DD299102A7 - Verfahren zur herstellung von nichtorientiertem elektroblech - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von nichtorientiertem Elektroblech mit hoher magnetischer Fluszdichte von B251,7 Tesla und niedrigen Ummagnetisierungsverlusten. Nach dem Verfahren werden Stahlbrammen, die in Masseanteilen in % enthalten 0,5 bis 1,8 Si, 0,3 bis 0,8 Al, 0,005 bis 0,018 C, 0,08 Mn, 0,015 S, 0,015 P und O bis 0,04 grenzflaechenaktive Spurenelemente, mit einer Anfangstemperatur von ueber 1 080C bis zu einer Endtemperatur von 900 bis 860C bis auf eine Dicke von 4,0 mm warmgewalzt. Das gewalzte Blech wird unter Vermeidung von rekristallisierendem Zwischengluehen in einem oder mehreren Stichen mit einem Gesamtumformgrad von mindestens 88% auf die endgueltige Blechdicke kalt umgeformt und schlieszlich in feuchtem Wasserstoff entkohlt und bei Temperaturen von 900 bis 1 020C schluszgeglueht.{Elektroblech; hohe Fluszdichte; niedrige Ummagnetisierungsverluste; Stahlbramme; Legierungselemente; Si; Al; Spurenelemente; Warmwalzen; Kaltumformung; Entkohlen; Schluszgluehen}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Metallurgie und betrifft ein Verfahren zur Herstellung von nichtorientiertem Elektroblech mit holier magnetischer Flußdichte von B25 > 1,7 Tesla und niedrigen Ummagnetisierungsverlusten. Das nach der Erfindung herstellbare Blech ist in seiner Ebene weitgehend isotrop im Gegensatz zu den kornorientierten Texturblechen und ist deshalb vor allem bei rotierenden elektrischen Maschinen, wie z. B. Generatoren und Motoren, aber auch für elektromagnetische Kreise anderer elektrotechnischer Erzeugnisse, wie Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen oder elektromagnetische Schaltgeräte, anwendbar.
Charakteristik des bekannten Standes der Technik
Bekannt sind Verfahren «ur Herstellung kubischer Texturen mit (100)-Orientierungen in der Blechebene, die eine hohe magnetische Flußdichte aufweisen. Durch Sekundärrekrisullisations-Verfahren werden Unterschiede in der Oberflächenenergie zwischen verschiedenen Kornorientierungen zur Herausbildung kubischer bzw. Würfelflächentexturen (100) (üvw) mit Hilfe definierter Glühatmosphären und Oberflächenzustände genutzt. So soll die Menge des gelösten Schwefels an der Blechoberfläche 0,00003 bis 0,0005 Gew.-% betragen, um unter Einbeziehung der Y-a-Phasenumwandlung während der Giühung ein Kornwachstum in Würfellage zu erhalten. Auch sind Verfahren zur blechdickengesteuarten sowie verunreinigungskontrollierten Sek'jndärrekristallisation bekannt. Durch gezielte Verunreinigungen wird zunächst das normale Konrwachstum gehemmt, es liefert dann im Sekundärrekristaliisations-Bereich neben der Oberflächenenergie noch eine zusätzliche Triebkraft für das Würfellage-Kornwachstum.
Diese Verfahren ermöglichen eine scharfe Texturbiidung, sind aber wegen der Beschränkung auf dünnere Blechdicken sowie der hohen Glühtemperaturen und kritischen Forderungen für die Sekundärrekristallisation, bei der Sauerstoff und Oxide auf extrem geringe Werte beschränkt sein müssen, großtechnisch zu kostenaufwendig. Die Produktion von Elektroblechen mit kornorientierter Sekundärrekristallisationstextur (110)/001/, auch als Goss-Textur bezeichnet, ist zwar ökonomischer, aber in der Blechebene zu anisotrop. Nur in der Walzrichtung ergeben sich hier ausgezeichnete magnetische Flußdichten. Die Ummagnetislerungsverluste hängen maßgeblich von Stahlzusammensetzung, Reinheitsgrad und Korngröße ab. Neben dem bekannten Silicium-Zusatz wird bei Elektroblechen wegen der ähnlichen metallurgischen Wirkung, der elektrischen Widerstandserhöhung sowie der Duktilitätsverbesserung, besonders bei höheren Si-Gehalten, auch Aluminium als Legierungselement herangezogen. Bekannt ist auch der schädliche Einfluß von Karbid-, Oxid-, Nitrid- und Sulfid-Ausscheidungen bzw. Einschlüssen auf die magnetischen Eigenschaften, die besonders das Kornwachstum hemmen, wenn
sie feindispers im Bereich von ca. 0,1 μιτι Teilchengröße vorliegen. Deshalb werden oft hohe Forderungen an den Reinheitsgrad gestellt: S = 0,005%, O = 0,0025% bzw. durch geeigneten Zusatz von z. B. Titan, Niob, Bor die Verunreinigungen in eine magnetisch möglichst unschädliche Form abgebunden, auoh zur Unterdrückung von Alterungserscheinungen. Weitere Legierungszusätze von Spurenelementen wie Sb, Se u.a. dienen infolge ihrer Segregations-Eigenschaften zur Beeinflussung der Korngrenzenbewegung besonders beim Sekundänekristallisationsprozeß, aber auch zur Steuerung im Primärrekristallisationsbereich.
