一種高功率密度電機(jī)用無取向硅鋼及生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種無取向娃鋼及生產(chǎn)方法，具體地屬于一種高功率密度電機(jī)用無取 向娃鋼及生產(chǎn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，通過使用高牌號無取向電工鋼片和高性能永磁體等磁性材料，來制造高效 率、高能量密度的電機(jī)。該電機(jī)主要由嵌入繞組的定子和配置永磁體的轉(zhuǎn)子所構(gòu)成，W轉(zhuǎn)子 內(nèi)部埋入永磁體為主流，稱為永磁體埋入型電機(jī)即IPM電機(jī)。
[0003] 通過使用高質(zhì)量的磁性材料開發(fā)高功率密度電機(jī)，達(dá)到單位重量的高輸出功率。 因?yàn)檩敵龉β蔖皆LX鳥XXiV' )與磁性負(fù)載A巧隙磁感應(yīng)強(qiáng)度）成正比，所W， 為了得到高輸出功率，需要增加氣隙中的磁感應(yīng)強(qiáng)度，就有必要使用高磁感應(yīng)強(qiáng)度的鐵忍 材料。傳統(tǒng)無取向電工鋼主要是通過采取降低Si和A1的總量來提高磁感，但同時(shí)也增加 了鐵損，而且降低了材料疲勞極限強(qiáng)度。
[0004] 隨著汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)和空調(diào)壓縮機(jī)向小型化和提高效率化方向發(fā)展，其使用的電機(jī) 的頻率也向200~1000化W上的高頻化方向發(fā)展，要求電機(jī)使用鐵忍材料在高頻下鐵損要 低，因此有必要增加Si和A1含量。可是，Si和A1含量的增加，鋼板明顯變硬，沖壓加工時(shí) 易損壞模具，由此必須考慮鐵忍材料的磁性能與沖壓加工性的匹配問題。
[0005] 另一方面，伴隨電機(jī)的可變速運(yùn)轉(zhuǎn)，加上其轉(zhuǎn)子離屯、力變大，所W用于鐵忍的電工 鋼板要有優(yōu)良的疲勞性能。要改善疲勞性能，需要增加鋼板硬度。
[0006] 電機(jī)行業(yè)為了提高工作效率，希望定子和轉(zhuǎn)子采用同一種電磁鋼板，實(shí)現(xiàn)定子、轉(zhuǎn) 子加工一體化，同時(shí)在一條生產(chǎn)線上完成沖片加工甚至疊片成鐵忍。
[0007] 因此，高功率密度電機(jī)用鋼的要求也逐漸提高。
[0008] 經(jīng)檢索：中國專利公開號為CN1380908A的文獻(xiàn)，公開了一種無取向電工鋼板及其 制造方法。其含有質(zhì)量 ％ 為：C《0. 005%，Si:1. 5 ~3. 0%，Μη:0. 05 ~1. 5%，P《0. 05〇/〇， S《0. 02%，Α1 :0. 1~2%，Ν《0. 005%，Cr:0. 4~1.4%，其余基本為鐵的無取向電工 鋼板，具有優(yōu)良的沖片加工性能和疲勞性能，而且在1000化頻率下的應(yīng)力退火前后鐵損 低，適用于電動(dòng)汽車用電機(jī)和空調(diào)用電機(jī)的鐵忍材料。但是，該文獻(xiàn)得到的材料磁感偏低 (Bw。。^ 1. 68T)，而且疲勞極限強(qiáng)度也不高，即小于360Mpa。
