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能源用特殊鋼|低碳新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)用高強(qiáng)無取向硅鋼

  • 2022年12月02日 10:19
  • 來源:中國(guó)鐵合金網(wǎng)

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  • 關(guān)鍵字:低碳新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī),高強(qiáng)無取向硅鋼
[導(dǎo)讀]實(shí)踐證明,采用高等級(jí)的無取向硅鋼制作電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子,不僅能提高新能源汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率還能夠進(jìn)一步降低碳排放,有助于鋼鐵材料全生命周期的節(jié)能降碳。
中國(guó)鐵合金網(wǎng):
 

當(dāng)前正面臨全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型關(guān)鍵期,這給能源領(lǐng)域用特殊鋼帶來新的機(jī)遇,但同時(shí)也對(duì)材料性能以及綠色低碳化方面提出更高要求。為了梳理我國(guó)能源用特殊鋼的現(xiàn)狀并為未來發(fā)展指路領(lǐng)航,世界金屬導(dǎo)報(bào)與中信泰富特鋼集團(tuán)聯(lián)合推出“能源用特殊鋼研討專題”系列報(bào)道,從產(chǎn)學(xué)研用角度研討能源用特殊鋼的產(chǎn)品研發(fā)、技術(shù)創(chuàng)新、典型應(yīng)用、未來前景等,加快推動(dòng)能源用特殊鋼產(chǎn)業(yè)向高端邁進(jìn)。

 

在“雙碳”背景下,各行各業(yè)均在加速減少碳排放。鋼鐵行業(yè)作為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的關(guān)鍵行業(yè)之一,其降低碳排放不僅僅在于減少生產(chǎn)過程中碳排放,也在于通過應(yīng)用先進(jìn)的鋼鐵材料來大幅降低各種應(yīng)用端的碳排放。就汽車行業(yè)而言,目前全球汽車產(chǎn)業(yè)均在向新能源轉(zhuǎn)型,加速實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化,其中我國(guó)的新能源汽車發(fā)展最為迅速。快速抬升的新能源汽車產(chǎn)銷量有力拉動(dòng)了驅(qū)動(dòng)電機(jī)裝機(jī)需求。實(shí)踐證明,采用高等級(jí)的無取向硅鋼制作電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子,不僅能提高新能源汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率還能夠進(jìn)一步降低碳排放,有助于鋼鐵材料全生命周期的節(jié)能降碳。

 

 

01

新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)與高強(qiáng)無取向硅鋼

 

新能源汽車,尤其是B級(jí)和C級(jí)以上電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)功率一般在180kW以上,需要配置兩套及以上電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。隨著高端電動(dòng)車占比不斷提升,將帶動(dòng)新能源驅(qū)動(dòng)電機(jī)裝機(jī)量進(jìn)一步增長(zhǎng)。而永磁同步電機(jī)借助其功率密度高、能耗低、體積小、重量輕等優(yōu)勢(shì),在中國(guó)新能源汽車中應(yīng)用最為廣泛,在2021年占全部裝機(jī)量的94.4%。驅(qū)動(dòng)電機(jī)是新能源車的三大核心部件之一,其未來發(fā)展方向是高速化、高功率化。這就要求電機(jī)在相同功率下盡可能地降低電機(jī)的體積、重量與鐵耗,但降低電機(jī)的體積和重量會(huì)導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩降低, 因此需要提升電機(jī)轉(zhuǎn)速。如Prius2015款電機(jī)轉(zhuǎn)速幾乎達(dá)到了 Prius2004款電機(jī)的3倍,而峰值轉(zhuǎn)矩呈現(xiàn)降低的趨勢(shì)。通過高速電機(jī)與減速箱配合,將高速低轉(zhuǎn)矩輸入轉(zhuǎn)變?yōu)榈退俅筠D(zhuǎn)矩輸出,進(jìn)而達(dá)到驅(qū)動(dòng)新能源汽車的目的。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)的高速化和高功率化也對(duì)電機(jī)材料提出了更高的要求,尤其是由無取向硅鋼片疊壓制成的定轉(zhuǎn)子鐵芯,不僅直接決定了電機(jī)功率、轉(zhuǎn)矩、鐵耗、溫升等,還影響了新能源車的續(xù)航里程。如于2018年先后在日本、北美 及歐洲地區(qū)上市的Nissan Leaf II,其電池容量?jī)H有40kWh,但續(xù)航里程可達(dá)400km,與電池容量60kWh的特斯拉Model S相同。這是因?yàn)镹issan Leaf II 使用永磁同步電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)電機(jī),以永磁體提供勵(lì)磁,無需勵(lì)磁電流,因此沒有勵(lì)磁損耗,損耗低、效率高。除此之外,Nissan Leaf II驅(qū)動(dòng)電機(jī)的定轉(zhuǎn)子鐵芯由厚度為0.25mm的硅鋼片疊壓而成,可以降低鐵耗,進(jìn)一步提升電機(jī)效率。2016款BWM i3的驅(qū)動(dòng)電機(jī)鐵芯由厚度為0.27mm的硅鋼片疊壓而成,轉(zhuǎn)子鐵芯存在大量減重孔,以此降低電機(jī)重量,提升電機(jī)功率密度。因此,為提升電機(jī)的效率及功率密度,電機(jī)用硅鋼片已由傳統(tǒng)的0.35mm、0.50mm 減薄至0.25mm、0.27mm?梢灶A(yù)見,隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的提升,更薄規(guī)格、更低鐵損的硅鋼將會(huì)逐步應(yīng)用于新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

