節(jié)能降噪低成本高附加值高硅鋼薄帶

所屬學(xué)院：新金屬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

合作方式：?整體轉(zhuǎn)讓 ?技術(shù)許可 ?作價入股 ?合作開發(fā) ?其它_____

成果簡介：

高速電機(jī)、高頻變壓器等高端電力電子裝備對高性能軟磁材料需求迫切。目前廣泛使用的含硅量小于3.5wt.%的普通硅鋼，因其鐵損高、磁致伸縮大，造成能耗高、噪音大等問題，嚴(yán)重影響我國高端裝備制造業(yè)的發(fā)展。

Fe-6.5wt.%高硅鋼鐵損低、磁致伸縮小，可實(shí)現(xiàn)高速電機(jī)、高頻變壓器產(chǎn)品更新?lián)Q代。但因該材料加工塑性差，世界上僅有一條日本的商業(yè)化生產(chǎn)線可以生產(chǎn)Fe-6.5wt.%Si高硅鋼薄帶。項(xiàng)目組開發(fā)的Fe-6.5wt.%Si高硅鋼薄帶制備技術(shù)，能夠批量穩(wěn)定生產(chǎn)60毫米寬高硅鋼薄帶，解決高硅鋼薄帶塑性加工性能差、成材率低等問題，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。另外，項(xiàng)目組開發(fā)的Fe-4.5wt.%Si高硅鋼，在成熟工業(yè)設(shè)備基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)Fe-4.5wt.%Si高硅鋼薄帶的成功制備，有望在新能源汽車驅(qū)動電機(jī)、中高頻變壓器等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)性能升級。

成熟程度及推廣應(yīng)用情況：

目前處于何種研發(fā)階段：?研發(fā)?小試?中試?小批量生產(chǎn)?產(chǎn)業(yè)化；樣機(jī)：?有?無其他：□如選擇“其他”，請說明：。

推廣應(yīng)用情況：高硅鋼薄帶產(chǎn)品已分別送高速電機(jī)（400赫茲，1kVA）、高頻變壓器（20千赫茲，20kVA）用戶試用，就高硅鋼鐵芯的損耗、噪音、性價比等與現(xiàn)有應(yīng)用材料如普通硅鋼、非晶納米晶性能比較，出具了使用評價報告。在高頻（400Hz）電機(jī)中，與普通硅鋼相比鐵損降低67%。在高頻（20kHz）變壓器中，與普通非晶相比噪音降低30%。

技術(shù)優(yōu)勢：

利用單輥甩帶快速凝固方法制備高硅鋼薄帶，具有短流程、高效率的特點(diǎn)。由于快速凝固制備的薄帶從無序相區(qū)快冷，最大程度抑制了高硅鋼中有序相的生成和長大，薄帶具有一定的彎折能力，可以進(jìn)行纏繞，熱處理后也具備一定的韌塑性，滿足加工、使用要求。薄帶在熱處理后具備磁性能得到提高，適合在中高頻領(lǐng)域應(yīng)用。

相比較其它主要的制備方法，如化學(xué)氣相沉積和軋制法，本技術(shù)路線具有高效率、短流程的特點(diǎn)。本項(xiàng)目所制備薄帶經(jīng)過一次噴帶直接成形，成分和厚度達(dá)到理想要求，不需要后續(xù)的滲硅、冷軋等步驟。由于在制備過程中抑制了高硅鋼有序相的生成，制備的薄帶具備較好的塑性，可以彎折、卷取，滿足生產(chǎn)工藝卷繞要求。

性能指標(biāo)：

鐵損1T/400Hz≤9.0W/kg；

鐵損0.1T/20kHz耗≤12.0瓦/公斤；

磁致伸縮系數(shù)≤0.1e-6；

飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度≥1.8特斯拉；

拉伸強(qiáng)度≥400兆帕；

塑性延伸率≥0.3%。

市場分析：

1. 高硅鋼在電動汽車領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，需求總量為600萬噸。

無取向高硅鋼，最大的應(yīng)用在電動汽車的驅(qū)動馬達(dá)上。因?yàn)殡妱悠囯姍C(jī)要工作在7000rpm，頻率為450Hz，采用0.1mm厚高硅鋼，在1T/450HZ鐵損為6W/kG。而現(xiàn)在0.35mm-W250的無取向硅鋼片鐵損為25W/kG。

中國在2030年電動汽車保有量會超過1億輛，2040年或?qū)⒊^2億輛，相當(dāng)于100個三峽電站的功率。按每部車驅(qū)動電機(jī)耗用30kg高硅鋼來計算，高硅鋼在電動汽車領(lǐng)域需求總量為600萬噸。

2. 高硅鋼在家電、能源等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，需求量為60萬噸。

高速電機(jī)通常是指轉(zhuǎn)速超過10000r/min的電機(jī)。因?yàn)檗D(zhuǎn)速高，體積遠(yuǎn)小于功率普通的電機(jī)，與原動機(jī)相連，取消了傳統(tǒng)的減速機(jī)構(gòu)，高速電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量小等原因，所以具有電機(jī)功率密度高，可以有效的節(jié)約材料，傳動效率高，噪音小，動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)。高速電機(jī)已在空調(diào)或冰箱的離心式壓縮機(jī)等各種場合得到應(yīng)用。并將在體積小、重量輕的高速發(fā)電機(jī)上得到充分的重視。另外，由燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動的高速發(fā)電機(jī)體積小，具有較高的機(jī)動性，可用于一些重要設(shè)施的備用電源，也可作為獨(dú)立電源或小型電站，彌補(bǔ)集中式供電的不足，具有重要的實(shí)用價值。高硅鋼在家電、能源等領(lǐng)域需求量為30萬噸/年。

