DE3872954T2

DE3872954T2 - Verfahren zur herstellung von kornorientiertem silicium-stahlblech mit geringen borzusaetzen.

Info

Publication number: DE3872954T2
Application number: DE8888304915T
Authority: DE
Inventors: Anthony Philip More; Carl Philip Stroble
Original assignee: Allegheny Ludlum Corp
Current assignee: Allegheny Ludlum Corp
Priority date: 1987-06-04
Filing date: 1988-05-31
Publication date: 1993-01-14
Anticipated expiration: 2008-06-01
Also published as: JPH01127621A; EP0294981B1; KR890000677A; KR950014313B1; JPH0768581B2; MX167814B; US4878959A; EP0294981A1; DE3872954D1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen von herkömmlichem kornorientiertem Siliziumstahl mit verbesserten magnetischen Eigenschaften. Insbesondere betrifft diese Erfindung ein Verfahren zum Verbessern der Verarbeitung von Siliziumstahl mit Körnern, die als Würfel auf einer Kante orientiert sind, indem kleine aber ausreichende Mengen an Bor in dem Kaltband vorgesehen werden, damit die magnetischen Permeabilitätswerte und Kernverlustwerte verbessert werden.
Bei der Herstellung von kornorientiertem Siliziumstahl ist es bekannt, daß die Goss-Sekundärrekristallisationstextur, [110] [001], in Übereinstimmung mit den Millerschen Indizes, verbesserte magnetische Eigenschaften zum Ergebnis hat, insbesondere die Permeabilität und den Kernverlust gegenüber nichtorientierten Stählen. Die Goss-Textur bezieht sich auf das körperzentrierte Würfelgitter, das das Korn oder den Kristall umfaßt, der in der Position eines Würfels auf einer Kante orientiert ist. Die Textur- oder Kornorientierung dieser Art weist eine Würfelkante parallel zu der Walzrichtung in der Walzebene auf, wobei die (110) Ebene in der Blechebene liegt. Wie es wohl bekannt ist, sind Stähle mit dieser Orientierung durch eine relativ hohe Permeabilität in der Walzrichtung und einer relativ geringen Permeabilität in einer rechtwinkligen Richtung dazu gekennzeichnet.
Bei der Herstellung von kornorientiertem Siliziumstahl umfassen typische Schritte das Bereitstellen einer Schmelze in der Größenordnung von 2-4,5% Silizium, Gießen der Schmelze, wie durch Blockgießen oder fortlaufende Gießverfahren, Warmwalzen des Stahls, Kaltwalzen des Stahls auf eine Enddicke mit einem Zwischenglühen, wenn zwei oder mehrere Kaltwalzstufen verwendet werden, Entkohlen des Stahls, Aufbringen einer feuerfesten Oxidbasisbeschichtung, wie eine Magnesiumoxidbeschichtung, auf dem Stahl, und Fertigtexturglühen des Stahls bei erhöhten Temperaturen, um die erwünschte Sekundärrekristallisation zu erzeugen, und Reinigungsbehandeln, um Verunreinigungen, wie Stickstoff und Schwefel, zu entfernen. Die Entwicklung der Würfel-auf-Kante- Orientierungen hängt von dem Mechanismus der sekundären Rekristallisation ab, wobei während der Rekristallisation sekundäre Würfel-auf-Kante orientierte Körner vorzugsweise auf Kosten von primären Körnern zunehmen, die eine unterschiedliche und unerwünschte Orientierung besitzen.
Kornorientierter Siliziumstahl wird herkömmlicherweise bei elektrischen Anwendungen verwendet, wie bei Leistungstransformatoren, Verteilertransformatoren, Generatoren und ähnlichen. Der Siliziumanteil des Stahls und die elektrischen Anwendungen erlauben zyklische Änderungen des angewandten Magnetfeldes mit begrenztem Energieverlust, der als Kernverlust bezeichnet wird. Es ist deshalb wünschenswert, bei Stahl vön diesem Typ den Kernverlust zu verringern. Es ist bekannt, daß der Kernverlust durch zwei Hauptkomponenten gebildet wird, durch die aufgrund des Hysteresiseffekts und die aufgrund von Wirbelströmen. Die Größe der Wirbelströme ist auch durch den Widerstand des Weges begrenzt, durch den sie hindurchfließen. Der Widerstand des Kernmaterials wird durch den spezifischen, elektrischen Widerstand des Materials und seine Dicke oder Querschnittsfläche bestimmt. Infolgedessen ist es wünschenswert, wie es durch einen Trend in der Industrie gezeigt ist, daß magnetische Materialien mit hohem spezifischem, elektrischem Widerstand in dünnen Blechen erzeugt werden, damit die Wirbelstromverluste minimal gehalten werden.
Vielzählige Versuche sind gemacht worden, um die Qualität von Würfel-auf-Kante kornorientierten elektromagnetischen Siliziumstählen durch Hinzufügen von Bor zu der Stahlschmelze zu verbessern. Beispielsweise verwendet das US-Patent 3 873 381, das am 25. Mai 1975 erteilt worden ist, Bor- und Stickstoffzusätze zusätzlich zu dem Vorhandensein von Mangan und Schwefel, um das Kornwachsen während der primären Kornwachsstufe zu steuern. Die Druckschrift offenbart die Notwendigkeit großer Mengen an Bor in der Größenordnung von 20 bis 120 Teile pro Million (ppm) und Stickstoff in der Größenordnung von 3 bis 10 ppm in der Stahlschmelze. Das sich ergebende Kaltband wird dann einer besonderen Verarbeitung unter Einschluß einer nassen Entkohlungsatmosphäre ausgesetzt.
