DE3229295C2

DE3229295C2 - Kornorientiertes Elektrostahlblech und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE3229295C2
Application number: DE3229295A
Authority: DE
Inventors: Katsuro Kuroki; Shozaburo Kitakyushu Fukuoka Nakashima; Toshiya Wada
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1981-08-05
Filing date: 1982-08-05
Publication date: 1986-09-18
Also published as: DE3229295A1; US4863532A; JPS6048886B2; FR2511045A1; US4753692A; GB2104916A; GB2104916B; JPS5823414A; FR2511045B1; BE894039A

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein kornorientiertes Elektrostahlblech oder -band mit niedrigem Wattverlust und hoher magnetischer Flußdichte. Das Magnetstahlblech der Erfindung enthält 2,5 bis weniger als 4,0 Silicium, 0,03 bis weniger als 0,15 Mangan, sowie - in Kombination - 0,03 bis weniger als 0,5 Zinn und 0,02 bis weniger als 0,3 Kupfer. Der gemeinsame Zusatz von Zinn und Kupfer führt zu einer Verfeinerung der sekundären Rekristallisationskörner und gleichzeitig zu einer guten Oberflächenbeschichtung.

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein kornorientiertes elektromagnetisches Stahlblech oder -band (nachstehend als »Elektrostahlblech« oder kurz als »Blech« bezeichnet) mit niedrigem Ummagnetisierungsverlust (auch als »Wattverlust« bezeichnet) und hoher magnetischer Flußdichte sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen kon orientierten Elektrostahlblechs.

Kornorientiertes Elektrostshlblech wird als weichmagnetisches Material für Kerne von Transformatoren und andere elektrische Maschinen und Vorrichtungen verwendet. Im Hinblick auf die magnetischen Eigenschaften müssen die Erregungseigeasch?ften des elektromagnetischen Stahlblechs hervorragend und sein Wattverlust niedrig sein. Um ein kornorientiertes Elektrostahlblech mit ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften zu erhalten, ist die Ausrichtung der < 00! > Achse der Kristalle des Blechs in Waizrichtung mit einem hohen Orientierungsgrad wichtig, da diese Achse die Richtung der leichten Magnetisierbarkeit darstellt Zusätzlich dazu übt die Korngröße, der spezifische Widerstand und die Oberflächenbeschichtung des kornorientierten Elektrostahlblechs einen großen Einfluß auf die magnetischen Eigenschaften aus. Die Entwicklung eins Einstufen-Kaltwalzverlustverfahrens hat den Orientierungsgrad ganz erheblich verbessert und die kornorientierten Elektrostahlbleche, die derzeit hergestellt werden, besitzen eine magnetische Flußdichte, die etwa 96% des theoretisch möglichen Wertes erreicht. Infolge der Verbesserung des Orientierungsgrades kann auch der Wattverlust bedeutend verkleinert werden. Eine weitere Abnahme des Wattverlustes ist aber nicht nur durch Verbesserung des Orientierungsgrades möglich. Vielmehr müssen technische Möglichkeiten zur Erhöhung des vorstehend erwähnten spezifischen Widerstandes und zur Verfeinerung der sekundären Rekristallisationskörner gefunden werden, um eine weitere Verminderung des Wattverlustes zu erreichen.

Eine technische Möglichkeit zur Verfeinerung der sekundären Rekristallisationskörner ist im Einstufen-Kaltwalzverfahren besonders wichtig, in welchem das abschließende Dickenverminderungsverhältnis hoch ist, da bei diesem Verfahren möglicherweise der Wattverlust nicht im Verhältnis zur Verbesserung des Orientierungsgrades erniedrigt wird, der im Einstufen-Kaltwalzverfahren erreicht wird. Mit anderen Worten wird die positive Wirkung der Erhöhung des Orientierungsgrades vermutlich durch den negativen Effekt des Anstiegs der Größe der sekundären Rekristallisationskörner neutralisiert, und eine Abnahme des Wattverlustes kann deshalb nicht erwartet werden. Diese Tendenz wird bei Erhöhung der Dicke des Kornorientierten Elektrostahlblechs noch deutlicher.

In der JP-OS 53-1 34 722/78 wird der Einbau von Zinn in einen Siliciumstahl vorgeschlagen, der eine geringere Menge Aluminium enthält, um eine Vertiefung der sekundären Rekristallisationskörner bei gleichzeitiger Beibehaltung eines hohen Orientierungsgrades zu erreichen.

Der Zusatz von Zinn zu dem Siliciumstahl bringt jedoch eine Schwierigkeit mit sich, da das Zinn die Oberflächenbeschichtung des kornorientierten Elektrostahlblechs verschlechtern kann. Bekanntlich spielt die Oberflächenbeschichtung eines kornorientierten Elektrostahlblechs nicht nur eine wichtige Rolle bei der Isolierung der ilaminierten Blechabschnitte eines Transformators gegeneinander, sondern verursacht im Blech infolge des unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen der Oberflächenbeschichtung und dem Blech auch eine Zugspannung, die zu einer wesentlichen Abnahme des Wattverlustes führt. Obwohl also eine Verfeinerung der sekundären Rekristallisationskörner durch den Zusatz von Zinn zum Siliciumstahl erreicht werden kann, kann der Wattverlust infolge der Verschlechterung der Oberflächenbecchichtüng nicht in befriedigender Weise erniedrigt werden. In der JP-OS 49-72 118/74 ist der Zusatz von Kupfer allein zu einem aluminiumhaltigen Stahl beschrieben. Der alleinige Zusatz von Kupfer führt jedoch in nachteiliger Weise zu einer Vergröberung der

sekundären Rekristallisationskörner.

