在国家“双碳”目标持续推进及新能源汽车产业快速崛起的背景下，高等级无取向硅钢作为新能源汽车驱动电机核心材料之一，其性能对电机效率、体积、噪声控制和能耗水平具有决定性作用，备受产业链上下游科技工作者的关注。《新能源汽车驱动电机用高等级硅钢》围绕新能源汽车用高等级硅钢主题，综述该领域全球范围内所取得的技术进步，结合作者多年研究成果及生产实践经验，从铁水预处理、冶炼、精炼、连铸、热轧、常化、冷轧、再结晶退火到绝缘涂层等环节，详细介绍了各工艺阶段的关键设备与工艺原理，重点阐述工艺技术参数对*终硅钢磁性能的影响。

目录
前言
第1章 新能源汽车驱动电机及其关键铁芯材料 1
1.1 新能源汽车现状及发展趋势 1
1.1.1 新能源汽车的发展和现状 1
1.1.2 新能源汽车简介 5
1.1.3 新能源汽车面临的挑战 11
1.2 新能源汽车驱动电机 12
1.2.1 驱动电机简介 12
1.2.2 代表性车企的电机类型 20
1.2.3 新能源汽车对驱动电机的要求 22
1.2.4 新能源汽车电机对无取向硅钢的性能要求 26
1.3 新能源汽车用高等级硅钢研究现状 31
1.3.1 无取向硅钢概述 31
1.3.2 无取向硅钢的生产流程 35
1.3.3 无取向硅钢性能指标 37
1.3.4 无取向硅钢磁性能的影响因素 44
1.3.5 新能源汽车用高等级无取向硅钢强化研究 48
1.3.6 国内外企业新能源汽车用高等级无取向硅钢产品性能 50
1.4 新能源汽车用高等级硅钢发展展望 52
1.4.1 高效生产工艺革新 52
1.4.2 高端材料性能突破 52
1.4.3 绿色制造技术转型 53
1.4.4 智能生产系统构建 53
1.5 本章小结 53
参考文献 55
第2章 高等级硅钢冶炼技术 59
2.1 高等级硅钢冶炼概述 59
2.1.1 冶炼工艺流程概述 59
2.1.2 冶炼过程中成分控制对硅钢性能的影响 60
2.1.3 冶炼过程中夹杂物的控制 65
2.1.4 硅钢废钢再利用 69
2.2 高等级硅钢的铁水预处理技术 70
2.2.1 铁水脱硫工艺 70
2.2.2 铁水脱磷工艺 73
2.2.3 铁水脱磷脱硫协同影响 80
2.3 高等级硅钢的转炉冶炼工艺 81
2.3.1 转炉冶炼工艺制度 82
2.3.2 转炉脱硫工艺 85
2.3.3 转炉脱磷工艺 88
2.3.4 转炉顶渣改质 91
2.3.5 转炉夹杂物的控制 92
2.4 高等级硅钢的炉外精炼技术 93
2.4.1 RH真空精炼技术 93
2.4.2 RH处理过程钢液的脱碳 94
2.4.3 RH处理过程的脱氧合金化工艺 96
2.4.4 RH处理过程钢液的脱硫 100
2.4.5 RH处理过程中夹杂物的控制 102
2.5 高等级硅钢的连铸工艺及其纯净度控制 106
2.5.1 连铸过程中间包冶金 106
2.5.2 中间包冶金 107
2.5.3 连铸过程结晶器冶金 110
2.5.4 保护浇注 114
2.5.5 连铸坯凝固组织控制研究 117
2.5.6 提高有益凝固织构的研究进展 122
2.6 高等级硅钢冶炼技术的未来趋势 123
2.6.1 新型连铸工艺 123
2.6.2 电炉炼钢短流程工艺 130
2.6.3 CO2炼钢工艺 131
2.7 本章小结 133
参考文献 134
第3章 高等级硅钢热轧工艺 141
3.1 高等级硅钢热轧工艺概述 141
3.1.1 热轧的作用 141
3.1.2 热轧的基本过程和原理 142
3.2 高等级硅钢热轧装备 143
3.2.1 步进式加热炉 145
3.2.2 高压除鳞和大侧压设备 148
3.2.3 粗轧E1R1、E2R2机架 148
3.2.4 精轧机组 148
3.2.5 层冷系统与卷取机 149
3.3 高等级硅钢热轧工艺调控 150
3.3.1 轧制之前的板坯加热工艺控制 150
3.3.2 除鳞工艺控制 153
3.3.3 粗轧工艺控制 156
3.3.4 精轧工艺控制 157
3.3.5 冷却和卷取工艺控制 160
3.3.6 热轧过程中板形和缺陷控制 161
3.4 高等级硅钢热轧过程中材料流变行为和显微组织演变 172
3.4.1 整体材料流变行为 172