制造驅(qū)動(dòng)電機(jī)定轉(zhuǎn)子鐵芯的冷軋無取向硅鋼片,是決定功率能量轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵軟磁材料。鐵芯中所產(chǎn)生的鐵耗是電機(jī)損耗的重要組成部分,尤其是電機(jī)運(yùn)行在高轉(zhuǎn)速的工作狀態(tài)下,鐵耗占總損耗的比例顯著增大。在超高頻狀態(tài)下,僅渦流損耗就占了總損耗的40%-70%,因此這就要求硅鋼具有盡可能低的高頻鐵損,這既可以改善電機(jī)效率、提高新能源汽車?yán)m(xù)航里程,也可以抑制溫升、避免永磁體的退磁;在車輛起步和低速爬坡階段,電機(jī)需要輸出足以帶動(dòng)汽車啟動(dòng)的巨大扭矩,因此需要具有盡可能高的磁感。此外,高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)巨大的離心力以及嚴(yán)苛的定轉(zhuǎn)子間隙設(shè)計(jì)還要求轉(zhuǎn)子材料具有更高的屈服強(qiáng)度。因此,高轉(zhuǎn)速、高功率密度的新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)要求采用具有更薄規(guī)格(≤0.35mm)、更低高頻鐵損、更高磁感、高屈服強(qiáng)度的冷軋無取向硅鋼片。

由于新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)用高強(qiáng)無取向硅鋼產(chǎn)品工序流程長(zhǎng)、工藝窗口窄、生產(chǎn)難度大,全球具備大批量穩(wěn)定生產(chǎn)能力的企業(yè)較少。目前,新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)用無取向硅鋼國(guó)際上有日本JFE、日本制鐵、韓國(guó)浦項(xiàng)等企業(yè)能夠生產(chǎn),而國(guó)內(nèi)也只有寶鋼、首鋼、太鋼等少數(shù)企業(yè)可批量生產(chǎn)。隨著新能源汽車的快速發(fā)展,國(guó)內(nèi)外對(duì)新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)用無取向硅鋼的市場(chǎng)需求旺盛,國(guó)內(nèi)外一些企業(yè)紛紛新建新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)用無取向硅鋼的生產(chǎn)線。本文將介紹國(guó)內(nèi)外新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)用高強(qiáng)無取向硅鋼片的產(chǎn)品、技術(shù)路線和市場(chǎng)情況,為新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)用無取向硅鋼產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)提供參考。

 

02

驅(qū)動(dòng)電機(jī)用無取向硅鋼的技術(shù)路線

 

