DE102022129243A1

DE102022129243A1 - Nicht kornorientiertes metallisches Elektroband oder -blech sowie Verfahren zur Herstellung eines nicht kornorientierten Elektrobands

Info

Publication number: DE102022129243A1
Application number: DE102022129243.6A
Authority: DE
Inventors: Aleksander Matos COSTA; Olaf Fischer; Anton Vidovic; Karsten Machalitza; Marius Götten
Original assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2022-11-04
Filing date: 2022-11-04
Publication date: 2024-05-08
Also published as: WO2024094410A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein nicht kornorientiertes metallisches Elektroband oder -blech, bestehend aus den nachfolgend genannten Bestandteilen, jeweils in Gewichts-Prozent, kurz: Gew.-%:Mo+Nb+V+Zr+Sb+Sn+Cu+Cr+Ni: bis zu 0,1;Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.Das Elektroband oder -blech weist eine Dicke < 0,265 mm und eine 0,2-%-Dehngrenze Rp0,2 > 420 MPa auf.Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren und eine Verwendung.

Description

Die Erfindung betrifft nicht kornorientiertes metallisches Elektroband oder -blech. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines nicht kornorientierten Elektrobands.
Der Begriff des metallischen Flachprodukts umfasst im Rahmen der beschriebenen Entwicklungen insbesondere Walzprodukte, wie beispielsweise Stahlbänder oder Stahlbleche, oder mittels Ausgießens hergestellte Vorprodukte, wie beispielsweise Brammen. Insbesondere betrifft die Erfindung Flachprodukte, die als Elektroband aus einem Stahl ausgebildet sind und Flachprodukte, die als Elektroblech aus einem Stahl ausgebildet sind.
Nicht kornorientierte Flachprodukte, insbesondere nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech, werden in vielen elektrotechnischen Anwendungen benötigt und sind aus der Praxis bekannt.
Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech, häufig auch als „NO-Elektroband“ beziehungsweise „NO-Elektroblech“ bezeichnet, im Englischen als „NGO Electrical Steel“ („NGO“ = Non Grain Oriented), dient beispielsweise als Grundmaterial für die Herstellung von Bestandteilen einer rotierenden elektrischen Maschine. In einer solchen Anwendung wird mit dem nicht kornorientierten metallischen Elektroband oder -blech der Verlauf elektromagnetischer Felder gesteuert und verstärkt. Typische Anwendungsfelder derartiger Bänder und Bleche sind Rotoren und Statoren in elektrischen Motoren und elektrischen Generatoren.
Bei vielen Elektromotoren ist ein Betrieb bei hohen Drehzahlen pro Zeiteinheit gewünscht, beispielsweise bei Motoren, die für Anwendungen im Rahmen der sogenannten Elektromobilität entwickelt werden und dadurch zunehmend an Bedeutung gewinnen. Der Betrieb eines Elektromotors bei hohen Drehzahlen geht einher mit hohen Frequenzen des benötigten elektromagnetischen Wechselfelds, das letztlich die Basis für den Antrieb des Motors ist. Es sind daher zunehmend Werkstoffe erforderlich, die auf eine Anwendung in elektromagnetischen Wechselfeldern mit vergleichsweise hohen Frequenzen ausgelegt sind.
Bei der Entwicklung von Elektromotoren für einen Betrieb mit hochfrequenten Wechselfeldern sieht sich der Materialentwickler vor die Herausforderung gestellt, einen Beitrag zur Effizienzerhöhung des Elektromotors zu leisten. Vor diesem Hintergrund werden nicht kornorientierte metallische Flachprodukte, insbesondere nicht kornorientiertes Elektroband und nicht kornorientiertes Elektroblech, benötigt, welche vergleichsweise niedrige Ummagnetisierungsverluste bei vergleichsweise hohen Frequenzen mit einer vergleichsweise hohen magnetischen Polarisation und Induktion sowie vergleichsweise hoher Permeabilität, insbesondere in den relevanten Bereichen der magnetischen Feldstärke, nämlich bei vergleichsweise geringer magnetischer Feldstärke, kombinieren.
Gute Kombinationen dieser Eigenschaften werden in bewährten Elektrobändern und Elektroblechen durch einen hohen Gewichtsanteil von Silizium und/oder von Aluminium in der Ausgangslegierung des Elektrobands beziehungsweise des Elektroblechs herbeigeführt. Hohe Anteile dieser Elemente gehen jedoch in der Regel mit dem nachteiligen Effekt einher, dass entsprechende bisher bekannte NO-Elektrobänder beziehungsweise NO-Elektrobleche mit den genannten Eigenschaften infolge ihres hohen Silizium- und/oder Aluminium-Gehalts ein vergleichsweise hohes Maß an Sprödigkeit aufweisen mit den damit einhergehenden Nachteilen in der Verarbeitbarkeit, beispielsweise in der Kaltwalzbarkeit. Beispielsweise können während einem Kaltwalzen entsprechenden NO-Elektrobands vermehrt Bandreißer auftreten. Das hinnehmbare Maß an Sprödigkeit ist wiederum mit der Blechdicke in dem Elektroband beziehungsweise -blech verknüpft, sodass eine Optimierung der Materialeigenschaften übereinander gegenläufigen physikalischen Effekten erforderlich ist.
Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, Alternativen für bekannte Elektrobänder oder -bleche bereitzustellen, die hinsichtlich ihrer magnetischen Eigenschaften einerseits und ihrer mechanischen Eigenschaften andererseits in gleichbleibendem oder höherem Maße den gestellten Anforderungen entsprechen, dabei aber auch eine Ausführung in geringen Dicken ermöglicht.
Die Erfindung wird gelöst mit einem nicht kornorientierten metallischen Elektroband oder -blech mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Verfahren zur Herstellung eines nicht kornorientierten Elektrobands mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Die Erfindung wird zudem mit einem Elektroband mit den Merkmalen des Anspruchs 16 und mit einer Verwendung gemäß Anspruch 17 gelöst.

