DE2508877C3 - Verfahren zum Herstellen von kornorientierten Elektroblechen oder -bändern - Google Patents

Description

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)ie Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen norientierter Elektrostahlbleche oder -bänder mit em hohen ft-Wert der magnetischen Induktion von hr als 1,88 Wb/m², bei welchem ein Siliciumstahligangsmaterial, enthaltend nicht mehr als 0,06% hlenstoff, 2,0 bis 4,0% Silicium, 0,01 bis 0,2% Mangan, jesamt 0,005 bis 0,1% Schwefel und/oder Selen, Rest :n, warmgewalzt und wiederholten Glühungen und Kaltwalzungen unterzogen wird, um so ein in der Kalt auf seine Endabmessung gewalztes Blech zu erzeuge! worauf das kaltgewalzte Blech zur Herabsetzung sein« Kohlenstoffgehaltes auf nicht mehr als 0.005% eine Entkohlungsglühung unterzogen und dann zur Entwick lung sekundärrekristalüsierter Körner mit vorhen sehend (UO)[OO 1]-Orientierung einer Schlußglßbun] unterworfen wird Somit beschäftigt sich die Frfindunj mit einem Verfahren zum Herstellen sogenannte kornorientierter Elektrobleche oder -bänder aus Stab die eine leicht zu magnetisierende Achse <100> ii Walzrichtung und eine {llOj-Ebene parallel zur Walz ebene besitzen. Dabei bezieht sich die Erfindunj insbesondere auf ein Verfahren zum Herstellet kornorientierter Elektrobleche oder -bänder aus Stah mit einem sehr hohen Α-Wert der magnetischer Induktion.

Die kornorientierttii Elektrobleche werden hauptsächlich für Transformatorenkerne und andere elektrotechnische Vorrichtungen verwendet und müssen eine hohe magnetische Induktion und einen niedrigen Eisenverlust besitzen.

Es ist aligemein bekannt, daß die Verbesserung der magnetischen Eigenschaften nicht nur eine Verringerung der Transformatorgröfle gestattet, sondern auch eine Herabsetzung der für das Transformatorengeräusch im Betrieb verantwortlichen Magnetostriktion hervorruft. Die magnetischen Eigenschaften werden im allgemeinen mit Hilfe des ft-Wertes ausgedrückt, welcher die magnetische Induktion in Weber je Quadratmeter bei einer magnetischen Feldstärke von 800 A/m wiedergibt. Neuzeitliche Herstellungsverfahren gestatten die Herstellung von Elektroblechen aus Stahl mit einem ft-Wert von mehr als 1,88 Wb/m². Diese Herstellungsverfahren sind in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung No. 15 644/65 unter Verwendung von AIN sowie in anderen Literaturstellen beschrieben.

Seitens der Anmelderin ist bereits ein Verfahren vorgeschlagen worden, mit dessen Hilfe die obenerwähnten Werkstoffe durch Anwendung geeigneter Mengen an Antimon, Selen u. dgl. als Inhibitioren und durch Entwicklung sekundärrekristallisierter Körner bei einer relativ niedrigen Temperatur in der Schlußgiühung herstellbar sind.

Die Erfinder haben mannigfaltige Untersuchungen im Hinblick auf die Entwicklungsbedingungen für sekundärrekristallisierte Körner mit einem höheren Ausmaß an (110)[001 ^Orientierung bei dem obenerwähnten Verfahren angestellt und dabei gefunden, daß der Stickstoffgehalt im kaltgewalzten Blech vor der Sekundärrekristallisationsglühung einen starken Einfluß auf die Orientierung der sekundärrekristallisierten Körner ausübt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs bezeichneten Gattung so auszubilden, daß eine noch weitere Qualitätssteigerung der hergestellten Elektrobleche ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stickstoffgehalt im kaltgewalzten Blech vor der Schlußgiühung auf maximal 0,0045% begrenzt wird und daß die sekundärrekristallisierten Körner bei einer Temperatur von 800 bis 900⁰C vollständig entwickelt werden, worauf in der Schlußgiühung eine Reinigungsglühung bei einer Temperatur von nicht weniger als 1000⁰C durchgeführt wird.