Ein wesentlicher Einfluß auf die Eigenschaften des Fertigproduktes nach der Schlußglühung geht von der Umformtechnik aus. So können zur Erhöhung der kubischen Komponente (100)(Ovw) mit Reliefwalzen im letzten Stich des ersten Kaltwalzprozesses 2 bis 10% verformt werden. Nach der Entkohlungs- und Rekristallisationsglühung wird im zweiten Kaltwalzprozeß mit glatten Walzen 2 bis 10% verformt, ehe die Schlußglühung bei 11000C erfolgt. Zur Ausbildung einer Würfeltextur ist das Profilwalzen auch beim Warmwalzen mit etwa 50% Verformungsgrad und anschließendem Glattwalzen möglich. Bei Legierung in mit höherem Si-Gehalt und bei kornorientierten Elektroblechen wird empfohlen, das Kaltwalzen bei erhöhten Temperau· ;n von z. B. 4O0C bis 340°C bzw. unter der Rekristallisationstemperatur zur Vermeidung von Sprödbruch und Verbesserung der magnetischen Eigenschaften vorzunehmen.
Die genannten Herstellungsverfahren weisen grundsätzliche Schwierigkeiten auf. Entweder ist die großtechnische Umstellung aller Bedingungen auf die günstigsten Werte und damit die gleichmäßige Herstellung von Elektroblech mit ausreichend hohen magnetischen Eigenschaften zu schwierig, oder die Aufwendungen für die einzelnen Prozeßstufen ergeben zu hohe Produktionskosten.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung ist ein sowohl technologisch ais auch ökonomisch leistungsfähiges Verfahren, das in der Produktion nichtorientierter Elekirobleche eine beträchtliche Verbesserung der wichtigsten magnetischen Gebrauchseigenschaften gewährleistet. Damit können in elektrotechnischen Maschinen und Geräten Energieeinsparungen und eine bessere Materialökonomie realisiert werden.
Darlegung des Wesens der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, das es gestattet,
- hohe magnetische Flußdichten von B26 > 1,70 Tesla durch Ausbildung geeigneter Texturkomponenten bei geringen Legierungszusätzen zu erzielen und gleichzeitig
- niedrige Ummagnetisierungsverluste durch eine möglichst von physikalischen und chemischen Störungen freie Gefügeausbildung sowie einer dazu angepaßten chemischen Stahlzusammensetzung zu erreichen.
Diese Aufgabe ist nach der Erfindung mit einem Verfahren dadurch gelöst, daß Stahlbrammen die in Fe 0,5 bis 1,8 Masseanteile in % Si
0,3 bis 0,8 Masseanteile in % säurelösliches Al
0,005 bis 0,018 Masse&nteile in % C
< 0,08 Masseanteile in % Mn
< 0,015 Masseanteile in % S
<- 0,015 Masseanteile in % P und
0 bis 0,04 Masseanteile in % grenzflächenaktive Spurenelemente enthalten, mit einer Anfangstemperat jr von über 10SO0C bis zu einer Endtemperatur von 900 bis 860°C bis auf eine Dicke von 4,0 mm warmgewalzt werden, daß das gewalzte Blech unter Vermeidung von rekristallisierendem Zwischenglühen in einem oder mehreren Stichen mit einem Gesamtumformgrad von mindestens 88% auf die endgültige Blechdicke kalt umgeformt und schließlich in feuchtem Wasserstoff entkohlt und bei
Temperaturen von 900 bis 10200C schlußgeglüht wird. >
Nach einer Ausgestaltung des Verfahrens werden zweckmäßig solch·; Stahlbrammen eingesetzt, in denen 0,02 bis 0,04 Masseanteile in % Sb oder Sn als grenzflächenaktive Spurenelemente enthalten sind.