In der DE-OS 30 38 034 wird ein kornorientierter, elektromagnetischer Siliciumstahl vorgeschlagen, der sich durch eine verbesserte magnetische Qualität und eine im wesentlichen gleichförmige Metalloberfläche auszeichnen soll. Die Schmelze dieses Siliciumstahls besteht vorzugsweise aus bis zu 0,07% Kohlenstoff, 2,5 bis 4,0% Silicium, bis zu 0,24% Mangan, bis zu 0,09% Schwefel und/oder Selen, bis zu 0,0080% Bor, bis zu 0,02% s Stickstoff, bis zu 0,05% Aluminium, bis zu 1,0% Kupfer und bis zu 0,1% Zinn, Rest Eisen. Der Kupfergehalt dieses Siliciumstahls ist somit tendenzmäßig höher als der Zinngehalt. Der Siliciumstahl gemäß der DE-OS 30 38 034 wird hergestellt durch Abgießen der Stahlschmelze, Warmwalzen, Kaltwalzen, Beschichten und Schlußtexturglühen. Die vor der Schlußtexturglühung aufgetragene Beschichtung besteht im wesentlichen aus Aluminiumhydroxid, Verunreinigungen entfernenden Zusätzen und inhibierenden Stoffen, um eine möglichst gleichförmige metallische Oberfläche zu erzielen.

Aus der DE-OS 28 41 961 ist ein Siliciumstahl mit hoher Permeabilität bekannt, der beispielsweise 0,096% _

Kupfer und 0,010% Zinn enthält Bei der Herstellung wird der Siliciumstahl beispielsweise 3 Minuten bei 830^r C g

in feuchtem Wasserstoff entkohlungsgeglüht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kornorientiertes Elektrostahlblech oder -band mit niedrigem Wattverlust und hoher magnetischer Flußdichte zu schaffen, bei dem infolge einer neuen Zusammensetzung des Stahls die Oberflächenbeschichtung des Blechs verbessert wird, die sekundären Rekristallisationskörner feiner sind und die Kornorientierung im Vergleich zu bekannten Blechen nicht verschlechtert ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen kornorientierten Elektrostahlblechs zu schaffen. Diese Aufgaben werden durch die Erfindung gelöst

Gegenstand der Erfindung ist somit ein kornorientiertes Elektrostahlblech oder -banr¹ >;emäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Kornorientiertes Elektrostahlblech kann mit einer Oberflächenbeschichtung versehen werden, die vorzugsweise MG2SIO4 enthält und vorzugsweise eine Dicke von etwa 3 μπι aufweist

Die bevorzugten Eigenschaften des kornorientierten Elektrostahlblechs der Erfindung, das eine Dicke von 0,15 bis 0,35 mm aufweist, sind:

Ummagnetisierungsverlust (P 1,7): etwa 0,90 bis 1,00 W/kg

Urnmagnetisierungsverlust (P 1,5): etwa 0,67 bis 0,76 W/kg

ASTM-Komgröße: Nr.4bisNr.7

Magnetische Flußdichte (B_&): etwa 1,88 bis 1,96 T

Erfindungsgemäß wird dem Siliciumstahl (der Schmelze) Kupfer zugesetzt, das die Entstehung einer guten Oberflächenbeschichtung auf dem kornorientierten Elektrostahlblech bewirkt. Bisherige Verfahren zur Herstellung dieser Oberflächenbeschichtung bestehen im Einbau von bestimmten Elementen in den Glühseparator. Diese bekannten Verfahren können aber die Oberflächenbeschichtung eines kornorientierten Elektrostahlblechs, das Zinn enthält, nicht grundsätzlich verbessern, da ein Zusatz, der in die Oberf.ächenbeschichtung eingebaut wird, einen ungünstigen Einfluß des Oxidfilms, der sich auf dem Stahlblech beim entkohlenden Glühen bildet, auf die Oberflächenbeschichtung nicht verhindern kann. Bei der vorliegenden Erfindung wird der SiIiciumstahlschmelze deshalb zusätzlich zu Zinn Kupfer einverleibt, um dessen günstige Wirkungen auszunutzen. Da die sekundäre Rekristallisationsstruktur durch den Einbau von Kupfer beträchtlich beeinflußt wird, wurde von einem Kupferzusatz gewöhnlich abgesehen. Somit beruht die vorliegende Erfindung auf dem überraschenden Befand, daß beim Zusatz von Kupfer gemeinsam mit Zinn die günstigen Wirkungen beider Elemente ausgenutzt werden können, während die ungünstigen Wirkungen von Kupfer durch die günstigen Wirkungen des Zinns und umgekehrt neutralisiert werden.

