DE69515545T2 - Nichtkornorientiertes elektromagnetisches Stahlblech mit geringem Eisenverlust nach dem Lösungsglühen, sowie Motor- oder Transformatorkern - Google Patents
Nichtkornorientiertes elektromagnetisches Stahlblech mit geringem Eisenverlust nach dem Lösungsglühen, sowie Motor- oder TransformatorkernInfo
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Description
- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf nichtkornorientiertes, elektromagentisches Stahlblech, das Si in einer Menge nicht größer als ungefähr 1,0% enthält und das ausgezeichnete, magnetische Charakteristika besitzt.
- Genauer gesagt verbessert (reduziert) die Erfindung merkbar einen Eisenverlust, wenn gestanzte Bleche einem Spannungsfreiglühen unterworfen werden, gerade wenn das Glühen bei einer niedrigen Temperatur für eine kurze Zeit durchgeführt wird.
- Aufgrund der moderaten Kosten werden nichtkornorientierte, elektromagnetische Stahlbleche, die Si in einer Menge nicht größer als ungefähr 1,0% enthalten, weit verbreitet als Kerne für klein dimensionierte Motoren oder Transformatoren verwendet. In neuerer Zeit ist ein stärkeres Gewicht auf die Energieeffektivität einer elektrischen Ausrüstung im Interesse eines verringerten Energieverbrauchs gerichtet worden. Um die Energieeffektivität von Motoren oder Transformatoren zu verbessern, muß der Eisenverlust, der zu einem großen Teil der Energieverluste beiträgt, reduziert werden.
- Demzufolge hat sich ein Erfordernis für nichtkornorientierte, elektromagnetische Stahlbleche mit niedrigem Eisenverlust, verwendet als Motor- oder Transformatorkerne, erhöht. Solche Kerne werden hergestellt durch (1) Stanzen eines nichtkornorientierten, elektromagnetischen Stahlblechs, (2) Schichten der gestanzten Bleche und (3) Glühen der geschichteten Bleche, um eine Spannung freizusetzen. Schritt (3) (Spannungsfreiglühen) wird durchgeführt, um Spannung, die in das Blech durch Stanzen eingebracht ist, freizusetzen, um dadurch Dislokationen zu erniedrigen. Ein Spannungsfreiglühen reduziert auch einen Eisenverlust durch Fördern eines Kristallkornwachstums.
- Um Produktionskosten zu erniedrigen, mußten Hersteller die Temperatur erniedrigen und die Zeitperiode für ein Spannungsfreiglühen nach dem Stanz- und dem Schichtungsschritt verkürzen (z. B. durch Ändern der Glühbedingungen von 750ºC · 2 Stunden auf 725ºC · 1 Stunde).
- Deshalb ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein nichtkornorientiertes, elektromagnetisches Stahlblech zu schaffen, das einen merkbar verbesserten Eisenverlust besitzt, wenn ge stanzte und geschichtete Bleche einem Spannungsfreiglühen unterworfen werden, gerade wenn das Glühen bei einer niedrigen Temperatur für eine kurze Zeit durchgeführt wird.
- Die japanischen, offengelegten Patente Nr. 3-215627 und Nr. 52-2824, entsprechend der US-A-3,960,616, offenbaren ein Hinzufügen von REM (Seltenerdmetall), um den Eisenverlust von nichtkornorientierten, elektromagnetischen Stahlblechen, die nicht mehr als 1,0% Si enthalten, zu reduzieren. Die offenbarten Verfahren versuchen, einen Eisenverlust durch Erniedrigen der Menge von kleinen Abscheidungen (hauptsächlich zusammengesetzt aus Sulfiden) und durch Unterstützen eines Kornwachstums während eines Endglühens und eines Spannungsfreiglühens zu reduzieren.
- Wenn die vorstehend beschriebenen Verfahren mit einem Spannungsfreiglühen bei einer niedrigen Temperatur für eine kurze Zeit durchgeführt wurden, wurde das Kornwachstum behindert und ein niedriger Eisenverlust (z. B. W15/50 ≤ 4,0 W/kg) konnte nicht erreicht werden. Bei diesen Verfahren verbleiben Zr und Ti in Mengen von ungefähr 100 ppm und 30 ppm jeweils.
