CN108504926B - 新能源汽车用无取向电工钢及其生产方法 - Google Patents

新能源汽车用无取向电工钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新能源汽车用无取向电工钢及其生产方法，涉及无取向电工钢及其生产方法。本发明包括以下步骤：步骤A：冶炼；步骤B：连铸；步骤C：加热；步骤D：除磷；步骤E：粗轧；步骤F：送入热卷箱处理；步骤G：精轧；步骤H：卷取；步骤I：一次冷轧；步骤J：中间退火；步骤K：二次冷轧；步骤L：最终退火。本发明的目的在于克服现有生产工艺难以满足新能源汽车用无取向电工钢使用要求的不足，提供了一种新能源汽车用无取向电工钢及其生产方法，其能够生产出高频下低铁损、高磁感及表面质量好的新能源汽车用超薄无取向电工钢。

Description

新能源汽车用无取向电工钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及无取向电工钢及其生产方法，更具体地说，涉及一种新能源汽车用无取向电工钢及其生产方法。
背景技术
无取向电工钢是含碳很低的硅铁软磁合金，是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要材料。无取向电工钢是在旋转磁场中工作的电动机和发电机转子的铁芯材料，要求具有良好的磁性能和工艺性能。近年来，随着新能源汽车用电机高速化和小型化的发展，对无取向电工钢的性能提出了更高的要求，如在高频下具有低铁损和高磁感强度等。
新能源汽车—电动(EV)/混合动力汽车(HEV)对电工钢的基本要求：(1)在汽车发动加速时需要有高的转矩，要求电工钢板应具有高的磁感强度；(2)在电机高速转动下，占马达损耗中比例最大的是铁损，因此，对高速马达用无取向电工钢特别要求具有低的高频铁损，而减少涡流损耗最有效的方法是减薄板厚，因此新能源汽车内的电机都是采用超薄高牌号高效无取向电工钢。
专利公开号CN 103882293A、CN 1611616A和CN 1888111A等专利申请均采用各种工艺进行无取向电工钢的开发，但是其不足之处在于：(1)绝大多数成品厚度为0.5mm，而且冷轧压下率均大于70％，而当冷轧压下率进一步提高，尤其是大于80％时，(111)织构快速增加，(100)织构被抑制，对磁感极为不利，无法满足新能源汽车用无取向硅钢高磁感要求；(2)部分专利申请的技术方案中采用钙处理，虽然钙处理能够改质夹杂物，但不能明显减少夹杂物数量；(3)热轧工序热轧卷需在700℃以上高温进行卷取，造成热轧卷表面氧化铁皮致密，增加了酸洗时的负担；(4)部分专利申请的技术方案中硅含量较低，属于中低牌号，铁损较高，无法满足新能源汽车用无取向硅钢低铁损要求；(5)其在高频率条件下的磁铁损值无法满足新能源汽车的使用要求。
综上所述，要达到新能源汽车用无取向电工钢高频下低铁损的要求，必须使用高牌号硅钢，但提高硅含量，又会导致表面瓦楞状缺陷产生；而且厚度超薄必然要求冷轧压下率增加，从而导致(111)面织构增加，对磁感不利。因此，如何生产高频下低铁损、高磁感及表面质量好的新能源汽车用超薄无取向电工钢，是现有技术中亟需解决的技术问题。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于克服现有生产工艺难以满足新能源汽车用无取向电工钢使用要求的不足，提供了一种新能源汽车用无取向电工钢及其生产方法，其能够生产出高频下低铁损、高磁感及表面质量好的新能源汽车用超薄无取向电工钢。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的新能源汽车用无取向电工钢，其化学成分质量百分比为：
Si：3.0～4.0％，Al：1.0～2.0％，[Si+Al]≥4.5％，Mn：1.0～2.0％，S≤30ppm，O≤30ppm，C≤20ppm，N≤20ppm，Ti≤30ppm，[S+O+C+N+Ti]≤80ppm，[Sn或Sb或Sn+Sb]：0.01～0.1％，稀土元素：0.001～0.1％，余量为Fe和其他杂质元素。
本发明的新能源汽车用无取向电工钢的生产方法，包括以下步骤：
