Technischer Hintergrund der Erfindung
1. Technisches Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein
Verfahren zur Herstellung von orientiertem Elektrostahlblech mit
hoYr magnetischer Flußdichte. Insbesondere betrifft die
vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von
orientiertem Elektrostahlblech des Typs, in dem die Kristallkörner
zum größten Teil mit einer bestimmten, spezifischen
Orientierung aufeinander ausgerichtet sind, wie z. B. (110)< 001> ,
(100)< 001> oder dergleichen, dargestellt durch einen
Millerschen Index.
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Das unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
erzeugte Stahlblech wird als weichmagnetisches Material zur
Herstellung von Kernen für verschiedene Arten von elektrischen
Geräten, elektrischen Einrichtungen oder dergleichen
verwendet.
2. Beschreibung des Standes der Technik
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Orientiertes Elektrostahlblech hat eine Struktur, die
sich aus Kristallkörnern zusammensetzt, die, wie oben erwähnt,
mit einer spezifischen Orientierung aufeinander ausgerichtet
sind, wobei jedes Stahlblech gewöhnlich höchstens 4,8% Si
enthält und eine Dicke im Bereich von 0,10 bis 0,35 mm aufweist.
Diese Stahlbleche müssen als magnetische Eigenschaften
hervorragende Magnetisierungseigenschaften und
Eisenverlusteigenschaften aufweisen. Um diese Anforderung zufriedenstellend zu
erfüllen, ist es wesentlich, daß Kristallkörner mit einer
exakten Orientierung aufeinander ausgerichtet sind. Die
einheitliche Ausrichtung der Kristallkörner aufeinander mit der
spezifischen Kristallorientierung ist durch Ausnutzung einer
Er
scheinung eines lawinenartigen Kornwachstums, das als
sekundäre Rekristallisation bezeichnet wird, erreicht worden.
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Zur richtigen Steuerung der sekundären
Rekristallisation ist es notwendig, vor der sekundären Rekristallisation
eine primär rekristallisierte Struktur richtig einzustellen,
und außerdem wird eine feinkörnige ausgeschiedene Substanz,
die als Inhibitor oder als Element vom
Korngrenzenseigerungstyp bezeichnet wird, vor der sekundären Rekristallisation
richtig eingestellt. Der Inhibitor hat die Funktion, das
Wachstum allgemeiner, primär rekristallisierter Körner in
einer primär rekristallisierten Struktur zu unterdrücken, um
dadurch selektiv Kristallkörner zu züchten, die jeweils eine
bestimmte spezifische Orientierung aufweisen.
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Nach den Berichten von M. F. Littman (Patentblatt der
geprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 30-
3651) und J. E. May und D. Turnbull (Trans. Met. Soc. AIME 212
(1958) 769-781) wird MnS als typische ausgeschiedene Substanz
angegeben. Außerdem wird nach dem Bericht von Taguchi und
Sakakura (Patentblatt der geprüften japanischen
Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 40-15 644) AlN als typische
ausgeschiedene Substanz angegeben. Ferner wird nach dem Bericht von Imai
u. a. (Patentblatt der geprüften japanischen
Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 51-13 469) MnSe als typische
ausgeschiedene Substanz angegeben. Ferner berichteten Komatsu u. a., daß
(Al, Si)N eine typische ausgeschiedene Substanz ist.
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Andererseits werden nach dem Bericht von Saito (Trans.
of Japanese Metal Association 27 (1963) 186-195) Pb, Sb, Nb,
Ag, Te, Se und S als Elemente vom Korngrenzenseigerungstyp
angegeben, aber praktisch nur als Hilfsmittel für den Inhibitor
auf großtechnischer Basis eingesetzt.
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Gegenwärtig ist nicht unbedingt klar, welches die
notwendigen Bedingungen dafür sind, daß die oben angegebenen
ausgeschiedenen Substanzen als Inhibitor wirken können, aber
aufgrund der Ergebnisse, die aus den Berichten von Matsuoka (Iron
& Steel 53 (1967) 1007-1023) und Kuroki u. a. (Trans. of
Japanese Metal Association 43 (1979) 175-181) und (Trans. of
Japanese Metal Association 44 (1980) 419-427) gewonnen wurden,
be
steht die Ansicht, daß die folgenden Bedingungen für den
obenerwähnten Zweck notwendig sind.
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(1) Vor der sekundären Rekristallisation ist eine
ausreichende Menge feinkörniger ausgeschiedener Substanz
vorhanden, um das Wachstum primär rekristallisierter Körner zu
unterdrücken.
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(2) Jede ausgeschiedene Substanz weist eine
beträchtliche Korngröße auf, und wird außerdem während eines
Glühvorgangs zur sekundären Rekristallisation nicht mit zu großer
Geschwindigkeit thermisch umgewandelt.