Andere Versuche, um die magnetischen Eigenschaften zu verbessern, schließen das Hinzufügen zu der Silizium-Eisen-Schmelze von einer kleineren Menge an Bor zu der Schmelze derart ein, daß das Warmband eine kleine, jedoch kritische Menge an Bor in kritischen Anteilen zu dem Stickstoffanteil des Metalls enthält, wobei Mangan und Schwefel gesteuert werden, um Siliziumstähle mit hoher Permeabilität zu erreichen. Das US-Patent 3 905 842, das am 16. September 1975 erteilt wurde, offenbart das Hinzufügen einer Borquelle zu der Schmelze und das anschließende Verarbeiten der Schmelze, um ein kaltgewalztes Blech zu liefern, das 5 bis 45 ppm Bor und von 15 bis 95 ppm Stickstoff enthält und wobei die Anteile von Stickstoff und Bor im Verhältnis von 2 bis 4 Teilen Stickstoff zu einem Teil Bor liegen. Schwefel kann im Bereich von 0,007 bis 0,06 Gew.-% und Mangang von 0,002 bis 0,1 Gew.-% liegen. Der Stahl der Druckschrift schließt wenigstens 0,007 % Schwefel in gelöster Form während des Endtexturglühens ein. Ein ähnlicher Stahl ist in dem US-Patent 3 905 843, das am 16.September 1975 erteilt wurde, geoffenbart, bei dem das Verhältnis von Stickstoff zu Bor von 1 bis 15 reicht und das Verhältnis von Mangan zu Schwefel auf weniger als 2,1 aufrechtgehalten wird. Die Kaltwalz-Arbeitspläne für die Verarbeitung bei diesen beiden Druckschriften umfassen einen Zwischenglühschritt zwischen den Kaltwalzstufen und eine starke Fertigkaltreduktion in der Größenordnung von mehr als 70% oder 80% oder mehr auf die Enddicke.
Andere Versuche sind unternommen worden, um das Silizium-Eisen-Blechherstellungsverfahren zu vereinfachen, indem ein Verarbeitungsschritt ausgeschaltet wurde, wie durch Ändern eines zweistufigen Kaltwalzvorgangs auf einen unmittelbaren Kaltwalzvorgang. Das US-Patent 3 957 546, das am 18. Mai 1976 erteilt wurde, offenbart, daß, wenn das Mangan-Schwefel-Verhältnis kleiner als 1,8 ist, das Warmband unmittelbar auf die Enddicke ohne Zwischenglühung kaltgewalzt werden kann. Eine Verbesserung bei dem unmittelbaren Kaltwalzvorgang ist in dem US-Patent 4 078 952 geoffenbart, das am 14. März 1978 erteilt wurde. Diese Druckschrift offenbarte die Vorbereitung eines Bandes von einer Schmelze, die 6 bis 18 ppm Bor enthält, und das Erzeugen eines Warmbandes, das ein Mangan-Schwefel-Verhältnis von weniger als 1,83 besitzt, zu dem Zwecke, daß eine Gleichförmigkeit zwischen dem Anfangsende und dem Abschlußende von Spulen geschaffen wird.
Obgleich es aus den obengenannten Patenten bekannt ist, daß die Qualität von elektromagnetischem Siliziumstahl dadurch verbessert werden kann, daß gesteuerte Bormengen der Schmelze hinzugefügt werden, um sogenannte Hochpermeabilitätsstähle zu erzeugen, die Permeabilitäten von wenigstens 1870 (G/0e) bei 10 Oersted und Kernverluste von nicht mehr als 0,700 Watt pro Pfund (WPP) (1,544 Watt pro kg) bei 17 Kilogaus besitzen, so besteht wie bei den meisten Verfahren die Notwendigkeit einer Verbesserung. Das US-Patent 4 000 015, das am 28. Dezember 1976 erteilt wurde, offenbart ein Verfahren zum Steuern des Taupunktes der wasserstoffhaltigen Atmosphäre, die verwendet wird, um borhaltige, kornorientierte Siliziumstähle, die eine Würfel-auf-Kante-Orientierung besitzen, zu entkohlen. Bei solchen Stählen ist auch in dem US-Patent 4 054 470, das am 18. Oktober 1977 erteilt worden ist, geoffenbart worden, daß Kupfer in der Stahlschmelze zum Zwecke der Hemmung, eines primären Kornwachsens vorhanden sein kann. Das US-Patent 4 338 144, das am 6. Juli 1982 erteilt wurde, offenbart, die borhaltige Zusammensetzung zu verändern, um weniger als 20 ppm gelösten Stickstoff und ein Mangan-Schwefel-Verhältnis von wenigstens 2,1 aufzuweisen, und daraufhin das Blech in einer stickstoffhaltigen Wasserstoffatmosphäre auf eine Temperatur zu erwärmen, die ausreicht, eine sekundäre Rekristallisation zu bewirken. Es ist auch bekannt, daß hohe Borpegel in Siliziumstahl dazu neigen, Sprödigkeit zu fördern und die Fähigkeit den Stahl zu schweißen, verringern. Schweißen kann ein bedeutender Vorgang in dem Verfahren sein, die Verarbeitung zu erleichtern, die Produktion zu erhöhen und Kosten bei der Herstellungsproduktion zu verringern. Obgleich es bevorzugt wird, warmgewalztes Band vor der weiteren Verarbeitung zu schweißen, kann das Schweißen auch bei anderen Produktionsstufen auftreten. Beispielsweise offenbart US-Patent 4 244 757, das am 13. Januar 1981 erteilt wurde, ein Verfahren zur Steuerung von Stickstoff und Phosphor, da von beiden diesen Elementen herausgefunden wurde, daß sie die Schweißbarkeit von Stahl nachteilig beeinflussen.
