DE102021115174A1

DE102021115174A1 - Verfahren zur Herstellung eines höherpermeablen, nichtkornorientierten Elektrobleches und dessen Verwendung

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Publication number: DE102021115174A1
Application number: DE102021115174.0A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schneider; Rudolf Kawalla; Armin Franke
Original assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Current assignee: Technische Universitaet Bergakademie Freiberg
Priority date: 2021-06-11
Filing date: 2021-06-11
Publication date: 2021-11-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines höherpermeablen, nichtkornorientierten Elektroblechs auf Basis von FeSi-Stahl mit einem Gehalt von Si im Bereich von größer 1 Masse-% bis 3,5 Masse-% und kleiner 1,8 Masse-% AI, weiteren Legierungselementen wie z. B. Mn, P und Rest Eisen, sowie üblichen Begleitelementen, durch warmes Kaltwalzen eines Ausgangsbandes mit einer Dicke im Bereich von 0,8 mm bis 2,5 mm bei erhöhten Temperaturen oberhalb von 200°C und kleiner 500°C in mehreren Stichen mit einem Gesamtumformgrad größer 60% auf eine Enddicke im Bereich von 0,1 bis 0,75 mm vor dem Schlussglühen,Das Ausgangsband wird dabei nach Route 1 mittels Warmwalzen durch anlagenspezifisch abgestimmte Wahl der Starttemperatur T > 900 °C, der Umformgrade pro Stich, der Wahl der Endwalztemperatur T ≥ 800 °C sowie Art der Abkühlung und Wahl der Haspeltemperatur T > 500 °C für eine Wärmbehandlung beim Coiling Prozess nach dem letzten Stich derart erzeugt, dass das Ausgangsband eine inhomogene Mikrostruktur über den Bandquerschnitt, gekennzeichnet durch rekristallisierte Bereiche und teilweise deformierte Bereiche aufweist odernach Route 2 mittels Warmwalzen und einer zusätzlichen Warmbandglühung im Temperaturbereich von 750°C bis 900°C in einem zusätzlichen Prozessschritt nach Beendigung des Warmwalzens und vor dem warmen Kaltwalzen derart erzeugt, dass das Ausgangsband eine räumlich inhomogenen rekristallisierte Mikrostruktur über den Querschnitt aufweist.Es erweist sich, dass die Vorteile einer verbesserten Mikrostruktur des eingesetzten Ausgangsbandes durch die oben beschriebene Prozessführung bei ihrer Herstellung für eine optimale Deformationsstruktur im Falle des konventionellen Kaltwalzens sich auch im Falle eines Kaltwalzens bei erhöhter Temperatur gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erreichen lassen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines höherpermeablen, nichtkornorientierten Elektroblechs, sowie ein höherpermeables, nichtkornorientiertes Elektroblech und dessen Verwendung.
Elektrobleche und -bänder werden eingeteilt in kornorientierte und nichtkornorientierte Elektrobleche und -bänder. Als nichtkornorientiertes Elektroblech in diesem Zusammenhang ein Stahlblech oder ein Stahlband verstanden, welches unabhängig von seiner Textur unter die in DIN 46 400 Teil 1 oder 4 genannten Bleche fällt und dessen Verlustanisotropie die in DIN 46 400 Teil 1 festgelegten Höchstwerte nicht überschreitet. Die Begriffe „Blech“ und „Band“ werden hier synonym verwendet.
Die Fertigung umfasst die Fertigung von Warmband beginnend beim Erschmelzen der Legierung und Gießen der Bramme und anschließendem Vorwalzen und Warmwalzen nach einem Wiedererwärmen der Bramme. Übliche Dicken des Warmbandes liegen im Bereich von 1,5 bis 3 mm. Bei innovativen neuen Verfahren wird das Warmband über Gießwalzverfahren (Thin Slab) oder auch einem direkten Gießen eines Warmbandes (Thin Strip Casting) je nach Verfahren in einem breiten Dickenbereich von 0,8 mm bis 2 mm gefertigt. Die zu erreichenden Dicken des Elektrobleches von 0,10 bis 0,65 mm erfordern eine weitere Dickenreduzierung üblicherweise über ein Kaltwalzen. Das Kaltwalzen des Warmbandes erfolgt mit sehr hohen Umformgraden, Gesamtumformung größer 60 %, was zu einer erheblichen Verformungsenergie führt, die die Vorgänge bei der abschließenden Wärmebehandlung (Kornausbildung durch Erholung und Rekristallisation, reines Kornwachstum bei höheren Glühtemperaturen nach erfolgter Rekristallisation) und damit die resultierenden magnetischen Eigenschaften wesentlich beeinflusst.
Von besonderer Bedeutung sind die höherpermeablen Elektroblechsorten, welche erhöhte Werte der magnetischen Induktion B, typischerweise B2500 oder B5000, Wert der magnetischen Induktion B bei 2500 A/m oder 5000 A/m, gegenüber den Standardsorten von Elektroblechen bei gleichen Werten der magnetischen Verluste P, typischerweise Verluste P bei B = 1,5 T, und einer Frequenz von 50 Hz aufweisen. Die Forderung nach höherpermeablen Elektroblechsorten betrifft sowohl die schwach als auch die mittelsilizierten sowie die hochsilizierten Sorten. Dabei besitzen die hochsilizierten verlustarmen Elektroblechsorten für höherfrequente Anwendungen eine besondere Bedeutung.
Üblicherweise werden die höherwertigen Elektroblechsorten durch ein Zwischenglühen des Warmbandes vor dem Kaltwalzen erzeugt ( EP0469 980 B1 ; DE 4005 807 C2 ).
Alternativ zu dem Weg über eine Zwischenglühung des Warmbandes vor dem Kaltwalzen wurde in der Fachliteratur vorgeschlagen, für die Erzeugung von höherpermeablen Elektroblechsorten Warmband erzeugt durch eine veränderte Prozessführung beim Warmwalzen (Wiedererwärmungstemperatur, Endwalztemperatur, Haspeltemperatur) einzusetzen ( DE 199 18 484 A1 ; EP 1 194 600 B1 ; WO 99/42626 ). Eine für die Entstehung eines für die magnetischen Eigenschaften günstigen Mikrostruktur (Gefüge) und Textur ist dabei eine Abstimmung der Haspeltemperatur in Abhängigkeit des Abkühlverhaltens (Wärmebehandlung des Bandes vor oder nach dem Haspeln) und der Walzendtemperatur erforderlich.
Neben dem zuletzt genannten Verfahren ist aus der DE 100 15 691 C1 ein Verfahren zur Erzeugung eines NO-Elektroblechs bekannt, bei dem mindestens der letzte Stich des Warmwalzens im Mischgebiet Austenit- Ferrit durchgeführt wird. Damit wird eine teilentfestigte Struktur des erhaltenen Blechs erreicht, da eine besonders hohe Haspeltemperatur eingestellt werden kann. Damit wird erreicht, dass die im Coil wirkende Eigenhitze dieselbe Wirkung wie eine separate Glühbehandlung des Warmbands hat.
In beiden aufgeführten Fällen einer speziellen Prozessführung ist es zudem möglich mit einer Wärmebehandlung vor dem Kaltwalzen zu kombinieren.
Die jeweilige Enddicke des nichtorientierten Elektrobleches wird beim Kaltwalzen mit einer Gesamtumformung von größer als 60 % in mehreren Stichen erreicht. Die erforderliche Walzkraft erhöht sich mit der Stichzahl beim Kaltwalzen infolge der Verfestigung des Materials mit jedem Walzvorgang (Stich). Die erforderlichen Walzkräfte beim Kaltwalzen werden zudem wesentlich durch den Si Gehalt bzw. einem (Si, AI) Gehalt bis 3,3 Gew.-% bestimmt. Daher wird verfahrensseitig auch ein zweistufiges Kaltwalzen mit Zwischenglühung beschrieben ( AT 372 707 B ; DE 40 05 807 C2 ).
