DE2422074A1 - Verfahren zum herstellen von siliciumstahl mit hoher permeabilitaet - Google Patents
Verfahren zum herstellen von siliciumstahl mit hoher permeabilitaetInfo
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Description
Verfahren zum Herstellen von Siliciumstahl mit hoher Permeabilität
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von elektromagnetischem
Si-Stahl mit Würfel-Auf-Kanten-Orientierung und einer Permeabilität von wenigstens I85O G/0 bei 10 0 .
Orientierte Siliciumstähle mit 2,60 bis 4,0% Silicium werden im
allgemeinen mit Hilfe von Verfahrensweisen hergestellt, welche
Warmwalzen, eine zweifache Kaltreduktion, eine Glühung vor jeder Kaltwalzung und ein Texturglühen bei hoher Temperatur umschließen.
Diese Stähle sind durch Permeabilitäten bei 10 von 1790 bis 1840 G/0o gekennzeichnet.
In den letzten Jahren sind Siliciumstähle mit Permeabilitäten
von mehr als 1850 G/Oö bei 10 0Q in einer Anzahl von Patent-
e s
Schriften beschrieben worden. Von diesen Patentschriften verdienen
die US-Patentschriften 3 287 183; 3 632 456 und 3 636
vom Standpunkt der Herstellung die meiste Beachtung. Der
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US-Patentschrift 3 287 183 ist zu entnehmen, daß ein Stahl
mit spezifischen Gehalten an Kohlenstoff, Silicium, Aluminium, Schwefel und Eisen durch 5 his 40%i ge-iKaltwalzung, Glühung
bei Temperaturen von 950 bis 1200 0O zwecks Ausscheidung von
AlIT7 81 bis 95%ige Kaltwalzung, Entkohlung und Schluß-Texturglühung
zu einem Siliciumstahl mit hoher Permeabilität verarbeitet werden kann. In jüngster Zeit sind vergleichbare
Verfahren für vergleichbare Legierungen in den US-Patentschriften 3 632 456 sowie 3 636 Υϊ) beschrieben worden. Alle
diese Patentschriften stellen auf Abkühlgeschwindigkeiten im Anschluß an die Glühung ab, während, welcher AlN ausgeschieden
worden ist. Nach der US-Patents ehr :l ft 3 632 456 wird ein warmgewalztes
Band bei einer Temperatur von 750 bis 1200 °G i*3-Abhängigkeit
von seinem Siliciumgohalt geglüht, worauf das geglühte Eand rasch abgekühlt und wenigstens zwei Kaltwalzvorgängen
unterworfen wird. Nach dor US-Patentschrift 3 636 wird ein Stahl mit 2,5 bis 4% Silicium bei einer Temperatur
von 950 bis 1200 0C geglüht, von dieser Temperatur auf eine
Temperatur von wenigstens 4000G abgeschreckt und dann kalt
ausgewalzt.
Die bisher bekanntgewordenen Verfahrensweisen konnten jedoch im Hinblick auf die Qualität der erzielten Siliciumstähle,
insbesondere im Hinblick auf deren elektromagnetische Eigenschaften, nicht befriedigen.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
der eingangs genannten Art zu uchaffen, welches die Herstellung
von qualitativ hervorragendem Si-Stahl- gestattet.
ι
Ϊ-
Ϊ-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine
Si-Stahlschmelze, enthaltend bis 0,07% Kohlenstoff, 2,60 bis
4,0% Silicium, 0,03 his 0,24%Mangan, 0,01 bis 0,07% Schwefel,
0,015 bis 0,04% Aluminium, bis zu 0,02 Stickstoff und 0,1 bis 0,5% Kupfer, erzeugt und abgegossen und der Stahl in der
Wärme zu Warmband ausgewalzt wird, daß das warmgewalzte Band
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mit oder ohne Zwischenglühung nach der Warmwalzung kaltgewalzt
wird, wobei die Zwischenglühung gegebenenfalls bei einer maximalen Glühtemperatur von 927 0G erfolgt, daß der
Stahl wenigstens einem zusätzlichen Kaltwalzvorgang unterzogen und der Stahl vor der Schluß-Kaltwal zung einer Schluß-Glühung
unterworfen wird, daß der Stahl entkohlt und einer Schluß-Texturglühung unterzogen wird, wobei die Schlußglühung
vor der Schluß-Kaltwalzung lsi einer Temperatur von 760 bis
927°C über einen Zeitraum von 15 sek bis 2 Stunden erfolgt, daß der geglühte Stahl mit einer Geschwindigkeit wie bei Abkühlung
an ruhender Luft abgekühlt und der abgekühlte Stahl mit einer Reduktion um wenigstens 80% kaltgewalzt wird.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung von Si-Stahl mit Vürfel-Auf-Kanten-Orientierung und einer
Permeabilität von wenigstens I85O G/0Q bei 10 0 , welches
die folgenden Verfahrensschritte umschließt: Der Si-Stahl wird kaltgewalzt, nach der Kaltwalzung und vor der Schlußkaltwalzung
15 Sekunden bis 2 Stunden lang bei einer Temperatur von 760 bis 927 °C geglüht, dann mit einer Geschwindigkeit
abgekühlt, die gleich der Geschwindigkeit bei Abkühlung an ruhender Luft ist, worauf der abgekühlte Stahl mit einer
Reduktion um wenigstens 80% kaltgewalzt wird.
