DE69021110T2

DE69021110T2 - Verfahren zur Herstellung von kornorientierten Elektrostahlblechen mit hervorragenden magnetischen Eigenschaften.

Info

Publication number: DE69021110T2
Application number: DE69021110T
Authority: DE
Inventors: Tadashi Nakayama; Yozo Suga; Noboyuki Takahashi; Yoshiyuki Ushigami; Yasunari Yoshitomi
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1990-03-29
Publication date: 1995-12-14
Anticipated expiration: 2010-03-30
Also published as: JPH0717960B2; JPH02259020A; DE69021110D1; EP0390140B1; US5145533A; EP0390140A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kornorientierten Elektrostahlblechs mit hoher magnetischer Flußdichte, das als Eisenkern von Transformatoren und dergleichen eingesetzt wird.
Ein kornorientiertes Elektrostahlblech ist ein weichmagnetisches Material, das hauptsächlich als Eisenkernmaterial von Transformatoren und anderen elektrischen Einrichtungen eingesetzt wird und gute magnetische Eigenschaften aufweisen muß, einschließlich guter Magnetisierungs- und Wirkverlustkennwerte.
Der Magnetisierungskennwert wird gewöhnlich durch den Wert B&sub8; dargestellt, d. h. durch eine Flußdichte, die man beim Anlegen eines Magnetfeldes von 800 A/m erhält, und der Wirkverlustkennwert wird gewöhnlich durch den Wert W17/50 dargestellt, d. h. durch einen Wirkverlust pro 1 kg magnetischen Materials, das mit einer Frequenz von 50 Hz auf 1,7 T magnetisiert wird.
Die magnetischen Eigenschaften eines kornorientierten Elektrostahlblechs erhält man durch Goss-Orientierung mit einer {110}-Ebene parallel zur Blechoberfläche und einer < 001> -Achse in Walzrichtung, die durch eine sekundäre Rekristallisation während eines Fertigglühens hergestellt wird. Um gute magnetische Eigenschaften zu erhalten, ist es wichtig, daß die < 001> -Achse, d. h. eine Achse leichter Magnetisierung, genau auf die Walzrichtung ausgerichtet ist. Die magnetischen Eigenschaften sind außerdem signifikant von der Blechdicke, der Kristallkorngröße, dem spezifischen Widerstand, der Oberflächenbeschichtung und der Reinheit des Stahlblechs usw. abhängig.
Die Kornorientierung ist durch ein Verfahren stark verbessert worden, das durch die Verwendung von MnS und AlN als Inhibitoren sowie dadurch gekennzeichnet ist, daß das Fertigkaltwalzen mit einem hohen Reduktionsgrad ausgeführt wird. Dies hat auch zu einer beachtlichen Verbesserung des Wirkverlustkennwerts geführt.
Kürzlich erfolgte Steigerungen der Energiekosten haben die Transformatorenhersteller veranlaßt, ein Material mit niedrigerem Wirkverlust für Transformatoren einzuführen. Gegenwärtig werden zwar Materialien mit niedrigem Wirkverlust entwickelt, einschließlich einer amorphen Legierung und eines Stahlblechs mit 6,5% Si-Gehalt, aber bei der Anwendung solcher Materialien in der Industrie sind noch viele Probleme zu lösen. Andererseits wurde in jüngster Zeit die Steuerung magnetischer Elementarbereiche unter Anwendung eines Lasers entwickelt, wodurch der Wirkverlustkennwert stark verbessert worden ist.
Die Flußdichte ist der stärkste Faktor, der den Wirkverlust bestimmt, und gewöhnlich ist der Wirkverlustkennwert umso besser, je höher die Flußdichte ist. Eine höhere Flußdichte wird manchmal von einer Vergröberung der durch sekundäre Rekristallisation entstandenen Körner und einer resultierenden Verschlechterung des Wirkverlustkennwerts begleitet. Die Steuerung magnetischer Elementarbereiche gewährleistet jedoch, daß ungeachtet des durch sekundäre Rekristallisation entstandenen Korndurchmessers der Wirkverlustkennwert mit zunehmender Flußdichte besser wird. Aus diesem Grunde hat sich die Notwendigkeit einer Erhöhung der Flußdichte in letzter Zeit verstärkt.
Die Produktion eines kornorientierten Elektrostahlblechs erfolgt gewöhnlich unter äußerst strengen Prozeßführungskriterien für jeden Verfahrensschritt, da in jedem Schritt die magnetischen Eigenschaften von verschiedenen Faktoren beeinflußt werden. Eine solche Produktionsweise erfordert jedoch einen großen Zeitaufwand für die Prozeßführung und leidet außerdem unter mehr als ein paar unklaren Verschlechterungen der magnetischen Eigenschaften. Wenn die magnetischen Eigenschaften eines Produktblechs in einem Zwischenschritt des Prozesses vorausgesagt werden könnten, dann ließen sich die obenerwähnten Probleme der Produktion lösen, aber eine solche Voraussage ist trotz verschiedener Versuche in der Praxis noch nicht erreicht worden.
Bei einem gegenwärtig produzierten kornorientierten Elektrostahlblech wird gewöhnlich MnS als Inhibitor verwendet, wobei MnS bei einer Brammenerwärmung für das Warmwalzen einmal in dem Blech aufgelöst wird und später beim Warmwalzen ausgeschieden werden kann. Um MnS in einer für die sekundäre Rekristallisation wirksamen Menge aufzulösen, muß eine Bramme auf eine Temperatur von etwa 1400ºC erwärmt werden, was um mehr als 200ºC höher liegt als die Brammenerwärmungstemperatur für gewöhnliche Stähle und die folgenden Nachteile hat:
(1) Ein Brammenerwärmungsofen wird ausschließlich für das kornorientierte Elektrostahlblech benötigt.
(2) Der spezifische Energieverbrauch eines Erwärmungsofens ist hoch.
(3) Die Menge des schmelzflüssigen Zunders erhöht sich, und der Prozeßablauf wird beeinträchtigt; der Zunder muß abgekratzt werden.
Es sind viele Versuche unternommen worden, die Erwärmung einer Bramme bei einer niedrigeren Temperatur zu ermöglichen, aber es bleiben immer noch verschiedene Probleme übrig.
Die Urheber der vorliegenden Erfindung und andere haben bereits ein Verfahren offenbart, bei dem eine Brammenerwärmung auf eine niedrige Temperatur möglich wird, indem man den Mn- Gehalt auf 0,08 bis 0,45 Gew.-% und den S-Gehalt auf höchstens 0,007 Gew.-% festlegt (JP-A-59-56 522, auch veröffentlicht als GB-A-2 130 241). Das Grundprinzip dieses Verfahrens besteht darin, daß der S-Gehalt verringert wird, um sicherzustellen, daß das Produkt [Mn] [S] den bei 1200ºC erhaltenen Wert nicht übersteigt und daß die sekundäre Rekristallisation durch Zusatz von P und die Aufheizgeschwindigkeit von höchstens 15ºC/h beim Fertigglühen usw. unterstützend stabilisiert wird. Bei diesem Verfahren sind insofern weitere Fortschritte erzielt worden, als die sekundäre Rekristallisation stabilisiert und die magnetischen Eigenschaften durch Zusatz von Cr verbessert werden, wie in der JP-A-59-190 325 offenbart wird.
Die GB-A-2 130 241 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines kornorientierten Elektrostahls, wobei das Verfahren einen Schritt aufweist, in dem eine Siliziumstahlbramme mit Anteilen von höchstens 0,007% S, 0,08 bis 0,45% Mn, 0,015 bis 0,045% P sowie bekannten Komponenten auf eine Temperatur von höchstens 1280ºC erwärmt wird. Ferner wird in dieser Patentanmeldung allgemein auf die bekannte Tatsache verwiesen, daß das Wachstum primär rekristallisierter Körner durch eine Ausscheidung, wie z.B. von MnS oder AlN, unterdrückt wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur stabilen Produktion eines kornorientierten Elektrostahlblechs mit hervorragenden magnetischen Eigenschaften durch Voraussage der magnetischen Eigenschaften des Produktblechs in einem Zwischenschritt des Verfahrens zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden in den Ansprüchen 2 bis 6 offenbart.
Fig. 1 zeigt den Zusammenhang zwischen dem mittleren Korndurchmesser von entkohlend geglühten Blechen und der magnetischen Flußdichte von Produktblechen.
Bei einem kornorientierten Elektrostahlblech, auf welches die vorliegende Erfindung angewandt wird, wird eine nach einem herkömmlichen Stahlproduktionsverfahren hergestellte Stahlschmelze durch ein Stranggußverfahren oder ein Blockgußverfahren gegossen, das so erhaltene Gußstück wird nötigenfalls in einem Vorwalzschritt zu einer Bramme geformt, die dann warmgewalzt, einer notwendigen Warmbandglühung unterworfen, in einem einzigen Kaltwalzschritt oder in zwei oder mehreren Kaltwalzschritten mit Zwischenglühungen zu einem Kaltblech mit End'dicke kaltgewalzt wird, und das Kaltblech wird dann entkohlend geglüht. Nach der Untersuchung des entkohlenden Glühschrittes haben die Erfinder unter verschiedenen Gesichtspunkten den Zusammenhang zwischen den Eigenschaften des entkohlten Stahlblechs und den magnetischen Eigenschaften des Produktstahlblechs untersucht und gelangten aufgrund der experimentellen Ergebnisse zu einer überraschenden, neuartigen Feststellung, die weiter unten ausführlich beschrieben wird.
Fig. 1 zeigt den Zusammenhang zwischen dem mittleren Korndurchmesser ( ) des entkohlten Stahlblechs und der magnetischen Flußdichte (B&sub8;) des Produktstahlblechs. Der Durchmesser "d" wurde durch Bildanalyse des von einem optischen Mikroskop eingegebenen Bildes ermittelt und in einen Kreisdurchmesser umgerechnet, d.h. in den Durchmesser eines Kreises, der die gleiche Fläche wie das Korn besitzt. In diesem Falle erhielt man die Produktbleche durch Erhitzen einer Stahlbramme mit 0,056 Gew.-% C, 3,24 Gew.-% Si, 0,025 Gew.-% säurelöslichem Al, 0,0079 Gew.-% N, 0,006 Gew.-% S, 0,15 Gew.-% Mn auf 1150ºC, Warmwalzen der so erhitzten Bramme auf bekannte Weise zu 2,3 mm dicken Warmbändern, Glühen der Warmbänder bei verschiedenenen Temperaturen von 900 bis 1200ºC, Kaltwalzen der geglühten Bänder mit einem Endreduktionsgrad beim Kaltwalzen von etwa 88% zu 0,285 mm dicken Kaltbändern, entkohlendes Glühen der Kaltbänder bei verschiedenen Temperaturen von 830 bis 1000ºC, Aufbringen eines Glühtrennmittels mit MgO als Hauptbestandteil auf die Bänder, und Fertigglühen der Bänder.
Aus Fig. 1 ist erkennbar, daß zwischen dem mittleren Korndurchmesser des entkohlten Blechs und der Flußdichte des Produktblechs eine starke Korrelation besteht, und daher kann die letztere Größe aus der ersteren vorausgesagt werden.
