EP2729588A1 - Verfahren zum herstellen eines kornorientierten, für elektrotechnische anwendungen bestimmten elektrostahlflachprodukts - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines kornorientierten, für elektrotechnische anwendungen bestimmten elektrostahlflachprodukts

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EP2729588A1
EP2729588A1 EP12734890.2A EP12734890A EP2729588A1 EP 2729588 A1 EP2729588 A1 EP 2729588A1 EP 12734890 A EP12734890 A EP 12734890A EP 2729588 A1 EP2729588 A1 EP 2729588A1
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EP
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annealing
cold
strip
temperature
stage
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EP12734890.2A
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Heiner Schrapers
Thorsten KRENKE
Christof Holzapfel
Ludger Lahn
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ThyssenKrupp Electrical Steel GmbH
Original Assignee
ThyssenKrupp Electrical Steel GmbH
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    • C22C38/38—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese

Definitions

  • the invention relates to a method for producing grain-oriented electrical steel flat products intended for electrotechnical applications.
  • Grain-oriented electrical steel flat products have special magnetic properties and are produced by a complex manufacturing process.
  • Base material for electrical steel flat products is a silicon steel sheet. The metallurgical properties of the material, the
  • Electric steel flat products in which the grains do not have pronounced orientation.
  • the magnetic flux is not fixed to any particular direction so that the same magnetic flux in all directions
  • Grain-oriented electrical steel or sheet of the type in question here has a strong anisotropic
  • Grain-oriented electrical steel is particularly suitable for applications in which particularly high demands are placed on the magnetic properties, as is the case, for example, in the construction of transformers.
  • grain-oriented electrical steel are known in greater numbers.
  • Characteristic of this method is a Slab heating temperature below 1250 ° C. Due to this comparably low temperature
  • the purpose of the particle inhibition is to control the grain growth in the primary structure of the cold strip after and during the
  • the driving force for grain growth during annealing is the grain boundary energy stored in the microstructure. This is essentially due to the grain size after the
  • Excretions inhibitors determined. Therefore, it is important to have many finely divided particles. In the low-heating process, however, the relevant particles are not in the hot strip but before, after or during the decarburization annealing or during the
  • an inhibition strength Iz is adjusted by nitrides and sulfides via the hot rolling process in such a way that the primary grain growth during the
  • Nitriding treatment at temperatures between 850 and 1050 ° C in an ammonia-containing atmosphere allows the direct formation of aluminum nitrides.
  • grain-oriented electrical steel can not be modified.
  • the nitration can be carried out here by an atmosphere with nitriding capability or by a nitrogen-donating adhesive protection additive.
  • the nitration is close to
  • EP 1 752 549 A1 discloses a process for the production of high-quality grain-oriented electrical steel based on thin-slab continuous casting, in which the
  • the aim is to avoid the formation of nitridic precipitates before hot rolling and during hot rolling as possible to the possibility of a controlled generation of such
  • unavoidable impurities Si: 2.5-4.0%, C: 0.02-0.10%, Al: 0.01-0.065% N: 0.003-0.015% optionally up to 0.30 % Mn, up to 0.05% Ti, up to 0.3% P, one or more elements from the group S, Se in contents whose sum is at most 0.04%, one or more elements from the group As, Sn, Sb, Te, Bi with contents of up to 0.2% each, one or more elements from the group consisting of Cu, Ni, Cr, Co, Mo with contents of in each case up to 0, 5% and one or more elements of Group B, V, Nb at levels of up to 0.012% each.
  • the composite Melt then becomes secondary metallurgical in one
  • Thin slabs are hot rolled into a hot strip 0.5 to 4.0 mm thick in a multi-stand hot rolling mill in line. During hot rolling, the first forming pass will be at a
  • Temperature of 900 - 1200 ° C performed with a degree of deformation of more than 40%. Furthermore, during hot rolling, at least the two forming passes subsequent to rolling at 900 - 1200 ° C in the
  • the hot strip thus obtained is cooled and coiled into a coil.
  • Cold rolling can be performed. Subsequently, the hot strip is cold rolled to a cold strip having a final thickness of 0.15 mm to 0.50 mm. The resulting cold strip is then annealed recrystallizing and decarburizing. In addition to the decarburization annealing, nitriding of the strip in a NH 3 -containing atmosphere can also be carried out at temperatures above 850 ° C. After this
  • an annealing separator has been applied to the surface of the annealed cold strip, the thus coated cold-rolled strip to the expression of Gosstextur recrystallizing final annealed.
  • the finally annealed cold strip can then be provided with an electrical insulation and
  • EP 0 392 534 B1 describes in detail the atmospheres of decarburization annealing which may be considered. In this context will be on it
  • Nitrierglühung the partial pressure p H 2o P H 2 must be lowered to adjust a suitable oxide layer. The result of this process is a satisfactory formation of the glass film during the annealing.
  • the object of the invention was to provide a method with which it is possible to carry out grain-oriented electrical steel flat products in a simple manner to produce an optimally uniform distribution of the grain size.
  • a method according to the invention for producing a grain-oriented electrical steel flat product intended for electrotechnical applications comprises the following steps: a) producing a molten steel next to iron and
  • unavoidable impurities (in% by weight) Si: 2.5-4.0%, C: 0.02-0.1%, Al: 0.01-0.065%, N: 0.003-0.015%, and optionally up to to 0.30% Mn, up to 0.05% Ti, up to 0.3% P, one or more
  • Continuous casting machine c) separating at least one thin slab from the cast strand, d) heating the thin slab to a temperature between 1050 ° C and 1300 ° C, e) hot rolling the thin slab in a hot rolling mill to a hot strip having a thickness of 0.5-4.0 (f) cooling the hot strip, (g) coiling the hot strip into a coil, (h) cold rolling the hot strip to a cold strip having a final thickness of 0,15 to 0,50 mm, (i) decarburizing and nitriding annealing the cold strip obtained, (j) Applying an annealing separator to the surface of the annealed cold-rolled strip, and k) final annealing the annealing separator
  • Preparation of grain-oriented electrical tapes or sheets are usually required. These include, for example, between steps g) and h) one - or multi - stage hot strip annealing, thermal straightening of the cold - rolled strip and application of an insulating layer carried out as part of the
  • Essential for the invention is that the cold strip in the course of the process step i) "decarburizing and nitriding annealing of the obtained cold strip" in at least two stages decarburizing and nitriding annealed.
  • the first stage of this annealing extends according to the invention over a first time interval, which is a heating of the cold strip, starting from a
  • Start temperature to a first target annealing temperature and then holding at this target annealing temperature includes.
  • the second stage of annealing extends into
  • the first target annealing temperature is lower by 10 to 50 ° C. than the second target annealing temperature.
  • the duration of the first time interval is 30-70% of the total duration of the annealing treatment comprising the first time interval and the second time interval.
  • the invention is based on the recognition that can be produced by an at least two-stage "step annealing" during the step i) a cold strip in which on the one hand the grains have an optimal mean grain size and on the other hand, the deviation of the grain size of the individual grains of the average grain size is low.
  • this can be achieved by subjecting the cold strip for decarburizing and nitriding annealing, obtained after cold rolling, to a continuous flow through at least two zones
  • a target annealing temperature is set to
  • the cold-rolled strip structure obtained after annealing thus has the same mean grain size as that achieved by the higher annealing temperature
  • Glowing in the rear furnace zone is set to a significantly smaller variance, thus enabling during the final, at a high temperature final annealing achieved a homogeneous secondary grain growth.
  • An electric flat steel product produced according to the invention thus has a crystallographic texture after the annealing treatment carried out after at least two stages following the cold rolling, by means of which a homogeneous secondary grain growth during the final heat treatment
  • the invention combines in this way the known from the low-heating process approach with a modern thin-slab production, which takes place according to the known, characterized by a continuous production process casting-rolling process. The result is at
  • Electric flat steel product having optimum magnetic properties relative to the uses typical of grain-oriented electrical sheets or tapes.