Dem Warmwalzwerk können auch Stahlbrammen zugeführt werden, die vorher auf eine Temperatur von 1 250 bis 13800C angewärmt worden sind. Eine vorteilhafte Variante dazu besteht nach der Erfindung darin, daß dem Warmwalzwerk die Stahlbrammen direkt aus einer Stranggußanlage zugeführt werden.
Nach einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist es vorteilhaft, einen ersten Absei initt der Kaltumformung mit einem Umformgrad von 60 bis 70% erhöhter Temperatur von 180 bis 280°C durchzuführen. Auf diese Weise kann mit dem erfindungsgemäß festgelegten Kohlenstoffgehalt und der in diesem Temperaturbereich auftretenden dynamischen Verformungsalterung infolge der Kohlenstoff-Versetzungs-Wechselwirkung eine Blockierung oder Verankerung gleitfähiger Versetzungen und damit die Aktivierung anderer Gleitsysteme bzw. eine inhomogene Deformation (Scherbänder) erreicht werden, die besonders zu einer Erhöhung der magnetischen Flußdichte in Querrichtung beiträgt. Diese Wirkung überrascht, da alle technischen Herstellungsverfahren in Querrichtung einen erheblichen Abfall der magnetischen Flußdichte B25 gegenüber der Walzrichtung aufweisen.
Eine bessere Isotropie in der Blechebene kann durch eine Ausgestaltung des Verfahrens derart erfolgen, daß das kaltumgeformte Blech vor dem Schlußglühen bei 450 bis 5000C für 1 bis 2 h einer Erholungsglühung und anschließender Kaltumformung mit einem Umformgrad von 12 bis 20% unterworfen wird. Das so hergestellte Blech ist besonders für rotierende Maschinen geeignet.
Durch die nach einem der Merkmale der Erfindung vorgesehene Stahlzusammensetzung mit 0,5 bis 1,8 Masseanteilen in % Si und 0,3 bis 0,8 Masseanteilen in % Al ist weitestgehende Umwandlungsfreiheit des Stahls in der α-Phase festgelegt. Mit der durch Aluminium verstärkten Abschnürung des γ-Phasenfeldes und Stabilisierung des Ferrits werden gleichzeitig die Legierungszusätze auf ein Minimum gesenkt, im Mittel: Si + Al = 1,7 Masseanteile in %. Das erleichtert die Umformung, wobei der Al Zusatz gleichzeitig Duktilität und Zähigkeit verbessert. Die Umwandlungsfreiheit der Legierung ist von Bedeutung für
- die Schlußgliihung, da beim überschreiten der n-K-Phasengrenze die Textur verlorengeht, und für
- die Warmumformung.
Zur gezielten Ausbildung kubischer Texturkomponenten während des Warmwalzens ist das ferritische Einphasengebiet notwendig.
Im Warmbad entsteht bei Einhalten der erfindungsgemäßen Zusammensetzung, besonders Kohlenstoff, eine Schichtenstruktur mit rekristallisiertem Gefüge in oberflächennahen Bereichen, Orientierungen vorwiegend (110)/001/; (112)/111/ und im Bandinneren ein polygonisiertes Gefüge mit langgestreckten größeren Körnern, vorwiegend der stabilen Orientierung (1001/011/ sowie (111 )/112/. Über 12000C rekristalüsiert der Werkstoff beim Warmwalzen regellos, aber Erwärmungen über 1250°C führen zu einer starken Grobkornbildung, die sich günstig auf die kubischen Texturkomponenten beim Warmwalzen unterhalb 11200C auswirkt. Zur Ausbildung kubischer Taxturkomponenten trägt im Rahmen der Primärrekristallisation und des normalen Kornwachstums auch wesentlich die erfindungsgemäß vorgesohene Kaltumformung mit einem Gesamtumformgrad von mindestens 88% ohne Zwischenglühungen bei.
Die Schlußglühtemperatur kann im Rahmen der Primärrekristallisation und des normalen Kornwachstums unter 10200C liegen.
Zur Gewährleistung eines störstellenarmen Gefüges und der gewünschten Korngröße sind Glühtemperat jren von mindestens 9000C erforderlich.