Unter Verwendung dieser Korrelation haben die Erfinder festgestellt, daß die Flußdichte erhöht wird, wenn die Verfahrensbedingungen nach dem entkohlenden Glühen und vor Beendigung der sekundären Rekristallisation während des Fertigglühens so gesteuert werden, daß das Kornwachstum primär rekristallisierter Körner erleichtert wird, wenn der gemessene mittlere Korndurchmesser des entkohlten Blechs kleiner ist als ein geeigneter Wert, oder daß das Kornwachstum primär rekristallisierter Körner erschwert wird, wenn der gemessene mittlere Korndurchmesser größer ist als der geeignete Wert.
Die Erfinder haben außerdem verschiedene Untersuchungen zur Steuerung des Kornwachstums primär rekristallisierter Körner ausgeführt und festgestellt, daß es äußerst effektiv ist, wenn man dafür sorgt, daß ein Stahlblech Stickstoff absorbiert und in dem Stahlblech ein Nitrid gebildet wird.
Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Phänomen, daß die Flußdichte des Produktblechs aus dem mittleren Korndurchmesser des entkohlten Blechs vorausgesagt werden kann. Der Mechanismus ist zwar nicht vollständig erklärt, läuft aber nach Ansicht der Erfinder auf die folgende Weise ab.
Zu den Faktoren, welche die Erscheinung der sekundären Rekristallisation beeinflussen, zählt man die primär rekristallisierte Mikrostruktur, die primär rekristallisierte Textur sowie Inhibitoren, und es wurden viele Untersuchungen zu diesen Faktoren durchgeführt. Eine eingehendere Betrachtung des Zusammenhangs zwischen Mikrostruktur und Textur führt zu einer Annahme, daß der mittlere Korndurchmesser indirekt die Textur beschreibt, wobei angenommen wird, daß das Kornwachstum eine Änderung der Textur verursacht, oder daß der mittlere Korndurchmesser eine indirekte Beschreibung der Korndurchmesserverteilung liefert, wenn vorausgesetzt wird, daß das Kornwachstum eine Veränderung der Korngrößenverteilung bewirkt. Der mittlere Korndurchmesser ist eine Größe, die zur Gesamtkorngrenzenoberfläche pro Flächeneinheit umgekehrt proportional ist und daher die Antriebskraft für das Kornwachstum sekundär rekristallisierter Körner wesentlich beeinflußt. Folglich wird der mittlere Korndurchmesser als ein Parameter angesehen, der gleichzeitig drei Faktoren beschreibt, d. h. die Textur, die Korndurchmesserverteilung und die Gesamtkorngrenzenoberfläche, und der einen großen Einfluß auf die Erscheinung der sekundären Rekristallisation ausübt.
Aufgrund dieser Überlegung wird angenommen, daß der Mechanismus, nach dem die Flußdichte des Produktblechs anhand des mittleren Korndurchmessers vorausgesagt werden kann, darin besteht, daß der mittlere Korndurchmesser gleichzeitig die drei Faktoren der Textur, der Korndurchmesserverteilung und der Gesamtkorngrenzenoberfläche beschreibt, denen sämtlich ein großer Einfluß auf die Erscheinung der sekundären Rekristallisation zugeschrieben wird, und daß daher der mittlere Korndurchmesser außerordentlich stark mit der Flußdichte korreliert, welche den orientierten Zustand sekundär rekristallisierter Körner darstellt.
Es wird angenommen, daß dies der Grund für die Erhöhung der Flußdichte ist, wenn die Verfahrensbedingungen nach dem entkohlenden Glühen und vor Beendigung der sekundären Rekristallisation während des Fertigglühens so gesteuert werden, daß das Kornwachstum primär rekristallisierter Körner erleichtert wird, wenn der gemessene mittlere Korndurchmesser eines entkohlten Blechs kleiner ist als ein geeigneter Wert, oder daß das Kornwachstum primär rekristallisierter Körner erschwert wird oder eine unvollständige sekundäre Rekristallisation selten auftritt, wenn der gemessene mittlere Korndurchmesser größer ist als der geeignete Wert.
Wenn ein gemessener mittlerer Korndurchmesser von entkohltem Blech gleich einem geeigneten Wert ist, wird angenommen, daß ein Produktblech mit hoher Flußdichte hergestellt werden kann, ohne eine besondere Nitrierbehandlungssteuerung in Betracht zu ziehen.
Die Gründe für die angegebenen Beschränkungen der vorliegenden Erfindung sind die folgenden.
Grenzwerte für die Zusammensetzung und die Erwärmungstemperatur einer Stahlbramme werden aus den folgenden Gründen angegeben:
Der C-Gehalt darf nicht weniger als 0,025 Gew.-% betragen, da bei einem C-Gehalt von weniger als 0,025 Gew.-% die sekundäre Rekristallisation instabil wird oder, selbst wenn die sekundäre Rekristallisation abgeschlossen wird, ein hoher B&sub8;-Wert von mehr als 1,80 T schwer erreichbar ist. Andererseits darf der C-Gehalt 0,075 Gew.-% nicht übersteigen, da ein zu hoher C-Gehalt eine längere Glühzeit erfordert, was unwirtschaftlich ist.
Der Si-Gehalt darf 4,5 Gew.-% nicht übersteigen, da ein höherer Si-Gehalt eine starke Rißbildung beim Kaltwalzen verursacht. Der Si-Gehalt muß andererseits mindestens 2,5 Gew.-% betragen, da ein niedrigerer Si-Gehalt als 2,5 Gew.-% dazu führt, daß der spezifische Widerstand des Stahlblechs zu niedrig wird, um einen für ein Transformatorkernmaterial notwendigen Wirkverlustwert zu erreichen. Der Si-Gehalt beträgt vorzugsweise mindestens 3,2 Gew.-%.