  • a nitriding and decarburizing annealing (working step i) carried out according to the invention in at least two stages does not mean that a combined nitriding and decarburization always necessarily has to take place in both stages of this annealing.
  • the first stage of this annealing carried out according to the invention can also be carried out as a pure heating stage and the decarburization and nitration take place in the second stage. It is also conceivable to carry out a decarburization over the two annealing stages and then in a further annealing step
  • the decarburization and nitriding can take place in succession distributed over the at least two stages of the annealing carried out according to the invention.
  • step i) in practice in step i) l.i) the first and second stages of
  • Annealed after each other and then another annealing step are carried out in which the cold strip of a decarburizing and nitriding
  • Annealing is subjected.
  • the first and second stage of the annealing in step i) can under
  • Target annealing temperature of the first stage by 10 - 30 ° C
  • the heating of the cold strip to the desired temperature of the first annealing stage should be as fast as possible.
  • Nitrianssglühung passes through the cold-worked band initially a recovery. Then set the
  • an advantageous embodiment of the invention provides that the heating rate with which the cold strip is heated in the first stage of the annealing from the start temperature to the first target annealing temperature, 25 - 500 ° C / s.
  • the heating rate is typically 30-70 ° C / s. In terms of a particularly good
  • inductive rapid heating takes place, in which the cold strip is heated by the action of an induced electromagnetic field in the band.
  • the invention is based on
  • Diag. 1 is a schematic representation of the
  • annealing according to the invention for the first annealing stage provided time interval ti to the total duration t 2 of the annealing.
  • the hot strips produced in the manner described above are a two-stage hot strip annealing
  • the annealing temperature in the first stage of the hot strip annealing was 1090 ° C, while the
  • Annealing temperature in the second stage was 850 ° C.
  • the annealed hot strip is
  • a comparison group A of these sheet samples is in
  • the annealing in step i) of the method according to the invention was hereby subdivided into two annealing steps, of which the first annealing step is according to the invention
  • Annealing step a conventional decarburizing
  • a second group B of the sheet samples is in one
  • Annealing stage is in each case a target annealing temperature ⁇ and in the second annealing stage in each case a target annealing temperature T 2 has been set.
  • the total duration t 2 of the two consecutively completed annealing stages was also 150 s in this case.
  • the first stage of the first glow section also included one with a
  • the temperature curve during the annealing in the first annealing step is shown in a dashed line over the annealing time t on the one hand for the group A electrical sheet samples produced for comparison in a solid line and on the other hand for one of the variants B.a) - B.e).
  • the first two annealing stages of the variant exemplified here of the inventive method are mainly used for decarburization and are in this regard with respect to gas composition and
  • the Entkohlungsglühung takes place in two stages with respect to the temperature control in such a way that in the first passed first section is first gently decarburized to avoid grain enlargements as possible, and in the subsequently passed section at the optimal temperature for the effectiveness of the decarburization decarburization is continued and terminated.
  • inventive method optimized in terms of nitriding. At the same time a residual decarburization occurs here to a small extent.
  • the optimization of the third annealing stage in relation to the nitriding is done essentially by the choice of an optimized gas composition, but may also mean a temperature adjustment. In Diag. 1 is an example carried out accordingly Temperature control to detect a small temperature jump, which occurs after the end of the annealing time t 2 .
  • Furnace section of the continuous annealing furnace has been divided into two equal-length temperature zones, for their passage each of the glowing sheet metal samples so each 75 s
  • the duration ti of the first annealing stage was 50% of the total duration t 2 of 150 s.
  • the desired annealing temperature has been changed from variant to variant when carrying out the experiments according to the invention, while in the second temperature zone when carrying out the second annealing stage a constant amount of 860 ° C. is in each case Target annealing temperature has been set.
  • the target annealing temperature in the second annealing step was 910 ° C.
  • Table 2 shows for each variant a) - e) the
  • Annealing stage respectively set target annealing temperature Ti, the difference ⁇ between the first target annealing temperature and the target annealing temperature of the second annealing stage and the polarization J 80 o at 800 A / m, indicated in Tesla, and the specified in W / kg Ummagnethnesmann Pi , 7 at a polarization of 1.7 T and a respective frequency of 50 Hz enumerated. It turns out that the
  • Hot strips produced from the melt 1 in the above-described manner were subjected to a two-stage hot strip annealing at 1130 ° C./900 ° C., hot strips of the melt 2
  • the hot-rolled strip was cold rolled with a degree of deformation of 87% in one stage to 0.285 mm thick cold strips. From the obtained cold tapes sheet samples have been divided. In this case as well, for comparison, a group A of electric-wire samples obtained from the cold-rolled tapes is held for a period of 150 seconds at a temperature of 840 ° C in a wet hydrogen / nitrogen mixed atmosphere , 45). This was followed by annealing in a humid ammonia / hydrogen / nitrogen mixture at 860 ° C. for 30 seconds, with residual decarburization and nitriding. Subsequently, as in Example 1, nitrided at 910 ° C and restentarbohlt.
  • a second group B of samples was in the same
  • Atmosphere according to the invention in two stages in the first
  • Example 1 nitriding and residual decarburization were also carried out at 910.degree.
  • the electric sheet samples were then subsequently coated with magnesium oxide and finally annealed under an annealing atmosphere consisting of 50% by volume of H2 and 50% by volume of N2.
  • Diag. 2 is for the samples prepared from the melts 1 and 2 in accordance with the invention Polarization Jsoo applied over the annealing time ti the first stage of the inventive annealing.
  • Hot melts of melts 1 and 2 were subjected to a single-stage hot strip annealing at 950 ° C. This was followed by one-stage cold rolling to cold-rolled strip with a final thickness of 0.165 mm. From the obtained cold tapes sheet samples have been divided.
  • Sample panels were placed in a humidified at a temperature of 880 ° C for a period of 130 seconds
  • a second group B of sheet metal samples was annealed in the same atmosphere in the first part of the process used in the experiments reported here in two stages, wherein during the first, to 70.
  • annealing stage annealing a set annealing temperature of 850 ° C and then in the second, from the 70th to the 130th second annealing stage a target annealing temperature of 880 ° C was set , Subsequently, as in Example 1, nitriding and residual decarburization were also carried out at 900 ° C. in each case.
  • Cold strip was cold rolled to a final thickness of 0.215 mm. From the obtained cold tapes sheet samples have been divided.
  • a first group A of the sheet samples was heated for 120 seconds at a temperature of 870 ° C in one of a wet hydrogen / nitrogen mixture
  • Atmosphere where on the one hand a residual decarburization and on the other a nitration has taken place.
  • a second group B of sheet samples is in a wet hydrogen / nitrogen mixture with , 51
  • Furnace section of the continuous annealing furnace used here has been annealed. It is in a first to 65.
  • the annealing temperature has been set to 850 ° C during the second annealing stage, while the target annealing temperature in the second annealing stage, which is from the 70th to the 120th.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines kornorientierten Stahlflachprodukts für elektrotechnische Anwendungen, bei dem eine Schmelze zu einem Strang vergossen, von dem gegossenen Strang eine Dünnbramme abgeteilt, die Dünnbramme erwärmt und zu einem Warmband warmgewalzt, das Warmband abgekühlt, gehaspelt und zu einem Kaltband kaltgewalzt, das Kaltband entkohlend und nitrierend geglüht, ein Glühseparator auf die Oberfläche des Kaltbands aufgetragen und das Kaltband zur Ausprägung einer Gosstextur schlussgeglüht wird. Der Arbeitsschritt "entkohlendes und nitrierendes Glühen" wird in zwei Stufen durchgeführt, wobei sich die erste Stufe des Glühens über ein erstes Zeitintervall, das eine Erwärmung des Kaltbands ausgehend von einer Starttemperatur auf eine erste Soll-Glühtemperatur und ein Halten auf dieser Soll-Glühtemperatur umfasst, und die zweite Stufe des Glühens über ein zweites Zeitintervall erstreckt, in dem das Kaltband auf eine zweite Soll-Glühtemperatur erwärmt und anschließend bei dieser Soll-Glühtemperatur gehalten wird. Die erste Soll-Glühtemperatur ist um 10 - 50 °C niedriger als die zweite Soll-Glühtemperatur und die Dauer des ersten Zeitintervalls beträgt 30 - 70 % der das erste und das zweite Zeitintervall umfassenden Gesamtdauer der Glühbehandlung.