3.4.2 热轧过程中显微组织演变的总体特征和调控 175
3.4.3 热变形诱导的动态再结晶机制 177
3.4.4 热轧过程中的织构演变与调控 181
3.4.5 热轧过程中的第二相析出与溶解行为 187
3.4.6 热轧过程中的晶粒尺寸演变 193
3.5 发展展望 195
3.5.1 电磁感应加热技术 195
3.5.2 轧线小温降控制技术 196
3.5.3 带钢小凸度控制技术 196
3.5.4 非对称板形控制技术 196
3.6 本章小结 197
参考文献 198
第4章 高等级硅钢常化工艺 202
4.1 常化工艺概述 202
4.1.1 常化的重要作用 202
4.1.2 常化的基本原理 202
4.1.3 常化与热轧、冷轧工序的衔接 205
4.2 常化酸洗机组装备特点 206
4.2.1 开卷-矫直-焊接-张力辊-入口活套 206
4.2.2 常化炉 208
4.2.3 抛丸/拉矫-酸洗 212
4.2.4 出口活套-张力辊-卷取 213
4.3 常化工艺调控 214
4.3.1 常化温度 214
4.3.2 常化时间 219
4.3.3 常化速度与张力 230
4.3.4 常化加热与冷却 231
4.3.5 常化气氛 233
4.3.6 瓦楞状缺陷控制 233
4.4 硅钢常化技术的发展展望 234
4.4.1 低温化与高速化 234
4.4.2 自动化与智能化 235
4.4.3 节能与环保 235
4.5 本章小结 236
参考文献 237
第5章 高等级硅钢冷轧工艺 241
5.1 冷轧变形机制 241
5.1.1 冷轧中的滑移与孪生 241
5.1.2 冷轧微观组织 243
5.1.3 冷轧织构 245
5.1.4 冷轧储存能 247
5.2 冷轧工艺及特点 249
5.2.1 高等级硅钢冷轧工艺概述 249
5.2.2 带钢轧前预热技术 251
5.2.3 森吉米尔轧机 252
5.2.4 冷连轧机组 254
5.2.5 乳化液润滑 256
5.2.6 冷轧厚度控制 258
5.2.7 冷轧板形控制 263
5.3 冷轧工艺对组织性能的影响 268
5.3.1 压下量对织构及磁性能的影响 268
5.3.2 初始组织对织构及磁性能的影响 276
5.3.3 异步轧制对织构及磁性能的影响 279
5.3.4 二次冷轧对织构及磁性能的调控 282
5.3.5 硅钢厚度对铁损的影响 284
5.4 特殊组织与特殊冷轧工艺 286
5.4.1 柱状晶冷轧组织与织构 286
5.4.2 薄带连铸冷轧组织与织构 288
5.4.3 冷轧倾斜轧制及交替轧制 291
5.4.4 极薄规格冷轧控制技术 292
5.5 未来技术和发展展望 293
5.5.1 梯度轧制技术 294
5.5.2 增材制造技术 296
5.6 本章小结 303
参考文献 304
第6章 高等级硅钢再结晶退火工艺 310
6.1 再结晶退火过程中组织和织构演变机制 310
6.1.1 引言 310
6.1.2 回复 311
6.1.3 再结晶 312
6.1.4 晶粒长大 313
6.1.5 再结晶织构演变 314
6.2 高等级硅钢再结晶退火线特点 320
6.2.1 产线基本装备介绍 320
6.2.2 快速加热技术 323
6.2.3 微张力控制技术 324
6.2.4 缓冷技术 325
6.3 退火工艺对高等级硅钢组织、织构和磁性能的综合调控 325
6.3.1 退火工艺参数对组织的影响 326
6.3.2 退火工艺参数对织构的影响 332
6.3.3 退火工艺参数对磁性能的影响 338
6.4 高强度硅钢的再结晶退火工艺 342
6.4.1 高强度硅钢强度和磁性能匹配难点 343
6.4.2 高强度硅钢退火过程中组织、织构控制 345
6.4.3 高强度硅钢退火过程中强度和磁性能的协同优化 353
6.5 未来技术和发展展望 360
6.5.1 薄规格产品中间退火优化织构技术 360
6.5.2 极薄规格高等级硅钢再结晶退火工艺 364
6.6 本章小结 365
参考文献 366
第7章 新能源汽车用硅钢绝缘涂层 371
7.1 新能源汽车用硅钢绝缘涂层简介 371
7.1.1 硅钢绝缘涂层的功能 371