Es ist ein nicht kornorientiertes metallisches Elektroband oder -blech vorgesehen. Das nicht kornorientierte metallische Elektroband oder -blech besteht aus einer Zusammensetzung mit den nachfolgend genannten Bestandteilen, jeweils in Gewichts-Prozent, kurz: Gew.-%:

C	0,0005 bis zu 0,0040, das heißt: ein Wert von 0,0005 oder größeraber dabei höchstens 0,0040;
Si	3,2 bis zu 3,4;
Al	0,85 bis zu 1,05;
Mn	bis zu 0,2;
P	bis zu 0,040, bevorzugt bis zu 0,020;
S	bis zu 0,0030;
N	bis zu 0,0020;
Ti	bis zu 0,0040;

optionale Bestandteile Mo, Nb, V, Zr, Sb, Sn, Cu, Cr, Ni, für all diese mit der Maßgabe: in Summe aller der genannten Elemente weniger als 0,1 Gew.-%;

Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.
Weiterhin ist das erfindungsgemäße Elektroband oder -blech dadurch charakterisiert, dass es eine Dicke < 0,265 mm, bevorzugt < 0,260 mm, aufweist sowie eine 0,2-%-Dehngrenze Rp0,2 > 420 MPa aufweist.
Der Werkstoffkennwert Dehngrenze Rp0,2 ist gemäß Bestimmung nach DIN EN ISO 6892-1:2020-06 aufzufassen.
Mit der gezielten Kombination aus Legierungsvorschrift mit eng definierten Gehaltanteilen, insbesondere auch spezifisch für Si, Al und den zugelassenen Gesamtgehalt an optionalen Bestandteilen einerseits und vergleichsweise geringer Dicke des Elektrobands oder -blechs ausreichend hoher Dehngrenze konnte überraschenderweise ein Elektroband oder -blech bereitgestellt werden. Insbesondere konnten Wirbelstromverluste durch den vergleichsweise hohen Anteil an Si und Al in ihrem Ausmaß verhindert werden. Trotz des hohen Anteils an Si und Al als Legierungsbestandteile hat sich ergeben, dass auch die magnetische Polarisation bei den erfindungsgemäßen Proben sowie ihren Weiterbildungen vergleichsweise hoch ist.
In einer bevorzugten Weiterbildung wird der Gehalt der Bestandteile C, S, N und Ti derart beschränkt, dass er in der Summe der Gehalte an C, S, N und Ti maximal 0,0100 Gew.-% beträgt.
Bevorzugt beträgt die Dicke des Elektrobands oder -blechs zwischen 0,230 mm und 0,260 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,235 mm und 0,250 mm. Mit der genauen Anpassung der Banddicke beziehungsweise Blechdicke und der Legierungsvorschrift aufeinander wurde eine hohe Hürde genommen, da sich bei den genannten Werten für die Dicke und bei Beachtung der erfindungsgemäß vorgegebenen Legierungsvorschriften gezeigt hat, dass Proben mit zum einen sehr guten magnetischen Eigenschaften und mit zum anderen ausreichend guten mechanischen Eigenschaften, insbesondere den erfindungsgemäß vorgesehenen Werten für die 0,2%-Dehngrenze, erhalten werden.
Besonders bevorzugt sind Ausführungen, in denen das Elektroband oder -blech eine 0,2-%-Dehngrenze Rp0,2 > 420 MPa und kleiner 460 MPa aufweist. In diesem Bereich liegen Proben mit ausreichend guter Festigkeit vor.
Das Elektroband oder -blech zeigt in einer vorteilhaften Ausführung Verlustwerte P(1,0T;400Hz) < 13,00 W/kg,
bevorzugt P(1,0T;400Hz) < 12,80 W/kg,
besonders bevorzugt P(1,0T;400Hz) < 12,70 W/kg.
Besonders bevorzugt ist, wenn zusätzlich außerdem einer, mehrere oder - bevorzugt - alle der nachfolgenden Verlustwerte gezeigt werden.