Es ist auch bekannt, daß kornorientierte Siliziumstähle, die relativ große Bormengen enthalten, eine Zunahme bei der sekundären Korngröße zum Ergebnis haben. Typische Siliziumstähle hoher Permeabilität besitzen Korngrößen größer als 10 mm. Der Wirbelstromanteil des Kernverlustes steht in direkter Beziehung mit der Größe der sekundären Körner. Je größer die Korngröße desto größer der Kernverlust. Versuche sind unternommen worden, wie in dem US-Patent 4 548 655, das am 22. Oktober 1985 erteilt worden ist, den Wattverlust dadurch zu verringern, daß feine sekundäre Korngrößen in borhaltigen Siliziumstählen während des Fertigtexturglühens erzielt werden. Eine andere Art zur Verringerung von Kernverlustwerten ist die Verringerung der Blechdicke. US-Patent 4 608 100, das am 26. August 1986 erteilt wurde, offenbart ein Verfahren zum Erzeugen orientierter Siliziumstähle geringer Dicke.
Allgemein wurde die gesamte Entwicklungsarbeit, die sich auf die borhaltigen Stähle bei den obengenannten Patenten bezieht, bei Würfel-auf-Kante kornorientierten Siliziumstählen durchgeführt, die eine Enddicke von ungefähr 10 mils (0,25 mm) oder größer besitzen. Bei solchen Stählen verläßt man sich auf den hohen Boranteil für die primäre Kornwachshemmung, um Siliziumstähle hoher Permeabilität zu schaffen. Solche Siliziumstähle werden im allgemeinen auch Kaltumformungsvorgängen auf die Enddicke ausgesetzt, wobei eine starke Endkaltumformung der Größenordnung von mehr als 80% durchgeführt wird, um die Kornorientierung zu erleichtern.
Was benötigt wird, ist ein Verfahren zum Erzeugen herkömmlichen kornorientierten Siliziumstahls, wobei die Vorteile von Borzusätzen ohne deren Nachteile ausgenutzt werden. Es ist wünschenswert, daß ein Verfahren entwickelt wird, um die Fertigdicke der borhaltigen Stähle auf weniger als nominal 10 mils (0,25 mm) zu verringern, während die sekundäre Korngröße in der Ordnung von herkömmlichen, kornorientierten Siliziumstählen aufrechterhalten wird, die kein Bor enthalten. Ferner ist es wünschenswert, die Schweißbarkeit des hierdurch erzeugten Stahls im Hinblick auf Hochpermeabilitätsstähle zu verbessern, wie solche in dem obengenannten US-Patent 3 905 842. Das verbesserte Verfahren sollte ein Silizium-Eisen-Blech von nominal 10 mils (0,25 mm) oder weniger zum Ergebnis haben, das durch eine magnetische Permeabilität von wenigstens 1850 (G/Oe) bei 10 Oersted gekennzeichnet und verbesserte Kernverlustwerte bezüglich herkömmlicher, kornorientierter Siliziumstähle gekennzeichnet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Erzeugen von Würfel-auf-Kante kornorientiertem Siliziumstahl geschaffen, der verbesserte Kernverlustwerte und magnetische Permeabilitätswerte besitzt, wobei das Verfahren umschließt Herstellen einer Siliziumstahlschmelzenzusammensetzung von 2 bis 4,5 % Silizium, Steuern des Mangan- und Schwefelniveaus und daraufhin Erzeugen daraufhin von 3 bis 10 ppm Bor in einem Stahlstreifen mit Enddicke vor dem Schlußtexturglühen. Das Verfahren umfaßt das Gießen der Schmelze, um davon einen Guß zu bilden, Warmwalzen des Gusses zu einem Warmband, das ein Mangan/Schwefel- und/oder Selenverhältnis von größer als 2,5 aufweist und Kaltbearbeiten des Warmbandes in zwei Stufen. Das Warmband wird kaltverarbeitet zu einem Band mit einer Zwischendicke von 0,018 bis 0,026 Zoll (0,46 bis 0,66 mm) durch eine Umformung von wenigstens 60%, geglüht und daraufhin kaltverarbeitet auf eine Enddicke von 4,5 bis 12 mils (0,11 bis 0,30 mm) und vorzugsweise weniger als 10 mils (0,25 mm) durch eine Endkaltreduktion von 65% bis 75%. Der kaltverarbeitete Streifen mit Enddicke wird geglüht, um eine Entkohlung zu bewirken, eine feuerfeste Oxidbeschichtung wird aufgebracht, und das Band mit Enddicke, das 3 bis 10 ppm Bor darin aufweist, wird schlußtexturgeglüht, um eine Permeabilität von 1850 oder mehr bei 10 Oersted mit sekundären Korngrößen von weniger als 10 mm zu entwickeln, vorzugsweise mit Korngrößen, die mit denjenigen bei herkömmlichen, kornorientierten Siliziumstählen vergleichbar sind.
Allgemein gesagt ist das Verfahren der vorliegenden Erfindung darauf gerichtet, einen herkömmlichen, kornorientierten Siliziumstahl mit einer Würfel-auf-Kante-Orientierung zu erzeugen, der eine abgeänderte chemische Stahlzusammensetzung und abgeänderte Verarbeitungsschritte aufweist.