Aluminium und Stickstoff sind notwendig, um die ausreichende Bildung von AlN und/oder (Si, Al)N für die Stabilisierung der sekundären Rekristallisation sicherzustellen. In Anbetracht dessen muß Aluminium in einem Anteil von 0.010 Gew.-% oder mehr, ausgedrückt als Anteil des säurelöslichen Al, vorhanden sein. Der Al-Gehalt darf 0,060 Gew.-% nicht übersteigen, da bei einem höheren Al-Gehalt als 0,060 Gew.-% in einem Warmband ungeeignetes AlN entsteht und die sekundäre Rekristallisation instabil wird. Der Stickstoffgehalt von weniger als 0,0030 Gew.-% ist durch ein gewöhnliches Stahlproduktionsverfahren schwer erreichbar und wird vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt aus nicht bevorzugt. Wenn der N-Gehalt 0,0130 Gew.-% übersteigt, tritt an der Stahlblechoberf läche eine "Blase" oder eine Aufblähung auf. Der spezifizierte N-Gehalt von 0,0030 bis 0,0130 Gew.-% ist ausreichend, um das notwendige AlN und/oder (Si, Al)N zu bilden, ohne die obenerwähnten Probleme zu verursachen.
Auch bei Vorhandensein von MnS und/oder MnSe in einem Stahlblech können durch Auswahl geeigneter Verfahrensbedingungen gute magnetische Eigenschaften erzielt werden. Nichtsdestoweniger tritt bei Vorhandensein eines hohen S- oder Se-Anteils gewöhnlich ein Teil mit unvollständiger sekundärer Rekristallisation auf, der als Linearfeinkorn bezeichnet wird. Um die Bildung eines solchen Teils mit unvollständiger sekundärer Rekristallisation zu verhindern, muß die Summe der S- und Se-Anteile innerhalb des Bereichs liegen, der durch den Ausdruck (S + 0,405 Se) ≤ 0,014 Gew.-% definiert ist. Wenn der S- oder Se-Gehalt diese Grenzbedingung nicht erfüllt, dann tritt mit hoher Wahrscheinlichkeit der unvollständig sekundär rekristallisierte Teil auf, gleichgültig wie die Verfahrensbedingungen eingestellt werden. Ein derartiger ungeeigneter S- oder Se-Gehalt ist auch deshalb nicht wünschenswert, weil zur Ausführung der Reinigung während des Fertigglühens eine äußerst lange Zeit benötigt wird. Unter diesen Gesichtspunkten sollten der S- und der Se-Gehalt vernünftigerweise niedriger sein.
Der spezifizierte untere Grenzwert für den Mn-Gehalt beträgt 0,05 Gew.-%. Ein Mn-Gehalt, der niedriger ist als der untere Grenzwert, führt zu einer Verschlechterung des Seitenkantenprofils eines Warmbandes und verursacht eine geringere Ausbeute. Der Mn-Gehalt ist jedoch vorzugsweise größer oder gleich dem Betrag, der durch den Ausdruck {0,05 + 7(S + 0,405 Se)} Gew.-% definiert ist, damit auf einem Stahlblech ein guter Forsterit-Überzug ausgebildet wird. MnO wirkt nämlich als Katalysator bei der MgO/SiO&sub2;-Festphasenreaktion, d. h. einer Reaktion zur Ausbildung eines Forsterit-Überzugs, wie ausführlich in der JP-A-60-197 883 diskutiert wird. Um eine Mn-Aktivität im Stahl auf einem für die Reaktion notwendigen Niveau sicherzustellen, ist Mn vorzugsweise in einem ausreichenden Anteil vorhanden, um S oder Se zur Bildung von MnS oder MnSe einzufangen, d. h. in einem Anteil, der größer oder gleich {0,05 + 7(S + 0,405 Se)} Gew.-% ist. Bei einem niedrigeren Mn-Gehalt weist der Forsterit-Überzug grobkörnige Kristalle auf, und auch das Haftvermögen des Überzugs ist vergleichsweise geringer. In den meisten Fällen wird jedoch zur Herstellung eines Produktblechs auf den Forsterit-Überzug zusätzlich ein sekundärer Überzug aufgebracht, der kolloidales Siliziumdioxid als Hauptbestandteil enthält, und daher verursachen eine solche Grobkörnigkeit oder ein vermindertes Haftvermögen eines Forsterit-Überzugs praktisch keine Probleme.
Es ist wünschenswert, daß der Mn-Gehalt mindestens gleich dem in der obigen Formel angegebenen Wert ist, um einen minderwertigen Überzug oder eine instabile sekundäre Rekristallisation zu verhindern.
Der Mn-Gehalt darf höchstens 0,8 Gew.-% betragen, da ein höherer Mn-Gehalt zu einer Verminderung der magnetischen Flußdichte führt.
Die Brammenerwärmungstemperatur ist auf einen Wert unter 1280ºC begrenzt, d. h. sie ist so niedrig wie für gewöhnliche Stähle, um eine Senkung der Produktionskosten zu ermöglichen. Das heißt, die Brammenerwärmungstemperatur ist vorzugsweise nicht höher als 1150ºC.
Die so erhitzte Stahlbramme wird auf die bekannte Weise warmgewalzt, nötigenfalls geglüht und dann in einem einzigen Kaltwalzschritt oder in zwei oder mehreren Kaltwalzschritten mit Zwischenglühungen zu einem Kaltband mit Enddicke kaltgewalzt. Das Kaltband wird dann einer entkohlenden Glühung, dem Aufbringen eines Glühtrennmittels mit MgO als Hauptbestandteil und einer Fertigglühung unterworfen. Das wichtigste Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht in der Voraussage und Steuerung der magnetischen Eigenschaften des Produktblechs in dem Stadium vom entkohlenden Glühen bis zum Fertigglühen. Der Grund für die angegebenen Begrenzungen dieses Arbeitsablaufs wird nachstehend beschrieben.