P(1,5T;50Hz) < 2,3 W/kg, und/oder
P(1,0T; 700Hz) < 29 W/kg, und/oder
P(1,0T; 1000Hz) < 50 W/kg, und/oder
P(1,0T;2000Hz) < 150 W/kg.
Das Formelzeichen P(1,0T;400Hz) symbolisiert dabei Ummagnetisierungsverluste in Watt pro Kilogramm, kurz: W/kg, in einem elektromagnetischen Wechselfeld mit 400 Hz Ummagnetisierungsfrequenz und 1,0 T magnetischer Flussdichte im Material. Bei anderen in der Klammer angegebenen Zahlenwerten gilt analog das gleiche. Da P ein dickenabhängiger Parameter ist, gilt er für die gemessene Probe, wie sie erfindungsgemäß vorliegt, wobei vorteilhaft die Dicke der Probe zwischen 0,230 mm und 0,260 mm, bevorzugt zwischen 0,235 mm und 0,250 mm, beträgt. Die angegebenen Parameter wurden stellvertretend gewählt, weil sie in Leistungsanforderungen an die Hersteller häufig auftretende Parameter sind. Die Ummagnetisierungsverluste sind im Sinne der DIN EN 60404-2:2019-05: Magnetische Werkstoffe - Teil 2: Verfahren zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von Elektroband und -blech mit Hilfe eines Epsteinrahmens" zu verstehen.
Das Elektroband oder -blech weist bevorzugt außerdem eine Polarisation
J100;50Hz > 0,970 T,
bevorzugt J100;50Hz > 0,980 T,
besonders bevorzugt J100;50Hz > 1,000 T
auf.
Das Formelzeichen J100;50Hz bezeichnet die magnetische Polarisation bei einer magnetischen Feldstärke von 100 A/m in einem elektromagnetischen Wechselfeld mit 50 Hz. Die angegebenen Parameter wurden stellvertretend gewählt, weil sie in Leistungsanforderungen an die Hersteller häufig auftretende Parameter sind. Verfahren zur Bestimmung von Polarisation und Feldstärke sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise mittels eines Epsteinrahmens zur Bestimmung der Polarisation, insbesondere gemäß „DIN EN 60404-2:2019-05: Magnetische Werkstoffe - Teil 2: Verfahren zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von Elektroband und -blech mit Hilfe eines Epsteinrahmens“. Die Polarisation gilt insbesondere für die gemessene Probe, wie sie erfindungsgemäß vorliegt, wobei vorteilhaft die Dicke der Probe zwischen 0,240 mm und 0,260 mm, bevorzugt zwischen 0,235 mm und 0,250 mm, beträgt. Die Parameter für Polarisation sind in diesem Sinne zu verstehen.
Besonders bevorzugt weist das Elektroband oder -blech einen spezifischen elektrischen Widerstand zwischen 0,62 µΩm und 0,65 pQm bei einer Temperatur von 50 Grad Celsius auf.
Insbesondere werden diese Werte bei einer Dicke, bevorzugt bei jeder Dicke, zwischen 0,230 mm und 0,260 mm erhalten, besonders bevorzugt zwischen 0,235 mm und 0,250 mm. Ein spezifischer elektrischer Widerstand mit dieser Maßgabe korreliert mit den erhaltenen guten magnetischen Eigenschaften.
Ein weiterer Gedanke der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines nicht kornorientierten Elektrobands. Mit einem der nachfolgend erläuterten Verfahren können Materialien hergestellt werden, welche Vorteile der eingangs beschriebenen Art aufweisen. Beispielsweise wird durch das nachfolgend erläuterte erfindungsgemäße Verfahren ein Elektroband hergestellt, das eine besonders vorteilhafte Eigenschaftskombination aufweist. Es werden die folgenden Schritte durchgeführt:

(A) Bereitstellen eines warmgewalzten, optional warmbandgeglühten, nicht kornorientierten Elektrobands, mit einer Dicke zwischen 1 mm und 3 mm, bevorzugt zwischen 1,5 mm und 2,5 mm;
(B) Kaltwalzen des in Schritt (A) bereitgestellten Elektrobands auf eine Dicke zwischen 0,200 mm und 0,300 mm, bevorzugt zwischen 0,200 mm und 0,265 mm;
(C) Schlussglühen und Abkühlen des in Schritt (B) erhaltenen Kaltbands, um das nicht kornorientierte Elektroband zu erhalten.

Das Bereitstellen des nicht kornorientierten Elektrobands höherer Dicke, wie in Schritt (A) genannt, wird an dieser Stelle nicht näher erläutert, da es sich um einen dem Fachmann wohlbekannten Vorgang handelt. Beispielsweise kann das nicht kornorientierte Elektroband höherer Dicke über einen konventionellen Fertigungsweg via Stranggießanlage oder über Dünnbrammenfertigung hergestellt werden. In beiden Wegen wird eine Stahlschmelze mit einer geeigneten Vorgabe, beispielsweise der eingangs genannten Art, zu einem Vormaterial erschmolzen und zu einem Vormaterial vergossen, bei dem es sich bei konventioneller Fertigung um eine Bramme oder eine Dünnbramme handeln kann.
Das so erzeugte Vormaterial kann anschließend auf eine Vormaterialtemperatur erwärmt werden, die beispielsweise zwischen 1100 und 1300 Grad Celsius beträgt. 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 warmgewalzt werden mit einer Dicke, die beispielsweise zwischen 1 mm und 3 mm beträgt, bevorzugt zwischen 1,5 mm und 2,5 mm.
Das Warmwalzen beginnt beispielsweise in an sich bekannter Weise bei einer Warmwalzanfangstemperatur in der Fertigstaffel von 900 bis 1150 Grad Celsius und endet beispielsweise mit einer Warmwalzendtemperatur von 700 bis 920 Grad Celsius, insbesondere 780 bis 850 Grad Celsius.
Das erhaltene Warmband kann anschließend auf eine Haspeltemperatur abgekühlt und zu einem Coil gehaspelt werden. Die Haspeltemperatur wird idealerweise so gewählt, dass Probleme beim anschließend durchgeführten Kaltwalzen vermieden werden. In der Praxis beträgt die Haspeltemperatur beispielsweise höchstens 700 Grad Celsius, bevorzugt zwischen 550 und 700 Grad Celsius.
Das warmgewalzte Elektroband oder -blech aus Schritt (A) kann direkt, also unmittelbar im Anschluss, in Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens überführt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aber nach Schritt (A) und vor Schritt (B) in einem Schritt (A') eine Warmbandglühung bei einer Temperatur von 700 bis 1000 Grad Celsius durchgeführt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Schlussglühen in einem Durchlaufofen durchgeführt wird. Während des Schlussglühens wird der spezifische Bandzug zumindest an einem der beiden Enden des Durchlaufofens kontrolliert gering gehalten.
Dies erfolgt derart, dass wenigstens eine der beiden nachfolgend genannten Bedingungen erfüllt ist:

- Der spezifische Einlaufbandzug beträgt höchstens 7 N/mm², bevorzugt höchstens 5,3 N/mm², besonders bevorzugt höchstens 4,0 N/mm², und/oder
- der spezifische Auslaufbandzug beträgt höchstens 4 N/mm², bevorzugt höchstens 3,5 N/mm², besonders bevorzugt höchstens 3,0 N/mm².

