DE1583326A1 - Verfahren zur Herstellung eines Siliciumeisens mit Wuerfelkanten-Orientierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Korn-. orientierten Slliciumeisenbleches oder -bandes für magnetische Zwecke/ Die Kornorientierung, auf welche sich die Erfindung bezieht, 1st derart, daß nie Raum-zentrierten Würfel der Körner und Kristalle in der. Würfelkanten-Stellung (cube-on-edge position) orientiert sind, die nach den Miller sehen Indices als (110) [OOlj bezeichnet wird. Insbesondere betrifft die Erfindung eine verbesserte und wirtschaftliche Methode zur Herstellung eines Korn-orientierten 'J 111ciumeisens, wobei der Temperaturbereich, auf welchen das oiliciumeisen vor dem Heißwalzen erhitzt wird, dadurch' herabgesetzt wird, daß der Sauerstoffgehalt des SllicIumeisens unter einer kritischen"tiefen Grenze gehalten wird.

Dr.Sch/zb

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Wie

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Wie bekannt, sind Slliciumelsen mit der (110) [001j-Orientierung durch eine relativ hohe Permeabilität in der Walzrichtung und eine relativ niedrige Permeabilität in einer Richtung, die in rechtem Winkel zu der Walzrichtung steht, charakterisiert. Ein technisches Produkt dieser Art wurde viele Jahre lang erfolgreich zur Herstellung von Blättern oder Kernen in Transformatoren,, Generatoren oder dergl, verwendet, und zwar wegen seiner geringen Kernverluste und seiner hohen Permeabilität in der Walzrichtung.

Der größere Teil des Wurfelkanten-orientierten Siliciumeisenblechmaterials wird derzeit aus den Rohmaterialien nach einer Anzahl von Stufen hergestellt, zu denen das Schmelzen, Raffinieren, Gießen und Heißwalzen von Blöcken oder Brammen mit einer geeigneten 'Zusammensetzung zu heißen Bändern mit einer Dicke, die gewöhnlich unterhalb 2,5 mm (0,1 inch) liegt, gehören. Anschließend an das Anlassen und Beizen wird das Material in einer oder mehreren Stufen unter zwischenzeitlichem Anlassen kaltgewalzt, einer Entkohlung unterzogen und schließlich bei einer Temperatur gekühlt, die dazu ausreicht, eine sekundäre Rekristallisation zu verursachen. Die sekundäre Rekristallisation ist vom Korngrenzflächenenergie-Typus.

Wie vorstehend angegeben, wird derzeit die Heißwalzstufe entweder mit einer Bramme oder direkt mit einem Block begonnen. Im ersten Falle wird ein Block gegossen. Der Block wird bei einer hohen Temperatur von ungefähr 12OVbIs 1260⁰C (2200 bis 2βΟΟ°ΐή einige ,Stunden lang durchwärmt, um die Blooktemperatur auisivugleichen und damit

Probleme

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Probleme zu vermeiden, welche durch ein unterschiedliches Abkühlen in dem Block- auftreten können. Der Block wird dann zu einer Bramme gewalzt _s die im allgemeinen eine Dicke von ungefähr 152 mm (6 inches) besitzt, worauf die Bramme langsam abkühlen gelassen wird. Vor dem Heißwalzen wird die Bramme,erneut auf ungefähr Γ371 ^^is 1399°C (2500 bis 2550⁰F) erhitzt.

Wird direkt ,ein Block heißgewalzt, dann ist es üblich, .einen Block zu gießen und diesen bei einer Temperatur von ungefähr 13^3 C ⁰P) vor dem Heißwalzen durchzuwärmen. .

Die Temperatur, auf welche eine Bramme erneut erhitzt oder ein Block vor dem Heißwalzen erhitzt wirdj war bereits Gegenstand früherer Untersuchungen. Von Goss wurde die Ansicht vertreten, daß. der Block auf ungefähr 1095°C (2000°F) oder darüber erhitzt werden sollte, während die reduzierte Bramme auf ungefähr 1093°C (2000⁰F) aufgeheizt werden sollte.-Wenn auch Silici"umeisen bei einer Temperatur von nur 1Ö93°C (2000°F) gewalzt werden kann, so besitzt doch das Endprodukt keine guten magnetischen Eigenschaften.