Kupfer ist zwar ein hervorragendes Element, das zur Bildung der Oberflächenbeschichtung eines kornorientierten Elektrostahlblechs benutzt werden kann und die Eigenschaften, insbesondere die Haftungseigenschaften einer solchen Oberflächenschicht, werden durch Kupfer verbessert. Andererseits führt aber Kupfer zu einer Vergröberung der sekundären Rekristallisationskörner. Im Gegensatz dazu leistet Zinn einen Beitrag zur Verfeinerung der sekundären Rekristallisationskörner, verschlechtert aber die Oberflächenbeschichtung des Kornorientierten Elektrostahlblechs. Im Blech der Erfindung werden die durch die Kombinierte Verwendung von Kupfer und Zinn folgenden Vorteile beibehalten, während die aus der Verwendung von Kupfer und Zinn resultierenden Nachteile ausgeschaltet werden. Diese überraschende Erscheirung ist die Grundlage der Erfindung.

Die Erfindung wird nachstehend im einzelnen ei läuici t.

Die Siliciumstahlbramme, die als Ausgangsmaterial für das Verfahren zur Herstellung des Stahlblechs der Erfindung verwendet wird, enthält als Grund-Legierungselemente höchstens 0,085% Kohlenstoff, 2,5 bis 4,Oⁿ/o Silicium, 0,010 bis 0,050% säurelösliches Aluminium, 0,03 bis 0,15% Mangen, 0,010 bis 0,050% Schwefel und ferner als charakteristische Zusätze 0,03 bis 0,5% Zinn mit 0,02 bis 0,3% Kupfer.

Der Kohlenstoffgehalt ist auf höchstens 0,085% begrenzt, da die Dauer des Entkohlungsglühens bei einem Kohlenstoffgehalt über 0,085% zu lang wird, Ein Siliciumgehalt von mindestens 2,5% ist zum Erreichen eines niedrigen Wattverlustes notwendig. Bei einem Siliciumgehalt über 4,0% wird dagegen das Kaltwalzen ungünstig und schwierig. Die sekundäre Rekristallisation wird nicht stabilisiert, wenn der Gehalt an säurelcislichem Aluminium nicht in den Bereich von 0,010 bis 0,050% fällt.

Mangan und Schwefel sind zur Bildung von MnS notwendig. Eine geeignete Manganmenge beträgt 0,03 bis 0,15%, wobei ein Bereich von 0,05 bis 010% Mangan bevorzugt ist. Bei einem Scnwefelgehalt über 0,05% wird die Entschwefelung beim Reinigungsglühen schwierig. Andererseits ist ein Schwefelgehalt unter 0,01% zu gering für die Entstehung einer ausreichenden Menge an MnS, das einer der Inhibitoren ist.

Eine Zinnmenge unter 0,03% ist zu gering, um eine wirksame Verfeinerung der sekundären Rekristallisationskörner zu erreichen. Wenn der Zinngehalt andererseits 0,5% übersteigt, wird die Bearbeitbarkeit des Werkstoffes beim Walzen und Entzundern verschlechtert Auch die kombinierte Zugabe von Zinn und Kupfer verursacht bereits eine gewisse Verschlechterung der Bearbeitbarkeit. Der bevorzugte Zinngehalt liegt bei 0,05 bis 0,20%.
Ein Kupfergehalt unter 0,02% ist zu niedrig für eine Verbesserung der Oberflächenbeschichtung des kornorientierten Elektrostahlblechs. Andererseits ist eine Kupfermenge über 0,3% unerwünscht im Hinblick auf die magnetischen Eigenschaften des kornorientierten Elektrostahlblechs. Der bevorzugte Kupfergehalt reicht von 0,05 bis 0,15%.

Das Verhältnis von Zinn- und Kupfergehalt beeinflußt die Oberflächenbeschichtung und die Verfeinerung der sekundären Rekristallisationskörner des kornorientierten Elektrostahlblechs.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen weiter erläutert.

F i g. 1 zeigt in graphischer Darstellung, wie das Mengenverhältnis von Zinn zu Kupfer einen Einfluß auf den Ummagnetisierungsverlust und die Korngröße eines kornorientierten Elektrostahlblechs ausübt, wie es auch die infolge der Oberflächenbeschichtung des kornorientierten Elektrostahlblechs erzeugte Zugspannung bewirkt
Fig. 2 A ist eine Lichtmikroskop-Photographie des Querschnitts eines kornorientierten Elektrostahlblechs. das nur Zinn enthält und eine Oberflächenbeschichtung aufweist;

Fig.2 B ist eine Lichtmikroskop-Photograhpie des Querschnitts eines kornorientierten Elektrostahlblechs, das sowohl Zinn als auch Kupfer enthält und eine Oberfiächenbeschichtung aufweist

F i g. 3 zeigt in graphischer Darstellung die Beziehungen zwischen dem Ummagnetisierungsverlust (P 1,7 und 20 P 1,5) und der magnetischen Flußdichte (Bs) bei einem herkömmlichen kornorientierten Elektrostahlblech mit hoher magnetischer Flußdichte (a) und dem Kornorientierten Elektrostahlblech der Erfindung (b).