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Gegenwärtig können die folgenden drei Verfahrensweisen
als typische Verfahren zur Erzeugung kornorientierter
Elektrostahlbleche auf großtechnischer Basis angegeben werden.
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Konkret wird eine erste bekannte Technologie in einem
Patentblatt der geprüften japanischen Patentveröffentlichung
(Kokoku) Nr. 30-3651 von M. F. Littman offenbart, wobei MnS
als ausgeschiedene Substanz verwendet wird, um ein zweimaliges
Kaltwalzen eines warmgewalzten Blechs zu ermöglichen; eine
zweite bekannte Technologie wird einem Patentblatt der
geprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 40-15 644
von Taguchi und Sakakura offenbart, wobei AlN + MnS als
ausgeschiedene Substanzen verwendet werden, um ein Kaltfertigwalzen
eine kaltgewalzten Blechs mit einem hohen Reduktionsgrad von
über 80% zu ermöglichen, und eine dritte bekannte Technologie
wird in einem Patentblatt der geprüften japanischen
Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 51-13 469 von Imanaka u. a.
offenbart, wobei MnS (oder MnSe) + Sb als ausgeschiedene Substanzen
verwendet werden, um ein zweimaliges Kaltwalzen eines
warmgewalzten Blechs zu ermöglichen.
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Um die Bedingungen zur Sicherstellung einer Menge
ausgeschiedener Substanz und zum Minimieren ihrer Korngröße
zufriedenstellend zu erfüllen, wird jede der vorerwähnten
bekannten Technologien auf der Basis des technischen
Grundgedankens ausgeführt, daß ein Inhibitor erzeugt wird, indem eine
Bramme aus Siliziumstahl vor einem Warmwalzvorgang auf eine
erhöhte Temperatur erwärmt wird, die 1270ºC übersteigt.
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Wenn jedoch die Bramme, wie oben erwähnt, auf eine
erhöhte Temperatur erwärmt wird, treten die folgenden Probleme
auf.
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1) In einem Stahlwerk muß ein Hochtemperatur-
Brammenerwärmungsofen installiert werden, der ausschließlich
für die Produktion von orientierten Elektrostahlblechen
verwendbar ist.
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2) Die für den Betrieb des Brammenerwärmungsofens
erforderlichen Energiekosten je Einheit sind hoch.
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3) Die Oxidation der Oberfläche jeder Bramme wird
begünstigt, und es tritt ein geschmolzenes Material auf, das als
Schiacke bezeichnet wird, was zu einer ungünstigen
Betriebsweise des Brammenerwärmungsofens führt.
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Um den obigen Problemen vorzubeugen, hat es sich als
notwendig erwiesen, eine Technologie zur Erzeugung eines
Inhibitors zu entwickeln, ohne eine Bramme auf ungewöhnlich hohe
Temperatur erwärmen zu müssen.
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Einige Erfinder haben ein Verfahren zur Erzeugung eines
Inhibitors durch Ausführen eines Nitriervorgangs
vorgeschlagen, wie in einem Patentblatt der geprüften japanischen
Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr. 62-45 285 (kornorientiertes
Elektrostahlblech) und in einem Patentblatt der ungeprüften
japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 1-139 722
(doppelt orientiertes Elektrostahlblech) offenbart.
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Ein wesentliches Merkmal des vorgeschlagenen Verfahrens
ist, daß Inhibitoren gleichmäßig in dem Stahlblech
ausgeschieden und dispergiert werden. Bei der Ausführung des Verfahrens
im großtechnischen Maßstab zeigte sich jedoch, daß im Falle
einer ungleichmäßigen Ausführung des Nitriervorgangs in
Längsrichtung oder in Querrichtung eines Bundes die magnetischen
Eigenschaften des Stahlblechs entsprechend ungleichmäßig
werden.
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Angesichts des obenerwähnten Problems ist ein Verfahren
zum Nitrieren eines Stahlblechs (Stahlbandes) unter Verwendung
eines Gases mit Nitrierfunktion, wie z. B. von Ammoniakgas
oder dergleichen, vorgeschlagen worden, wie in einem
Patentblatt der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung
(Kokai) Nr. 1-91 956 offenbart. Diese ältere Erfindung ermöglicht
das gleichmäßige Nitrieren eines Stahlblechs in Längsrichtung
und auch in Querrichtung eines Bundes.
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Selbst wenn jedoch ein Stahlblech in Längsrichtung und
in Querrichtung eines Bundes gleichmäßig nitriert wird, tritt
aus Gründen, die bisher noch nicht geklärt worden sind, nicht
unbedingt ein zufriedenstellender sekundärer
Rekristallisationsvorgang auf.
