DE1212124B - Verfahren zur Herstellung von Blechen aus Eisen-Silizium-Legierungen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

JUUk

DEUTSCHES 4MV®& PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Aaslegetag:

C21d

Deutsche KL: 18 c-1/78

1 212 124
V17795 VI a/18 c
24. Dezember 1959
10. März 1966

Es ist bekannt, daß man für verschiedene Zwecke der Elektrotechnik magnetisierbare Werkstoffe verwendet, die bestimmte kristallographische Vorzugsrichtungen haben und bei denen die magnetischen Eigenschaften anisotrop sind, d. h. in verschiedenen kristallographisch bestimmten Richtungen voneinander abweichen. Dabei treten in Richtung und Gegenrichtung bei den hier betrachteten Fällen gleichartige Eigenschaften auf; im folgenden wird ein solches Paar von Orientierungen stets als eine Richtung bezeichnet.

So ist bekannt, daß Eisen-Silizium-Legierungen mit etwa 2 bis 5% Silizium, Rest im wesentlichen Eisen, gegebenenfalls neben Beimengungen von weniger als 1% anderer Bestandteile, wie Mangan, Molybdän, Chrom od. dgl., eine Richtung leichter Magnetisierbarkeit in Richtung der Kanten der Elementarwürfel der Kristalle aufweisen, eine Richtung schwerer Magnetisierbarkeit in Richtung der Flächendiagonalen der Elementarwürfel und eine Richtung schwerster Magnetisierbarkeit in Richtung der Raumdiagonalen.

Man hat sich deshalb zunächst bemüht, Eisen-Silizium-Legierungen so herzustellen, daß die Mehrzahl der kubischen Elementarwürfel so ausgerichtet ist, daß die Würfelkanten der Elementarwürfel untereinander parallel sind und vier Kanten jedes Elementarwürfels in Richtung des bei der Verwendung der Werkstoffe angelegten Magnetfeldes liegen. Man entwickelte daher ein Verfahren zur Erzeugung der sogenannten Goß-Textur, bei der nach einmaligem oder mehrmaligem Kaltwalzen mit Schlußglühung die Ausrichtung der Elementarwürfel so war, daß vier Würfelkanten jedes Elementarwürfels in Walzrichtung liegen und zwei zueinander parallele Flächendiagonale in der Walzebene. Man erreichte auf diese Weise, daß die Magnetisierbarkeit in Walzrichtung besonders gut war, mußte aber in Kauf nehmen, daß senkrecht zur Walzrichtung in der Walzebene die Magnetisierbarkeit schlecht war. Man hatte also in der Walzebene nur eine Vorzugsrichtung der Magnetisierbarkeit.

Später wurde gefunden, daß man in Eisen-Silizium-Blechen auch Würfeltextur erzeugen kann, d. h. eine Textur, bei der zwei Würfelflächen der Elementarwürfel parallel zur Walzebene liegen und vier Würfelkanten in Walzrichtung. Bei derartigen Werkstoffen ist leichte Magnetisierbarkeit in der Walzebene sowohl in Walzrichtung als auch senkrecht zur Walzrichtung gegeben. Die Erzeugung von Würfeltextur kann z. B. dadurch erfolgen, daß man die Legierungen mit bestimmten Abwalzgraden, insbeson-Verf ahren zur Herstellung von Blechen aus
Eisen-Silizium-Legierungen

Anmelder:

Vacuumschmelze Aktiengesellschaft,

Hanau/M., Grüner Weg 37

Als Erfinder benannt:

Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. Dietrich Ganz,

Hanau/M.

dere 50 bis 75%, mehrfach kalt verformt mit Zwischenglühung bei beispielsweise 700 bis 950° C und daß man die Werkstoffe dann einer Schlußglühung bei Temperaturen beispielsweise von 1150 bis 1300⁰C unterwirft. Wesentlich ist dabei, daß die Atmosphäre bei der Schlußglühung so sauber gehalten wird, daß etwa auf der Oberfläche der Werkstoffe vorhandene Siliziumoxyde verschwinden bzw. solche nicht gebildet werden. Es müssen außerdem die einzelnen Verarbeitungsschritte hinsichtlich des Ausmaßes der Kaltverformung, der Art der Zwischenglühungen und der Art der Schlußglühung sorgfältig aufeinander abgestimmt werden, um die Ausbildung der Würfeltextur zu gewährleisten.