Bei den erfindungsgemäß zu behandelnden Stählen dienen die Gehalte an Schwefel und/oder Selen als

Inhibitor für die Primärrekristailisation bzw. für die priniärrekristallisierten Kc-ner.

Im Hinblick auf den Stickstoffgehalt in fertiggestellten Elektrobiechen ist es bekannt, daß dieser so gering wie möglich sein muß. um niedrige Eisenverluste zu erzielen. Andererseits ist es jedoch in der US-PS 2802 761 beschrieben, daß wenigstens 0,01% Stickstoff als Inhibitor in der Sekundärrekristallisation benutzt wird und ist es außerdem bekannt, daß verschiedene Nitride als Inhibitoren verwendet werden. So wird beispielsweise gemäß der obengenannten veröffentlichten japanischen Patentanmeldung 15 644/65 Aluminiumnitrid verwendet, gemäß der US-PS 31 84 346 Vanadiumnitrid verwendet und gemäß der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung 16 863/71 Tantalnitrid benutzt Selbstverständlich muß bei diesen Verfahren Stickstoff abschließend während einer Hochtemperaturglühung in einer Wasserstoffatmosphäre entfernt werden, obgleich ein gewisser Stickstoffgehalt im kaltgewalzten Blech vor der Hochtemperaturglühung erforderlich ist. Im Gegensatz dazu werden erfindungsgemäße Elektrobleche mit einer hohen magnetischen Induktion dadurch erzeugt, daß srs-tens der Stickstoffgehalt im kaltgewalzten Blech vor der Schlußglühung auf nicht mehr als 0,0045% begrenzt wird und zweitens die sekundärrekristallisierten Körner be einer Temperatur von 800 bis 900°C entwickelt werden.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigt

F i g. 1 ein Schaubild, in welchem der Stickstoffgehalt (%) eines kaltgewalzten Bleches vor der Schlußglühung gegen den ft-Wert (Wb/m²) des Fertigerzeugnisses bei unterschiedlichen Temperaturen zur Entwicklung sekundärrekristallisierter Körner aufgetragen ist (im folgenden wird die Temperatur zur Entwicklung sekundärrekristallisierter Körner kurz als »Sekundärrekristallisationstemperatur« bezeichnet),

F i g. 2 ein Schaubild, in welchem die Sekundärrekristallisationstemperatur kaltgewalzter Bleche gegen die Ä-Werte der Fertigerzeugnisse bei unterschiedlichen Stickstoffgehalten im kaltgewalzten Blech aufgetragen sind,

Fig.3 eine Photographie des Makrogefüges eines nicht erfindungsgemäß hergestellten Fertigerzeugnisses, wobei ein kaltgewalztes Blech mit einem außerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens liegenden Stickstoffgehaltes von 0,0063% einer Schlußglühung unterzogen wurde und

Fig.4 eine Photographie des Makrogefüges eines erfindungsgemäß hergestellten Fertigerzeugnisses, wobei ein kaltgewalztes Blech mit einem erfindungsgemäß niedrigen Stickstoffgehalt von 0,0025% einer Schlußglühung unterzogen wurde.

F i g. 1 zeigt den Einfluß des Stickstoffgehalteb im kaltgewalzten Blech vor der Schlußglühung auf den ft-Wert des Fertigerzeugnisses bei verschiedenen Sekundärrekristallisationstemperaturen. Aus F i g. 1 ist klar ersichtlich, daß der ft-Wert mit sinkenden Stickstoffgehalten zunimmt. Beträgt der Stickstoffge halt nicht mehr als 0,0045%, so wächst der ft-Wert auf mehr als 1,88 Wb/m² an und beträgt der Stickstoffgehalt nicht mehr als 0,0035%, so liegt der erhaltene ft-Wert oberhalb von 1,90 Wb/m².