- Die Erfinder haben entdeckt, daß, bei Verfahren nach dem Stand der Technik, sehr kleine Ausscheidungen das Wachstum von Kristallkörnern während des Vorgangs eines Spannungsfreiglühens behindern, um so das Erzielen eines niedrigen Eisenverlusts zu unterbinden. Man hat entdeckt, daß ein Verringern der Mengen an Zr und Ti überraschenderweise die Mengen an kleinen Ausscheidungen, die produziert werden, erniedrigt. Diese Erkenntnis, kombiniert mit einer Entdeckung der kritischen Menge an REM, die hinzugefügt werden soll, bildet die Basis der Erfindung.
- Die Erfindung schafft ein nicht kornorientiertes, elektromagnetisches Stahlblech, wie es im Anspruch 1 definiert ist, das REM in einem Bereich von ungefähr 2 ppm bis 80 ppm und nicht mehr als ungefähr 15 ppm Ti und nicht mehr als ungefähr 80 ppm Zr enthält. Das Blech zeigt einen verbesserten Eisenverlust, sogar nachdem ein Spannungsfreiglühen bei einer niedrigen Temperatur für eine kurze Zeit durchgeführt ist, was auf 4,0 W/kg oder weniger begrenzt ist. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den Ansprüchen 2 bis 5 beansprucht. Die Verwendung des Stahlblechs gemäß den Ansprüchen 1 bis 5 ist in Anspruch 6 beansprucht.
- Andere Merkmale der Erfindung werden aus den Ansprüchen und der detaillierten Beschreibung der Erfindung, die folgt, ersichtlich werden.
- Fig. 1 zeigt eine graphische Darstellung, die die Effekte von Zr und REM in Bezug auf einen Eisenverlust (W15/50) nach einem Spannungsfreiglühen bei 725ºC · 1 Stunde darstellt.
- Fig. 2 zeigt eine graphische Darstellung, die die Effekte von Ti und REM in Bezug auf einen Eisenverlust (W15/50) nach einem Spannungsfreiglühen bei 725ºC · 1 Stunde zeigt.
- Fig. 3 zeigt eine graphische Darstellung, die den Effekt von REM in Bezug auf einen Eisenverlust (W15/50) nach einem Spannungsfreiglühen bei 725ºC · 1 Stunde zeigt.
- Die Erfindung wird nachfolgend im Detail unter zunächst Bezugnahme auf experimentelle Beispiele beschrieben.
- Stähle mit REM mit 20 ppm und Stähle ohne REM, die alle 0,5% Si, 0,3% Al, 0,55% Mn, 5 ppm Ti enthielten, und verschiedene Gehalte von Zr, wurden einem Heißwalzen, einem Kaltwalzen und dann einem Endbearbeitungsglühen bei 780ºC · 30 Sekunden unterworfen, um dadurch Stahlbleche herzustellen. Jedes der Produktbleche wurde in Stücke einer Epstein-Größe (280 · 30 mm) abgeschert und ein Spannungsfreiglühen bei 725ºC · 1 Stunde wurde in Bezug auf die Stahlteile, um eine Spannung freizugeben, die in dem Abscherschritt eingeführt wurde, durchgeführt. Die magnetischen Charakteristika der geglühten Blechteile wurden gemessen und die Ergebnisse sind in Fig. 1 dargestellt. Wie Fig. 1 zeigt, kann ein Eisenverlust durch Reduzieren des Gehalts an Zr erniedrigt werden, gerade wenn kein REM hinzugefügt wird. Allerdings wird der Effekt durch Hinzufügen von REM und durch Kontrollieren des Gehalts an Zr so, daß er 80 ppm oder weniger beträgt, verbessert, um dadurch einen Eisenverlust (W15/50) von ungefähr 4,0 W/kg oder weniger zu erreichen. Insbesondere kann durch Kontrollieren des Gehalts an Zr auf ungefähr 60 ppm oder weniger ein noch besserer Eisenverlust (W15/50) von ungefähr 3,5 W/kg oder weniger erhalten werden. Der Gehalt an Zr sollte deshalb nicht ungefähr 80 ppm übersteigen und vorzugsweise nicht größer als ungefähr 60 ppm sein.
