DE102018201622A1 - Nachglühfähiges, aber nicht nachglühpflichtiges Elektroband - Google Patents

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ThyssenKrupp AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech, insbesondere für elektrotechnische Anwendungen, ein aus einem solchen Elektroband oder -blech hergestelltes elektrotechnisches Bauteil, ein Verfahren zur Erzeugung eines Elektrobands oder -blechs und die Verwendung eines solchen Elektrobands oder -blechs in Bauteilen für elektrotechnische Anwendungen.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech, insbesondere für elektrotechnische Anwendungen, ein aus einem solchen Elektroband oder -blech hergestelltes elektrotechnisches Bauteil, ein Verfahren zur Erzeugung eines Elektrobands oder -blechs und die Verwendung eines solchen Elektrobands oder -blechs in Bauteilen für elektrotechnische Anwendungen.
  • Nicht kornorientierte Elektrobänder oder -bleche, in der Fachsprache auch als „NO-Elektroband oder - blech“ oder im englischen Sprachgebrauch auch als „NGO-Electrical Steel“ („NGO“ = Non Grain Oriented) bezeichnet, werden zur Verstärkung des magnetischen Flusses von rotierenden elektrischen Maschinen verwendet. Typische Verwendungen solcher Bleche sind elektrische Motoren und Generatoren, darin insbesondere im Stator oder im Rotor.
  • Die im Stator und im Rotor einer hochfrequenten elektrischen Maschine, insbesondere eines Motors oder Generators, eingesetzten nicht kornorientierten Elektrobänder weisen bevorzugt unterschiedliche mechanische und magnetische Eigenschaften auf. Das Rotorpaket einer elektrischen Maschine wird bevorzugt aus einem Material hergestellt, welches merklich erhöhte mechanische Eigenschaften aufweist, wohingegen der Stator erhöhte magnetische Eigenschaften aufweisen sollte. Das Verbessern der magnetischen Eigenschaften in einem Material wirkt sich im Allgemeinen negativ auf die mechanischen Eigenschaften des Materials aus, und umgekehrt. Daher wird in der Herstellung von elektrischen Maschinen entweder für Rotor und Stator ein Material gewählt, welches einen Kompromiss zwischen mechanischen und magnetischen Eigenschaften darstellt, oder aber für Rotor und Stator müssen zwei unterschiedliche Elektrobandsorten verwendet werden.
  • Technischer Hintergrund
  • EP 2 612 942 offenbart ein nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech aus einem Stahl, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen 1,0 bis 4,5 Gew.-% Si, bis zu 2,0 Gew.-% Al, bis zu 1,0 Gew.-% Mn, bis zu 0,01 Gew.-% C, bis zu 0,01 Gew.-% N, bis zu 0,012 Gew.-% S, 0,1 bis 0,5 Gew.% Ti und 0,1 bis 0,3 Gew.-% P enthält, wobei für das Verhältnis Gehalt Ti/Gehalt P, jeweils in Gew.-%, 1,0 ≤ Gehalt Ti/Gehalt P ≤ 2,0 gilt. Das nicht kornorientierte Elektroband oder -blech und aus einem solchen Blech oder Band gefertigte Bauteile für elektrotechnische Anwendungen zeichnen sich durch gute magnetische Eigenschaften aus. Hergestellt wird das NO-Elektroband oder -blech gemäß EP 2 612 942 dadurch, dass ein aus einem Stahl mit der voranstehend genannten Zusammensetzung bestehendes Warmband zu einem Kaltband kaltgewalzt und dieses Kaltband anschließend einer Schlussglühung unterzogen wird.
  • EP 2 840 157 offenbart ein nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech, insbesondere für elektrotechnische Anwendungen, hergestellt aus einem Stahl, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen 2,0 bis 4,5 Gew.-% Si, 0,03 bis 0,3 Gew.-% Si, bis zu 2,0 Gew.-% Al, bis zu 1,0 Gew.-% Mn, bis zu 0,01 Gew.-.% C, bis zu 0,01 Gew.-% N, bis zu 0,001 Gew.% S und bis zu 0,015 Gew.-% P, enthält, wobei im Gefüge des Elektrobands oder -blechs ternäre Fe-Si-Zr-Ausscheidungen vorliegen. EP 2 840 157 offenbart auch ein Verfahren zum Herstellen solcher Elektrobänder und -bleche, welches ein Schlussglühen beinhaltet.
  • WO 00/65103 A2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von nicht kornorientiertem Elektroblech, bei dem ein Stahlvormaterial, das weniger als 0,06 Gew.-% C, 0,03 bis 2,5 Gew.-% Si, weniger als 0,4 Gew.-% Al, 0,05 bis 1 Gew.-% Mn und weniger als 0,02 Gew.-% S enthält, zu einem Warmband mit einer Dicke von kleiner 3,5 mm warmgewalzt wird, anschließend gebeizt und nach dem Beizen zu einem Kaltband mit einer Dicke von 0,2 bis 1 mm gewalzt wird.
  • Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, ein nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech bereitzustellen, welches in elektrischen Maschinen, insbesondere Elektromotoren oder Generatoren, sowohl als Rotor mit verbesserten mechanischen Eigenschaften als auch als Stator mit verbesserten magnetischen Eigenschaften eingesetzt werden kann, wobei diese verschiedenen, an sich entgegenstehenden Eigenschaften, leicht ineinander überführbar sein sollen.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech, enthaltend neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (Angaben jeweils in Gew.-%) bis zu 0,0040 C, 0,1500 bis 0,3000 Mn, 2,300 bis 2,700 Si, 0,3000 bis 0,8000 Al, bis zu 0,0400 P, bis zu 0,0035 S, bis zu 0,0070 N und bis zu 0,0070 Ti, wobei das Verhältnis Ummagnetisierungsverlust P1,0/50 im schlussgeglühten Zustand zu Ummagnetisierungsverlust P1,0/50 im referenzgeglühten Zustand mindestens 1,50 beträgt.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter „Referenzglühung“ des erfindungsgemäßen nicht kornorientierten Elektrobands die Glühung des erfindungsgemäßen nicht kornorientierten Elektrobands oder -blechs am Ende des Herstellverfahrens verstanden, entsprechend dem optionalen Schritt (D) des im Folgenden beschriebenen Verfahrens, bei einer Temperatur von 600 bis 1000 °C. Der „referenzgeglühte Zustand“ ist somit der Zustand des erfindungsgemäßen nicht kornorientierten Elektrobands oder -blechs nach Glühung bei einer Temperatur von 600 bis 1000 °C. Entsprechend ist der „schlussgeglühte Zustand“ der Zustand des erfindungsgemäßen nicht kornorientierten Elektrobands vor der Glühung bei einer Temperatur von 600 bis 1000 °C, entsprechend dem optionalen Schritt (D) des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die Aufgaben werden des Weiteren gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen nicht kornorientierten Elektrobands oder -blechs, durch ein Bauteil für elektrotechnische Anwendungen, hergestellt aus einem solchen Elektroband und durch die Verwendung des Elektrobands in Bauteilen für elektrotechnische Anwendungen.
  • Das erfindungsgemäße nicht kornorientierte Elektroband ist aus einem Stahl hergestellt, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (Angaben jeweils in Gew.-%)
    bis zu 0,0040 C,
    0,1500 bis 0,3000 Mn,
    2,300 bis 2,700 Si,
    0,3000 bis 0,8000 Al,
    bis zu 0,0400 P,
    bis zu 0,0035 S,
    bis zu 0,0070 N und
    bis zu 0,0070 Ti,
    enthält. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße nicht kornorientierte Elektroband aus einem Stahl hergestellt, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (Angaben jeweils in Gew.-%)
    0,001 bis 0,0035 C,
    0,15 bis 0,25 Mn,
    2,35 bis 2,7 Si,
    0,33 bis 0,75 Al,
    bis zu 0,030 P, weiter bevorzugt mindestens 0,005 Gew.-% P,
    0,0005 bis 0,0015 S,
    0,002 bis 0,004 N und
    0,001 bis 0,004 Ti
    enthält.
  • Die Mengen der einzelnen in dem erfindungsgemäß bevorzugt eingesetzten Stahl enthaltenen Elemente werden durch dem Fachmann bekannte Verfahren bestimmt, beispielsweise durch eine chemische Analyse nachDIN EN 10351 : 2011-05 „Chemische Analyse von Eisenwerkstoffen - Analyse von unlegierten und niedrig legierten Stählen mittels optischer Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma“.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass ein nicht kornorientiertes Elektroband bereitgestellt werden kann, welches in elektrischen Maschinen, insbesondere Elektromotoren und Generatoren, sowohl als Stator mit guten magnetischen Eigenschaften als auch als Rotor mit guten mechanischen Eigenschaften eingesetzt werden kann, wobei der Wechsel der Eigenschaften durch ein Referenzglühen des nach dem Schlussglühen erhaltenen Materials gelingt. Durch das Referenzglühen kann erfindungsgemäß ein nicht kornorientiertes Elektroband erhalten werden, welches im Vergleich zum schlussgeglühten Material verbesserte magnetische Eigenschaften aufweist, insbesondere sind die Ummagnetisierungsverluste P bei verschiedenen Polarisationen und/oder Frequenzen deutlich erniedrigt. Diese Eigenschaft des erfindungsgemäßen Materials wird dadurch ausgedrückt, dass das Verhältnis von Ummagnetisierungsverlust P1,0/50 im schlussgeglühten Zustand zu Ummagnetisierungsverlust P1,0/50 im referenzgeglühten Zustand mindestens 1,30 beträgt, d.h., dass der Ummagnetisierungsverlust P1,0/50 im referenzgeglühten Zustand deutlich erniedrigt ist. Andererseits weist das erfindungsgemäße kornorientierte Elektroband im schlussgeglühtem Zustand im Vergleich zu dem referenzgeglühten Zustand verbesserte mechanische Eigenschaften auf.