[0009] 中國專利公開號為CN103173678A的文獻(xiàn)，公開了一種轉(zhuǎn)子用無取向娃鋼及其制 造方法。含有質(zhì)量 ％為：C:0. 001 ~0. 004%，Si:2. 5 ~4. 0%，A1 :0. 5 ~1. 5%，Μη:0. 1 ~ 1. 5%，Ρ《0. 02%，S《0. 001%，Ν《0. 002%，Β《0. 005%，其余鐵和不可避免的雜質(zhì)；精煉 工序先Si后Α1脫氧，最后進(jìn)行化處理，該方法主要問題是冶煉難度大，而且需要溫社，成 本高，并且0. 5mm厚度材料磁性指標(biāo)偏低（Bs。。。^ 1. 64T)，實(shí)物質(zhì)量也只有1. 67T。
[0010]中國專利公開號為CN201410545379. 4的文獻(xiàn)，公開了《一種變頻高效壓縮機(jī)用無 取向娃鋼及其生產(chǎn)方法》，其組分及重量百分比含量為：C 0. 0050%，Si:3. 1~3. 4%，Μη: 0. 03 ~0. 1%，Als《0. 01%，Ρ《0. 05%，S不超過 0. 0025%，Cu《0. 06%，Sn:0. 04 ~0. 06〇/〇， N《0. 0025%，其余為化及不可避免的雜質(zhì)；并滿足Mn/S在20~80,Als含量不為零。采 用一次冷社法進(jìn)行生產(chǎn)的磁性能為磁感的。> 1. 69T，鐵損P1.。/4。。《17. 5W/kg，沒有考慮疲 巧強(qiáng)度。
[0011] 日本公開的專利文獻(xiàn)《一種磁性和沖片加工性優(yōu)良的壓縮機(jī)用無取向電工鋼》 (JP20040072045)，其加入Sn:0. 01% ~0. 40%、Cu:0. 1% ~1. 0%、Ca:0. 001% ~0. 03〇/〇、 REM(稀±) :0.001%~0.02%。該文獻(xiàn)要求控制加工硬化指數(shù)N值在0.25W下、下屈服 強(qiáng)度/抗拉強(qiáng)度在0. 635W上。消除應(yīng)力退火后W15/50為2.6~2.8(W/kg)，B50為 1. 71燈)，沖片加工性優(yōu)良的性能指標(biāo)。其存在鐵損較高，也沒有考慮疲勞強(qiáng)度。
[0012] 美國專利US20090202383文獻(xiàn)，公開了一種無取向娃鋼及其制造方法。其通過添 加化、Ni、化、Mo、W等元素、進(jìn)行基體固溶強(qiáng)化和第二相析出強(qiáng)化來提高屈服強(qiáng)度，但該文 獻(xiàn)磁性較差，成本較高。
[0013]日本專利文獻(xiàn)特開2011-89204,公開了新能源汽車驅(qū)動(dòng)馬達(dá)用高強(qiáng)度無取向電工 鋼板，其特點(diǎn)是在鋼中添加Nb，冷社時(shí)引入大量位錯(cuò)，熱處理時(shí)控制再結(jié)晶面積比率使大 量的位錯(cuò)殘存在鋼的組織內(nèi)，從而獲得優(yōu)良磁性和機(jī)械性能。其雖然厚度為0. 35mm成品 屈服強(qiáng)度達(dá)到670MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá)到780MPa，即機(jī)械性能滿足了高強(qiáng)度鋼要求，但存在再 結(jié)晶比例過低，會導(dǎo)致磁性能惡化，磁感下降，尤其是高頻鐵損大幅上升，其成品鐵損Pi.。/4。。 高達(dá)35W/kg，磁感Bs。。。最好的也只有1.64T，差的達(dá)到1.62T，磁感太低，鐵損偏高，不適合 制造高功率密度電機(jī)。