F i g. 1 zeigt den Einfluß der Änderung des Mengenverhältnisses von Zinn und Kupfer im untersuchten Siliciumstahl. Der geprüfte Siliciumstahl enthält 0,056% C, 2,96% Si, 0,076% Mn, 0,025% S, 0,027% säurelösliches Al, 0,0075% N und 0,2% Sn. Der Kupfergehalt ist variabel, so daß sich ein Mengenverhältnis Zinn zu Kupfer ergibt, wie es auf der Abszisse angegeben ist In der Figur bedeutet P 1,7 den Ummagnetisierungsverlust bei einer magnetischen Flußdichte von 1,7 Tesla (T) und 50 Hz. Die Korngröße ist gemäß ASTM-Standard bei einer Vergrößerung χ 1 ausgedrückt. Die infolge der Oberflächenbeschichtung verursachten Zugspannung wird durch Berechnung des Maßes der Biegung des kornorientißrten Elektrostahlblechs erhalten, das eine Oberflächenbeschichtung nur auf einer Oberfläche aufweist Die genannte Biegung wird verursacht durch Aufbringen einer Beschichtungsflüssigkeit auf das schlußgeglühte Stahlblech, die hauptsächlich aus Phosphorsäure, Chromsäureanhydrid und Aluminiumphosphat besteht, Durchführen einer Glättungsglühung des Bleches und Entfernen der Oberflächenbeschichtung von der genannten einen Oberfläche des Stahlblechs mit einer Säure.

Der Wattverlust (P 1,7) ist sehr gering, wenn das Mengenverhältnis von Zinn zu Kupfer im Bereich von 1 :0,5 bis 1 :1 liegt In diesen Bereich wird eine günstige Abnahme der Korngröße infolge des Zinnzusatzes und eine ebenso günstige Zunahme in der Zugspannung infolge der Oberflächenbeschichtung gleichzeitig erreicht. Ein bevorzugtes Mengenverhältnis von Zinn zu Kupfer beträgt etwa 1 :0,75.

Dieses Verhalten tritt nicht nur im Faii eines Zsnngehaites von 0,2% ein, sondern auch im Fall unterschiedlicher Zinngehalte.

Die Ursache für die Wirksamkeit des Kupfers bei der Ausbildung einer guten Oberflächenbeschichtung auf dem kornorientierten Elektrostahlblech ist noch nicht vollständig geklärt Um eine gute Oberflächenbeschichtung auf einem kornorientierten Elektrostahlblech zu erhalten, müssen die Eigenschaften des Oxidfilms, der sich während des Entkohlungsglühens bildet und sich unter der Oberflächenbeschichtung befindet gut sein. Die Ergebnisse der Versuche im Rahmen der Erfindung zeigen, daß die Dicke der Oberflächenbeschichtung gleichmäßiger ist, wenn Zinn und Kupfer dem Siliciumstahl in Kombination zugesetzt werden, als wenn nur Zinn eingebaut wird.

Vermutlich enthält der vorstehend erwähnte Oxidfilm zusätzlich zu den Oxiden von Eisen, Silicium und Aluminium auch Oxide von Zinn und Kupfer, wobei das Kupferoxid die Eigenschaften des Oxidfilms verbessert und zur Entstehung einer guten Oberflächenbeschichtung beiträgt

In dem in F i g. 2 A dargestellten Blech enthält der Siliciumstahl 3% Silicium und 0,2% Zinn, während das Blech von F i g. 2 B 3% Silicium, 0,2% Zinn und 0,11 Vo Kupfer enthält Nach dem Schlußglühen wird auf jed^ni der kornorientierten Elektrostahlbleche eine Oberflächenbeschichtung ausgebildet An der Oberflächenbeschichtung der Stahlbleche wird sodann ein Lederstreifen befestigt, so daß sie mit einem Lichtmikroskop untersucht werden kann. Die kornorientierten Elektrostahlbleche mit der Oberflächenbeschichtung und dem Streifen darauf werden dann durchgeschnitten und erhaltene Querschnitt wird bei lOOOfacher Vergrößerung geprüft Die in Fi g. 2 A dargestellte Probe zeigt eine Diskontinuität der Oberflächenbeschichtung an mehreren Stellen. Degegen ist bei der in F i g. 2 B dargestellten Probe die Dicke der Oberflächenbeschichtung gleichmäßig. Dies zeigt, daß der Zusatz von Kupfer die Gleichmäßigkeit der Oberflächenbeschichtung wesentlich verbessert Zusätzlich zum Kohlenstoffgehalt Mangangehalt Zinngehalt und Kupfergehalt mit der Stahl 0,0045 bis 6ü 0,012% Stickstoff enthalten, das eines der unverzichtbaren Elemente für die wirksame Ausscheidung von AlN ist das einen weiteren Inhibitor darstellt Der Siliciumstahl kann ferner unvermeidbare Verunreinigungen, wie Nickel, Chrom und Titan in geringer Menge enthalten.