步骤A：冶炼；
步骤B：连铸；
步骤C：加热；
步骤D：除磷；
步骤E：粗轧；
步骤F：送入热卷箱处理；
步骤G：精轧；
步骤H：卷取；
步骤I：一次冷轧；
步骤J：中间退火；
步骤K：二次冷轧；
步骤L：最终退火。
作为本发明更进一步的改进，步骤A冶炼过程中，首先进行转炉冶炼，然后进行RH精炼处理，处理后钢水终点化学成分质量百分比为：
Si：3.0～4.0％，Al：1.0～2.0％，[Si+Al]≥4.5％，Mn：1.0～2.0％，S≤30ppm，O≤30ppm，C≤20ppm，N≤20ppm，Ti≤30ppm，[S+O+C+N+Ti]≤80ppm，[Sn或Sb或Sn+Sb]：0.01～0.1％，稀土元素：0.001～0.1％，余量为Fe和其他杂质元素；
在RH精炼合金化结束后1～2分钟内加入所述稀土元素，加入所述稀土元素后进行搅拌，搅拌时间≥3分钟；所述稀土元素为La、Ce、Nd中任意一种或任意两种的混合或三种的混合。
作为本发明更进一步的改进，步骤B连铸过程中，控制连铸时拉速为0.6～2.0米/分钟，连铸获得厚度为200～300mm的铸坯；步骤B连铸过程采用电磁搅拌，并且控制中间包过热度(-5～0)℃，保证等轴晶率≥90％。
作为本发明更进一步的改进，步骤C加热过程中，采用热装热送，铸坯进炉温度﹥650℃，加热温度950～1150℃，加热时间≥3小时；步骤E粗轧过程中，开轧温度950～1100℃，获得厚度为20～30mm的中间坯，其中，控制粗轧总压下率≥90％。
作为本发明更进一步的改进，步骤F送入热卷箱处理过程中，中间坯头尾互换。
作为本发明更进一步的改进，步骤G精轧过程中，开轧温度950～1050℃，终轧温度880～920℃，获得厚度为0.8～1.0mm的热轧板；步骤H卷取过程中，卷取温度控制为600～700℃；步骤I一次冷轧过程中，一次冷轧至厚度为0.40～0.50mm；步骤J中间退火过程中，控制中间退火温度为800～900℃，保温时间2～5分钟；步骤K二次冷轧过程中，二次冷轧至厚度为0.20～0.25mm；步骤L最终退火过程中，控制最终退火温度为950～1200℃，保温时间2～5分钟。
作为本发明更进一步的改进，步骤G精轧过程控制精轧压下率≥95％；步骤I一次冷轧过程控制压下率50～60％；步骤K二次冷轧过程控制压下率50～60％。
作为本发明更进一步的改进，步骤I一次冷轧过程、步骤K二次冷轧过程均采用冷连轧。
作为本发明更进一步的改进，步骤J中间退火过程、步骤L最终退火过程均采用连续退火炉，热处理气氛为100％氢气。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：
(1)本发明的新能源汽车用无取向电工钢的生产方法，其步骤A至步骤L的各工艺参数相互配合，能够生产出高频下低铁损、高磁感及表面质量好的新能源汽车用超薄无取向电工钢。
(2)本发明的新能源汽车用无取向电工钢的生产方法，其中，步骤A冶炼时，钢水成分设计中提高锰含量、添加Sn、Sb可提高磁感；增加稀土元素可深度净化钢液，保证超高纯净钢水，控制夹杂物数量，提高磁感；设计钢水中[Si+Al]≥4.5％，成品厚度0.20～0.25mm，保证高频下获得低的铁损；步骤B连铸过程采用电磁搅拌+负过热度浇注，保证等轴晶率≥90％，减少了传统工艺中的高温卷取与常化工艺，消除表面瓦楞缺陷；冷轧过程采用二次中等压下率控制，得到最佳取向织构，提高磁感；步骤F送入热卷箱处理过程中，中间坯头尾互换，使得中间坯温度均匀，从而保证成品磁性能的稳定性；在RH精炼合金化结束后1～2分钟内加入稀土元素，加入稀土元素后进行搅拌，搅拌时间≥3分钟，保证夹杂物上浮；一次冷轧及二次冷轧均采用冷连轧，可明显提高产量；以上设计要点共同作用，从而得到高频下低铁损、高磁感、表面质量好的新能源汽车用超薄无取向硅钢。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的新能源汽车用无取向电工钢的生产方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1，本发明的新能源汽车用无取向电工钢的生产方法，包括以下步骤：
步骤A：冶炼；