Es wurde nun gefunden, daß für manche Zwecke der Technik an Stelle von Eisen-Silizium-Blechen mit Würfeltextur solche eingesetzt werden können, bei denen eine nachstehend als »Flächentextur« bezeichnete Gefügeausbildung entwickelt worden ist.
Unter Flächentextur sei verstanden, daß ebenso wie bei der Würfeltextur zwei Flächen der Elementarwürfel parallel zur Walzebene liegen, daß aber die Würfelkanten entweder regellos orientiert sind, d. h. beliebige Winkel zur Walzrichtung bilden, oder daß die in Ebenen parallel zur Walzebene liegenden Würfelkanten sich in mindestens vier ausgezeichneten Richtungen häufen, die bevorzugt einen von 0 und 90° abweichenden Winkel mit der Walzrichtung des Bleches bilden. Die Würfelkanten sind also nicht, wie bei der Würfeltextur, parallel und senkrecht zur Walzrichtung ausgerichtet.

Die vorliegende Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung von Blechen aus Eisen-Silizium-Legierungen mit 2 bis 5 % Silizium, Rest im wesentlichen Eisen mit einer Gefügeorientierung, bei der zwei Flächen der Elementarwürfel der Kristalle parallel zur Blechoberfläche liegen und die in der Blechebene liegenden Würfelkanten sich um min-

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destens vier ausgezeichnete Richtungen haufen oder eine nahezu regellose Verteilung aufweisen, wobei dann, wenn die Mindestzahl von vier der ausgezeichneten Richtungen vorliegt, diese einen von 0 und 90° abweichenden Winkel mit der Walzrichtung des Bleches bilden, und hat das Kennzeichen, daß die Bleche nach dem einleitenden Glühen, dem darauffolgenden Heißwalzen sowie dem anschließenden Beizen in einem Schritt oder mehreren Schritten kaltverformt werden, wobei der gegebenenfalls einzige Kaltverformungsschritt mit einem Verformungsgrad von über 90% durchzuführen ist, und im Falle, daß in mehreren Schlitten kaltverformt wird, einer dieser Schritte mit einem Verformungsgrad über 90% vorzunehmen ist, mit jeweils zwischen zwei Kaltverformungsschritten in nichtoxydierendem Schutzgas bei 800 bis 1100° C durchzuführenden Glühungen sowie einer an das gegebenenfalls einmalige Kaltverformen oder an den letzten Kaltverformungsschritt anschließenden Schlußglühung bei Temperaturen von 1100° C oder darüber in einer Atmosphäre, die etwa auf der Oberfläche der Bleche vorhandene Siliziumoxyde verschwinden oder solche sich nicht bilden läßt.

Die vorstehend angegebene Textur, bei der sich die Würfelkanten um vier ausgezeichnete Richtungen haufen, soll möglichst vollständig vorhanden sein, d. h., es sollen mehr als 80 oder vorzugsweise mehr als 90 oder 95 % der Elementarwürfel in der angegebenen Weise geordnet sein. In manchen Fällen kann es jedoch ausreichend sein, wenn nur der überwiegende Teil, d. h. mehr als 50 % der Elementarwürfel, in der angegebenen Weise ausgerichtet sind, bisweilen wird es sogar genügen, wenn mehr als 20% die angegebenen Lagen einnehmen. Der Rest kann dann beispielsweise in Würfellage orientiert sein.

In Abb. 1 ist schematisch die Anordnung von Elementarwürfeln in einem Blech mit Würfeltextur, von oben gesehen, dargestellt, in

Abb. 2 in einem Blech mit Flächentextur.

