用于高频电动机应用的、具有改善的极化强度和低磁损耗的电工钢带或钢板

技术领域

本发明涉及一种具有以下组成(所有数值均以重量％计)的非晶粒取向电工钢带或钢板：3.2至3.4的Si，0.85至1.1的Al，0.07至0.2的Mn，0.01至0.04的P，0.0003至0.0030的S，0.0005至0.0025的N，0.0010至0.0050的C，0.0015至0.0040的Ti，0.01至0.08的Cr，总和最高0.05的Nb+Mo+V，其余为Fe和总量不超过1.0重量％的不可避免的杂质，其特征在于，其在50℃的比电阻为0.62至0.65μΩm，本发明还涉及其生产方法及其在旋转电机的铁芯中，尤其是在电动机中，例如在电动汽车或混合动力汽车中，以及发电机中的应用。

背景技术

非晶粒取向(NO)的电工钢带或钢板用于增加旋转电机，即马达和发电机的铁芯中的磁通量。未来的高效电机，例如用于电动车辆的具有高转速的电动马达，将需要特定类型的NO电工钢带或钢板，其在高频以及高磁化强度或具有高磁导率的感应下具有低的磁损耗。

在此，由这种类型的电工钢带或钢板制造的部件需要上述的磁特性，而这些磁特性通常是当今可用的NO电工钢带或钢板的类型所不能满足的。从现有技术中已经知道非晶粒取向电工钢带及其生产方法。

EP 2 612 942公开了一种由钢组成的非晶粒取向电工钢带或钢板，除铁和不可避免的杂质外，该钢包含1.0至4.5重量％的Si，最多2.0重量％的Al，最多1.0重量％的Mn，最多0.01重量％的C，最多0.01重量％的N，最多0.012重量％的S，0.1至0.5重量％的Ti和0.1至0.3重量％的P，其中分别以重量％为单位的Ti含量/P含量的比值满足1.0≤Ti含量/P含量≤2.0。非晶粒取向电工钢带或钢板以及由这样的钢板或钢带制成的用于电气应用的部件显示出增加的强度，并且同时具有良好的磁特性。根据EP 2 612 942，NO电工钢带或钢板是通过将由具有上述组成的钢制成的热轧钢带冷轧为冷轧钢带，随后对该冷轧钢带进行最终退火而制成的。仍然需要改进根据EP 2 612 942的电工钢带或钢板的低频可极化性和机械性能。

EP 2 840 157公开了一种尤其是用于电气应用的非晶粒取向电工钢带或钢板，其由这样的钢制成，该钢除铁和不可避免的杂质外还包含2.0至4.5重量％的Si，0.03至0.3重量％的Si，最多2.0重量％的Al，最多1.0重量％的Mn，最多0.01重量％的C，最多0.01重量％的N，最多0.001重量％的S和最多0.015重量％的P，其中在电工钢带或钢板的组织结构中存在三元Fe-Si-Zr析出物。EP 2 840

157也公开了一种用于生产这种电工钢带和钢板的方法，该方法包括最终退火。根据EP 2 840 157的电工钢带在低场强下的可极化性和机械性能仍需要改进。

WO 00/65103 A2公开了一种生产非晶粒取向电工钢板的方法，在该方法中，将含有小于0.06重量％的C，0.03至2.5重量％的Si，小于0.4重量％的Al，0.05至1重量％的Mn和小于0.02重量％的S的钢预制材料热轧至厚度小于3.5mm的热轧带材，随后酸洗并在酸洗后轧制成厚度为0.2至1mm的冷轧带材。根据WO 00/65103 A2的电工钢板的机械性能和磁特性同样需要改进。

发明内容

在现有技术的背景下，本发明的目的是给出一种非晶粒取向的电工钢带或钢板以及由这种钢带或钢板制造的用于电气应用的部件，其在100至20A/m的较低调制范围内具有尽可能高的极化值，同时在400Hz，700Hz和1000Hz的相对较高的频率下具有较低的磁损耗。

