DE2542173A1 - Verfahren zur herstellung von kornorientiertem siliciumstahl - Google Patents

Verfahren zur herstellung von kornorientiertem siliciumstahl

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Description

Patentanwälte Dipl.-Ing F. ^eicfm^nn,
Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber
H/WE/ZB
Case Έ/Π09 8 München 86, den
POSTFACH 860 820
MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 98 3921/22
British Steel Corporation, London, England 33 Grosvenor Place
Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Siliciumstahl
Die Erfindung betrifft die Herstellung von kornorientiertem Siliciumstahlblech bzw. Elektroblech (in der vorliegenden Anmeldung werden die beiden Ausdrücke synonym verwendet) oder -streifen bzv/. -band mit niedrigem Kernverlust und das in magnetischem Kernmaterial in elektrischen Vorrichtungen wie Transformatoren und ähnlichen Vorrichtungen verwendet wird. Ein solches Material besitzt eine bevorzugte Kornorientierung oder ein bevorzugtes Gefüge, definiert in Miller-Indices als (110) 001, d. h. die individuellen Körner, die das Blech oder den Streifen ergeben, haben ihre (110) kristallographisehen Ebenen hauptsächlich parallel zu der Blechoder Streifenoberfläche und ihre 001 kristallographisehen Richtungen verlaufen hauptsächlich parallel zu der Walzrichtung des Blechs oder Streifens.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren für die Herstellung von kornorientiertem Siliciumstahl für elektromagnetische Anwendungen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man
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nach einem üblichen Raffinierverfahren einen Stahl herstellt, wobei man eine Platte erhält mit einem Kohlenstoffgehalt bis zu 0,08 Gew.-?6 und einem Siliciumgehalt, der zwischen 2,5 % und 3,5 % liegt, die Platte zu einem Streifen heiß verwalzt, der bei einer Temperatur im Bereich von 8500C bis 10500C angelassen bzw. geglüht wird, der geglühte Streifen im wesentlichen bis zu der Enddicke kaltgewalzt wird, der kaltgewalzte Streifen einerEntkohlungsglühung bei einer Temperatur im Bereich von 850 bis 10500C unterworfen wird, um die Kohlenstoffkonzentration auf weniger als 0,05 % zu erniedrigen und der Streifen einer Endglühung bei einer Temperatur bis zu 12000C unterworfen wird.
Bevorzugt wird die Platte zu einem heißen Band mit einer Dicke im Bereich von 1,5 bis 3,0 mm reduziert.
Das Endglühen ist bevorzugt ein Kistenglühen, welches bevorzugt im Bereich von 1150 bis 1200°C durchgeführt wird.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform enthält der Stahl der Platte geeigneterweise Mangan und Schwefel, die sich anschließend verbinden, und Mangansulfidniederschläge in dem heißgewalzten Blech oder Streifen bilden. Diese Mangansulfidprezipitate wirken anschließend als Kornwachstumsinhibitor und sind wirksam, um ein Material zu ergeben, das gute Kernverlusteigenschaften besitzt. Das Mangansulfid wird erhalten, indem man Mangan in einer Konzentration bis zu 0,1 Gew.-% zu der Stahlschmelze bei irgendeiner geeigneten Stufe bis zum Gießen des Rohblocks für die Plattenbildung zugibt.
Bei dieser erfindungsgemäßen Ausführungsform kann sich der Rohblock von einer Schmelze ableiten, die bei einem bekannten Stahlherstellungsverfahren
typischerweise auf 0,02 % bis 0,035 % Kohlenstoff, 2,8 % bis
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3,5 % Silicium, 0,02 % bis 0,03 % Schwefel und 0,05 % bis " 0,09 % Mangan eingestellt ist, wobei der Rest aus Eisen und üblichen Verunreinigungen besteht. Platten, die aus solchen Schmelzen entweder durch Gießen von Rohblöcken und Heißwalzen oder direkt durch kontinuierliches Plattengießen erhalten werden, werden bei einer Temperatur im Bereich von 1350 bis 14OO°C wieder erwärmt und zu Streifen zweckdienlich mit einer Dicke von 1,9 mm heißgewalzt. Die Parameter beim Heißwalzen können die sein, die man üblicherweise auf diesem Gebiet verwendet.