Die Herstellung von Enddicken kleiner als 0,30 mm (Enddicke von 0,10 mm bis 0,25 mm) im Falle der nichtorientierten FeSi-Stähle (Elektroblech Dünnband), speziell der ferritischen hochsilizierten Stähle, ist auf dem Weg des direkten Kaltwalzens auf Enddicke aufgrund der aufgeführten Fakten nicht möglich. Die Herstellung eines derartigen Elektroblech-Dünnbandes, die durch die verarbeitende Industrie zunehmend gefordert werden, erfolgt daher über einen mehrstufigen Kaltwalzprozess mit Zwischenglühung.
Eine Reduzierung der Fließspannung und damit der Walzkräfte beim Kaltwalzen des Warmbandes von FeSi Stählen kann bekanntermaßen durch eine erhöhte Temperatur (Kaltwalzen bei erhöhter Temperatur) des warmgewalzten Materials bei Enddicke erreicht werden.
Ein Walzen auf Enddicke bei Temperaturen von 350°C bis 570°C mit gegebenenfalls einem Zwischenglühen bei 600°C bis 800°C wird in WO 2018/019602 A1 , EP 1 509 627 B1 für ein Elektroblech mit AI-Gehalten bis 12 Gew.-% neben Si für ein verbessertes Frequenzverhalten der magnetischen Eigenschaften und höhere Festigkeit beschrieben. In EP 1 509 627 B1 wird ein Verfahren zur Fertigung eines Elektroblechs mit Si-Gehalten von 5 - 7 Gew.-% Si in Dicken von 0,23 mm und kleiner durch Walzen auf Enddicke bei Temperaturen von 150°C bis 350°C erläutert.
Für die Fertigung von höherpermeablen Elektrobelchen mit Si- Gehalten bis 3,5 Gew.-% durch ein warmes Kaltwalzen (Walzen bei erhöhten Temperaturen) ohne Zwischenglühung gibt es bislang kein Verfahren.
Nach dem Stand der Technik ist bekannt, dass bei einem Walzen bei erhöhten Temperaturen von größer 200°C bis 600 °C Prozesse der Erholung und der Rekristallisation in merklichem Umfang zu erwarten sind (Worch, Pompe, Schatt: Werkstoffwissenschaft. 10. Ausgabe, S. 319- 321; Wiley-VCH Verlag 2011; G. Gottstein: Physikalische Grundlagen der Materialkunde. Springer Berlin Heidelberg 2007).
Damit wäre zu erwarten, dass merkliche Unterschiede auch in der resultierenden Deformationsstruktur nach dem warmen Kaltwalzen bei vergleichbaren Gesamtumformgraden von größer 60% wie im Falle des klassischen Kaltwalzens von FeSi-Legierungen zu erwarten sind.
Damit erscheint unklar, inwieweit die erzielbaren Vorteile bei Einsatz speziell gefertigten Warmbandes, wie oben beschrieben, im Falle des klassischen Kaltwalzens auch für das Kaltwalzen mit erhöhter Temperatur auf Enddicke in Bezug auf vorteilhafte Deformationsstrukturen, speziell bei ferritischen FeSi-Stählen, erzielbar sind.
Aufgabe der Erfindung ist, ausgehend von dem vorangehend zusammengefassten Stand der Technik ein Verfahren zu beschreiben, welches die Fertigung von höherpermeablen nichtorientierten Elektrobleches mittels Walzen auf Enddicke bei höheren Temperaturen (warmes Kaltwalzen) ohne Zwischenglühen zwischen den Umformstichen gestattet.
Erfindungsgemäß wird ein höherpermeables, nichtkornorientiertes Elektroblech auf Basis von FeSi-Stahl mit einem Gehalt von Si im Bereich von größer 1 Masse-% bis 3,5 Masse-% und kleiner 1,8 Masse-% AI, weiteren Legierungselementen wie z. B. Mn, P und Rest Eisen, sowie üblichen Begleitelementen, durch warmes Kaltwalzen eines Ausgangsbandes mit einer Dicke im Bereich von 0,8 mm bis 2,5 mm bei erhöhten Temperaturen oberhalb von 200°C und kleiner 500°C in mehreren Stichen mit einem Gesamtumformgrad größer 60% auf eine Enddicke im Bereich von 0,1 bis 0,75 mm vor dem Schlussglühen, hergestellt. Das Ausgangsband wird dabei mittels Warmwalzen durch anlagenspezifisch abgestimmte Wahl der Starttemperatur T > 900 °C, der Umformgrade pro Stich, der Wahl der Endwalztemperatur T ≥ 800 °C, sowie Art der Abkühlung und Wahl der Haspeltemperatur T > 500 °C für eine Wärmbehandlung beim Coiling Prozess nach dem letzten Stich derart erzeugt, dass das Ausgangsband eine inhomogene Mikrostruktur über den Bandquerschnitt, gekennzeichnet durch rekristallisierte Bereiche und teilweise deformierte Bereiche aufweist (auch als Route 1 bezeichnet), oder
das Ausgangsband wird mittels Warmwalzen und einer zusätzlichen Warmbandglühung im Temperaturbereich von 750°C bis 900°C in einem zusätzlichen Prozessschritt nach Beendigung des Warmwalzens und vor dem warmen Kaltwalzen derart erzeugt, dass das Ausgangsband eine räumlich inhomogene rekristallisierte Mikrostruktur über den Bandquerschnitt aufweist (auch bezeichnet als Route 2), wobei
das so erzeugte Ausgangsband eine erhöhte Intensität der Komponenten der kubischen Fasertextur neben üblichen hohen Intensitäten der α- Textur, der γ- Textur sowie der rotierten kubischen Texturkomponente aufweist.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht dabei darin, dass das warme Kaltwalzen auf Enddicke reversierend mit einem eingerüstigen oder mehrgerüstigen Walzgerüst erfolgt, wobei eine Reduzierung der Fließspannung in den Walzstichen beim warmen Kaltwalzen von > 10% erreicht wird, und dadurch gekennzeichnet, dass sich nach dem warmen Kaltwalzen eine inhomogene Deformationsstruktur über den gesamten Bandquerschnitt, bestehend aus breiten Zonen mit unterschiedlicher Verformung, charakterisiert durch geringe bzw. große Werte der Strukturdefekte (IQ -Bildqualität ermittelt aus EBSD Messungen) sowie gekennzeichnet durch unterschiedliche Dichte an Scherbändern. Hierbei treten in diesen Zonen mit unterschiedlicher Verformung längs der Walzrichtung ausgeprägte breite Bereiche mit kubischer Fasertextur auf getrennt durch Bereiche mit γ - Textur, welche anhand von OIM (Orientation Image Map - Abbild der Verteilung der kristallographischen Orientierungen) oder ODF (Orientation Distribution Function - Orientierungsverteilungsfunktion) ermittelt aus EBSD Messungen sichtbar sind.
Mit der erfindungsgemäßen Fertigung des Ausgangsbandes für das warme Kaltwalzen und der erfindungsgemäßen Durchführung des warmen Kaltwalzens werden die bei der Fertigung von höherpermeablen nichtorientierten Elektroblechsorten bekannten charakteristischen Merkmale in Bezug auf die Mikrostruktur und Textur des eingesetzten Ausgangsbandes beim klassischen Kaltwalzen sowie der Mikrostruktur und Textur nach dem klassischen Kaltwalzen erreicht. Das ist von Bedeutung da von der Fertigung von höherpermeablen nichtorientierten Elektroblechsorten im Falle des üblichen Kaltwalzens bekannt ist, dass das Gefüge (Mikrostruktur) des Ausgangsbandes die Deformationsstruktur nach dem klassischen Kaltwalzen auf Enddicke und damit die für höherpermeable nichtorientierte Elektroblechsorten optimale Ausbildung des Gefüges und der Textur nach der Schlußglühung bestimmt.
Damit wird nach der erfindungsgemäßen Fertigung des Ausgangsbandes für das warme Kaltwalzen und der erfindungsgemäßen Durchführung des warmen Kaltwalzens von höherpermeablen nichtorientierten Elektroblechsorten aus FeSi-Stählen mit bis zu 3,5 Gew.-% Si, wie bei dem klassischen Kaltwalzen, erreicht
