Verfahren zur Herstellung gewalzter Erzeugnisse aus einer Siliziumeisenlegierung mit guten magnetischen Eigenschaften Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Verfahren zur Herstellung gewalzter Erzeugnisse aus einer Siliziumeisenlegierung, die 2 bis 5% Silizium enthält und gute magnetische Eigenschaften aufweist.
Es ist bekannt, dass gewalztes Siliziumeisen die höchste Permeabilität in der Walzrichtung hat, wenn die Kristalle eine durch die Symbole (110) (001) angedeutete Vorzugsrichtung haben. Diese Symbole bedeuten, dass die sog. (110) Flächen der Kristalle sich im wesentlichen parallel zur Oberfläche des ge walzten Materials erstrecken und weiter, dass die (001) Richtungen nahezu parallel zur Walzrichtung verlaufen.
Siliziumeisenlegierungen von der erwähnten Tex tur lassen sich dadurch erhalten, dass die Legierungen unterhalb etwa 800 C, unter zwischenzeitigem Glü hen auf etwa 900 C, kaltgewalzt und diese Bearbei tungen gegebenenfalls mehrmals nacheinander wie derholt werden. Da das Kaltwalzen insbesondere bei grossen Blöcken hohe Anforderungen an die dazu benötigten Walzvorrichtungen stellt, hat man ferner vorgeschlagen, Blöcke oder Stäbe aus diesem Mate rial durch Warmwalzen von einer Temperatur von etwa 1100e C an bis zu etwa dem 10- bis 7fachen der gewünschten Dicke herzustellen und anschliessend das so erhaltene Material, wie oben erwähnt, bis zur gewünschten Enddicke kaltzuwalzen.
Das kaltge walzte Material wird schliesslich auf einer ziemlich hohen Temperatur etwa bei 1100 C geglüht. Hierbei entsteht die vorgenannte Vorzugsorientierung und au sserdem werden unerwünschte Verunreinigungen durch Erhitzung entfernt. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass unter Kalt- bzw. Warm- walzen in der vorliegenden Anmeldung das Walzen unterhalb bzw. oberhalb der Rekristallisationstempe- ratur zu verstehen ist.
Ausser dem Walzvorgang und der Temperatur behandlung hat man der Zusammensetzung von Sili- ziumeisenl.egierungen Aufmerksamkeit gewidmet und dabei unter anderem den Einfluss von Verunreinigun gen berücksichtigt. So hat man z. B. den Einfluss des Phosphors und Arsens auf die magnetischen Eigen schaften von der erwähnten Art Legierungen ermittelt und ferner vorgeschlagen, den Siliziumeisenlegierun- gen Aluminium bis zu einem Maximum von 5 Ge wichtsprozent zuzusetzen. Grosse Aufmerksamkeit ist weiter dem Einfluss von Stickstoff gewidmet worden.
Aus verschiedenen Veröffentlichungen geht hervor, dass, um gute magnetische Eigenschaften zu erhalten, das Vorhandensein von Stickstoff in Eisensilizium legierungen vermieden werden soll. So könnte bei einem Stickstoffgehalt von Siliziumeisenlegierungen von etwa 0,02 Gewichtsprozent keine (110) (001) Textur erhalten werden.
Weiter sei darauf hingewiesen, dass beim Aus glühen von Siliziumeisenlegierungen in reinem Was serstoff eine wesentlich höhere Anfangspermeabilität entsteht, als wenn der Wasserstoff 0,3 Gewichtspro zent Stickstoff enthält.
Bei den der Durchführung der Erfindung voran gehenden Untersuchungen wurde festgestellt, dass in sehr reinem Siliziumeisen, d. h. in Legierungen, bei denen keine andern Elemente als Silizium und Eisen nachweisbar waren, durch Kaltwalzen kombiniert mit zwischenzeitigen Ausglühungen, keine (110) (001) Textur erreichbar war. Bei fortgesetzten Unter- Buchungen wurden den Siliziumeisenlegierungen do sierte Mengen von je .einem Element hinzugesetzt.
Hierbei wurde vollkommen im Gegensatz zu dem, was sich aus der bekannten Literatur herleiten lässt, gefunden, dass durch das Einführen von Stickstoff in reine Siliziumeisenlegierungen die (110) (001) Textur durchaus herstellbar ist, sofern bestimmte Bedingungen erfüllt sind. Fortgesetzte Untersuchun gen stellten klar, dass ähnliche Ergebnisse - unter Berücksichtigung gleicher Bedingungen - entstehen, wenn in technische Siliziumeisenlegierungen Stick stoff eingeführt wird. Den letztgenannten Legierun gen können sogar bessere magnetische Eigenschaften als bisher bekannt verliehen werden.