Ausführungsbeispiel
Eine Stahlschmelze mit
0,92 Masseanteilen in % Si 0,58 Masseanteilen in % Al 0,06 Masceanteilen in % Mn 0,09 Masseanteilen in % Ni 0,04 Masseanteilen in % Cr 0,013 Masseanteilen in % P 0,09 Masseanteilen in % Cu 0,009 Masseanteilen in % C 0,010 Masseanteilen in % S 0,004 Masseanteilen in % N und 0,035 Masseanteilon in % Sb
wird zu Stahlbrommen abgegossen. Diese werden beginnend bei 112O0C bis zu einer Endtemperatur von 3000C auf 4,6 mm Dicke warmgewalzt
Danach wird
a) ohne Warmbandglühung, jedoch bei 2000C, von 4,6 auf 1,5mm und anschließend ohne Zwischenerwärmung auf 0,5mm kaltgewalzt oder
b) mit einer Warmbandglühung bei SOO0C und anschließender Abkühlung 10grd/h bis 55O0C und Kaltwalzen wie bei a) oder
c) ohne Warmbandglühung und ohne Erwärmung von 4,6mm auf 0,5mm kaltgewalzt. Abschließend wird das Blech bei 960°C unter Wasserstoff schlußgeglüht.
Das fertige Elektroblech besitzt folgende Eigenschaften:
Varianten der Kalt b) Warmband
verformung 31 glühung
a) 1,70 O
Spez. Widerstand: 31 1,66 31
Magn. Flußdichte B26/T (längs): 1,82 1,74
Magn. Flußdichte B2e/T (quer): 1,80 3,58 1,71
Ummagnetisierungsverluste
Pi,6/go in W/kg-gemischte Probe: 2,70 3,30
Die günstige Texturausbildung nach der Verformungsvariante a) führt gleichzeitig neben der hohen magnetischen Fiußdichte zu einer ausgeprägten Reduzierung des Ummagnetisierungsverlustes, dessen Niveau sonst nur mit wesentlich höherem Si-Gehalt erreichbar ist und den damit verbundenen Nachteilen.
Die Texturbestimmungen an den Bändern der Verformungsvariante a) ergeben für die Hauptorientierungen mit einem Streubereich von 15° folgende Volumenprozente:
(100) (110) (111)
ungegK'ni, kaltgewalzt 29% 4% 25%
schlußgeglüht 60% 3% 6%
Die kubische Komponente ist nach dem Walzprozeß schon stark vertreten und wächst während der Schlußglühung noch beachtlich weiter, dabei wird die magnetisch schädliche (111 j-Orientierung weitgehend aufgezehrt.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von nichtorientiertem Elektroblech mit hoher magnetischer Flußdichte von B25 > 1,7 Tesla und niedrigen Ummagnetisierungsverlustcn, dadurch gekennzeichnet daß Stahlbrammen, enthaltend
0,5 bis 1,8 Masseanteiie in % Si
0,3 bis 0,8 Masseanteile in % säurelösliches Al
0,005 bis 0,018 Masseanteile in % C
< 0,08 Masseanteile in % Mn
> 0,015 Masseanteile in % S
<0,015 Masseanteiie in % P und
0 bis 0,04 Masseanteile in % grenzflächenaktive Spurenelemente, mit einer Ar.fangstemperatur von über 1080°C bis zu einer Endiemperaiur von 900 bis 86O0C bis auf eine Dicke von 4,0 mm warmgewalzt werden, daß das gewalzte Blech unter Vermeidung von rekristallisierendem Zwischenglühen in einem oder mehreren Stichen mit einem Gesamtumformgrad von mindestens 88% auf die endgültige Blechdicke kalt umgeformt und schließlich in feuchtem Wasserstoff entkohlt und bei Temperaturen von 900 bis 10200C schlußgeglüht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Stahlbrammen verwendet werden, in denen 0,02 bis 0,04 Masseanteilo in % Sb oder Sn als grenzflächenaktives Spurenelement enthalten sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Warmwalzwerk Stahlbrammen zugeführt werden, die vorher auf eine Temperatur von 1250 bis 13800C angewärmt worden sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Warmwalzwerk die Stahlbrammen direkt aus einer Stranggußanlage zugeführt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Kaltumformung für die Realisierung eines Teilumformgrades von 60 bis 70% das Blech bei einer Temperatur von 180 bis 2800C umgeformt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Schlußglühen das kaltumgeformte Blech bei 450 bis 5000C für 1 bis 2 h einer Erholungsglühung und anschließender Kaltumformung mit einem Umformgrad von 12 bis 20% unterworfen wird.
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