Nachstehend wird das Verfahren zur Herstellung des kornorientierten Elektrostahlblechs erläutert
Siliciumstähie mit einem Gehalt an den vorstehend beschriebenen Elementen können nach allen bekannten Schmelz-, Block- oder Brammenherstellungs- und Vorwalzenverfahren hergestellt werden. Diese Siliciumstähie werden dann in üblicher Weise warmgewalzt und zu einer Spule gewickelt Das warmgewalzte Band wird dann entweder in einem Schritt kaltgewalzt oder in einem Zweistufenverfahren mit Zwischenglühen kaltgewalzt wobei die abschließende Dicke während des Einstufen- oder des Zweistufen-Kaltwalzens erreicht wird. Eine

hohe abschließende Kaltwalz-Dickenverminderung von 65 bis 95%, vorzugsweise von 80 bis 92% ist im abschließenden Kaltwalzschritt erforderlich, um eine hohe magnetische Flußdichte des kornorientierten Elektrostahlblechs zu erreichen. Bei einem Kaltwalz-Dickenverminderungsverhältnis unter 65% kann keine hohe magnetische Flußdichte erreicht werden. Liegt das Kaltwalz-Dickenverminderungsverhältnis dagegen über 95%, dann wird das Wachstum der sekundären Rekristallisationskörner unstabil. Das Kaltwalz-Dickenverminderungsverhältnis in den anderen Kaltwalzschritten mit Ausnahme des abschließenden ist nicht besonders begrenzt. Die magnetischen Eigenschaften des kornorientierten Elektrostahlblechs, die infolge des kombinierten Zusatzes von Zinn und Kupfer verbessert werden, können durch eine Alterung bei einer Temperatur von 300 bis LiS)⁰C weiter verbessert werden, die zwischen den Kaltwalzenstichen gemäß JP-AS 54-13 866 und JP-AS 54-29 182 durchgeführt wird. Ferner kann gemäß JP-AS 40-15 664 die Ausscheidung des AlN dadurch gesteuert werden, daß das Blech nach dem Warmwalzen bei einer Temperatur von 950 bis 1200°C 30 Sekunden bis 30 Minuten geglüht und danach rasch abgekühlt wird.

Das Blech, das auf die endgültige Dicke kaltgewalzt wurde, wird danach in üblicher Weise entkohlungsgeglüht. Beim Entkohlungsglühen findet nicht nur eine Entkohlung und primäre Rekristallisation des kaltgewalzten Blechs statt, sondern es bildet sich auch ein Oxidfilm auf dem kaltgewalzten Blech, der für das Aufbringen einer Oberflächenbeschichtung notwendig ist. Die Bedingungen des Entkohlungsglühens üben also nicht nur einen großen Einfluß auf die Eigenschaften der Oberflächenbeschichtung aus, die auf das kornorientierte Elektrostahlblech nach dem Schlußglühen aufgebracht wird, sondern sie beeinflussen auch die magnetischen Eigenschaften des kornorientierten Elektrostahlblechs. Bevorzugte Bedingungen für das Entkohlungsglühen sind: eine Glühtemperatur von 800 bis 900"C, eine G'iühdauer bei dieser Teinperaiui νυίι 30 Sekunden bis 10 fvliiiuiefi, und eine 2(1 Schutzatmosphäre für das Glühen, die feuchten Wasserstoff, feuchten Stickstoff oder ein Gemisch aus feuchtem Wasserstoff und Stickstoff enthält. Jj

Nach dem Entkohlungsglühen wird ein Glühseparator auf das erhaltene Stahlblech aufgebracht, um ein Zusammenkleben des Blechs beim Schlußglühen zu verhindern und um die Bildung einei Oberflächenbeschichtung auf dem kornorientierten Elektrostahlblech vorzubereiten. Der Glühseparator unterliegt keinen besonderen Beschränkungen im Hinblick auf eine bestimmte Zusammensetzung. Vorzugsweise besteht er jedoch hauptsächlich aus MgO und T1O2. Das Schlußglühen wird mindestens 5 Stunden bei einer Temperatur von 1100°C 'oder höher in einer Wasserstoff- oder Wasserstoff enthaltenden Schutzatmosphäre durchgeführt. Während des Schlußglühens wird eine anorganische Beschichtung auf der Oberfläche des erhaltenden kornorientierten Elek-■ trostahlblechs erzeugt.

Anschließend wird eine Beschichtungsflüssigkeit, die hauptsächlich aus Phosphorsäure, Chromsäureanhydrid und Aluminiumphosphat besteht, auf das kornorientiere Elektrostahlblech aufgebracht, das danach einem Glättungsglühen unterzogen wird, welches zur Folge hat, daß die Beschichtungsflüssigkeit der erhaltenen Oberflächenbeschichtung Festigkeit und der Oberfläche des kornorientierten Elektrostahlblechs eine Zugspannung verleiht, wobei Festigkeit und Zugspannung höher sind als die entsprechenden Werte der vorstehend erwähnten anorganischen Beschichtung.