Die vorliegende Erfindung ist durch die folgenden Schritte gekennzeichnet: Messung einer primär rekristallisierten Korngröße nach Beendigung der primären Rekristallisation während des entkohlenden Glühens und vor Beendigung der sekundären Rekristallisation während des Fertigglühens; und Steuerung des anschließenden Kornwachstums primär rekristallisierter Körner durch Absorption von Stickstoff im Stahlband entsprechend der gemessenen Korngröße.
Diese Begrenzung beruht auf der Erscheinung, daß eine starke Korrelation zwischen der mittleren Korngröße des entkohlten Blechs und der Flußdichte des Produktblechs besteht, und daß die Flußdichte verstärkt wird, wenn die Verfahrensbedingungen nach der Messung der primär rekristallisierten Korngröße und vor Beendigung der sekundären Rekristallisation während des Fertigglühens in Bezug auf die Nitrierbedingungen so gesteuert werden, daß das Kornwachstum der primär rekristallisierten Körner erleichtert wird, wenn die gemessene Korngröße der primär rekristallisierten Körner kleiner ist als ein geeigneter Wert, oder daß das Kornwachstum primär rekristallisierter Körner erschwert wird, wenn die gemessene Größe der primär rekristallisierten Körner größer ist als der geeignete Wert.
Die Messung und die Steuerung erfolgen in dem Verfahrensstadium zwischen der Beendigung der primären Rekristallisation während des entkohlenden Glühens und der Beendigung der sekundären Rekristallisation während des Fertigglühens, da die vorliegende Erfindung darauf abzielt, den Wachstumsgrad primär rekristallisierter Körner zu messen und die späteren Nitrierbedingungen so zu steuern, daß ein geeignetes Kornwachstum erfolgt. Die Messung des Kornwachstumsgrades vor Beendigung der primären Rekristallisation oder nach Beendigung der sekundären Rekristallisation ist unmöglich oder nutzlos.
Die Ausführung der Messung wird für die primär rekristallisierte Korngröße spezifiziert, weil die mittlere Korngröße und die Korngrößenverteilung statistisch abgeschätzt werden können, selbst wenn nur ein Korn gemessen wird, ohne die mittlere Korngröße direkt zu messen, und daher sind alle meßbaren Parameter, die in Beziehung zur Korngröße stehen, im Prinzip der vorliegenden Erfindung eingeschlossen, bei welcher der Wachstumsgrad primär rekristallisierter Körner gemessen und das spätere Kornwachstum so gesteuert wird, daß man unveränderlich eine hohe Flußdichte des Produktblechs erzielt. Folglich ist der Ausdruck "Messung der Korngröße primär rekristallisierter Körner" gemäß der vorliegenden Erfindung im weiteren Sinne als "Messung eines Parameters, der in Beziehung zur Korngröße steht" aufzufassen.
Das Verfahren zur Messung der Korngröße ist nicht definitiv begrenzt und kann ein Verfahren sein, bei dem ein an einer Entkohlungsglühlinie angebrachter Ultraschall- oder Magnetdetektor zur Messung eines mit der Korngröße verbundenen Parameters eingesetzt wird, ein Verfahren, bei dem Korngrenzen einer Probe eines entkohlten Blechs durch ein Licht- oder Elektronenmikroskop erfaßt und durch ein Schnittpunktverfahren oder eine Bildanalyse analysiert werden, um einen mit der Korngröße verbundenen Parameter zu bestimmen, oder ein Verfahren, bei dem ein mit der Korngröße verbundener Parameter während des Fertigglühens mit Hilfe einer Ultraschall- oder Magneteinrichtung gemessen wird.
Das Verfahren zur Steuerung des Kornwachstums der primären Rekristallisation durch Absorption von Stickstoff im Stahl nach der Messung ist nicht definitiv begrenzt und kann ein Verfahren sein, bei dem die Korngröße während des entkohlenden Glühens gemessen wird und die Temperatur, die Zeit, der Stickstoff-Partialdruck usw. für die restliche Dauer des entkohlenden Glühens eingestellt werden, ein Verfahren, bei dem der Korndurchmesser nach dem entkohlenden Glühen gemessen wird und zusätzlich ein Nitrierschritt unter Anwendung von NH&sub3;-Gas, Plasma usw. ausgeführt wird, ein Verfahren, bei dem die zeitliche Entwicklung der Wärmeverhältnisse und der Stickstoffpartialdruck von Atmosphärengas im Fertigglühschritt reguliert werden, ein Verfahren, bei dem die Korngröße während oder nach dem entkohlenden Glühen gemessen wird und die Menge und/oder Qualität eines Nitrids, das einem Glühtrennmittel zugesetzt werden soll, eingestellt werden, oder ein Verfahren, bei dem der Sauerstoff-Partialdruck während des entkohlenden Glühens und der Zusatz zu einem Glühtrennmittel, die beide die Bildung eines Überzugs beeinflussen, eingestellt werden, um die Absorption von Stickstoff im Stahl während des Fertigglühens zu steuern.
Die Absorption von Stickstoff im Stahl ist für die Steuerung des Kornwachstums äußerst wirksam, da sie eine Bildung von AlN, (Al, Si)N und anderen Nitriden verursacht, um dadurch das Kornwachstum primär rekristallisierter Körner zu unterdrücken.