- Stähle mit REM mit 20 ppm und Stähle ohne REM, die alle 0,5% Si, 0,3% Al, 0,55% Mn, 5 ppm Zr enthielten, und verschiedene Gehalte von Ti, wurden einem Heißwalzen, einem Kaltwalzen und dann einem Endbarbeitungsglühen bei 780ºC · 30 Sekunden unterworfen, um dadurch Stahlbleche herzustellen. Jedes der Produktbleche wurde in Stücke mit Epstein-Größe (280 · 30 mm) geschert und ein Spannungsfreiglühen bei 725ºC · 1 Stunde wurde in Bezug auf die Blechstücke durchgeführt, um eine Spannung, die in dem Scherschritt eingeführt wurde, freizusetzen. Die magnetischen Charakteristika der geglühten Blechstücke wurden gemessen und die Ergebnisse sind in Fig. 2 dargestellt. Wie Fig. 2 zeigt, kann ein Eisenverlust durch Reduzieren des Gehalts an Ti verringert werden, sogar wenn kein REM hinzugefügt wird. Allerdings wird der Effekt durch Hinzufügen von REM und durch Kontrollieren des Gehalts an Ti auf ungefähr 15 ppm oder weniger erhöht oder verstärkt, um dadurch einen Eisenverlust (W15/50) von ungefähr 4,0 W/kg oder weniger zu erreichen. Insbesondere kann durch Kontrollieren des Gehalts an Ti auf ungefähr 10 ppm oder weniger ein noch besserer Eisenverlust (W15/50) von ungefähr 3,5 W/kg oder weniger erhalten werden. Der Gehalt an Ti sollte deshalb nicht ungefähr 15 ppm übersteigen und vorzugsweise nicht größer als ungefähr 10 ppm sein.
- Stähle, die 0,5% Si, 0,3% Al, 0,55% Mn, 5 ppm Ti, 40 ppm Zr enthielten, und REM mit verschiedenen Gehalten, wurden einem Heißwalzen, einem Kaltwalzen und dann einem Endbearbeitungsglühen bei 780ºC · 30 Sekunden unterworfen, um dadurch Produktbleche herzustellen. Die Kristallkorngröße der Produktbleche reichte von 23 bis 26 um. Jedes der Produktbleche wurde in Stücke einer Epstein-Größe (280 · 30 mm) abgeschert und ein Spannungsfreiglühen bei 725ºC · 1 Stunde wurde in Bezug auf die Blechteile durchgeführt, um eine Spannung freizusetzen, die in dem Scherschritt eingeführt wurde. Die magnetischen Charakteristika der geglühten Blechteile wurden gemessen und die Ergebnisse sind in Fig. 3 dargestellt.
- Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, kann der Eisenverlust nicht zufriedenstellend erniedrigt werden, wenn der Gehalt an REM außerhalb des geeigneten Bereichs liegt. Durch Kontrollieren des Gehalts an REM auf einen Bereich von ungefähr 2 bis 80 ppm kann ein Ei senverlust (W15/50) von ungefähr 4,0 W/kg oder weniger erhalten werden. Durch Kontrollieren des Gehalts an REM auf einen Bereich von ungefähr 5 bis 50 ppm kann ein noch besserer Eisenverlust (W15/50) von ungefähr 3,5 W/kg oder weniger erhalten werden. Ein Gehalt an REM sollte deshalb innerhalb des Bereichs von ungefähr 3 bis 80 ppm, und vorzugsweise von ungefähr 5 bis 50 ppm, fallen.
