[发明专利]一种屈服强度≥600Mpa高速电机转子用无取向硅钢及生产方法

说明书

一种屈服强度600Mpa级高速转子用无取向硅钢，其化学成分按wt%计为：C：0.001‑0.003%，Si：2.6‑3.4%，Mn：0.20‑0.60%，P≤0.005%，S≤0.005%，Als：0.75‑0.95%，N：0.002‑0.006%，Nb：0.053‑0.20%。生产步骤：经转炉冶炼并浇铸成坯；对连铸坯加热；常规的粗轧及精轧；常化；酸洗后进行冷轧；连续退火。本发明厚度不超过0.35mm的成品性能在屈服强度≥600MPa，抗拉强度≥700MPa，P_1.0/400≤35W/kg，B₅₀₀₀≥1.60T。

技术领域

本发明涉及无取向电工钢制造技术，具体涉及一种高转速转子用无取向硅钢及其生产方法，其适用于成品厚度不超过0.35mm的高强度无取向硅钢生产。

背景技术

永磁同步电机主要由绕组的定子和配置永磁体的转子所构成，以转子内部埋入永磁体为主流，称为IPM电机，是具有智能功率模块的马达。

目前，由于电子技术的飞速发展，机械设备中用电机的转速朝着可以任意控制方向发展，以实现高速化。而作为电机中铁芯材料的电磁钢板，其要求的使用的频率不再是以往的50Hz或60Hz的工频，而是要在高频环境下使用，即会在400Hz至几千Hz下运行。因此，从产品的角度看，目前的产品不能满足要求。新的要求还要转速不低于10000转/分钟，这使转子在高速运转下不仅增大了离心力，而且因转速的变化所承受的应力也在变化。因此对转子的铁芯材料的机械性能也有了较高的要求。特别是IPM电机，转子的形状复杂，既要考虑转子的应力集中，又要考虑到与离心力同时变动的应力等机械性能。此外，在机器人和其他工作机器领域所使用的伺服马达也同样因转速的高速化对电磁钢板的要求也愈来愈高。

如何制造这种磁性能和机械性能均优良的电磁钢板，有许多文献都报道过，主要提高无取向硅钢机械强度的方法可以分为几类：析出强化、固溶强化、位错强化以及以上强化机制的复合型强化。

电机所用的电工钢片成分通常都是超低碳、氮（质量分数均小于50ppm）和高硅（2.4%-3.5%），有时还需要加入高Al来保证其优异的磁性能特别是低的铁损。高转速驱动电机要求的电工钢片要较传统无取向电工钢强度高200MPa以上，并且提高强度同时还需要保证不能损害其优良的磁性能。

现有技术中，磁性能硅钢是通过Si、Al的固溶强化提高强度同时降低铁损的，其存在生产工艺苛刻，由于Si含量更高而导致冷轧困难；更高的Al会极大地增加炼钢难度。因此通常的高强结构钢多采用固溶和析出等强化机制，可有效提高强度，但其磁性能差。因此需要通过多种强化机制提高无取向电工钢强度。

日本从1980年起开始研究高强度无取向电工钢，代表厂家主要为新日铁、JFE和住友金属。

在固溶强化提高无取向电工钢强度方面，新日铁在1990年以前公开的专利中主要采用Si、P、Mn、Ni等固溶强化，有时也会用到Cr、Mo、Cu、Ti等其他合金元素，并且为达到高强度一般会适当控制成品板晶粒尺寸。

在析出强化提高无取向电工钢强度方面，由于过去的固溶强化往往含有昂贵的金属镍，导致合金成本显著上升，而且固溶强化增加了轧制前的强度，使得轧制难度增大，因此住友金属在2011年的美国专利（US 7，922.834 B2，2011-04-12）中提出了向无取向硅钢中加入Nb、Ti、V、Zr这一类的微合金元素的方法，通过形成细小碳化物粒子通过析出强化提高强度。

1990年之后，新日铁公开的专利中开始用到其他强化方式。在固溶强化的基础上同时采用Zr，Ti，V碳氮化物析出强化。一般来说，为了防止碳氮化物严重恶化磁性能，专利中对这些元素的含量都有严格的要求。另外，添加Ni会增加钢的成本，许多专利中选择不加Ni。

各种碳氮化物的强化效果也不尽相同，久保田猛认为Zr的碳氮化物与其他的碳氮化物相比，析出强化效果大，同时对磁性能的劣化较小（2003-342698，2003-12-03）。