另外，给出了生产这样的NO电工钢带或钢板的方法，其通过与所述合金匹配的最终退火，在低频和相对高频下均具有出特别低的磁损耗，同时在低调制范围内具有改善的极化值。

这些目的通过具有以下组成的本发明的非晶粒取向电工钢带或钢板来实现(所有数值均以重量％计)

3.2至3.4的Si，

0.85至1.1的Al，

0.07至0.18的Mn，

0.01至0.04的P，

0.0003至0.0030的S，

0.0005至0.0025的N，

0.0010至0.0050的C，

0.0015至0.0040的Ti，

0.01至0.08的Cr，

总和最高0.05的Nb+Mo+V，

其余为Fe和总量不超过1.0重量％的不可避免的杂质，其中，其在50℃下的比电阻为0.62至0.65μΩm。

此外，本发明的目的通过用于制造根据本发明的非晶粒取向电工钢带或钢板的方法来实现，该方法至少包括以下步骤：

(A)优选采用传统的制造路径通过连铸设备或采用窄扁锭制造提供一种热轧的、经热轧带材退火的非晶粒取向电工钢带或钢板，其厚度为1.5至2.5mm，

(B)将由步骤(A)获得的电工钢带或钢板冷轧至0.255至0.31mm的厚度，以获得冷轧带材，

(C)对由步骤(B)获得的冷轧带材进行最终退火，以获得非晶粒取向电工钢带或钢板，以及

(D)在尤其具有大于70％的相对较高的氢含量的非氧化性气氛中，以常见的平均冷却速率1K/s至10K/s将来自步骤(C)的经最终退火的冷轧带材冷却，直至下限温度500℃，

其中在步骤(C)中，将来自步骤(B)的冷轧带材首先以至少40K/s的加热速率加热至860至940℃，优选880至920℃的温度，然后以3至20K/s的加热速率将其加热至1050至1070℃的温度，本发明的目的还通过由这种电工钢带或钢板制成的部件，以及通过这种非晶粒取向电工钢带或钢板在旋转电机，尤其是在电动马达，例如电动汽车或混合动力汽车的电动马达以及发电机的铁芯中的应用来实现。

根据本发明的非晶粒取向电工钢带或钢板具有在100至200A/m下改善的极化强度J和在0.8至1.2T的范围内改善的磁导率。同时，在例如50Hz的低频下以及400至1000Hz的较高频率下的磁损耗与现有技术的材料相比均得到降低。根据本发明，该行为通过在制造过程中精确匹配的合金组成和专门匹配的热处理来实现。

本发明涉及具有以下组成(所有数值均以重量％计)的非晶粒取向电工钢带或钢板

3.20至3.40的Si，优选为3.25至3.35的Si，

0.85至1.1的Al，优选0.95至1.05的Al，

0.07至0.18的Mn，优选0.14至0.16的Mn，

0.01至0.04的P，优选0.015至0.02的P，

0.0003至0.0030的S，优选为0.0005至0.002的S，

0.0005至0.0025的N，优选为0.001至0.002的N，

0.0010至0.0050的C，优选为0.0015至0.0025的C，

0.0015至0.0040的Ti，优选为0.0017至0.0035的Ti，

0.01至0.08的Cr，优选0.02至0.06，特别优选0.02至0.04的Cr，

总计不超过0.05的Nb+Mo+V，

其余为Fe和总量不超过1.0重量％的不可避免的杂质，并且在50℃下的比电阻为0.62至0.65μΩm。

在本发明的范围内，不可避免的杂质例如是C，S，N，Ti，Cr，Ni，Cu，As，Pb和Bi。

本发明的非晶粒取向电工钢带或钢板在50℃下的比电阻为0.62至0.65μΩm。用于确定比电阻的方法本身是本领域技术人员已知的。用于确定比电阻的方法本身是本领域技术人员已知的，例如通过根据DIN EN 60404-13：2008-05“磁性材料-第13部分：对电工钢带和钢板的密度、比电阻和堆积系数的测量检测”的四点测量。

