行混合，利用真空感应熔炼炉熔融后在1450-1550℃精炼，浇铸成铸锭。化学成分：合金的化学成分及质量百分比为si：4.0％，c:≤0.50％，s:≤0.0020％，mn:≤0.50％，ti:≤0.0030％，p:≤0.30％，b:≤0.0020％，余量为铁和不可避免的夹杂；
(2)锻造开坯：采用机械自由锻造方式，利用空气锤在800～1200℃范围内锻造，经过多次反复镦粗拔长，将铸锭锻成方坯；
(3)热轧：锻造方坯室温装炉，加热温度为1050℃，保温30min，利用二辊热轧机进行热轧，两道次轧制后回炉，后进行二次热轧，得到1.4mm厚的热轧薄板；
(4)再结晶退火：进行再结晶退火，消除加工硬化，降低轧制力；热轧板再结晶退火温度850℃，保温30min；
(5)中温轧制：热轧板在酸洗后，在300℃保温10min后进行轧制，道次压下率20～40％，每道次进行回炉保温10min，3-4道次轧至0.4-0.5mm；
(6)室温轧制：室温轧制采用一次冷轧法，第一道次轧制压下率30％，后电工钢薄板经室温多道次反复轧制，轧至0.15mm。
(7)将冷轧板在ar2气氛条件下进行退火处理。500℃2h退火后，b50＝1.63t，p1/400＝47.46w/kg，屈服强度σs＝934mpa，延伸率δ＝4.1％；600℃2h退火后，b50＝1.65t，p1/400＝25.00w/kg，屈服强度σs＝635mpa，延伸率δ＝16.2％。
实施例二
(1)熔炼：将纯硅和工业纯铁按照成分比例进行混合，利用真空感应熔炼炉熔融后在1450-1550℃精炼，浇铸成铸锭。化学成分：合金的化学成分(质量百分比)为si:4.5％，c≤0.50％，s≤0.0020％，mn≤0.50％,ti≤0.0030％，p≤0.30％，b≤0.0020％，余量为铁和不可避免的夹杂；
(2)锻造开坯：采用机械自由锻造方式，利用空气锤在800～1200℃范围内锻造，经过多次反复镦粗拔长，将铸锭锻成方坯；
(3)热轧：锻造方坯室温装炉，加热温度为1050℃，保温30min，利用二辊热轧机进行热轧，两道次轧制后回炉，后进行二次热轧，得到1.4mm厚的热轧薄板；
(4)再结晶退火：进行再结晶退火，消除加工硬化，降低轧制力；热轧板再结晶退火温度850℃，保温30min；
(5)中温轧制：热轧板在酸洗后，在300℃保温10min后进行轧制，道次压下率20％-40％，每道次进行回炉保温10min，4道次轧至0.4mm；
(6)室温轧制：室温轧制采用一次冷轧法，第一道次轧制压下率应30％，后电工钢薄板经室温多道次反复轧制，轧制0.15mm。
(7)将冷轧板在ar2气氛条件下进行退火处理。550℃2h退火后，b50＝1.59t，p1/400＝32.59w/kg，屈服强度σs＝960mpa，延伸率δ＝7.8％；600℃2h退火后，b50＝1.65t，p1/400＝19.97w/kg，屈服强度σs＝605mpa，延伸率δ＝13.1％。
实施例三
(1)熔炼：将纯硅和工业纯铁按照成分比例进行混合，利用真空感应熔炼炉熔融后在1450-1550℃精炼，浇铸成铸锭。化学成分：合金的化学成分及质量百分比为si：5.0％，c:≤0.50％，s:≤0.0020％，mn:≤0.50％,ti:≤0.0030％，p:≤0.30％，b:≤0.0020％，余量为铁和不可避免的夹杂；
(2)锻造开坯：采用机械自由锻造方式，利用空气锤在800～1200℃范围内锻造，经过多次反复镦粗拔长，将铸锭锻成方坯；
(3)热轧：锻造方坯室温装炉，加热温度为1050℃，保温30min，利用二辊热轧机进行热轧，两道次轧制后回炉，后进行二次热轧，得到1.4mm厚的热轧薄板；
(4)再结晶退火：进行再结晶退火，消除加工硬化，降低轧制力；热轧板再结晶退火温度850℃，保温30min；
(5)中温轧制：热轧板在300℃保温10-30min后进行轧制，道次压下率5％-20％，每道次需进行回炉保温5-30min，多道次轧至0.4mm；
(6)室温轧制：室温轧制采用一次冷轧法，第一道次轧制压下率应30％，后电工钢薄板经室温多道次反复轧制，轧至0.15mm。
(7)将冷轧板在ar2气氛条件下进行退火处理。520℃2h退火后，b50＝1.58t，p1/400＝37.56w/kg，屈服强度σs＝1103mpa，延伸率δ＝4.1％；580℃2h退火后，b50＝1.64t，p1/400＝22.54w/kg，屈服强度σs＝680mpa，延伸率δ＝12.3％。
本发明的有益效果为：(1)采用硅元素作为固溶强化元素，能有效地提高电工钢的强度，并且有效地提高钢的电阻率，降低铁损，磁感应强度降幅不大；(2)采用硅元素代替其他合金元素作为固溶强化元素，能大幅降低电工钢的生产成本；(3)生产的高强度无取向电工钢产品性能优异，能够满足高速电机对无取向电工钢的要求。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。