DE1458845B2 - Verfahren zur Herstellung von Elektroblechen mit Goss-Textur - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Elektroblechen mit Goss-Textur aus einem Stahl mit 2,5 bis 4% Silizium und maximal 0,005% Kohlenstoff, bei dem eine Schmelze mit Sauerstoff gefrischt, abgestochen, vergossen, auf eine Dicke von 1,5 bis mm warmgewalzt, kaltgewalzt, bei 730 bis 985° C unter entkohlenden Bedingungen geglüht und anschließend bei darüberliegenden Temperaturen sekundar rekristallisiert wird.

Die Goss-Textur weist einen hohen Grad von (110) [001 !-Orientierung in Walzrichtung auf. Die ausgerichteten kubischen Kristallite stehen also auf einer in Walzrichtung ausgerichteten Kante, wobei die Diagonale der senkrecht zu dieser Kante stehenden Grundfläche korizontal in der Ebene des Bleches ausgerichtet ist.

Ein Verfahren der beschriebenen Art ist aus der US-PS 30 96 222 bekannt. Die gewünschte Struktur wird durch einen Vanadinzusatz erhalten. Zur endgültigen Einstellung der Struktur werden jedoch relativ hohe Temperaturen für das Entkohlungsglühen und relativ lange Verweilzeiten für dieses Glühen benötigt Nach diesem Verfahren hergestellte Bleche sind daher relativ teuer.

Die wirtschaftlichere Herstellung hochkornorientierter Siliciumstahlbleche mit verbessertem magnetischen und elektrischen Eigenschaften, insbesondere höherer Permeabilität, einem höheren spezifischen elektrischen Widerstand und demzufolge geringeren Verlusten, ist seit längerer Zeit ein Entwicklungsschwerpunkt der Hersteller von Elektroblechen.

Welche Bedeutung solcherart verbesserten Verfahren in der Technik zugeschrieben wird, ergibt sich beispielsweise aus der US-PS 28 67 575, in der ausgeführt ist, daß der Stand der Technik und das Wissen der einschlägigen Industriezweige es nun möglich gemacht haben, Band- und Blechmaterial aus Siliciumstahl von bereits ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften herzustellen und demzufolge jede weitere Verbesserung dieser Verfahren selbst bei einer hierdurch erreichten Verringerung der Wattverluste des hergestellten magnetischen Materials von nur 2 bis 3% einen wesentlichen Beitrag für die Industrie bedeutet.

Die üblicherweise für die eingangs erwähnten Zwecke verwendeten Siliziumstähle haben einen SiIiziumgehalt von etwa 2,5 bis 4%, wobei die höheren Gehalte an Silizium wegen der sich dann ergebenden günstigeren magnetischen Eigenschaften vorzuziehen sind. Im allgemeinen war aber bisher die Herstellung eines Materials von höher als 3,3 % liegendem Siliziumgehalt in wirtschaftlicher Weise wegen der bei solchen höheren Siliziumgehalten außerordentlich deutlich auftretenden Bildung von Kantenrissen und sogar Brüchen während der folgenden Kaltwalzvorgänge nicht möglich.

Der Kohlenstoffgehalt des Stahls muß so niedrig wie möglich gehalten werden, und deshalb werden sie entweder im Martinofen unter Verwendung von Sauerstoff zur Anreicherung der Verbrennungsluft, z. B. nach dem in der US-PS 25 80 164 beschriebenen Verfahren oder den in der einschlägigen Technik als Oberwind-Frischprozesse bekannten Verfahren, insbesondere den in der US-PS 28 00 621 beschriebenen LD-Sauerstoff-Frischverfahren, hergestellt. Beim LD-Verfahren ergab sich das Problem, einen niedrigen Kohlenstoffgehalt zu erzielen. Zu diesem Zwecke wird bei der Ausführungsform des LD-Verfahrens, die in der US-PS 30 30 203 beschrieben ist, ein besonderes Sauerstoffblasverfahren vorgeschlagen, bei dem die Arbeitsweise des Martinofens verdoppelt und mit einem Stahlbad, das auf einer Temperatur von 1600 ± 16°C erhalten wird, gearbeitet wird. Hierdurch läßt sich ein Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von nicht mehr als 0,035%, der keine Schlackeneinschlüsse aufweist und keinen Stickstoff aufgenommen hat, herstellen.

Diesem Stahl werden am Ende des Herstellungsverfahrens Silicium und Schwefel, und zwar entweder in dem Ofen bzw. Konverter oder in der Pfanne, in welche der Stahl aus dem Ofen gegossen wird, in der Regel in der Pfanne, zugesetzt. Der Zweck des Schwefelzusatzes ist der, mit dem innen vorhandenen Mangan Mangansulfid zu bilden, welches die Eigenschaft hat, in die Korngrenzen einzudringen, während der Stahl abkühlt und kristallisiert und dadurch die Bildung der ge-

wünschten primären Kornstruktur während des Warmwalzens sicherstellt.