Description

Verfahren zum Herstellen eines kornorientierten, für elektrotechnische Anwendungen bestimmten
Elektrostahl lachprodukts
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von kornorientierten, für elektrotechnische Anwendungen bestimmten Elektrostahlflachprodukten .
Elektrostahlflachprodukte dieser Art werden in der Praxis auch als kornorientierte "Elektrobleche" oder
kornorientierte "Elektrobänder" bezeichnet.
Kornorientierte Elektrostahlflachprodukte weisen spezielle magnetische Eigenschaften auf und werden über einen aufwendigen Herstellungsprozess erzeugt. Grundmaterial für Elektrostahlflachprodukte ist ein Siliziumstahlblech. Die metallurgischen Eigenschaften des Werkstoffs, die
Umformgrade der Walzprozesse und die Parameter der
Wärmebehandlungsschritte sind dabei so aufeinander
abgestimmt, dass gezielte Rekristallisationsprozesse ablaufen. Diese Rekristallisationsprozesse führen zu einer für den Werkstoff typischen "Goss-Textur" , bei der die Richtung der leichtesten Magnetisierbarkeit in
Walzrichtung der Fertigbänder liegt.
Von kornorientiertem Elektroblech oder -band der hier in Rede stehenden Art zu unterscheiden sind
Elektrostahlflachprodukte, bei denen die Körner keine ausgeprägte Ausrichtung besitzen. In solchem nicht-kornorientiertem Elektroband oder -blech ist der magnetische Fluss auf keine bestimmte Richtung festgelegt, so dass sich in allen Richtungen gleiche magnetische
Eigenschaften ausbilden (isotrope Magnetisierung) .
Kornorientiertes Elektroband oder -blech der hier in Rede stehenden Art weist dagegen ein stark anisotropes
magnetisches Verhalten auf. Dieses ist auf eine
einheitliche Orientierung der Körner (Kristallite) des Gefüges zurückzuführen. Diese kristallographische Textur wird durch eine durch entsprechende Maßnahmen im
Herstellungsprozess erfolgende wirksame
Kornwachstumsauslese erzielt. Ziel ist es dabei, nach einer am Ende des Herstellungsprozesses erfolgenden
Schlussglühung ein Elektrostahlflachprodukt zu erhalten, bei dem die Körner eine geringe Fehlorientierung und daraus folgend eine nahezu ideale Textur aufweisen.
Kornorientiertes Elektroband eignet sich insbesondere für Verwendungen, bei denen besonders hohe Anforderungen an die magnetischen Eigenschaften gestellt werden, wie es beispielsweise beim Bau von Transformatoren der Fall ist.
Verfahren der zur Herstellung von hochwertigem
kornorientiertem Elektroblech sind in größerer Zahl bekannt .
Mit dem in der EP 0 910 676 Bl beschriebenen, so
genannten "Low-Heating-Verfahren" lassen sich
hochpermeable , kornorientierte Elektrobleche mit einer optimierten Eigenschaftsverteilung erzeugen.
Kennzeichnend für dieses Verfahren ist eine Brammenerwärmungstemperatur unterhalb von 1250 °C. Durch diese vergleichbar niedrige Temperatur werden
Aluminiumnitride, die beim zum Abschluss des
Herstellungsprozesses erfolgenden Hochtemperatur- Glühschritt vollständig in Lösung gebracht werden, nur partiell gelöst und wieder ausgeschieden. Infolgedessen weist nach dem Low-Heating-Prozess hergestelltes
Elektroband eine schwächere inhärente Inhibition auf als über den herkömmlichen Prozessweg via
Hochtemperaturbrammenerwärmung erzeugtes Material.
Zweck der Teilchen-Inhibition ist es, das Kornwachstum im Primärgefüge des Kaltbandes nach und während der
Entkohlungsglühung zu unterdrücken. Erst während der abschließenden Hochglühung, bei der die Kaltbänder bei Temperaturen von bis zu 1200 °C geglüht werden, soll im Temperaturbereich von 950 - 1100 °C ein kontrolliertes abnormales Kornwachstum erfolgen, um eine hohe
Texturschärfe mit Gossorientierung [001] (110) zu
ermöglichen .
Damit ein optimales abnormales Kornwachstum mit hoher Texturschärfe einsetzt, muss nach der Entkohlungsglühung ein idealer Gleichgewichtszustand zwischen treibenden und rücktreibenden Kräften eingestellt werden. Die treibende Kraft für das Kornwachstum während der Hochglühung ist die im Gefüge gespeicherte Korngrenzenenergie. Diese ist im Wesentlichen durch die Korngröße nach der
Primärrekristallisation bestimmt.
Bedingt durch die schwächere inhärente Inhibition beim Low-Heating-Verfahren ist die mittlere Primärkorngröße nach einer Entkohlungsglühung größer als beim
konventionellen Verfahren und unterliegt größeren
Schwankungen durch den Kaltprozess. Die treibende Kraft für das abnormale Kornwachstum ist somit generell geringer. Auf der anderen Seite wird eine dem abnormalen Kornwachstum entgegenstehende rücktreibende Kraft durch die im Kaltband ausgeschiedenen nichtmagnetischen
Ausscheidungen (Inhibitoren) bestimmt. Daher kommt es darauf an, viele fein verteilte Teilchen vorliegen zu haben. Beim Low-Heating Verfahren werden die relevanten Partikel jedoch nicht im Warmband sondern vor, nach oder während der Entkohlungsglühung oder während der
Aufheizphase der Schlussglühung im Zuge verschiedenster Nitrierverfahren erzeugt.
In Zuge der in der EP 0 950 119 Bl und der EP 0 950 120 Bl beschriebenen Verfahren wird über den Warmwalzprozess eine Inhibitionsstärke Iz durch Nitride und Sulfide so eingestellt, dass das primäre Kornwachstum beim
Kaltprozess auch bei höheren Temperaturen gehemmt wird. Die Brammen werden dabei vor dem Warmwalzen auf
Temperaturen von 1100 °C bis 1320 °C erwärmt. Eine simultan zur Entkohlungsglühung durchgeführte
Nitrierbehandlung bei Temperaturen zwischen 850 und 1050 °C in einer Ammoniak enthaltenden Atmosphäre ermöglicht die direkte Bildung von Aluminiumnitriden. Die
anschließende Hochglühung muss gegenüber dem
herkömmlichen Herstellungsweg der Fertigung von
kornorientiertem Elektroband nicht modifiziert werden.
Dem gegenüber wird beim in der EP 0 219 611 Bl
beschriebenen Verfahren die Nitrierung nach der Primärrekristallisation, aber vor Einsetzen des
abnormalen Kornwachstums durchgeführt. Die Nitrierung kann hierbei durch eine Atmosphäre mit Nitriervermögen oder durch einen Stickstoffspendenden Klebschutzzusatz erfolgen .
Speziell beim Verfahren mit einer Ammoniak enthaltenden Atmosphäre bei der die Nitriertemperatur unterhalb von 850 °C liegt, liegen nach der Nitrierung nahe der
Oberfläche Silizium-Mangan-Nitride vor (Materials Science Forum 204-206 (1996), 143-154). Aufgrund ihrer geringeren thermodynamischen Stabilität lösen sich diese während der Aufheizphase der Hochglühung auf. Der Stickstoff
diffundiert dann in die Stahlmatrix und rekombiniert mit dem dort vorliegenden freien Aluminium zu Äluminiumnitrid (Materials Science Forum 204-206 (1996), 593-598). Die so entstandenen Aluminiumnitride sind daraufhin die für das Sekundärkornwachstum wirksamen Inhibitoren. Die
Inhibition ist dabei zwar im Vergleich zum beim
konventionellen für die Erzeugung von kornorientiertem Elektroblech angewendeten Prozess schwächer, ermöglicht aber eine vollständige Sekundärrekristallisation bei höheren Temperaturen mit einer größeren Sekundärkorngröße im Fertigband (TMS Proceedings 3 (2008), 49-54).