Das so gebildete Warmband kann zwischen 850 und 10000C typischerweise einige Minuten geglüht werden und dann kalt bis zur Enddicke ohne Zwischenglühen gewalzt werden. Der kaltgewalzte Streifen wird dann kontinuierlich in feuchtem Wasserstoff oder in einer anderen Entkohlungsatmosphäre, bevorzugt zwischen 9000C bis 10000C geglüht, obgleich irgendeine Temperatur im Bereich von 850 bis 10500C verwendet werden kann.
Die Entkohlungstemperatur, die höher ist als die üblicherweise verwendete, kann während der Zeit, wo der Streifen oder das Blech in dem Glühofen verbleiben, im wesentlichen konstant gehalten werden. Jedoch kann der Glühofen so ausgebildet sein, daß der Streifen durch zwei unterschiedliche Temperaturbereiche erwärmt wird, die dazu dienen, die Kohlenstoff kmzentration zu vermindern und die erforderlichen magnetischen Endeigenschaften zu entwickeln. Zweckdienlich wird der Streifen in einem typischen Glühofen über zwei Temperaturbereiche erwärmt, die sich zwischen 800 bis 8500C und zwischen 900 bis 10000C erstrecken. Die Reihenfolge der Niedrigtemperatur- und Hochtemperaturbereiche kann jedoch gegebenenfalls umgekehrt werden.
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Die Verwendung einer Entkohlungsglühtemperatur bis zu 10500C, die höher ist als üblicherweise verwendet, ermöglicht, daß eine gute Sekundärumkristallisation während der nachfolgenden Kistenglühung auftritt, die zweckdienlicherweise während ungefähr 24 Stunden bei einer Temperatur bis zu 11900C durchgeführt wird. Man nimmt an, daß eine solche sekundäre Umkristallisation nicht bei einem in einer Stufe kaltgewalzten Material auftreten würde, welches innerhalb dem normalen Temperaturbereich zwischen 800 bis 850 C entkohlt wird, wie er zur Zeit bei bekannten Verfahren für die Herstellung von kornorientierten Siliciumstählen verwendet wird.
Bei einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform kann der Stahl Aluminiumnitrid als Kornwachstumsinhibitor zusätzlich zu Mangänsulfid enthalten. In diesem Fall wird das Aluminiumnitrid gebildet, indem man den Stahl mit Aluminium bei irgendeiner Stufe bis zum Gießen des Rohblocks impft, so daß die Endkonzentration an saurem löslichem Aluminium bis zu 0,065 Gew.-% beträgt. Bei dieser anderen Ausführungsform wird der Stahl wieder aus einer Schmelze gebildet, die bei irgendeinem bekannten Stahlherstellungsverfahren anfällt, und typischerweise so eingestellt ist, daß sie 0,02 bis 0,06 % Kohlenstoff, 2,5 bis 3,5 % Silicium, 0,01 bis 0,06 % saures lösliches Aluminium, 0,05 bis 0,1 % Mangan und 0,02 bis 0,03 % Schwefel enthält, wobei der Rest aus Eisen und anderen üblichen bzw.zufälligen Verunreinigungen besteht. Nach dem Gießen zu Rohblöcken und Walzen zu Platten werden die Platten innerhalb eines Temperaturbereichs von 1350 bis 140O0C wiedererwärmt und heiß zu Streifen mit einer Dicke von ungefähr 2,8 mm gewalzt.