Das Silicium wird dem Stahl üblicherweise in Form von Ferrosilicium einverleibt, welches sich leicht auflöst und hierbei in der Pfanne Schichten mit einem höheren als dem erwünschten Siliciumgehalt bildet. Diese Schichten von höherem Siliciumgehalt neigen dazu, von den Schichten niedrigeren Siliciumgehaltes getrennt zu bleiben, falls nicht besondere Maßnahmen getroffen werden, um diese sogenannte Blattschichtung zu verhindern. Es ist bekannt, zur Verhinderung dieser Erscheinung den Inhalt der ersten Pfanne in eine zweite Pfanne und häufig sogar in eine dritte Pfanne umzugießen, um hierdurch eine sorgfältige Mischung zu erzielen, bevor der geschmolzene Stahl schließlich in Kokillen gegossen wird. Es ist ferner zu dem gleichen Zwecke in der obenerwähnten US-PS 30 30 203 vorgeschlagen worden, den Ofen in Schaukelbewegungen zu versetzen.

Die in dieser Weise hergestellten Blöcke bzw. Brammen werden in der Regel für eine vorbestimmte Zeitdauer warm geglüht und dann zu Platinen ausgewalzt, die darauf warm, und zwar entweder nach, dem bekannten unmittelbaren Warmwalzverfahren oder nach dem Platinen-Wiedererhitzungsverfahren zu Bändern gewalzt werden. Im Falle des ersten dieser beiden Verfahren wird die Platine ohne Zwischenerhitzung ausgewalzt, dagegen im Falle des zweiten Verfahrens zunächst auf eine hohe Temperatur im Bereich von 1150 bis 1400⁰C wiedererhitzt, bevor sie zu dem Band gewalzt wird. Das Warmwalzen zu dem Band stellt bei der Herstellung von brauchbarem Material eine gefährliche Stufe dar, weil sich hierbei die oben erläuterte primäre Kornstruktur ausbildet. Es ist deshalb eine verhältnismäßige genaue Kontrolle der Walztemperaturen erforderlich. Zum Beispiel wird in der US-PS 25 99 340 ein Verfahren beschrieben, bei welchem die Platinen auf 1400° C angelassen und bei 1150° C gewalzt werden. In der ebenfalls obenerwähnten US-PS 28 67 557 wird ein Verfahren beschrieben, bei welchem die Platinen auf etwa 115O⁰C erhitzt und dadurch eine auf einer Temperatur von nicht weniger als 1100°C befindliche Platine erzeugt wird, die dann unmittelbar, bevor ihre Temperatur bis auf unterhalb von 870⁰C absinkt, zu einem Band ausgewalzt wird. Der bisher üblicherweise angewendete Bereich von Warmwalztemperaturen lag zwischen 870 und 1150° C ,wobei eine Lücke zwischen 790 und 870⁰C vorhanden war, innerhalb deren sich beim Walzen ein Material von minderwärtiger Qualität ,das unter Umständen überhaupt keinen Handelswert besitzt, ergab.

Das warmgewalzte Band wird entzundert und schnell gekühlt, um ein weiteres Wachsen der Körper zu verhindern und die primären Körner klein zu erhalten. Durch das schnelle Kühlen wird auch die Umwandlungderfeindispergierten Kohleneinschlüsse in Karbide verhindert, die nur mit erheblichen Schwierigkeiten wieder entfernt werden könnten. Dann wird das gekühlte Band zuerst auf eine Dicke von 50% der gewünschten endgültigen Dicke kaltgewalzt, wobei das Maß der hierbei erfolgenden Dickenabnahme sorgfältig unter Berücksichtigung der hierdurch erfolgenden Einwirkung auf die gewünschte Orientierung der Kornstruktur in der Walzrichtung gewählt wird. Es ist auch wichtig, daß, nachdem einmal eine bestimmte Zwischendicke gewählt worden ist, deren Maß innerhalb sehr enger Grenzen beigehalten wird. Das kalt gewalzte Band wird dann gereinigt und offen, üblicherweise bei etwa 900 bis,955⁰C geglüht, um die Spannungen zu beseitigen und die Rekristallisation zu bewirken. Dann wird das vorgewalzte Band auf seine endgültige Dicke von üblicherweise etwa 0,15 bis 0,35 mm gewalzt, hierbei wird aus dem gleichen Grunde das Maß der Dickenverminderung sorgfältig gewählt, und die Walzgrenzen werden sorgfältig kontrolliert. Das gewalzte Band wird dann, um seinen Kohlenstoffgehalt auf den geringsten wirtschaftlich in Betracht kommenden Wert zu verringern, einer Entkohlungsbehandlung unterworfen. Ein hierfür geeignetes Entkohlungsverfahren, durch welches ein Kohlenstoffgehalt von etwa 0,005% beim Arbeiten innerhalb eines Temperaturbereichs von 730 bis 900⁰C in einer vorherrschend aus Wasserstoff bestehenden Atmosphäre, die aber 4 bis 35 % Wasserdampf enthält, erreicht wird, ist zum Beispiel in der US-PS 22 87 467 beschrieben. Vorzugsweise übersteigt die Zeitdauer der Behandlung nach dem in dieser Patentschrift beschriebenen Verfahren nicht 30 Minuten und liegt in der Regel zwischen 2 und 14 Minuten.