7.1.2 硅钢绝缘涂层的分类 372
7.1.3 驱动电机用硅钢绝缘涂层的成分特点 374
7.2 绝缘涂层的涂覆工艺 381
7.2.1 硅钢涂料性态 381
7.2.2 涂层段关键装备介绍 381
7.2.3 高速辊涂及涂层厚度控制 385
7.2.4 硅钢涂层的烘烤固化工艺 389
7.2.5 涂层固化工艺对涂层性能的影响 391
7.2.6 涂层质量的初步评价 396
7.2.7 无取向硅钢表层缺陷 400
7.3 硅钢绝缘涂层的加工应用 401
7.3.1 常规加工应用性能 401
7.3.2 耐久性 404
7.3.3 二次涂布性 405
7.3.4 涂层对无取向硅钢磁性能的影响 406
7.3.5 自粘结涂层及其加工应用 409
7.4 全球各主要钢铁公司无取向硅钢涂层种类及特点 415
7.4.1 JFE无取向硅钢涂层品种及技术特点 415
7.4.2 日本制铁无取向硅钢涂层品种及技术特点 417
7.4.3 韩国浦项无取向硅钢涂层品种及技术特点 418
7.4.4 奥钢联无取向硅钢涂层品种及技术特点 419
7.4.5 美国AK无取向硅钢涂层品种及技术特点 421
7.4.6 宝钢无取向硅钢涂层品种及技术特点 423
7.4.7 *钢无取向硅钢涂层品种及技术特点 424
7.5 硅钢绝缘涂层的发展和展望 425
7.5.1 技术进展 425
7.5.2 当前技术瓶颈与挑战 425
7.5.3 未来技术趋势 426
7.6 本章小结 429
参考文献 430

第1章新能源汽车驱动电机及其关键铁芯材料
　　1.1 新能源汽车现状及发展趋势
　　1.1.1 新能源汽车的发展和现状
　　全球新能源汽车的发展起源于19世纪电力驱动技术的早期实践。1834年，英国人托马斯 达文波特发明*辆蓄电池汽车。1881年，古斯塔夫 特鲁夫以铅酸电池三轮车推动电动汽车商业化萌芽，彼时美国市场曾出现电动汽车、内燃机汽车与蒸汽机车“三分天下”的局面[1]。然而，1910年福特汽车公司（简称福特）流水线生产模式颠覆了内燃机成本结构，加之石油产业扩张与充电设施匮乏，电动汽车一度退出主流市场。直到1973年石油危机爆发，促使欧美重启电动汽车的研发，政府通过专项拨款推动技术突破，例如，通用汽车公司（简称通用）在20世纪70年代推出搭载镍氢电池的EV1，但受限于商业化瓶颈未能普及。真正撬动产业格局的里程碑出现在1997年，丰田汽车公司（简称丰田）普锐斯以油电混合技术实现量产，*次验证了新能源车型的节能潜力。2008年特斯拉Roadster则通过锂离子电池技术将纯电续航提升至500km以上，重新定义了高端电动车市场。
　　此外，国际社会对低碳转型的共识加速了政策协同，2015年《巴黎协定》将交通领域减排纳入全球框架，各国相继推出差异化战略以降低本国碳排放：美国通过《通胀削减法案》对本土化生产的新能源车提供税收抵免，欧盟以碳排放法规倒逼车企电动化转型，中国则在“十四五”规划中确立“三纵三横”技术路径，重点支持纯电、混动与燃料电池并行发展[2]。在产业政策驱动下，2015～2024年期间，全球新能源汽车市场经历了快速发展阶段，销量逐年攀升，市场渗透率持续提高，如图1-1（a）所示。2024年全球新能源汽车销量约为1800万辆，其分布状况如图1-1（b）所示。其中，中国市场的销量占比超过70%，达到1286.6万辆，同比增长35.5%。欧洲市场销量约为289万辆；美国市场销量约为157.3万辆；日本市场销量为5.97万辆，同比下降33%，为四年来*次下滑。
　　图1-1 全球新能源汽车市场销售状况
　　（a）2015～2024年全球新能源汽车销量与市场渗透率；（b）2024年全球新能源汽车主要国家和地区销量占比
　　1.中国新能源汽车发展历程
　　中国新能源汽车产业发展历程始于国家战略性科技攻关体系的构建[3]，表1-1汇总了中国新能源汽车行业发展过程中的关键政策。2001年“863计划”将电动汽车技术纳入国家科技攻关体系，为后续技术研发奠定了坚实基础[4]。2008年北京奥运会期间投入500辆新能源公交车，实现了全球*次新能源汽车规模化示范应用，标志着技术成果开始向产业化迈进。