Eine andere .Vorschrift lehrt, daß überlegene Permeabilitäten in Siliciumeisen durch Heißwalzen von einer hohen Anfangstemperatur erzielt werden können. Es wurde festgestellt, daß die magnetischen Eigenschaften eines nominellen j^-igen Siliciumeisens stark verbessert werden können, wenn der Block oder die erneut erhitzte Bramme auf eine Temperatur oberhalb ungefähr 1260°C ⁰

und bis 009832/0412

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- 4 - " . 158332Θ

und bis zu ungefähr 1599°C (255O⁰P) (oder die unter Vermeidung eines Brennens höchstmögliche Temperatur) vor dem Heißwalzen gebracht werden. Wie vorstehend angegeben, wurde diese Lehre vollständig von der Industrie übernommen. Derartig extrem hohe Temperaturen haben jedoch bestimmte ernsthafte Nachteile zur Folge, welche die Industrie seit einer Anzahl von Jahren zu beseitigen versucht. Bei derartig hohen Temperaturen gestaltet sich die Verarbeitung schwierig. Eines der Hauptprobleme ist die Entfernung der Schlacke, die sich auf den Brammen oder Blöcken bildet, wenn diese auf über ungefähr 13l6°C (2400°F) erhitzt werden. Diese Schlacke besteht aus einem flüssigen Oxyd, welches durch Oxydation der Oberfläche der Bramme gebildet wird. Eine Ansammlung dieser Schlacke hat eine nachteilige Wirkung auf den Betrieb des Brammen- oder Blockerhitzungsofens zur Folge, so daß es erforderlich ist, zur Entfernung der Schlacke den Ofen außer Betrieb zu setzen. Da das Heißwalzwerk stetig mit Brammen oder Blöcken versorgt werden muß, wird der Ausstoß des Heißwalzwerkes jedesmal dann erheblich verringert, wenn ein Ofen wegen Reparatur ausfällt. Dabei wird die Produktion des gesamten Stahlwerkes beeinflußt. Zusätzlich zu den kostspieligen Ausfällen infolge der Schlacken^ansammlung verursachen derartig hohe Temperaturen höhere Erhitzungskosten und verlangen eine teuere Erhitzungsanlage. Die hohen Temperaturen sowie die korrodierende Wirkung der Schlacke vermindern in erheblichem Maße die Lebensdauer der feuerfesten Ofenauskleidung. Dessenungeachtet wurden bisher alle diese Nachteil'e als unvermeidbar

angesehen« 009832/0412

angesehen. Man nahm diese Nachteile als zur Herstellung eines Siliciumeisens mit höchster Qualität unbedingt erforderlich in

Kauf. . -

Ein anderes bekanntes Verfahren schlägt vor, daß das Schlackenproblem dadurch beseitigt werden kann, daß die Brammen während eines Minimums von 8 Stunden auf den begrenzten Temperaturbereich von 1213 bis 124-5°C (2225 Ms 2275°F) erhitzt werden. Diese Methode hat jedoch keinen Eingang in die Technik gefunden. Außerdem zeichnet sich das nach dieser Methode hergestellte Produkt nicht durch hohe magnetische Qualitäten aus. .

Alle Untersuchungen hinsichtlich der vorstehend beschriebenen Methoden richteten sich bisher auf die sogenannten kritischen Bereiche innerhalb des breiten allgemeinen Bereiches der Brammenerhitzungstemperaturen zur technischen Herstellung von Siliciumeisenlegierungen, v/eiche die Standardelemente enthalten. Keine der Methoden beachtete den Sauerstoffgehalt, der oft 0,005 % überstieg und häufig bis auf 0,010 ;'., anstieg.

Aus der vorstehenden Diskussion des Standes der Technik geht hervor, daß hinsichtlich der zweckmäßigsten Temperaturen, die zum Erhitzen der Blöcke und Brammen bei der Herstellung von Korn-orientlertem Sllioiumeisen eingehalten werden sollen, unterschiedliche und manchmal miteinander In Konf li-okt geratende Lehren gegeben

wurden.

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wurden. Es ist daher ein Hauptziel der-vorliegenden Erfindung,· eine Methode zur Herstellung von Würfelkanten-orientiertem SiIiciumeisen zu schaffen, bei welchem die Brammen- oder Blocktemperatur vor dem Heißwalzen bezüglich der Qualität des Endproduktes bedeutungslos wird.