dass eine merkliche Reduzierung der magnetisch unerwünschten Texturen: α - Textur, sowie der γ - Textur bei Einsatz des optimierten Warmbandes gemäß Route 1 oder Route 2 im Vergleich zu nicht-optimalen Ausgangsband auftritt. Das wird deutlich in den ODFs sowie in der OIM.
dass im Falle der Route 1 im Warmband rekristallisierte Bereiche und teilweise deformierte Bereiche auftreten und im Falle der Route 2 das Ausgangsband eine räumlich inhomogene rekristallisierte Mikrostruktur über den Bandquerschnitt aufweist, wobei je nach der Warmbandglühung auch noch verformte Teilbereiche auffindbar sein können. Die Mikrostruktur ist sowohl in der OIM als auch in den metallographischen Aufnahmen sichtbar;
dass nach dem warmen Kaltwalzen eine inhomogene Deformationsstruktur in Form von Zonen längs der Walzrichtung mit geringen oder großen Werten der Strukturdefekte (IQ) sowie mit oder ohne merkliche Scherspannung auftreten, wobei in diesen Zonen längs der Walzrichtung ausgeprägte breite Bereiche mit kubischer Fasertextur getrennt durch Bereiche mit γ - Textur (OIM) auftreten;
dass sich nach dem warmen Kaltwalzen keine für die Fertigung von höherpermeablen nichtorientierten Elektroblechsorten relevante Änderungen in der Intensität der Misorientierungsverteilung, ermittelt ebenso aus den EBSD Untersuchungen, ergeben.
Es ist anzumerken, dass in Bezug auf die Charakteristika Übergänge zwischen den Charakteristika für Route 1 und 2, insbesondere hinsichtlich des Auftretens von deformierten Bereichen in der Mikrostruktur, auftreten können.
Vorteilhaft unterscheidet sich damit die inhomogene Deformationsstruktur beim Walzen auf die Enddicke bei erhöhter Temperatur in ihrer Natur, Kennwerte für OIM, IQ, ODF, Misorientierungsverteilung, wie auch in den Ausführungsbeispielen gezeigt, qualitativ nicht von der beim klassischen Kaltwalzen. Damit ist eine die Fertigung von höherpermeablen nichtorientierten Elektrobleches mittels Walzen auf Enddicke bei höheren Temperaturen (warmes Kaltwalzen) ohne Zwischenglühen zwischen den Umformstichen möglich.
Im Hinblick des Ausgangsbandes für das warme Kaltwalzen kann die Fertigung des Ausgangsbandes mittels direkten Walzens aus der Gießhitze, welches einstufig (CSP, Bandgießen) oder mehrstufig (ISP, EPS, QSP-DUE) gestaltet sein kann, oder durch das Walzen nach Wiedererwärmung des gegossenen Stahls in Form einer Bramme erfolgen, wobei eine Entzunderung im Walzprozess zu integrieren ist, und eine jeweils anlagenspezifisch abgestimmte Temperaturführung zwischen den Gerüsten und insbesondere nach dem letzten Stich des Warmwalzens erforderlich ist. Die anlagenspezifisch abgestimmte Temperaturführung zwischen den Walzgerüsten und insbesondere nach dem letzten Stich des Warmwalzens zur Erreichung der aufgeführten Charakteristika der Mikrostruktur und Textur des Ausgangsbandes für das warme Kaltwalzen ergeben sich für den Fachmann aus den Konzepten der anlagenseitigen Gestaltung der Walzanlage, den erreichbaren Temperaturen für die Starttemperatur und Endtemperatur des Walzens, die realisierbare Umformungen pro Stich, Temperaturführung beim Abkühlen und Haspeln (siehe z.B. C. Bilgen et al, „QSP-DUE - Danieli's ultimate technology for non-oriented electrical steel production", Proc. 9. International Conf. Magnetism and Metallurgy WMM20, November Rome, Italy (2020) p.143, ISBN 978-88-900033-1-8).
In Ausführungsformen ist das erfindungsgemäße Ausgangsband für das warme Kaltwalzen dadurch gekennzeichnet, daß es bei einer ersten, hohen Temperatur eine ferritische, bei einer unter der ersten Temperatur liegenden zweiten Temperatur eine ferritisch/austenitische, bei einer unter der zweiten Temperatur liegenden dritten Temperatur eine austenitische, bei einer unter der dritten Temperatur liegenden vierten Temperatur eine austenitsch ferritische und bei einer unter der vierten Temperatur liegenden fünften Temperatur wieder eine ferritische Gefügestruktur aufweist. Zusätzlich kann eine Warmbandglühung nach Beendigung des Warmwalzens vor dem warmen Kaltwalze erfolgen.
In bevorzugten Ausführungsformen wird ein ferritischer FeSi-Stahl mit geringen C-Gehalten von ≤ 0,005 Masse-% und mit hoher Reinheit in Bezug auf die Begleitelemente O < 0,005 Masse-%, sowie N, S von jeweils ≤ 0,005 Masse-% eingesetzt. Vorteilhaft ist ein derartiger Stahl für den Einsatz im Automobilbau sowie bei höherfrequenten Anwendungen geeignet, da aufgrund des höheren Si-Gehaltes geringere Ummagnetisierungsverluste auftreten.
Vorteilhaft für das warme Kaltwalzen ist der Einsatz eines Ausgangsbandes in der Dicke von 0,8 mm bis 1,2 mm, erzeugt mittels Gießwalzen (Thin Strip oder Thin Slab; CSP, ISP, ESP, QSP - DUE). Insbesondere die neuen Verfahren, wie ISP, EPS und QSP-DUE gestatten die Fertigung immer kleinerer Enddicken von 0,8 mm bis 1,2 mm beim Warmwalzen, was vorteilhaft für die Fertigung von höherpermeablen nichtorientierten Elektroblech - Dünnband ist.
Wie beim klassischen Kaltwalzen ist das Ausgangsband zu entzundern. Hierzu wird das Ausgangsband vor dem warmen Kaltwalzen auf Enddicke mechanisch oder chemisch entzundert, gegebenenfalls inline mit einer vorangehenden Glühung des Ausgangbandes (Glühbeizen).
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, dass das warme Kaltwalzen auf Enddicken zwischen 0,1 bis 0,5 mm vor dem sich anschließenden Schlussglühen im Durchlaufofen oder als Haubenglühung im Bereich von 850°C bis 1100°C ohne ein zusätzliches Zwischenglühen in einem zusätzlichen Prozessschritt im Gesamtprozess des warmen Kaltwalzens erfolgen kann. Vorteilhaft wird dadurch die effiziente Herstellung eines höherpermeablen, nichtkornorientierten Elektroblechs mit geringeren Enddicken ermöglicht.
In bevorzugten Ausführungsformen wird das Ausgangsband kontinuierlich oberflächengereinigt und anschließend auf die Temperaturen beim warmen Kaltwalzen, vorteilhaft induktiv, erwärmt.
Das oberflächengereinigte Ausgangsband kann ebenso als Bund auf die Walztemperatur beim warmen Kaltwalzen auf Enddicke erwärmt werden.
Das Erwärmen des Ausgangsbandes als Bund kann bspw. in Haubenglühanlagen realisiert werden.
Weiterhin zur Erfindung gehört die Verwendung eines höherpermeablen, nichtkornorientierten Elektroblechs, hergestellt nach einem erfindungsgemäßen Verfahren im Elektromaschinenbau, insbesondere in rotierenden und nichtrotierenden Maschinen und Anwendungen.
Figurenliste
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Figuren und von Ausführungsbeispielen erläutert. Die zugehörigen 1 bis 13 finden sich in der Anlage. Die Ausführungsbeispiele sollen dabei die Erfindung beispielhaft beschreiben ohne diese zu beschränken.
Dabei zeigen