Das Verfahren nach der Erfindung stellt gegenüber dem Stand der Technik ein neues und verbessertes Verfahren zum Herstellen
von Si-Stahl mit Vürfel-Auf-Kanten-Orientierung und einer
Permeabilität von wenigstens I85O G/Oe bei 10 O dar, wobei
von einer besonderen Stahlzusammensetzung ausgegangen wird. Die erfindungsgemäße Arbeitsweise umschließt die folgenden
Schritte: der Stahl wird kaltgewalzt und nach der Kaltwalzung vor der Schlußkaitwalzung 15 Sekunden bis 2 Stunden lang bei
einer Temperatur von 760 bis 927 0G geglüht, worauf der geglühte
Stahl mit einer Geschwindigkeit abgekühlt v/ird, die
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im wesentlichen gleich der Abkühlungsgeschwindigkeit "bei Abkühlung
an ruhender Luft ist, worauf der gekühlte Stahl mit einer Reduktion um wenigstens 80% kalt ausgewalzt wird.
Von den aus den genannten US-Patentschriften 3 287 18J5 3 632 4-56
und 3 636 579 bekanntgewordenen Verfahren unterscheidet sich
das Verfahren nach der Erfindung durch seine im folgenden aufgeführten
Merkmale, die den "bekannten Verfahr ens anweisungen widersprechen. So lehrt die US-Patentschrift 3 287 Ί83 eine
Mindestglühtemperatur von 950 0G und keinesfalls eine maximale
Glühtemperatur von 927 0C . Nach der US-Patentschrift 3 632 4-56
wird ein warmgewalztes Band aus Stählen mit wenigstens 2,5% Silicium bei einer Temperatur oberhalb von 950 C geglüht und
rasch von dieser Temperatur abgekühlt. Die US-Patentschrift 3 636 579 lehrt eine Mndest-Glühtemperatur von 95O0C für
Stähle mit wenigstens 2,5% Silicium und ein rasches Abkühlen von dieser Glühtemperatur. Außerdem unterscheidet sich die
chemische Zusammensetzung des auf erfindungsgemäße V/eise zu
verarbeitenden Stahls von der Zusammensetzung derjenigen Stähle, die mit Hilfe der bekannten Verfahren verarbeitet wurden.
Nach bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist eine Glühbehandlung
bei einer Temperatur von 788 bis 899 0C und ein
Kaltwalzvorgang mit einer Reduktion von wenigstens 85% vorgesehen.
Zu Definitionszwecken sei angeführt, daß unter Abkühlungen an ruhender Luft sowohl solche Abkühlungen, bei denen der Stahl
in einer ruhenden Atmosphäre als auch solche Abkühlungen zu verstehen sind, bei denen eine Relativbewegung zwischen der
Atmosphäre und dem Stahl vorliegt, wie dieses bei kontinuierlich arbeitenden Anlagen der Fall ist, solange nur gewährleistet
ist, daß die Bewegung nicht absichtlich für Kühlungszwecke
veranlaßt worden ist. Zum Zwecke weiterer Definition oder Klar-
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stellung sei noch bemerkt, daß bei allen GasatmoSphären davon
ausgegangen wird, daß sie die gleiche Kühlwirkung besitzen wie Luft. Demzufolge laufen alle offenen Abkühlungen mit
einer Geschwindigkeit ab, die im wesentlichen gleich der Abkühlgeschwindigkeit bei Abkühlung an ruhender Luft ist, solange
nicht flüssige Abschreckmedian oder beschleunigte Gasatmosphären zur Anwendung gelangen, wobei unter einer beschleunigten
Gasatmosphäre eine solche zu verstehen ist, der absichtlich zu Kühlungszwecken eine Bewegung erteilt worden
ist.
