一种高强低铁损无取向硅钢制备方法

本发明涉及电工钢制造的，特别是指一种高强低铁损无取向硅钢制备方法，适用于电动汽车马达和高速运转电机等需要的高启动扭矩、耐冲击性能的硅钢制备。

背景技术：

1、电动汽车、混动汽车牵引马达定转子铁芯采用无取向电工钢制成，汽车在启动和加速时，牵引马达需要高的扭矩，因此需要电工钢板要具有高的磁感应强度。另外马达转子铁芯在高速下由于离心力承受极端的应变，汽车启动瞬间受到强烈冲击因此要求铁芯材料要具备高的强度和韧性。最后，从生产和成本考虑，应尽量避免稀贵元素添加并保持良好的加工性，以保证后续器件加工需要。

2、现有的低铁损高强度无取向硅钢的制备技术或多或少存在诸多问题。

3、例如，中国专利cn113981329a公开了一种新能源汽车驱动电机用低铁损高强度无取向电工钢及其制造方法，该制备方法si：2.4-3.0％、mn：0.25-0.5％、al：0.70-1.10％结合ce、sn为抑制剂，采用常规冶炼浇注工艺生产铸坯，经过热轧、常化、冷轧、退火的后处理工艺后，得到具有较好磁性能、较高强度的无取向电工钢产品。该生产方式提供了一些增强高强度无取向电工钢的特定工艺路线，具有一定的参考价值，但其硅含量较低，屈服强度450-470mpa之间，对于高转速新能源汽车来说强度仍较低。

4、而中国专利cn105803311a公开了一种基于薄带连铸制备高磁感高强度无取向硅钢的方法，该方法特点在于采用双辊薄带连铸装置进行连铸，成分方面，通过在硅含量2.4-3.5%的基础上添加锰、铬、铝和镍来保证最终退火处理后冷轧板的强度，该方法有效的提升了强度，并且通过提高有利织构的含量保证了磁性能。但该方法制备的高强度电工钢铁损仍然较高，无法满足高速电机的发展需求。

5、中国专利cn106702260a公开了一种高磁感低铁损无取向硅钢及制备方法，该方法主要在低硅钢中添加碳，扩大y相区并增大n的固熔量，优化磁感应强度，但是其强度不足，低硅钢高频下电阻率较低，高频损耗较高，本技术主要是在硅含量更高的同时，添加cu和al，有效提高强度和电阻率，获得更高的强度和更低的高频损耗。

6、中国专利cn112375965a公开了一种含cu高强度低铁损无取向高硅钢的制备方法，其主要依靠控制cu含量及最终纳米铜作为第二相析出提升材料强度，但该方法制备得到高强度硅钢带材cu含量较高时，室温塑性较低，保证cu弥散析出需更高的时效处理时间和更高cu含量加入，对提升实际原料成本和后续生产加工成本。

技术实现思路

1、本发明的主要目是为了解决现有高强低铁损无取向硅钢技术中存在的无取向硅钢的屈服强度较低、铁损较高，以及添加合金元素成本高、不能协同提高磁性能和力学性能等技术问题。故而，提出了能够解决前述问题的一种高强低铁损无取向硅钢制备方法。

2、所述技术方案如下：

3、一种高强低铁损无取向硅钢制备方法，所述高强低铁损无取向硅钢制备方法的工艺流程为：以工业纯铁和金属硅为原料，在真空感应炉中熔炼并浇铸成铸锭，铸锭经开坯后进行热轧、再结晶退火、酸洗和室温轧制，冷轧板在保护气氛条件下进行退火处理，最终经时效处理获得具有高强度及优异磁性能的无取向电工钢薄板。

4、可选地，所述的高强低铁损无取向硅钢制备方法具体工艺步骤为：

5、s1、熔炼：将纯硅和工业纯铁按照所需制备的高强低铁损无取向硅钢成分的比例进行原料混合熔炼，浇铸得到高强低铁损无取向硅钢铸锭；

6、s2、开坯：采用连铸连轧或锻造方式对s1的高强低铁损无取向硅钢铸锭进行加热保温并开坯，得到高强低铁损无取向硅钢坯料；

7、s3、热轧：将s2的高强低铁损无取向硅钢坯料装炉，加热保温进行热轧，得到热轧高强低铁损无取向硅钢薄板；

8、s4、常化处理：将s3的热轧高强低铁损无取向硅钢薄板进行常化处理，之后空冷至室温，得到显微组织全部由粗大的等轴晶构成的常化高强低铁损无取向硅钢薄板；

9、s5、中温轧制：将s4的常化高强低铁损无取向硅钢薄板进行酸洗，之后进行中温轧制，得到中温高强低铁损无取向硅钢薄板；

10、s6、室温轧制：将s5的中温高强低铁损无取向硅钢薄板进行室温轧制，得到室温高强低铁损无取向硅钢薄板；

11、s7、再结晶热处理：将s6的室温高强低铁损无取向硅钢薄板在保护气氛条件下进行退火处理，得到冷轧组织完全再结晶的高强低铁损无取向硅钢薄板；

12、s8、时效热处理：将s7的冷轧组织完全再结晶的高强低铁损无取向硅钢薄板进行时效处理，最终得到高强低铁损无取向硅钢成品。

13、可选地，s1中高强低铁损无取向硅钢铸锭的化学成分质量百分比计为：si=3.0-4.0%，0.5≤cu≤2.0%，0.5≤al≤1%，mn≤0.3%，c≤0.020%，s≤0.005%，p≤0.010%，余量为铁和不可避免的夹杂；高强低铁损无取向硅钢铸锭的形状为圆柱体，质量不低于50kg，直径为不低于160mm。