Ein Nachteil dieses Vorgehens besteht allerdings darin, dass ein modifizierter Zeit-Temperatur-Zyklus der
Hochglühung erforderlich ist. Die Auflösung der Silizium- Mangan-Nitride sowie die Neubildung von A1N durch
Stickstoff-Diffusion erfolgt bei Temperaturen zwischen 700 bis 800 °C. Um diesen entscheidenden Prozessschritt vollständig zu ermöglichen, ist bei der Durchführung des voranstehend erläuterten Verfahrens eine isotherme
Haltestufe von mindestens vier Stunden während der
Aufheizphase der Hochglühung erforderlich. Diese bedingt nicht nur eine deutliche Verlängerung der gesamten
Prozessdauer, sondern führt auch zu erhöhten Kosten bei der Herstellung.
Neben dem voranstehend erläuterten Stand der Technik ist aus der EP 1 752 549 AI ein Verfahren zur Herstellung von hochwertigem kornorientierten Elektroband auf Basis von Dünnbrammen-Strangguss bekannt, bei dem die
Arbeitsschritte so aufeinander abgestimmt sind, dass unter Verwendung von konventionellen Aggregaten ein
Elektroblech mit optimierten magnetischen Eigenschaften erhalten wird. Dabei wird angestrebt, die Bildung von nitridischen Ausscheidungen vor dem Warmwalzen und während des Warmwalzens möglichst zu vermeiden, um die Möglichkeit einer kontrollierten Erzeugung solcher
Ausscheidungen bei der Abkühlung des Warmbandes in großem Umfang nutzen zu können. Im Einzelnen wird dazu zunächst ein Stahl erschmolzen, der neben Eisen und
unvermeidbaren Verunreinigungen (in Masse-%) Si: 2,5 - 4,0 %, C: 0,02 - 0,10 %, AI: 0,01 - 0,065 % N: 0,003 - 0,015 % wahlweise bis zu 0,30 % Mn, bis zu 0,05 % Ti, bis zu 0,3 % P, eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe S, Se in Gehalten, deren Summe höchstens 0,04 % beträgt, eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe As, Sn, Sb, Te, Bi mit Gehalten von jeweils bis zu 0,2 %, eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe Cu, Ni, Cr, Co, Mo mit Gehalten von jeweils bis zu 0, 5 % sowie eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe B, V, Nb mit Gehalten von jeweils bis zu 0,012 % enthält. Die so zusammengesetzte Schmelze wird dann sekundärmetallurgisch in einer
Vakuumanlage oder einem Pfannenofen behandelt und
anschließend kontinuierlich zu einem Strang vergossen. Von dem so erhaltenen Strang werden Dünnbrammen
abgeteilt, die nachfolgend in einem in Linie stehenden Ofen auf eine Temperatur zwischen 1050 °C und 1300 °C aufgeheizt werden. Die Verweilzeit im Ofen beträgt dabei höchstens 60 min. Im Anschluss an die Erwärmung der
Dünnbrammen werden die Dünnbrammen in einer in Linie stehenden mehrgerüstigen Warmwalzstraße zu einem Warmband mit einer Dicke von 0,5 - 4,0 mm warmgewalzt. Während des Warmwalzens wird der erste Umformstich bei einer
Temperatur von 900 - 1200 °C mit einem Umformgrad von mehr als 40 % durchgeführt. Des Weiteren werden während des Warmwalzend zumindest die sich an das Walzen bei 900 - 1200 °C anschließenden zwei Umformstiche im
Zweiphasenmischgebiet (α-γ) gewalzt. Schließlich beträgt beim letzten Umformstich des Warmwalzens beträgt die Stichabnahme höchstens 30 %. Im Anschluss an das
Warmwalzen wird das so erhaltene Warmband abgekühlt und zu einem Coil gehaspelt. Optional kann daraufhin ein Glühen des Warmbands nach dem Haspeln oder vor dem
Kaltwalzen durchgeführt werden. Anschließend wird das Warmband zu einem Kaltband mit einer Enddicke von 0,15 mm bis 0,50 mm kaltgewalzt. Das erhaltene Kaltband wird dann rekristallisierend und entkohlend geglüht. Zusätzlich zu der Entkohlungsglühung kann auch noch eine Nitrierung des Bandes in einer NH3-haltigen Atmosphäre bei Temperaturen oberhalb von 850 °C durchgeführt werden. Nachdem
anschließend auf die Oberfläche des glühbehandelten Kaltbands ein Glühseparator aufgetragen worden ist, wird das so beschichtete Kaltband zur Ausprägung einer Gosstextur rekristallisierend schlussgeglüht. Ebenso optional kann das schlussgeglühte Kaltband daraufhin noch mit einer elektrischen Isolierung versehen und
abschließend spannungsfrei geglüht werden.
In der EP 0 378 131 Bl wird auf die Bedeutung der mittleren Korngröße aber auch deren Varianz hingewiesen. Neben einer optimalen mittleren Korngröße ist demnach von besonderer Bedeutung, dass die Abweichung von der mittleren Korngröße im Blech gering ist. Dies resultiert aus der Tatsache, dass Kornwachstumsprozesse aufgrund der geringeren Inhibition unkontrollierter ablaufen
(Materials Science Forum 204-206 (1996), 623-628).
Demzufolge können unter ungünstigen Prozessbedingungen Körner wachsen, die keine Goss-Orientierung aufweisen, aber bei hohen Temperaturen nicht wachstumsfähig sind und zur Feinkornbildung beitragen.
In der EP 0 392 534 Bl werden schließlich die in Frage kommenden Atmosphären der Entkohlungsglühung im Detail beschrieben. In diesem Zusammenhang wird darauf
hingewiesen, dass zu Beginn der Entkohlungs- und
Nitrierglühung der Partialdruck pH2o PH2 abgesenkt werden muss, um eine geeignete Oxidschicht einzustellen. Das Resultat dieses Verfahrens ist eine zufriedenstellende Ausbildung des Glasfilms während der Hochglühung.
Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zu nennen, mit dem es auf einfache Weise gelingt, kornorientierte Elektrostahlflachprodukte mit einer optimal gleichmäßigen Verteilung der Korngröße herzustellen .
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst worden, das die in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen und Merkmale umfasst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.
In Übereinstimmung mit dem voranstehend erläuterten Stand der Technik umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines kornorientierten, für elektrotechnische Anwendungen bestimmten Elektrostahlflachprodukts folgende Arbeitsschritte : a) Erzeugen einer Stahlschmelze, die neben Eisen und
unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) Si: 2,5 - 4,0 %, C: 0,02 - 0,1 %, AI: 0,01 - 0,065 %, N: 0,003 - 0,015 % sowie jeweils wahlweise bis zu 0,30 % Mn, bis zu 0,05 % Ti, bis zu 0,3 % P, eines oder mehrere
Elemente aus der Gruppe S, Se in Gehalten, deren Summe höchstens 0,04 % beträgt, eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe As, Sn, Sb, Te, Bi mit Gehalten von jeweils bis zu 0,2 %, eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe Cu, Ni, Cr, Co, Mo mit Gehalten von jeweils bis zu 0, 5 %, eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe B, V, Nb mit Gehalten von jeweils bis zu 0,012 %, enthält, b) Vergießen der Schmelze zu einem Strang in einer
Stranggussmaschine, c) Abteilen mindestens einer Dünnbramme von dem gegossenen Strang , d) Erwärmen der Dünnbramme auf eine Temperatur zwischen 1050 °C und 1300 °C, e) Warmwalzen der Dünnbramme in einer Warmwalzstraße zu einem Warmband mit einer Dicke von 0,5 - 4,0 mm, f) Abkühlen des Warmbands, g) Haspeln des Warmbands zu einem Coil, h) Kaltwalzen des Warmbands zu einem Kaltband mit einer Enddicke von 0,15 - 0,50 mm, i) entkohlendes und nitrierendes Glühen des erhaltenen Kaltbands , j ) Auftrag eines Glühseparators auf die Oberfläche des geglühten Kaltbands, und k) Schlussglühen des mit dem Glühseparator versehenen
Kaltbands zur Ausprägung einer Gosstextur.