[0014] 用現(xiàn)有的方法生產(chǎn)上述高強(qiáng)度娃鋼，雖然滿足了疲勞性能優(yōu)良要求，但會引起產(chǎn) 品磁性變差即主要使磁感降低，而且還產(chǎn)生沖壓加工性能惡化問題，如產(chǎn)品硬度太高，造成 沖片次數(shù)明顯減少，疲勞性能、磁性和沖壓加工性能不能同時(shí)滿足要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種在滿足磁感Bs。。。^ 1.69T，鐵損 ?1.〇/4。?！?7.OW/kg，產(chǎn)品硬度Hv5達(dá)到180~200的條件下，使疲勞極限強(qiáng)度> 400Mpa，并 能同時(shí)滿足鐵忍高速?zèng)_片和鐵忍疊片自動(dòng)馴接，及磁性和高疲勞強(qiáng)度要求的高功率密度電 機(jī)用無取向娃鋼及生產(chǎn)方法。
[0016] 實(shí)現(xiàn)上述目的的措施： 一種高功率密度電機(jī)用無取向娃鋼，其組分及重量百分比含量為：C《0. 0030%，Si: 3. 25 ~3. 45%，Μη:0. 05 ~0. 10%，A1《0. 005%，P《0. 05%，S《0. 0020%，Sn:0. 04 ~ 0. 06%，N《0. 0030%，并且3. 3%《（Si+Mn/2+P)《3. 5%，其余為化及不可避免的雜質(zhì)；力 學(xué)性能：磁感B日。。1. 69T，鐵損P1.日/日?！?7W/kg，疲勞極限強(qiáng)度> 400MPa，硬度Hv5在 180-200〇
[0017] 一種高功率密度電機(jī)用無取向娃鋼的生產(chǎn)方法，其步驟： 1) 按低A1純凈鋼冶煉并連鑄成巧； 2) 將連鑄巧進(jìn)行加熱，控制其均熱溫度在1120~1160°C，加熱及保溫時(shí)間在：3~5個(gè) 小時(shí)； 3) 進(jìn)行熱社：控制精社入口溫度為960~1000°C，終社溫度為820~860°C; 4) 進(jìn)行卷取并冷卻至室溫：卷取溫度控制在630~680°C，將鋼卷自然冷卻至室溫； 5) 進(jìn)行?；?，控制常化均熱溫度在950°C~1000°C，通板速度控制為25~30m/min; 6) 常規(guī)酸洗后采用一次冷社法社制至成品厚度； 7) 在常規(guī)肥和N2混合氣或全肥氣干式氣氛中進(jìn)行成品退火，并控制其退火溫度在 930~980°C，通板速度為60~80m/min; 8) 按常規(guī)進(jìn)行冷卻、涂層及精整。
[0018] 本發(fā)明各組分含量及制備方法中工藝參數(shù)控制原理闡述如下： 本發(fā)明無取向娃鋼的成分及制備工藝主要圍繞高磁性和高疲勞強(qiáng)度和合適沖片性能 設(shè)計(jì)。本發(fā)明中各元素及主要工序的作用： C在0. 003%W下。C是對磁性有害的成分，希望越低越好，退火工序可W不脫C，改善產(chǎn) 品沖片性，因此規(guī)定其含量在0. 003%W下，最好在0. 002%W下。
[0019]Si在3. 25~3. 45%。Si是提高電阻率、改善鐵損的有效添加元素，對極低鐵損高牌 號無取向娃來說，Si含量不到3. 25%得不到所需的磁性和疲勞強(qiáng)度，故其下限為3. 25%。另 一方面，Si含量如果超過3. 45%其硬度會很高，難W冷社加工，沖片性能也會惡化，因此其 上限定為3. 45〇/〇。
[0020] Μη在0. 05~0. 1%。Μη是不可避免的雜質(zhì)，不需要添加。Μη對板巧加熱時(shí)固溶的S 量有減低效果，防止熱脆性和提高基體疲勞強(qiáng)度，Μη含量必須在0. 05%W上；另一方面，其 含量如果超過0. 1%，容易產(chǎn)生細(xì)小MnS，會導(dǎo)致磁性的惡化，而且磁感下降。為避免生成MnS 和改善疲勞強(qiáng)度，防止熱脆，因此規(guī)定其含量范圍定為0. 05~0.1%。
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