Bevorzugt werden beide Bedingungen kumulativ erfüllt.
Der spezifische Bandzug ergibt sich aus dem Quotienten des Bandzugs, der eine Kraft mit der Einheit N ist, und dem Querschnitt des Bands. Der Bandzug ist bei Bandtransport von Stahlband eine dem Fachmann bekannte Größe, dessen Messung und Überwachung beim Betrieb von Bandstraßen eine übliche fachmännische Maßnahme ist. Die Messung kann beispielsweise mit einem handelsüblichen Kraftaufnehmer, auch als Dehnungsmesstreifen bekannt, mit Messverstärker erfolgen.
Besonders bevorzugt wird das Elektroband mit einem in Bandtransportrichtung gesehen vor dem Durchlaufofen positionierten Einlaufrollengerüst mit dem Einlaufbandzug und mit einem in Bandtransportrichtung gesehen nach dem Durchlaufofen positionierten Auslaufrollengerüst mit dem Auslaufbandzug transportiert.
Beim Schlussglühen des Schritts (C) wird bevorzugt eine Hochglühtemperatur, das heißt: Maximaltemperatur, erreicht, die zwischen 970 Grad Celsius und 1100 Grad Celsius liegt, bevorzugt zwischen 1000 Grad Celsius und 1060 Grad Celsius.
Besonders bevorzugt erfolgt das im Schritt (C) durchgeführte Schlussglühen mit den folgenden Parametern:

(C1) Zunächst wird mit einer Aufheizrate von mindestens 40 K/s auf eine Temperatur zwischen 850 Grad Celsius und 950 Grad Celsius erwärmt, bevorzugt auf eine Temperatur zwischen 880 Grad Celsius und 920 Grad Celsius.
(C2) Sobald die in Schritt (C1) vorgesehene Temperatur erreicht wurde, wird über diese Temperatur hinaus mit einer Aufheizrate zwischen 5 und 150 K/s auf die Hochglühtemperatur erwärmt.

Besonders bevorzugt wird das Verfahren, derart eingestellt, dass die Hochglühtemperatur für einen Zeitraum gehalten wird, der zwischen 10 und 90 Sekunden beträgt. Das Halten der Hochglühtemperatur wird in der betrieblichen Praxis in bestimmten Ofenzonen unter anderem durch die Ofenlänge und durch die entsprechende Einstellung der Bandtransportgeschwindigkeit eingestellt.
Nach dem Schlussglühen kühlt das Kaltband bis auf Raumtemperatur ab, wobei das Abkühlen des Kaltbands bevorzugt bis auf Raumtemperatur mit einer Kühlrate von maximal 25 K/s erfolgt, das heißt, dass eine Kühlrate von 25 K/s während des gesamten Abkühlens nicht überschritten wird. Das kontrollierte Abkühlen dient unter anderem der Vermeidung der Ausbildung unerwünschter Eigenspannungen in dem Elektroband, die nachteilige Eigenschaften auf das magnetische Verhalten des Bands haben.
Das Glühen des Schritts (C) findet bevorzugt in einer Glühatmosphäre statt, die

- zu mindestens 70 Vol.-Prozent aus H2 besteht, und/oder
- bei einem Taupunkt von Tp < 0 Grad Celsius durchgeführt wird.