Erfindungsgemaß wird ferner eine wirtschaftlichere Methode zur Herstellung von Würfelkanten-orientiertem Siliciumeisen geschaffen, wobei Einsparungen sowohl hinsichtlich der Verarbeitung des Materials als auch im Hinblick auf weniger strenge Bedingungen, welche die zur Herstellung des Siliciumeisens verwendete Apparatur oder Anlage beeinflussen, erzielt werden.

Erfindungsgemaß wird eine derartige Methode zur Verfügung gestellt, ohne daß dabei der hohe Standard hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften des Endprodukts, der gegenwärtig von der Industrie verlangt Wird, unterschritten wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine verbesserte Zuverlässigkeit durch Anwendung einer Kombination von Verfahrensstufen aus, welche gewährleistet, daß das Endprodukt beständig ausgezeichnete magnetische Eigenschaften besitzt.

Erfindungsgemaß wird die Zusammensetzung des Siliciumeisens innerhalb Grenzen definiert., die es ermöglichen, seine metallurgische

Struktur BAD

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Struktur zu jeder Verfahrensstufe zu steuern.

Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, daß es sowohl der Sauerstoffgehalt des Siliciumeisens als auch dessen Mangan- und Schwefelgehalte sind, welche die optimale Block- oder Brammenerhitzungstemperatur 'bestimmen.

Bei der Herstellung- eines Würfelkanten-Siliciumeisens bestehen zwei grundlegende Erfordernisse. Zuerst muß nach der Entkohlungsstufe bei der Endblechstärke die geeignete Kornstruktur und Orientierung erzielt werden. Ferner muß ein Inhibitor für das normale Korhwachstum vorgesehen werden, damit das sekundäre Wachstum der entkohlten, primär rekristallisierten Struktur während des bei -hoher Temperatur erfolgenden abschließenden Glühens begünstigt wird* Obwohl eine Anzahl von Inhibitoren, wie beispielsweise Manganselenid, verwendet werden kann, wird das erfindungsgemäße Verfahren unter Bezugnahme dea als Beispiel ausgewählten Mangansulfids als Inhibitor beschrieben.

Es ist bekannt, daß, falls das Mangansulfid in der Menge, in welcher es durch die nachstehend angegebenen Mangan- und Schwefelgehalte' gebildet wird/ in Poi^rn submikroskopischer Niederschläge in dem S iliclüffle is en verteilt ist, diese Niederschläge das primäre Kornwachstum anschließend an die Rekristallisation nach dem Kaltwalzen inhibieren« So können die sekundären Körner nach dem abschließenden

Glühen 0 09832/0412

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-Q-

■ Glühen des Materials, die bei ungefähr 927⁰G (170O⁰F) zu wachsen ■"' beginnen, die primären Körner unter Herstellung der gewünschten Würfelkanten-Orientierung beseitigen.

Es wurde gefunden, daß, falls der Sauerstoffgehalt des Siliciumeisens innerhalb der nachstehend angegebenen' Grenzen gehalten wird, eine bessere Wirkung des Mangansulfidinhibitors erzielt wird, so daß hohe Brammen- oder Blocktemperaturen nicht erforderlich sind. Tatsächlich können Brammen- oder Blocktemperaturen eingehalten werden, die unterhalb den Temperaturen liegen, welche normalerweise als die Temperaturen angenommen werden, bei welchen die Hauptmenge des Mangansulfids in Lösung geht. Der Grund dafür ist nicht ganz zu verstehen. Ohne sich an eine Theorie binden zu wollen nimmt man an, daß das erfindungsgemäße Silieiumeisen mit dem nachstehend angegebenen geringen Sauerstoffgehalt natürlich eine feinere Dispersion der Sulfidphase infolge der Abwesenheit von Oxydkeimstellen liefert.

Bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung ist die Zusammensetzung des Siliciumeisens kritisch. Die Sauerstoffmenge sollte 0,0^5 % und vorzugsweise 0*00^0 % nicht übersteigen. Der Mangangehalt sollte ungefähr 0,03 bis ungefähr 0,08 % und vorzugsweise ungefähr 0,04-5 ?·> bis ungefähr 0,065 ^CJ> betragen» Die untere Grenze wird durch die Manganmenge bestimmt, die erforderlich ist, eine ausreichende Menge an Mangansulfid, welches als Kornwachstumsinhibitor wirkt, zu bilden. Die obere Grenze wird durch die