Selbstverständlich können bei der Erzeugung des
Elektrostahlflachprodukts zusätzliche Arbeitsschritte durchgeführt werden, die bei der konventionellen
Herstellung von kornorientierten Elektrobändern oder -blechen üblicherweise erforderlich sind. Hierzu zählen beispielsweise eine zwischen den Arbeitsschritten g) und h) durchgeführte ein- oder mehrstufige Warmbandglühung, ein thermisches Richten des Kaltbands und der Auftrag einer Isolationsschicht, die im Rahmen des
erfindungsgemäßen Verfahrens unter Anwendung und
Berücksichtigung der aus dem Stand der Technik bekannten Parameter durchgeführt werden können.
Wesentlich für die Erfindung ist, dass das Kaltband im Zuge des Arbeitsschritts i) "entkohlendes und nitrierendes Glühen des erhaltenen Kaltbands" in mindestens zwei Stufen entkohlend und nitrierend geglüht wird.
Die erste Stufe dieses Glühens erstreckt sich dabei erfindungsgemäß über ein erstes Zeitintervall, das eine Erwärmung des Kaltbands ausgehend von einer
Starttemperatur auf eine erste Soll-Glühtemperatur und ein anschließendes Halten auf dieser Soll-Glühtemperatur umfasst .
Die zweite Stufe des Glühens erstreckt sich in
entsprechender Weise erfindungsgemäß über ein zweites Zeitintervall, innerhalb dessen das Kaltband zunächst auf eine zweite Soll-Glühtemperatur erwärmt und anschließend bei dieser Soll-Glühtemperatur gehalten wird.
Erfindungsgemäß ist dabei die erste Soll-Glühtemperatur um 10 - 50 °C niedriger als die zweite Soll-Glühtemperatur. Gleichzeitig beträgt erfindungsgemäß die Dauer des ersten Zeitintervalls 30 - 70 % der das erste Zeitintervall und das zweite Zeitintervall umfassenden Gesamtdauer der Glühbehandlung . Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass sich durch eine mindestens zweistufig erfolgende "Stufenglühung" während des Arbeitsschritts i) ein Kaltband erzeugen lässt, bei dem einerseits die Körner eine optimale mittlere Korngröße aufweisen und bei dem andererseits die Abweichung der Korngröße der einzelnen Körner von der mittleren Korngröße gering ist.
In der Praxis kann dies dadurch erzielt werden, dass das nach dem Kaltwalzen erhaltene Kaltband für das entkohlende und nitrierende Glühen im kontinuierlichen Durchlauf durch einen in mindestens zwei Zonen gegliederten
Durchlaufglühofen geleitet wird, in dessen zuerst
durchlaufenen vorderer Zone in erfindungsgemäßer Weise eine Soll-Glühtemperatur eingestellt wird, die um
10 - 50 °C niedriger ist als die Soll-Glühtemperatur in der anschließend vom Kaltband durchlaufenen zweiten Zone des Ofens, wobei die Dauer des Zeitintervalls, innerhalb dessen die erste Stufe der Glühung abläuft, 30 - 70 % der Gesamtdauer der entkohlenden und nitrierende Glühung beträgt. Durch die erfindungsgemäß vorgegebene
Temperaturdifferenz zwischen der ersten und zweiten Stufe der entkohlenden und nitrierenden Glühung und die
erfindungsgemäß für die beiden Stufen dieser Glühung vorgesehenen Zeiten wird ein übermäßiges Kornwachstum der für die Gosstexturausbildung ungünstigen Orientierungen unterdrückt. Das nach dem Glühen erhaltene Kaltbandgefüge weist auf diese Weise bei gleicher mittlerer Korngröße, die durch die bei höherer Glühtemperatur erfolgende
Glühung in der hinteren Ofenzone eingestellt wird, eine signifikant kleinere Varianz auf und ermöglicht somit während der abschließenden, bei einer hohen Temperatur durchgeführten Schlussglühung ein homogenes sekundäres Kornwachstum.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es so, eine im Zuge des Kaltwalzprozess eingetretene Varianz der
Korngrößen zu minimieren. Insgesamt wird so das Ergebnis des vorangegangenen Kaltprozesses gegenüber Schwankungen der Korngrößenverteilung stabilisiert. Ein erfindungsgemäß erzeugtes Elektrostahlflachprodukt weist auf diese Weise nach der im Anschluss an das Kaltwalzen erfindungsgemäß mindestens zweistufig durchgeführten Glühbehandlung eine kristallographische Textur auf, durch die ein homogenes sekundäres Kornwachstum während der abschließenden
Hochtemperaturglühung in optimaler Weise gewährleistet ist .
Die Erfindung verbindet auf diese Weise die vom Low- Heating-Prozess bekannte Vorgehensweise mit einer modernen Dünnbrammenfertigung, die nach dem bekannten, durch einen kontinuierlichen Fertigungsablauf gekennzeichneten Gieß- Walz-Prozess erfolgt. Im Ergebnis steht bei
erfindungsgemäßer Vorgehensweise ein
Elektrostahlflachprodukt zur Verfügung, das bezogen auf die für kornorientierte Elektrobleche oder -bänder typischen Verwendungen optimale magnetische Eigenschaften besitzt .
Wenn hier von einem erfindungsgemäß in mindestens zwei Stufen durchgeführten nitrierenden und entkohlenden Glühen (Arbeitsschritts i) ) die Rede ist, bedeutet dies nicht, dass in beiden Stufen dieses Glühens notwendig stets eine kombinierte Nitrierung und Entkohlung stattfinden muss. Vielmehr kann die erste Stufe dieser erfindungsgemäß durchgeführten Glühung auch als reine Erwärmungsstufe ausgeführt werden und die Entkohlung und Nitrierung in der zweiten Stufe stattfinden. Ebenso ist denkbar, über die beiden Glühstufen eine Entkohlung durchzuführen und anschließend in einem weiteren Glühschritt eine
Restentkohlung und Nitrierung durchzuführen. Alternativ können die Entkohlung und Nitrierung über die mindestens zwei Stufen der erfindungsgemäß durchgeführten Glühung aufeinander folgend verteilt stattfinden. Schließlich ist es auch denkbar, mindestens eine der erfindungsgemäße absolvierten Glühstufen ohne Entkohlung oder Nitrierung stattfinden zu lassen und erst in einem sich an die beiden Stufen der erfindungsgemäßen Glühung anschließenden
Glühschritt die Entkohlung und Nitrierung fertig zu stellen .
Demgemäß kann im Rahmen der Erfindung in der Praxis im Arbeitsschritt i)l.i) die erste und zweite Stufe des
Glühens im Anschluss aneinander absolviert und darauf folgend ein weiterer Glühschritt durchgeführt werden, in dem das Kaltband einer entkohlenden und nitrierenden
Glühung unterzogen wird. Die erste und zweite Stufe des Glühens im Arbeitsschritt i) kann dabei unter
Berücksichtigung der erfindungsgemäß für diese Glühstufen hinsichtlich der Lage der Temperaturniveaus und des
Zeitanteils der ersten Glühstufe bezogen auf die
Gesamtzeit der Glühstufen durchgeführt werden.
Anschließend erfolgt dann ein weiterer Glühschritt, in dem in konventioneller Weise entkohlt und nitriert wird.