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Die vorliegende Erfindung ist unter Beachtung der
obigen Umstände zustande gekommen, und ihre Aufgabe besteht
darin, den wesentlichen Grund dafür zu klären, weshalb in einigen
Fällen kein befriedigender sekundärer
Rekristallisationsvorgang auftritt. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, Betriebsbedingungen anzugeben, um
sicherzustellen, daß ein befriedigender und stabiler sekundärer
Rekristallisationsvorgang auftritt.
Zusammenfassung der Erfindung
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Die Erfinder führten eine Reihe von Experimenten aus,
um Faktoren zu untersuchen, die bei orientierten
Elektrostahlblechen eine magnetische Instabilität verursachen, und
aufgrund der aus den Experimenten gewonnenen Ergebnisse ist
festgestellt worden, daß die folgenden beiden Tatsachen mit den
Hauptfaktoren verbunden sind, die zu einer magnetischen
Instabilität führen.
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(1) Es gibt Gelegenheiten, wo eine primär
rekristallisierte Struktur während eines Nitriervorgangs umgewandelt wird
und ein Teil der primär rekristallisierten Struktur vergröbert
wird.
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(2) Es gibt Gelegenheiten, wo ein Nitrid, das innerhalb
eines kurzen Zeitraums durch einen Nitriervorgang ausgebildet
wird, nur in einem Bereich in Oberflächennähe eines
Stahlblechs vorhanden ist, wobei das Nitrid kaum zur wesentlichen
Unterdrückung des Kornwachstums primär rekristallierter Körner
in der mittleren Schicht des Stahlblechs beiträgt, das Nitrid
nicht thermisch stabil ist und der größte Teil des Nitrids
zersetzt wird, bevor die Temperatur auf 900ºC erhöht wird, und
das Nitrid außerdem während eines sekundären
Rekristallisationvorgangs, der innerhalb des Temperaturbereichs oberhalb
900ºC ausgeführt wird, das Wachstum primär rekristallisierter
Körner nicht ausreichend unterdrücken kann.
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Der Erfinder hat die vorliegende Erfindung aufgrund der
Ergebnisse geschaffen, die aus den obenerwähnten Experimenten
unter Berücksichtigung der Betriebsbedingungen für die
Erzeugung von orientierten Elektrostahlblechen mit hoher
magnetischer Flußdichte gewonnen wurden.
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Nachstehend wird der Grundgedanke der vorliegenden
Erfindung beschrieben.
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(1) Verfahren zur Herstellung von orientiertem
Elektrostahlblech mit hoher magnetischer Flußdichte, wobei eine
Bramme aus Siliziumstahl mit einer Zusammensetzung mit 0,8-4,8
Gew.-% Si, 0,012 - 0,050 Gew.-% säurelöslichem Al, N S 0,01
Gew.-%, wobei der Rest aus Fe und unvermeidlichen
Verunreinigungen besteht, auf eine Temperatur von 1200ºC oder weniger
erwärmt und dann warmgewalzt wird, wonach das warmgewalzte
Stahlblech nach Wunsch geglüht und danach einmal oder
mindestens zweimal mit Zwischenglühen auf eine Enddicke kaltgewalzt
wird; anschließend wird das kaltgewalzte Blech zur primären
Rekristallisation geglüht, dann wird das geglühte kaltgewalzte
Blech mit einem Glühtrennmittel beschichtet und schließlich
fertiggeglüht, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist,
daß nach der richtigen Einstellung einer Kristallkornstruktur
des kaltgewalzten Blechs durch Ausführen eines Glühvorgangs
zur primären Rekristallisation das Blech während einer kurzen
Zeitspanne innerhalb des Temperaturbereichs von 800ºC oder
weniger nitriert wird, wobei kein wesentliches Wachstum von
Kristallkörnern auftritt, und daß das Blech danach während des
Temperaturerhöhungsschritts für das Fertigglühen noch
mindestens vier Stunden innerhalb eines Temperaturbereichs von 700
bis 800ºC gehalten wird, so daß ein durch den Nitriervorgang
entstehendes Nitrid im festen Zustand gelöst und wieder
ausgeschieden wird, um eine Umwandlung des Nitrids in ein thermisch
stabiles Nitrid zu ermöglichen, das Aluminium enthält.
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(2) Verfahren zur Herstellung von orientiertem
Elektrostahlblech mit hoher magnetischer Flußdichte, wie unter (1)
beschrieben, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist,
daß während des Temperaturerhöhungsschritts für das
Fertigglü
hen ein Stickstoff-Partialdruck innerhalb des
Temperaturbereichs von 700 bis 800ºC, wo das durch den Nitriervorgang
gebildete Nitrid gelöst und wieder ausgeschieden wird, auf 10%
oder mehr eingestellt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 zeigt ein Diagramm, welches das
Kornwachstumsverhalten primär rekristallisierter Körner in Abhängigkeit von
der Glühtemperatur darstellt.