Beispiele

Beispiel 1

Eine Stahlbramme mit 0,056 Gew.-% C, 3,24 Gew.-% Si, 0,15 Gew.-% Mn, 0,006 Gew.-% S, 0,025 Gew.-% säurelöslichem Al und 0,0079 Gew.-% N wurde auf 1150ºC erhitzt und zu einem 2,3 mm dicken Warmband warmgewalzt. Das Band wurde bei 1150ºC geglüht, auf eine Enddicke von 0,285 mm kaltgewalzt und dann bei 850ºC entkohlend geglüht. Eine Bildanalyse des entkohlten Blechs ergab einen mittleren Korndurchmesser von 15 um. Nach diesem Ergebnis wurde vorausgesagt, daß man eine Flußdichte (B&sub8;) von 1,90 T oder weniger erhalten würde, wenn ein Glühtrennmittel mit MgO als Hauptbestandteil auf das Blech aufgebracht und dieses anschließend fertiggeglüht würde, und folglich wurde eine Einstellung der Fertigglühbedingungen wie folgt vorgenommen.
Das Band wurde mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 10ºC/h in einer Atmosphäre aus 10% N&sub2; und 90% H&sub2; oder mit einem vergleichsweise niedrigeren Stickstoff-Partialdruck auf 1200ºC erwärmt und in einer veränderten Atmosphäre aus 100% H&sub2; 20 Stunden auf dieser Temperatur gehalten, um das Fertigglühen zu beenden.
Zum Vergleich wurde eine Probe aus dem gleichen Band mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 10ºC/h in einer Atmosphäre aus 25% N&sub2; und 75% H&sub2; auf 1200ºC erwärmt und in einer Atmosphäre aus 100% H&sub2; 20 Stunden auf dieser Temperatur gehalten, um das Fertigglühen zu beenden.
Die Flußdichtedaten für diese fertiggeglühten Blechprodukte sind in Tabelle 1 angegeben. Tabelle 1 Fertigglühbedingungen Erfindung Vergleich