Nach der Erfindung werden Siliziumeisenlegie- rungen mit einem Siliziumgehalt von 2 bis 5 Ge wichtsprozent zur Erzielung guter magnetischer Ei genschaften einem Kaltwalzen, gewünschtenfalls nach vorangehendem Warmwalzen, und einer oder meh reren zwischenzeitigen Glühungen unterworfen.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Legie rung, bevor ihr durch Kaltwalzen die endgültige Dicke gegeben worden ist, in einem strömenden Gas gemisch, das eine solche Stickstoffverbindung in der artiger Konzentration enthält, dass der Stickstoff in einer Menge von wenigstens 0,01 Gewichtsprozent in der Legierung aufgelöst wird, ohne dass Eisennitrid- oder Austenitbildung stattfindet, auf eine Temperatur von über 400 C erhitzt wird, wonach der Stickstoff, nachdem die Legierung bis zur endgültig gewünsch ten Dicke kaltgewalzt worden ist, dadurch ausgeschie den wird, dass die Legierung in einer stickstofffreien,
wasserstoffhaltigen Atmosphäre ausgeglüht wird, die keine oxydierend auf die Siliziumeisenlegierung ein wirkenden Stoffe enthält.
Die mit der Erfindung erzielbare Wirkung ent steht nicht, wenn die Legierung in einem strömenden Gasgemisch erhitzt wird, das ausschliesslich Moleku- larstickstoff enthält. Dieses Gas wird nämlich nur in geringem Masse von Siliziumeisenlegierungen aufge löst. Dagegen entstehen gute Ergebnisse, wenn die Legierung in einem Ammoniak und Wasserstoff ent haltenden strömenden Gasgemisch erhitzt wird. Eine Erklärung der Tatsache, dass NH2 um so viel wirk samer ist als N2, ist in der Philips Technischen Rundschau vom Juli 1948, S. 30 und 31, gegeben.
Die Konzentration der stickstoffhaltigen Verbin dungen im Gasgemisch darf nicht so gross werden, dass bei der Erhitzung Eisennitrid oder Austenit ge bildet wird. Wenn Ammoniak als stickstoffhaltige Verbindung verwendet wird, sind die Daten für eine richtige Konzentration einer Veröffentlichung von Lehrer in der Zeitschrift für Elektrochemie , 36, 1930 S. 383, zu entnehmen. Diese gelten zwar für unlegiertes Eisen, sind aber auch im vorliegenden Fall brauchbar.
In der folgenden Tabelle, in der diese Daten erwähnt sind, sind die Konzentrationen ange geben, die bei einer bestimmten Temperatur des Gasgemisches nicht überstiegen werden sollen:
EMI0002.0032
Temperatur <SEP> Maximale
<tb> in <SEP> C <SEP> Ammoniak-Konzentration
<tb> in <SEP> Vol. <SEP> %
<tb> 350 <SEP> 45 <SEP> 0/0
<tb> 400 <SEP> <B>351/o</B>
<tb> 450 <SEP> 271/o
<tb> 500 <SEP> 21%
<tb> 550 <SEP> <B>161/o</B>
<tb> 600 <SEP> 110/0
<tb> 650 <SEP> 50/0
<tb> 700 <SEP> 3 <SEP> 0/0
<tb> 750 <SEP> und <SEP> höher <SEP> weniger <SEP> als <SEP> 21/o Der Rest des Gases besteht aus Wasserstoff.
Falls andere Gase ausserdem vorhanden sind, beziehen sich die vorgenannten Prozentsätze nicht auf das Gesamt- gasvolurnen, sondern auf die Summe der Volumina an Wasserstoff und Ammoniak. Das Vorhandensein sauerstoffhaltiger Verbindungen, wie z. B. Wasser, sollte im allgemeinen verhütet werden, da diese zur Bildung einer für Stickstoff schwer durchdringlichen Si0"haltigen Schicht an der Oberfläche der Legie rung Veranlassung geben können. Ein geringer Was serdampfdruck, z. B. von 1 mm Hg, ist aber zulässig, insbesondere wenn dem Gas Ammoniumchlorid, z. B. einige Dutzend mg je Liter Gas, zugesetzt ist.