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Fig. 2 zeigt ein Diagramm, das die Verteilung von
Nitriden darstellt, die durch einen Nitriervorgang gebildet
werden.
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Fig. 3 zeigt eine durch ein Elektronenmikroskop
aufgenommene Fotografie, welche die metallurgische Struktur von
Nitriden darstellt, die durch einen Nitriervorgang gebildet
werden.
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Fig. 4 zeigt ein Diagramm, das die Ergebnisse der
mittels EDAX ausgeführten Elementaranalyse zum Nachweis eines
grobkörnigen blockförmigen Ausscheidungsprodukts darstellt
(wobei Cu durch Verwendung eines Kupfergeflechts nachgewiesen
wird).
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Fig. 5 zeigt ein ähnliches Diagramm wie Fig. 4, das die
Ergebnisse der mittels EDAX ausgeführten Elementaranalyse zum
Nachweis eines nadelförmigen Ausscheidungsprodukts darstellt
(wobei Cu durch Verwendung eines Kupfergeflechts nachgewiesen
wird).
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Fig. 6 zeigt ein Diagramm, das ein Verhalten darstellt,
wonach Si&sub3;N&sub4; oder (Si, Mn)N, das durch einen Nitriervorgang
gebildet wird, gelöst und dann in Form von AlN (Al, Si)N
wieder ausgeschieden wird.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die vorliegende Erfindung wird nachstehend näher
erläutert.
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Zunächst führten die Erfinder die verschiedensten
Forschungsexperimente zum Wachstumsverhalten primär
rekristallisierter Körner durch, und aufgrund der gewonnenen
Forschungsergebnisse stellten sie fest, daß das Wachstum von
Kristallkörnern durch den Nitriervorgang innerhalb des
Temperaturbe
reichs von 800ºC oder weniger vermieden werden konnte, wodurch
die Kristallkornstruktur durch einen Glühvorgang zur primären
Rekristallisation in einem angemessenen Zustand gehalten
werden konnte.
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Die obenerwähnten Erkenntnisse wurden auf der Basis der
folgenden, von den Erfindern ausgeführten Experimente
gewonnen.
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Ein warmgewalzes Siliziumstahlblech mit einer
Zusammensetzung mit 3,3 Gew.-% Si, 0,027 Gew.-% Al, 0,008 Gew.-% N,
0,14 Gew. - % Mn, 0,008 Gew.-% 5, 0,05 Gew. - % C, wobei der Rest
aus Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen bestand, wurde
zwei Minuten bei einer Temperatur von 1100ºC geglüht. Danach
wurde das geglühte Stahlblech auf eine Enddicke von 0,20 mm
kaltgewalzt. Das kaltgewalzte Stahlblech wurde dann in einer
feuchten Wasserstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 830ºC
zwei Minuten zur primären Rekristallisation geglüht, auch zum
Zweck der Entkohlung des Stahlblechs.
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Ferner wurde das geglühte kaltgewalzte Stahlblech
zusätzlich in einer Argon-Atmosphäre ohne Nitriervorgang
geglüht. Nach Beendigung des Glühvorgangs wurde das
Wachstumsverhalten von Kristallkörnern in dem Stahlblech untersucht.
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Wie aus Fig. 1 hervorgeht, tritt innerhalb des
Temperaturbereichs von 800ºC oder weniger kein wesentliches Wachstum
von Kristallkörnern auf. Infolgedessen konnte nach Beendigung
des Glühvorgangs zur primären Rekristallisation die primär
rekristallisierte Struktur des Stahlblechs durch den
Nitriervorgang innerhalb des Temperaturbereichs von 800ºC oder weniger
in einem hinreichend eingestellten Zustand gehalten werden.
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Wie oben erwähnt, ist die primär rekristallisierte
Struktur des Stahlblechs vom Gesichtspunkt der richtigen
Steuerung des sekundären Rekristallisationsvorgangs aus ein
wesentlicher Faktor, und ein angemessener, für das Stahlblech
akzeptierbarer Bereich wird in den Beschreibungen der JP-A-1-1
778, JP-A-1-79 992 und anderen offenbart.
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Als nächstes wurde das primär rekristallisierte
Stahlblech bei einer Temperatur von 750ºC eine Minute in einer
Atmosphäre geglüht, die ein Ammoniakgas enthielt, und ein auf
diese Weise durch den Glühvorgang gebildetes Nitrid wurde in
dem geglühten Stahlblech untersucht.
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Fig. 2 zeigt ein Diagramm, das die Verteilung von
Stickstoff in Dickenrichtung des Stahlblechs darstellt, die
durch chemische Analyse ermittelt wurde, und Fig. 3 zeigt eine
Mikrofotografie, die durch ein Elektronenmikroskop aufgenommen
wurde und zum Beispiel die metallurgische Struktur eines
Nitrids darstellt.