In den Endstufen des Herstellungsverfahrens wird das Band mit einem feuerfesten Oxyd überzogen und einer entschwefelnden Kastenglühung bei einer Temperatur von etwa 1100 bis 1200⁰C in einer aus reinem Wasserstoff bestehenden Atmosphäre unterworfen, durch welche das erwünschte sehr starke Wachstum der gerichteten Würfel an Kante liegenden primären Körnern erzielt wird. Darauf wird der feuerfeste Oxydüber-n zug entfernt, das Band erforderlichenfalls egalisiert und zu den endgültigen Abschnitten bzw. Blechen geschnitten.

Eine erste Qualität von magnetischem Stahl besitzt bei einer magnetischen Feldstärke von 10 Oersted eine Wechselstrompermeabilität von 1800. In der obenerwähnten US-PS 28 67 557 wird eine Permeabilität von zwischen 1787 und 1794 für handelsübliches Material bereits als beträchtlich bezeichnet. In der Zeitschrift »Westinghouse Engineer« vom September 1952 veröffentlichte Untersuchungsergebnis von Einzelkristallen aus Stahl, der etwa 3% Silizium enthielt, ergaben, daß hierbei das theoretisch denkbare Maximum der Permeabilität bei etwa 2015 liegt und daß der bei den Versuchen erreichte Wert von nur 1940 auf das Vorhandensein von geringfügigen Verunreinigungen in dem Stahl zurückzuführen war. Auch in der US-PS 25 99 340 ist angegeben, daß das denkbare Maximum der Permeabilität, d. h., der eines Einzelkristalls in dessen günstiger Richtung gemessen, für Stahl mit einem Siliciumgehalt von 3,2%, zwischen 1900 und 1950 beträgt, wobei allerdings diese Werte in der Praxis niemals erreicht werden. Bei der Arbeitsweise nach der US-PS 25 99 340 werden im ständigen Betriebe Permeabilitäten von bis zu 1835 erreicht.

Aus der US-PS 30 39 902 und 30 96 222 sind Verfahren bekannt zur Herstellung von hochkornorientierten Siliziumstählen für magnetische Zwecke. Diese Stähle eignen sich für die Herstellung von Bändern oder Flächen nach der erwünschten »Goss«-Textur.

Diese besitzt einen hohen Grad von (110) [001 !-Orientierung in der Walzrichtung. Aus der Literaturstelle »Basic Open Hearth Steelmaking« (3. Auflage, 1964, New York, S. 358 und 359), ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein hochsiliziumhaltiger Stahl bei etwa 1650⁰C abgestochen wird und zur Erreichung der gewünschten Gießtemperatur mehr als eine Stunde in der Pfanne abgehängt wird, um die gewünschte Abstichtemperatur zu erreichen.

Aus der DT-PS 9 57 394 ist eine angetriebene Vorrichtung zum Abschlacken und Durchwirbeln der Schmelze in einem Elektrolichtbogenofen mit abnehmbarem Deckel bekannt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein angetriebenes Drehkreuz mit vorzugsweise feuerfest verkleideten eisernen Rührarmen tragendes dreiarmiges Gestell versehen ist, das sich mit seinen Armen auf den Kesselrand des Ofens auflegt. Durch diese Rührvorrichtung soll eine Schichtenbildung vermieden werden.

Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrobleches mit ausgeprägter Goss-Textur zu schaffen, das wirtschaftlich, insbesondere mit einer wesentlich verkürzten Verweilzeit für die Entkohlung und einer möglichst niedrigen Entkohlungstemperatur zu einem relativ stark entkohlten Material führt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man bis zu einer Badtemperatur von mindestens 1650⁰C frischt, daß man den Stahl mit einer Temperatur von mindestens 1600⁰C absticht, daß man den Stahl mit einer Temperatur von mindestens 1565°C zu Blöcken vergießt, daß die Endtemperatur beim Warmwalzen 760 bis 925⁰C beträgt und daß man die entkohlende Glühung mindestens fünf Sekunden und nicht mehr als eine Minute lang in einer Atmosphäre aus 5 bis 40% Wasserstoff, Rest Stickstoff, die einen Taupunkt von 15,5°C und höher besitzt, durchführt.

Die Erfindung schafft damit ein Verfahren, das die Herstellung von hochkornorientierten Siliciumstählen mit einem Gehalt von größenordnungsmäßig 2 bis 4% und vorzugsweise 3,3 bis 3,7% Silicium für magnetische Zwecke und von Bändern oder Blechen für solche Zwecke in besonders vorteilhafter Weise ermöglicht.