Insgesamt werden bei dieser Variante der Erfindung im Zuge des Arbeitsschritts i) also mindestens drei Teilglühschritte aufeinander folgend absolviert, wobei für die ersten beiden Glühschritte die erfindungsgemäßen
Vorgaben gelten und der dritte, das Nitrieren umfassende Schritt in konventioneller Weise absolviert wird.
Praktische Versuche haben gezeigt, dass sich optimale Eigenschaften eines erfindungsgemäß erzeugten
Elektrostahlflachprodukts ergeben, wenn die
Soll-Glühtemperatur der ersten Stufe um 10 - 30 °C
niedriger ist als die Soll-Glühtemperatur der zweiten Stufe der Glühung.
Ebenso wirkt es sich günstig auf das Ergebnis des
erfindungsgemäß mindestens zweistufig durchgeführten
Glühschritts aus, wenn die Dauer des ersten Zeitintervalls auf 30 - 60 % der Gesamtdauer der Glühbehandlung
beschränkt ist.
Die Erwärmung des Kaltbands auf die Soll-Temperatur der ersten Glühstufe sollte möglichst schnell erfolgen.
Während der Aufheizphase der Entkohlungs- und
Nitrierungsglühung durchläuft das kaltverformte Band zunächst eine Erholung. Dann setzt die
Primärrekristallisation ein. Bei höheren Temperaturen und längeren Glühzeiten kommen Kornwachstumsprozesse hinzu. Um möglichst viel gespeicherte Energie für die
Rekristallisation zur Verfügung zu stellen, sollte der Temperaturbereich der Erholung schnell durchlaufen werden. Zu diesem Zweck sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Aufheizrate, mit der das Kaltband in der ersten Stufe der Glühung von der Starttemperatur auf die erste Soll-Glühtemperatur erwärmt wird, 25 - 500 °C/s beträgt. Bei einer konventionellen Erwärmung beträgt dabei die Aufheizrate typischerweise 30 - 70 °C/s. Im Hinblick auf eine besonders gute
Primärrekristallisation und damit einhergehend optimale Arbeitsergebnisse kann es jedoch auch vorteilhaft sein, besonders schnelle Aufheizraten von 200 - 500 °C/s einzustellen. In der Praxis kann eine solche schnelle Aufheizrate insbesondere bei einer im kontinuierlichen Durchlauf erfolgenden Fertigung dadurch erzielt werden, dass am Eingang des jeweiligen Durchlaufofens eine
induktive Schnellaufheizung stattfindet, bei der das Kaltband durch die Wirkung eines in das Band induzierten elektromagnetischen Feldes erwärmt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von
Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
Diag. 1 eine schematische Darstellung des
Temperaturverlaufs T über die Glühzeit t für ein konventionell geglühtes Elektrostahlband (Kurve A) und ein erfindungsgemäßes
Elektrostahlband (Kurve B) ;
Diag. 2 die Polarisation bei 800 A/m in Tesla für zwei unterschiedlich zusammengesetzte
Elektrostahlbleche S1,S2, aufgetragen über das Verhältnis tx/t2 der Dauer des bei der
erfindungsgemäßen Glühung für die erste Glühstufe vorgesehenen ZeitIntervalls ti zur Gesamtdauer t2 der Glühung.
In einer konventionellen Stranggießmaschine sind vier Stahlschmelzen Sl - S4 mit den in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen nach einer in einem Pfannenofen und einer Vakuumanlage durchgeführten sekundärmetallurgischen Behandlung kontinuierlich zu einem 63 mm dicken Strang abgegossen worden.
Von dem Strang sind in ebenfalls konventioneller Weise Dünnbrammen abgeteilt worden. Nach einer Ausgleichsglühung in einem Ausgleichsofen bei 1165 °C sind diese Dünnbrammen entzundert und in der Fertigstraße auf eine Enddicke von 2,34 mm warmgewalzt und zu einem Coil gehaspelt worden.
Beispiel 1:
Die in der voranstehend beschriebenen Weise erzeugten Warmbänder sind einer zweistufigen Warmbandglühung
unterzogen worden. Die Glühtemperatur in der ersten Stufe der Warmbandglühung betrug 1090 °C, während die
Glühtemperatur in der zweiten Stufe bei 850 °C lag.
Anstelle einer zweistufigen Warmbandglühung hätte auch eine einstufige Warmbandglühung mit einer einheitlich gleichmäßigen Glühtemperatur durchgeführt werden können.
Nach der Warmbandglühung ist das geglühte Warmband
einstufig mit einem Umformgrad von 87 % auf eine Enddicke von 0,285 mm kaltgewalzt worden. Von den so erhaltenen Kaltbändern sind Blechproben abgeteilt worden.
Eine Vergleichsgruppe A dieser Blechproben ist im
Durchlauf in einem Durchlaufglühofen geglüht worden. Dabei ist in einem zuerst durchlaufenen ersten Ofenabschnitt zunächst ein 150 Sekunden dauernder Glühschritt bei einer Temperatur von 860 °C unter einer feuchten, aus einem Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch (pH2o/pH2 = 0,50) gebildeten Atmosphäre durchgeführt worden. Dann erfolgte in einem im Anschluss an den ersten Ofenabschnitt durchlaufenen zweiten Ofenabschnitt ein 30 Sekunden dauernder zweiter Glühschritt unter einer feuchten, aus einem
Ammoniak/Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch bestehenden
Atmosphäre, um eine Restent kohlung und Nitrierung zu bewirken. Die Temperatur der Glühung betrug stets 910 °C. Entsprechend der oben bereits erwähnten, für die Praxis wichtigen Ausgestaltung der Erfindung erfolgte hier somit die Glühung in Arbeitsschritt i) des erfindungsgemäßen Verfahrens unterteilt in zwei Glühschritte, von denen der erste Glühschritt der erfindungsgemäß vorgegebenen
Unterteilung folgend noch einmal in zwei Glühstufen durchgeführt worden ist, auf die folgend als zweiter
Glühschritt eine konventionelle entkohlende und
nitrierende Glühung absolviert worden ist. Insgesamt ist der Arbeitssch itt i) hier also in drei aufeinander folgenden Teilen absolviert worden.
Eine zweite Gruppe B der Blechproben ist in einer
entsprechenden Arbeitsabfolge zunächst im Zuge des ersten Glühschritts in erfindungsgemäßer Weise in zwei
aufeinander folgenden Glühstufen geglüht und anschließend in einem zweiten Glühschritt restentkohlt und nitriert worden. Dabei sind fünf Varianten B.a) - B.e) der
erfindungsgemäßen zweitstufigen Glühung untersucht worden. In der ersten über eine erste Dauer tx ablaufende
Glühstufe ist dabei jeweils eine Soll-Glühtemperatur χ und in der zweiten Glühstufe jeweils eine Soll- Glühtemperatur T2 eingestellt worden. Die Gesamtdauer t2 der beiden aufeinanderfolgend absolvierten Glühstufen betrug auch in diesem Fall 150 s. Die erste Stufe des ersten Glühabschnitts umfasste zudem eine mit einer
Aufheizrate von 40 °C/sec erfolgende schnelle Erwärmung auf die jeweilige Soll-Glühtemperatur Ii .
In Diag. 1 ist der Temperaturverlauf bei der Glühung im ersten Glühschritt jeweils über die Glühzeit t einerseits für die zum Vergleich erzeugten Elektroblechproben der Gruppe A in einer durchgezogenen Linie und andererseits für eine der Varianten B.a) - B.e) in einer gestrichelten Linie dargestellt.
Demnach dienen die ersten beiden Glühstufen der hier beispielhaft erläuterten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens schwerpunktmäßig der Entkohlung und sind in dieser Hinsicht bezüglich Gaszusammensetzung und
Temperatur optimiert. Die Entkohlungsglühung erfolgt hinsichtlich der Temperaturführung zweistufig und zwar derart, dass im zuerst durchlaufenen vorderen Abschnitt zunächst sachte entkohlt wird, um Kornvergrößerungen möglichst zu vermeiden, und im anschließend durchlaufenen Abschnitt bei für die Wirksamkeit des Entkohlungsprozesses optimaler Temperatur die Entkohlung fortgesetzt und beendet wird.