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Wie aus Fig. 2 bis Fig. 5 hervorgeht, besteht das durch
Ausführen eines Nitriervorgangs gebildete Nitrid hauptsächlich
aus Si&sub3;N&sub4; oder (Si, Mn)N und wird nur in dem Bereich in der
Nähe der Oberfläche des Stahlblechs ausgeschieden. Außerdem
wurde festgestellt, daß jedes der obenerwähnten Nitride nicht
thermisch stabil war und während des
Temperaturerhöhungsschritts für den Fertigglühvorgang zersetzt wurde, bis die
Temperatur auf etwa 900ºC erhöht wurde.
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In der Praxis ermöglichte der Nitriervorgang zwar die
gleichmäßige Steuerung einer Stickstoffmenge in Längsrichtung
des Stahlblechs sowie in dessen Querrichtung, aber es blieben
die Probleme, daß (1) das Nitrid in Dickenrichtung des
Stahlblechs nicht gleichmäßig verteilt war und (2) keines der
Nitride ein thermisch stabiles, aluminiumhaltiges Nitrid war,
wie zum Beispiel AlN, (Al, Si)N oder dergleichen.
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Als Grund für diese Probleme wird angesehen, daß wegen
der geringen Menge des im Stahlblech gelösten Stickstoffs und
wegen der Tatsache, daß der Stickstoff während eines
Nitriervorgangs über eine kurze Zeitspanne bei einer Temperatur von
800ºC oder weniger mit geringer Geschwindigkeit in dem
Stahlblech diffundiert, der Stickstoff mit einer großen Menge
Silizium reagiert, das in dem Stahlblech in Oberflächennähe des
Stahlblechs vorhanden ist, und daß ein thermisch instabiles
Nitrid aus Si&sub3;N&sub4; oder (Si, Mn)N entsteht, bevor ein
aluminiumhaltiges, thermisch stabiles Nitrid gebildet wird.
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Um dementsprechend sicherzustellen, daß das thermisch
instabile Nitrid, wie zum Beispiel Si&sub3;N&sub4; oder (Si, Mn)N oder
dergleichen, in ein thermisch stabiles Nitrid umgewandelt
wird, wie zum Beispiel AlN, (Al, Si)N oder dergleichen, und
daß außerdem diese thermisch stabilen Nitride im gesamten
Dic
kenbereich des Stahlblechs ausgeschieden werden, ist es
notwendig, einen sekundären Rekristallisationsvorgang richtig zu
steuern. Im Hinblick auf die zuvor erwähnte Notwendigkeit
führten die Erfinder die verschiedensten Experimente zu den
obenerwähnten Nitriden aus und stellten anhand der
Untersuchungsergebnisse fest, daß es akzeptierbar war, das Stahlblech
noch mindestens vier Stunden lang innerhalb des
Temperaturbereichs von 700 bis 800ºC zu halten, so daß das thermisch
instabile Nitrid aus Si&sub3;N&sub4; oder (Si, Mn)N zersetzt und das
thermisch stabile Nitrid aus AlN, (Al, Si)N oder dergleichen im
gesamten Bereich des Stahlblechs wieder ausgeschieden wurde,
wie in Fig. 6 dargestellt.
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Wenn das. Stahlblech innerhalb des Temperaturbereichs
unterhalb 700ºC gehalten wird, dann benötigen die Zersetzung
des thermisch instabilen Nitrids aus Si&sub3;N&sub4; oder (Si, Mn)N oder
dergleichen und die Dispersion von Stickstoff in dem
Stahlblech eine lange Zeit. Aus diesem Grunde ist die Verwendung
des obenerwähnten Temperaturbereichs im großtechnischen
Maßstab nicht vorteilhaft. Wenn dagegen das Stahlblech innerhalb
des Temperaturbereichs oberhalb 800ºC gehalten wird, dann wird
das thermisch instabile Nitrid aus Si&sub3;N&sub4;, (Si, Mn)N oder
dergleichen schnell zersetzt, und es tritt der Fall ein, wo
Stickstoff aus dem Stahlblech verschwindet. Wie oben erwähnt,
ergibt sich der Fall, wo eine Struktur aus primär
rekristallisierten Kristallkörnern umgewandelt wird und ein sekundärer
Rekristallisationsvorgang instabil ausgeführt wird. In diesem
Falle ist es praktisch akzeptierbar, daß während des
sekundären Rekristallisationsvorgangs Stickstoff in die Atmosphäre
für das Stahlblech eingebracht wird, um das Auftreten einer
Denitrierung des Stahlblechs zu vermeiden. Um außerdem zu
gewährleisten, daß jedes der Nitride stabil gelöst und im
Stahlblech wieder ausgeschieden wird, ist es akzeptierbar, einen
Partialdruck des Stickstoffs auf 10% oder mehr, vorzugsweise
auf 25% oder mehr einzustellen.