步骤A冶炼过程中，首先进行转炉冶炼，然后进行RH精炼处理，处理后钢水终点化学成分质量百分比为：
Si：3.0～4.0％，Al：1.0～2.0％，[Si+Al]≥4.5％，Mn：1.0～2.0％，S≤30ppm，O≤30ppm，C≤20ppm，N≤20ppm，Ti≤30ppm，[S+O+C+N+Ti]≤80ppm，[Sn或Sb或Sn+Sb]：0.01～0.1％，稀土元素：0.001～0.1％，余量为Fe和其他杂质元素；
在RH精炼合金化结束后1～2分钟内加入稀土元素，加入稀土元素后进行搅拌，搅拌时间≥3分钟；以上稀土元素为La、Ce、Nd中任意一种或任意两种的混合或三种的混合。
步骤B：连铸；
步骤B连铸过程中，控制连铸时拉速为0.6～2.0米/分钟，连铸获得厚度为200～300mm的铸坯；步骤B连铸过程采用电磁搅拌，并且控制中间包过热度(-5～0)℃，保证等轴晶率≥90％；
步骤C：加热；
步骤C加热过程中，采用热装热送，铸坯进炉温度﹥650℃，加热温度950～1150℃，加热时间≥3小时；
步骤D：除磷；
步骤E：粗轧；
步骤E粗轧过程中，开轧温度950～1100℃，获得厚度为20～30mm的中间坯，其中，控制粗轧总压下率≥90％；
步骤F：送入热卷箱处理；
步骤F送入热卷箱处理过程中，中间坯头尾互换；即中间坯在热卷箱内处理后，准备进入精轧工序前，将中间坯头尾互换；
步骤G：精轧；
步骤G精轧过程中，开轧温度950～1050℃，终轧温度880～920℃，获得厚度为0.8～1.0mm的热轧板；控制精轧压下率≥95％；
步骤H：卷取；
步骤H卷取过程中，卷取温度控制为600～700℃；
步骤I：一次冷轧；
步骤I一次冷轧过程中，采用冷连轧，一次冷轧至厚度为0.40～0.50mm；控制压下率50～60％；
步骤J：中间退火；
步骤J中间退火过程中，控制中间退火温度为800～900℃，保温时间2～5分钟；采用连续退火炉，热处理气氛为100％氢气；
步骤K：二次冷轧；
步骤K二次冷轧过程中，采用冷连轧，二次冷轧至厚度为0.20～0.25mm；控制压下率50～60％；
步骤L：最终退火；
步骤L最终退火过程中，控制最终退火温度为950～1200℃，保温时间2～5分钟；采用连续退火炉，热处理气氛为100％氢气。
要达到新能源汽车用无取向电工钢高频下低铁损的要求，必须使用高牌号硅钢，但提高硅含量，又会导致表面瓦楞状缺陷产生；而且厚度超薄必然要求冷轧压下率增加，从而导致(111)面织构增加，对磁感不利。针对以上问题，本发明的新能源汽车用无取向电工钢的生产方法，其步骤A至步骤L的各工艺参数相互配合，能够生产出高频下低铁损、高磁感及表面质量好的新能源汽车用超薄无取向电工钢。
本发明的新能源汽车用无取向电工钢的生产方法，其中，步骤A冶炼时，钢水成分设计中提高锰含量、添加Sn、Sb可提高磁感；增加稀土元素可深度净化钢液，保证超高纯净钢水，控制夹杂物数量，提高磁感；设计钢水中[Si+Al]≥4.5％，成品厚度0.20～0.25mm，保证高频下获得低的铁损；步骤B连铸过程采用电磁搅拌+负过热度浇注，保证等轴晶率≥90％，减少了传统工艺中的高温卷取与常化工艺，消除表面瓦楞缺陷；冷轧过程采用二次中等压下率控制，得到最佳取向织构，提高磁感；步骤F送入热卷箱处理过程中，中间坯头尾互换，使得中间坯温度均匀，从而保证成品磁性能的稳定性；在RH精炼合金化结束后1～2分钟内加入稀土元素，加入稀土元素后进行搅拌，搅拌时间≥3分钟，保证夹杂物上浮；一次冷轧及二次冷轧均采用冷连轧，可明显提高产量；以上设计要点共同作用，从而得到高频下低铁损、高磁感、表面质量好的新能源汽车用超薄无取向硅钢。
为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述。
实施例1
本实施例的新能源汽车用无取向电工钢的生产方法，包括以下步骤：
步骤A：冶炼；
步骤A冶炼过程中，首先进行转炉冶炼，然后进行RH精炼处理，处理后钢水终点化学成分质量百分比为：
Si：3.0％，Al：2.0％，Mn：2.0％，S：15ppm，O：20ppm，C：10ppm，N：17ppm，Ti：8ppm，[S+O+C+N+Ti]≤80ppm，[Sn+Sb]：0.03％，[La+Ce+Nd]：0.002％，余量为Fe和其他杂质元素；