Das Mangan, der Schwefel und/oder das Selen sind erforderlich, da sie die primären Kornwachsverhinderer bilden, die zur Steuerung der Orientierung des Stahls und seiner davon abhängigen Eigenschaften wesentlich sind. Genauer gesagt verbindet sich das Mangan mit Schwefel und/oder Selen, um Mangansulfid und/oder Manganselenid sowie andere Verbindungen zu bilden. Diese Verbindungen verhindern zusammen ein normales Kornwachsen während des Schlußtexturglühens, während sie zur gleichen Zeit bei der Entwicklung von sekundären, rekristallisierten Körnern helfen, die die erwünschte Würfel-auf-Kante-Orientierung besitzen.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es erforderlich, daß das Verhältnis von Mangan/Schwefel und/oder Selen wenigstens 2,5 oder größer ist. Aus diesem Grund wird das Mangan relativ hoch innerhalb des breiten Bereiches gehalten, und Schwefel und/oder Selen wird bei einem relativ niederen Niveau gehalten. Als Ergebnis davon, solche Mangan-, Schwefel- und Selenniveaus zu halten, damit das Verhältnis von wenigstens 2,5 oder größer geschaffen wird, gibt es Unterschiede in den MnS- und/oder MnSe-Löslichkeiten, die Unterschiede bei dem MnS und/oder MnSe Ausfällungsverhalten bei herkömmlichen kornorientierten Siliziumstahlzusammensetzungen und jenen Hochpermeabilitätszusammensetzungen ergeben, die in den obengenannten Patentschriften angegeben sind. Die Löslichkeitsprodukte stehen auch mit der Stabilität von Einschlüssen beim Erwärmen während des Fertigtexturglühens in Beziehung; je größer das Löslichkeitsprodukt, umso stabiler die Einschlüsse von MnS und/oder MnSe.
Der Mangananteil des Stahls kann bis zu 0,10 Gew.-% reichen und vorzugsweise von einem Minimum von wenigstens 0,04%. Mangan ist für das Unterbindungssystem des Stahls erforderlich. Besonders bevorzugt reicht das Mangan von 0,068 bis 0,085%.
Das primäre Kornwachshemmungssystem erfordert auch das Vorhandensein von Schwefel und/oder Selen. Bis zu 0,035% an Schwefel und/oder Selen sind vorhanden, mit einem Minimum von wenigstens 0,016%. Besonders bevorzugt ist das Vorhandensein eines niederen und engen Bereiches von 0,024 bis 0,028%.
Kupfer kann ebenfalls in dem Stahl bis zu 0,4% und vorzugsweise von 0,1 bis 0,4% vorhanden sein. Wenn Kupfer vorhanden ist, verbindet es sich mit Mangan und/oder Schwefel und/oder Selen, um verschiedene Kupferverbindungen unter Einschluß von Mangan-Kupfersulfid und/oder Mangan-Selenid zu bilden. Zusammen mit Einschlüssen von MnS und/oder MnSe unterbinden diese Verbindungen ein normales Kornwachsen während des Schlußtexturglühens. Als zusätzlicher Vorteil kann Kupfer auch während der Verarbeitung sowie zur Erhöhung des Widerstands des Stahls von Vorteil sein.
Die Stahlschmelze nach der vorliegenden Erfindung schließt bis zu 0,01% Stickstoff, vorzugsweise 0,0005% bis 0,008% und ganz besonders vorzugsweise 0,003 bis 0,0065% Stickstoff ein; bis zu 0,008% Kohlenstoff, vorzugsweise 0,028 bis 0,04% Kohlenstoff; und nicht mehr als 0,008% Aluminium; wobei der Ausgleich durch Eisen und andere Anfangsverunreinigungen und Anfangsreste erfolgt.
Der Boranteil des Stahls ist wesentlich für den Stahl gemäß der vorliegend beanspruchten Erfindung. Anders als bei den Verfahren nach dem Stand der Technik, die relativ große Bormengen verwenden, um sich mit anderen Elementen zu verbinden,um als ein primärer Kornwachshemmer zu wirken und die sekundäre Rekristallisation hervorzurufen, verwendet die vorliegend beanspruchte Erfindung Mangan, um die magnetischen Eigenschaften eines Stahls zu verbessern, wobei das Mangan, der Schwefel, das Selen und verwandte Verbindungen das primäre Kornwachshemmsystem sind, wobei gelöstes Bor vielleicht eine weitere Hemmwirkung liefert, entweder unmittelbar als gelöster Stoff in den Korngrenzen oder durch Steuern der Aktivität anderer Elemente, vielleicht wie Stickstoff und gelöster Schwefel.
Es ist bekannt, daß Restmengen von Bor in der Größenordnung von weniger als 3 ppm in der Siliziumstahlschmelze vorhanden sein können. Die Borquelle können die feuerfesten Materialien sein, die in den metallurgischen Gefäßen verwendet werden, irgendwelche Restmengen von in den Gefäßen gelassenem Metall, sowie geringe Verunreinigungen, die von den Eisen- und Stahlquellen herstammen, die zum Liefern der Stahlschmelze verwendet werden. Gemäß der Erfindung jedoch muß das Kaltband mit einem Boranteil von 3 bis 10 ppm erzeugt werden. Das kann dadurch erreicht werden, daß Bor der Siliziumstahlschmelze hinzugefügt wird oder andererseits, daß Bor bei einer späteren Stufe der Verabeitung hinzugefügt wird. Die Kombination aus Hinzufügen von Bor zu der Schmelze und zu der Glühtrennbeschichtung kann verwendet werden.