Das Erschmelzen, Abgießen, Warmwalzen, Glühen, Kaltwalzen, Entkohlen
und Schluß-Texturglühen stellt insoweit nichts neues dar,
als die Arbeitsweisen betrachtet werden und im Hinblick auf die genannten Arbeitsgänge umschließt die Erfindung alle anwendbaren
Arbeitsvorgänge bei der Stahlerzeugung. Von der Schlußglühung
bei einer Temperatur von 760 bis 927 C vor der Schlußkaltwalzung
wird jedoch angenommen, daß sie sich ganz besonders vorteilhaft dahingehend auswirkt, daß sie den Stahl für
die Kaltwalzung konditioniert und einen Vorgang darstellt,
während welchem sich Inhibitoren ausbilden können. Insbesondere wird durch die genannte Glühbehandlung die Gleichförmigkeit erhöht,
in welcher die Inhibitoren verteilt werden, da im wesentlichen nur eine Ferrit-Phase bei Temperaturen unterhalb von
927 C im Stahl vorhanden ist, was im Widerspruch zum Vorliegen
von Austenit- und Ferrit-Phasen bei etwas höheren Temperaturen steht, wobei die Inhibitor-Elemente unterschiedliche
Löslichkeiten besitzen. Unter den Inhibitoren sind im Rahmen der Erfindung in erster Linie Aluminiumnitrid und Magnesiumsulfid
und/oder Mangam-Kupfer-Sulfid zu verstehen, auf welche
im folgenden noch eingehend eingegangen wird. Der jeweils verwendeten Glüh atmo Sphäre kommt keine "besondere Bedeutung zu.
Als Beispiele geeigneter Gase seien genannt stickstoffhaltige Gase, reduzierende Gase wie Wasserstoff, Inertgase wie Argon,
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ferner Luft und Mischungen der vorgenannten Gase. Aus den gleichen Gründen wie bei der Schlußglühung vor der Schlußkaltwalzung
sollte das warmgewalzte Band nicht bei Temperaturen von mehr als 927 0G geglüht werden und wenn eine Glühbehandlung
für das warmgewalzte Band vorgenommen werden sollte, so sollte diese bei einer Temperatur von 760 bis 927 C
vorgenommen werden. Das geglühte warmgewalzte Band wird im allgemeinen mit einer Geschwindigkeit abgekühlt, welche gleich
der Abkühlungsgeschwindigkeit bei Abkühlung an ruhender Luft ist. Im Hinblick auf die Kaltwalzung sei noch unterstrichen,
daß mehrere Walzstiche einen einzigen Kaltwalzvorgang darstellen können und daß von mehr als einem Kaltwalzvorgang
oder von mehreren Kaltwalzvorgängen erst dann gesprochen werden kann, wenn die Kaltwalzstiche durch eine Glühung voneinander
getrennt sind.
Der Stahl muß Silicium, Aluminium, Mangan, Schwefel und Kupfer enthalten. Silicium ist erforderlich, da es die Widerstandsfähigkeit
oder Beständigkeit des Stahls erhöht, seine Magnetostriktion verringert, die magnetokristalline Anisotropie
des Stahls herabsetzt und somit die Kernverluste des Stahles herabsetzt. Aluminium, Mangan und Schwefel sind erforderlich,
da sie Inhibitoren bilden, welche bei der Steuerung der ßtahlorientierung
und der von dieser abhängenden Stahleigenschaften von Bedeutung sind. Insbesondere verbindet sich Aluminium mit
Stickstoff im Stahl oder aus der Atmosphäre unter Bildung von Aluminiumnitrid und verbindet sich Mangan mit Schwefel unter
Ausbildung von Mangansulfid und/oder Mangan-Kupfer-Sulfid. Diese "Verbindungen wirken hemmend auf das normale Kornwachstum
während der Schlußtexturglühung, während sie zur gleichen
Zeit die Entwicklung von sekundär rekristallisierten Körnern mit der angestrebten Würfel-Auf-Kanten-Orientierung fördern.