電機(jī)所用硅鋼片C、N含量均很低,其總和一般小于50ppm,但Si、Al含量較高,以保證低鐵損。驅(qū)動(dòng)電機(jī)用硅鋼片的磁性能要求并不是很高,通,F(xiàn)有的如50W230和35W210等高牌號(hào)無取向硅鋼或者高效電機(jī)類無取向硅鋼如35WH230和50WH300等這類牌號(hào)的成分體系就可以滿足磁性能的要求,這也是目前市場(chǎng)上所提供的新能源汽車用無取向硅鋼產(chǎn)品系列的主要來源。但高轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)電機(jī)所要求的硅鋼片要較傳統(tǒng)無取向硅鋼強(qiáng)度高200MPa以上,且在提高強(qiáng)度的同時(shí)不損害磁性能。傳統(tǒng)硅鋼通過Si的固溶強(qiáng)化可提高強(qiáng)度同時(shí)降低鐵損,但惡化了磁感,且最多只能提高至550MPa左右,一般不超過500MPa。更高Si含量導(dǎo)致不可軋制。因此需要新的強(qiáng)化機(jī)制提高強(qiáng)度。由于硅鋼產(chǎn)品為了防止磁滯時(shí)效,其C、N含量均很低,無法進(jìn)行間隙原子固溶強(qiáng)化和相變強(qiáng)化。因此可行的強(qiáng)化機(jī)制只有代位原子固溶強(qiáng)化、析出強(qiáng)化或者變形強(qiáng)化。但無取向硅鋼的鐵損、磁感及強(qiáng)度是互斥關(guān)系,提高磁感、強(qiáng)度的方法往往會(huì)損傷鐵損,因此,為了同時(shí)獲得硅鋼的低鐵損、高磁感和高強(qiáng)度,需要精心選擇強(qiáng)化路線和設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝,以實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能與磁性能的優(yōu)化。日本是全球最早從事新能源汽車研發(fā)與生產(chǎn)的國(guó)家,其相關(guān)技術(shù)開發(fā)最早、技術(shù)儲(chǔ)備也最多。日本從1980 年起就開始研究高強(qiáng)度無取向硅鋼,代表廠家主要為新日鐵、JFE 和住友金屬。由于最終采用的強(qiáng)化技術(shù)路線涉及到各公司的商業(yè)機(jī)密,因此鮮有這方面的詳細(xì)研發(fā)報(bào)告發(fā)表,取而代之的是這三家公司在其本國(guó)或是其他國(guó)家申請(qǐng)的逾百項(xiàng)高強(qiáng)度無取向硅鋼專利,這些專利大多是為了覆蓋和掩蓋其真實(shí)的工藝技術(shù)而設(shè)立的,因此需要結(jié)合科學(xué)規(guī)律詳細(xì)分析這些專利文獻(xiàn),發(fā)現(xiàn)它們所遵循的研發(fā)思路。

這些專利主要涉及到無取向硅鋼強(qiáng)化的三種技術(shù)路線,包括固溶強(qiáng)化、位錯(cuò)強(qiáng)化和析出強(qiáng)化。新日鐵在1990 年以前公開的專利中主要采用Si、P、Mn、Ni的固溶強(qiáng)化,但有時(shí)也會(huì)用到Cr、Mo、Cu、Ti 等其他合金元素,并且為達(dá)到高強(qiáng)度一般會(huì)適當(dāng)控制成品材的晶粒尺寸。該公司采用的主要強(qiáng)化手段是P、Mn、Ni 等元素的固溶強(qiáng)化。但需注意P雖然固溶強(qiáng)化效果很好,但易在晶界偏聚引起鋼板脆裂,需要采取特別工藝措施加以避免。固溶強(qiáng)化的最大特點(diǎn)就是可以在提高強(qiáng)度的同時(shí)而不損傷磁感和鐵損。

新日鐵于2002 年11 月公布的高強(qiáng)度無取向硅鋼片HST系列,有0.5mm,0.35mm和0.2mm三個(gè)規(guī)格,其典型磁性能和屈服強(qiáng)度如圖1所示。0.2mm和0.5mm厚度屈服強(qiáng)度在780MPa級(jí)別時(shí),其P1.0/400分別只有38W/kg和52W/kg;而0.35mm厚度屈服強(qiáng)度570MPa級(jí)別的P1.0/400為30W/kg。圖1也將其與高效電機(jī)用0.35mm和0.50mm的高效無取向硅鋼的性能進(jìn)行了比較,由此可見,在同樣的厚度規(guī)格情況下,磁性能雖然略有下降,但屈服強(qiáng)度大約提高了1倍以上,材料的抗變形能力顯著增強(qiáng),實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目的。我們推測(cè)新日鐵這一時(shí)期所開發(fā)的高強(qiáng)度無取向硅鋼片是基于固溶強(qiáng)化技術(shù)路線。