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-.Löslichkeit des Mangansulfids vor dem Heißwalzen bestimmt, da eine höhere Manganmenge die Wirkung hat, daß das Sulfid weniger löslich ist. Höhere Mangangehalte machen ferner Schwefelzugaben . zudem Siliciumeisen bei späteren Verarbeitungsstufen weniger wirksam. Zu Beginn sollte der Schwefel in einer Menge von ungefähr 0,015 bis ungefähr 0,03'O-# und vorzugsweise von ungefähr 0,020 bis ungefähr 0,025 % vorliegen. Selen kann anstelle von Schwefel in ungefähr den gleichen Mengen eingesetzt werden. Der anfängliche Kohlenstoffgehalt sollte ungefähr 0,015 bis ungefähr 0,035 ^..und 'vorzugsweise ungefähr 0,020 bis ungefähr 0,030 ^c/o betragen. -Der oiliciumgehal-t kann von ungefähr 1,8 bis 4 ^c/o oder darüber schwanken, wobei die untere Grenze die minimale Siliciummenge darstellt, die eine Phasenänderung zu Ύ-Eisen beim Erhitzen vermeidet. Die obere Grenze hängt von eier Fähigkeit des Materials ab, ohne Bruch kaltgewalzt werden zu können. Der Stickstoffgehalt sollte nicht ungefähr 0,007 % und 'vorzugsweise nicht ungefähr 0,004 ^c/o übersteigen. Nicht mehr ..als- ungefähr 0,008 % an Aluminium sollten insgesamt zugegen sein. Es ist vorzuziehen, daß diejenige Aluminiummenge vorliegt, welche in der säurelöslichen Form weniger als 0,002 % ausmacht.

Zur .Erzielung des erfindungsgemäß kritischen Sauerstoffgehalts kann jedes Hafflnationsverfahren einschließlich der Vakuummethoden angewendet werden* Ein Verfahren, welches den Vorteil hat, daß es unter.Verwendung einer bereits existierenden Apparatur, beiaplels-

weise

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weise eines offenen Herdes oder eines elektrischen Ofens, durchgeführt werden kann, besteht darin, daß In eine erste Gießpfanne . eine zur Vereinigung mit Sauerstoff ausreichende Siliciummense gegeben wird, wobei überschüssiges Silicium in legiertem Zustand zurückbleibt, worauf das geschmolzene Eisenmetall in eine zweite Gießpfanne gegossen wird, der eine ausreichende Siliciummenge zugesetzt wird, um den Siliciumgehalt auf den gewünschten Endwert zu bringen. Anschließend wird Aluminium zugesetzt, worauf die Schmelze in der zweiten Gießpfanne während einer solchen Zeitspanne gelassen wird, die dazu ausreicht, daß Einschlüsse aus dem Eisenmetall herausflotieren. Dieses Verfahren des erneuten Eingießens in eine Gießpfanne vermag den Sauerstoff bis zu einem Gehalt von ungefähr 10 ppm oder 0,001 ;i zu entfernen«

Das Siliciunieisen mit der vorstehend angegebenen Ziisanimensetzung der Schmelze kann in bequemer Weise zu Blöcken vergossen oder kontinuierlich zu Brammenblocken gegossen werden. Nachfolgend soll unter den Begriffen "Brammen" und "Blöcken" ein Silloiumeisen verstanden werden, das kontinuierlich vergossen worden ist.

Vor dem Walzen zu heißem Bandstahl wird das Siliciunieisen entweder in der Blockform (wobei ein direktes Walzen zu einem Band durchgeführt wird) oder in der Brammenform (wobei eine erneute Erhitzung durchgeführt wird) erhitzt. Erfindungsgemaß werden die Brammen oder Blöcke innerhalb eines Temperaturbereichs zwischen der tiefsten -

Temperatuy

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Temperatur, bei'.welcher die Blöcke oder Brammen verarbeitbar sind, und der höchsten Temperatur,* bei welcher Iceine nennenswerte Sohlakkenmenge gebildet wird, erhitzt. In zweckmäßiger Weise werden die Brammen während einer Zeitspanne von weniger als einer Stunde auf der Temperatur gehalten, während die Blöcke im allgemeinen einige Stunden lang durchwärmt werden.