Besonders bevorzugt ist, dass das in Schritt (A) bereitgestellte Elektroband aus einem Material mit der nachfolgend genannten Legierungsvorschrift hergestellt wird, wobei die Angaben jeweils in Gewichts-Prozent, kurz: Gew.-%, angeführt sind:

C 0,0005 bis zu 0,0040;

Si 3,2 bis zu 3,4;

Al 0,85 bis zu 1,05;

Mn bis zu 0,2;

P bis zu 0,040, bevorzugt bis zu 0,020;

S bis zu 0,0030;

N bis zu 0,0020;

Ti bis zu 0,0040;

Mo+Nb+V+Zr+Sb+Sn+Cu+Cr+Ni: bis zu 0,1;
Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen;
bevorzugt mit einem Gehalt der Summe von C, S, N und Ti von maximal 0,0100 Gew.-%. Bei Befolgung dieser Legierungsvorschrift wird ein Elektroband der eingangs genannten Weise erhalten, einhergehend mit der entsprechend vorteilhaften Eigenschaftskombination aus magnetischen und mechanischen Eigenschaften.
Das Kaltwalzen in Schritt (B) wird bevorzugt bis auf eine Dicke des Kaltbands zwischen 0,230 mm und 0,260 mm durchgeführt, bevorzugt auf eine Dicke zwischen 0,235 mm und 0,250 mm.
Ein weiterer Gedanke der Erfindung betrifft ein Elektroband, wie es mit einem Verfahren der vorgenannten Weise erhalten werden kann, aber mit einem beliebigen anderen Verfahren hergestellt ist. Dies umfasst insbesondere, aber nicht nur, die Elektrobänder der eingangs genannten Art und ihrer Weiterbildungen sowie die ihnen zugeordneten vorteilhaften Materialeigenschaften.
Ein Elektroband oder ein Elektroblech der eingangs genannten Art oder einer Weiterbildung von diesen eignet sich in besonderer Weise zur Verwendung in elektrischen Maschinen. Ein Gedanke der Erfindung umfasst daher einen aus einem Elektroband oder einem Elektroband ausgestanzten Ausschnitt, der als Lamelle eines Bestandteils einer elektrischen Maschine genutzt wird, insbesondere als Bestandteil eines Stators oder eines Rotors einer elektrischen Maschine. Beispielsweise kann eine Anzahl von mehreren Lamellen aus einem Elektroband oder einem Elektroblech der eingangs genannten Art oder einer Weiterbildung von diesen ausgestanzt werden, miteinander gefügt werden, beispielsweise durch Kleben mit einem geeigneten Kleber, sodass die miteinander gefügten Lamellen einen Stator oder einen Rotor bilden.
Beispiele
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher illustriert.
Es wurden Bänder aus Legierungen mit unterschiedlichen Analysen hergestellt.
Die Analysen sind in Tabelle 3 gezeigt. Sie sind unter Bezeichnungen B1 und B2 klassifiziert.
Ein Kaltband mit der angegebenen Dicke wurde schlussgeglüht und hiernach abgekühlt.
Im Zuge des Schlussglühens wurde der spezifische Einlaufbandzug zwischen 2,5 N/mm² und 7,2 N/mm² variiert. Ebenfalls im Zuge des Schlussglühens wurde der spezifische Auslaufbandzug variiert, nämlich zwischen 2,1 N/mm² und 4,6 N/mm².
Die erhaltenen Proben wurden in ihren magnetischen und in ihren mechanischen Eigenschaften charakterisiert.
Die Ummagnetisierungsverluste P wurden mittels eines Epsteinrahmens bestimmt, und zwar gemäß DIN EN 60404-2:2019-05: „Magnetische Werkstoffe - Teil 2: Verfahren zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von Elektroband und -blech mit Hilfe eines Epsteinrahmens“. Elektrobleche wurden in Längs- und Querstreifen geschnitten und als Mischprobe im Epsteinrahmen vermessen. Die magnetischen Werte P wurden bei 1,0 T sowie bei 1,5 T jeweils für 200 Hz und 400 Hz ermittelt. Die magnetischen Werte P wurden bei 1,0 T jeweils für 700 Hz, 1000 Hz, 1500 Hz und 2000 Hz ermittelt. Diese Werte wurden ebenso wie J bei 50Hz und jeweils 100 A/m, 200 A/m, 2500 A/m, 5000 A/m und 10000 A/m mittels eines Epsteinrahmens, insbesondere gemäß DIN EN 60404-2:2019-05: „Magnetische Werkstoffe- Teil 2: Verfahren zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von Elektroband und -blech mit Hilfe eines Epsteinrahmens“. Dabei wurden entsprechende Elektrobleche in Längs- und Querstreifen geschnitten und als Mischprobe im Epsteinrahmen vermessen.
Der Werkstoffkennwert Dehngrenze Rp0,2 wurde gemäß DIN EN ISO 6892-1:2020-06 bestimmt.
Die Ergebnisse sind der Tabelle 1 und der Tabelle 2 zu entnehmen. Die Ergebnisse wurden lediglich aus Platzgründen in zwei Tabellen dargestellt, wobei Tabellen 1 und 2 partiell redundant sind.
Tabelle 1 und Tabelle 2 zeigen die Temperatur und die spezifischen Ein- und Auslaufbandzüge beim Schlussglühen, wobei das Schlussglühen bei den Proben zwischen 23 und 28 Sekunden stattfand, in Zusammenschau mit ausgewählten magnetischen Eigenschaften.
Entsprechend der Maßgabe, dass Proben mit einer Kombination vorteilhafter magnetischer Eigenschaften und vorteilhafter mechanischer Eigenschaften erhalten werden sollte, können die Proben klassifiziert werden.
Es ergeben sich folgende Ergebnisse:

1. Mit einer Legierung einer Analyse aus B1 konnte ein vorteilhafter Verlustwert P(1,0T;400Hz) < 13 W/kg erhalten werden. Mit einer Legierung einer Analyse aus B2 gelang dies nicht.
2. Mit einer Legierung einer Analyse aus B1 konnten Werte J100;50Hz > 0,970 T erreicht werden. Mit einer Legierung einer Analyse aus B2 gelang dies nicht.
3. Um mit einer Legierung einer Analyse aus B1 Werte J100;50Hz > 0,970 T zu erhalten, müssen für die Bandzüge ausreichend kleine Werteeingestellt werden.
4. Eine besonders vorteilhafte Kombination aus geringen Verlusten P(1,0T;400Hz) < 13 W/kg, (bevorzugt <12,7 W/kg) und gleichzeitig hohen Polarisationswerten J100;50Hz > 0,970 T kann erhalten werden, wenn mit einer Legierung einer Analyse aus B1 eine geeignete Legierung erhalten wird und beim Schlussglühen die Bandzüge ausreichend kleine Werte eingestellt werden.

Im Ergebnis ergibt sich ein Bild, gemäß welchem erfindungsgemäße Proben mit geringen Dicken und ausreichender Dehngrenze Rp0,2 erhalten werden können, indem systematische Eigenschaftsprofile in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Ausgangslegierung klassifiziert werden.
Außerdem ergibt sich, dass die erfindungsgemäß klassifizierten Proben mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können, während ein nicht erfindungsgemäßes Verfahren nicht erfindungsgemäße Proben ausgibt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN EN ISO 6892-1:2020-06 [0013, 0053]
DIN EN 60404-2:2019-05 [0022, 0052]

Claims

Nicht kornorientiertes metallisches Elektroband oder - blech, bestehend aus den nachfolgend genannten Bestandteilen, jeweils in Gewichts-Prozent, kurz: Gew.-%: C 0,0005 bis zu 0,0040; Si 3,2 bis zu 3,4; Al: 0,85 bis zu 1,05; Mn bis zu 0,2; P bis zu 0,040, bevorzugt bis zu 0,020; S bis zu 0,0030; N bis zu 0,0020; Ti bis zu 0,0040;