由于固溶強(qiáng)化往往使用昂貴的金屬鎳,導(dǎo)致合金成本顯著上升,而且固溶強(qiáng)化增加了軋制前的強(qiáng)度,使得軋制難度增大,因此住友金屬在2011年申請(qǐng)的美國(guó)專利中提出了加入Nb、Ti、V、Zr這一類微合金元素的方法,一方面形成細(xì)小碳化物粒子通過析出強(qiáng)化提高強(qiáng)度,另一方面是通過固溶Nb抑制退火時(shí)的再結(jié)晶,使得再結(jié)晶分?jǐn)?shù)不超過90%,保留了部位冷加工位錯(cuò)壁等缺陷,使得強(qiáng)度不會(huì)因再結(jié)晶顯著下降。根據(jù)這一技術(shù)所開發(fā)的SXRC系列高強(qiáng)度無取向硅鋼的性能如表1所示。與普通無取向硅鋼相比,在類似的高頻鐵損下強(qiáng)度顯著提高1倍以上,但與圖1中新日鐵產(chǎn)品相比,鐵損相差很多。住友金屬認(rèn)為雖然位錯(cuò)強(qiáng)化導(dǎo)致鐵損顯著增大。但是轉(zhuǎn)子比定子用硅鋼片的容許鐵損要大很多。位錯(cuò)強(qiáng)化工藝簡(jiǎn)單易行,成本經(jīng)濟(jì)。韓國(guó)浦項(xiàng)近年來所開發(fā)的新能源無取向硅鋼產(chǎn)品性能見表2,其中35PNT650Y產(chǎn)品牌號(hào)的力學(xué)性能與磁性能與住友金屬的SXRC690非常接近,應(yīng)是采用了同一強(qiáng)化類型的技術(shù)路線所致。

新日鐵在2012年與住友金屬合并之初,其所提供的高強(qiáng)無取向硅鋼產(chǎn)品手冊(cè)中的性能指標(biāo)如表3所示,在同一強(qiáng)度級(jí)別下磁性能與之前住友金屬的產(chǎn)品水平相當(dāng),而遠(yuǎn)遜于早期新日鐵所開發(fā)牌號(hào)的磁性能。這種將降級(jí)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)路線選擇,我們推測(cè)是日本企業(yè)基于日本新能源汽車多為混合動(dòng)力、以及鋼鐵企業(yè)與汽車企業(yè)進(jìn)行利潤(rùn)博弈的現(xiàn)實(shí)路線選擇。事實(shí)上,日本鋼鐵企業(yè)也有既提高強(qiáng)度也不犧牲磁性能的技術(shù)儲(chǔ)備和專利方案,如新日鐵后期提出的Cu 金屬相析出強(qiáng)化的若干專利方案就具有明顯的性能優(yōu)勢(shì)。Cu 金屬相降低飽和磁通密度的作用很小,而且與碳氮化物相比,對(duì)磁疇壁移動(dòng)的阻礙作用較小,因此可以實(shí)現(xiàn)提高強(qiáng)度而不惡化磁性能的目的。另外,可以通過控軋控冷和退火工藝可以不析出或少析出Cu相,保證冷軋和沖片的工藝性能,而在疊片后時(shí)效處理中讓Cu相析出提高強(qiáng)度。這樣,在時(shí)效前的鋼板一直是處于一個(gè)相對(duì)“軟質(zhì)”的狀態(tài),冷軋及其沖片過程中的成材率相對(duì)較高。為了防止Cu 金屬相嚴(yán)重惡化磁性能,專利中一般都對(duì)Cu 金屬相的尺寸、密度作出規(guī)定。

 

03

國(guó)內(nèi)新能源無取向硅鋼的生產(chǎn)

 

3.1 產(chǎn)品情況和市場(chǎng)分析

國(guó)內(nèi)新能源汽車呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng),預(yù)計(jì)2022年國(guó)內(nèi)新能源汽車銷量將達(dá)到500萬-600萬輛,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他國(guó)家,主要汽車廠家有:特斯拉、比亞迪、上汽通用五菱、大眾、寶馬、奔馳、沃爾沃等。我國(guó)是全球最大的新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)制造市場(chǎng),在中國(guó)本土制造的驅(qū)動(dòng)電機(jī)會(huì)通過供應(yīng)鏈裝備到海外的整車廠。新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)用無取向硅鋼,是全球無取向硅鋼廠一致認(rèn)同的高牌號(hào)增量市場(chǎng)。2021年,主流鋼廠合計(jì)銷量約35萬-38萬噸,其中占比最高的分別是寶鋼、首鋼、太鋼。在市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下,日韓等老牌硅鋼企業(yè)和我國(guó)無取向硅鋼企業(yè)都在積極規(guī)劃和建設(shè)新能源汽車用無取向硅鋼生產(chǎn)線。我國(guó)企業(yè)生產(chǎn)的新能源汽車用無取向硅鋼產(chǎn)品牌號(hào)基本與日本新日鐵的產(chǎn)品系列類似,也包括0.35mm、0.30mm、0.27mm、0.20mm等不同的厚度規(guī)格與性能。如寶鋼生產(chǎn)的新能源汽車用無取向硅鋼包括普通型(AV)、高效型(AHV)、高磁感型(APV)、高效高強(qiáng)型(AHV-M)、高強(qiáng)度消除應(yīng)力退火型(AHVR)以及高強(qiáng)度(AHS)等六個(gè)系列29個(gè)牌號(hào),有B20AV1200、B30AV1500、B20AHV1200、B30AHV1500和B35AHS500等。2021年,寶鋼的新能源汽車用無取向硅鋼的產(chǎn)量全國(guó)最大,也是全球最大,國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到45%左右,同時(shí)還在建設(shè)50萬噸新能源汽車用無取向硅鋼項(xiàng)目。