Beispiel 2

Das Warmband von Beispiel 1 wurde 305 lang auf 1150ºC erhitzt, langsam auf 900ºC abgekühlt, dann schnell auf Raumtemperatur abgekühlt, anschließend auf eine Enddicke von 0,285 mm kaltgewalzt und bei 875ºC entkohlend geglüht. Eine Analyse des entkohlten Blechs ergab einen Korndurchmesser von 22 um.
Nach diesem Ergebnis wurde vorausgesagt, daß ein unvollständig sekundär rekristallisierter Abschnitt auftreten würde, wenn ein Glühtrennmittel mit MgO als Hauptbestandteil auf das Blech aufgebracht und dieses anschließend fertiggeglüht würde, und folglich wurde eine Einstellung für das Glühtrennmittel auf die folgende Weise vorgenommen.
Auf das Blech wurde ein Glühtrennmittel mit MgO als Hauptbestandteil und einer Beimischung von 10% MnN aufgebracht. Es ist bekannt, daß MnN während des Fertigglühens zersetzt wird und eine Stickstoffabsorption im Stahl hervorruft.
Zum Vergleich wurde ein Glühtrennmittel mit MgO als Hauptbestandteil, jedoch ohne Beimischung von MnN, auf das Blech aufgebracht.
Die Bleche wurden unter den gleichen Bedingungen fertiggeglüht wie die Vergleichsprobe von Beispiel 1.
Die Ergebnisse für diese fertiggeglühten Produktbleche sind in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2 Verfahrensbedingungen prozentualer Anteil der sekundären Rekristallisation Erfindung Vergleich

Beispiel 3

Eine Stahlbramme mit 0,054 Gew.-% C, 3,22 Gew.-% Si, 0,13 Gew.-% Mn, 0,007 Gew.-% S, 0,029 Gew.-% säurelöslichem Al und 0,0078 Gew.-% N wurde auf 1150ºC erhitzt und zu einem 2,3 mm dicken Warmband warmgewalzt. Das Band wurde 305 lang auf 1150ºC erhitzt, langsam auf 900ºC abgekühlt, schnell auf Raumtemperatur abgekühlt, anschließend zu einem Kaltblech mit einer Enddicke von 0,285 mm kaltgewalzt. Das Blech wurde 150s lang auf 830ºC erhitzt und dann zum entkohlenden Glühen auf 900ºC erhitzt. Eine Bildanalyse des entkohlten Blechs ergab einen Korndurchmesser von 26 um.
Nach diesem Ergebnis wurde vorausgesagt, daß ein unvollständig sekundär rekristallisierter Abschnitt auftreten würde, wenn ein Glühtrennmittel mit MgO als Hauptbestandteil auf das Blech aufgebracht und dieses anschließend fertiggeglüht würde, und folglich wurde eine Einstellung für die Stahlblechoberfläche wie folgt ausgeführt.
Um Oberflächenbeschichtungsbedingungen zu schaffen, welche die Stickstoffabsorption während des Fertigglühens erleichtern, wurde ein oxidierter Überzug auf dem entkohlten Blech mit einer Säure entfernt.
Zum Vergleich wurde eine Probe aus dem gleichen Blech mit einem oxidierten Überzug verwendet.
Ein Glühtrennmittel mit MgO als Hauptbestandteil wurde auf diese Bleche aufgebracht, die dann unter den gleichen Bedingungen wie bei der Vergleichsprobe von Beispiel 1 fertiggeglüht wurden.
Die Ergebnisse für diesen fertiggeglühten Produktbleche sind in Tabelle 3 angegeben. Tabelle 3 Verfahrensbedingungen prozentualer Anteil der sekundären Rekristallisation Erfindung Vergleich

Beispiel 4

Für das entkohlte Blech von Beispiel 3 wurde eine Einstellung für das Fertigglühen auf die folgende Weise ausgeführt.
Das entkohlte Blech wurde mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 10ºC/h in einer Atmosphäre aus 25% N&sub2; und 75% H&sub2; auf 800ºC erwärmt, mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 10ºC/h in einer Atmosphäre von 75% N&sub2; und 25% H&sub2; oder mit einem höheren Stickstoff-Partialdruck von 800ºC bis 1200ºC erwärmt und 20 Stunden in einer Atmosphäre aus 100% H&sub2; auf 1200ºC gehalten, um das Fertigglühen zu beenden.
Zum Vergleich wurde das entkohlte Blech unter den gleichen Bedingungen wie bei der Vergleichsprobe von Beispiel 1 fertiggeglüht.
Die Ergebnisse für diese fertiggeglühten Produktbleche sind in Tabelle 4 angegeben. Tabelle 4 Verfahrensbedingungen prozentualer Anteil der sekundären Rekristallisation Erfindung Vergleich