Während es bei der Würfeltextur nur die beiden ausgezeichneten Richtungen α und b gibt, in denen oder dicht um die die Würfelkanten liegen, haufen sich bei der Flächentextur Würfelkanten um die Richtungen c, d, e und /. Wenn α die Walzrichtung des Bleches ist, dann liegen die Würfelkanten bei der in Abb. 2 dargestellten Flächentextur in einem Winkel von ±25 bzw. +65° gegen die Walzrichtung. Bei der Flächentextur ist es möglich, daß neben der in Abb. 2 beispielsweise dargestellten Anordnung der Elementarwürfel noch eine oder mehrere weitere bevorzugte Lagen auftreten, so daß es außer den in Abb. 2 beispielsweise gezeichneten Vorzugsrichtungen für die Würfelkanten noch weitere solche Vorzugsrichtungen gibt. Es können z. B. noch Würfelkanten sich um Richtungen von + 37 und ±53° gegen die Walzrichtung haufen. Es liegen dann im ganzen acht bevorzugte Richtungen für die Würfelkanten vor. Je größer die Zahl der bevorzugten Richtungen wird, desto mehr nähert man sich dem Zustand von regellos orientierten Würfelkanten.

Es hat sich gezeigt, daß Eisen-Silizium-Bleche, bei denen zwei Flächen der Elementarwürfel parallel zur Oberfläche liegen, dem magnetischen Fluß den geringsten magnetischen Widerstand bieten.

Werkstoffe mit Flächentextur können dann mit Nutzen eingesetzt werden, wenn bei der Anwendung der magnetische Fluß nicht geradlinig, sondern mit wechselnder Richtung durch die Werkstücke verläuft, beispielsweise dann, wenn er durch kreisförmig begrenzte Teile geführt wird, d. h. wenn die Magnetisierung zwar in Ebenen parallel zur Blechoberfläche verläuft, aber die Magnetisierungsrichtung sich innerhalb dieser Ebene von Ort zu Ort ändert. Ebenso sind Werkstoffe mit Flächentextur vonNutzen, wenn z. B. bei kompliziert gestalteten Stanzteilen der magnetische Fluß in verschiedenen Abschnitten der

ίο Stanzteile in verschiedenen, zueinander nicht senkrechten Richtungen verläuft.

Sie haben z. B. einen Vorteil bei der Anwendung gezahnter Bauteile, wo der Fluß in den radial angebrachten Zähnen so geführt werden soll, daß die Kraftflußdichte möglichst hoch und in den verschiedenen Zähnen gleich groß ist.

Bleche mit Würfeltextur sind für derartige Anwendungszwecke weniger geeignet als Bleche mit Flächentextur, da bei einem Schnitt aus Würfeiao texturblech der Fluß gezwungen ist, in jedem Quadranten eines Kreisringes durch eine über den ganzen Blechquerschnitt ausgedehnte Zone mit einer einheitlichen Kristallorientierung, die einer schlechten Magnetisierbarkeit mit hohem magnetischem Widerstand entspricht, hindurchzutreten. In einem Blechschnitt mit Flächenorientierung existiert dagegen überhaupt keine solche Querschnittszone mit einem derartig hohen magnetischen Widerstand. Die Verwendung von Flächentexturblech bringt somit einerseits den Vorteil einer Erniedrigung des gesamten magnetischen Widerstandes in einem gekrümmten Bauteil, andererseits den Vorzug einer gleichmäßigen Flußbelasrung in verschiedenen Teilen des magnetischen Kreises.

Abb. 3 und 4 sollen erläutern, was bei der Magnetisierung gestanzter Ringe geschieht. In beiden Abbildungen ist mit WR die Walzrichtung bezeichnet. In Abb. 3, die sich auf ein Blech mit Würfeltextur bezieht, ist eine Richtung leichter Magnetisierbarkeit in der Walzrichtung und senkrecht zur Walzrichtung gegeben, was durch jeweils vier Pfeile angedeutet ist. In Richtungen, die 45° von der Walzrichtung abweichen, ist die Magnetisierbarkeit in der Blechebene am kleinsten, was dadurch angedeutet ist, daß in dieser Richtung nur ein Pfeil eingezeichnet ist. Das bedeutet, daß in dieser Richtung ein größerer magnetischer Widerstand herrscht. Diese Richtung schwerster Magnetisierbarkeit erstreckt sich über den gesamten Querschnitt des Bleches, und der magnetische Fluß ist gezwungen, diesen Widerstand zu überwinden.