Von Kupfer wird zusätzlich zu der möglichen Ausbildung von Mangan-Kupfer-Sulfid angenommen, daß es sich dahingehend vor-
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teilhaft auswirkt, daß es gemäß einer Hypothese die Glühtemperatur
zu senken vermag, die Walzbarkeit verbessert, den Schmelzvorgang erleichtert und ferner die Erfordernisse der
Atmosphäre zum Spannungsfreiglühen verein acht.
Ein zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders bevorzugter Stahl hat 0,02 bis 0,07% Kohlenstoff, 2,60
bis 5,5% Silicium, 1 Manganäquivalent von 0,05 bis 0,24%,
ausgedrückt durch die Äquivalenzgleichung: %Mn + (0,1 bis 0,25) χ %0u, 0,01 bis 0,05% Schwefel, 0,015 bis 0,04% Aluminium,
0,003 bis 0,009% Stickstoff, 0,1 bis 0,3% Kupfer, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen, wobei das Verhältnis
des Manganäquivalents zu Schwefel im Bereich von 2,0 bis 4,75 liegt. Dieser Stahl ist in seiner Zusammensetzung
derart ausgewogen, daß er bei Verarbeitung mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ein höchst befriedigendes
Gefüge besitzt.
Nachstehend wird die Erfindung, anhand von Ausführungsbeispielen
erläutert.
Fünf Proben (Proben 1 bis 5) aus fünf verschiedenen Chargen eines sogenannten B03?-Siliciumstahls wurden abgegossen und
zu einem Siliciumstahl mit Würfel-Auf-Kanten-Orientierung verarbeitet. Die Zusammensetzung der Proben ist in der folgenden
Tafel 1 zusammengestellt.
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Tafel 1
| Pro | C | Mn | Zusammensetzung C | Si | Al | Gew.-%; | H | Fe |
| be | 0,050 | 0,13 | S | 3,04 | 0,023 | Gu | 0,0039 | Rest |
| 1 | 0,055 | 0,13 | 0,044- | 2,92 | 0,029 | 0,23 | 0,0055 | U |
| 2 | 0,050 | 0,11 | 0,043 | 2,92 | 0,023 | 0,19 | 0,0055 | ti |
| 3 | 0,048 | 0,076 | 0,030 | 2,84 | 0,029 | 0,19 | '0,0041 | I! |
| 0,04-9 | 0,094 | 0,026 | 2,91 | 0,036 | 0,23 | 0,0046 | Il | |
| 5 | 0,032 | 0,22 | ||||||
Die Verarbeitung der fünf Proben umschloß eine mehrstündige Glühbehandlung bei erhöhter Temperatur, ein Vorwalzen, ein
Warmwalzen auf eine Abmessung von etwa 3302 /U, eine zweiminütige
Normalisierung an Luft bei 899 0C, ein Kaltwalzen
auf eine Abmessung von etwa 2336,8yu, ein fünfminütiges Glühen
bei 802 0C in Stickstoff, welcher etwa 0,1 bis 10% Sauerstoff
enthielt, eine Abkühlung auf Raumtemperatur, eine Kaltwalzung
auf die Endabmessung von etwa 330,2 /U, eine zweiminütige Entkohlung
bei 802 0C in einer Mischung aus Stickstoff und feuchtem
Wasserstoff, sowie eine achtstündige Schlußglühung in Wasserstoff bei einer maximalen Glühtemperatur von 1177 0C.
Die Proben 1 bis 5 wurden im Hinblick auf Permeabilität und Kernverlust untersucht. Die Versuchsergebnisse sind in der
folgenden Tafel 2 zusammengestellt.
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| Tafel 2 | Kernverlust (Watt je 0,453 kg bei 17 Kilogauss) |
|
| Probe | Permeabilität (bei 10 Oe) |
0,798 0,763 0,823 0,766 0,757. |
| 1 ;: 2 3 4 5 |
1878 1903 1879 1886 1889 |
|
Aus Tafel 2 ist klar ersichtlich, daß sich das erfindungsgemäße Verfahren höchst vorteilhaft auf die Eigenschaften von Siliciumstahl
mit Würfel-Auf-Kanten-Orientierung auswirkt. Die Proben
1 bis 5 wurden kaltgewalzt, 5 Minuten lang bei einer Temperatur von 802 0G geglüht. An Luft auf Raumtemperatur abgekühlt und
mit Reduktionen von mehr als 80% kaltgewalzt. Alle untersuchten Proben besaßen Permeabilitäten von mehr als 1850 G/0 bei 10 0 ,
dabei zeigte Probe 2 eine besonders hohe Permeabilität von mehr als 1900 G/0 .