- Obwohl verschiedene, komplexe Mechanismen eingesetzt werden können, um die bemerkenswerten Ergebnisse der Erfindung zu erreichen, wird angenommen, daß ohne eine Hinzufügung von REM, sogar wenn der Gehalt an Zr und Ti auf ungefähr Zr ≤ 80 ppm und Ti ≤ 15 ppm reduziert wird, signifikante Mengen des verbleibenden Zr und Ti als sehr kleine Partikel, als Nitride, aus- bzw. abgeschieden werden. In Bezug auf die sehr kleinen Abscheidungen wird angenommen, daß sie leicht unter den Umgebungsbedingungen eines Spannungsfreiglühens aus dem festen Zustand gelöst werden, mit der Folge, daß ein Kristallkornwachstum nicht behindert wird.
- Im Gegensatz dazu wird angenommen, daß dann, wenn das Glühen bei einer niedrigen Temperatur für eine kurze Zeit durchgeführt wird, sehr kleine Aus- bzw. Abscheidungen weder aus dem festen Zustand gelöst noch mobilisiert werden, und daß eine große Menge der kleinen Abscheidungen dispergiert wird, um dadurch ein Kornwachstum zu behindern. Allerdings ist, wenn REM in einer kritischen Menge hinzugefügt wird, entdeckt worden, daß die Nitride auf REM-Sulfiden niedergeschlagen werden. Diese Komposit- Niederschläge sind so grob, daß in Bezug darauf angenommen wird, daß sie nicht in der Lage sind, in großen Mengen zu dispergieren, und demzufolge nicht das Kornwachstum behindern.
- Man hat herausgefunden, daß dann, wenn der Gehalt an REM zu gering ist, der Effekt der groben Niederschläge unzureichend sein würde. Falls er zu groß ist, würde REM selbst den Eisenverlust verschlechtern. Demzufolge liegt der Gehalt an REM vorzugsweise innerhalb des Bereichs, wie dies vorstehend beschrieben ist.
- Si ist ein Element, das zum Reduzieren eines Eisenverlusts nützlich ist, da es den spezifischen Widerstand des Stahls erhöht. Allerdings würde, wenn der Gehalt an Si ungefähr 1,0% übersteigt, die Hinzufügung von Si die Produktionskosten erhöhen und auch die magnetische Dichte verschlechtern.
- Mn ist ein nützliches Element, da es S fixiert und harmlos gestaltet, was ansonsten die magnetischen Charakteristika schädigen würde. Deshalb ist Mn in einer Menge nicht geringer als ungefähr 0,1%, vorzugsweise nicht geringer als ungefähr 0,5%, vorhanden. Allerdings sollte, da Mn die magnetische Dichte verschlechtern kann, der Gehalt an Mn nicht größer als ungefähr 1,5%, vorzugsweise nicht größer als ungefähr 1,0%, sein. Al ist ein nützliches Element, da es O fixiert und harmlos gestaltet, das ansonsten die magnetischen Charakteristika schädigen würde. Wenn der Gehalt an Al geringer als ungefähr 0,2% ist, würde feines AIN erzeugt werden und das Kornwachstum beeinträchtigen. Andererseits würde die Hinzufügung von Al oberhalb von ungefähr 1,5% die Produktionskosten nach oben drücken und auch die magnetische Dichte verschlechtern. Zusätzlich wird eine Oberflächenhärte, ein wichtiger Parameter in Bezug auf ein Stanzen, durch Einstellen der Mengen an Si, Mn und Al, die hinzugefügt sind, kontrolliert. Der Gehalt an C ist vorzugsweise nicht größer als ungefähr 0,01%, da er die magnetischen Charakteristika des Stahls verschlechtert, wenn er niedergeschlagen wird.