1a typische OIM (orientation image map; Abbild der Verteilung der kristallographischen Orientierungen) verschieden gefertigter Ausgangsbänder einer FeSi2.4 Legierung, Material 1 hergestellt mittels klassischer Warmbandfertigung;
1b typische OIM (orientation image map; Abbild der Verteilung der kristallographischen Orientierungen) verschieden gefertigter Ausgangsbänder einer FeSi2.4 Legierung, Material 2 hergestellt mittels geänderter Prozessführung bei der Fertigung des Warmbandes (Route 1);
1c typische OIM (orientation image map; Abbild der Verteilung der kristallographischen Orientierungen) verschieden gefertigter Ausgangsbänder einer FeSi2.4 Legierung, Material 3 hergestellt mittels Warmbandglühung in einem separaten Prozessschritt vor dem Kaltwalzen (Route 2);
2 wie die kristallographische Orientierung der Körner im Gefüge identifiziert wird;
3a die zu 1a dazugehörige ODF (orientation distribution function;- Orientierungsverteilungsfuktion) bei φ₂=45°;
3b die zu 1b dazugehörige ODF (orientation distribution function;- Orientierungsverteilungsfuktion) bei φ₂=45°;
3c die zu 1c dazugehörige ODF (orientation distribution function;- Orientierungsverteilungsfuktion) bei φ₂=45°;
4 die Sichtbarmachung von Texturen anhand der ODF (φ₂=45°), vorteilhafte magnetische Texturen für nichtorientiertes Elektroband sind hierbei die Texturen der kubischen Faser sowie der α*- Faser;
5a die zu 1a gehörende metallographische Aufnahme der Mikrostruktur;
5b die zu 1b gehörende metallographische Aufnahme der Mikrostruktur;
5c die zu 1c gehörende metallographische Aufnahme der Mikrostruktur;
6a die IQ eines Ausgangsbandes entsprechend 1a nach dem klassischen Kaltwalzen;
6b die IQ eines Ausgangsbandes entsprechend 1b nach dem klassischen Kaltwalzen;
6c die IQ eines Ausgangsbandes entsprechend 1c nach dem klassischen Kaltwalzen;
7a eine metallographische Aufnahme eines Ausgangsbandes entsprechend 1a nach dem klassischen Kaltwalzen;
7b eine metallographische Aufnahme eines Ausgangsbandes entsprechend 1b nach dem klassischen Kaltwalzen;
7c eine metallographische Aufnahme eines Ausgangsbandes entsprechend 1c nach dem klassischen Kaltwalzen;
8a die OIM (Abbild der Verteilung der kristallographischen Orientierungen) eines Ausgangsbandes entsprechend 1a nach dem klassischen Kaltwalzen;
8b die OIM (Abbild der Verteilung der kristallographischen Orientierungen) eines Ausgangsbandes entsprechend 1b nach dem klassischen Kaltwalzen;
8c die OIM (Abbild der Verteilung der kristallographischen Orientierungen) eines Ausgangsbandes entsprechend 1c nach dem klassischen Kaltwalzen;
9 die ODF des Ausgangsbandes für das warme Kaltwalzen entsprechend dem Ausführungsbeispiel;
10 die metallographische Aufnahme des Ausgangsbandes für das warme Kaltwalzen entsprechend dem Ausführungsbeispiel;
11a IQ eines entsprechend dem Ausführungsbeispiel hergestellten höherpermeablen nichtorientierten Elektroblechs nach warmen Kaltwalzen bei 220°C;
11b OIM eines entsprechend dem Ausführungsbeispiel hergestellten höherpermeablen nichtorientierten Elektroblechs nach warmen Kaltwalzen bei 220°C;
11c Verteilung der Misorientierung eines entsprechend dem Ausführungsbeispiel hergestellten höherpermeablen nichtorientierten Elektroblechs nach warmen Kaltwalzen bei 220°C;
11d ODF über den Querschnitt eines entsprechend dem Ausführungsbeispiel hergestellten höherpermeablen nichtorientierten Elektroblechs nach warmem Kaltwalzen bei 220 °C vor Beginn des Walzens;
12a IQ eines entsprechend dem Ausführungsbeispiel hergestellten höherpermeablen nichtorientierten Elektroblechs nach warmen Kaltwalzen bei 320°C;
12b OIM eines entsprechend dem Ausführungsbeispiel hergestellten höherpermeablen nichtorientierten Elektroblechs nach warmen Kaltwalzen bei 320°C;
12c Verteilung der Misorientierung eines entsprechend dem Ausführungsbeispiel hergestellten höherpermeablen nichtorientierten Elektroblechs nach warmen Kaltwalzen bei 320°C;
12d ODF über den Querschnitt eines entsprechend dem Ausführungsbeispiel hergestellten höherpermeablen nichtorientierten Elektroblechs nach warmem Kaltwalzen bei 320 °C vor Beginn des Walzens;
13a zum Vergleich die IQ nach klassischen Kaltwalzen;
13b zum Vergleich OIM nach klassischen Kaltwalzen;
13c zum Vergleich Verteilung der Misorientierung nach klassischen Kaltwalzen;
13d zum Vergleich ODF über den Querschnitt nach klassischen Kaltwalzen.