Demgegenüber ist die dritte Glühstufe des
erfindungsgemäßen Verfahrens in Bezug auf das Nitrieren optimiert. Gleichzeitig erfolgt hier im geringen Maße eine Restentkohlung . Die Optimierung der dritten Glühstufe in Bezug auf das Nitrieren geschieht im Wesentlichen durch die Wahl einer optimierten Gaszusammensetzung, kann aber auch eine Temperaturanpassung bedeuten. In Diag. 1 ist beispielhaft eine entsprechend durchgeführte Temperaturführung an einem kleinen Temperatursprung zu erkennen, der nach Ablauf der Glühzeit t2 eintritt.
Konkret ist für die Durchführung der erfindungsgemäßen Glühbehandlungsvarianten B.a) - B.e) ist der erste
Ofenabschnitt des Durchlaufglühofens in zwei gleichlange Temperaturzonen aufgeteilt worden, für deren Durchlauf die jeweils zu glühenden Blechproben also jeweils 75 s
benötigten. Dementsprechend betrug bei diesen Versuchen die Dauer ti der ersten Glühstufe 50 % der Gesamtdauer t2 von 150 s.
In der von der jeweiligen Probe zuerst durchlaufenen ersten Temperaturzone des ersten Ofenabschnitts ist bei der Durchführung der erfindungsgemäßen Versuche die Soll- Glühtemperatur von Variante zu Variante verändert worden, während in der zweiten Temperaturzone bei der Durchführung der zweiten Glühstufe jeweils eine konstante, 860 °C betragende Soll-Glühtemperatur eingestellt worden ist. Die im ersten Ofenabschnitt des Durchlaufglühofens
erfindungsgemäß durchgeführten beiden Glühstufen sind jeweils wie bei der Verarbeitung der Blechproben der
Gruppe A unter einer feuchten, aus einem
Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch (PH2O PH2 = 0,50) gebildeten Atmosphäre durchgeführt worden.
Dann erfolgte wie bei der Behandlung der Vergleichsproben der Gruppe A im sich an den ersten Ofenabschnitt
anschließenden zweiten Ofenabschnitt eine entkohlende und nitrierende Glühung über 30 Sekunden unter einer feuchten, aus einem Ammoniak/Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch bestehenden Atmosphäre. Die Soll-Glühtemperatur im zweiten Glühschritt betrug währenddessen auch hier 910 °C.
Nach dem Glühen wurden die Proben im Anschluss mit
Magnesiumoxid beschichtet und unter einer zu 50 Vol.-% aus H2 und zu 50 Vol.-% aus N2 bestehenden Glühatmosphäre schlussgeglüht worden.
In Tabelle 2 sind zu jeder Variante a) - e) der
erfindungsgemäßen Wärmebehandlung die in der ersten
Glühstufe jeweils eingestellten Soll-Glühtemperatur Ti, die Differenz ΔΤ zwischen der ersten Soll-Glühtemperatur und der Soll-Glühtemperatur der zweiten Glühstufe sowie die Polarisation J80o bei 800 A/m, angegeben in Tesla, und der in W/kg angegebene Ummagnetisierungsverlust Pi,7 bei einer Polarisation von 1,7 T und einer jeweiligen Frequenz von 50 Hz aufgezählt. Es zeigt sich, dass die
erfindungsgemäß erzeugten Elektrostahlbleche unabhängig davon, nach welcher der Varianten a) - e) sie hergestellt sind, bessere Eigenschaften besitzen als die in
konventioneller Weise glühbehandelten Proben.
Beispiel 2:
In der oben erläuterten Weise aus der Schmelze 1 erzeugte Warmbänder wurden einer zweistufigen Warmbandglühung bei 1130 °C / 900 °C, Warmbänder der Schmelze 2 einer
einstufigen Warmbandglühung bei 980 °C unterzogen.
Anschließend sind die Warmbänder mit einem Umformgrad von 87 % einstufig zu 0,285 mm dicken Kaltbändern kaltgewalzt worden. Von den erhaltenen Kaltbändern sind Blechproben abgeteilt worden. In diesem Fall ist ebenfalls zum Vergleich eine Gruppe A von aus den Kaltbändern gewonnenen Elektroblechproben für die Dauer von 150 Sekunden bei einer Temperatur von 840 °C in einer feuchten Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch- Atmosphäre , 45 ) geglüht worden. Anschließend erfolgte bei 860 °C für 30 Sekunden eine Glühung in einem feuchten Ammoniak/Wasserstoff /Stickstoff-Gemisch wobei restentkohlt und nitriert wurde. Anschließend wurde wie beim Beispiel 1 bei 910 °C nitriert und restentkohlt.
Eine zweite Gruppe B von Proben wurde in gleicher
Atmosphäre erfindungsgemäß in zwei Stufen im ersten
Prozessteil des genutzten Durchlaufofens geglüht. Die Temperatur der ersten Ofenzone wurde dabei auf 810 °C (ΔΤ = 30 °C) gesetzt. Auch in diesem Fall wurden fünf
Varianten B.a) - B.e) erzeigt. Die Glühzeit ti bis zur Anhebung der Soll-Glühtemperatur im zweiten Teil der
Glühung auf 840 °C betrug bei der Variante B.a) 120 s (Glühzeitverhältnis ti/t2=80 %) , bei der Variante B.b) 90 s (ti/t2 = 60 %) , bei der Variante B.c) 75 s
(ti/t2 = 50 %), bei der Variante B.d) 45 s (ti/t2 = 30 %) und bei der Variante B.e) 30 s (ti/t2 = 20 %).
Anschließend wurde auch hier wie beim Beispiel 1 bei 910 °C nitriert und restentkohlt.
Die Elektroblechproben wurden jeweils im Anschluss mit Magnesiumoxid beschichtet und unter einer zu 50 Vol.-% aus H2 und zu 50 Vol.-% aus N2 bestehenden Glühatmosphäre schlussgeglüht .
In Diag. 2 ist für die aus den Schmelzen 1 und 2 in erfindungsgemäßer Weise hergestellten Proben die Polarisation Jsoo über die Glühzeit ti der ersten Stufe der erfindungsgemäßen Glühung aufgetragen.
Beispiel 3:
Warmbänder der Schmelzen 1 und 2 wurden einer einstufigen Warmbandglühung bei 950 °C unterzogen. Anschließend erfolgte ein einstufiges Kaltwalzen zu Kaltband mit einer Enddicke von 0,165 mm. Von den erhaltenen Kaltbändern sind Blechproben abgeteilt worden.
Eine erste Gruppe A der von dem Kaltband abgeteilten
Probenbleche wurde für die Dauer von 130 Sekunden bei einer Temperatur von 880 °C in einer feuchten
Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch-Atmosphäre (PH2O/PH2 = 0,44) geglüht. Anschließend erfolgte bei 900 °C für 30 Sekunden eine Giühung in einer feuchten Ammoniak/Wasserstoff
Stickstoff-Atmosphäre . Im Zuge dieses zweiten Glühschritts wurde zum einen restentkohlt und zum anderen nitriert.
Eine zweite Gruppe B von Blechproben wurde unter gleicher Atmosphäre im ersten Prozessteil des für die vorliegend berichteten Versuche eingesetzten Durchlaufofens in zwei Stufen geglüht, wobei während der ersten, bis zur 70.
Sekunde (ti/t2 ~ 55 %) dauernde Glühstufe der Glühung eine Soll-Glühtemperatur von 850 °C und daran anschließend in der zweiten, von der 70. bis zur 130. Sekunde dauernden Glühstufe eine Soll-Glühtemperatur von 880 °C eingestellt wurde. Anschließend wurde auch hier wie beim Beispiel 1 jeweils bei 900 °C nitriert und restentkohlt.
Nach dieser Glühbehandlung der Elektroblechproben sind sie jeweils im Anschluss mit Magnesiumoxid beschichtet und unter einer zu 50 Vol.-% aus H2 und zu 50 Vol.-% aus N2 bestehenden Glühatmosphäre schlussgeglüht.