14、可选地，s2中开坯的加热升温速率根据温度而定，750℃以下的加热升温速率为5-30℃/min，750-1000℃的加热升温速率不超过10℃/min，大于1000℃ 的加热升温速率为2-10℃/min，保温时间为200-300min，总变形量为80-95%，轧至厚度150-250mm，高强低铁损无取向硅钢坯料为板坯。

15、可选地，s3中热轧的加热升温速率根据温度而定，在1000℃以下的加热升温速率为5-20℃/min，大于1000℃的加热升温速率为2-10℃/min，保温温度为950-1200℃，总变形量为85-95%，热轧高强低铁损无取向硅钢薄板的厚度为1.5-2.5mm。

16、可选地，s4中常化处理的加热升温速率为20-100℃/s，常化处理的温度为800-1200℃，保温时间为0.5-60min；常化高强低铁损无取向硅钢薄板的晶粒大小为50-1500μm。

17、可选地，s5中中温轧制的中温保温温度为80-200℃，保温时间为1-30min，轧制道次为4-8，道次压下率20-40%，总变形量<70%，中温高强低铁损无取向硅钢薄板的厚度为0.5-0.7mm。

18、可选地，s6中室温轧制采用一次冷轧法，第一道次轧制压下率应大于25%，后电工钢薄板按所需进行多道次轧制，室温高强低铁损无取向硅钢薄板的厚度为0.10-0.35mm。

19、可选地，s7中保护气氛条件为包括ar、n2的惰性气体，退火处理的加热升温速率为2-30℃/min，退火温度为400-1200℃，退火时间为30s-200min。

20、可选地，s8中时效处理的加热升温速率为2-30℃/min，时效温度为400-600℃，退火时间为30s-60min。

21、可选地，s8中高强低铁损无取向硅钢成品的厚度为0.10-0.35mm，电阻率为50-75μω·cm，叠装系数为0.92-0.98，磁感应强度b50=1.50-1.70t，铁损值p1.0/400=12-40w/kg，屈服强度σs=500-1100mpa，断后伸长率为2-18%。

22、可选地，s7中退火温度900-1200℃，主要是想通过低温不完全再结晶，细化晶粒尺寸，可以进一步提升强度>900mpa（在损实一定磁性能的前提下保证高屈服强度)。

23、本发明的技术原理：

24、本发明致力于过提高硅元素含量，利用非稀贵元素cu、al、mn添加提高材料的强度，并通过严格控制轧制变形量及热处理温度提高成品有利织构含量来提高磁性能。此外，通过al添加可以降低cu元素添加量并促进cu纳米析出过程，避免过量合金元素添加引起成本和铁损上升同时降低处理时间。获得兼具优异的磁性能和力学性能的高强度无取向电工钢冷轧薄板。目前尚未见在高硅含量基础以cu、al、mn协同强化处理制备高强度无取向电工钢的报道。

25、上述技术方案，与现有技术相比至少具有如下有益效果：

26、上述方案，本发明提出了一种高强低铁损无取向硅钢制备方法，能够解决现有高强低铁损无取向硅钢技术中存在的无取向硅钢的屈服强度较低、铁损较高，以及添加合金元素成本高、不能协同提高磁性能和力学性能等技术问题。

27、本发明方法采用si、al、mn元素作为固溶强化元素，并结合cu纳米析出强化能有效地提高电工钢的强度，并且有效地提高钢的电阻率，降低铁损，磁感应强度降幅不大。

28、本发明方法采用al元素促进铜析出过程并减少cu添加量，减少cu添加的同时促进析出过程，降低了成本节约了资源。

29、本发明方法控制常化和轧制变形量提高了成品板中有利织构的含量，进一步提升了材料的磁性能。

30、本发明方法生产的高强度无取向电工钢产品性能优异，最终磁性能力学性能可通过轧制变形量和退火温度进一步控制，强度和磁感应强度进一步提升，在高速电机等领域具有广阔的应用前景。

31、总之，本发明方法相比现有技术，通过依次进行的熔炼、开坯、热轧、常化处理、中温轧制、室温轧制、再结晶热处理和时效热处理得到磁性能和力学性能协同提高的高强低铁损无取向硅钢；该方法工艺稳定、易于实施，成本低、效率高，利于工业大规模生产和推广应用。