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Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, ist die
technische Konzeption der vorliegenden Erfindung bisher nicht
offenbart worden, wonach eine Auflösung und Wiederausscheidung
genutzt werden, so daß die ausgeschiedene Substanz, wie zum
Beispiel Si&sub3;N&sub4;, (Si, Mn)N oder dergleichen, in AlN, (Al, Si)N
oder dergleichen umgewandelt wird, um zu ermöglichen, daß ein
Inhibitor seine eigenen Funktionen der (1) hervorragenden
Gleichmäßigkeit (im Hinblick auf die Dickenverteilung) und (2)
der hervorragenden thermischen Stabilität realisiert.
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Als nächstes wird im folgenden die beste Ausführungsart
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Nach der vorliegenden Erfindung weist eine Bramme aus
Siliziumstahl eine Zusammensetzung mit 0,8 bis 4,8 Gew.-% Si,
0,012 bis 0,050 Gew.-% säurelöslichem Al, N ≤ 0,01 Gew.-% auf,
wobei der Rest aus Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen
besteht. Die obenerwähnten Komponenten sind wesentlich, und
bezüglich anderer Komponenten als der obenerwähnten ist nichts
festgelegt worden.
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Silizium ist ein wichtiges Element zum Erhöhen des
elektrischen Widerstands und zum Erniedrigen des
Eisenverlustes des Stahlblechs. Wenn ein Siliziumgehalt 4,8 Gew.-%
übersteigt, tritt beim Kaltwalzen wahrscheinlich eine Rißbildung
auf. Sobald Rißbildung auftritt, kann kein Walzvorgang
ausgeführt werden. Wenn andererseits der Siliziumgehalt zu stark
erniedrigt wird, dann wird eine α-Phase in dem Stahlblech in
eine γ-Phase umgewandelt, was dazu führt, daß eine
Orientierung der Kristallkörner beeinträchtigt wird. Aus diesem Grunde
weist der Siliziumgehalt einen unteren Grenzwert von 0,8 Gew.-
% auf, der keine wesentliche Auswirkung auf die Orientierung
von Kristallkörnern hat.
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Wie oben erwähnt, ist das säurelösliche Aluminium ein
wesentliches Element, das eine chemische Bindung an Stickstoff
zur Bildung AlN oder (Al, Si)N ermöglicht, die ihrerseits als
Inhibitoren wirken. In der Praxis soll der Gehalt an
säurelöslichem Aluminium innerhalb des Bereichs von 0,012 bis 0,050
Gew.-% bleiben, in dem das Stahlblecherzeugnis eine hohe
magnetische Flußdichte aufweist.
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Wenn der Stickstoffgehalt 0,01 Gew.-% übersteigt, dann
treten in dem Stahlblech Poren auf, die als Blasen bezeichnet
werden. Aus diesem Grunde weist der Stickstoffgehalt einen
oberen Grenzwert von 0,01 Gew.-% auf. Da der Stickstoff im
Stahlblech später, nach Beendigung des Nitriervorgangs,
zuge
setzt werden kann, ist bezüglich eines unteren Grenzwerts des
Stickstoffgehalts keine Festlegung getroffen worden.
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Außerdem können dem Stahlblech Mn, S, Se, B, Bi, Nb,
Sn, Ti oder dergleichen als Elemente zugesetzt werden, die
jeweils einen Inhibitor bilden.
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Eine Bramme aus Siliziumstahl wird durch Schmelzen von
eisenhaltigen Materialien in einem Konverter, einem
Elektroofen oder dergleichen erzeugt, und auf Wunsch wird der
geschmolzene Stahl durch Betätigen einer Vakuumpumpe entgast.
Anschließend wird der geschmolzene Stahl stranggegossen, um
Brammen herzustellen. Als Alternative kann ein Gußblock, der
durch Gießen des geschmolzenen Stahls in einer Kokille
hergestellt wird, an ein Blockwalzwerk übergeben werden, um durch
einen Warmwalzvorgang Brammen herzustellen.
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Nach der vorliegenden Erfindung ist es wünschenswert,
jede Bramme auf eine Temperatur von höchstens 1270ºC zu
erwärmen, da eine beim Erwärmen der Bramme verbrauchte
Wärmeenergiemenge reduziert werden kann und sich außerdem verschiedene
Probleme vermeiden lassen, die mit Anlagen in einem Stahlwerk
verbunden sind.
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Je nach Wunsch wird ein warmgewalztes Blech oder ein
stranggegossenes Blech innerhalb des Temperaturbereichs von
750 bis 1200ºC dreißig Sekunden bis 30 Minuten geglüht, und
danach wird das geglühte Stahlblech in einem einzigen
Kaltwalzschritt oder in zwei oder mehr Kaltwalzschritten mit einem
Zwischenglühvorgang zwischen benachbarten Kaltwalzvorgängen
kaltgewalzt, bis eine Enddicke des Stahlblechs erreicht ist.