Beispiel 5

Das Kaltblech von Beispiel 3 wurde 150s lang auf 830ºC erwärmt und anschließend 20s lang auf 900ºC erwärmt, um das entkohlende Glühen zu beenden; dabei wurde der mittlere Korndurchmesser durch einen direktgekoppelten Ultraschalldetektor gemessen, während das Blech 10s lang auf 900ºC gehalten wurde. Die Messung ergab einen Korndurchmesser von 25 um.
Nach diesem Ergebnis wurde das Auftreten eines unvollständig sekundär rekristallisierten Abschnitts vorausgesagt, wenn ein Glühtrennmittel mit MgO als Hauptbestandteil auf das Blech aufgebracht und dieses anschließend fertiggeglüht würde, und folglich wurde eine Einstellung für das Glühtrennmittel auf die folgende Weise ausgeführt.
Auf das Blech wurde ein Glühtrennmittel mit MgO als Hauptbestandteil und mit einer Beimischung von 10% MnN aufgebracht. Es ist bekannt, daß MnN während des Fertigglühens zersetzt wird und eine Stickstoffabsorption im Stahl verursacht.
Zum Vergleich wurde ein Glühtrennmittel mit MgO als Hauptbestandteil, jedoch ohne Beimischung von MnN, auf das Blech aufgebracht.
Die Bleche wurden unter den gleichen Bedingungen wie bei der Vergleichsprobe von Beispiel 1 fertiggeglüht.
Die Ergebnisse für diesen fertiggeglühten Produktbleche sind in Tabelle 5 angegeben. Tabelle 5 Verfahrensbedingungen prozentualer Anteil der sekundären Rekristallisation Erfindung Vergleich
Wie oben beschrieben, weist die vorliegende Erfindung bei einem Verfahren zur Herstellung eines kornorientierten Elektrostahlblechs in den folgenden beiden Punkten einen großen Vorteil auf.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine stabile Herstellung eines Produktblechs mit hervorragenden magnetischen Eigenschaften durch eine kombinierte Voraussage und Steuerung der magnetischen Eigenschaften des Produktblechs, in welchem die Korngröße primär rekristallisierter Körner in dem Stadium nach Beendigung der primären Rekristallisation während des entkohlenden Glühens und vor Beendigung der sekundären Rekristallisation während des Fertigglühens gemessen wird.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht außerdem eine deutliche Senkung der Herstellungskosten, da die Erwärmung einer warmzuwalzenden Stahlbramme bei einer Temperatur ausgeführt werden kann, die mit der Temperatur für gewöhnliche Stähle vergleichbar ist, und daher kein Brammenerwärmungsofen ausschließlich für ein kornorientiertes Elektrostahlblech erforderlich ist, und außerdem werden der Energieverbrauch und die Verzunderung reduziert.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines kornorientierten Elektrostahlblechs mit hervorragenden magnetischen Eigenschaften, mit den Schritten:

a) Erwärmen einer Stahlbramme mit 0,025 bis 0,075 Gew.- % C, 2,5 bis 4,5 Gew.-% Si, 0,010 bis 0,060 Gew.-% säurelöslichem Al, 0,0030 bis 0,0130 Gew.-% N, 0,014 Gew.-% oder weniger (S + 0,405 Se), 0,05 bis 0,8 Gew.-% Mn, wobei der Rest aus Fe und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht; auf eine Temperatur, die niedriger ist als 1280ºC;

b) Warmwalzen der so erwärmten Bramme zu einem Warmband;

c) Kaltwalzen des Warmbandes zu einem Kaltband;

d) Entkohlendes Glühen des Kaltbandes;

e) Aufbringen eines Glühtrennmittels auf das Band;

f) Fertigglühen des Bandes;

g) Messen einer primär rekristallisierten Korngröße in dem Stadium nach Beendigung einer primären Rekristallisation während des entkohlenden Glühens und vor Beendigung einer sekundären Rekristallisation während des Fertigglühens; und

h) Steuerung des späteren Kornwachstums primär rekristallisierter Körner in diesem Stadium durch Erhöhen der Stickstoffabsorption in dem Stahlband, wodurch der Nitridgehalt in dem Stahlband erhöht wird, um das Kornwachstum primär rekristallisierter Körner zu unterdrücken, wenn die gemessene primär rekristallisierte Korngröße größer ist als ein erster Wert, und durch Verringern der Stickstoffabsorption in dem Stahlband, wodurch die durch Stickstoffabsorption verursachte Nitridbildung in dem Stahlband verringert wird, um das Kornwachstum primär rekristallisierter Körner zu verstärken, wenn die gemessene primär rekristallisierte Korngröße kleiner ist als ein zweiter Wert;

i) wobei der erste Wert eine minimale primär rekristallisierte Korngröße ist, oberhalb derer eine unvollständige sekundäre Rekristallisation auftritt und die aus einer Beziehung zwischen der primär rekristallisierten Korngröße und der magnetischen Flußdichte eines fertigen Produktblechs ermittelt wird;

j) wobei der zweite Wert eine primär rekristallisierte Korngröße ist, bei der eine vollständige sekundäre Rekristallisation erzielt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Messung einer primär rekristallisierten Korngröße während des entkohlenden Glühens durch einen direktgekoppelten Ultraschalldetektor ausgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Messung einer primär rekristallisierten Korngröße durch eine Bildanalyse eines entkohlend geglühten Bandes ausgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerung des späteren Kornwachstums primär rekristallisierter Körner durch Absorption von Stickstoff im Stahlband durch eine Einstellung der Fertigglühbedingungen erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerung des späteren Kornwachstums primär rekristallisierter Körner durch Absorption von Stickstoff im Stahlband durch eine Einstellung des Glühtrennmittels erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerung des späteren Kornwachstums primär rekristallisierter Körner durch Aufnahme von Stickstoff im Stahlband durch eine Einstellung der Stahlblechoberfläche vor dem Fertigglühen erfolgt.