Erfindungsgemäß wird das heiße Band, das so hergestellt wurde, bei einer Temperatur zwischen 850 bis 10000C geglüht,
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das heißt bei einer beachtlich niedrigeren Temperatur als . bei den bekannten Fertigbearbeitungsverfahren, bei denen Aluminiumnitrid als Kornwachstumsinhibitor verwendet wird, und nach dem Plattenausputzen wird es direkt kalt im wesentlichen zu der Endstärke gewalzt.
Der kaltgewalzte Streifen wird einer Entkohlungsglühung bei einer Temperatur im Bereich von 850 bis 10500C unterworfen und anschließend kistengeglüht, während ungefähr 24 Stunden bei 11900C. Wie zuvor kann das Glühen in einem geeigneten Ofen durchgeführt werden, der einen Temperaturgradienten aufweist einschließlich von zwei Temperaturniveaus.
Man nimmt an, daß die nicht-übliche Kombination von Heißbandglühen und Entkohlungstemperatur kornorientiertes Material mit magnetischen Eigenschaften ergibt, die mindestens äquivalent sind, zu denen die man bei den teureren anderen Verfahren erhält.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Beispiel 1
Ein Siemens-Martin-Stahl mit einer Gruben- bzw. Schachtanalyse von 0,029 % C, 0,079 % Mn, 0,028 % S, 3,18 % Si, 0,007 % P, 0,0065 % N2, 0,116 % Cu, 0,044 % Ni und 0,018 % Sn wird zu Rohblöcken gegossen, die anschließend zu Platten gewalzt werden. Die Platten werden nach dem Wiedererwärmen auf ungefähr 14OO°C auf einem kontinuierlichen Heizstreifenwalzwerk gewalzt, um heißgewalzte Streifen 1,92 mm dick herzustellen. Bleche aus diesen heißgewalzten Streifen werden bei 9100C während einer gesamten Verweilzeit von 5 min geglüht. Nach dem Beizen werden diese Bleche kalt auf eine Dicke von 0,337 mm in verschiedenen Durchgängen ohne Zwischenglühen gewalzt. Die kaltgewalzten Bleche werden dann zur Ent-
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kohlung bei 95O°C während ungefähr 5 rain in Wasserstoff mit einem Taupunkt von 60°C geglüht. Nach dem Beschichten mit Magnesia werden die entkohlten Bleche bei ungefähr 11900C während ungefähr 24 Stunden geglüht. Epstein-Proben werden aus dem geglühten Material herausgeschnitten und ergeben nach dem Entspannungsglühen KernverXustwerte von 1,03 bis 1,09 W/kg bei 1,5 T und 50 Hz. Diese Werte liegen alle innerhalb der M 6-Gütestufen-Spezifikation von 1,11 W/kg für diese Materialdicke.
Beispiel 2
Eine vakuumentgaste Schmelze aus einem basischen Sauerstoffkonverter wurde zu Rohblöcken gegossen, die anschließend zu Platten heißgewalzt wurden. Die Platten wurden nach dem Erwärmen auf ungefähr 14OO°C auf einem kontinuierlichen Heißstreifenwalzwerk gewalzt, um heißgewalzte Streifen mit einer Dicke von 2,97 mm herzustellen. Die heißgewalzten Streifen zeigten die folgende Analyse: 0,041 % C, 0,080 % Mn, 2,94 % Si, 0,024 % S, 0,013 % P, 0,007 % N2 und 0,025 % saures lösliches Al. Bleche aus diesem heißgewalzten Streifen werden bei 9000C bis 9100C während einer Gesamtverweilzeit von 5 min geglüht. Nach dem Beizen werden diese Bleche auf eine Dicke von 0,337 mm in verschiedenen Durchgängen ohne zwischenzeitliches Glühen kaltgewalzt. Die kaltgewalzten Bleche werden dann bei 95O0C während ungefähr 5 min in Wasserstoff mit einem Taupunkt von 60°C zur Entkohlung geglüht. Nach dem Beschichten mit Magnesia werden die entkohlten Bleche bei ungefähr 11900C während ungefähr 24 Stunden geglüht. Das so gebildete Material besitzt eine ausgezeichnete Orientierung des (110) 001-Typs und ergibt die folgenden magnetischen Versuchsergebnisse:
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Kernverlust bei 1,5 T, 50 Hz - 0,91 - 1,00 W/kg durchschnittlich 0,96 W/kg
Kernverlust bei 1,7 T, 50 Hz - 1,16 - 1,36 W/kg, durchschnittlich 1,28 W/kg
B bei H = 1kA/m - 1,90 - 1,94 T, durchschnitt
lich 1,92 T.