Mit der erfindungsgemäßen Fertigung des Ausgangsbandes für das warme Kaltwalzen und der erfindungsgemäßen Durchführung des warmen Kaltwalzens werden die bei der Fertigung von höherpermeablen nichtorientierten Elektroblechsorten bekannten charakteristischen Merkmale in Bezug auf die Mikrostruktur und Textur des eingesetzten Ausgangsbandes beim klassischen Kaltwalzen, sowie der Mikrostruktur und Textur nach dem klassischen Kaltwalzen erreicht. Das ist von Bedeutung, da von der Fertigung von höherpermeablen nichtorientierten Elektroblechsorten im Falle des üblichen Kaltwalzens bekannt ist, dass das Gefüge (Mikrostruktur) des Ausgangsbandes die Deformationsstruktur nach dem klassischen Kaltwalzen auf Enddicke und damit die für höherpermeable nichtorientierte Elektroblechsorten optimale Ausbildung des Gefüges und der Textur nach der Schlußglühung bestimmt, wie unter anderem in A. Franke u.a., Proc. 8. International Conf. Magnetism and Metallurgy WMM18, June Dresden, Germany (2018) Part II, p.612, ISBN 978-3-86012-579-3; A. Franke u.a.; Journal of Material Science and Technology Research, 2018, 5, 28-38, J. Schneider u.a., Proc. 9. International Conf. Magnetism and Metallurgy WMM20, November Rome, Italy (2020) p.143, ISBN 978-88-900033-1-8 gezeigt wird.
Beispielhaft präsentiert 1a bis c typische OIM (orientation image map; Abbild der Verteilung der kristallographischen Orientierungen) verschieden gefertigter Ausgangsbänder einer FeSi2.4 Legierung:

Material 1 in 1a - klassische Warmbandfertigung;
Material 2 in 1b - geänderte Prozessführung bei der Fertigung des Warmbandes (Route 1);
Material 3 in 1c- Warmbandglühung in einem separaten Prozessschritt vor dem Kaltwalzen (Route 2).

Die OIM charakterisiert das Gefüge (Kornstruktur) als auch die kristallographische Orientierung der Körner im Gefüge. Das Ausgangsband gefertigt nach Route 1 (Fig, 1b) weist eine inhomogene Mikrostruktur über den Bandquerschnitt, gekennzeichnet durch rekristallisierte Bereiche und teilweise deformierte Bereiche auf, Das Ausgangsband gefertigt nach Route 2 (Fig, 1c) zeigt ebenso eine räumlich inhomogene, zumeist völlig rekristallisierte Mikrostruktur über den Bandquerschnitt. Das Ausgangsband gefertigt in klassischer Weise (Fig,1a) besitzt mehr oder weniger eine deformierte Mikrostruktur über den Querschnitt.
2 verdeutlich, wie die kristallographische Orientierung der Körner im Gefüge identifiziert wird.
Beispielhaft zeigt 3a bis c die dazugehörigen ODF (orientation distribution function;-Orientierungsverteilungsfunktion) bei φ₂=45° der verschieden gefertigten Ausgangsbänder dieser FeSi2.4 Legierung:

Material 1 in 3a - klassische Warmbandfertigung;
Material 2 in 3b - geänderte Prozessführung bei der Fertigung des Warmbandes (Route 1);
Material 3 in 3c - Warmbandglühung in einem separaten Prozessschritt vor dem Kaltwalzen (Route 2)

4 zeigt die Sichtbarmachung von Texturen anhand der ODF (φ₂=45°) Vorteilhafte magnetische Texturen für nichtorientiertes Elektroband sind hierbei die Texturen der kubischen Faser sowie der α*- Faser
5 a bis c zeigt metallographische Aufnahmen der Mikrostruktur zu diesen Ausgangsbändern:

Material 1 in 5a - klassischen Warmbandfertigung,
Material 2 in 5b - Fertigung nach der Route 1 mit rekristallisierten Bereichen und teilweise deformierten Bereichen;
Material 3 in 5c hergestellt nach Route 2 mit einer räumlich inhomogene rekristallisierten Mikrostruktur über den Bandquerschnitt, wobei je nach der Warmbandglühung auch noch verformte Teilbereiche (langgestreckte Körner in Walzrichtung) auffindbar sein können.

6a bis 6c zeigt die IQ von Ausgangsbändern entsprechend 1 nach dem klassischen Kaltwalzen. Es treten für das Ausgangsband gefertigt nach Route 1 (Fig, 6b) und Route 2 ( 6c) nach dem klassischen Kaltwalzen im Vergleich zu dem Ausgangsband gefertigt in klassische Weise (Fig, 6a) breite Zonen über den Querschnitt mit unterschiedlicher Verformung charakterisiert durch geringe bzw. große Werte der Strukturdefekte (IQ) auf.
Ergänzend enthalten die 7a bis 7c die metallographischen Figuren von den Ausgangsbändern entsprechend 1 nach dem klassischen Kaltwalzen. Im Unterschied zum Ausgangsband gefertigt in klassischer Weise (7a) wird eine merkliche Intensität von Scherbändern im Falle des Ausgangsbandes gefertigt nach Route 1 (7b) sowie Route 2 (Fig, 7c) erhalten.
8a bis 8c zeigt die OIM (Abbild der Verteilung der kristallographischen Orientierungen) nach dem klassischen Kaltwalzen:

8a. - Ausgangsband nach klassischem Warmwalzen,
8b. - Ausgangsband gefertigt nach Route 1
8c - Ausgangsband gefertigt nach Route 2

