项目获奖情况：2022年冶金科学技术奖一等奖；
完成单位：宝山钢铁股份有限公司、东北大学、上海电驱动股份有限公司、上海捷能汽车技术有限公司、上海蔚来汽车有限公司；
完成人：王波、陈晓、李登峰、张芳、李国保、储双杰、王志成、陈圣林、张峰、余寒峰、宗震宇、孙业中、应红亮、黄少锐、曾澍湘。
1 研究背景与问题
中国是世界上最大的汽车生产和石油消费国，2008年起进口比例超过50%，能源安全存在潜在风险。汽车碳排放占全社会碳排放的7.5%左右，是环境污染的重要因素。2003年，国家启动了节能与新能源汽车发展战略，后续密集出台政策以推动新能源汽车发展。2020年节能与新能源汽车规划提出，到2035年新能源汽车销量占比达到50%以上。
驱动电机是新能源汽车三大核心零部件之一，要求具有高效率、高转矩、小型轻量化和高可靠性等特点，以满足新能源汽车低电耗、高续航、轻量化、高舒适性和高安全性等需求。无取向硅钢是驱动电机“电-磁-力”能量转换的核心材料，要求无取向硅钢材料具有高磁感、中频低铁损和高强度等综合性能。同时，驱动电机高温工况、低噪声、高性能，对铁心的加工趋势以及绿色环保提出了绝缘涂层高耐热、粘接功能以及无铬环保化的需求（图1）。这些要求与常规电机使用的高牌号无取向硅钢相比，无论是材料性能还是涂层性能都有很大的差异，材料设计和制造难度很高。
在材料设计上，铁损、磁感和强度三者之间存在相互矛盾的问题。硅铝含量提高、厚度减薄，可使铁损降低、强度增加，但磁感应强度降低。因此，产品开发的难点之一是要在确保低铁损和高强度的基础上，通过面织构技术实现磁感应强度提升。此外，高硅铝含量、薄规格给材料制造带来很大的难度。难点之二就是要攻克可制造性问题，实现规模化生产。难点之三是研发新型环保半有机涂层，解决冲片性差、耐热低及点胶强度低等固有问题，满足使用要求；解决自粘接涂层固化时间长、耐热温度低、进口涂料价格高的问题。
新能源汽车驱动电机是电机应用的新领域，除设计需求的特殊材料数据外，各种复杂工况下材料的变化、对电机性能和安全性的影响都并不清楚，材料应用技术水平低，电机性能不能满足新能源汽车发展的需要。因此，需要建立高水平的应用技术平台，开展材料应用技术研究，支撑高性能电机选材。
2008年是新能源汽车元年，本项目与新能源汽车的市场实施同步启动。项目组成立了由宝钢股份（负责）、东北大学（基础研究）、上海电驱动（应用研究）、上汽捷能汽车（应用研究）和蔚来汽车（应用研究）组成的“产学研用”团队，开展“材料设计-制造工艺-涂层技术-应用技术”全产业链系统创新，以引领世界最高水平为目标，运行过程中得到了3项国家863计划（上海电驱动负责）和2项重点研发项目（宝钢负责1项、参与1项）的支持。
2 主要创新性成果
1）开发了薄规格高硅铝成分体系的快速加热和常化冷轧复合等面织构控制标志性技术，实现了磁感应强度与中频铁损、机械强度性能的协调匹配（图2），开发了0.15-0.35mm厚度普通型（AV）、高效性（AHV）、高磁感型（APV）、高效高强度型（AHV-M）、高强度消除应力退火型（AHVR）以及高强度型（AHS）等6大系列29个产品牌号。
2）构建了薄规格高硅铝无取向硅钢的完备制造工艺技术体系，突破了炼钢七大有害元素和夹杂物低量化控制等关键技术；开发了热轧超薄厚度宽规格轧制、楔形和板形控制等关键轧制技术；形成了薄带钢高速退火机组通板、炉内低张力控制等关键技术，实现了系列产品的合理成本规模化稳定生产。
3）发明了高耐热高冲片点胶功能半有机环保涂层和高耐热快速固化自粘接涂层，满足了新能源汽车驱动电机加工和工况要求。
4）在国内率先建立了新能源汽车驱动电机用高性能硅钢应用技术体系。建立了EVI使用技术支持平台、产品性能数据库、电磁软件模拟仿真平台、铁心样件制作与测试平台以及驱动电机硅钢片选材解决方案。
3 应用情况与效果
项目开发产品规格齐全、品种丰富，能够很好地满足新能源汽车驱动电机性能个性化、成本需求等方面选材需求。在相同产品厚度下，项目开发产品在中高频低铁损、高机械强度和高磁极化强度方面具有综合性、整体优势，6个牌号全球首发及部分牌号全球领先。对比国内外主要厂家，半有机环保涂层在冲片性、耐热性和点胶粘接强度方面处于优势地位。对于自粘接涂层，国内只有宝钢能够生产快速固化自粘接涂层，在耐热性、快速粘接强度和时间等主要性能上，项目产品具有综合性优势，涂料成本比进口低40%以上。
项目获得发明专利35件，其中授权29件，国外专利5件；发表SCI论文4篇；制定了2项企业标准和1项团体标准。中国科学院上海科技查新咨询中心提供的科技查新与咨询报告以及中国金属学会组织的项目科技成果评价会，均认为本项目科技成果达到国际领先水平。项目获得上海市高新技术成果转化2项、宝武技术创新重大成果一等奖1项。
项目开发产品自2010年开始向市场投放，近三年累计销量30万吨，市场占有率突破50%以上。产品覆盖新能源汽车驱动电机铁心加工、驱动电机和整车整个产业链，应用于我国绝大多数车厂制造新能源汽车，包括蔚来、小鹏等造车新势力企业，出口日本丰田汽车等国外汽车厂。用户整体评价是产品性能、尺寸精度和加工性能优良，质量稳定，满足电机设计和加工制造要求，稳定应用于新能源汽车驱动电机的批量制造。项目开发新技术支撑全球唯一、技术领先、完全面向新能源汽车行业的高等级无取向硅钢专业生产线建设。该产线设计产能为50万吨，每年可为400万辆新能源汽车提供高等级用材，将于2022年全线投产。
近三年，实现产值28.78亿元、利税6.38亿元、毛利7.28亿元。
发展新能源汽车是我国提升核心科技竞争力、保证国家能源安全、减少碳排放的重要措施之一，也是我国汽车行业发展重要战略方向。项目开发产品解决了关键材料“卡脖子”问题，为我国新能源汽车战略新兴产业的高速发展提供了坚实的材料保障。
三年来，宝钢向新能源汽车市场提供的高性能硅钢产品，可生产约375万辆新能源汽车，按当年发电能源结构计算，可降低碳排放约238万吨。本项目产品为汽车工业低碳发展作出贡献。
来源：世界金属导报
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