Beispiel 3
Ein Siemens-Martin-Stahl mit einer Gruben- bzw. Schachtanalyse von 0,024 % C, 0,087 % Mn, 0,027 % S, 3,08 % Si, 0,008 % P, 0,007 % N2, 0,142 % Cu, 0,058 % Ni, 0,018 % Sn wird zu Rohblöcken gegossen, die anschließend zu Platten gewalzt werden. Nach dem Wiedererwärmen auf 14OO°C \*erden die Platten auf einem kontinuierlichen Heißstreifenwalzwerk unter Herstellung von heißgewalzten Streifen mit einer Dicke von 2,28 mm gewalzt. Bleche von diesen heißgewalzten Streifen werden bei 10000C während einer Gesamtverweilzeit von 5 min geglüht. Nach dem Beizen werden diese Bleche auf eine Dicke von 0,337 mm in verschiedenen Durchgängen ohne Zwischenglühen gewalzt. Die kaltgewalzten Bleche werden dann bei 900 C während ungefähr 5 min in Wasserstoff (Taupunkt + 600C) entkohlt. Nach dem Beschichten mit Magnesia werden die entkohlten Bleche bei ungefähr 11900C während 24 Stunden geglüht. Epstein-Proben werden aus dem geglühten Material herausgeschnitten und zeigen nach dem Entspannungsglühen Kernverlustwerte von 1,06 bis 1,07 bei 1,5 T und 50 Hz und Permeabilitäten von B = 1,78 bis 1,81 bei H = 1kA/m.
Beispiel 4
Eine vakuumentgaste Schmelze aus einem basischen Sauerstoffkonverter wird zu Rohblöcken gegossen, die anschließend kalt zu Platten gewalzt werden. Die Platten werden nach dem Erwärmen auf ungefähr 14OO°C auf einem kontinuierlichen Heiß-
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streifenwalzwerk gewalzt, um heißgewalzte Streifen mit einer Dicke von 2,03 mm herzustellen. Die heißgewalzten Streifen zeigten die folgende Analyse: 0,029 % C, 3,14 % Si, 0,026 % S, 0,008% P, 0,067 % Mh, 0,015 % Ni, 0,042 % Cu, 0,008 % Sn, 0,004290 N, 0,004 % Λ1. Diese heißgewalzten Streifen werden durch einen kontinuierlich arbeitenden Glühofen bei einer Temperatur von 900° C während einer Gesamtzeit im Ofen von 5 min geleitet. Nach dem Beizen wird der Streifen zu einer Dicke von 0,354 mm in verschiedenen Durchgängen ohne Zwischenglühen kaltgewalzt. Die kaltgewalzten Bleche werden dann in einer kontinuierlichen Glühleitung bei 950 C während ungefähr 5 min in Wasserstoff (Taupunkt +600C) zur Entkohlung geglüht.
Nach der Magnesiabeschichtung werden die entkohlten Streifen aufgewickelt und bei 1190 C 24 Stunden geglüht. Das so gebildete Material besitzt eine ausgezeichnete Orientierung des (110) 001-Typs und ergibt die folgenden magnetischen Testergebnisse nach dem Entspannungsglühen:
Kernverlust bei 1,5 T, 50 Hz - 1,03 - 1,13 durchschnittl. 1,07 » " 1,7 T, 50 Hz - 1,47 - 1,61 " 1,53
Permeabilität B bei H = 1kA/m - 1,76 - 1,82 durchschnittl.1,79,
Man beobachtet keine wesentlichen Änderungen der magnetischen Eigenschaften zwischen den Ausführungsformen, bei denen der Streifen zwischen der Entkohlungsglühung und der Endglühung auf Zimmertemperatur abkühlen konnte oder nicht.