Der Stahl kann in der Pfanne, in die er gegossen wird, gerührt werden, um eine Schichtbildung zu verhindern. Dieses Rühren erfolgt vorzugsweise durch einen Stahlbarren von im wesentlichen der gleichen Zusammensetzung wie der des Stahls. Das Ausgießen des Stahls aus der Pfanne erfolgt unmittelbar in Kokillen mit einer Temperatur von wenigstens etwa 1565°C. Die so hergestellten Blöcke werden zu Platinen ausgewalzt, welche mit einer Endtemperatur, die beliebig zwischen 760 und 925°C liegen kann, warmgewalzt werden, Darauf wird das warmgewalzte Band kaltgewalzt und geglüht und hierdurch ein Band mit der erwünschten Kornorientierung in der Walzrichtung hergestellt, welches anschließend, vorzugsweise dadurch, daß es nicht weniger als etwa 5 Sekunden und nicht mehr als etwa 1 Minute lang entkohlenden Bedingungen ausgesetzt wird, bis auf einen Kohlenstoffgehalt des kaltgewalzten Bandes von nicht mehr als etwa 0,005%, vorzugsweise 0,004%, entkohlt wird. Diese Entkohlungsbehandlung erfolgt bei einer Temperatur von zwischen 730 und 985° C in einer Atmosphäre aus 5 bis 40% Wasserstoff, vorzugsweise 20% Wasserstoff, Rest Stickstoff mit einem Taupunkt von 15,5° C und darüber besitzt.

Vorzuziehen ist es, daß diese entkohlende Behandlung bei einer Temperatur im Bereich von 900 bis 985°C erfolgt, wobei das kaltgewalzte Band der Entkohlungsbehandlung für eine Zeitdauer von nicht
weniger als etwa 5 Sekunden und nicht mehr als etwa 30 Sekunden unterworfen wird. Darauf kann das entkohlte gewalzte Band einer entschwefelnden Kastenglühung in reinem Wasserstoff bei einer Temperatur von zwischen etwa 1090 und 1200⁰C unterworfen werden, um hierdurch das angestrebte sekundäre Kornwachstum herbeizuführen und im Ergebnis einen hochkornorientierten magnetischen, reinen Siliziumstahl mit einer magnetischen Permeabilität in einem Feld von 10 Oersted von wenigstens 1900 zu erhalten.
Im folgenden werden nunmehr als Beispiele bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens nach der Erfindung beschrieben.

Die praktische Ausführungsform des neuen Stahlherstellungsverfahrens entspricht grundsätzlich dem in der einschlägigen Technik als »basisches Sauerstofffrischverfahren«, nach der amerkianischen A.S.T.M.Nomenklatur als »Basic Oxygen Steelmaking« bezeichneten, bei welchem geschmolzenes Eisen in einem zylindrischen mit basischem feuerfesten Futter ausgekleideten Frischgefäß unterhalb einer basischen Schlacke durch einen Strahl von Sauerstoffgas von hohem Reinheitsgrad, der auf die Oberfläche des heißen Metallbades gerichtet ist, zu Stahl gefrischt wird. Dieses Verfahren entspricht grundsätzlich dem bekannten »LD-Verfahren«, bei welchem ein vertikaler Konverter verwendet wird, in welchem sich in vertikaler Richtung eine Lanze erstreckt, durch die der Sauerstoffstrahl in das Innere des Konverters eingeblasen wird, um mit den Bestandteilen des Bades in Reaktion zu treten. Das Beladen eines solchen Frischgefäßes wird in üblicher Weise durchgeführt, und das Blasen mit dem Sauerstoff beginnt in angehobener Lage der Lanze. Während des Frischprozesses, welcher üblicherweise 20 bis 30 Minuten in Anspruch nimmt, werden die Höhenlage der Lanze oberhalb des Bades und die Geschwindigkeit des Einblasens des Sauerstoffs nach einem vorbestimmten Programm für den im Einzelfall herauszustellenden besonderen Stahl und auf Grund der Beobachtung des Fortschritts des Frischverfahrens, die üblicherweise auf visuellem Wege erfolgt, und durch Messen der Temperatur des Stahlbades von Zeit zu Zeit durch den Bedienungsmann eingestellt.

Auch im Falle des Stahlerzeugungsverfahrens gemäß der Erfindung wird dieses durch den Bedienungsmann gesteuert, jedoch so, daß sich am Ende des Frischprozesses eine Badtemperatur von wenigstens 1650⁰C, vorzugsweise eine Temperatur von mehr als 1675⁰C ergibt. Vorzugsweise wird die Temperatur auf 1700 bis 1790⁰C gesteigert. Die oberste Temperaturgrenze, die bei diesem Verfahren erreicht werden kann, scheint im wenigsten zum Teil durch die Fähigkeit des üblichen LD-Konverters gegeben zu sein, bei diesen üblichhohen Temperaturen noch sicher zu arbeiten. Diese obere Grenze wird auch durch wirtschaftliche Überlegungen beeinflußt, weil bei den erhöhten Temperaturen eine erhöhte Umsetzung des Eisens der Ofencharge zu Eisenoxyd erfolgt, welches in die Schlacke geht, und die einen entsprechenden Verlust an Eisen bedeutet. Es müssen auch die Vorteile berücksichtigt werden, die bei diesen Endtemperaturen in der Hinsicht erzielt werden, daß dann eine wesentlichere Umsetzung des Kohlenstoffs mit dem Sauerstoff erfolgt und dementsprechend der Kohlenstoffgehalt des hergestellten Stahls geringer wird. In der nachstehenden Tabelle 1 sind ein erwünschter Bereich und typische Werte für die chemische Zusammensetzung des Stahls und der Schlacke, die sich bei dem Verfahren gemäß der Erfindung ergeben, zusammengestellt.

