[发明专利]屈服强度≥500MPa的高速电机转子用无取向硅钢及生产方法

说明书

屈服强度≥500MPa的高速电机转子用无取向硅钢，其化学成分按wt%计为：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%；生产方法：转炉冶炼后并RH真空精炼；对铸坯加热；粗轧后精轧；卷取；酸洗；冷轧；退火。本发明与现有技术相比，在不添加额外合金元素及省去常化工艺的情况下，能有效提高无取向硅钢的机械强度，其屈服强度不低于500MPa，对于0.35mm及以下厚度成品铁损为P_1.0/400≤18W/kg。

技术领域

本发明涉及无取向硅钢及生产方法，具体属于一种屈服强度≥500MPa 的高速电机转子用无取向硅钢及其生产方法。

背景技术

高速电机通常指转速超过10000r/min的电机，其电机功率密度高，体积小，在新能源汽车，航空，船舶领域具有良好的应用前景。尤其是高速永磁同步电动机，由于其功率密度高，尺寸小，重量轻，转速范围宽广，在新能源汽车领域有着广泛的应用。永磁同步电机转子中的磁桥宽度较窄，有研究表明磁桥宽度越窄，永磁转矩和总转矩越高，电机效率也越高。而转子在高速旋转中受到较大的离心应力，磁桥宽度的减薄会导致应力更为集中，在频繁变速旋转过程中转子容易产生疲劳断裂，而永磁体镶嵌于转子之中。因此考虑到电机安全性要求，电工钢片具有高屈服强度和高抗疲劳强度以抵抗离心力。处于安全问题考虑，经试验研究，认为无取向硅钢板的屈服强度在500MPa以上适宜。

转子用无取向电工钢板的另一指标就是铁损。电机中的磁场波动分量主要集中于定子铁芯，铁耗主要由定子铁芯产生，特别是定子齿。在转子铁芯和永磁体中磁通密度变化较小，而定子铁芯中磁通密度变化较大。因此相对于定子铁芯损耗，转子和永磁体中的损耗可以忽略。而且从谐波分析可以预计，转子中的谐波分量幅值很小，定子中的铁耗会远大于转子。因此转子产生的损耗对电机的效率没有太大的影响，比起定子使用的材料，转子用无取向电工钢板的铁损稍高是能够接受的。但是转子产生损耗时的发热对永磁体具有消磁的作用，间接的恶化了电机的性能，而相对于定子铁芯而言转子铁芯散热更为困难，转子铁损高会提高电机的工作温度，这对轴承和其他电子元器件的寿命带来不利影响。因此对转子用无取向硅钢片的铁损特别是高频损耗不能过高。

为了抑制高速离心力下磁桥的疲劳变形，磁桥宽度难以无限降低，另外由于硅钢片磁阻远低于空气，铁芯中的气隙磁通更倾向于穿过磁桥，从而不可避免的导致漏磁，使永磁体利用率降低，但是另一方面，永磁同步电机的转矩也充分利用了转子的磁阻转矩，因此转子用无取向电工钢板对磁感一般无特殊要求。

因此，高速电机转子用无取向硅钢电磁钢板必须具备较高的强度，铁损水平可以相对宽松，但也不能过高。

查阅国内外相关专利文献，根据提高无取向硅钢机械强度的方法可以分为两类：即析出强化和固溶强化。

文献JP 2011-99163 A提出一种高强度无取向硅钢的制造方法，其成分特点：C:≤0.02%，Si:1.6-3.0%，Mn:≤1.0%,Al:0.1-3.0%, Ni:≤2.0%,Cu:1.0-3.0%，综合应用了Ni的固溶析出和Cu的析出强化作用提高机械强度。

文献JP 2016-183366 A提出一种电机用高强度无去向硅钢及其制造方法，其成分特点：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的析出物进行强化。

文献JP2013-44009 A提出一种转子用无取向硅钢的制造方法，其成分特点：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这类元素的碳氮析出物将强烈抑制硅钢的再结晶过程，从而达到细化晶粒，提高机械强度的目的。