一种电动车驱动马达用无取向电工钢及其制造方法与流程

本发明涉及一种钢板及其制造方法，尤其涉及一种无取向电工钢板及其制造方法。

背景技术：

1、近年来，随着世界各国对碳减排、环境保护、能源节约的日益关注，传统的燃油汽车正逐渐被电动汽车取代，市场和用户对于电动汽车的需求也变得越来越大，越来越多的汽车企业开始投入对电动汽车的生产研发之中。

2、当前，为了获得更具有竞争力的电动汽车，诸多汽车生产企业对于电动汽车的驱动马达要求也在不断的提高，其要求驱动马达同时兼具小型化、高功率密度、高转速等特点，同时工作频率范围也达到了400hz到几千赫兹。

3、为了满足驱动马达这些要求，作为马达铁芯材料的无取向硅钢，需要具备高频低铁损的特点，以满足能源的高效率转化；此外，作为马达铁芯材料的无取向硅钢还需要具有足够高的强度，以保证马达转子高速旋转过程不变形、不断裂；另外，该无取向硅钢还需具备优异的磁感应强度，以满足电机启动或加速时的高扭矩要求，其除了要求纵向(轧制方向)和横向(垂直于轧制方向)磁感应强度优异外，在其它方向的磁性，特别是磁性最小值方向的磁性对电机性能也有重要影响，即希望磁性最小值方向的磁感应强度也非常优异。

4、针对这一需求，当前已有部分研究人员进行了大量的研究，并取得了一定的研究成果，但是实际应用效果均不是很理想：

5、例如：公开号为cn106435358a，公开日2017年2月22日，名称为“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”的中国专利文献公开了一种新能源汽车驱动电机用高强度无取向硅钢，其采用薄带连铸工艺和低温退火工艺，通过nbc析出和细晶组织强化，可以得到屈服强度600-780mpa无取向硅钢。但该技术方案中所获得的无取向硅钢板中的高频铁损偏高，400hz时的p10/400已经达到28.0-38.2w/kg，在600hz下铁损会进一步升高，同时也没有报道对磁各向异性的控制。

6、再例如：公开号为cn111471941a，公开日为2020年7月31日，名称为“一种屈服强度600mpa级新能源汽车驱动电机转子用高强无取向硅钢及其制造方法”的中国专利文献公开了一种高强无取向硅钢，其化学成分按wt％计为：si：2.8％-3.5％、mn：0.35％-0.65％、als：0.50％-0.80％，并通过添加cr、nb、ti、ni和v中的任意两种元素进行固溶强化，其含量范围为0.05％-0.55％。该技术方案通过增强{111}面织构，从而获得屈服强度超过600mpa产品，但其铁损p10/400高达22.6-30.4w/kg，如果在更高频率600hz下，则损耗会更高。

7、基于此，不同于上述现有的技术方案，发明人设计并期望获得一种新的电动车驱动马达用无取向电工钢及其制造方法，以满足市场和用户的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种电动车驱动马达用无取向电工钢，该电动车驱动马达用无取向电工钢具有高强度、高频低铁损、高磁感应强度且磁各向异性小的特点，其具有良好的推广前景和应用价值。采用该电动车驱动马达用无取向电工钢可以有效制备新能源汽车的驱动马达，并有效满足市场对于电动车驱动马达的高转速、小型化、高扭矩等要求。

2、为了实现上述目的，本发明提出了一种电动车驱动马达用无取向电工钢，其含有fe和不可避免的杂质，其还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：

3、c≤0.003％，si：3.0-4.5％，al：0.15-2.5％，mn：0.15-2.5％；

4、所述电动车驱动马达用无取向电工钢的磁感应强度b50m≥1.60t，其中b50m＝(b50l+b50c+2b50x)/4，其中b50l为在磁场5000a/m下磁化时轧制方向的磁感应强度；b50c为在磁场5000a/m下磁化时垂直于轧制方向的磁感应强度；b50x为在磁场5000a/m下磁化时，与轧制方向不同角度时的磁感应强度最小值。