Die Zusammensetzung und einige Eigenschaften des kornorientierten Elektrostahlblechs der Erfindung werrjürt nschstshend erläutert.

Das kornorientierte Elektrostahlblech der Erfindung enthält 2,5 bis weniger als 40% Silicium, 0,03 bis weniger als 0,15% Mangan, 0,03 bis weniger als 0,5% Zinn und 0,02 bis weniger als 0,3% Kupfer, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen. Silicium, das den spezifischen Widerstand des Stahls erhöht. Mangan, das zum Wachstum der sekundären Rekristallisationskörner beiträgt. Zinn, das zur Verfeinerung der sekundären Rekristallisationskörner beiträgt, und Kupfer, das die Qualität der Oberflächenbeschichtung verbessert, verbleiben im kornorientierten Elektrostahlblech praktisch in den gleichen Mengen als sie dem Siliciumstahl zugesetzt wurden, wenn auch der Gehalt an jedem dieser Elemente während des Verfahrens zur Herstellung des kornorientierten Elektrostahlblechs leicht abnimmt. Die anderen Elemente, wie Kohlenstoff, Schwefel, Stickstoff und Aluminium verbleiben im Endprodukt, d. h. im kornorientierten Elektrostahlblech, nur in Spurenmengen, da sie während der Glühstufen entfernt werden. Außerden sind diese Elemente nur Verunreinigungen des kornorientierten Elektrostahlblechs, da sie ihre Rolle während des Verfahrens zu seiner Herstellung spielen. Die Werte des Endproduktes können durch Verminderung des Gehalts an diesen Verunreinigungen auf den niedrigst möglichen Wert verbessert werden. Das kornorientierte Elektrostahlblech der Erfindung hat eine geringe Korngröße im Bereich von Nr. 4 bis 7 gemäß ASTM-Standard (bei einer Vergrößerung von χ 1), ohne daß der Orientierungsgrad verschlechtert ist. Die v.,1 stehend erwähnte Korngröße ist um mindestens eine Größe kleiner als die übliche Korngröße nach dem ASTM-Standard. Die Zugspannung, die infolge der Oberflächenbeschichtung im Stahlblech der Erfindung erzeugt wird, ist der üblichen gleichwertig. Der Wattverlust des kornorientierten Elektrostahlblechs der Erfindung ist sehr niedrig. Dieser sehr niedrige Wattverlust kann nicht nur bei einem Stahlblech verhältnismäßig großer Dicke leicht erreicht werden, sondern auch bei einer Dicke des Blechs von 0,25 mm oder weniger.

Durch die Erfindung ist es möglich, ein kornorientiertes Elektrostahlblech mit sehr niedrigem Wattverlust nicht nur mit verhältnismäßig großer Dicke, sondern auch bei geringer Blechdicke, d.h. von etwa 0,15 bis 0,20 mm, stabil herzustellen.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Gemäß F i g. 3 werden herkömmliche kornorientierte Hektrostahlbleche (a) mit hoher magnetischer Flußdichte (nachstehend einfach als Produkte (a) bezeichnet) unter Verwendung von AlN als hauptsächlichem Inhibitor hergestellt Kornorientierte Elektrostahlbleche (b) gemäß der Erfindung mit hoher magnetischer

Flußdichte (nachstehend einfach als Produkte (b) bezeichnet) werden in ähnlicher Weise unter Verwendung von j

AlN als Haupt-Inhibitor und durch Zusatz von Zinn und Kupfer zur Stahlschmelze erhalten. Die Zusammensetzung der Produkte (a) und (b) ist in Tabelle I angegeben.

Tabelle I

Pro- Si(%) Mn(⁰Zo) Sn(%)Cu(%) Andere ASTM

dukle Elemente Korngröße

(x I)

(a) 2,90-3,0 0,070-0,075 < 0,01 <0,01 Eisenu.geringe 3

Menge Al, C, N, S, u. desgl.

(b) 2,90-3,0 0,070-0,075 0,08-0,18 0,06-0,10 desgl. 5,5

In F i g. 3 ist zu sehen, daß der Wattverlust der Produkte (b) geringer ist ais der Wattverlust der Produkte (a).

Außerdem wird der Unterschied im Wattverlust zwischen den Produkten (a) und (b) bei höherer magnetischer Flußdichte größer, was darauf hinweist, daß die Verminderung des Wattverlustes infolge der Verfeinerung der sekundären Rekristallisationskörner deutlicher wird, wenn die magnetische Flußdichte des kornorientierten Elektrostahlblechs hoch ist.

Beispiel 2

Es werden drei Brammen hergestellt, die 0,056% C, 3,05% Si 0,075% Mn, 0,023% S, 0,027% säurelösliches Al und 0,0080% N enthalten. Eine der Brammen enthält zusätzlich 0,15% Zinn und eine andere zusätzlich 0,15% Zinn und 0,09% Kupfer. Die Zusammensetzung der drei Brammen sind in Tabelle II angegeben.