- Das Herstellverfahren für nichtkornorientiertes, elektromagnetisches Stahlblech der Erfindung ist nicht besonders eingeschränkt. Ein bevorzugtes Herstellverfahren ist wie folgt. Ein Ingot-Stahl wird durch einen herkömmlichen Stahlherstellprozeß unter Verwendung eines Konverters und durch Entgasen präpariert. REM wird während des Entgasungsschritts hinzugefügt. Ti und Zr werden durch Kontrollieren der Verarbeitungszeiten, der Temperaturen und der Basizität-Einstellung für den Konverter und das Entgasen reduziert. Der sich ergebende Ingot-Stahl wird in eine Platte durch einen kontinuierlichen Formungsvorgang oder einen Formungs-Ausblockungsvorgang transformiert. Die sich ergebende Platte wird in ein heißgewalztes Blech durch Heißwalzen transformiert. Dieser Schritt kann durch direktes Heißwalzen der Platte oder durch Heißwalzen der Platte nach einem erneuten Erwärmen durchgeführt werden. Das heißgewalzte Blech kann, falls notwendig, einem Kastenglühen, einem kontinuierlichen Glühen oder einem Selbstglühen durch Aufwickeln des Blechs unter einer hohen Temperatur unmittelbar nach dem Heißwalzen unterworfen werden. Diese Glühvorgänge werden, wie dies erforderlich ist, in Abhängigkeit von der erstrebten, magnetischen Dichte durchgeführt.
- Das erhaltene, heißgewalzte Blech wird in ein kaltgewalztes Blech einer Produktdicke durch Kaltwalzen transformiert. Dieser Schritt kann durch Kaltwalzen des Blechs direkt zu der Produktdicke, oder durch zuerst Kaltwalzen des Blechs zu einer Zwischendicke, nach einem Glühen, Kaltwalzen des Blechs wiederum zu der Produktdicke, durchgeführt werden.
- Das erhaltene, kaltgewalzte Blech wird einem Endglühen unterworfen, um ein Produktblech zu erhalten. Das Endglühen kann durch irgendein herkömmliches Verfahren durchgeführt werden. Wenn die Kristallkorngröße des Produkts zu groß ist, folgt eine unzureichende Oberflächenhärte, was eine merkbare Verschlechterung der Stanzgenauigkeit verursacht. Deshalb werden die Glühtemperatur und die Glühzeit so eingestellt, daß die Kristallkorngröße geringer als ungefähr 40 um ist, vorzugsweise in dem Bereich von ungefähr 10 bis 30 um liegt.
- Zusätzlich kann eine Isolationsbeschichtung über die Blechoberfläche aufgebracht werden.
- Die Erfindung wird nun anhand von erläuternden Beispielen beschrieben. Die Beispiele sind nicht dazu vorgesehen, den Schutzumfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, einzuschränken.
- Nach einem herkömmlichen Stahlherstellvorgang unter Verwendung eines Konverters und durch Entgasen, wurden Platten, die die Zusammensetzungen besaßen, wie sie in Tabelle 1 dargestellt ist, durch kontinuierliches Formen von Ingots präpariert. Jede erhaltene Platte wurde einem Heißwalzen, ohne gekühlt zu werden, unterworfen, um dadurch ein heißgewalztes Blech herzustellen. Ein Glühen bei 950ºC · 2 Minuten wurde in Bezug auf das heißgewalzte Blech durchgeführt. Das geglühte Blech wurde einem Beizen und dann einem Kaltwalzen auf eine Blechdicke von 0,5 mm unterworfen. Ein Endglühen bei 800ºC · 15 Sekunden wurde in Bezug auf das kaltgewalzte Blech durchgeführt und eine Isolierbeschichtung wurde aufgebracht, um dadurch ein Produktblech zu erhalten. Die Kristallkorngröße des Produktblechs war nicht größer als 35 um. Das Produktblech wurde in Stücke einer Epstein-Größe abgeschert, und ein Spannungsfreiglühen bei 725ºC · 1 Stunde wurde in Bezug auf die Blechstücke in einer Stickstoffatmosphäre, um Spannung freizusetzen, durchgeführt. Die magnetischen Charakteristika wurden dann gemessen und die Ergebnisse der Messung sind in Tabelle 1 aufgelistet.