3. 有噪聲體積訴求的中頻變壓器等領(lǐng)域，需求量40萬噸。

在400Hz~10kHz領(lǐng)域，因?yàn)楦吖桎摫确蔷г肼暤?5dB，飽和磁密高25%，在艦船、航空電源領(lǐng)域很有前途。

經(jīng)濟(jì)效益分析：

1. 直接經(jīng)濟(jì)效益

日本JFE鋼鐵公司采用CVD滲硅法量產(chǎn)厚度0.05~0.1mm，幅寬為400mm高硅鋼帶，是目前唯一一家量產(chǎn)并商業(yè)化供應(yīng)的公司。由于該產(chǎn)品具有唯一性，且由于生產(chǎn)工藝復(fù)雜、耗時，生產(chǎn)高硅鋼薄帶成本較高，價格非常昂貴。目前國外高硅鋼薄帶的價格高達(dá)20~30萬元/噸。本項(xiàng)目所搭建的高硅鋼薄帶規(guī)模化生產(chǎn)線，將是國際上首個高硅鋼甩帶生產(chǎn)線，預(yù)計銷售價格為15萬元/噸（產(chǎn)品成本10萬元/噸），以年產(chǎn)1000噸為例，預(yù)計年?duì)I銷1.5億元，利潤5000萬元，同時節(jié)省進(jìn)口1~2億元。

2. 間接經(jīng)濟(jì)效益

由于該高硅鋼的應(yīng)用，可大幅降低鐵損，因?yàn)殡妱悠囯姍C(jī)要工作在7000rpm，頻率為450Hz，目前0.35mm無取向硅鋼片鐵損為25W/kg，采用0.03mm高硅鋼鐵損降為9W/kg，因此可節(jié)約鐵損16W/kg。1000噸高硅鋼的應(yīng)用，總計節(jié)約電能16兆瓦。

3. 社會效益

日本JFE鋼鐵公司是目前唯一一家量產(chǎn)并商業(yè)化供應(yīng)的公司。由于該產(chǎn)品亦有廣泛的軍事用途，屬巴統(tǒng)管制目錄，嚴(yán)格限制對中國軍事應(yīng)用領(lǐng)域的出口，民用領(lǐng)域也只是以成品器件形式出口。本項(xiàng)目生產(chǎn)的高硅鋼，應(yīng)用在有噪聲訴求的軍事設(shè)備上無可替代，例如核潛艇等領(lǐng)域，這對我國軍事安全具有重要意義。

成果亮點(diǎn)：

1. 具有自主知識產(chǎn)權(quán)，研究成果已授權(quán)發(fā)明專利1項(xiàng)，申請4項(xiàng)。

2. 成果來源：自然基金2項(xiàng)目、973項(xiàng)目2項(xiàng)等。

3. 技術(shù)先進(jìn)性：國際領(lǐng)先。

團(tuán)隊(duì)簡介：

林均品，博士、教授、博導(dǎo)，北京科技大學(xué)新金屬材料國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任，國家973計劃首席科學(xué)家，國家科技重大項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。自1990年以來至今，長期從事結(jié)構(gòu)-功能金屬間化合物（主要包括Fe-Si系合金、高溫TiAl合金等）、難變形材料的強(qiáng)加工及組織精確控制、新型多孔材料等方面的研究。先后承擔(dān)了973計劃、國家軍工平臺建設(shè)項(xiàng)目、863計劃、國家自然科學(xué)基金、民口配套項(xiàng)目等30余項(xiàng)國家課題。發(fā)表論文300余篇，SCI引用超3000次，出版專著2本。獲省部級科技成果一等獎2項(xiàng)、二等獎4項(xiàng)，已獲授權(quán)國家發(fā)明專利40余項(xiàng)。是TiAl金屬間化合物領(lǐng)域最高水平系列國際會議Gamma Alloy Technology (GAT) 主席或共同主席，在國際會議上作特邀報告20余次。

梁永鋒，博士、教授、博導(dǎo)。2003年獲得北京科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位，2011年獲得北京科技大學(xué)博士學(xué)位。2013年博士后出站。曾于2009年和2016年兩次赴美國訪學(xué)。主要從事脆性難加工金屬間化合物韌塑化改善機(jī)制、制備加工及性能改善、金屬間化合物結(jié)構(gòu)-功能一體化等研究，包括TiAl金屬間化合物、FeSi金屬間化合物等。獲教育部技術(shù)發(fā)明獎一等獎1項(xiàng)，中國有色金屬工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎二等獎1項(xiàng)。承擔(dān)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目2項(xiàng)，國家科技重大專項(xiàng)課題2項(xiàng)，科技部973. 總裝JG973子課題2項(xiàng)、科技部863子課題1項(xiàng)，發(fā)表論文80余篇，其中SCI收錄70余篇。已獲授權(quán)國家發(fā)明專利20項(xiàng)。擔(dān)任20余種國際期刊審稿人，任《精密成形工程》編委、《中國機(jī)械工程學(xué)會鑄造分會》理事等職。

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