Die magnetischen Eigenschaften J80o und Ρ χ , 7 der
erfindungsgemäß und zum Vergleich erzeugten Proben sind in Tabelle 3 zusammengefasst . Es zeigt sich auch hier die Überlegenheit der erfindungsgemäß erzeugten Produkte.
Beispiel 4:
In der oben erläuterten Weise aus der Schmelze 3 erzeugte Warmbänder sind einer zweistufigen Warmbandglühung bei 1070 °C / 950 °C unterzogen und einstufig zu einem
Kaltband mit einer Enddicke von 0,215 mm kaltgewalzt worden. Von den erhaltenen Kaltbändern sind Blechproben abgeteilt worden.
Eine erste Gruppe A der Blechproben wurde für die Dauer von 120 Sekunden bei einer Temperatur von 870 °C in einer aus einem feuchten Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch
bestehenden Atmosphäre (PH2O/PH2=0 , 51 ) geglüht.
Anschließend erfolgte bei 910 °C für 30 Sekunden eine Glühung unter einer aus einem feuchten
Ammoniak/Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch bestehenden
Atmosphäre, bei der zum einen eine Restentkohlung und zum anderen eine Nitrierung stattgefunden hat.
Ein zweite Gruppe B von Blechproben ist in einem feuchten Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch mit , 51
erfindungsgemäß in einem ersten in erfindungsgemäßer Weise in zwei Stufen aufgeteilten Glühschritt im ersten
Ofenabschnitt des hier eingesetzten Durchlaufglühofens geglüht worden. Dabei ist in einer ersten bis zur 65. Sekunde dauernden Glühstufe die Sollglühtemperatur auf 850°C gesetzt worden, während die Soll-Gluhtemperatur in der zweiten Glühstufe, die von der 70. bis zur 120.
Sekunde dauerte, bei 870 °C lag. Nach Abschluss des ersten, im ersten Ofenabschnitt in dieser Weise zweistufig absolvierten Glühschritts wurden die Blechproben bei
910 °C in einem feuchten Ammoniak/Wasserstoff/Stickstoff- Gemisch nitriert und restentkohlt.
Alle Bleche wurden im Anschluss mit Magnesiumoxid
beschichtet und unter einer zu 50 Vol.-% aus H2 und zu 50 Vol.-% aus N2 bestehenden Glühatmosphäre schlussgeglüht.
Beim vorliegenden Beispiel umfasste die erste Glühstufe des ersten Glühschritts wie bei den voranstehend
beschriebenen Beispielen eine schnelle Erwärmung der
Blechproben auf die Soll-Glühtemperatur der ersten
Glühstufe. Um den Einfluss der Aufheizraten "AHR" zu zeigen, sind im vorliegenden Beispiel 4 in vier
verschiedenen Versuchsdurchläufen die Aufheizraten AHR bei ansonsten unveränderten Bedingungen variiert worden.
(Versuch 4.1: AHR = 70 °C/s Versuch 4.2: AHR = 150 °C/s; Versuch 4.3: AHR = 300 °C/s; Versuch 4.4: AHR = 500 °C/s).
Die magnetischen Kenngrößen der so erhaltenen
Elektrostahlbleche sind in Tabelle 4 zusammengefasst . Schmelze Si C AI N Mn S Cu Sn Cr
[ ] [ppm] [ppm] [ppm] [ppm] [ppm] [ppm] [ppm] [ppm]
Sl 3, 10 470 260 93 1470 78 1950 580 1140
S2 3, 32 580 287 105 1390 82 1810 720 780
S3 3,24 720 320 87 1580 92 1470 630 820
S4 2, 90 450 348 112 1420 85 1610 1050 930
Angaben in Gew.-% bzw. Gew. -ppm;
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen
Tabelle 1
Tabelle 2 Referenz 880 °C Erfindung
J800 [T] P1;7[W/kg] ^800 [T] Pi,7 [W/kg]
Schmelze 1 1, 867 0,882 1,899 0, 803
Schmelze 2 1,873 0, 853 1, 901 0,779
Tabelle 3
Tabelle 4

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zum Herstellen eines kornorientierten, für elektrotechnische Anwendungen bestimmten
Elektrostahlflachprodukts umfassend folgende
Arbeitsschritte : a) Erzeugen einer Stahlschmelze, die neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%)
Si: 2,5 - 4,0 %,
C: 0,02 - 0,1 %,
AI: 0,01 - 0,065 %,
N: 0,003 - 0,015 %,
wahlweise
- bis zu 0,30 % n,
- bis zu 0, 05 % Ti,
- bis zu 0,3 % P,
- eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe S, Se in Gehalten, deren Summe höchstens 0,04 % beträgt ,
- eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe As, Sn, Sb, Te, Bi mit Gehalten von jeweils bis zu 0,2 %,
- eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe Cu, Ni, Cr, Co, Mo mit Gehalten von jeweils bis zu 0, 5 %, - eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe B, V,
Nb mit Gehalten von jeweils bis zu 0,012 %, enthält ,
Vergießen der Schmelze zu einem Strang in einer Stranggussmaschine ,
Äbteilen mindestens einer Dünnbramme von dem gegossenen Strang,
Erwärmen der Dünnbramme auf eine Temperatur zwischen 1050 °C und 1300 °C,
Warmwalzen der Dünnbramme in einer Warmwalzstraße zu einem Warmband mit einer Dicke von
0,5 - 4,0 mm,
Abkühlen des Warmbands,
Haspeln des Warmbands zu einem Coil,
Kaltwalzen des Warmbands zu einem Kaltband mit einer Enddicke von 0,15 - 0,50 mm, entkohlendes und nitrierendes Glühen des
erhaltenen Kaltbands,
Auftrag eines Glühseparators auf die Oberfläche des geglühten Kaltbands,
Schlussglühen des mit dem Glühseparator
versehenen Kaltbands zur Ausprägung einer
Gosstextur, a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, - d a s s das Kaltband im Zuge des Arbeitsschritts i) in mindestens zwei Stufen geglüht wird,
- dass die erste Stufe dieses Glühens sich über ein erstes Zeitintervall erstreckt und eine Erwärmung des Kaltbands ausgehend von einer Starttemperatur auf eine erste Soll-Glühtemperatur und ein
anschließendes Halten des erwärmten Kaltbands auf der Soll-Glühtemperatur umfasst,
- dass die zweite Stufe des Glühens sich über ein zweites Zeitintervall erstreckt, innerhalb dessen das Kaltband zunächst auf eine zweite Soll- Glühtemperatur erwärmt und anschließend bei dieser Soll-Glühtemperatur gehalten wird,
- d a s s die erste Soll-Glühtemperatur um
10 - 50 °C niedriger ist als die zweite Soll- Glühtemperatur, und
- d a s s die Dauer des ersten Zeitintervalls
30 - 70 % der das erste Zeitintervall und das zweite Zeitintervall umfassenden Gesamtdauer der Glühbehandlung beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die erste Soll-Glühtemperatur um 10 - 30 °C niedriger ist als die zweite Soll-Glühtemperatur.
3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Dauer des ersten Zeitintervalls 30 - 60 % der Gesamtdauer der Glühbehandlung beträgt.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Aufheizrate, mit der das Kaltband in der ersten Stufe der Glühung von der Starttemperatur auf die erste Soll-Glühtemperatur erwärmt wird,
25 - 500 °C/s beträgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die
Aufheizrate mindestens 200 °C beträgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Erwärmung des Kaltbands induktiv erfolgt.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s im Arbeitsschritt 1)1. i) die erste und zweite Stufe des Glühens im Anschluss aneinander absolviert werden und darauf folgend ein weiterer Glühschritt durchgeführt wird, in dem das Kaltband einer entkohlenden und nitrierenden Glühung unterzogen wird. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h
g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die erste zweite Stufe des Glühens im Ärbeitsschritt i) als reine Entkohlungsglühung durchgeführt werden.
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