Fig.2 läßt erkennen, daß die Sekundärrekristallisationstemperatur einen starken Einfluß auf den ft-Weet ausübt. Wie aus F i g. 2 deutlich hervorgeht, liegen die erzielten ft-Werte oberhalb von 1,88 Wb/m², wenn die Sekundärrekristallisationstemperatur nicht oberhalb von 900° liegt und außerdem de»· Suckstoffgehalt im kaltgewalzten Blech gering ist
Die Kristallstruktur des Fertigerzeugnisses steht in

einer engen Beziehung zu dessen ft-Wert. Ist der Stickstoffgehalt im kaltgewalzten Blech hoch, beispielsweise 0,0063% Stickstoff, so zeigt das Makrogefüge des Fertigerzeugnisses nach der Schlußglühung eine heterogene Kornstruktur mit vielen Inselkörnern oder

ι ο Korninseln, wie F i g. 3 zu entnehmen. Außerdem ist der Aggregationsgrad der (110)[CO^Orientierung im ganzen gering. Demgegenüber zeigt das Makrogefüge des Fertigerzeugnisses im wesentlichen keine heterogene Struktur, wie Fig.4 zu entnehmen, wenn der Stickstoffgehalt niedrig ist und beispielsweise 0,0025% beträgt.

Die Ursache für das Auftreten einer derartigen heterogenen Struktur ist bis jetzt noch nicht geklärt aber es scheint sich wie folgt zu verhalten. S13N4 und andere Nitride, die im Gesamtstickstoffgehalt eines Siliciumstahls als unlöslicher Stickstoff analysiert werden, stören den Korngrenzenbehinderungseffekt des Mangansulfids, Manganselenids u. dgl-, und als Folge wird das heterogene Gefüge ohne die Ausbildung einer perfekten sekundärrekristallisierten Struktur gebildet. Diese Erscheinung kann daraus geschlossen werden, daß die Sekundärrekristallisationstemperatur (800 bis 900° C), die eine der notwendigen Bedingungen des Verfahrens nach der Erfindung darstellt mit dem Temperaturbereich übereinstimmt, in welchem S13N4 in stabiler Form vorliegt. Wird somit eine Entwicklung der sekundärrekristallisierten Körner bei 800 bis 900° C angestrebt, so muß der Stickstoffgehalt im kaltgewalzten Blech sehr niedrig liegen, denn wird der Stickstoffgehalt nicht auf maximal 0,0045% begrenzt, so tritt die schädliche Wirkung der Nitride auf die Entwicklung sekundärrekristallisierter Körner auf, wodurch ein Erzielen befriedigender Fertigerzeugnisse verhindert wird.

Die Erfinder haben bereits ein Verfahren vorgeschlagen, nach welchem ein antimonhaltiger Siliciumstahl verwendet wird und sekundärrekristallisierte Körner bei einer Temperatur von 800 bis 900° C entwickelt werden. Bei diesem Verfahren besteht keine Notwendigkeit, den Gehalt an Stickstoff oder die Stickstoffmenge zu berücksichtigen, da bei diesem Verfahren dem schädlichen Einfluß des Stickstoffs durch den Zusatz einer geeigneten Menge an Antimon begegnet wird. Das heißt, daß dann, wenn eine geeignete Antimonmenge in einem Siliciumstahl enthalten ist, eine hohe magnetische Induktion von mehr als 1,88 Wb/m² auch dann erzielt werden kann, wenn der Stickstoffgehalt im Stahl mehr als 0,0045% beträgt. Demzufolge ist das Verfahren nach der Erfindung insbesondere dann von Nutzen, wenn ein keine Antimonzusätze enthaltender Siliciumstahl behandelt werden soll.

Im folgenden wird eine Erklärung dafür gegeben weshalb beim Verfahren nach der Erfindung dei Stickstoffgehalt im kaltgewalzten Blech vor dei Schlußglühung und die Sekundärrekristallisationstem peratur in der Schlußglühung begrenzt sind.