  • Erfindungsgemäß weist das erfindungsgemäße nicht kornorientierte Elektroband oder -blech im schlussgeglühten Zustand gute mechanische und im referenzgeglühten Zustand gute magnetische Eigenschaften auf. Dadurch gelingt mit dem erfindungsgemäßen nicht kornorientierten Elektroband verglichen mit einem einheitlichen Material für Rotor und Stator eine deutliche Effizienzsteigerung von elektrischen Maschinen, da für Rotor und Stator jeweils ein Material bereitgestellt werden kann, welches entweder verbesserte mechanische oder verbesserte magnetische Eigenschaften aufweist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung das erfindungsgemäße nicht kornorientierte Elektroband oder -blech, wobei es im schlussgeglühten Zustand sehr niedrige, spezifische Korngrößen aufweist, beispielsweise liegt hierbei eine Korngröße von 50 bis 130 µm, bevorzugt 70 bis 100 µm, vor. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße nicht kornorientierte Elektroband, wobei es im schlussgeglühten Zustand eine Korngröße von 50 bis 130 µm, bevorzugt 70 bis 100 µm, aufweist. Die Korngröße kann durch alle dem Fachmann bekannten Verfahren bestimmt werden, beispielsweise durch eine Gefügeuntersuchung mittels Lichtmikroskopie nach ASTM E112 „Standard Test Methods for Determining Average Grain Size“.
  • Das erfindungsgemäße nicht kornorientierte Elektroband oder -blech weist ein vorteilhaftes Verhältnis von Ummagnetisierungsverlusten P im schlussgeglühten Zustand zu Ummagnetisierungsverlusten P im referenzgeglühten Zustand auf. Erfindungsgemäß wird unter dem „schlussgeglühten“ Zustand inkl. eines Dressierstichs (Walzschritt) auch ein „semifinished“ Zustand verstanden. Im Rahmen dieser Erfindung bedeutet die Bezeichnung P1,0/50 den Ummagnetisierungsverlust P bei einer Polarisation von 1,0 T und einer Frequenz von 50 Hz. Die Ummagnetisierungsverluste P können erfindungsgemäß beispielsweise mittels eines Epsteinrahmens, insbesondere gemäß DIN EN 60404-2:2009-01: Magnetische Werkstoffe - Teil 2: Verfahren zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von Elektroband und -blech mit Hilfe eines Epsteinrahmens“ bestimmt werden. Dabei werden entsprechende Elektrobleche in Längs- (L), Quer- (Q) oder in einer Kombination der beiden (Mischausrichtung (M)) vermessen. Im Rahmen dieser Erfindung werden jeweils die Werte für die Mischausrichtung (M) angegeben.
  • In dem erfindungsgemäßen nicht kornorientierten Elektroband oder -blech beträgt das Verhältnis von Ummagnetisierungsverlust P1,0/50 im schlussgeglühten Zustand zu Ummagnetisierungsverlust P1,0/50 im referenzgeglühten Zustand mindestens 1,30, bevorzugt mindestens 1,32, besonders bevorzugt mindestens 1,60. Eine Obergrenze für dieses Verhältnis ist beispielsweise 2,50.
  • Bevorzugt beträgt in dem erfindungsgemäßen nicht kornorientierten Elektroband oder -blech das Verhältnis Ummagnetisierungsverlust P1,5/50 im schlussgeglühten Zustand zu Ummagnetisierungsverlust P1,5/50 im referenzgeglühten Zustand mindestens 1,10, besonders bevorzugt mindestens 1,20, ganz besonders bevorzugt mindestens 1,60. Eine Obergrenze für dieses Verhältnis ist beispielsweise 2,0.
  • Weiter bevorzugt beträgt in dem erfindungsgemäßen nicht kornorientierten Elektroband oder -blech das Verhältnis Ummagnetisierungsverlust P1,0/400 im schlussgeglühten Zustand zu Ummagnetisierungsverlust P1,0/400 im referenzgeglühten Zustand mindestens 1,10, besonders bevorzugt mindestens 1,15, ganz besonders bevorzugt mindestens 1,20. Eine Obergrenze für dieses Verhältnis ist beispielsweise 1,60.