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In Bezug auf kornorientiertes Elektrostahlblech werden
Kaltwalzvorgänge grundsätzlich mit einem
Kalt-Endreduktionsgrad von 80% oder mehr ausgeführt, wie in einem Patentblatt
der geprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokoku) Nr.
40-15 644 offenbart. In Bezug auf doppelt orientierte
Elektrostahlbleche werden Querkaltwalzvorgänge mit einem dafür
verwendeten Reduktionsgrad von 40 bis 80% ausgeführt, wie in
Patentblättern der geprüften japanischen
Patentveröffentlichungen (Kokoku) Nr. 35-2 657 und 38-8 218 offenbart.
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Nach Beendigung der Kaltwalzvorgänge wird das
Stahlblech gewöhnlich einem Glühen zur primären Rekristallisation
in einer feuchten Atmosphäre unterworfen, um in dem Stahlblech
enthaltenen Kohlenstoff soweit wie möglich zu entfernen.
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Hierbei müssen Bedingungen (Temperatur, Zeit) für den
Glühvorgang so festgelegt werden, daß eine Struktur primär
rekristallisierter Körner mit entsprechenden Bedingungen
übereinstimmt, wie in den Beschreibungen der JP-A-1-1 778 und JP-
A-1-79 992 angegeben.
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Außerdem ist es wichtig, daß jeder Inhibitor durch
einen Nitriervorgang verfestigt wird und dann ein sekundärer
Rekristallisationsvorgang ausgeführt wird, wobei die
entsprechende primär rekristallisierte Struktur erhalten bleibt. In
diesem Zusammenhang hat die vorliegende Erfindung
Betriebsbedingungen für die Ausführung des sekundären
Rekristallisationsvorgangs offenbart.
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Ein Nitriervorgang muß innerhalb eines
Temperaturbereichs von 800ºC oder weniger ausgeführt werden, wo primär
rekristallisierte Körner nicht unerwünschterweise umgewandelt
werden. Es ist wünschenswert, bei einer Gesamt-Stickstoffmenge
von 150 ppm oder mehr im Stahlblech eine Menge für den
Nitriervorgang festzulegen.
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Nach Beendigung des Nitriervorgangs wird das Stahlblech
mit einem Glühtrennmittel abgedeckt, das MgO als
Hauptbestandteil enthält, und danach wird das Blech fertiggeglüht.
Außerdem muß das Stahlblech während des Temperaturerhöhungsschritts
für den Fertigglühvorgang mindestens 4 Stunden innerhalb des
Temperaturbereichs von 700 bis 800ºC gehalten werden, so daß
die Verteilung der Nitride und die Qualität der Nitride
verändert werden, um einen stabilen sekundären
Rekristallisationsvorgang zu ermöglichen.
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Abschließend kann die Schlußfolgerung gezogen werden,
daß das erfindungsgemäße Verfahren sicherstellt, daß
orientierte Elektrostahlbleche mit jeweils hoher magnetischer
Flußdichte auf stabile Weise erzeugt werden können, indem
zusätzlich die technische Konzeption angewandt wird, wie sie in der
Beschreibung der JP-A-1-94 412, JP-A-1-1 778 und JP-A-1 79 992
offenbart wird.
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Nachstehend wird die vorliegende Erfindung anhand der
folgenden Beispiele näher erläutert, die auf keine Weise den
Schutzumfang der Erfindung einschränken.
Beispiel 1
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Eine Bramme aus Siliziumstahl mit einer Zusammensetzung
mit 3,2 Gew.-% Si, 0,028 Gew.-% säurelöslichem Al, 0,008 Gew.-
% N, 0,13 Gew. - % Mn, 0,007 Gew.-% S, 0,05 Gew. - % C, wobei der
Rest aus Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen bestand,
wurde auf eine erhöhte Temperatur von 1150ºC erwärmt. Danach
wurde die Bramme warmgewalzt, bis das entstehende warmgewalzte
Blech eine Dicke von 1,8 mm hatte. Nachdem das warmgewalzte
Blech zunächst zwei Minuten bei einer Temperatur von 1120ºC
geglüht und anschließend zwei Minuten bei einer Temperatur von
900ºC geglüht wurde (Glühen in 2 Schritten), wurde es bis auf
eine Enddicke des Stahlblechs von 0,02 mm kaltgewalzt. Das
kaltgewalzte Blech wurde bei einer Temperatur von 830ºC zwei
Minuten in feuchter Atmosphäre zur primären Rekristallisation
geglüht, auch zum Zweck der Entkohlung des Stahlblechs.