Der kritische Gesichtspunkt gemäß der Erfindung besteht darin, daß das Band mit Enddicke vor dem Endtexturglühen einen Boranteil von 3 bis 10 ppm und besonders bevorzugt einen Boranteil von 3 bis 7 ppm aufweist. Wenn das Bor 10 ppm überschreitet, dann werden die Vorteile der vorliegend beanspruchten Erfindung durch die Neigung beeinträchtigt, die sekundären Korngrößen zu erhöhen, die sich durch das Bor ergeben können, das eine größere Wirkung bei dem primären Kornwachshemmsystem besitzt. Es gibt auch eine Neigung, die Sprödigkeits- und Schweißbarkeitsschwierigkeiten mit so hohen Boranteilen zu vergrößern. Wenn Bor mit weniger als 3 ppm, wie bei Restniveaus, vorhanden ist, hat es eine kleine Wirkung, die magnetischen Eigenschaften eines herkömmlichen, kornorientierten Stahls zu verbessern, der ein Mangan-Schwefel- und/oder Selen-Hemmsystem verwendet. Wenn Bor der Schmelze hinzugefügt wird, dann sollte eine ausreichende Menge an Bor hinzugefügt werden, um bei dem Stahlband mit Enddicke das erwünschte Bor vor dem Fertigtexturglühen zu erzeugen. Bor sollte der Pfanne bei geeigneten Stufen hinzugefügt werden, um irgendwelche Borverluste als Ergebnis des Frischens der Stahlschmelze oder bei irgendeinem Hochtemperaturausgleichen vor dem Verarbeiten zu einem Warmband zu minimieren. Tatsächlich tritt beim richtigen Verarbeiten kein wesentlicher Borverlust von dem Metall durch das Warm- und Kaltwalzen und Erwärmungsstufen vor dem Fertigtexturglühen auf. Es muß jedoch aufgepaßt werden, sicherzustellen, daß so kleine Bormengen von 3 bis 10 ppm sowie ein erwünschtes Mangan-Schwefel- und/oder Selen-Verhältnis von wenigstens 2,5 bei Warmbandstreifen und besonders bevorzugt bei dem Kaltband mit Enddicke vor dem Fertigtexturglühen vorhanden ist.
Die spezifische Verarbeitung bis zu den Stufen der Kaltreduktion des Stahls und einschließend die Stufen durch Warmband können herkömmlich sein und sind in Bezug auf die vorliegende Erfindung nicht kritisch, obgleich es wünschenswert ist, jeglichen Verlust an Bor zu minimieren, wenn es während der Schmelzstufe hinzugefügt wird. Der Stahl nach der vorliegenden Erfindung kann in irgendeiner herkömmlichen Weise durch Gießen, das fortlaufendes Gießen oder Blockgießen sein kann, und Warmwalzen verarbeitet werden, um ein Warmband zu bilden. Herkömmlicherweise kann das Warmband eine Dicke von 0,06 bis 0,10 Zoll (1,52 bis 2,54 mm) aufweisen. Typischerweise hat das Warmband eine Dicke von ungefähr 0,08 Zoll (2,03 mm). Es ist wichtig, daß das Warmband das erwünschte Mangan-Schwefel-Verhältnis und den erforderlichen Boranteil enthält. Nach dem Glühen des Warmbandes umfaßt die Verarbeitung eine Anfangskaltverarbeitung des Warmbandes auf eine Zwischendicke durch eine Reduktion auf wenigstens 60% und vorzugsweise auf 60 bis 70%. Der Stahl mit der Zwischendicke wird dann einem Zwischenglühen ausgesetzt, dem eine zweite Kaltverarbeitung folgt, wobei sich eine Endreduktion von weniger als 75% und vorzugsweise weniger als 70%, und besonders vorzugsweise von 65 bis 70% von der Zwischendicke zur Enddicke von nominal 10 mils (0,25 mm) oder weniger ergibt. Das Warmband wird zuerst auf eine erwünschte Zwischendicke von ungefähr 0,018 bis 0,026 Zoll (0,46 bis 0,66 mm) und vorzugsweise von 0,020 bis 0,026 Zoll (0,51 bis 0,66 mm) kaltverarbeitet. Die genaue Zwischendicke hängt in gewissem Maße von der erwünschten Enddicke ab. Eine größere Zwischendicke kann bei einer größeren Enddicke verwendet werden.
Dann wird der Stahl mit der Zwischendicke einem Zwischenglühen vor einer weiteren Kaltreduktion ausgesetzt. Der Zweck eines solchen Glühens besteht darin, eine feinkörnige, primäre rekristallisierte Struktur zu bewirken. Der Glühschritt kann partieweise oder fortlaufend sein und erstreckt sich allgemein auf von Temperaturen von 1700 bis 1800ºF (926 bis 982ºC) in einer schützenden, nicht oxidierenden Atmosphäre, wie Stickstoff oder Wasserstoff oder Mischungen davon.
Nach dem Zwischenglühen wird das Material mit Zwischendicke einer weiteren Kaltverarbeitung ausgesetzt, und es ist von Bedeutung, daß die Fertigreduktion von der Zwischendicke zur Enddicke 65% oder mehr und weniger als 75%, und besonders bevorzugt weniger als 70%, beträgt. Eine solche Verarbeitung ist einzig bei borenthaltenden Siliziumstählen, da die Herstellung von Siliziumstählen hoher Permeabilität nach dem Stand der Technik eine einzige Kaltreduktion oder eine starke Fertigkaltreduktion bei Mehrkaltredukionsverarbeitungen benötigt.
Das Material mit der Enddicke weist weniger als 10 mils (0,25 mm) auf, kann so gering wie 4 mils (0,1 mm) sein und kann typischerweise in der Größenordnung von nominal 7 oder 9 mils (0,178 bis 0,229 mm) sein. Das Material bei der Fertigdicke wird dann entkohlt, mit einer feuerfesten Oxidbasisbeschichtung, wie Magnesiumoxid, versehen und fertigtexturgeglüht, wie in einer Wasserstoffatmosphäre, um die erwünschte sekundäre Rekristallisation zu erzeugen, und reinigungsbehandelt, um Verunreinigungen, wie Stickstoff und Schwefel, zu entfernen.
Um die vorliegende Erfindung besser zu verstehen, sind die folgenden Beispiele im Hinblick auf verschiedene Gesichtspunkte der Erfindung erläuternd.