Tabelle	II	Si (%)	Mn(%)	S(o/o)	lösl. Al (%)	N (%)	Sn(%)	Cu(%)
3Q Bramme	C(°/o)	3,05 3,05 3,05	0,078 0,078 0,078	0,023 0,024 0,023	0,027 0,027 0,026	0,0080 0,0078 0,0078	0,15 0,15	0,09
(d) (e) (0	0,056 0,056 0,056

Die Brammen werden nach dem Erwärmen auf 1350⁰C warmgewalzt, wobei warmgewalzte Bleche mit einer Dicke von 2,3 mm erhalten werden. Dann wird 2 Minuten ein Ausscheidungsglühen bei 1150⁰C durchgeführt, gefolgt von Abschrecken in siedendem Wasser. Die warmgewalzten Bleche werden dann entzundert und zur Verminderung der Blechdicke auf 0,30 mm kaltgewalzt Während des Kaltwalzens wird 3 Minuten eine Alterung bei einer Temperatur von 25O⁰C zwischen den Kaltwalzstichen durchgeführt Danach werden die Bleche 150 Sekunden bei einer Temperatur von 850⁰C in einer Atmosphäre aus 75% Wasserstoff und 25% Stickstoff mit einem Taupunkt von Pä°C entkohlend geglüht. Ein Glühseparator aus einem Gemisch von Mgo und'fiC>2 wird sodann auf die entkohlungsgeglühten Bleche aufgebracht und das Schlußglühen 20 Stunden bei einer Temperatur von 1200° C durchgeführt. Anschließend wird eine Beschichtungsflüssigkeit die hauptsächlich aus Phosphor-

säure, Chromsäureanhydrid und Aluminiumphosphat besteht auf die schlußgeglühten Bleche aufgebracht die |

dann einem Glättungsglühen unterzogen werden. f

Die magnetischen Eigenschaften und die Korngröße der Endprodukte (d), (e) und (f), die aus den Brammen (d), (e) und (f) erhalten werden, werden bestimmt Außerdem werden das Aussehen, die Haftungseigenschaften und die Zugspannung de· Oberflächenbeschichtung der drei Endprodukte gemessen. Bei der Bestimmung der

so Haftfestigkeit werden Probestücke der Endprodukte (d), (e) und (f) um einen Stab mit 20 mm Durchmesser gebogen. Dann wird die Oberflächenbeschichtung jeder Probe auf Abschälbarkeit geprüft Bei der Bestimmung der Zugspannung wird die Oberflächenbeschichtung von einer Oberfläche der Endprodukte (d), (e) und (f) entfernt und dann die Biegung gemessen.
In nachstehender Tabelle III sind die Eigenschaften der Endprodukte (d), (e) und (f) zusammengefaßt

Tabelle III

Endprodukte Magnetische Eigenschaften Korngröße Eigenschaften der Oberflächenbeschichtung

S₈ P '.7 ASTM No. χ 1 Aussehen Haftung Zugspannung (T) (W/kg) N/mm'

(d) 1,94 1,03 3 gut O 6,50

(e) 134 1,02 5,5 dünn als Ganzes x 2,60

(f) 1,94 0,98 5 gut Ο" 6.50

Die Zusammensetzung der Endprodukte/d), (e) und (f) ist in Tabelle IV aufgeführt

Tabelle IV	Mn(%)	Sn(%)	Cu(%)	Andere Elemente	3
Endprodukt Si(%)	0,070	—	—	Eisen und geringe Mengen Al, C, N, S und dgL Eisen und geringe Mengen Al, C, N, S und dgl. Eisen und geringe Mengen Al, C, N, S und dgL
(d) 2^5	0,070 0,070	0,14 0,14	0,08
(e) 255 (f) 255			Beispiel

Es werden drei Brammen (g), (h) und (i) hergestellt, die 0,058% C, 3,18% Si, 0,075% Mn, 0,025% S, 0,028% slurelösliches AJ, 0,0083% N und 0,13% Sn enthalten. Bramme (g) enthält zusätzlich 0,03% Cu, Bramme (h) 0,08% Cu und Bramme (i) 0,20% Cu.

Die Brammen werden warmgewalzt, anschließend 30 Sekunden bei 1150⁰C ausscheidungsgeglüht, dann in siedendem Wasser abgeschreckt. Die warmgewalzten Bleche werden hierauf entzundert und zur Verminderung ihrer Dicke auf 0,30 mm kaltgewalzt Während des Kaltwalzens werden die Bleche zwischen den Kaltwalzstichen 3 Minuten bei einer Temperatur von 200⁰C zwischengeglüht Anschließend wird das Entkohlungsglühen 150 Sekunden bei einer Temperatur von 850°C in einer Atmosphäre aus 75% Wasserstoff und 25% Stickstoff mit einem Taupunkt von 62⁼C durchgeführt Ein Giühseparaior aus einem Gemisch von MgO und ΤΊΟ2 wird hierauf auf die entkohlungsgeglühten Stahlbleche aufgebracht und das Schlußglühen wird 20 Stunden bei einer Temperatur von 1200⁰C durchgeführt Anschließend wird eine Beschichtungsflüssigkeit, die hauptsächlich aus Phosphorsäure, Chromsäureanhydrid und Aluminiumphosphat besteht, auf die schlußgeglühten Bleche aufgebracht die dann einer Glättungsglühung unterzogen werden.