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Claims (22)

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Siliciumstahl für elektromagnetische Anwendungen, dadurch gekennzeichnet, daß man nach einem bekannten Raffinierungsverfahren Stahl herstellt, der eine Platte mit einem Kohlenstoffgehalt Ms zu 0,08 Gevf.-% und einem Siliciumgehalt, der
zwischen 2,5 und 3,5 % liegt, ergibt, die Platte zu einem
Streifen heißverwalzt, der bei einer Temperatur im Bereich von 850 bis 10500C geglüht wird, den geglühten Streifen
im wesentlichen zu der Endstärke kaltverwalzt und den kaltgewalzten Streifen einem Entkohlungsglühen bei einer Temperatur im Bereich von 850 bis 1050 C unterwirft, um die
Kohlenstoffkonzentration auf unter 0,005 % zu vermindern,
und den Streifen einer Endglühung bei einer Temperatur bis zu 12000C unterwirrt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl durch basische Sauerstoffraffinierung hergestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl durch Siemens-Martin-Raffinierung hergestellt
wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung des Stahls so eingestellt wird, daß er enthält: 0,02 % bis 0,035 % Kohlenstoff, 2,8 bis 3,5 % Silicium, 0,02 bis 0,03 % Schwefel und
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0,05 Ms 0,09 % Mangan, wobei der Rest aus Eisen und üblichen bzw. zufälligen Verunreinigungen besteht.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl mit Mangan angeimpft wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnesium bis zu einer Konzentration bis zu 0,10 Gew.-% beim Impfen verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl mit Aluminium angeimpft wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl auf eine Zusammensetzung, enthaltend 0,02 bis 0,06 % Kohlenstoff, 2,5 bis 3,5 % Silicium, 0,01 bis 0,06 % saures lösliches Aluminium, 0,05 bis 0,1 % Mangan und 0,02 bis 0,03 % Schwefel, eingestellt wird, wobei der Rest aus Eisen und anderen zufälligen Verunreinigungen besteht.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte auf eine Temperatur im Bereich von 1350 bis 14000C vor dem Heißwalzen erwärmt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Streifen heiß auf eine Dicke im Bereich von 1,5 mm bis 3,0 mm gewalzt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der heißgewalzte Streifen bei ungefähr 9000C geglüht wird.
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12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der kalt verminderte Streifen zur Entkohlung bei einer Temperatur im Bereich von 900 bis 10000C gekühlt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühen für die Entkohlung in einer Atmosphäre aus feuchtem Wasserstoff erfolgt.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Glühen zum Entkohlen eine Glühung bei einer Temperatur im Bereich von 8000C bis 8500C durchgeführt wird oder darauf folgt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,* daß die vorherige oder folgende Glühung eine Entkohlungsglühung ist.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Glühstufen in einem kontinuierlichen Glühofen mit den entsprechenden Temperaturniveaus durchgeführt werden.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechenden Temperaturniveaus in den Bereichen von 800 bis 850°C und 900 bis 10000C liegen.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endglühung bei einer Temperatur von ungefähr 11900C durchgeführt wird.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endglühung eine Kistenglühung ist.
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20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Streifentemperatur auf Umgebungstemperatur zwischen dem Entkohlungs- und Endglühen fällt.
21. Verfahren zur Herstellung eines kornorientierten SiIiciumstahls für die elektromagnetische Anwendung wie in den Beispielen beschrieben.
22. Kornorientierter Siliciumstahl für elektromagnetische Anwendung, hergestellt nach einem Verfahren der vorhergehenden Ansprüche.
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