Beispiel I

Eine Walzschmelze 189002 wurde mit der folgenden Schmelzezusammensetzung in Gewichtsprozent vorbereitet:
Die Zusammensetzung war ähnlich wie bei einem herkömmlichen, Würfel-auf-Kante kornorientiertem Siliziumstahl, der ein Sulfid/Selenid-Hemmsystem verwendet, mit der Ausnahme, daß ausreichend Bor zu der Schmelze hinzugefügt wurde, um einen 7 ppm Boranteil zu erzielen. Der Stahl wurde dann in herkömmlicher Weise zu dem Warmband mit einer Dicke von 0,080 Zoll (2,03 mm) in dem Walzwerk verarbeitet. Repräsentative Proben von Warmband wurden dann im Labor mittels Kaltreduktion auf eine Enddicke von nominal 7 mils (0,178 mm) durch den Schritt des Endtexturglühens verarbeitet. Der Versuch enthielt Änderungen bei der Zwischendicke von 0,026 Zoll (0,66 mm), 0,023 Zoll (0,58 mm), 0,020 Zoll (0,5 mm) und 0,018 Zoll (0,46 mm). Die Analyse der zur Verfügung stehenden Daten zeigte, daß der Zwischendickenbereich von 0,023 bis 0,020 Zoll (0,58 bis 0,5 mm) optimal für die Enddicke von 7 mil (0,175 mm) für diese Schmelze war. Das Glühen des kaltgewalzten Zwischendickenmaterials und das Entkohlungsglühen des kaltgewalzten Enddickenmaterials wurden in herkömmlicher Weise durchgeführt. Die auf das entkohlte Band aufgebrachte Glühtrennbeschichtung war eine herkömmliche MgO-Beschichtung, die 5,2% MgSO&sub4; enthielt. Das Band wurde dann in einer Wasserstoffatmosphäre fertigtexturgeglüht, um die Würfel-auf-Kante-Orientierung zu entwickeln. Epstein-Proben wurden vorbereitet und die magnetischen Eigenschaften wurden in herkömmlicher Weise unter Einschluß von Kernverlust in Watt pro Pfund (Watt pro kg) bei 60 Hertz bei 15 und 17 KG und die Permeabilität (G/Oe) bei 10 Oersted gemessen. Tabelle I Laborverarbeitung von Warmband aus einem Walzwerk Schmelze 189002 Spule/Ort Zwischendicke Zoll (mm) Kernverlust (Wpp) HT bedeutet Haube (hot top) BT bedeutet Unterteil (butt top)
Die Daten in Tabelle I zeigen, daß alle Proben gute magnetische Permeabilität und Kernverlust aufwiesen, wenn sie mit typischen herkömmlichen kornorientierten Siliziumstählen ohne die abgeänderte chemische Zusammensetzung verglichen werden. Typische Kernverlustwerte bei herkömmlichen kornorientiertem Stahl während der Herstellungsperiode waren 0,426 WPP (0,939 Watt pro kg) bei 15 KG und 0,665 WPP (1,466 Watt pro kg) bei 17 KG und die Permeabilität betrug 1837 bei 10 Oersted. Das Kaltband enthielt vor dem Fertigtexturglühen 7 ppm Bor und ein Mangan-Schwefel-Verhältnis von 2,8. Der fertigtexturgeglühte Streifen zeigte eine Korngröße in der Ordnung von 8 mm, die größer als die typische Korngröße von 5 mm bei herkömmlichem kornorientiertem Siliziumstahl ist, jedoch wesentlich kleiner als Korngrößen von 10 mm und größer bei typischem Siliziumstahl mit hoher Permeabilität ist. Die Daten der Tabelle I zeigen klar, daß Zugaben von kleinen Mengen an Bor zu dem Stahl, um eine kleine aber kritische Bormenge in dem Band vor dem Fertigtexturglühen vorzusehen, höhere Permeabilitäten ergibt.

Beispiel II

Die Proben des Beispiels I wurden auf ihr Ansprechen auf Anreißtechniken überprüft. Jede Probe wurde mit einem Spannungspruflack (in US-Patent 4 032 366 geoffenbart) beschichtet und dann mechanisch unter Verwendung einer Werkzeugstahlspitze angerissen, um im wesentlichen parallele Linien mit ungefähr 5 mm und im wesentlichen quer zu der Walzrichtung zu markieren. Alle Epstein-Proben zeigten eine Verbesserung der Kernverlustwerte beim Anreißen, wie es in Tabelle II gezeigt ist, während sie gute Werte hoher Permeabilität aufrechterhielten. Tabelle II Schmelze 189002 Spule/Ort Zwischendicke Zoll (mm) Kernverlust (Wpp) (Watt pro kg)