Übersteigt der Stickstoffgehalt in einem kaltgewalz ten Blech vor der Schlußglühung einen Wert vor 0.0υ45%, so wird der ft-Wert des Fertigerzeugnisse:

vermindert, und wenn ein derartiges kaltgewalzte; Blech bei einer optimalen Sekundärrekristallisations temperatur in der Schlußglühung geglüht wird, so kanr kein Fertigerzeugnis mit einem ft-Wert von mehr al:

1,88 Wb/m² erhalten werden. Da ein sehr geringer Stickstoffgehalt stets in technischen Siliciumstähien enthalten ist, wurde die obere Grenze des Stickstoffgehaltes für einen kaltgewalzten Stahl vor der Schlußglühung auf nicht mehr als 0,0045% begrenzt.

Liegt die Sekundärrekristallisationstemperatur in der Schlußglühung oberhalb von 900⁰C, so wird der ft-Wert des Fertigerzeugnisses selbst dann kleiner als 1,88 Wb/m², wenn ein kaltgewalztes Blech mit einem Stickstoffgehalt von nicht mehr als 0,0045% vor der Schlußglühung benutzt wird, wohingegen dann, wenn die Temperatur niedriger als 800⁰C ist, eine sehr lange Zeitdauer zur vollständigen Entwicklung der sekundärrekristallisierten Körner erforderlich ist. Daraus ergibt sich, daß derartig niedrige Temperaturen nicht zur technischen Herstellung des Fertigerzeugnisses nach der Erfindung geeignet sind. Demzufolge ist die Sekundärrekristallisationstemperatur bei der Schlußglühung im erfindungsgemäßen Verfahren auf 800 bis 900⁰C begrenzt. Um einen hohen Ä-Wert mit einer großen Effizienz in der technischen Herstellung zu erzielen, wird eine Sekundärrekristallisationstemperatur von 830 bis 880⁰C bevorzugt.

Die Erfindung wird im folgenden im Hinblick auf die Reihenfolge der Verfahrens- oder Behandlungsschritte näher erläutert.

Als im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu behandelndes Siliciumstahl-Ausgangsmaterial kann jeder Siliciumstahl verwendet werden, der nicht mehr als 0,06% Kohlenstoff, 2,0 bis 4,0% Silicium, 0,01 bis 0,2% Mangan, insgesamt 0,005 bis 0,1% an Schwefel und/oder Selen als Inhibitor für primärrekristallisierte Körner, Rest im wesentlichen Eisen enthält. Die Herstellung des Gußblockes kann auf jegliche Weise erfolgen. So kann der Gußblock beispielsweise mit Hilfe des Stranggießens erzeugt werden. Der abgegossene Stahlblock wird auf herkömmliche Weise in der Wärme zu einem Bandmaterial mit einer Dicke von etwa 2 bis 4 mm ausgewalzt Das warmgewalzte Bandmaterial wird wenigstens einer Kaltwalzung unterzogen, um ein kaltgewalztes Blech mit seiner Endabmessung zu erzeugen. In diesem Fall wird falls erforderlich das Glühen bei 800 bis 1000° C ausgeführt, um die Kristallstruktur des kaltgewalzten Bleches zu homogenisieren. Das auf seine Endabmessung kaltgewalzte Blech wird dann einer Entkohlungsglühung bei 700 bis 900⁰C in feuchtem Wasserstoff unterzogen, um den Kohlenstoffgehalt auf nicht mehr als 0,005% abzusenken.

Nach der Entkohlungsglühung wird das kaltgewalzte Blech mit einem hauptsächlich aus MgO bestehenden Glühseparator versehen, zu einem Bund aufgehaspelt und einer Hochtemperaturglühung für die Sekundärrekristallisation und für die Reinigung untenvorfen. Erfindungsgemäß muß dabei der Stickstoffgehalt im kaltgewalzten Blech vor dieser Hochtemperaturglühung, d. h. nach der Entkohlungsglühung auf nicht mehr als 0,0045%,vorzugsweise auf nicht mehr als 0,0035% begrenzt sein.