Wenn auch.Brammen oder Blöcke im Laboratorium bei Temperaturen bis herab zu 982⁰C (l800°F) verarbeitet werden können, so hat sich doch herausgestellt, daß die niedrigste praktische Temperatur unter den in der Fabrik herrschenden Bedingungen ungefähr 1149⁰C (2100⁰P) beträgt« .·.".-■

Die höchste Temperatur, bei welcher-keine nennenswerte Schlackenmenge gebildet wird, hängt von einer Anzahl von Paktoren ab. Von diesen Paktoren seien die Zeit, während welcher das Material auf der Temperatur gehalten wird, die Atmosphäre, der Flammentypus oder dergl, erwähnt. Wichtsdestoweniger wurde festgestellt, daß die vorstehend beschriebenen NachteiIe, die dann auftreten* wenn die Brammen oder Blöcke vor dem Walzen zu-Bändern auf eine hohe Temperatur erhitzt werden, vermieden werden können, wenn die Brammen- oder Blocktemperatüren ungefähr 1516⁰C (2400°F) nicht überschreiten.

Die erhitzten Blöcke oder die wiedererhitzten Brammen werden anschließend

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BAD ORIQSMAl.

schließend schnell zu einem Band mit der gewünschten Stärke gewalzt. Bei der praktischen Durchführung der Erfindung ist die Temperatur, bei welcher das Heißwalzen durchgeführt wird, nicht kritisch. Vorzugsweise beträgt die Fertigstellung^temperatur mehr als 899⁰C (165O⁰F). In ähnlicher Weise hat sich die Aufwickeltemperatur als nicht extrem kritisch erwiesen. Eine Temperatur von ungefähr 649°C (1200⁰F) ist normal.

Die sich an das Heißwalzen anschließenden Stufen sind üblich. Das heiße Band kann vor dem Kaltwalzen zur Verbesserung der Struktur angelassen werden. Wird ein anfängliches Anlassen angewendet, dann kann die Temperatur von ungefähr 899 bis ungefähr 1O9J5°C (1650 bis 200O⁰F) schwanken. Vorzugsweise beträgt die Temperatur ungefähr 982⁰C (l800°F). Die Anlaßzelt beträgt bis zu ungefähr 4 Minuten bei der gewählten Temperatur.

Orientiertes Silieiumeisen mit einer Enddicke von ungefähr 0,j5 mm wird gewöhnlich in zwei Stufen kaltgewalzt, wobei zwischendurch ein offenes Glühen vorgesehen ist, das bei einer Temperatur von ungefähr 843 bis 1010⁰C (1550 bis 1850⁰F) durchgeführt wird. Das Ausmaß der Kaltreduktion in jeder Stufe hängt weitgehend von der gewünschten Endstärke ab. Obwohl die Endstärke keine Beschränkung der vorliegenden Erfindung darstellt, -läßt sich die Erfindung besonders auf die Herstellung eines orientierten Siliciumeisens mit einer Endstärke von ungefähr O,j55 mm (0,014 inch) oder darunter anwenden.

Das 009832/0412

.Das Siliciumeisen wird auf einen Wert von 0,0OJ γ> oder weniger während einer oder mehreren Glühungen entkohlt. Dies kann in einer beispielsweise aus feuchtem Wasserstoff bestehenden Atmosphäre erfolgen.

Nach dem Entkohlen wird das Band im allgemeinen mit einem Glühseparator überzogen und wenigstens 8 Stunden lang in einem geschlossenen Raum bei einer minimalen Temperatur von 1O93°G (2000⁰P) geglüht. Höhere Temperaturen und längere Zeiten bei der gewählten Temperatur werden dann eingehalten, wenn es erforderlich ist, Schwefel oder andere unerwünschte Verunreinigungen zu entfernen. Der Schwefelgehalt wird während der Endglühung auf weniger als 0,002 yo vermindert. ■ :

Hinsichtlich der Verarbeitungsstufen, die sich an das Heißwalzen ■anschließen-, können verschiedene Abänderungen vorgenommen werden, ohne dabei die günstigen Wirkungen zu beeinflussen> welche auf die besondere Zusammensetzung des Siliciumelsens, insbesondere seinen υauerstoffgehalt, zurückgehen. Daher ist die beschriebene Verarbeitung des Materials nach dem Heißwalzen nur beispielhaft zu verstehen/ und soll die Erfindung nicht beschränken.