在RH精炼合金化结束后1分钟后加入稀土元素，加入稀土元素后进行搅拌，搅拌时间3.5分钟；
步骤B：连铸；
步骤B连铸过程中，控制连铸时拉速为0.6米/分钟，连铸获得厚度为220mm的铸坯；步骤B连铸过程采用电磁搅拌，并且控制中间包过热度-2℃，等轴晶率95％；
步骤C：加热；
步骤C加热过程中，采用热装热送，铸坯进炉温度680℃，加热温度1080℃，加热时间3.5小时；
步骤D：除磷；
步骤E：粗轧；
步骤E粗轧过程中，开轧温度1050℃，获得厚度为20mm的中间坯，其中，粗轧总压下率90.91％；
步骤F：送入热卷箱处理；
步骤F送入热卷箱处理过程中，中间坯头尾互换；
步骤G：精轧；
步骤G精轧过程中，开轧温度1000℃，终轧温度880℃，获得厚度为0.80mm的热轧板；控制精轧压下率96％；
步骤H：卷取；
步骤H卷取过程中，卷取温度控制为600℃；
步骤I：一次冷轧；
步骤I一次冷轧过程中，采用冷连轧，一次冷轧至厚度为0.40mm；控制压下率50％；
步骤J：中间退火；
步骤J中间退火过程中，控制中间退火温度为800℃，保温时间3分钟；采用连续退火炉，热处理气氛为100％氢气；
步骤K：二次冷轧；
步骤K二次冷轧过程中，采用冷连轧，二次冷轧至厚度为0.20mm；控制压下率50％；
步骤L：最终退火；
步骤L最终退火过程中，控制最终退火温度为1000℃，保温时间2分钟；采用连续退火炉，热处理气氛为100％氢气。
实施例2
本实施例的新能源汽车用无取向电工钢的生产方法，包括以下步骤：
步骤A：冶炼；
步骤A冶炼过程中，首先进行转炉冶炼，然后进行RH精炼处理，处理后钢水终点化学成分质量百分比为：
Si：3.5％，Al：1.5％，Mn：1.5％，S：12ppm，O：15ppm，C：10ppm，N：15ppm，Ti：5ppm，Sn：0.05％，La：0.005％，余量为Fe和其他杂质元素；
在RH精炼合金化结束后2分钟时加入稀土元素，加入稀土元素后进行搅拌，搅拌时间3分钟；
步骤B：连铸；
步骤B连铸过程中，控制连铸时拉速为1.0米/分钟，连铸获得厚度为250mm的铸坯；步骤B连铸过程采用电磁搅拌，并且控制中间包过热度-5℃，等轴晶率92％；
步骤C：加热；
步骤C加热过程中，采用热装热送，铸坯进炉温度750℃，加热温度1150℃，加热时间3小时；
步骤D：除磷；
步骤E：粗轧；
步骤E粗轧过程中，开轧温度1100℃，获得厚度为25mm的中间坯，其中，控制粗轧总压下率90％；
步骤F：送入热卷箱处理；
步骤F送入热卷箱处理过程中，中间坯头尾互换；
步骤G：精轧；
步骤G精轧过程中，开轧温度1050℃，终轧温度920℃，获得厚度为0.90mm的热轧板；控制精轧压下率96.4％；
步骤H：卷取；
步骤H卷取过程中，卷取温度控制为650℃；
步骤I：一次冷轧；
步骤I一次冷轧过程中，采用冷连轧，一次冷轧至厚度为0.45mm；控制压下率50％；
步骤J：中间退火；
步骤J中间退火过程中，控制中间退火温度为850℃，保温时间4分钟；采用连续退火炉，热处理气氛为100％氢气；
步骤K：二次冷轧；
步骤K二次冷轧过程中，采用冷连轧，二次冷轧至厚度为0.20mm；控制压下率55.56％；
步骤L：最终退火；
步骤L最终退火过程中，控制最终退火温度为1150℃，保温时间4分钟；采用连续退火炉，热处理气氛为100％氢气。
实施例3
本实施例的新能源汽车用无取向电工钢的生产方法，包括以下步骤：
步骤A：冶炼；
步骤A冶炼过程中，首先进行转炉冶炼，然后进行RH精炼处理，处理后钢水终点化学成分质量百分比为：
Si：4.0％，Al：1.0％，Mn：1.0％，S：18ppm，O：12ppm，C：10ppm，N：15ppm，Ti：5ppm，Sb：0.1％，[La+Ce]：0.1％，余量为Fe和其他杂质元素；
在RH精炼合金化结束后2分钟时加入稀土元素，加入稀土元素后进行搅拌，搅拌时间4分钟；
步骤B：连铸；
步骤B连铸过程中，控制连铸时拉速为2.0米/分钟，连铸获得厚度为300mm的铸坯；步骤B连铸过程采用电磁搅拌，并且控制中间包过热度-5℃，保证等轴晶率90％；
步骤C：加热；