5、进一步地，在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，其各化学元素质量百分含量为：

6、c≤0.003％，si：3.0-4.5％，al：0.15-2.5％，mn：0.15-2.5％；余量为fe和不可避免的杂质。

7、在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，各化学元素的设计原理如下所述：

8、c：在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，c元素为杂质元素，其对于无取向硅钢的磁性有害，因此必须将c元素含量严格控制在0.003％或以下，即控制钢中c元素满足：c≤0.003％。

9、当然，在某些实施方式中，为了获得更优的实施效果，可以进一步优选地将c元素的质量百分含量控制为：c≤0.002％。

10、si：在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，钢中添加适量的si元素可以增加无取向电工钢板电阻率，并降低铁损；同时，si作为固溶强化元素，还可以提升钢板的强度。因此，为了发挥si元素的有益效果，使钢材获得高屈服强度、高频低铁损的性能，钢中si元素含量需大于3.0％。但需要注意的是，钢中si元素含量也不宜过高，当钢中si元素含量超过4.5％时，会出现有序相fe3si或fesi，其材料的室温塑性会急剧劣化，且无法进行工业化大规模冷轧生产，同时磁感应强度也会劣化。基于此，考虑到si元素含量对于钢材性能的影响，在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，将si元素的质量百分含量控制在3.0-4.5％之间。

11、al：在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，al也是增加电阻率降低铁损的有效元素，考虑到该元素改善铁损的作用，钢中需添0.15％以上的al。但钢中al元素含量也不宜过高，添加过量的al会对钢材的磁感应强度不利，且会造成炼钢浇铸困难，并会导致钢板的冷加工性能恶化，因此钢中al元素的添加量需不超过2.5％。基于此，在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，将al元素的质量百分含量控制在0.15-2.5％之间。

12、mn：在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，mn元素可以提高钢材的电阻率，同时mn元素还可以与s元素反应形成mns，从而改善钢材的电磁性能，因此为发挥mn元素有益效果，钢中加入0.1％以上mn是必要的。但需要注意的是，钢中mn元素含量同样也不宜过高，当钢中mn元素含量超过2.5％，会降低钢材的塑性，且会导致冷轧断带。基于此，为了发挥mn元素的有益效果，在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，将mn元素的质量百分含量控制在0.15-2.5％之间。

13、本发明所设计的这种电动车驱动马达用无取向电工钢在具有高强度、高频低铁损、高磁感应强度的同时，其还具有磁各异向性小的特点，其屈服强度≥440mpa，铁损p10/600≤30w/kg，且磁感应强度b50m≥1.60t。

14、关于铁损，由于新能源电动汽车驱动马达不断地向着小型化、高效化发展，因此其要求无取向电工钢的高频铁损越小越好。由此，本发明具有较低的铁损，其在磁通密度1.0t、频率600hz条件下的铁损p10/600≤30w/kg。

15、关于屈服强度，电动汽车用驱动马达转子要具备在高速运转下高可靠性，特别是转速超过15000rpm，磁芯材料需要具备足够高的强度，以保证材料不变性、不断裂。因此，本发明设计了较高的屈服强度，并具体控制屈服强度≥440mpa。

16、关于磁感应强度，电动汽车的驱动马达在运转过程，钢板激磁方向在不断变化，在电机设计中，针对所采用的无取向电工钢，除了要求其纵向(轧制方向)和横向(垂直于轧制方向)的磁感应强度优异外，在其它方向的磁性，特别是磁性最小值方向的磁感应强度对于电机的性能也有重要影响。

17、因此，在本发明中，在设计这种电动车驱动马达用无取向电工钢时，具体设计钢材的磁感应强度b50m≥1.60t，并限定所设计的这种磁感应强度b50m＝(b50l+b50c+2b50x)/4。

18、进一步地，在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，其中c≤0.002％。

19、进一步地，在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，其中在不可避免的杂质中，p≤0.03％，s≤0.003％，n≤0.005％，o≤0.0030％。

20、在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，p元素、s元素、n元素和o元素均为无取向电工钢板中的杂质元素，在技术条件允许情况下，为了获得性能更好且质量更优的钢材，应尽可能降低钢中杂质元素的含量。