Tabelle 1

Analyse des im Frischgefäß hergestellten Stahls

Element	Gehalt in Gewichtsprozent	Typischer Gehalt in Gewichtsprozent
Kohlenstoff	0,020 bis 0,030	0,021
Schwefel	0,010 bis 0,015	0,012
Sauerstoff	0,09 bis 0,130	0,10
Stickstoff	0,003 bis 0,008	0,005
Mangan	0,03 bis 0,10	0,08
Eisen	Rest	Rest
Bestandteil	Schlackenanalyse prozentualer Gehalt	typischer pro zentualer Gehalt
FeO	40 bis 45	44

Nach den bisherigen Erfahrungen ist anzunehmen, daß die überraschenden Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung wenigstens zum Teil die Folge der besonderen Dünnflüssigkeit des flüssigen Stahls und auch der diesen überlagernden Schlackenschicht von hoher Oberflächenspannung, die sich bei den höheren Temperaturen, mit denen gemäß der Erfindung gearbeitet wird, ergeben, sind, die offenbar zur Folge haben, daß die für die zu erzielenden magnetischen Eigenschaften unerwünschten Einflüsse im verstärkten Maße das Bestreben haben, aus dem flüssigen Stahl in die Schlacke zu gehen und, sobald die sich einmal in der Schlackenschicht befinden, in dieser festgehalten werden. Gerade durch das sonst unvermeidbare Vorhandensein dieser Einschlüsse in dem Stahl wird im Verlauf der folgenden der Erzielung der gerichteten Kornstruktur dienenden Behandlungen die Bewegungsmöglichkeit der Körner verringert und dadurch die Permeabilität des kornorientierten Materials auf unterhalb des Wertes, der sonst erzielbar wäre, vermindert. Das Verfahren gemäß der Erfindung ergibt also einen Stahl, der »magnetisch reiner« ist als die bisher in der Praxis hergestellten bei niedrigen Temperaturen ausgearbeiteten Stähle, und der demgemäß höhere Permeabilitätswerte, gegebenenfalls zugleich auch höheren spezifischen Widerstand und geringere Eisenverluste aufweist.

Nach Beendigung des Frischprozesses wird das Stahlbad in dem Frischgefäß so weit wie möglich abgeschlackt und darauf der Stahl über ein Abstichloch, welches unterhalb der oberen Kante des Frischgefäßes liegt, in eine vorerhitzte Pfanne abgestochen, wobei sorgfältig darauf zu achten ist, daß ein Zurückfließen von Schlackenteilchen in den geschmolzenen Stahl soweit als möglich verhindert wird.

Bei einem in üblicher Weise durchgeführten Frischprozesses ergibt sich, nachdem die Maximaltemperatur erreicht ist, eine Endphase, während welcher die Temperatur des Bades verhältnismäßig schnell absinkt, was bedeutet, daß der Stahl in die Pfanne mit einer unterhalb seiner Höchstemperatur liegenden Temperatur abgestochen wird. Diese Abstichtemperatur soll aber im Falle des erfindungsgemäßen Verfahrens wenigstens 1600° C betragen. Sie ist vorzugsweise so hoch wie irgend möglich, d. h., sie soll so nahe wie möglich an der während des Umwandlungsprozesses im Frischgefäß erreichten Maximaltemperatur liegen. Das Silicium und der Schwefel können im Frischgefäß oder in der Pfanne zugesetzt werden. Im letzteren Falle erfolgt das, bevor die Pfanne völlig gefüllt ist, so daß der Rest des anschließend noch in diese eingegossenen Stahls diese Zuschläge in den Pfanneninhalt einrührt. Um sicherzustellen, daß die oben hinsichtlich ihrer außerordentlichen Nachteile erläuterte Schichtenbildung innerhalb des in der Pfanne befindlichen geschmolzenen Stahls verhindert wird, wird der Pfanneninhalt gerührt, bevor er zu Blöcken vergossen wird. Als Rührwerkzeug wird vorzugsweise ein vorher gegossener Barren oder Block von im wesentlichen der gleichen Zusammensetzung wie der des in der Pfanne befindlichen Stahls verwendet.

Bei älteren bekannten Verfahren ist vorgeschlagen worden, den Pfanneninhalt durch Zusatz von Schlacke auf einer möglichst hohen Temperatur zu erhalten. Diese Maßnahme, welche zu der Gefahr einer Rückführung von schädlichen Schlackeneinschlüssen in den verhältnismäßig magnetisch reinen Stahl führt, wird bei dem Verfahren nach der Erfindung vermieden.