  • Diese erfindungsgemäßen Verhältnisse der Ummagnetisierungsverluste bei verschiedenen Polarisationen und/oder Frequenzen zeigen deutlich, dass in dem erfindungsgemäßen nicht kornorientierten Elektroband oder -blech die magnetischen Eigenschaften durch das Referenzglühen signifikant verbessert werden.
  • Bevorzugt beträgt in dem erfindungsgemäßen nicht kornorientierten Elektroband oder -blech das Verhältnis Streckgrenze Rp0,2 im schlussgeglühten Zustand zu Streckgrenze Rp0,2 im referenzgeglühten Zustand mindestens 1,05, besonders bevorzugt mindestens 1,10, ganz besonders bevorzugt mindestens 1,15. Eine Obergrenze für dieses Verhältnis ist beispielsweise 1,40.
  • Bevorzugt beträgt in dem erfindungsgemäßen nicht kornorientierten Elektroband oder -blech das Verhältnis Zugfestigkeit Rm im schlussgeglühten Zustand zu Zugfestigkeit Rm im referenzgeglühten Zustand mindestens 1,01, besonders bevorzugt mindestens 1,05. Eine Obergrenze für dieses Verhältnis ist beispielsweise 1,30.
  • In dem erfindungsgemäßen nicht kornorientierten Elektroband oder -blech beträgt das Verhältnis Polarisation J2500/50 im Schlussgeglühten Zustand zu Polarisation J2500/50 im referenzgeglühten Zustand bevorzugt mindestens 1,01. Eine Obergrenze für dieses Verhältnis ist beispielsweise 1,10.
  • Im Rahmen dieser Erfindung bedeutet die Bezeichnung J2500/50 die Polarisation bei einer Feldstärke von 2500 A/m und einer Frequenz von 50 Hz. Verfahren zur Bestimmung von Polarisation und Feldstärke sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise mittels eines Epsteinrahmens zur Bestimmung der Polarisation, insbesondere gemäß DIN EN 60404-2:2009-01: „Magnetische Werkstoffe - Teil 2: Verfahren zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von Elektroband und -blech mit Hilfe eines Epsteinrahmens“.
  • Das erfindungsgemäße nicht kornorientierte Elektroband oder -blech weist gegenüber kornorientierten Elektrobändern gemäß Stand der Technik einen vorteilhaften höheren spezifischen elektrischen Widerstand auf. Verfahren zur Bestimmung des spezifischen elektrischen Widerstands sind dem Fachmann an sich bekannt, beispielsweise anhand einer Vierpunktmessung nach DIN EN 60404-13 : 2008-05 „Magnetische Werkstoffe - Teil 13: Prüfung zur Messung der Dichte, des spezifischen Widerstandes und des Stapelfaktors von Elektroblech und -band“.
  • Im Allgemeinen kann das erfindungsgemäße nicht kornorientierte Elektroband oder -blech in allen Dicken vorliegen, die für elektrotechnische Anwendungen geeignet sind. Erfindungsgemäß bevorzugt liegt das Elektroband oder -blech in besonders niedrigen Dicken vor, da bei diesen niedrigen Dicken die Ummagnetisierungsverluste niedriger sind als bei höheren Dicken. Das erfindungsgemäße Elektroband oder -blech liegt in einer Dicke von bevorzugt 0,26 bis 0,38 mm, jeweils mit einer Abweichung von bis zu 8%, vor.
  • Das erfindungsgemäße nicht kornorientierte Elektroband oder -blech weist bevorzugt eine Zugfestigkeit Rm von 400 bis 600 N/mm2 auf, wobei das erfindungsgemäße nicht kornorientierte Elektroband oder -blech im schlussgeglühten Zustand bevorzugt eine Zugfestigkeit Rm von 480 bis 600 N/mm2 und im referenzgeglühten Zustand bevorzugt eine Zugfestigkeit Rm von 400 bis 520 N/mm2 aufweist. Die Prüfung erfolgt in Längsrichtung des Materials, d.h. in Walzrichtung des Elektrobands. Hierbei handelt es sich im Allgemeinen um die schlechtere Richtung für die Zugfestigkeit aufgrund von ggf. vorhandener Anisotropie im Material. Die Zugfestigkeit wird erfindungsgemäß nach dem Fachmann bekannten Verfahren, beispielsweise Zugversuch nach DIN EN ISO 6892-1 : 2017-02 „Metallische Werkstoffe - Zugversuche - Teil 1: Prüfverfahren bei Raumtemperatur“, bestimmt.