较高的电阻率由于降低了随着频率增加而产生的涡流损耗而导致了磁损耗的降低。

在本发明的范围内，电工钢带是指根据本发明的材料以钢带的形式存在，即钢带的长度明显大于宽度。在本发明的范围内，电工钢板是指根据本发明的材料以板材形式存在，其中该板材的宽度和长度在尺寸方面不受优选制成该板材的钢带的长度和宽度的限制。在一个优选的实施形式中，根据本发明的电工钢板通过切割或冲压从根据本发明的电工钢板获得。根据本发明的电工钢板例如可以制成相应的形状，以便随后用于电动机的定子或转子中。

此外，本发明涉及根据本发明的非晶粒取向电工钢带或钢板，其中C，S，N和Ti的总和最高为0.0090重量％。

根据本发明的非晶粒取向电工钢带或钢板本发明中的最终厚度为0.255至0.31mm。在本发明的范围内，“最终厚度”是指非晶粒取向电工钢带或钢板在冷轧之后的厚度，即以随后使用的形式，例如用于例如电动机中。

本发明进一步优选涉及根据本发明的非晶粒取向电工钢带或钢板，其中在其生产过程中在最高温度为1050至1070℃，优选为1055至1065℃的条件下进行退火步骤。通过这种特殊的生产方式得到了一种相应的电工钢带或钢板，其具有在100至200A/m改善的极化强度J，以及在0.8T至1.2T的范围内改善的磁导率。同时，在例如50Hz的低频下以及400至1000Hz的较高频率下的磁损耗与现有技术的材料相比均得到降低。

例如，本发明提供了根据本发明的非晶粒取向电工钢带或钢板，其在1.5T的极化强度P和50Hz下，板厚度为0.280至0.310mm时相应的损耗值最大为2.3W/kg，在板厚度为0.255至0.280mm时相应的损耗值最大为2.2W/kg。

本发明优选地涉及根据本发明的非晶粒取向电工钢带或钢板，其中在1.0T的极化强度P和400Hz下，板厚度为0.280至0.310mm时相应的损耗值最大为14.2W/kg，在板厚度为0.255至0.280mm时相应的损耗值最大为13.55W/kg。

本发明优选地涉及根据本发明的非晶粒取向电工钢带或钢板，在1.0T的极化强度P和700Hz下，板厚度为0.280至0.310mm时相应的损耗值最大为33W/kg，在板厚度为0.255至0.280mm时相应的损耗值最大为31.5W/kg。

本发明优选地涉及根据本发明的非晶粒取向电工钢带或钢板，其中在1.0T的极化强度P和1000Hz下，板厚度为0.280至0.310mm时相应的损耗值最大为58W/kg，板厚度为0.255至0.280mm时相应的损耗值最大为55W/kg。

此外，根据本发明的非晶粒取向电工钢带或钢板具有在50Hz和100A/m下的极化强度J和在1T和400Hz下的磁损耗P的特别有利的，即高的比率。该比率由以下公式(1)给出：

100*J

本发明优选涉及根据本发明的非晶粒取向电工钢带或钢板，其中在50Hz和100A/m下的极化强度J和在1T和400Hz下的磁损耗P的比率在乘以100后为至少6.8，优选至少7.0。

此外，根据本发明的非晶粒取向电工钢带或钢板具有在400Hz和100A/m下的极化强度J和100T和400Hz下的磁损耗P的特别有利的，即高的乘以100后的比率。该比率由以下公式(2)给出：

100*J

本发明优选涉及根据本发明的非晶粒取向电工钢带或钢板，其中在400Hz和100A/m下的极化强度J与在1T和400Hz下的磁损耗P的比率为至少6.0，优选至少6.1。

此外，根据本发明的非晶粒取向电工钢带或钢板在板厚度为0.280至0.310mm时优选具有在至少2500A/m的调制下至少1.53T的极化强度J，在5000A/m下至少1.63的极化强度J，和/或10000A/m下至少为1.75的极化强度J，以及在板厚度为0.255至0.280mm时具有在2500A/m的调制下至少为1.52T极化强度J，在5000A/m至少为1.62极化强度J，和/或在10000A/m下至少1.75的极化强度J。