　　2009年《汽车产业调整和振兴规划》正式将新能源汽车确立为战略性新兴产业，通过“十城千辆”工程在25个试点城市推广车辆2.7万辆，年均增长率达79%。2012年《节能与新能源汽车产业发展规划（2012—2020年）》设定了2020年产销500万辆的目标，构建了中央与地方协同补贴体系，推动动力电池成本下降，磷酸铁锂电池装机量占比突破70%。在此过程中，比亚迪股份有限公司（简称比亚迪）、北京汽车股份有限公司（简称北汽）等企业率先实现量产，2015年行业渗透率达到1.3%。
　　2018年实施的“双积分政策”进一步倒逼车企转型升级[4]，例如，蔚来控股有限公司（简称蔚来）ES8以用户运营定义高端市场，理想汽车（简称理想）ONE采用增程式技术解决续航焦虑，广东小鹏汽车科技集团有限公司（简称小鹏）G3搭载L2级自动驾驶技术。2019年特斯拉上海超级工厂投产，其国产Model 3年销量突破13万辆，有力拉动了本土供应链的成熟。到2020年，中国新能源汽车渗透率提升至5.4%，动力电池成本降至800元/(kW h)。
　　2024年，中国新能源汽车产业继续保持高速增长态势，如图1-2所示，全年产销量分别达到1288.8万辆和1286.6万辆，同比增长34.4%和35.5%。其中，新能源汽车渗透率提升至40.9%，较2023年大幅提高9.3个百分点，在细分市场中，纯电动汽车销量占比60%（约771.96万辆），插混/增程式车型销量占比40%（约514.64万辆），展现出多元化的市场格局和技术发展路径。
　　图1-2 中国新能源汽车市场销量
　　（a）2015～2024年产销量；（b）2024年汽车销量分布
　　2.美国新能源汽车发展历程
　　1973年石油危机后，美国为保障能源安全开始涉足新能源汽车领域。1976年《电动汽车和混合动力汽车的研究开发与样车试用令》成为联邦政策支持电动汽车研发的*个纲领性文件。20世纪90年代，环保议题推动零排放车辆研发，通用于1996年推出*款量产电动车EV1，其搭载铅酸电池，续航仅144km，开创了电动汽车商业化先河。
　　2008年金融危机后，美国政府出台了《先进技术车辆制造贷款计划》法案，向特斯拉、福特等企业提供低息贷款，加速技术突破。随后特斯拉相继推出了特斯拉Roadster、Models等车型，其中Models凭借480 km续航和5.6s破百公里每小时的加速性能，迅速占领豪华电动车市场。
　　2022年，美国颁布《通胀削减法案》，大力推行可持续能源经济[1]。在该法案推动下，2024年，美国新能源汽车总销量约为157万辆，品牌方面，特斯拉仍为纯电动汽车（battery electric vehicle，BEV）市场领导者，但其市场份额已从55%降至约49%；福特、现代、通用、宝马等销量增长明显，带动市场多元化发展。表1-2汇总了美国新能源汽车行业发展过程中的关键政策。
　　3.日本新能源汽车发展历程
　　日本新能源汽车的发展始于混合动力技术的突破性创新。1997年，丰田推出全球*款量产混动车型普锐斯（Prius），其搭载的丰田混合动力系统（Toyota hybridsystem，THS）将油耗降至3.3L/100km，至2015年全球累计销量突破350万辆。本田随后于1999年推出混动车型Insight，油耗同样达到3.3L/100km，并在本土市场实现47%的混动占比，确立了日本在全球混动市场的领先地位[5]。
　　在混动技术主导下，日本车企同步探索纯电与氢燃料路径。2010年，日产推出纯电动车聆风（Leaf），*年全球销量达2.4万辆，成为当时*畅销电动车之一，但其*新款续航仅280km。在氢燃料领域，丰田2014年推出的Mirai氢燃料电池车虽具备650km续航和3min加氢的优势，但受限于高昂成本和基础设施不足，至2024年全球累计销量不足2万辆。本田的Clarity氢燃料车同样因加氢站建设滞后，于2024年停产。
　　目前，日本新能源汽车市场呈现“混动主导、纯电疲软”的格局[5]，2024年日本纯电动车销量约为6万辆，占新车总销量的1.3%～1.4%，较前一年同比下降约33%；混动车是日本新能源市场的核心，占据约64%的市场销量。表1-3列出了日本新能源汽车行业发展过程中的关键政策。
　　4.欧洲新能源汽车发展历程