  • Das erfindungsgemäße nicht kornorientierte Elektroband oder -blech weist bevorzugt eine Streckgrenze Rp0,2 von 300 bis 440 N/mm2 auf, wobei das erfindungsgemäße nicht kornorientierte Elektroband oder -blech im schlussgeglühten Zustand bevorzugt eine Streckgrenze Rp0,2 von 400 bis 440 N/mm2 und im referenzgeglühten Zustand eine Streckgrenze Rp0,2 von 300 bis 400 N/mm2 aufweist. Die Streckgrenze wird erfindungsgemäß nach dem Fachmann bekannten Verfahren, beispielsweise Zugversuch nach DIN EN ISO 6892-1 : 2017-02 „Metallische Werkstoffe - Zugversuche - Teil 1: Prüfverfahren bei Raumtemperatur“, bestimmt.
  • Das erfindungsgemäße nicht kornorientierte Elektroband zeichnet sich dadurch aus, dass es im schlussgeglühten Zustand besonders vorteilhafte mechanische Kennwerte aufweist und durch ein Referenzglühen in ein Material überführt werden kann, welches besonders vorteilhafte magnetische Eigenschaften aufweist. Somit kann dieses Material in elektrischen Maschinen, insbesondere Elektromotoren oder Generatoren, sowohl als Stator als auch als Rotor eingesetzt werden, was wiederum die oben genannten Vorteile ergibt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen, nicht kornorientierten Elektrobands oder -blechs umfassend mindestens die folgenden Verfahrensschritte:
    • (A) Bereitstellen eines Warmbands enthaltend neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (Angaben jeweils in Gew.-%) bis zu 0,0040 C, 0,1500 bis 0,3000 Mn, 2,300 bis 2,700 Si, 0,3000 bis 0,8000 Al, bis zu 0,0400 P, bis zu 0,0035 S, bis zu 0,0070 N und bis zu 0,0070 Ti,
    • (B) Kaltwalzen des Warmbands zu einem Kaltband, und
    • (C) Wärmebehandeln des Kaltbands aus Schritt (B), um ein nicht kornorientiertes Elektroband zu erhalten.
  • Dazu wird zunächst ein in der voranstehend für das erfindungsgemäße nicht kornorientierte Elektroband oder -blech erläuterten Weise zusammengesetztes Warmband zur Verfügung gestellt, das anschließend kaltgewalzt und als kaltgewalztes Band einer Wärmebehandlung (Schritt (C), auch Schlussglühung genannt unterzogen wird. Nach Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein nicht kornorientiertes Elektroband erhalten, welches für die Verwendung in elektrischen Maschinen einsatzbereit ist und sich durch einen spannungsfreien Zustand kombiniert mit überdurchschnittlich guten mechanischen Eigenschaften im Vergleich zu nicht kornorientierten Elektrobandsorten des Standes der Technik auszeichnet. Durch das ebenfalls erzielte feine Korngefüge ist eine mögliche Schädigung durch einen Trennprozess wie Schneiden, Stanzen oder Laserschneiden geringer als bei nicht kornorientierten Elektrobandsorten des Standes der Technik.
  • Erfindungsgemäß kann das nach Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene nicht kornorientierte Elektroband einer weiteren Wärmebehandlung Schritt (D), dem so genannten „Referenzglühen“ unterzogen werden. Dadurch werden ggf. durch den Trennprozess an den Trennkanten entstandene Beschädigungen repariert und das Kornwachstum im Materialkern angeregt. Dies hat zur Folge, dass das so behandelte Material exzellente magnetische Eigenschaften hat.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei nach Schritt
    • (C) der folgende Schritt (D) durchgeführt wird:
    • (D) Referenzglühen des nicht kornorientierten Elektrobands aus Schritt (C) bei einer Temperatur von 600 bis 1000 °C.
  • Die einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Folgenden detailliert beschrieben.
  • Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Bereitstellen eines Warmbands enthaltend neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (Angaben jeweils in Gew.-%)
    bis zu 0,0040 C, 0,1500 bis 0,3000 Mn, 2,300 bis 2,700 Si, 0,3000 bis 0,8000 Al, bis zu 0,0400 P, bis zu 0,0035 S, bis zu 0,0070 N und bis zu 0,0070 Ti. Bevorzugte Mengen sind weiter oben angegeben.
  • Die Herstellung des erfindungsgemäß bereitgestellten Warmbands kann weitestgehend konventionell erfolgen. Dazu kann zunächst eine Stahlschmelze mit einer der erfindungsgemäßen Vorgabe entsprechenden Zusammensetzung erschmolzen und zu einem Vormaterial vergossen werden, bei dem es sich bei konventioneller Fertigung um eine Bramme oder Dünnbramme handeln kann.