Die Ausgangsbänder gefertigt nach Route 1 und 2 weisen gegenüber dem Ausgangsband gefertigt auf dem klassischen Weg längs der Walzrichtung ausgeprägte breite Bereiche mit kubischer Fasertextur (001), getrennt durch Bereiche mit γ - Textur (111) auf.
Im nachfolgenden werden an einem Ausführungsbeispiel die resultierenden charakteristischen Merkmale in Bezug auf die Mikrostruktur und Textur nach dem warmen Kaltwalzen bei Einsatz eines Ausgangsbandes gefertigt nach Route 1 aufgezeigt. Wie ein Vergleich mit den charakteristischen Merkmalen nach klassischen Kaltwalzen zeigt, werden die gleichen Merkmale erreicht, was von Bedeutung für die Fertigung von höherpermeablen nichtorientierten Elektroblechsorten auf dem Wege des warmen Kaltwalzens ist.
Aus einem ferritischer FeSi-Stahl mit geringen C-Gehalten von ≤ 0,005 Masse-% und mit hoher Reinheit in Bezug auf die Begleitelemente O < 0,005 Masse-%, sowie N, S von jeweils ≤ 0,005 Masse-% wurde ein Ausgangsband in einer Dicke von 2 mm nach Route 1 hergestellt. Die Startemperatur beim Wamwalzen war 1050°C, die Endtemperatur des Walzes war 870°C und die Haspel-Temperatur betrug 750°C (Wämebehandlung). Der letzte Stich beim Warmwalzen erfolgte mit einer sehr geringen Abnahme.
9 zeigt die ODF des Ausgangsbandes für das warme Kaltwalzen mit einer merklichen Reduzierung der magnetisch unerwünschten Texturen: α - Textur sowie der γ - Textur. Das Ausgangsband weist die bekannte optimale Textur für die Fertigung von höherpermeablen nichtorientierten Elektroblech auf.
10 zeigt die metallographische Aufnahme des Ausgangsbandes für das warme Kaltwalzen:

Das Ausgangsband weist eine inhomogene Mikrostruktur über den Bandquerschnitt auf, gekennzeichnet durch rekristallisierte und teilweise noch verformte Bereiche auf.
Das Walzen von 2 mm auf Enddicke von 0,5 mm mittels warmen Kaltwalzens erfolgte in drei Stichen bei einer Temperatur von 220 °C bzw. 320 °C vor Beginn des Walzens.
Die resultierende Mikrostruktur und Textur nach dem warmen Kaltwalzen zeigen die 11 und 12 anhand der IQ, OIM sowie der Misorientierung und der ODF.

Im Einzelnen:

11a: IQ nach warmen Kaltwalzen bei 220°C
11b: OIM nach warmen Kaltwalzen bei 220°C
11c: Verteilung der Misorientierung nach warmen Kaltwalzen bei 220°C
11d: ODF über den Querschnitt nach warmem Kaltwalzen bei 220 °C vor Beginn des Walzens
12a: IQ nach warmen Kaltwalzen bei 320°C
12b: OIM nach warmen Kaltwalzen bei 320°C
12c: Verteilung der Misorientierung nach warmen Kaltwalzen bei 320°C
12d: ODF über den Querschnitt nach warmem Kaltwalzen bei 320 °C vor Beginn des Walzens
13 zeigt zum Vergleich die IQ, OIM, Misorientierung und ODF nach dem klassischen Kaltwalzen bei Raumtemperatur. Im Einzelnen:
- 13a: IQ nach klassischen Kaltwalzen
- 13b: OIM nach klassischen Kaltwalzen
- 13c: Verteilung der Misorientierung nach klassischen Kaltwalzen
- 13d: ODF über den Querschnitt nach klassischen Kaltwalzen

Es ergibt sich nach dem warmen Kaltwalzen das in Anspruch 2 beschriebene Erscheinungsbild für die Mikrostruktur und Textur, die sich in ihrer Natur qualitativ nicht von der beim klassischen Kaltwalzen unterscheidet. Die Misorientierung weist auf keinerlei Rekristallisationsvorgänge beim warmen Kaltwalzen hin. Die Abweichungen in der Intensität der Misorientierung bei kleinen Winkeln sind auf Erholungsvorgänge zurückzuführen und sind wie oben beschreiben nicht relevant. Die Misorientierungsverteilung charakterisiert auftretende Prozesse der Erholung und Rekristallisation. Änderungen in der Intensität bei kleinen Winkeln (Misorientierungswinkel < 15°) weisen auf Erholungseffekte hin. Eine Zunahme der Intensität bei großen Winkeln > 15° zeigen Rekristallisationsvorgänge an.
Zitierte Nichtpatentliteratur:

Worch, Pompe, Schatt: Werkstoffwissenschaft. 10. Ausgabe, S. 319- 321; Wiley-VCH Verlag 2011;
G. Gottstein: Physikalische Grundlagen der Materialkunde. Springer Berlin Heidelberg 2007;
C. Bilgen et al, „QSP-DUE - Danieli's ultimate technology for non-oriented electrical steel production“, Proc. 9. International Conf. Magnetism and Metallurgy WMM20, November Rome, Italy (2020) p.143, ISBN 978-88-900033-1-8;
A. Franke u.a., Proc. 8. International Conf. Magnetism and Metallurgy WMM18, June Dresden, Germany (2018) Part II, p.612, ISBN 978-3-86012-579-3;
A. Franke u.a.; Journal of Material Science and Technology Research, 2018, 5, 28-38;
J. Schneider u.a., Proc. 9. International Conf. Magnetism and Metallurgy WMM20, November Rome, Italy (2020) p.143, ISBN 978-88-900033-1-8.