步骤C加热过程中，采用热装热送，铸坯进炉温度700℃，加热温度1150℃，加热时间4小时；
步骤D：除磷；
步骤E：粗轧；
步骤E粗轧过程中，开轧温度1100℃，获得厚度为30mm的中间坯，其中，控制粗轧总压下率90％；
步骤F：送入热卷箱处理；
步骤F送入热卷箱处理过程中，中间坯头尾互换；
步骤G：精轧；
步骤G精轧过程中，开轧温度1050℃，终轧温度920℃，获得厚度为1.0mm的热轧板；控制精轧压下率96.67％；
步骤H：卷取；
步骤H卷取过程中，卷取温度控制为700℃；
步骤I：一次冷轧；
步骤I一次冷轧过程中，采用冷连轧，一次冷轧至厚度为0.50mm；控制压下率50％；
步骤J：中间退火；
步骤J中间退火过程中，控制中间退火温度为900℃，保温时间5分钟；采用连续退火炉，热处理气氛为100％氢气；
步骤K：二次冷轧；
步骤K二次冷轧过程中，采用冷连轧，二次冷轧至厚度为0.25mm；控制压下率50％；
步骤L：最终退火；
步骤L最终退火过程中，控制最终退火温度为1200℃，保温时间5分钟；采用连续退火炉，热处理气氛为100％氢气。
具体实施例1-3生产出的无取向电工钢的磁性能见以下的表1，实施例1-3生产出的无取向电工钢成品表面无瓦楞缺陷，表面质量良好。
表1磁性能
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.新能源汽车用无取向电工钢的生产方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤A：冶炼；
步骤A冶炼过程中，首先进行转炉冶炼，然后进行RH精炼处理，处理后钢水终点化学成分质量百分比为：
Si：3.0～4.0％，Al：1.0～2.0％，[Si+Al]≥4.5％，Mn：1.0～2.0％，S≤30ppm，O≤30ppm，C≤20ppm，N≤20ppm，Ti≤30ppm，[S+O+C+N+Ti]≤80ppm，[Sn或Sb或Sn+Sb]：0.01～0.1％，稀土元素：0.001～0.1％，余量为Fe和其他杂质元素；
在RH精炼合金化结束后1～2分钟内加入所述稀土元素，加入所述稀土元素后进行搅拌，搅拌时间≥3分钟；所述稀土元素为La、Ce、Nd中任意一种或任意两种的混合或三种的混合；
步骤B：连铸；
步骤B连铸过程中，控制连铸时拉速为0.6～2.0米/分钟，连铸获得厚度为200～300mm的铸坯；步骤B连铸过程采用电磁搅拌，并且控制中间包过热度(-5～0)℃，保证等轴晶率≥90％；
步骤C：加热；
步骤C加热过程中，采用热装热送，铸坯进炉温度﹥650℃，加热温度950～1150℃，加热时间≥3小时；
步骤D：除磷；
步骤E：粗轧；
步骤E粗轧过程中，开轧温度950～1100℃，获得厚度为20～30mm的中间坯，其中，控制粗轧总压下率≥90％；
步骤F：送入热卷箱处理；
步骤F送入热卷箱处理过程中，中间坯头尾互换；
步骤G：精轧；
步骤G精轧过程中，开轧温度950～1050℃，终轧温度880～920℃，获得厚度为0.8～1.0mm的热轧板；
步骤G精轧过程控制精轧压下率≥95％；
步骤H：卷取；
步骤H卷取过程中，卷取温度控制为600～700℃；
步骤I：一次冷轧；
步骤I一次冷轧过程中，一次冷轧至厚度为0.40～0.50mm；
步骤I一次冷轧过程控制压下率50～60％；
步骤I一次冷轧过程采用冷连轧；
步骤J：中间退火；
步骤J中间退火过程中，控制中间退火温度为800～900℃，保温时间2～5分钟；
步骤K：二次冷轧；
步骤K二次冷轧过程中，二次冷轧至厚度为0.20～0.25mm；
步骤K二次冷轧过程控制压下率50～60％；
步骤K二次冷轧过程采用冷连轧；
步骤L：最终退火；
步骤L最终退火过程中，控制最终退火温度为950～1200℃，保温时间2～5分钟。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车用无取向电工钢的生产方法，其特征在于：步骤J中间退火过程、步骤L最终退火过程均采用连续退火炉，热处理气氛为100％氢气。
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