  • Das so erzeugte Vormaterial kann anschließend auf eine 1020 bis 1300 °C betragende Vormaterialtemperatur gebracht werden. Dazu wird das Vormaterial erforderlichenfalls wiedererwärmt oder unter Ausnutzung der Gießhitze auf der jeweiligen Zieltemperatur gehalten.
  • Das so erwärmte Vormaterial kann dann zu einem Warmband mit einer Dicke warmgewalzt werden, die typischerweise 1,5 bis 4 mm, insbesondere 1,5 bis 3 mm, beträgt. Das Warmwalzen beginnt dabei in an sich bekannter Weise bei einer Warmwalzanfangstemperatur in der Fertigstaffel von höher als 900 °C, beispielsweise 1000 bis 1150 °C, und endet mit einer Warmwalzendtemperatur von unterhalb 900 °C, beispielsweise 700 bis 920 °C, insbesondere 780 bis 850 °C.
  • Das erhaltene Warmband kann anschließend auf eine Haspeltemperatur abgekühlt und zu einem Coil gehaspelt werden. Die Haspeltemperatur wird dabei idealerweise so gewählt, dass Probleme beim anschließend durchgeführten Kaltwalzen vermieden werden. In der Praxis beträgt die Haspeltemperatur hierzu beispielsweise höchstens 700 °C.
  • Optional kann im aufgehaspelten Zustand nach dem Warmwalzen oder vor dem Kaltwalzen ein Glühen durchgeführt werden. Dieser Glühschritt wird beispielsweise bei einer Temperatur von 600bis 900 °C durchgeführt.
  • Vor dem Kaltwalzen in Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann optional ein Reinigungsschritt durch Beizen erfolgen. Entsprechende Verfahren sind dem Fachmann an sich bekannt.
  • Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Kaltwalzen des Warmbands zu einem Kaltband.
  • Das bereitgestellte Warmband wird zu einem Kaltband mit einer Dicke kaltgewalzt, die typischerweise der Dicke des erfindungsgemäßen Elektrobands oder -blechs, d.h. bevorzugt 0,26 bis 0,38 mm, jeweils mit einer Abweichung von bis zu 8%, entspricht. Verfahren und Vorgehensweise des Kaltwalzens sind dem Fachmann an sich bekannt. Erfindungsgemäß bevorzugt beträgt die Materialdickenabnahme des ersten Stichs nicht mehr als 35%. Weiter bevorzugt beträgt die Materialabnahme im letzten Stich nicht mehr als 20%.
  • Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Wärmebehandeln des Kaltbands aus Schritt (B), um ein nicht kornorientiertes Elektroband zu erhalten.
  • Bevorzugt erfolgt Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens als kontinuierlicher Prozess. Entsprechende Vorrichtungen, d.h. Öfen, in denen das Kaltband aus Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens kontinuierlich wärmebehandelt werden kann, sind dem Fachmann an sich bekannt. Die Wärmebehandlung in Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur von 750 bis 1000 °C, besonders bevorzugt bei 750 bis 950 °C. Die Prozessgeschwindigkeit bei der genannten Temperatur beträgt bevorzugt 60 bis 100 m/min.
  • Nach der in Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgten Wärmebehandlung wird das erhaltene nicht kornorientierte Elektroband bevorzugt auf Umgebungstemperatur abgekühlt und kann, falls gewünscht, an der Oberfläche mit einem Lack beschichtet werden. Entsprechende Verfahren und Lacke sind dem Fachmann an sich bekannt. Das nach Schritt (C) erhaltene nicht kornorientierte Elektroband oder -blech kann vorteilhaft in elektrischen Maschinen eingesetzt werden.
  • Bevorzugt betrifft die vorliegende Erfindung das erfindungsgemäße Verfahren, wobei nach Schritt (C) der folgende Schritt (D) durchgeführt wird:
    • (D) Referenzglühen des nicht kornorientierten Elektrobands aus Schritt (C) bei einer Temperatur von 600 bis 1000 °C.
  • Schritt (D) des erfindungsgemäßen Verfahrens („Referenzglühen“) wird dann durchgeführt, wenn ein erfindungsgemäßes Elektroband- oder blech erhalten werden soll, welches besonders vorteilhafte magnetische Eigenschaften aufweist, welches wiederum bevorzugt als Stator in einer elektrischen Maschine eingesetzt werden kann. Schritt (D) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt bevorzugt an Bauteilen, die aus dem nicht kornorientierten Elektroband, welches in Schritt (C) erhalten wird, abgeteilt worden sind. Bevorzugt werden aus dem nicht kornorientierten Elektroband, welches in Schritt (C) erhalten wird, Teile durch Stanzen oder Schneiden abgeteilt, die als Stator in elektrischen Maschinen eingesetzt werden sollen. Verfahren dazu sind dem Fachmann an sich bekannt, beispielsweise Stanzen, Laserstrahlschneiden, Wasserstrahlschneiden, Drahterodieren. Der optionale Schritt (D) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann erfindungsgemäß an den Bauteilen an sich erfolgen, es ist erfindungsgemäß auch möglich, dass die einzelnen Bauteile zu Paketen zusammengestellt werden und dann in Schritt (D) behandelt werden.