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Anschließend wurde das kaltgewalzte Blech dreißig
Sekunden bei einer Temperatur von 750ºC in einer Atmosphäre, die
ein Ammoniakgas enthielt, nitriert. Nach Beendigung des
Nitriervorgangs wurde festgestellt, daß die Stickstoffmenge 190
ppm betrug. Nach dem Beschichten des Stahlblechs mit einem
Glühtrennmittel, das MgO als Hauptbestandteil enthielt, wurde
das Blech fertiggeglüht.
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Der Fertigglühvorgang wurde in einer Atmosphäre, die
25% N&sub2; + 75% H&sub2; enthielt, in den folgenden 3 Zyklen
ausgeführt.
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(A) Das Stahlblech wurde mit einer Geschwindigkeit von
30ºC/h auf eine Temperatur von 1200ºC erwärmt.
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(B) Das Stahlblech wurde mit einer Geschwindigkeit von
30ºC/h auf eine Temperatur von 750ºC erwärmt, 10 Stunden auf
einer Temperatur von 750ºC gehalten und danach wieder mit
einer Geschwindigkeit von 30ºC/h auf eine Temperatur von 1200ºC
erwärmt.
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(C) Das Stahlblech wurde mit einer Geschwindigkeit von
15ºC/h auf eine Temperatur von 1200ºC/h erwärmt.
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Danach wurde die obenerwähnte Atmosphäre in eine
Atmosphäre verändert, die 100% H&sub2; enthielt, so daß das Stahlblech
einem Reinigungsglühen unterworfen wurde, indem es zwanzig
Stunden lang auf einer Temperatur von 1200ºC gehalten wurde.
Die Eigenschaften der entstehenden Produkte sind in Tabelle 1
dargestellt.
Tabelle 1
Beispiel 2
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Eine Bramme aus Siliziumstahl mit einer Zusammensetzung
mit 3,4 Gew.-% Si, 0,023 Gew.-% säurelöslichem Al, 0,007 Gew.-
% N, 0,14 Gew.-% Mn, 0,008 Gew.-% S. 0,05 Gew.-% C, wobei der
Rest aus Fe und unvermeidlichen Verunreinigungen bestand,
wurde auf eine erhöhte Temperatur von 1150ºC erwärmt. Danach
wurde das Blech warmgewalzt, bis das warmgewalzte Blech eine
Dicke von 1,8 mm hatte. Nachdem das warmgewalzte Blech zwei
Minuten bei einer Temperatur von 1100ºC geglüht wurde, wurde es in
der gleichen Richtung wie beim Warmwalzen mit einem
Reduktionsgrad von 55% kaltgewalzt. Außerdem wurde das Blech in der
Richtung senkrecht zur Richtung des vorhergehenden
Kaltwalzvorgangs mit einem Reduktionsgrad von 50% kaltgewalzt, bis das
Stahlblech eine Enddicke von 0,40 mm hatte.
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Das kaltgewalzte Blech wurde bei einer Temperatur von
810ºC neunzig Sekunden in einer feuchten Atmosphäre zur
primären Rekristallisation geglüht, auch zum Zweck einer Entkohlung
des Stahlblechs.
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Anschließend wurde das kaltgewalzte Blech einem
Plasmanitrieren bei einer Temperatur von 100ºC unterworfen. Nach
Beendigung des Nitriervorgangs wurde festgestellt, daß die
Ge
samt-Stickstoffmenge 170 ppm betrug. Nach Beschichtung des
kaltgewalzten Blechs mit einem Glühtrennmittel wurde es in
einer Atmosphäre, die 25% N&sub2; + 75% H&sub2; enthielt, unter den
folgenden Bedingungen fertiggeglüht.
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(A) Das Stahlblech wurde mit einer Geschwindigkeit von
50ºC/h auf eine Temperatur von 1200ºC erwärmt.
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(B) Das Stahlblech wurde mit einer Geschwindigkeit von
50ºC/h auf eine Temperatur von 700ºC erwärmt, und danach mit
einer Geschwindigkeit von 10ºC/h weiter erwärmt, um eine
Temperatur von 1200ºC zu erreichen.
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Danach wurde die Atmosphäre in eine Atmosphäre aus 100%
H&sub2; verändert, so daß das Stahlblech zwanzig Stunden lang einem
Reinigungsglühen bei einer Temperatur von 1200ºC unterworfen
wurde. Die Eigenschaften der entstehenden Produkte sind in
Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2
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Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht,
gewährleistet das erfindungsgemäße Verfahren zur Erzeugung von
kornorientierten Elektrostahlblechen mit hoher magnetischer
Flußdichte, wobei eine Bramme aus Siliziumstahl auf eine niedrigere
Temperatur erwärmt wird, um eine beträchtliche Senkung der
Produktionskosten zu ermöglichen, die Erzeugung von
kornorientierten Elektrostahlblechen mit hoher magnetischer Flußdichte,
wobei in jedem der Stahlbleche ein wirksamer Inhibitor
gleichmäßig verteilt wird.