首鋼的牌號(hào)有20SW1200、20SW1200H、35SW1700、25SWH1400、35SWYS600和35SWYS900等。35SWYS900牌號(hào)高強(qiáng)度產(chǎn)品和20SW1200H(屈服強(qiáng)度490MPa,鐵損P1.0/400為11.3W/kg)產(chǎn)品是其最優(yōu)牌號(hào)。2022年,首鋼投產(chǎn)一條35萬噸/年的新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)專用生產(chǎn)線。另外,馬鋼利用六輥軋機(jī)已開發(fā)出0.25mm薄規(guī)格的新能源汽車用無取向硅鋼產(chǎn)品。

如果將新日鐵公布的典型高強(qiáng)無取向硅鋼片牌號(hào)的性能與我國(guó)寶武、首鋼集團(tuán)的相應(yīng)產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)比,如表4所示,可以看出寶鋼產(chǎn)品的性能位于圖1新日鐵高效系列牌號(hào)產(chǎn)品范圍,應(yīng)是沒有采用額外強(qiáng)化手段的高效系列的延伸;而首鋼產(chǎn)品則應(yīng)是位錯(cuò)強(qiáng)化技術(shù)路線的典型性能,即強(qiáng)度和高頻鐵損均很高。

 

3.2 國(guó)內(nèi)高強(qiáng)度無取向硅鋼片的研發(fā)與知識(shí)產(chǎn)權(quán)

由于新能源汽車的蓬勃發(fā)展,鋼鐵企業(yè)紛紛開展研制和生產(chǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)用高強(qiáng)無取向硅鋼片的研發(fā)與生產(chǎn)。同時(shí),一些在冶金行業(yè)知名的大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)也陸續(xù)開展了相應(yīng)的研發(fā),并且都申請(qǐng)了相關(guān)專利。我們梳理了我國(guó)在高強(qiáng)無取向硅鋼片的所有授權(quán)的國(guó)家發(fā)明專利,如表5所示。這些專利大多是關(guān)于高強(qiáng)無取向硅鋼成分與制備工藝的新發(fā)明。其中北京科技大學(xué)的發(fā)明專利方案既包括利用Nb的合金化實(shí)現(xiàn)位錯(cuò)強(qiáng)化的經(jīng)濟(jì)型技術(shù)路線,也包括通過Cu、Ni合金化獲得屈服強(qiáng)度高達(dá)800MPa而高頻鐵損P1.0/400保持在21W/kg,同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)低鐵損;東北大學(xué)的發(fā)明專利則主要是基于薄帶鑄軋這一獨(dú)特的技術(shù)工藝路線來實(shí)現(xiàn)多個(gè)產(chǎn)品系列,創(chuàng)新性明顯。但讓人意外的是,這些知識(shí)產(chǎn)權(quán)多來自知名的冶金高校和最早生產(chǎn)硅鋼的企業(yè)武漢鋼鐵公司。雖然寶武集團(tuán)和首鋼集團(tuán)硅鋼產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)居于領(lǐng)先地位,卻未發(fā)現(xiàn)它們有與高強(qiáng)無取向硅鋼產(chǎn)品主體技術(shù)特征相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。同時(shí)注意到,寶鋼股份在2022年8月17日晚間公告稱,收到日本制鐵就該公司向豐田汽車供應(yīng)的電磁鋼板侵犯了其三項(xiàng)專利的起訴,合計(jì)索賠額超過30億元,案件將在日本東京地方法院開庭審理。這一不同尋常的知識(shí)產(chǎn)權(quán)訴訟,提醒我國(guó)企業(yè)需要加強(qiáng)與自己產(chǎn)品相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)建設(shè),尤其是要形成與產(chǎn)品主要技術(shù)特征相關(guān)的、法律狀態(tài)清晰的知識(shí)產(chǎn)權(quán),來避免此類糾紛和訴訟。另外,我國(guó)相關(guān)部門在科技獎(jiǎng)勵(lì)的評(píng)選中,也應(yīng)嚴(yán)格審查所申報(bào)的技術(shù)進(jìn)步中,其主要技術(shù)特征是否有明確清晰的知識(shí)產(chǎn)權(quán),促進(jìn)我國(guó)企業(yè)增強(qiáng)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