本发明还涉及用于生产根据本发明的非晶粒取向电工钢带或钢板的方法，该方法至少包括以下方法步骤：

(A)优选采用传统的制造路径通过连铸设备提供一种热轧的、经热轧带材退火的非晶粒取向电工钢带或钢板，其厚度为1.5至2.5mm，

(B)将由步骤(A)获得的电工钢带或钢板冷轧至0.255至0.310mm的厚度，以获得冷轧带材，

(C)对由步骤(B)获得的冷轧带材进行最终退火，以获得非晶粒取向电工钢带或钢板，以及

(D)在尤其具有大于70％的相对较高的氢含量的非氧化性气氛中，以常见的平均冷却速率1K/s至10K/s将来自步骤(C)的经最终退火的冷轧带材冷却，直至下限温度500℃，

其中在步骤(C)中，将来自步骤(B)的冷轧带材首先以至少40K/s的加热速率加热至860至940℃，优选880至920℃的温度，然后以3至20K/s的加热速率将其加热至1050至1070℃的温度，优选1055至1065℃的温度。

下面详细说明根据本发明的方法的各个步骤。

根据本发明的方法的步骤(A)包括优选采用传统的制造路径通过连铸设备或采用窄扁锭制造提供一种热轧的非晶粒取向电工钢带或钢板，其厚度为1.5至2.5mm。

在根据本发明的方法的步骤(A)中提供的经热轧的非晶粒取向电工钢带或钢板具有上述组成。在根据本发明的方法的步骤(A)中优选通过利用连铸设备的常规制造路径或通过窄扁锭制造来提供的热轧非晶粒取向电工钢带。

根据本发明提供的热轧带材的生产可以大体上以常规方式进行。为此目的，首先熔融得到具有与根据本发明的规定相对应的组成的钢熔体并将其铸造成预制材料，该预制材料在常规制造的情况下可以是扁锭或窄扁锭。

随后可以将以这种方式生产的预制材料加热到1020至1300℃预制材料温度。为此目的，在必要时将预制材料重新加热或利用浇铸热保持在相应的目标温度下。

然后可以将以这种方式加热的预制材料热轧为厚度通常为1.5至2.5mm的热轧带材。热轧以本身已知的方式在精轧机列中在1000至1150℃的热轧起始温度开始，并以700至920℃，尤其是780至850℃的热轧终止温度结束。

随后可以将获得的热轧带材冷却至卷取温度并卷取成卷材。理想情况下这样选择卷取温度，使得避免在随后进行的冷轧中出现问题。在实践中，为此目的的卷取温度例如不超过700℃。

来自步骤(A)的热轧电工钢带或钢板可以直接用于根据本发明的方法的步骤(B)中。在根据本发明的方法的一个优选实施方式中，本发明涉及这样的根据本发明的方法，其中在步骤(A)之后，即步骤(B)之前，在一个步骤(A')中在700-800℃的温度下，优选在720至760℃的温度下进行罩式炉退火。因此，在一个优选的实施方案中，优选通过常规的生产路径经连铸设备或通过窄扁锭制造为步骤(B)提供热轧的，经过热轧带材退火的非晶粒取向的电工钢带或钢板，其厚度为1.5到2.5mm。

根据本发明的方法的步骤(B)包括将来自步骤(A)的电工钢带或钢板冷轧至0.255至0.310mm的厚度，以获得冷轧带材。

根据本发明的方法的步骤(B)通常可以通过本领域技术人员已知的所有方法进行。

从步骤(B)获得的冷轧带材可以直接转移到根据本发明的方法的步骤(C)中。

根据本发明的方法的步骤(C)包括对来自步骤(B)的冷轧带材进行最终退火，以获得非晶粒取向电工钢带或钢板，其中在步骤(C)中，首先将来自步骤(B)的冷轧带材以至少40K/s的加热速率加热到860至940℃，优选880至920℃的温度，然后以3至20K/s的加热速率加热至1050至1070℃，优选为1055至1065℃的温度。