Infolge der hohen Temperatur des Pfanneninhalts wird bei jedem Rührvorgang ein Teil des hierfür benutzten Barrens in dem flüssigen Stahl gelöst. Deshalb muß der Barren in der Regel nach etwa 8 bis 12 Rührvorgängen ersetzt werden. Nach den bisherigen Erkenntnissen hat die Verwendung eines Blockes bzw. Barrens aus dem gleichen Stahl als Rührwerkzeug bei diesen hohen Temperaturen noch eine besonders vorteilhafte Nebenwirkung, die auf die Gußhaut zurückzuführen ist, mit welcher der Barren zunächst vor seiner Verwendung für den Rührvorgang überzogen ist. Das Material dieser Gußhaut wird nämlich in dem Stahl dispergiert und steigt dann in feinverteilter Form in die Oberflächenschlacke auf, wobei es in dem Körper des auf hoher Temperatur befindlichen dünnflüssigen Stahls in ungewöhnlich intensiver Weise im Sinne der Mitnahme und dadurch Entfernung von schädlichen Bestandteilen aus dem Stahl wirkt. Bei dem folgenden Kühlen des Blockes in der normalen Außenatmosphäre kann sich ein Feuchtigkeitsniederschlag auf dem Block bilden, so daß dieser vor seiner Weiterbehandlung hinreichend weit erhitzt werden muß, um diese Feuchtigkeit wieder zu entfernen und dadurch zu verhindern, daß in unerwünschter Weise Wasserstoff in den Stahl gelangt.

Tabelle 2

Analyse des Pfannenstahls

Element

Gehalt in
Gewichtsprozent

Typischer
Gehalt in
Gewichtsprozent

60	Silicium	3,00 bis 3,6	3,5	509 537/129
	Kohlenstoff	0,020 bis 0,030	0,022
	Schwefel	0,010 bis 0,30	0,015
65	Sauerstoff	0,0075 bis 0,010	0,009
	Stickstoff	0,004 bis 0,008	0,006
	Eisen	Rest	Rest

Die vorstehende Tabelle 2 zeigt einen erwünschten Bereich der analytischen Zusammensetzung des aus der Pfanne gegossenen Stahls.

Wegen des niedrigen Sauerstoffgehalts dieses Stahls ist es leichter möglich, daß vom magnetischen Gesichtspunkt aus unerwünschte nicht metallische Stoffe, die in dem Bad vorhanden sind, endogene aus inneren Ursachen entstehende Einschlüsse bilden, die sich von dem hochflüssigen Stahl aber leicht trennen, in die Schlacke eintreten und in dieser festgehalten werden. Die Abscheidung dieser Einschlüsse wird weiter dadurch unterstützt, daß sichergestellt ist, daß die in der Pfanne entstehenden Dezoxydationsprodukte von solcher Beschaffenheit bzw. solchen Eigenschaften sind, daß die aus ihnen entstehende Schlacke oder der Schaum bei der hohen Arbeitstemperatur sehr dünnflüssig ist und eine hohe Oberflächenspannung besitzt, wodurch das erwünschte sehr schnelle Koagulieren der Schlackenteilchen in der Schmelze zu leichter abscheidbaren Teilchen und deren Zurückhalten in der Schlacke oder in dem Schaum bewirkt wird.

Die gegossenen Blöcke werden vor dem Warmwalzen erneut auf etwa 1235 bis 13O5°C erhitzt und hinreichend lange auf dieser Temperatur erhalten, um die Homogenisierung der Mikroabsonderungen der verschiedenen Elemente des Stahls sicherzustellen. Jeder Block wird zunächst in einem Warmwalzwerk auf eine mittlere Dicke von 19 bis 38 mm, üblicherweise 22 mm, ausgewalzt, Die Temperatur, bei der dies erfolgt, soll so hoch als möglich gehalten und das Walzen so schnell wie möglich durchgeführt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß im Falle eines nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Siliciumstahls auch eine wesentlich niedrigere Temperatur bei diesem Warmwalzvorgang zulässig ist. Es genügt, wenn das Walzgut vor seinem Einlaufen in das Fertigwalzgerüst eine Temperatur von nur 98O⁰C besitzt.

Dieses warmgewalzte Material von mittlerer Dicke wird dann abschließend auf eine Dicke von 1,5 bis 3 mm, in der Regel von 1,8 bis 2,0 mm, gewalzt. Wie oben bereits ausgeführt wurde, ist während dieses Warmwalzens eine genaue [Temperaturkontrolle notwendig, um die Entwicklung der erwünschten primären Kornstruktur zu sichern, welche während der folgenden Entschwefelungsbehandlung in die endgültige sekundäre Kornstruktur umgewandelt wird. Die praktischen Erfahrungen haben gezeigt, daß zufriedenstellende Ergebnisse in dieser Hinsicht erzielt werden, wenn der abschließende Warmwalzvorgang mit beliebig zwischen 760 und 925⁰C liegenden Austrittstemperaturen durchgeführt wird und daß insbesondere die eingangserwähnte Temperaturlücke, die bei den bekannten Verfahren zu berücksichtigen ist, nunmehr nicht mehr zu bestehen scheint, oder wenigstens, wenn das doch der Fall sein sollte, ihre Wirkung bei der Herstellung von marktgänigen Produkten vernachlässigt werden kann. Die praktischen wirtschaftlichen Vorteile dieser Ausweitung und der Gefahrlosigkeit des Abgangstemperaturbereichs beim Warmwalzen bedürfen für den Fachmann keiner besonderen Erläuterung. Ein beispielsweise zu erwähnender dieser Vorteile ist der, daß es nunmehr möglich ist, die Abgangstemperatur nach anderen Gesichtspunkten, wie der zweckentsprechendsten Belastung des Walzwerks und der erforderlichen Oberflächengüte des gewalzten Bandes zu wählen.