　　欧洲新能源汽车产业的发展始于2000年《能源供应安全绿皮书》的实施，该计划提出能源结构多元化战略，鼓励发展替代燃料（生物燃料、天然气、电力）和节能交通技术，为新能源汽车奠定政策基础。2012年，雷诺 佐伊（Renault Zoe）发布并大规模销售，标志着欧洲真正进入电动车规模化阶段。
　　2024年，欧洲新能源汽车总销量接近300万辆，纯电动车占比约66.7%。从市场分布看，德国、英国、法国三国合计销量占比约40%，但电动汽车在其国内市场占比整体萎缩，相比之下，挪威新能源汽车市场份额达到了88.9%，远超欧洲其他国家[1]。在品牌方面，特斯拉Model Y和Model 3仍为欧洲销量*高的两款纯电动车，而本土车型中，沃尔沃、斯柯达和大众则分列经济型市场前三，展现了欧洲新能源汽车市场的多元化格局。表1-4列出了欧洲新能源汽车行业发展过程中的关键政策。
　　1.1.2 新能源汽车简介
　　目前，新能源汽车主要包括纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车三种类型[6]，其在技术路线、车辆性能等方面存在明显差异。本节主要介绍纯电动汽车。
　　纯电动汽车（BEV）是指完全以车载可充电电池供能，利用电机驱动车辆行驶的车辆。纯电动汽车没有内燃机，也不使用传统的燃油（如汽油或柴油），电动汽车及其电池都是可回收的，解决了对电池材料日益增长的需求并缓解了相关的环境问题[7，8]，其运行过程实现了真正的零排放[9，10]。纯电动汽车机械系统更加简单，减少了传动过程中的能量损耗，这使得纯电动汽车具有高达86%的能量利用率[11]，远远高于传统燃油汽车。此外，纯电动汽车在运行过程中更加安静，减少了城市地区的噪声污染[12]。然而，纯电动汽车也面临着一些问题，包括受制于电池容量导致的续航里程有限、充电时间长、电池成本高以及部分地区充电基础设施不足。此外，高速行驶时，由于驱动电机能量转换效率下降、风阻增大等因素，汽车续航能力进一步下降。因此，纯电动汽车更适合城市短途通勤或具有完善充电条件的区域使用。
　　混合动力汽车（hybrid electric vehicle，HEV）是一种结合了传统内燃机（如汽油机或柴油机）和电机（电池驱动）的汽车。在起步、低中速行驶、匀速行驶、加速行驶、高速行驶、减速行驶或刹车等状态下，混合动力汽车可以通过调整内燃机和电机两个动力源的工作状态，实现提供高燃油效率、减少排放并提升动力性能等目的[13]。通常情况下，电机在低速或起步阶段运行，而内燃机在高速或重载时提供主要动力，电池通过制动能量回收或发动机发电充电，无需外部充电。这种设计有效降低了油耗和碳排放，同时具备较长的续航能力和更灵活的使用场景。按照驱动系统中内燃机和电池的连接关系，混合动力汽车可以分为三种类型，分别是串联式混合动力汽车、并联式混合动力汽车和混联式混合动力汽车[14]。
　　燃料电池汽车（fuel cell vehicle，FCV）是一种利用氢燃料电池作为主要能源的新能源汽车。其工作原理是通过燃料电池将氢气与氧气发生化学反应，生成电能驱动电机。燃料电池汽车在运行过程中只产生水而无其他污染，被视为实现碳中和目标的理想解决方案。其优势在于续航能力强、加氢时间短、能源利用效率高，同时具有无尾气排放的环保特性。然而，燃料电池汽车的推广面临成本高昂、基础设施不足以及氢气生产和储运技术不成熟等瓶颈问题。此外，加氢站的建设成本较高且分布稀疏，也限制了燃料电池汽车的普及速度[15]。因此，燃料电池汽车目前更适用于特定行业或长途运输领域。在技术层面，燃料电池汽车与纯电动汽车在控制系统、动力传动系统等方面没有区别，只是“电池”的工作原理存在差异。
　　1.电池技术简介
　　长期以来，新能源汽车的商品化和实用化受制于电池技术的发展，传统的铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等无法满足新能源汽车中高比能量、高比功率、长循环寿命的要求[16，17]。目前，锂离子电池凭借质量、能量、功率密度的优异性，成为现阶段新能源汽车中应用*广泛的动力电池，根据正极材料种类可分为三代：一代钴酸锂（LiCoO2）电池，二代磷酸铁锂