Beispiel III

Insgesamt wurden sechs Walzschmelzen mit der folgenden Pfannenzusaminensetzung hergestellt, wobei Eisen den Ausgleich bildet: Schmelze Typ Versuch Kontrolle
Ein Zusatz von 5 ppm Bor wurde für jede der Versuchschmelzen der Pfanne hinzugefügt. Jede der obigen Schmelzen wurde in mehrere Blöcke gegossen und in Übereinstimmung mit dem Beispiel I warmgewalzt. Alle Kontrollschmelzen und einige der Versuchsschmelzen wurden in Übereinstimmung mit dem Beispiel I auf eine Zwischendicke von 0,020 Zoll (0,5 mm) kaltgewalzt. Einige der Versuchsspulen wurden auf eine Zwischendicke von 0,022 Zoll (0,559 mm) kaltgewalzt. Alle Spulen wurden dann in herkömmlicher Weise geglüht und auf nominal 7 mils ((0,178 mm) fertigkaltgewalzt, einem Entkohlungsglühen ausgesetzt und mit einer herkömmlichen MgO-Beschichtung beschichtet, und fertigtexturgeglüht. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle III gezeigt. Tabelle III Schmelze 189002 Schmelze Nr. Zwischendicke Zoll (mm) Kernverlust (Wpp) (Watt pro kg) 15 KG Korngröße (mm) Versuch Kontrolle

Beispiel IV

Zwölf Walzschmelzen wurden geschmolzen, die eine abgeänderte, herkömmliche kornorientierte chemische Zusammensetzung aufwiesen, um Borzusätze und eine abgeänderte Verarbeitung einzuschließen, um Material von 9-mil oder 7-mil zu erzeugen. Die chemische Zusammensetzun der Pfannenschmelze war die folgende: Tabelle IV Schmelze Nr.
Die chemischen Zusammensetzungen zum Schmelzen von jeder der Schmelzen wurden geschmolzen und besaßen Ausgangsverunreinigungsniveaus, die höchstens 0,1% Cr, 0,13% Ni, und 0,015% P mit Eisen als Ausgleich enthielten.
Ein Zusatz von 3 ppm Bor wurde der Pfanne für jede der Schmelzen hinzugegeben. Jede der Schmelzen wurde blockgegossen und warmgewalzt, wie beim Beispiel I. Jede der Spulen von den Schmelzen wurde in zwei Stufen mit einem Zwischenglühen kaltgewalzt. Vier der Schmelzen 1 bis 4, wurden auf nominal 7 mils (0,178 mm) von einer Zwischendicke von 0,022 Zoll (0,559 mm) kaltgewalzt, so daß die Kaltverarbeitung von der Zwischendicke zur Endgdicke in der Größenordnung von 68% Reduktion war. Acht der Schmelzen, 5 bis 12, wurden auf nominal 9 mil (0,229 mm) Fertigdicke von einer Zwischendicke von 0,026 Zoll (0,66 mm) kaltgewalzt, wobei eine Endreduktion von ungefähr 67% vorliegt. Jede der Spulen wurden in herkömmlicher Weise entkohlungsgeglüht, mit einer MgO-Beschichtung beschichtet und fertigtexturgeglüht. Verschiedene Epstein-Proben wurden genommen, und der Mittelwert der magnetischen Eigenschaften von jedem Spulenband an dem guten Ende und dem-schlechten Ende ist in der folgenden Tabelle V angegeben. Tabelle V Mittel von gutem Ende und schlechtem Ende Nr. Schmelze Nominale Dicke Anzahl der Proben Kernverlust (WPP) (Watt pro kg) Durchschnitt
Wenn mit typischen Mittelwerten für 7-mil herkömmliches kornorientiertes Material von 0,408 WPP (0,900 Watt pro kg) bei 15 KG und 0,638 WPP (1,407 Watt pro kg) bei 17 KG und einer Permeabilität von 1837 bei 10 Oersted verglichen wird, so ergibt die vorliegende beanspruchte Erfindung bessere magnetische Eigenschaften. Wenn mit typischen Mittelwerten für 9-mil Material bei 0,424 WPP (0,935 Watt pro kg) bei 15 KG und 0,634 WPP (1,398 Watt pro kg) bei 17 KG und einer Permeabilität von 1850 bei 10 Oersted verglichen wird, so liefert die vorliegend beanspruchte Erfindung bessere Eigenschaften. Die typische Korngröße des kornorientierten Siliziumstahls, der gemäß der vorliegenden Erfindung verarbeitet wurde, war ungefähr 4 bis 5 mm. Der Boranteil in dem untersuchten Kaltband vor dem Fertigtexturglühen war ungefähr 5 ppm. Das Mangan-Schwefel-Verhältnis in dem Band war ungefähr 3.
Wie es eine Zielsetzung der vorliegenden Erfindung war, ist herkömmlicher kornorientierter Siliziumstahl, der das Sulfidhemmsystem für das primäre Kornwachsen verwendet, durch Zusammensetzung und Verarbeitung abgeändert worden, um verbesserte magnetische Eigenschaften zu schaffen. Das Hinzufügen von Bor hat die Korngröße nicht wesentlich vergrößert, was die Kernverlustwerte nachteilig beeinflussen würde; jedoch hat sich ein vergleichbarer oder besserer Kernverlust und Permeabilitätswerte ergeben. Das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet die Vorteile von Borzusätzen ohne die Nachteile von Sprödigkeitsschwierigkeiten, die normalerweise mit borenthaltenden, kornorientierten Siliziumstählen verbunden sind. Das Verfahren ist auch nützlich für dünnere Dicken von nominal weniger als 10 mil (0,25 mm) der Größenordnung von 7 mils (0,178 mm) und kann so niedrig wie 4 mils (0,1 mm) sein. Ein Vorteil des Stahls besteht darin, daß er gut auf Anreißtechniken anders als herkömmliche, kornorientierte Siliziumstähle anspricht.