Um ein kaltgewalztes Blech mit einen innerhalb des oben beschriebenen Bereichs hegenden Stickstoffgehalt zu erzielen, ist es erforderlich, das Frischen und Abgießen des Stahlausgangsmaterials derart vorzunehmen, daß ein Stahl mit einem hinreichend niedrigen Stickstoffgehalt erzielt wird. Außerdem ist es erforderlich, die Glühatmosphäre bei den zwischen den Kaltwafzungen ausgeführten Glühupgen zu beachten.

Aus den bereits erwähnten Gründen ist es erforderlich, daß die sekundärrekristallisierten Körner vollständig bei 800 bis 900⁰C in der Schlußglühung entwickelt werden. Zur Entwicklung der sekundärrekristallisierten Körner sind keine besonderen Vorkehrungen erforderlieh, aber wenn die Sekundärrekristallisationstemperatur 10 bis 80 Stunden lang auf einer gewissen Temperatur innerhalb des Temperaturbereichs γόη 800 bis 900⁰C gehalten wird oder die Sekundärrekristallisationstemperatur allmählich mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 0,5 bis 10°C/Std. innerhalb des oben bezeichneten Temperaturbereichs gesteigert wird, kann ein bevorzugtes Ergebnis erzielt werden. Außerdem ist es erforderlich, darauf zu achten, daß die Nitrierung oder Aufstickung des Stahls durch die Glühatmosphäre nicht auftritt, bevor die sekundärrekristailisierten Körner vollständig entwickelt sind.

Im Anschluß an die Entwicklung der sekundärrekristallisierten Körner bei 800 bis 900° C folgt als nächste Verfahrensstufe eine Hochtemperaturglühung zur Reinigung, die bei einer Temperatur von nicht weniger als 1000⁰C durchgeführt wird. Vorzugsweise wird diese Hochtemperaturglühung in trockenem Wasserstoff vorgenommen.

Das folgende Beispiel dient zur weiteren Erläuterung der Erfindung, ohne daß die Erfindung in irgendeiner Weise auf das folgende Ausführungsbeispiel beschränkt ist.

Beispiel

Drei Siliciumstahlblöcke mit einem Gewicht von 101 mit jeweils 0,025% Kohlenstoff, 3,05% Silicium, 0,06% Mangan und 0,025% Selen sowie 0,0025% bzw. 0,0045% bzw. 0,0058% Stickstoff, was einen Analysenwert vor der Schlußglühung wiedergibt, wurden hergestellt Der Stahlblock mit einem Stickstoffgehalt von 0,0025% wurde als Probe A, der Stahlblock mit einem Stickstoffgehalt von 0,0045% wurde als Probe B und der Stahlblock mit einem Stickstoffgehalt von 0,0058% wurde als Probe C bezeichnet.

Jeder der drei Blöcke wurde gleichmäßig 5 Stunden lang bei 1280⁰C erhitzt und zu einer Platine mit einer Dicke von 180 mm verarbeitet. Die Platine wurde 1,5 Stunden lang bei 1280⁰C geglüht in der Wärme auf eine Dicke von 3,0 mm ausgewalzt, 10 Minuten lang bei 950° C geglüht und in einer ersten Kaltwalzung mit einem Kaltwalzgrad von 75% auf eine Dicke von 0,75 mm ausgewalzt dann einer lOminütigen Zwi-

schenglühung bei 900⁰C in einer Wasserstoffatmosphäre unterzogen und mit Hilfe einer zweiten Kaltwalzung mit einem Kaltwalzgrad von 60% auf die Entstärke von 03 mm ausgewalzt worauf eine lOminütige Entkohlungsglühung bei 800⁰C in feuchtem Wasserstoff mit einem Taupunkt von 6O⁰C vorgenommen wurde. Jede

der drei entkohlten Proben A, B und C wurde

Schlußglühungen unter den folgenden drei Bedingungen unterzogen:

I. In Wasserstoff, zunächst 100 Stunden lang bei

830^oCunddannl0Stundenlangbeil200^oC

II. in Wasserstoff, zunächst 30 Stunden lang bei 900°C

und dann 10 Stunden lang bei 1200⁰C,
IH. in Wasserstoff, 30 Stunden lang bei 950° C und dann 10 Stunden lang bei 12WC