21、p：在本发明中，p是晶界偏聚元素，对于si≥3.0％的成分体系，如果钢中的杂质元素p含量超过0.03％，则会加剧电工钢板脆性，且难于轧制。为此，在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，将p元素的质量百分含量控制为：p≤0.03％。当然，在一些优选的实施方式中，可以进一步控制为：p≤0.02％。

22、s：在本发明中，s是磁性有害元素，其会与mn结合生成细小mns，从而阻碍成品退火时晶粒长大，劣化钢板的磁性能。为此，在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，将s元素的质量百分含量控制为：s≤0.003％。

23、n：在本发明中，n是磁性有害元素，其会与al、ti、nb、v等元素形成细小氮化物，阻碍晶粒长大。为此，在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，将n元素的质量百分含量控制为：n≤0.005％。当然，在一些优选的实施方式中，可以进一步地控制为n≤0.0035％。

24、o：在本发明中，o为有害元素，对于si≥3.0％的成分体系，材料冷加工性能对晶界氧偏聚非常敏感，同时形成的硅、铝、锰等氧化物也会使材料磁性劣化。为此，在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，将o元素的质量百分含量控制为：o≤0.0030％。

25、进一步地，在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，其中在不可避免的杂质中，p≤0.02％，n≤0.0035％。

26、进一步地，在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，其还含有b：0.0005％-0.010％。

27、在本发明上述技术方案中，为了进一步优化所设计的这种电动车驱动马达用无取向电工钢的性能，钢中还可以优选地添加有适量的b元素。

28、b：在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，b为晶界强化元素，其可以增强高硅成分体系晶界结合能力，从而提升材料冷轧加工性能。但需要注意的是，钢中需要添加适量的b，当b元素过量添加时，其会细化晶粒组织，且不利于磁性能，因此含量不宜超过0.010％；而当钢中的b元素含量低于0.0005％时，则又起不到晶界强化作用。因此，在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，还可以优选地控制添加0.0005％-0.010％的b元素。

29、进一步地，在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，其还含有co、ni、sn、sb、cu、cr的至少其中之一，并且这些元素的总质量百分含量控制在0.020-4.0％。

30、在本发明上述技术方案中，所设计的这种电动车驱动马达用无取向电工钢中还可以进一步优选地添加有co、ni、sn、sb、cu、cr元素。

31、其中，sn和sb都是晶界偏析元素，其一方面可以阻碍热轧板常化退火过程微量氧沿晶界扩散，防止钢板内氧化和塑性劣化，另一方面可以改善成品板退火过程{100}面织构、goss织构等磁性有利织构。而co、ni、cu、cr等元素可以起到固溶强化作用，同时也能够增加材料电阻率，改善钢材的铁损性能。

32、为此，为了发挥上述有益效果，在本发明中，可以优选地控制添加co、ni、sn、sb、cu、cr的至少其中之一，并将这些元素的总质量百分含量控制在0.020％以上。而当这些元素的总质量百分含量超过4％时，则它们所起到的改善效果趋于饱和，且制造成本增加，因此这些元素的总质量百分含量上限不宜超过4％。

33、进一步地，在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，其厚度为0.1～0.3mm。

34、在本发明上述技术方案中，可以优选地将成品电动车驱动马达用无取向电工钢的厚度控制在0.10-0.30mm之间，这是因为：通过厚度减薄可有效降低高频铁损中涡流损耗，因而钢板成品厚度优选在0.30mm以下；另外，从驱动电机制造生产效率方面考虑，当所采用的钢板太薄时，会降低生产效率，因此具体将钢板成品厚度控制在0.10mm以上。

35、进一步地，在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，其屈服强度≥440mpa，铁损p10/600≤30w/kg。

36、相应地，本发明的另一目的还在于提供一种用于制造上所述的电动车驱动马达用无取向电工钢的制造方法，该制造方法简单可行，通过该制造方法可以获得具有优异力学性能、电磁性能的无取向电工钢板。