Die mit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gewalzten Erzeugnisse gemachten Erfahrungen haben gezeigt, daß diese bei einem gegebenen Siliciumgehalt in nicht zu erwartendem Maße duktiler sind als die bekannten und handelsüblichen Materialien und das deshalb Stähle mit einem Siliciumgehalt von beispielsweise 3,3 bis 3,7 % mit gutem Erfolg warmgewalzt werden können, ohne daß Kantenrisse und/oder Windungsbrüche in unwirtschaftlichem Umfange zu befürchten sind.

Nach dem Warmwalzen werden die Bänder unter Verwendung üblicher Verfahren und Vorrichtungen

ίο entzundert und schnell auf unterhalb von 540⁰C gekühlt. Ebenso kann dann nach üblichen Verfahren die kornorientierte Struktur durch Kaltwalzen des entzunderten Bandes auf eine Dicke von etwa 50 % der gewünschten Enddicke entwickelt, das kaltgewalzte Band gereinigt, und durch eine offene Glühbehandlung bei etwa 820 bis 93O⁰C von Spannungen befreit und rekristallisiert werden, worauf es auf die gewünschte Enddicke von üblicherweise 0,3 mm kaltgewalzt wird. Auch bei diesen Arbeitsvorgängen ergibt sich ein nicht zu erwartender Vorteil als Folge der hohen Duktilität des »magnetisch reinen« Materials, weil diese gesteigerte Duktilität es, wie oben bereits bemerkt wurde, ermöglicht, Stähle mit höheren Siliciumgehalten ohne die Gefahr von unwirtschaftlichen Rißbildungen oder Brüchen kaltzuwalzen oder andererseits Stähle mit gleichem Siliciumgehalt bei niederigeren Temperaturen von beispielsweise nur 50° C oder sogar noch darunter, bis zu Außentemperaturen von oberhalb von 21° C im Falle eines Materials mit 3,5 % Silicium, statt der bisher bei einem Material mit 3,4% Silicium oder noch darunter erforderlichen Temperatur von 77⁰C kaltzuwalzen.

Das fertiggewalzte Band muß schließlich noch einer Entkohlungsbehandlung, in einer Atmosphäre aus 5 bis 40% Wasserstoff und Rest Stickstoff mit einem Taupunkt von 15,5° C und höher, unterworfen werden. Auch im Zuge dieser Behandlung ergibt sich ein weiterer nicht zu erwartender Vorteil der Erfindung, nämlich der, daß, wie gefunden wurde, eine Entkohlung auf etwa 0,005% Kohlenstoff, die bei den bisher bekannten Verlahren bis zu ihrem Abschluß wenigstens 2 bis 4 Minuten in Anspruch nahm, nunmehr in weniger als einer Minute, meist in weniger als 30 Sekunden und unter gewissen Bedingungen sogar in etwa 5 bis 15Sekünden durchgeführt werden kann. In der eingangs erwähnten US-PS 22 87 467 wird für die Entkohlungsbehandlung ein Temperaturbereich von 730 bis 900⁰C vorgeschlagen und angegeben, daß es bei Temperaturen von über 900° C nicht möglich war, den erwünschten niedrigen Kohlenstoffgehalt zu erreichen, sondern, daß das Temperaturmaximum hierfür bei etwa 820° C liegt. Im Gegensatz hierzu wurde gefunden, daß die höheren Temperaturen vorteilhafter in dem Sinne sind, daß ihre Anwendung bei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Siliciumstahl len es ermöglicht, die für die Entkohlungsbehandlung erforderliche Zeitdauer entsprechend einem Faktor von etwa 10 bis 20 zu verringern und durch Arbeiten bei hohen Temperaturen von etwa 930⁰C eine maximale Verringerung des Kohlenstoffgehalts zu erzielen.

Die folgende Tabelle 3 zeigt die Einwirkung der Glühtemperatur und der Zeitdauer der Einwirkung der entkohlend wirkenden Atmosphäre auf den Kohlenstoffgehalt der Stähle gemäß der Erfindung. Die entkohlende Atmosphäre war aus 20% Wasserstoff und 80% Stickstoff und Wasserdampf in solchem Anteil, daß sich ein Taupunkt von 15,5 bis 21° C ergab, zusammengesetzt.

Tabelle 3

Entkohlungstemperatur in CC	788	843	900	955
Anfangskohlenstoff gehalt	0,022	0,022	0,022	0,022
Restkohlenstoff gehalt nach
5 Sekunden	0,015	0,009	0,007	0,005
10 Sekunden	0,013	0,008	0,006	0,004
40 Sekunden	0,0098	0,0058	0,0052	0,0038
90 Sekunden	0,0038	0,0032	0,0038	0,0038

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise bei 900 bis 985° C entkohlt. Das kaltgewalzte Band wird diesen Bedingungen für eine Zeitdauer von nicht weniger als 5 Sekunden und nicht mehr als einer Minute, vorzugsweise nicht mehr als 30 Sekunden und in der Regel nicht mehr als 15 Sekunden ausgesetzt. Die kürzeren Entkohlungszeiten werden selbstverständlich bei den höheren Temperaturen erreicht. Wie gefunden wurde, beginnt die Entkohlung bereits bei der niedrigen Temperatur von 705⁰C. Die Verweilzeit des Bandes in dem Glühofen ist üblicherweise länger als die wirksame Entkohlungsdauer, weil das Band in den Ofen mit Außentemperatur eintritt und eine gewisse Zeit erforderlich ist, bis es die Mindestreaktionstemperatur erreicht.