- Die Proben Nr. 1, 2, 3 und 4, die innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen, zeigten einen geringen Eisenverlust. Insbesondere zeigte Probe Nr. 1 einen besonders niedrige Eisenverlust. Tabelle 1
- * außerhalb des beanspruchten Bereichs
- Nach einem herkömmlichen Stahlherstellvorgang, der einen Konverter und ein Entgasen verwendet, wurden Platten, die die Zusammensetzungen besaßen, wie sie in Tabelle 2 dargestellt sind, durch ein kontinuierliches Formen von Ingots präpariert. Jede Platte wurde einem Heißwalzen, nachdem sie wieder aufgeheizt war, unterworfen, um dadurch ein heißgewalztes Blech zu produzieren. Das heißgewalzte Blech wurde einem Beizen und dann einem Kaltwalzen auf eine Blechdicke von 0,5 mm unterworfen. Ein Endglühen bei 800ºC · 15 Sekunden wurde in Bezug auf das kaltgewalzte Blech durchgeführt und eine Isolierbeschichtung wurde aufgebracht, um dadurch ein Produktblech zu erhalten. Die Kristallkorngröße des Produktblechs war nicht größer als 35 um. Das Produktblech wurde in Stücke einer Epstein-Größe abgeschert und ein Spannungsfreiglühen bei 725ºC · 1 Stunde wurde in Bezug auf die Blechstücke in einer Stickstoffatmosphäre, um Spannung freizusetzen, durchgeführt. Die magnetischen Charakteristika wurden dann gemessen und die Ergebnisse der Messung sind in Tabelle 2 aufgelistet.
- Die Proben Nr. 1, 2, 3 und 4, die innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung liegen, zeigten einen niedrigen Eisenverlust. Insbesondere zeigte Probe Nr. 1 einen besonders niedrige Eisenverlust. Tabelle 2
- * außerhalb des beanspruchten Bereichs
Claims (6)
1. Nichtkornorientiertes, elektromagnetisches Stahlblech, das ungefähr 0,01 Gewichts-
% oder weniger C, ungefähr 1,0 Gewichts% oder weniger Si, ungefähr 0,1 bis 1,5
Gewichts-% Mn, ungefähr 0,2 bis 1,5 Gewichts-% Al, enthält;
das weiterhin eine kritische Menge von ungefähr 2 bis 80 ppm Seltenerdmetall
aufweist; wobei die Mengen an Ti und Zr in dem Stahlblech auf ungefähr 15 ppm oder
weniger Ti und ungefähr 80 ppm oder weniger Zr begrenzt sind; und
wobei der Rest Eisen oder zufällige Verunreinigungen ist,
wodurch das Blech einen niedrigen Eisenverlust nach einem Spannungsfreiglühen
bei nicht höher als ungefähr 725ºC für nicht länger als ungefähr 1 Stunde zeigt,
wobei der Eisenverlust (W15/50) nach einem Spannungsfreiglühen ungefähr 4,0 W/kg
oder weniger beträgt.
2. Nichtkornorientiertes, elektromagnetisches Stahlblech nach Anspruch 1, wobei der
Gehalt an Ti ungefähr 10 ppm oder weniger beträgt.
3. Nichtkornorientiertes, elektromagnetisches Stahlblech nach Anspruch 1, wobei der
Gehalt an Zr ungefähr 60 ppm oder weniger beträgt.
4. Nichtkornorientiertes, elektromagnetisches Stahlblech nach Anspruch 1, wobei der
Gehalt an Seltenerdmetall in einem Bereich von ungefähr 5 bis 50 ppm liegt.
5. Nichtkornorientiertes, elektromagnetisches Stahlblech nach Anspruch 1, wobei der
Eisenverlust (W15/50) nach einem Spannungsfreiglühen bei 725ºC · 1 Stunde
ungefähr 3,5 W/kg oder weniger beträgt.
6. Verwendung von nichtkornorientiertem, elektromagnetischem Stahlblech nach
einem der Ansprüche 1 bis 5 für die Herstellung von Motorkernen mit niedrigem
Eisenverlust und Transformatorkernen mit niedrigem Eisenverlust, die, nach einem
Stanzen, geschichtet und von Spannung befreit werden.
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