Abb. 4, die sich auf Material mit Flächentextur, und zwar eine solche mit regellos orientierten Würfelkanten, bezieht, zeigt dagegen, daß der magnetische Widerstand nicht richtungsabhängig ist.

Überdies ergibt sich, daß der gesamte Widerstand im Falle der Flächentextur kleiner ist als im Falle der Würfeltextur, da in einem Stanzring mit Flächentextur der Fluß überall Körner mit günstiger Orientierung vorfindet, was in einem gestanzten Ring mit Würfeltextur nicht der Fall ist.

Als weiteren Vorteil zeigen derartige Bleche mit Flächentextur bei Wechselfeldmagnetisierung einen geringeren Wirbelstromverlust als Bleche mitWürfeltextur. Dies ist darauf zurückzuführen, daß im Falle der Flächentextur, insbesondere bei der Flächentextur mit regelloser Kantenorientierung, die Abstände der sogenannten Blochwände, die die magnetischen

Elementarbezirke voneinander trennen, kleiner sind als bei Würfeltexturblechen.

Bleche mit Flächentextur haben auch noch den Vorteil gegenüber Blechen mit Würfeltextur, daß sie einfacher und mit größerer Sicherheit erzeugt werden können als solche mit Würfeltextur.

Beispielsweise konnte Blech aus Eisen-—Silizium mit etwa 2.2 bis 2,8 % Silizium mit Flächentextur auf folgende Weisen hergestellt werden:

den bei 900° C in trockenem Wasserstoff angewandt und das Band anschließend mit 50 % Verformung kalt gewalzt und dann schlußgeglüht, so wurde eine Flächentextur mit regelloser Würfelkantenorientie-5 rung erreicht.

Eine weitere Legierung mit 2,2 % Silizium, Rest Eisen, wurde im Vakuum geschmolzen, vor dem Heißwalzen auf 1200° C erwärmt, heiß gewalzt auf 5 mm, gebeizt und auf 0,2 mm kalt, d. h. mit 96 %

Phosphorgehalt von weniger als 0,005 %. Aus dem so gewonnenen Material wurden Ringe gestanzt und im Vakuum bei 1250° C bei etwa 10~* Torr geglüht.

Die Größe der Kaltverforrnungsschritte war so gewählt worden, daß nach der Schlußglühung sich eine Flächentextur mit regelloser Kantenorientierung ausbildete.

Zum Vergleich wurden Prob.en hergestellt, die in

Die Legierung wurde mit 2,8% Silizium und 0,14% io Dickenverminderung, gewalzt. Anschließend wurde Mangan im Vakuum geschmolzen, vor dem Heiß- im Durchlauf etwa 10 Minuten bei 1000° C in walzen auf 1200° C erwärmt, heiß gewalzt auf 2,6 mm trockenem Wasserstoff geglüht. Die Schlußverformung gebeizt, kalt gewalzt auf 1,8 mm und 5 Stunden bei erfolgte von 0,2 auf 0,12 mm (40 % Dickenvermin-800° C in feuchtem Wasserstoff geglüht, nach weite- derung). Das walzharte Band hatte einen Kohlenrem Kaltwalzen auf 0,8 mm erneut 5 Stunden bei 15 stoffgehalt von 0,006 %, einen Stickstoffgehalt von 800° C in feuchtem Wasserstoff geglüht. Die abschlie- 0,02 %, einen Schwefelgehalt von 0,009 % und einen ßende Kaltverformung erfolgte von 0,8 auf 0,04 mm
mit einer Dickenverminderung von 95 %. Das walzharte Band hatte einen Kohlenstoffgehalt von
0,008 %, einen Stickstoffgehalt von 0,016 %, einen 20
Schwefelgehalt von 0,007% und einen Gehalt an
Phosphor von weniger als 0,005 %. Nach einer
5stündigen Schlußwärmebehandlung bei HOO⁰C in
trockenem Wasserstoff, wobei die Probe mit Chrom-Nickel-Platten abgedeckt war, zeigte das Gefüge eine 25 vier Schritten mit je 55 bis 70% Dickenverminderung vollständige und scharfe Rekristallisationstextur mit kalt auf 0,12 mm gewalzt wurden mit Zwischen-Orientierung (100) [012]; über 85% der Kristalle glühungen bei 800 und 1100° C in Wasserstoff. Die haben eine Würfelkantenabweichung kleiner als 10° Proben wurden der gleichen Schlußglühung wie die von dieser Orientierung, d.h., es lag eine Flächen- zuletzt beschriebenen Proben unterworfen und zeigten textur mit Häufungsrichtungen der Würfelkanten bei 30 dann Würfeltextur. Etwa 85 % der Würfelkanten + 25, +65, —25 und —65° gegen die Walzrichtung wichen nicht mehr als 10° von der Walzrichtung ab. vor. Eingehende Versuche haben ergeben, daß die Er-