Die an den in der oben angegebenen Weise behandelten Proben A, B und C ermittelten Bs-Werte (Wb/m2)tmd ΗΊ/βο-Werte (W/kg) sind in der folgenden Tafel I zusammengestellt

h 788 m

7 ^ 8

Tafel 1 Aus Tafel 1 geht hervor, daß die Probe A mit dem

niedrigsten Stickstoffgehalt gegenüber den Proben B

und C bei gleichen Bedingungen in der Schlußgiühung

Proben-Nr. Stickstoffgehalt ft JViyso den besten &-Wert und den besten ΗΊ7/50-Wert besitzt

\!^_ ^{(Wb/m) (W/kg)} 5 Außerdem wird deutlich, daß in jeder Gruppe der

Proben A, B und C die gemäß der Schlußglühungsbedin-

.. ,, , „ gung I behandelte Probe den besten Bb-Wert und den

*' ^{υ>υυο 1}^ ',„ besten Wu/so- Wert besitzt, wobei unterstrichen sei, daO

* -^ ' " die Schlußgiühung gemäß Bedingung I bei der

^{Am hm 1>16} 10 niedrigsten Temperatur (830⁰C) und über eine lange

Bi 0,0045 1,90 1,12 Zeildauer (100 Stunden) erfolgt.

BH 1.88 1.18 Aus den in Tafel 1 zusammengestellten Ergebnissen

1.82 1,23 _wi_rd deutlich, daß mit Hilfe des erfindungsgemäßer

Cl 0,0058 1,83 1,26 Verfahrens kornorientierte Elektrobleche oder-bänder

CIl 1,80 1,29 15 aus Stahl hergestellt werden können, die eine sehr hohe

ClII 1,78 1,35 magnetische Induktion besitzen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

V 788

DOl*

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Verfahren zum Herstellen kornorientierter Elektrostahlbleche oder -bänder mit einem hohen Ä-Wert der magnetischen Induktion von mehr als 138 Wb/m², bei welchem ein Siliciumstahl-Ausgangsmaterial, enthaltend nicht mehr als 0,06% Kohlenstoff, 2,0 bis 4,0% Silicium, 0.0! bis 0.2% Mangan, insgesamt 0,005% bis 0.1% Schwefel und/oder Selen, Rest Eisen, warmgewalzt und wiederholten Glühungen und Kaltwalzungen unterzogen wird, um so ein auf seine Endabmessung kaltgewalztes Blech zu erzeugen, worauf das kaltgewalzte Blech zur Herabsetzung seines Kohlenstoffgehaltes auf nicht mehr als 0.005% einer Entkohlungsglühung unterzogen und dann zur Entwicklung sekundäi rekristallisierter Körner mit vorherrschend (110)[OOI ]-Orieniierung einer Schlußgiühung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß

   a) der Stickstoffgehalt im kaltgewalzten Blech vor der Schlußgiühung auf maximal 0,0045% begrenzt wird und

   b) die sekundärrekristallisierten Körner bei einer Temperatur von 800 bis 900⁰C vollständig entwickelt werden, worauf in der Schlußgiühung eine Reinigungsglühung bei einer Temperatur von nicht weniger als 1000⁰C durchgeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stickstoffgehalt auf maximal 0,0035% begrenzt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stickstoffgehalt auf maximal 0,0025% begrenzt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundärrekristallisierten Körper über einen Zeitraum von 10 bis 80 Stunden bei einer im Temperaturbereich von 800 bis 900⁰C liegenden Temperatur entwickelt werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Temperaturen für die Sekundärrekristallisation Temperaturen von 830 bis 88O⁰C angewandt werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundärrekristallisierten Körner durch allmähliche Temperatursteigerung mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 0,05 bis 10°C/Std. innerhalb des Temperaturbereichs von 800 bis 900⁰C entwickelt werden.