Claims

1. Verfahren zum Erzeugen von Siliziumstahl mit Körnern, die als Würfel auf einer Kante orientiert sind, mit einem verbesserten Kernverlust und verbesserten magnetischen Permeabilitätswerten, wobei das Verfahren umfaßt:

Herstellen einer Siliziumstahlschmelze aus, nach Gewichtsprozenten, 2 bis 4,5 Silizium, bis zu 0,08 Kohlenstoff, bis zu 0,01 Stickstoff, 0 bis 0,008% Aluminium, 0 bis 0,4% Kupfer, 0,04 bis 0,100 Mangan, 0,16 bis 0,35 Schwefel und/oder Selen, dem abgleichenden Eisen und zufälligen Verunreinigungen;

Erzeugen von 3 bis 10 ppm Bor in einem Stahlband endgültiger Dicke vor dem Fertigtexturausglühen;

Gießen der Schmelze, um daraus einen Guß zu bilden; Warmwalzen des Gusses, um ein Warmband mit einem Mangan/Schwefel- und/oder Selenverhältnis von größer als 2,5 zu erzeugen;

Kaltbearbeiten des Warmbandes auf eine Zwischendicke von 0,018 bis 0,026 Zoll (0,46 bis 0,66 mm) durch eine Reduktion von wenigstens 60%;

Glühen des Materials mit Zwischendicke, um eine primäre Rekristallisation zu bewirken;

Kaltbearbeiten des geglühten Stahlbandes mit Zwischendicke auf ein endgültiges Maß von 0,0045 bis 0,012 Zoll (0,1 bis 0,3 mm) durch eine Kaltreduktion von 65% bis 75%;

Glühen, um eine Entkarbonisierung zu bewirken;

Anbringen einer feuerfesten Beschichtung auf dem Band , wobei das Band mit Fertigdicke 3 bis 10 ppm Bor enthält; und

Fertigtexturausglühen des Materials mit Fertigdicke über eine Zeit und bei einer Temperatur, um eine sekundäre Rekristallisation zu entwickeln mit Korngrößen von weniger als 10 mm und einer Permeabilität von 1850 oder mehr bei 10 Oersted.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Stahlschmelze umfaßt: 0,028 bis 0,04 Kohlenstoff, 0,003 bis 0,0065 Stickstoff, 0,068 bis 0,085 Mangan, 0,024 bis 0,028 Schwefel und/oder Selen und ein Mangan/Schwefel- und/oder Selenverhältnis von 2,5 oder mehr.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, welches das Kaltbearbeiten des zwischengeglühten Stahlbandes auf die Fertigdicke mit 3-7 ppm Bor darin umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, welches das Kaltbearbeiten des Warmbandes auf eine Zwischendicke durch eine Reduktion von 60 bis 70% umfaßt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Erzeugen von 3 bis 10 ppm Bor das Hinzufügen von hinreichend viel Bor zur Schmelze umfaßt, um 3 bis 10 ppm Bor in dem Stahlband mit Fertigdicke vor dem endgültigen Texturglühen umfaßt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stahlmischungzusammensetzung 0,1 bis 0,4 Kupfer enthält.

7. Verfahren nach einem der vorhergenden Ansprüche, welches die Kaltbearbeitung des Stahls mit Zwischendicke die Fertigdicke durch eine Kaltreduzierung von 65 bis 70% umfaßt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches außerdem den Schritt des Anreißens des Stahls zur weiteren Verbesserung der Kernverlustwerte umfaßt.

9. Verfahren zum Erzeugen von Siliziumstahl mit Körnern, die als Würfel auf einer Kante orientiert sind, mit einem verbesserten Kernverlust und verbesserten magnetischen Permeabilitätswerten, nach Anspruch 1, wobei das Verfahren umfaßt:

Herstellen einer Siliziumstahlschmelze aus, nach Gewichtsprozenten, 2 bis 4,5 Silizium, 0,028 bis 0,04 Kohlenstoff, 0,003 bis 0,0065 Stickstoff, 0,068 bis 0,085 Mangan, 0,024 bis 0,028 Schwefel und/oder Selen, dem abgleichenden Eisen und zufälligen Verunreinigungen;

Hinzufügen von hinreichend viel Bor zur Schmelze, um 3 bis 7 ppm Bor in dem Stahlband mit Fertigdicke vor dem Fertigtexturglühen zu erzeugen;

Gießen der Schmelze, um daraus einen Guß zu bilden;

Warmwalzen des Gusses, um ein Warmband mit einem Mangan/Schwefel- und/oder Selenverhältnis von 2,5 oder mehr zu erzeugen;

Kaltbearbeiten des Warmbandes auf ein Band mit der Zwischendicke von 0,020 bis 0,026 Zoll (0,5 bis 0,66 mm) durch eine Reduktion von 60 bis 70%;

Glühen, um eine Entkarbonisierung zu bewirken;

Kaltbearbeiten des ausgeglühten Stahlbandes mit Zwischendicke auf eine Fertigdicke von 0,007 bis 0,009 Zoll (0,178 bis 0,229 mm) durch eine Kaltreduktion von 65% bis 75%;

Glühen, um eine Entkarbonisierung zu bewirken;

Anbringen einer feuerfesten Oxidbeschichtung, wobei das entkarbonisierte Band 3 bis 7 ppm Bor enthält; und

Fertigtexturglühen des Stahls mit Fertigdicke über eine Zeit und bei einer Temperatur, um eine sekundäre Rekristallisation zu entwickeln mit Korngrößen von weniger als 10 mm und einer Permeabilität von 1850 oder mehr bei 10 Oersted.