Durch mindestens eine anschließende Kaltverfor- zeugung einer Flächentextur besonders leicht durch mung mit schwächerer Dickenverminderung kann die eine hohe Kaltverformung erreicht werden kann. Wie Zahl der Würfelkantenrichtungen in der Blechebene 35 gezeigt, erhält man eine 4fache Aufspaltung der vergrößert werden, wie folgende Beispiele zeigen: Würfelkantenverteilung in der Blechebene durch

Eine vakuumgeschmolzene Charge mit 2,7 % Si Anwendung eines Schlußverformungsgrades von über und 0,4%Mn wurde nach Vorwärmen auf 1200⁰C 90%, z.B. 93%, vorzugsweise nicht unter 95%. auf 2,6 mm heiß gewalzt und nach Beizen mit einer Andererseits gelangt man zur Flächentextur, bei der Dickenverminderung von 93 % auf 0,17 mm kalt 40 die in der Blechebene liegenden Würfelkanten der gewalzt. Das walzharte Band hatte einen Kohlenstoff- Elementarwürfel sich um mehr als vier ausgezeichnete gehalt von 0,002 %, einen Stickstoffgehalt von Richtungen haufen oder eine nahezu regellose Ver-0,004 %, einen Schwefelgehalt von 0,008 % und teilung besitzen, wenn nach dem Kaltwalzschritt mit einen Phosphorgehalt von weniger als 0,01 %. einem Verformungsgrad von über 90 % ein Kaltwalz-

Nach einer Schlußwärmebehandlung von 5 Stunden 45 schritt oder mehrere Kaltwalzschritte mit einem Verbeil 100° C in trockenem Wasserstoff war das Gefüge formungsgrad von 30 bis 80%, vorzugsweise in Flächentextur mit Häufungsrichtungen der Würfel- zwischen 40 und 70 %, vorgenommen werden. Beikanten bei +25, +65, —25 und —65° orientiert. spielsweise stellt sich eine nahezu regellose Würfel-Ein Teil des Bandes wurde bei 0,17 mm 5 Stunden kantenverteilung in der Blechebene ein, wenn die bei 900° C in trockenem Wasserstoff zwischengeglüht 50 Kaltwalzfolge 93%/53%/50% angewendet wird, und anschließend auf 0,08 mm Dicke (53 % Verfor- Weiterhin läßt sich die Flächentextur auch bei

mung) kalt gewalzt. Nach Schlußwärmebehandlung großen Banddicken leichter erreichen, bei denen die in diesem Stadium zeigten sich in der Flächentextur Würfeltextur nicht oder nur unter ganz besonders mehrere Häufungsrichtungen der Würfelkantenorien- sorgfältiger Abstimmung aller Verarbeitungsschritte tierung, und zwar bei 0, +12, +78, +90, —12, 55 aufeinander entwickelt werden kann. -78 und -90°.

Ein Teil des Bandes wurde bei 0,08 mm abgezweigt, 5 Stunden bei 900° C in trockenem Wasserstoff zwischengeglüht und mit 50 % Abwälzung auf 0,04mm kalt gewalzt und nun 5Stunden bei HOO⁰C 60 in trockenem Wasserstoff schlußgeglüht. Das Gefüge rekristallisiert nun in Flächentextur mit regelloser Würfelkantenorientierung.