  • Der optionale Schritt (D) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Glühen bei einer Temperatur von 600 bis 1000 °C, bevorzugt 700 bis 900 °C, besonders bevorzugt 750 bis 850 °C. Erfindungsgemäß können die genannten Temperaturen während in Schritt (C) um bis zu 20 °C nach oben und um bis 15 °C nach unten schwanken.
  • In dem optionalen Schritt (D) des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt die Aufheizrate bevorzugt mindestens 100 °C/h. Die Haltezeit bei der Endtemperatur beträgt in diesem Schritt erfindungsgemäß bevorzugt wenigstens 20 min.
  • Im Allgemeinen kann der optionale Schritt (D) auf alle Arten erfolgen, die dem Fachmann bekannt sind. Bevorzugt erfolgt Schritt (D) erfindungsgemäß in einer ruhenden Ofenanlage. Es ist ebenfalls möglich, Schritt (D) in einem kontinuierlichen Glühprozess, welcher dem Fachmann an sich bekannt ist durchzuführen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Bauteil für elektrotechnische Anwendungen, hergestellt aus einem erfindungsgemäßen Elektroband oder -blech, bevorzugt mit einer theoretischen Dichte von 7,55 bis 7,67 kg/cm3. Beispiele für Bauteile für elektrotechnische Anwendungen sind Elektromotoren, Generatoren oder Transformatoren, insbesondere Rotoren oder Statoren, welche bevorzugt Grundkomponenten einer elektrischen Maschine darstellen, mit denen man eine Energieumwandlung, insbesondere elektrische Energie in mechanische oder mechanische Energie in elektrische vornehmen kann.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Elektrobands oder -blechs in Bauteilen für elektrotechnische Anwendungen, insbesondere in Elektromotoren, Generatoren oder Transformatoren, insbesondere Rotoren oder Statoren, welche bevorzugt Grundkomponenten einer elektrischen Maschine darstellen, mit denen man eine Energieumwandlung, insbesondere elektrische Energie in mechanische oder mechanische Energie in elektrische Energievornehmen kann.
  • Beispiele
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Als Grundwerkstoff werden Siliziumstähle mit den Zusammensetzungen gemäß Tabelle 1 verwendet. Tabelle 1:
    Probe 1 Probe 2 Probe 3
    C 0,0016 0,0017 0,0019
    Mn 0,165 0,17 0,167
    P 0,01 0,015 0,011
    S 0,0011 0,0013 0,0011
    Si 2,36 2,38 2,37
    Al 0,335 0,376 0,368
    N 0,004 0,002 0,002
    Ti 0,002 0,001 0,002
  • Alle Angaben in Gew.-%, Rest zu 100 Gew.-% Fe und unvermeidbare Verunreinigungen
  • Aus diesen Stählen werden Warmbänder hergestellt. Die Warmwalztemperatur beträgt dabei 850 °C. Nach Haspeln des Warmbands bei 620 °C, erfolgt ein Kaltwalzen auf eine Dicke von 2,4 mm. Anschließend werden die Wert für P1,0/50, P1,5/50, J2500/50, P1,0/400, Rp0,2 und Rm bestimmt. Die Werte sind Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2:
    P1,0/50 [W/kg] A P1,5/50 [W/kg] A J2500/50 [T] A P1,0/400 [W/kg] A Rp0,2 [N/mm2] A Rm [N/mm2] A
    Probe 1 schlussgeglüht 1,69 - 3,65 - 1,61 - 22,99 - 360 - 499 -
    referenzgeglüht bei 800 °C 1,0 1,69 2,65 1,38 1,58 1,02 19,46 1,18 293 1,23 452 1,10
    referenzgeglüht bei 850 °C 0,96 1,76 2,64 1,38 1,57 1,03 19,71 1,17 287 1,25 443 1,13
    Probe 2 schlussgeglüht 1,87 - 3,97 - 1,61 - 24,05 - 357 - 485 -
    referenzgeglüht bei 790 °C 0,97 1,93 2,53 1,60 1,60 1,01 19,24 1,25 293 1,22 441 1,10
    referenzgeglüht bei 850 °C 0,91 2,05 2,47 1,61 1,59 1,01 19,11 1,26 287 1,24 432 1,02
    Probe 3 schlussgeglüht 1,24 - 2,76 - 1,59 - 20,37 - 319 - 468 -
    referenzgeglüht bei 770 °C 0,93 1,33 2,33 1,18 1,59 1,00 17,80 1,14 292 1,09 437 1,07
    referenzgeglüht bei 850 °C 0,89 1,39 2,30 1,20 1,58 1,01 17,90 1,14 287 1,11 426 1,10
    A Verhältnis der entsprechenden Werte schlussgeglüht/ referenzgeglüht
  • Die dargestellten Messwerte wurden durch die folgenden Verfahren bestimmt:
    • Rp0,2: Der Wert Rp0,2 beschreibt die Streckgrenze des Materials und wird nach DIN EN ISO 6892-1 : 2017-02 „Metallische Werkstoffe - Zugversuche - Teil 1: Prüfverfahren bei Raumtemperatur“ bestimmt.