Die magnetischen Eigenschaften und die Korngröße der Endprodukte (g), (h) und (i), die aus den Brammen (g), (h) und (i) hergestellt wurden, werden bestimmt Außerdem wird das Aussehen der Oberflächenbeschichtung der Endprodukte ausgewertet Die Eigenschaften der Endprodukte (g), (h) und (i) sind in nachstehender Tabelle V zusammengefaßt

Tabelle V

Endprodukt Magnetische Eigenschaften Korngröße Aussehen der

Bs(J) P 1.7(W/kg) ASTMNr. xl Oberflächenbeschichtung

(g)	!,94	0,98	5	etwas dünn
(h)	1,94	0,96	5	gut
(')	1,94	1,00	3,5	gut

Das Endprodukt (h), bei dem das Verhältnis der Menge von Zinn zu Kupfer 1 :0,6 ist, zeigt die besten Eigenschaften.

Beispiel 4

Es wird eine Bramme hergestellt, die 0,085% C, 3,2% Si, 0,073% Mn, 0,025% säurelösliches Al, 0,0085% N, 0,08% Sn und 0,07% Cu enthält. Die Bramme wird zu einem warmgewalzten Blech mit einer Dicke von 2,0 mm warmgewalzt, anschließend 2 Minuten bie 1130⁰C ausscheidungsgeglüht und hierauf in siedendem Wasser abgeschreckt. Das warmgewalzte und ausscheidungsgeglühte Blech wird dann entzundert und auf eine Dicke von 0,22 mm kaltgewalzt Während des Kaltwalzens wird das Blech zwischen den Kaltwalzstichen 5 Minuten bei einer Temperatur von 250⁰C vergütet Anschließend wird das Entkohlungsglühen bei einer Temperatur von 850⁰C 120 Sekunden in einer Atomsphäre aus 75% Wasserstoff und 25% Stickstoff mit einem Taupunkt von 62° C durchgeführt Ein Glühseparator aus einem Gemisch von MgO und TiO2 wird sodann auf das entkohlungsgeglühte Blech aufgebracht und das Schlußglühen wird 20 Stunden bei einer Temperatur von 1200⁰C durchgeführt. Anschließend wird eine Beschichtungsflüssigkeit auf das erhaltene kornorientierte Elektrostahlblech aufgebracht. Die Korngröße und die magnetischen Eigenschaften sind folgende:

Korngröße: ASTM Nr.4,5

Magnetische Flußdichte (B_s): 1,92 T

Wattverlust (P 1,5): 0,63 W/kg

Watt verlust (P 1,7): 0,88 W/kg

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Ergänzungsblatt zur Patentschrift Nr. 32 29 Kl. C 21 D Gr. 8/12 ausgegeben am: Nebenkl, C 22 C Gr. 38/16

Mit der Erklärung vom 5.12.1986 wurde auf das Patent im Umfang der Patentansprüche 1 bis 4 teilweise verzichtet.

17; Ga

Claims

Patentansprüche:

1. Kornorientiertes Elektrostahlblech oder -band mit niedrigem Ummagnetisierungsverlust und hoher magnetischer Flußdichte, enthaltend 2,5 bis weniger als 4,0% Silicium, 0,03 bis weniger als 0,15% Mangan, 0.C3 bis weniger als 0,5% Zinn und 0,02 bis weniger als 03% Kupfer, Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Zinn zu Kupfer im Bereich von 1 :0,5 bis 1 :1 liegt.

Z Elektrostahlblech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von Zinn zu Kupfer

j etwa 1 :0,75 beträgt

' to 3. Stahlblech nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zinngehalt 0,05 bis 0,2% beträgt

4. Stahlblech nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupfergehalt 0,05 bis 0,15% beträgt

5. Verfahren zur Herstellung des Stahlblechs oder -bandes gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß man eine Siliciumstahlbramme mit einem Gehalt von höchstens 0,85% C. 2,5 bis 4,0% Si, 0,03 bis 0,15% Mn, 0,010 bis 0,050% S, 0,010 bis 0,050% säurelöslichas Al und 0,0045 bis 0,012% N herstellt die zusätzlich 0,03 bis 0,5% Sn und 0,02 bis 0,3% Cu enthält, warmwalzt, ausscheidungsglüht, mit einem abschließenden Dickenverminderungsverhältnis von mindestens 65% kaltwalzt, entkohlungsglüht und schlußglüht

5. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das Entkopplungsglühen bei einer Temperatur von 800 bis 900⁰C, einer Glühdauer von 30 Sekunden bis 10 Minuten bei der genannten Glühtemperatur und in einer Schutzatmosphäre aus feuchtem Wasserstoff, feuchtem Stickstoff oder einem Gemisca von feuchtem Wasserstoff und Stickstoff durchgeführt

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Glühseparator auf das entkohlungsgeglühte Blech und eine Beschichtungsflüssigkeit auf das schlußgeglühte Blech aufbringt, das anschließend zur Glättung geglüht wird.

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