Ein anderer Teil dieser Schmelze, der nach Heißwalzen mit einer Dickenverminderung von 97% kalt 65 gewalzt wurde, zeigte wieder nach Schlußglühung die oben angeführte Flächentextur mit Orientierung (100) [012]. Wurde aber eine Zwischenglühung von 5 Stun-

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Blechen aus Eisen-Silizium-Legierungen mit 2 bis 5 % Silizium, Rest im wesentlichen Eisen mit einer Gefügeorientierung, bei der zwei Flächen der Elementarwürfel der Kristalle parallel zur Blechoberfläche liegen und die in der Blechebene liegenden Würfelkanten sich um mindestens vier ausgezeichnete Richtungen haufen oder eine nahezu regellose Verteilung aufweisen, wobei dann, wenn die Mindestzahl von vier der ausgezeich-

neten Richtungen vorliegt, diese einen von 0 und 90° abweichenden Winkel mit der Walzrichtung des Bleches bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Bleche nach dem einleitenden Glühen, dem darauffolgenden Heißwalzen sowie dem anschließenden Beizen in einem Schritt oder mehreren Schritten kaltverformt werden, wobei der gegebenenfalls einzige Kaltverformungsschritt mit einem Verformungsgrad von über 90 % durchzuführen ist und im Falle, daß in mehreren Schritten kaltverformt wird, einer dieser Schritte mit einem Verformungsgrad über 90% vorzunehmen ist, mit jeweils zwischen zwei Kaltverformungsschritten in nichtoxydierendem Schutzgas bei 800 bis 1100° C durchzuführenden Glühungen sowie einer an das gegebenenfalls einmalige Kaltverformen oder an den letzten Kaltverformungsschritt anschließenden Schlußglühung bei Temperaturen von 1100° C oder darüber in einer Atmosphäre, die etwa auf der Oberfläche der Bleche vorhandene Siliziumoxyde verschwinden oder solche sich nicht bilden läßt.

2. Verfahren zur Herstellung von Blechen aus Eisen-Silizium-Legierungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die in der Blechebene liegenden Würfelkanten der Elementarwürfel sich um vier ausgezeichnete Richtungen häufen sollen, der Kaltwalzschritt, falls nur einer angewendet wird, oder der letzte Kaltwalzschritt, wenn mehrere angewendet werden, mit einem Verformungsgrad von über 90 °/o erfolgen muß.

3. Verfahren zur Herstellung von Blechen aus Eisen-Silizium-Legierungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn die in der Blechebene liegenden Würfelkanten der Elementarwürfel sich um mehr als vier ausgezeichnete Richtungen häufen oder eine nahezu regellose Verteilung besitzen sollen, nach dem Kaltwalzschritt mit einem Verformungsgrad von über 90 % ein Kaltwalzschritt oder mehrere Kaltwalzschritte mit einem Verformungsgrad von 30 bis 80 % vorgenommen werden.

4. Verfahren zur Herstellung von Blechen aus Eisen-Silizium-Legierungen nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der in diesen Ansprüchen mit über 90% angegebene Verformungsgrad des Kaltwalzschrittes mindestens 93 %, vorzugsweise aber 95 % oder mehr beträgt.

5. Verwendung von Eisen-Silizium-Blechen, die nach einer der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt wurden, für solche zu magnetisierenden Gegenstände, bei denen die Magnetisierung in Ebenen parallel zur Blechoberfläche verläuft, aber ihre Richtung sich innerhalb dieser Ebenen von Ort zu Ort ändert.

6. Verwendung von Eisen-Silizium-Blechen, die nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt wurden, für solche zu magnetisierenden Gegenstände, bei denen die Magnetisierung in Ebenen parallel zur Blechoberfläche verläuft, aber in verschiedenen Abschnitten der Blechoberfläche in verschiedenen nicht zueinander senkrechten Richtungen verläuft.

In Betracht gezogene Druckschriften:
»Archiv für das Eisenhüttenwesen«, 29 (1958),

S. 433 bis 447, insbesondere S. 438;

»Technische Mitteilungen Krupp«, 17(1959), Nr. 3

(September), S. 159 bis 161.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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