37、为了达到上述发明目的，本发明提出了一种电动车驱动马达用无取向电工钢的制造方法，其包括步骤：

38、(1)制得铸坯；

39、(2)热轧：控制热轧板厚度为1.5～2.2mm；

40、(3)常化退火：控制常化退火温度为820℃-950℃；

41、(4)冷轧；

42、(5)在连续退火炉内进行连续退火；

43、(6)绝缘涂层。

44、在本发明中，发明人优化了钢材的化学成分设计，同时限定了合理的制造工艺，其根据设计的化学成分制得连铸坯后，需要依次经过热轧、常化退火、冷轧(例如可以为一次冷轧或含中间退火的二次冷轧)、最终连续退火及涂覆绝缘涂层这些工艺步骤，方可有效制备本发明所设计的这种综合性能优异的电动车驱动马达用无取向电工钢，其可以有效用于制备电动车驱动马达，并具有高强度，高频低铁损，高磁感应强度，且磁各向异性小的特点。

45、在本发明上述步骤(2)的热轧工艺中，需要将热轧获得钢卷厚度控制在1.5mm-2.2mm之间，以获得薄规格的热轧板。这是因为：通过热轧板厚度减薄，降低冷轧压下率，可以改善冷轧板织构组分，并降低不利织构γ纤维织构强度。但需要注意的是，热轧板不能太薄，否则会导致生产难度加大，且板型不良，不利于同板差控制，因此需要热轧钢卷厚度控制在1.5mm以上。

46、相应地，在本发明上述步骤(3)的常化退火工艺中，可以将热轧钢卷输送到卧式连续退火炉中进行常化退火处理，并严格控制常化退火温度在820℃-950℃之间。通过常化处理，可以提高成品磁感应强度，但温度不能太低，否则磁感应强度达不到改善效果，因此本发明控制常化退火温度在820℃以上；另外从可加工性角度出发，对于高硅成分体系，特别是si+al含量超过4.5％的常化板，钢板晶粒尺寸过大，冷轧时易断带，难于生产，因此在本发明中具体控制常化退火温度不超过950℃，且可以优选地控制保温时间不超过3min。

47、进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(3)中，控制退火炉内带钢单位张力f满足关系式：1.5≤f≤(3.8+0.3d)/([si]2×t)，其中d为热轧板厚度，其单位参量为mm，t为常化退火温度，其单位参量为℃，[si]为热轧卷中硅元素的质量百分含量，其单位参量为％，f的单位参量为n/mm2。

48、在本发明上述技术方案中，通过控制退火炉内小张力，可以促使带钢在退火过程中的各取向晶粒均匀再结晶形核和长大，以提升其它方向磁性能，降低磁各向异性，从而获得高的磁感应强度b50m。

49、在本发明中，退火炉内带钢单位张力f值的设定范围与钢材的硅含量[si]、常化退火温度t、热轧板厚度d相关。其中，钢中si元素含量[si]越高、常化退火温度t越高、热轧板厚度d越薄，则退火炉内带钢单位张力f值上限值越小，这是因为：钢中si元素含量[si]越高，特别是超过3.5％时，带钢脆性断带风险显著增高；而常化退火温度t越高、热轧板厚度d越薄，则钢材在高温段易发生变形。

50、但需要注意的是，在本发明所设计的这种技术方案中，退火炉内带钢单位张力f值也不能太低，否则带钢会发生跑偏、刮伤，因此在本发明中，具体控制退火炉内带钢单位张力f值在1.5n/mm2以上。

51、相较于现有技术，本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢及其制造方法具有如下所述的优点以及有益效果：

52、在本发明所述的电动车驱动马达用无取向电工钢中，发明人对化学元素成分配比和相关制造工艺进行了优化设计，采用该制造方法生产的电动车驱动马达用无取向电工钢在具有高强度、高频低铁损和高磁感应强度性能的同时，还具有磁各向异性小的特点。

53、在本发明中，所设计的这种电动车驱动马达用无取向电工钢的屈服强度≥440mpa，铁损p10/600≤30w/kg，并且磁感应强度b50m≥1.60t。采用该电动车驱动马达用无取向电工钢可以有效制备新能源汽车的驱动马达，并有效满足市场对于电动车驱动马达的高转速、小型化、高扭矩等要求，其具有良好的推广前景和应用价值。