Dieser Stoff verhütet nämlich, dass auf der Legierung ein siliziumoxydhaltiges Häutchen gebildet wird. Vor zügliche Ergebnisse werden erhalten, wenn der Stick stoffgehalt der Legierung auf einen Wert von 0,12 bis 0,01 Gewichtsprozent gebracht wird. Durch Ana lyse kann der Sachverständige die Konzentration der stickstoffhaltigen Verbindung im Gasgemisch, die Temperatur, auf der dieses erhitzt werden soll, seine Strömungsgeschwindigkeit sowie die erforderliche Erhitzungsdauer ermitteln um in der Legierung die erwähnte Stickstoffkonzentration zu erreichen.
Wie bereits in der Definition der Erfindung er wähnt, ist es erforderlich, um gute magnetische Eigen schaften zu erhalten, die an Stickstoff angereicherte Legierung schliesslich derart zu erhitzen, dass der Stickstoff vollständig ausgeschieden wird. Es hat sich gezeigt, dass dies nur dann durchführbar ist, wenn in einer stickstofffreien wasserstoffhaltigen Atmo sphäre ausgeglüht wird, deren Wasserdampfdruck vorzugsweise weniger als 0,001 mm Hg beträgt.
Das Ausglühen der Legierung zur Ausscheidung des Stickstoffes kann in dazu geeigneten Temperatur bereichen stattfinden, z. B. zwischen 1100 und 1300 C oder zwischen 900 und 1000 C. Auch kann das Ausglühen in zwei Phasen erfolgen, z. B. indem das Material zunächst auf 900 bis 1000 C und dann auf 1100 bis 1300 C erhitzt wird. Das letztgenannte Verfahren verleiht dem Material vorzügliche Eigen schaften, hat sich aber in der Praxis als sehr kost spielig erwiesen. Gleich gute Ergebnisse werden auf wirtschaftlichere Weise erreicht, wenn nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung die Legie- rung zunächst auf 500 bis 800 C und dann auf 900 bis 1000 C erhitzt wird.
Ausf ührungsbeispiel Ein Stab aus reinem Siliziumeisen mit 2,8 Ge wichtsprozent Si wurde in einem Wasserstoffstrom bei 850 C bis auf eine Stärke von 3,0 mm ausge walzt. Anschliessend wurde er zwei Stunden bei einer Temperatur von 550 C in einem strömenden Gasge misch, das 87 Volumprozent Wasserstoff und 13 Volumprozent Ammoniak enthielt, erhitzt. Die Strö mungsgeschwindigkeit war 1 Liter je Minute. Dem Gasgemisch war 0,04 g Ammoniumchlorid je Liter zugesetzt.
Anschliessend erfolgte eine Zwischenglü- hung bei 760 C während 24 Stunden in einem strö menden Gasgemisch, das 75 Volumprozent Stickstoff und 25 Volumprozent Wasserstoff enthielt. Der Stick stoffgehalt der Legierung betrug nach dem Zwischen glühen 0,076 Gewichtsprozent. Nach fünfmal wieder holtem Zwischenglühen wurde das Material anschlie ssend durch Kaltwalzen bis auf eine Stärke von 0,6 mm reduziert. Danach wurde die Legierung aufs neue geglüht, und zwar bei 900 C. Das Gasgemisch bestand zu 75 Volumprozent aus Stickstoff und zu 25 Volumprozent aus Wasserstoff. Der Glühvorgang dauerte 2 Stunden.
Nach dieser Bearbeitung betrug der Stickstoffgehalt der Legierung immer noch 0,076 Gewichtsprozent. Es wurde aufs neue kaltgewalzt, bis eine Dicke von 0,3 mm erreicht war. Die end gültige Glühung erfolgte in strömendem, reinem Was serstoff (Wasserdampfdruck 10-4 mm Quecksilber säule), während vier Stunden bei 600 C und an schliessend während vier Stunden bei 950 C. Nach dem Glühen bestand die Legierung aus Kristallen mit einem Durchmesser von 10 bis 30 mm.
Die in einer parallel zur Walzrichtung verlaufenden Rich tung gemessene Permeabilität betrug bei einer Feld stärke von 10 Oersted 1850 Gauss'Oersted. Als der Versuch mit dem gleichen Ausgangsmaterial durch geführt wurde, ohne dass die Legierung jedoch in dem Ammoniak enthaltenden Gas erhitzt wurde, war der Durchmesser der Kristalle etwa 0,1 bis 0,3 mm. Bei einer Feldstärke von 10 Oersted war die Permeabilität in der Walzrichtung nur 1470 GaussJOersted.