稀土新能源无取向电工钢退火工艺的研究

发布时间：2020-11-01 15:54

　　 新能源汽车具有环保、节约、简单三大优势,是未来发展的必然趋势。驱动电机是新能源汽车的三大核心部件之一,小型化,高性能化,高效率化等特征是未来的发展方向。高强度无取向电工钢片作为驱动电机转子的关键材料,转速高达每分种数万转甚至十几万转的高速电机越来越多,此时常规的转子铁芯难以承受其高速旋转产生的离心力,这对无取向电工钢的强度提出了更高的要求。基于新能源驱动电机的严格要求,无取向电工钢在保证良好的磁性能的同时,力学性能有较大的提高,即高磁感,低铁损,高强度。本文以添加Nb,Ti以及微量稀土Ce,硅含量为2%的无取向电工钢为原料,采用管式高温保护气氛炉,将二次冷轧厚度为0.32 mm的冷轧板置于炉中进行800、830、860、890、920、950℃×5 min退火处理。利用蔡司金相显微镜观察退火组织,研究了退火温度对组织演变的规律;利用X射线衍射仪对退火试样进行了宏观织构的测定,研究了退火温度对织构的影响;利用电子显微镜进行了微观织构的研究;利用分析透射电子显微镜观察析出物的形貌和大小;TD8510型硅钢片测量仪测量磁性能,GNT50型电子式万能试验机等仪器分别测试了磁性能和力学性能并分析退火温度对其演变规律。研究结果表明:800~920℃退火后均为部分再结晶组织,表层和中心层可以看到再结晶晶粒,退火温度越高,再结晶越充分,950℃退火后发生完全再结晶,平均晶粒尺寸为48.29 um。800℃退火后,α织构强度较强,γ织构强度表现较弱,钢中还存在少量的立方织构。830℃及更高的退火温度,α织构强度明显减弱,立方织构基本消失,γ织构强度显著增强。含Nb、Ti高强度无取向电工钢在退火过程中析出大量的(Nb,Ti)C粒子。温度升高,(Nb,Ti)C析出物尺寸增加,分布密度减小。稀土夹杂物尺寸较大,(Nb,Ti)C以稀土夹杂物为核心形核长大。抗拉强度与屈服强度随温度升高先升高后降低,延伸率呈上升趋势,磁感B_(50)先增大后减小,铁损P_(1.5/50)、P_(1.0/400)逐渐降低。经860℃×5 min退后,成品强度与磁性能匹配最佳。
【学位单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：TG161
【部分图文】：

内蒙古科技大学硕士学位论文-5-降到10ppm以下。图1-1无取向电工钢的生产流程图[13]（2）炉外冶炼和精炼炉外冶炼利用顶底复合吹炼可使碳含量降到0.005％以下，在转炉冶炼过程中，钢中碳含量仅能达到0.1％左右，如果在进行脱碳，需炉外精炼后在进行脱碳过程，炉外精炼还可以去除其它一些杂质元素，如H,N,O,S等。（3）连续浇注连铸法比以前模铸法成材率更高，浇铸温度和速度都是浇注的重要因素，浇注温度一般控制在1550-1580℃之间，在无取向电工钢中，硅含量越高，浇注速率也越校（4）热轧热轧工艺对对后续常化，冷轧，退火无取向电工钢的组织，织构，铁损，磁感应强度和力学性能都有显著影响，常见的热轧粗轧为4~6道次，精轧5~7道次，粗轧各压下率在20~40％之间，精轧第一道次压下率在30％以上，随后各道次依次降低，最后一道次为10~20％。（5）常化同样，常化工艺对成品最终性能产生影响，中国专利文献CN107746941A，CN102392198A采用950～1050℃保温2～5min工艺进行常化。常化工艺生产无取向电工钢的目的：(1)调整热轧板组织，使其发生完全再结晶；(2)降低热轧板的变形抗力，为冷轧做准备。（6）酸洗酸洗过程采用15％HCl的水溶液，水温控制在70～90℃，时间大约为8min，

内蒙古科技大学硕士学位论文-6-去除表面氧化铁皮。（7）冷轧冷轧一般为6~8道次，厚度由2~3mm轧至0.5mm，冷轧压下率为75-85％，前几道次压下率为30％左右，最后压下率约10％以控制板型。（8）脱碳碳是引起硅钢服役过程中产生磁时效的主要原因，所以硅钢中C含量越少，磁性能越好。硅钢脱碳退火过程中，表面碳原子在高温条件下获得足够的能量，与炉内水蒸气发生氧化还原反应，使得表面碳原子含量降低，由于硅钢中心和表层存在C原子浓度差，中心层的原子向表面扩散，继续与水蒸气反应，从而降低整个钢带的C含量。在脱碳退火炉中，硅钢表面的脱C反应式（1-1）：C(s)+H2O(g)H2(g)+CO(g)（式1-1）张晨[16]等人研究了含0.051％wt取向硅钢的退火工艺，分析了在825℃条件下不同退火时间的脱碳效果，结果表明，采用气氛30％H2和70％N2，时间7min，水温70℃的工艺时，脱碳效果基本满足工艺要求。韩国浦项[17]报道了一篇C含量为0.031％wt的低温电磁钢板的退火工艺，将冷轧板酸洗去除氧化铁皮后置于850℃，脱碳退火时间为185s所用混合气氛为25％H2+75％N2，脱碳退火基本满足工艺要求。图1-2不同脱碳退火时间和温度与脱碳效果的关系[18]杨守洲[18]等人研究了C含量0.07％wt，0.65mm厚硅钢不同退火温度和时间对脱碳的作用。结果表明，0.65mm厚的钢带在830℃条件下保温5min，中心部位的碳

内蒙古科技大学硕士学位论文-13-提高钢的力学性能。2.元素Nb和Ti是强烈抑制高强度无取向硅钢再结晶的元素，为了增加Nb和Ti的固溶强化的作用，钢中的C、N等非金属元素应尽可能的降低。相比于未添加Nb和Ti的钢的力学性能，添加0.001％Nb和Ti的抗拉强度显著提高，并且随着含量进一步提升，强度有所上升，Nb的强化效果比Ti的效果好。如图1-4所示[41]。图1-3不同轧制道次与高强度无取向硅钢力学性能的关系[39]表1-1无取向电工钢SXRC的磁性能和力学性能[40]级别板厚/mmW10/400(W/kg)δs(RD/TD)MPaδb(RD/TD)MPa新产品690MPa0.35mm46659/705768/766SXRC0.27mm49761/834842/851780MPa0.35mm51743/807833/8550.50mm53724/779818/837图1-4不同Nb，Ti含量（％）与无取向硅钢力学性能的关系[41]吕学钧[42]探讨了P含量对无取向电工钢力学性能的作用，得出，钢中P含量的增加，成品试样抗拉强度和屈服强度缓慢上升，延伸率开始快速上升而后开始出现不
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本文编号：2865757