根据本发明的方法的步骤(C)中的最终退火至少包括所提及的两个子步骤，并且在可能情况下可以进行另外的加热和/或冷却阶段。

在步骤(C)中，将从步骤(B)获得的冷轧带材首先以至少3至20K/s的加热速率加热至860至940℃，优选880至920℃的温度。

根据本发明的方法的步骤(C)原则上可以在本领域技术人员已知的任何设备中进行，尤其是在连续炉中，特别优选在水平连续炉中。

在根据本发明的方法的一个优选实施形式中，步骤(C)在低钢带张力下进行。这样做的优点是，在退火步骤中只有很小的力施加在冷轧带材上，从而在纵向和横向方向上的磁损耗的各向异性保持得非常低。因此，本发明优选涉及根据本发明的这样的方法，其中步骤(C)在最高10N/mm

根据本发明的方法的步骤(C)优选在还原气氛中进行。根据本发明的方法的步骤(C)特别优选在含有至少70体积％，特别是至少85体积％的氢的退火气氛中进行。除了氢之外，退火气氛中还可能存在氮。氮通过表面氮化而导致磁性能劣化。

根据本发明的方法的步骤(C)优选在低露点下进行。根据本发明的方法的步骤(C)优选在不高于-10℃，特别优选不高于-20℃的露点下进行。

根据本发明的方法的步骤(D)包括在尤其具有大于70％的较高氢含量的非氧化性气氛中将来自步骤(C)的经最终热处理的冷轧带材以1K/s至10K/s的常规平均冷却速率冷却直到500℃的下限温度。

在根据本发明的方法的步骤(D)之后，根据本发明的非晶粒取向电工钢带原则上以可用于所述应用的形式存在。从步骤(D)获得的非晶粒取向电工钢带可以选择性地经历其他方法步骤，例如清洁，卷取，切割和/或冲压成电工钢板等。

因此，本发明还涉及如上所述的根据本发明的非晶粒取向电工钢带或钢板，其具有相应的组成并且在根据本发明的至少包括如上所述的工艺步骤(A)至(D)的方法中生产。

本发明还涉及一种由根据本发明的非晶粒取向电工钢带或钢板制成的用于电气应用的部件，尤其是用于旋转电机的铁芯中，尤其是在例如电动汽车或混合动力汽车的电动马达和发电机中。用于生产这种部件的相应方法本身是本领域技术人员已知的，例如冲压，切割，激光切割，粘合等。

本发明还涉及根据本发明的非晶粒取向电工钢带或钢板在旋转电机的铁芯中，尤其是在例如电动汽车或混合动力汽车的电动马达和发电机中的用途。

根据本发明，磁损耗P可以通过本领域技术人员已知的所有方法来确定，特别是通过爱泼斯坦方圈，尤其是根据DIN EN 60404 2：2009-01：磁性材料–第2部分：借助爱泼斯坦方圈测量电工钢带和钢板的磁特性的方法。在这里，将合适的电工钢板切成纵向和横向条，并作为混合试样在爱泼斯坦方圈中进行测量。

在此所述的非晶粒取向电工钢带的特征在于在1.5T和50Hz下的磁损耗值在纵向和横向上的各向异性小于20％。

具体实施方式

下面的实施例用于说明本发明。表1列出了所使用的钢成分。

表1:钢组成

除非另有说明，所有数值均以重量％给出，其余为Fe和不可避免的杂质。

提供根据本发明的实例10至20和22至33以及比较样品V1至V9和V21。为此，将根据表1的组成熔融后分别得到的扁锭进行热轧，(可能情况下)在740℃进行热轧带材罩式炉退火并进行酸洗。随后将材料冷轧至0.255至0.310mm的最终厚度(参见表2和3)，然后进行最终退火。在表2和3中所示的退火温度下将比较样品V1至V9和V21以及根据本发明的实例10至20和22至33进行最终退火。

获得的厚度同样在表2和3中示出。

分别为最终退火后的样品确定磁性特征值，即J 100A/m 50Hz，J 100A/m 400Hz，J2500A/m，J 5000A/m，J 10000A/m，P1.5T 50Hz，P1.0T 400Hz，P1.0T 700Hz和P1.0T1000Hz。此外，确定了以下比率：

J

J

本发明的非晶粒取向电工钢带或钢板显示出在100至200A/m下改善的极化强度，在0.8至1.2T下改善的磁导率，同时在50Hz的低频和从400到1000Hz的较高频率下降低的磁损耗。因此，其可以有利地用于旋转电机中，尤其是在电动机和发电机中。