[發明專利]屈服強度≥500MPa的高速電機轉子用無取向硅鋼及生產方法

有效

• 申請號: 201711352947.9
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN107964631B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 石文敏;楊光;馮大軍;杜光梁;詹東方;呂黎;李準
• 申請（專利權）人: 武漢鋼鐵有限公司
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/06;C22C38/04;C22C38/14;C22C38/12;C22C38/16;C21D8/12
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 段姣姣

屈服強度≥500MPa的高速電機轉子用無取向硅鋼，其化學成分按wt%計為：Si：2.5～4.5%，Al：0.8～2.0%，Mn：0.5～2.0，N≤0.005%，S≤0.002%，C≤0.003%，P≤0.05%，Cu≤0.05%，Ti+Nb+V+Zr≤0.01%；生產方法：轉爐冶煉后并RH真空精煉；對鑄坯加熱；粗軋后精軋；卷取；酸洗；冷軋；退火。本發明與現有技術相比，在不添加額外合金元素及省去常化工藝的情況下，能有效提高無取向硅鋼的機械強度，其屈服強度不低于500MPa，對于0.35mm及以下厚度成品鐵損為P_1.0/400≤18W/kg。

技術領域

本發明涉及無取向硅鋼及生產方法，具體屬于一種屈服強度≥500MPa 的高速電機轉子用無取向硅鋼及其生產方法。

背景技術

高速電機通常指轉速超過10000r/min的電機，其電機功率密度高，體積小，在新能源汽車，航空，船舶領域具有良好的應用前景。尤其是高速永磁同步電動機，由于其功率密度高，尺寸小，重量輕，轉速范圍寬廣，在新能源汽車領域有著廣泛的應用。永磁同步電機轉子中的磁橋寬度較窄，有研究表明磁橋寬度越窄，永磁轉矩和總轉矩越高，電機效率也越高。而轉子在高速旋轉中受到較大的離心應力，磁橋寬度的減薄會導致應力更為集中，在頻繁變速旋轉過程中轉子容易產生疲勞斷裂，而永磁體鑲嵌于轉子之中。因此考慮到電機安全性要求，電工鋼片具有高屈服強度和高抗疲勞強度以抵抗離心力。處于安全問題考慮，經試驗研究，認為無取向硅鋼板的屈服強度在500MPa以上適宜。

轉子用無取向電工鋼板的另一指標就是鐵損。電機中的磁場波動分量主要集中于定子鐵芯，鐵耗主要由定子鐵芯產生，特別是定子齒。在轉子鐵芯和永磁體中磁通密度變化較小，而定子鐵芯中磁通密度變化較大。因此相對于定子鐵芯損耗，轉子和永磁體中的損耗可以忽略。而且從諧波分析可以預計，轉子中的諧波分量幅值很小，定子中的鐵耗會遠大于轉子。因此轉子產生的損耗對電機的效率沒有太大的影響，比起定子使用的材料，轉子用無取向電工鋼板的鐵損稍高是能夠接受的。但是轉子產生損耗時的發熱對永磁體具有消磁的作用，間接的惡化了電機的性能，而相對于定子鐵芯而言轉子鐵芯散熱更為困難，轉子鐵損高會提高電機的工作溫度，這對軸承和其他電子元器件的壽命帶來不利影響。因此對轉子用無取向硅鋼片的鐵損特別是高頻損耗不能過高。

為了抑制高速離心力下磁橋的疲勞變形，磁橋寬度難以無限降低，另外由于硅鋼片磁阻遠低于空氣，鐵芯中的氣隙磁通更傾向于穿過磁橋，從而不可避免的導致漏磁，使永磁體利用率降低，但是另一方面，永磁同步電機的轉矩也充分利用了轉子的磁阻轉矩，因此轉子用無取向電工鋼板對磁感一般無特殊要求。

因此，高速電機轉子用無取向硅鋼電磁鋼板必須具備較高的強度，鐵損水平可以相對寬松，但也不能過高。

查閱國內外相關專利文獻，根據提高無取向硅鋼機械強度的方法可以分為兩類：即析出強化和固溶強化。

文獻JP 2011-99163 A提出一種高強度無取向硅鋼的制造方法，其成分特點：C:≤0.02%，Si:1.6-3.0%，Mn:≤1.0%,Al:0.1-3.0%, Ni:≤2.0%,Cu:1.0-3.0%，綜合應用了Ni的固溶析出和Cu的析出強化作用提高機械強度。

文獻JP 2016-183366 A提出一種電機用高強度無去向硅鋼及其制造方法，其成分特點：C:≤0.01%，Si:0.2-4.0%，Mn:0.05-2.0%,Al: ≤2.5%, Cu:0.5-3.0%，采用400-700℃退火1s以上10min以下，其是利用Cu的析出物進行強化。

文獻JP2013-44009 A提出一種轉子用無取向硅鋼的制造方法，其成分特點：C:≤0.01%，Si:1.0-3.0%，Mn:0.05-2.0%,Al:0.1-2.0%, S+As+Nb+Ti+V+Zr+N≤0.018，Ti, Nb,V, Zr這類元素的碳氮析出物將強烈抑制硅鋼的再結晶過程，從而達到細化晶粒，提高機械強度的目的。