Liegt der !-Sauerstoffgehalt des ülliciurneisens, der von einer Spur bis zu 0,0"Ο4'5'>> schwanken kann, in dem oberen Teil dieses Bereiches, insbesondere oberhalb ungefähr 0,00j50 '$>» dann ist es zweckmäßig,

, ' , ' die Blöcke

00-9832/0412 ■ ^BAD

die Blöcke oder Brammen auf eine Temperatur innerhalb des oberen ■ Teils des angegebenen Bereichs zu erhitzen, d.h. auf eine Temperatur von ungefähr 1260 bis ungefähr 1316⁰C (2^00 bis 2400°P).

Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß das Silioiumeisenblechmaterial nach Erreichung·seiner Endblechstärke und unmittelbar vor oder während des primären Kornwachstumsteils der abschließenden Glühung mit Schwefel, Selen oder Verbindungen dieser Elemente aus einer äußeren Quelle behandelt werden kann. Die Verwendung von Schwefel wird aus wirtschaftlichen Gründen vorgezogen. Der Schwefel kann auf verschiedene Weise zugesetzt werden. Beispielsweise können Schwefel oder Schwefel-enthaltende Verbindungen dem Glühseperator bei der abschließenden 'Glühuno zugesetzt werden. Wahlwelse kann die Glühatmosphäre der abschließenden Gliihung mit einer gasförmigen Schwefelverbindung beschickt werden, vorausgesetzt, daß die Atmosphäre in Kontakt mit den Oberflächen des Siliclumeisens steht. Gemäß einer anderen Variante können Schwefel oder Schwefel-enthaltende Verbindungen auf den Oberflächen des Blechmaterials während einer entkohlenden Glühung vor dem abschließenden Glühen verfügbar gemacht werden, d.h. durch Bildung einer dünnen Oberflächenschicht aus Eisensulfid auf dem Blechmaterial. . ·

Die praktische Durchführung der vorliegenden Erfindung erfordert : eine genaue Analyse der Schmelze sowie der verwendeten Chemikalien. Obwohl die Genauigkeit, mit der die Schmelze und die Chemikalien in

der B'abrik

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der Fabrik analysiert werden können, in neuerer Zeit gesteigert werden konnte, ist es oft nicht möglich, in einer Fabrik den Genauigkeitsgrad zu- erzielen, wie er im Laboratorium erhältlich ist. Es hat sich herausgestellt-, daß in einigen Fällen die Zugabe von Schwefel aus einer äußeren Quelle dafür Gewähr bietet, daß das erfindungsgemäße Siliciumeisen, wenn es vor dem Heißwalzen auf den oben angegebenen Temperaturbereich erhitzt wird, ein Produkt mit ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften ergibt. Liegt beispielsweise der Sauerstoffgehalt des Siliciumeisens innerhalb des oberen Teils des vorstehend angegebenen Bereichs, dann gewährleistet die Zugabe von Schwefel aus einer äußeren Quelle ein ausgezeichnetes . Produkt sogar dann, wenn die Brammen- oder Blockerhitzungstemperatur 1149°G (2100⁰F) beträgt.

Beispielsweise (dieses Beispiel soll die Erfindung nicht beschränken) kann ein Siliciumeisen der oben angegebenen Zusammensetzung in Form von Brammen oder Blöcken auf 1149 bis Γ3ΐβ°σ (2100 bis 2400°F) erhitzt und schnell zu der gewünschten Stärke eines heißen Bandes gewalzt werden. Wird eine anfängliche Glühung angewendet, dann kann die Temperatur während einer Zeitspanne von bis zu ungefähr 4 Min. zwischenungefähr 899 und ungefähr 1093°C (16ΟΟ bis 2000⁰F) schwanken. Wird ein Endprodukt mit einer Stärke von 0,50 mm (0,012 inch) gewünscht, dann kann das Siliciumeisen in einer ersten Stufe auf eine Zwischenstärke von ungefähr 0,76 mm (0,030 inch) gewalzt werden.' Daran schließt sich eine Zwischenglühung bei ungefähr 927⁰C (1700⁰F) sowie in zweiter Stufe ein Kaltwalzen bis zu der Endstärke an. Das

Material

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BAD OBi

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Material kann dann in der vorstehend beschriebenen Weise entkohlt •werden. Schwefel aus einer äußeren Quelle kann nach einer der angegebenen Methoden zugesetzt werden, worauf das Material wenigstens 8 Stunden lang bei einer minimalen Temperatur von 1093°C (2000⁰F) einer abschließenden Glühung' in einem geschlossenen Raum unterzogen wird. Hinsichtlich der abschließenden Glühung können höhere Temperaturen und längere Zeiten, während welchen das Material auf den Temperaturen gehalten wird, eingehalten werden, sofern es erforderlich ist, Schwefel oder andere unerwünschte Verunreinigungen zu entfernen.