Es ist anzunehmen, daß die überraschend kurzen Entkohlungszeiten wenigstens zum Teil auf den hohen Diffusionskoeffizienten des ungewöhnlich »magnetisch reinen« Stahls, der das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, zurückzuführen sind. Ferner wurde gefunden, daß die Entkohlung im Falle dieses Stahls bereits bei einer niedrigeren Temperatur einsetzt, als bei den bekannten Verfahren. Zu diesem Erfolg tragen die niedrigeren Kohlenstoffgehalte der in dem Frischgefäß und in der Pfanne hergestellten Stähle bei, weil ja deshalb weniger Kohlenstoff zu entfernen ist.

Das entkohlte Band kann dann nach üblichen Verfahren mit einem Überzug aus einem anorganischen feuerfesten Stoff, wie Magnesiumoxyd, versehen und einer Entschwefelungsbehandlung durch Kastenkühlung in einer Atmosphäre aus reinem Wasserstoff bei einer Temperatur von 1100 bis 1200⁰C vorzugsweise 1120⁰C, unterworfen werden. Darauf kann der feuerfeste Überzug entfernt, das Band erforderlichenfalls

Tabelle 5

Magnetische Analyse des Band materials auf thermischem Wege geglättet und schließlich mit einem zweckentsprechenden Schutzüberzug versehen werden.

Die folgende Tabelle 4 gibt die grundsätzliche chemische Analyse von hochkornorientiertem Siliciumstahlbandmaterial, das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde, und eine typische Analyse eines besonderen solchen Materials an.

Tabelle 4

Chemische Analyse des Bandmaterials

Element	Gehaltsbereich in	Typischer
	Gewichtsprozent	Gehalt in
		Gewichtsprozent
Silicium	2,9 bis 3,7	3,57
Kohlenstoff	0,003 bis 0,006	0,004
Mangan	0,050 bis 0,10	0,06
Schwefel	0,005	0,005
Phosphor	0,005 bis 0,020	0,008
Aluminium	0,05 max.	0,01
Kupfer	0,020 bis 0,15	0,05
Nickel	0,010 bis 0,05	0,02
Zinn	0,005 bis 0,015	0,005
Sauerstoff	0,001 bis 0,006	0,003
Eisen	Rest	Rest

Die folgende Tabelle 5 zeigt den grundsätzlichen BeBereich und eine typische magnetische Analyse eines bekannten hochkornorientierten nach dem Verfahren der US-PS 28 67 557 hergestellten Stahls in Gegenüberstellung zu den betreffenden Werten von nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Band- bzw. Blechmaterial an.

Bereich der magne	Typisch für	Bereich der magne	Typisch für
tischen Werte bei dem	Material nach	tischen Werte bei dem	das erfin
bekannten Material	den bekannten	erfindungsgemäßen	dungsgemäße
	Verfahren	Material	Material

Durchschnittliche Permeabilität 1761 bis 1869
bei 10 Oe

Eisenverlust Watt bei
15 kg und 60 Hertz

0,0525 bis 0,592

1900 bis 2000
0,460 bis 0,520

1950 0,50

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Elektroblechen mit Goss-Textur aus einem Stahl mit 2,5 bis 4% Silicium und maximal 0,005% Kohlenstoff und bei dem eine Schmelze mit Sauerstoff gefrischt, abgestochen, vergossen, auf eine Dicke von 1,5 bis 3 mm warmgewalzt, kaltgewalzt, bei 730 bis 985°C unter entkohlenden Bedingungen geglüht und anschließend bei darüberliegenden Temperaturen sekundär rekristallisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß man bis zu einer Badtemperatur von mindestens 1650⁰C frischt, daß man den Stahl mit einer Temperatur von mindestens 1600⁰C absticht, daß man den Stahl mit einer Temperatur von mindestens 1565°C zu Blöcken vergießt daß die Endtemperatur beim Warmwalzen 760 bis 925°C beträgt und daß man die entkohlende Glühung mindestens fünf Sekunden und nicht mehr als eine Minute lang in einer Atmosphäre aus 5 bis 40% Wasserstoff, Rest Stickstoff, die einen Taupunkt von 15,5° C und höher besitzt, durchführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bis zu einer Badtemperatur von 1700 bis 1790°C frischt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man bei 21 bis 50⁰C kaltwalzt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man bei 900 bis 985° C entkohlt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens 5 s und nicht mehr als 30 s lang entkohlt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man die Sekundärrekristallisation bei 1100 bis 1200°C in reinem Wasserstoff als Kastenglühung durchführt.