 

04

未來發(fā)展趨勢(shì)

 

從近年來新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)用戶對(duì)材料的選擇來看,國(guó)內(nèi)原來大批量使用0.35mm厚度,現(xiàn)逐漸轉(zhuǎn)為0.27-0.30mm厚度;日系使用0.25-0.30mm厚度,對(duì)材料的鐵損、磁感和強(qiáng)度綜合性能要求更高;歐系和美系分別傾向使用0.27-0.30mm和0.25-0.30mm厚度,對(duì)材料的鐵損和強(qiáng)度性能要求最高。

新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)未來將向更高速、更高功率密度方向發(fā)展,因此,其所用硅鋼片將向著更低鐵損、更高磁感、更高屈服強(qiáng)度及更薄厚度方向發(fā)展。但硅鋼厚度不能無限減薄,當(dāng)減薄至0.25mm以下時(shí),電機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下,離心力較大,鐵芯磁橋薄弱處斷裂風(fēng)險(xiǎn)升高。而且高牌號(hào)硅鋼厚度持續(xù)減薄,原材料生產(chǎn)加工過程困難,成本上升,影響電機(jī)整體經(jīng)濟(jì)性。因此從制造與加工成本方面綜合考慮,0.2-0.25mm厚度應(yīng)該是未來一段時(shí)間內(nèi)新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)用硅鋼的最佳厚度。

另外,日本制鐵目前采用的高強(qiáng)無取向硅鋼片的力學(xué)與磁性的綜合性能,遜于早期新日鐵開發(fā)的牌號(hào),這應(yīng)該與日本的新能源汽車多為混合動(dòng)力的現(xiàn)狀相適應(yīng),因?yàn)榛旌蟿?dòng)力對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的要求不同于純電動(dòng)汽車,尤其是在續(xù)航里程焦慮、峰值功率高速運(yùn)行導(dǎo)致的溫升等方面均有顯著不同,這更可能是基于日本國(guó)土狹小和人口稠密特點(diǎn)所導(dǎo)致的頻繁啟停、低速運(yùn)行的典型城市路況條件,以及日本汽車企業(yè)早期在混合動(dòng)力上投入了巨資的前提下,鋼鐵企業(yè)與汽車企業(yè)進(jìn)行利潤(rùn)博弈的臨時(shí)路線選擇,而非長(zhǎng)遠(yuǎn)的技術(shù)路線。而我國(guó)國(guó)土遼闊、地形地貌豐富、南北氣候差異巨大,這導(dǎo)致我國(guó)家庭用車通常都要在各種地理氣候條件下進(jìn)行長(zhǎng)途駕駛,因此,在我國(guó)純電動(dòng)汽車的未來發(fā)展,除了要高度重視高能量密度電池的研發(fā),驅(qū)動(dòng)電機(jī)終會(huì)變得像燃油汽車發(fā)動(dòng)機(jī)一樣重要,來適應(yīng)國(guó)民需求,最終依然會(huì)以電池、電機(jī)的性能來作為劃分高性能電動(dòng)汽車品牌檔次的主要技術(shù)指標(biāo)。我國(guó)是工業(yè)電機(jī)的生產(chǎn)大國(guó)且出口眾多,相關(guān)工業(yè)基礎(chǔ)很好,但是我國(guó)企業(yè)多是跟蹤和模仿發(fā)達(dá)國(guó)家的產(chǎn)品技術(shù),少有未雨綢繆的領(lǐng)先產(chǎn)品規(guī)劃,尤其是當(dāng)高性能純電動(dòng)汽車已成為不可逆轉(zhuǎn)的未來發(fā)展趨勢(shì),一種為高轉(zhuǎn)速、高功率密度驅(qū)動(dòng)電機(jī)配套的,同時(shí)擁有高強(qiáng)度、高磁感與低的高頻鐵損的無取向硅鋼片的技術(shù)路線將是未來必然的選擇。

世界金屬導(dǎo)報(bào)

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