Mo+Nb+V+Zr+Sb+Sn+Cu+Cr+Ni: bis zu 0,1; Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektroband oder -blech eine Dicke < 0,265 mm, bevorzugt < 0,260 mm, und eine 0,2-%-Dehngrenze Rp0,2 > 420 MPa aufweist.
Elektroband oder -blech nach Anspruch 1, wobei der Gehalt der Summe von C, S, N und Ti maximal 0,0100 Gew.-% beträgt.
Elektroband oder -blech nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dicke des Elektrobands oder -blechs zwischen 0,230 mm und 0,260 mm, bevorzugt zwischen 0,235 mm und 0,250 mm, beträgt.
Elektroband oder -blech nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Elektroband oder -blech eine 0,2-%-Dehngrenze Rp0,2 > 420 MPa aufweist.
Elektroband oder -blech nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es Verlustwerte P(1,0T;400Hz) < 13,00 W/kg, bevorzugt P(1,0T;400Hz) < 12,80 W/kg, besonders bevorzugt P(1,0T; 400Hz) < 12,70 W/kg aufweist, bevorzugt zusätzlich P(1,5T;50Hz) < 2,3 W/kg, und/oder P(1,0T; 700Hz) < 29 W/kg, und/oder P(1,0T; 1000Hz) < 50 W/kg, und/oder P(1,0T; 2000Hz) < 150 W/kg.
Elektroband oder -blech nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es eine Polarisation J100;50Hz > 0,970 T, bevorzugt J100;50Hz > 0,980 T, besonders bevorzugt J100;50Hz > 1,000 T aufweist.
Elektroband oder -blech nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend einen spezifischen elektrischen Widerstand zwischen 0,62 µΩm und 0,65 µΩm bei einer Temperatur von 50 Grad Celsius.
Verfahren zur Herstellung eines nicht kornorientierten Elektrobands, umfassend zumindest die nachfolgend genannten Verfahrensschritte: (A) Bereitstellen eines warmgewalzten, optional warmbandgeglühten, nicht kornorientierten Elektrobands, mit einer Dicke zwischen 1 mm und 3 mm, bevorzugt zwischen 1,5 mm und 2,5 mm; (B) Kaltwalzen des in Schritt (A) bereitgestellten Elektrobands auf eine Dicke zwischen 0,200 mm und 0,300 mm, bevorzugt zwischen 0,200 mm und 0,265 mm; (C) Schlussglühen und Abkühlen des in Schritt (B) erhaltenen Kaltbands, um das nicht kornorientierte Elektroband zu erhalten, wobei das Schlussglühen in einem Durchlaufofen durchgeführt wird, wobei während des Schlussglühens der spezifische Einlaufbandzug höchstens 7 N/mm², bevorzugt höchstens 5,3 N/mm², besonders bevorzugt höchstens 4,0 N/mm² beträgt, und/oder der spezifische Auslaufbandzug höchstens 4 N/mm², bevorzugt höchstens 3,5 N/mm², besonders bevorzugt höchstens 3,0 N/mm² beträgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlussglühen, wobei bei dem Schlussglühen während eines Hochglühzeitraums eine Hochglühtemperatur zwischen 970 Grad Celsius und 1100 Grad Celsius, bevorzugt zwischen 1000 Grad Celsius und 1060 Grad Celsius, beträgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlussglühen (C1) mit einer Aufheizrate von mindestens 40 K/s auf eine Temperatur zwischen 850 Grad Celsius und 950 Grad Celsius, bevorzugt zwischen 880 Grad Celsius und 920 Grad Celsius, aufgeheizt wird, und hiernach (C2) mit einer Aufheizrate zwischen 5 und 150 K/s auf die Hochglühtemperatur aufgeheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochglühzeitraum einen Zeitraum von 10 Sekunden bis zu 90 Sekunden beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlen des Kaltbands in Schritt (C) bis auf Raumtemperatur mit einer Kühlrate von maximal 25 K/s erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Glühen des Schritts (C) - in einer Glühatmosphäre mit mindestens 70 Vol.-Prozent H2, und/oder - bei einem Taupunkt von Tp < 0 Grad Celsius durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schritt (A) bereitgestellte Elektroband besteht aus: den nachfolgend genannten Bestandteilen, jeweils in Gewichts-Prozent, kurz: Gew.-%: C 0,0005 bis zu 0,0040; Si 3,2 bis zu 3,4; Al 0,85 bis zu 1,05; Mn bis zu 0,2; P bis zu 0,040, bevorzugt bis zu 0,020; S bis zu 0,0030; N bis zu 0,0020; Ti bis zu 0,0040

Mo+Nb+V+Zr+Sb+Sn+Cu+Cr+Ni: bis zu 0,1; Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen; bevorzugt mit einem Gehalt der Summe von C, S, N und Ti von maximal 0,0100 Gew.-%.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltwalzen in Schritt (B) auf eine Dicke zwischen 0,230 mm und 0,260 mm erfolgt, bevorzugt zwischen 0,235 mm und 0,250 mm.
Elektroband, erhältlich mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 15.
Verwendung eines aus dem Elektroband oder -blech nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgestanzten Ausschnitts als Lamelle, die als Bestandteil einer elektrischen Maschine genutzt wird, insbesondere als Bestandteil eines Stators oder eines Rotors einer elektrischen Maschine.