    • Rm: Der Wert Rm beschreibt die Zugfestigkeit des Materials und wird nach DIN EN ISO 6892-1 : 2017-02 „Metallische Werkstoffe - Zugversuche - Teil 1: Prüfverfahren bei Raumtemperatur“ bestimmt.
    • Polarisation: Der Polarisation wird nach DIN EN 60404-2 : 2009-01 „Magnetische Werkstoffe - Teil 2: Verfahren zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von Elektroband und -blech mit Hilfe eines Epsteinrahmens“ bestimmt.
    • Verluste P: Der Verlust P wird nach DIN EN 60404-2 : 2009-01 „Magnetische Werkstoffe - Teil 2: Verfahren zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von Elektroband und -blech mit Hilfe eines Epsteinrahmens“ bestimmt.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Das erfindungsgemäße nicht kornorientierte Elektroband oder -blech kann bevorzugt in Elektromotoren, insbesondere für die Verwendung in Elektrofahrzeugen, oder in Generatoren eingesetzt werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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    • DIN EN 60404-13 [0025]
    • DIN EN ISO 6892-1 : 2017-02 [0027, 0057]

Claims (12)

  1. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech, enthaltend neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (Angaben jeweils in Gew.-%) bis zu 0,0040 C, 0,1500 bis 0,3000 Mn, 2,300 bis 2,700 Si, 0,3000 bis 0,8000 Al, bis zu 0,0400 P, bis zu 0,0035 S, bis zu 0,0070 N und bis zu 0,0070 Ti, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Ummagnetisierungsverlust P1,0/50 im schlussgeglühten Zustand zu Ummagnetisierungsverlust P1,0/50 im referenzgeglühten Zustand mindestens 1,30 beträgt.
  2. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Dicke von 0,26 bis 0,38 mm aufweist.
  3. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es im referenzgeglühten Zustand eine Korngröße von 50 bis 130 µm, bevorzugt 70 bis 100 µm, aufweist.
  4. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Ummagnetisierungsverlust P1,5/50 im schlussgeglühten Zustand zu Ummagnetisierungsverlust P1,5/50 im referenzgeglühten Zustand mindestens 1,10 beträgt.
  5. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Ummagnetisierungsverlust P1,0/400 im schlussgeglühten Zustand zu Ummagnetisierungsverlust P1,0/400 im referenzgeglühten Zustand mindestens 1,10 beträgt.
  6. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Polarisation J2500/50 im schlussgeglühten Zustand zu Polarisation J2500/50 im referenzgeglühten Zustand mindestens 1,01 beträgt.
  7. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Streckgrenze Rp0,2 300 bis 440 N/mm2 beträgt.
  8. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugfestigkeit Rm 400 bis 600 N/mm2 beträgt.
  9. Verfahren zur Herstellung des nicht kornorientierten Elektrobands oder -blechs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend mindestens die folgenden Verfahrensschritte: (A) Bereitstellen eines Warmbands enthaltend neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (Angaben jeweils in Gew.-%) bis zu 0,0040 C, 0,1500 bis 0,3000 Mn, 2,300 bis 2,700 Si, 0,3000 bis 0,8000 Al, bis zu 0,0400 P, bis zu 0,0035 S, bis zu 0,0070 N und bis zu 0,0070 Ti, (B) Kaltwalzen des Warmbands zu einem Kaltband, und (C) Wärmebehandeln des Kaltbands aus Schritt (B), um ein nicht kornorientiertes Elektroband zu erhalten.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass nach Schritt (C) der folgende Schritt (D) durchgeführt wird: (D) Referenzglühen des nicht kornorientierten Elektrobands aus Schritt (C) bei einer Temperatur von 600 bis 1000 °C.11.
  11. Bauteil für elektrotechnische Anwendungen, hergestellt aus einem Elektroband oder -blech gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8.
  12. Verwendung eines Elektrobands oder -blechs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 in Bauteilen für elektrotechnische Anwendungen.
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