Bezugszeichenliste

1: γ - Textur, Gamma Fasertextur
2: Kubische Fasertextur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0469980 B1 [0005]
DE 4005807 C2 [0005, 0009]
DE 19918484 A1 [0006]
EP 1194600 B1 [0006]
WO 9942626 [0006]
DE 10015691 C1 [0007]
AT 372707 B [0009]
WO 2018/019602 A1 [0012]
EP 1509627 B1 [0012]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 46 400 [0002]
Worch, Pompe, Schatt: Werkstoffwissenschaft. 10. Ausgabe, S. 319- 321; Wiley-VCH Verlag 2011; G. Gottstein: Physikalische Grundlagen der Materialkunde. Springer Berlin Heidelberg 2007 [0014]
Bilgen et al, „QSP-DUE - Danieli's ultimate technology for non-oriented electrical steel production“, Proc. 9. International Conf. Magnetism and Metallurgy WMM20, November Rome, Italy (2020) p.143 [0024]
Worch, Pompe, Schatt: Werkstoffwissenschaft. 10. Ausgabe, S. 319- 321; Wiley-VCH Verlag 2011 [0053]
G. Gottstein: Physikalische Grundlagen der Materialkunde. Springer Berlin Heidelberg 2007 [0053]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines höherpermeablen nicht-kornorientierten Elektroblechs auf Basis von FeSi-Stahl mit einem Gehalt von Si im Bereich von größer 1 Masse-% bis 3,5 Masse-% und kleiner 1, 8 Masse-% AI, weiteren Legierungselementen wie z. B Mn, P und Rest Eisen sowie üblichen Begleitelementen, gefertigt durch warmes Kaltwalzen eines Ausgangsbandes mit einer Dicke im Bereich von 0,8 mm bis 2,5 mm bei erhöhten Temperaturen oberhalb von 200°C und kleiner 500°C in mehreren Stichen mit einem Gesamtumformgrad größer 60% auf eine Enddicke im Bereich von 0,1 bis 0,75 mm vor dem Schlußglühen, wobei das Ausgangsband - Route1, mittels Warmwalzen durch anlagenspezifisch abgestimmte Wahl der Starttemperatur T > 900 °C, der Umformgrade pro Stich, der Wahl der Endwalztemperatur T ≥ 800 °C sowie Art der Abkühlung und Wahl der Haspeltemperatur T > 500 °C für eine Wärmbehandlung beim Coiling Prozess nach dem letzten Stich derart erzeugt wird, dass das Ausgangsband eine inhomogene Mikrostruktur über den Bandquerschnitt, gekennzeichnet durch rekristallisierte Bereiche und teilweise deformierte Bereiche aufweist, oder - Route 2, mittels Warmwalzen und einer zusätzlichen Warmbandglühung im Temperaturbereich von 750°C bis 900°C in einem zusätzlichen Prozessschritt nach Beendigung des Warmwalzens und vor dem warmen Kaltwalzen derart erzeugt wird, dass das Ausgangsband eine räumlich inhomogenen rekristallisierte Mikrostruktur über den Querschnitt aufweist, und wobei das Ausgangsband jeweils eine erhöhte Intensität der Komponenten der kubischen Fasertextur neben üblichen hohen Intensitäten der α- Textur, der γ- Textur sowie der rotierten kubischen Texturkomponente aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, dass das warme Kaltwalzen auf Enddicke reversierend mit einem eingerüstigen oder mehrgerüstigen Walzanlage erfolgt, wobei eine Reduzierung der Fließspannung in den Walzstichen beim warmen Kaltwalzen von >10% erreicht wird, dadurch gekennzeichnet, dass sich nach dem -warmen Kaltwalzen eine inhomogene Deformationsstruktur über den gesamten Bandquerschnitt, bestehend aus breiten Zonen mit unterschiedlicher Verformung, charakterisiert durch geringe bzw. große Werte der Strukturdefekte (IQ), sowie gekennzeichnet durch unterschiedliche Dichte an Scherbändern, wobei in diesen Zonen längs der Walzrichtung ausgeprägte breite Bereiche mit kubischer Fasertextur auftreten getrennt durch Bereiche mit γ - Textur (OIM, ODF).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsband mittels direktem Walzen aus der Gießhitze, welches einstufig (z.B. CSP, Bandgießen) oder mehrstufig (z.B. ISP, EPS, QSP-DUE) gestaltet sein kann, hergestellt wird, oder durch Walzen nach Wiedererwärmung des gegossenen Stahls in eine Bramme erfolgt, wobei eine Entzunderung in den Walzprozess integriert ist und wobei jeweils eine anlagenspezifisch abgestimmte Temperaturführung zwischen den Gerüsten und insbesondere nach dem letzten Stich des Warmwalzens erforderlich ist.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet dass das Warmband bei einer ersten hohen Temperatur eine ferritische, bei einer unter der ersten Temperatur liegenden zweiten Temperatur eine ferritisch /austenitische, bei einer unter der zweiten Temperatur liegenden dritten Temperatur eine austenitische, bei einer unter der dritten Temperatur liegenden vierten Temperatur eine austenitsch / ferritische und bei einer unter der vierten Temperatur liegenden fünften Temperatur wieder eine ferritische Gefügestruktur aufweist und gefertigt nach Route 1 gegebenenfalls zusätzlich eine Warmbandglühung nach Beendigung des Warmwalzens vor dem warmen Kaltwalzen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein ferritischer FeSi-Stahl mit geringen C-Gehalten von ≤ 0,005 Masse-% und mit hoher Reinheit in Bezug auf die Begleitelemente O < 0,005 Masse-% sowie N, S von jeweils ≤ 0,005 Masse-% eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsband in der Dicke von 0,8 mm bis 1,2 mm erzeugt mittels Gießwalzen (Thin Strip oder Thin Slab: CSP, ISP, ESP, QSP - DUE) eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Ausgangsband vor dem warmen Kaltwalzen auf Enddicke mechanisch oder chemisch entzundert wird, gegebenenfalls online mit einer vorangehenden Glühung des Ausgangbandes (Glühbeizen).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das warme Kaltwalzen auf Enddicken zwischen 0,1 bis 0,5 mm vor dem sich anschließenden Schlussglühen im Durchlaufofen oder als Haubenglühung im Bereich von 850°C bis 1100°C ohne ein zusätzliches Zwischenglühen in einem zusätzlichen Prozessschritt im Gesamtprozess des warmen Kaltwalzens erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ausgangsband kontinuierlich oberflächengereinigt und anschließend auf die Temperaturen beim warmen Kaltwalzen, vorteilhaft induktiv, erwärmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das oberflächengereinigte Ausgangsband als Bund auf die Walztemperatur beim warmen Kaltwalzen auf Enddicke erwärmt wird.
Verwendung eines höherpermeablen, nichtkornorientierten Elektroblechs, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 im Elektromaschinenbau, insbesondere in rotierenden und nichtrotierenden Maschinen und Anwendungen.