Die vorstehend beschriebene Erfindung ist nicht auf die Ausführung
sbeispxele beschränkt, da im Rahmen der nachfolgenden
Ansprüche und des Erfindungsgedankens dem Fachmann eine Vielzahl von Abwandlungen und Modifikationen möglich sind. Die
beschriebenen Ausführungsbeispiele dienen lediglich zur Erläuterung der Erfindung.
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Claims (12)
1. Verfahren zum Herstellen von elektromagnetischem. Si-Stahl
mit Würfel-Auf-Kanten-Orientierung und einer Permeabilität
von wenigstens 1850 G/O "bei 10 0 , dadurch g e k β η η zeichnet
, daß eine Si-Stahlschmelze, enthaltend bis 0,07% Kohlenstoff, 2,60 bis 4% Silicium, 0,03 bis 0,24%
Mangan, 0,01 bis 0,07% Schwefel, 0,015 bis 0,04-% Aluminium,
bis zu 0,02% Stickstoff und 0,1 bis 0,5% Kupfer, erzeugt und abgegossen und der Stahl in der Wärme zu Warmband ausgewalzt
wird, daß das warmgewalzte Band mit oder ohne Zwischenglühung nach der Warmwalzung kaltgewalzt wird, wobei die Zwischenglühung
gegebenenfalls bei einer maximalen Glühtemperatur von 927°G erfolgt, daß der Stahl wenigstens einem zusätzlichen
Kaltwalzvorgang unterzogen und der Stahl vor der Schlußkaitwalzung
einer Schlußglühung unterworfen wird, daß der Stahl
entkohlt und einer Schlußtexturglühung unterzogen wird, wobei
die Schlußglühung vor der Schlußkaitwalzung bei einer Temperatur von 760 bis 927 0C über einen Zeitraum von 15 Sekunden bis
2 Stunden erfolgt, daß der geglühte Stahl mit einer Geschwindigkeit wie bei Abkühlung an ruhender Luft abgekühlt und der
abgekühlte Stahl mit einer Eeduktion um wenigstens 80% kaltgewalzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Schlußglühung vor der Schlußkaltwalzung bei einer Temperatur von 788 bis 899 0C erfolgt.
3· "Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der abgekühlte Stahl mit einer Reduktion um wenigstens 85% kaltgewalzt wird.
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4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn zei c h n
e t , daß das warmgewalzte Warmband ohne eine Zwischenglühung zwischen dem Warmwalzen und dem Kaltwalzen kaltgewalzt
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das warmgewalzte Bandmaterial vor der Kaltwalzung bei einer Temperatur von 760 bis 927 C geglüht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gek'ennzeichn
e t , daß das geglühte warmgex^alzte Bandmaterial vor der
Kaltwalzung mit einer Geschwindigkeit abgekühlt wird, welche gleich der Geschwindigkeit bei Abkühlung an ruhender Luft
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Stahl mit 0,02 bis 0 fi>% Kohlenstoff, 2,60
bis 3i5% Silicium, einem Manganäquivalent von 0,05 bis 0,24%,
ausgedrückt durch die Aquivalenzgleichung: %Mn + (0,1 bis 0,25) χ %Cu, 0,01 bis 0,05% Schwefel, 0,015 bis 0,04% Aluminium,
0,003 bis 0,009% Stickstoff, 0,1 bis 0,3% Kupfer, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen verarbeitet wird,
wobei bei dem Stahl das Verhältnis des Manganäquivalents zu Schwefel im Bereich von 2,0 bis 4,75 liegt.
8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet,
daß die Schlußglühung vor der Schlußkaltwalzung bei einer Temperatur von 788 bis 899 °G durchgeführt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet
, daß der abgekühlte Stahl mit einer Eeduktion um wenigstens 85% kaltgewalzt wird.
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10. Verfahren nach. Anspruch 7> dadurch g e k· e η η zeichnet
, daß das warmgewalzte Bandmaterial ohne eine Zwisehenglühung zwischen der Warmwalzung und der KaItwalzung
kaltgewalzt wird.
11. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet , daß das warmgewalzte Bandmaterial vor
der Kaltwalztu geglüht wird.
der Kaltwalzung bei einer Temperatur von 760 bis 927 G
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß das geglühte warmgewalzte Bandmaterial
vor der Kaltwalzung mit einer Geschwindigkeit abgekühlt ist, * welche gleich der Abkühlgeschwindigkeit bei Abkühlung an ruhender
Luft ist.
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