Die Zugabe von Schwefel bei dem erfindungsgemäßen Verfahren aus einer äußeren Quelle dient ferner zur Gewährleistung, daß ein Produkt mit ausgezeichneten magnetischen Qualitäten erhalten wird, wenn eine einzige Kaltwalzstufe angewendet wird. Das Verfahren ist im wesentlichen das gleiche wie vorstehend beschrieben, mit der Ausnahme, daß die gewünschte Endstärke in einer einzigen Kaltwalzstufe erzielt wird.

Beispiel 1

5 Brammen (die nachstehend mit A, B und C bezeichnet v/erden) mit einer Dicke von ungefähr 152 mm (6 inches) werden aus. einer SiIiciumeisenschmelze ausgewählt, die in einem offenen Herd unter Anwendung der vorstehend erwähnten Methode von'Boni und Heck zur Erzielung eines geringen Sauerstoffgehaltes geschmolzen worden ist. Die

Analyse '" 0 09 8 3 27 (H 12 bad OBiGlMAL

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Analyse des Materials in heißgewalztem Zustand ist wie folgt: 5,09 >S Silicium, 0,055 P Mangan, 0,022 # Schwefel, 0,020 ;j Kohlenstoff, 0,003 ^Phosphor, Ο,ΟΟβ. ^:fi Aluminium und 0,0020 ;ί Sauerstoff,

Die Brammen A, B und C werden auf 1J99°C, 13l6°C bzw. 1149⁰C (2550⁰F, 2400⁰P bzw. 2100⁰P) erhitzt und derart heißgewalzt, daß sie eine Temperatur von ungefähr 95^°C (1750⁰F) unmittelbar nach der letzten Reduktion besitzen. Die Aufwickeltemperatur für alle drei Brammen, welche durch die auf das Band gesprühte Wassermenge reguliert wird, beträgt ungefähr 649°C (1200⁰F), während die Dicke des heißen Bandes ungefähr 2,0 mm (Ο,θ8θ inch) beträgt. Die heißgewalzten Bänder werden bei 982⁰C (lOOQ°P) geglüht.

Die heißgewalzten Bänder werden dann auf eine Dicke von 0,76 mm (0,030 inch) kaltgewalzt, worauf das Band bei 927°C (l700°P) geglüht, auf eine Stärke von 0,^0 mm (0,012 inch) kaltgewalzt, mit Magnesia, das 2 '/> Schwefel enthält, überzogen und 24 Stunden bei 1204°C (2200⁰F) in einem geschlossenen Raum geglüht wird. Die magnetischen Eigenschaften der Probe des Endmaterials werden nach dem Aufbringen einer Isolierung an der Vorderseite, in der Mitte und an der Rückseite einer jeden Wicklung bestimmt, worauf die durchschnitt liehen Werte ermittelt werden, die in der Tabelle 1' zusammengefaßt sind. Die Permeabilitäten wenden bei einer Magnetkraft von, 10 Oersted und die Kernverluste in Watt pro kg bei I5 und 17 Kilogauss und einer Frequenz von 6o Perioden pro Sekunde gemessen.

Tabelle 1

0Ö9832/Q412 / bad ORiaihVd.

Tabelle

Brammen- Brammen- Permeabilität Kernverluste

-Nr. temperatur Pig, 60 W/kg P17, 60

A 1599 C 1831 1,28 1,79

B 1516⁰C 1833 1,26 1,76

C ll49°C 1825 1,23 1,74

Aus der vorstehenden Tabelle 1st zu ersehen, daß die magnetischen · Eigenschaften des Materials, welches bei erheblich unterschiedlichen Temperaturen heißgewalzt worden ist, in überraschender Weise vergleichbar sind. Während die Permeabilität des 1149°C (2100°B^l) -Materials im wesentlichen gleich ist, sind die entsprechenden Kernverluste etwas besser als diejenigen für das Material, welches bei cten höheren Temperaturen gewalzt worden ist. Man kann" sagen, daß ciie Verwendung eines Sillciumeisens mit einer anfänglichen Zusammensetzung innerhalb der oben beschriebenen Grenzen und Insbesondere mit einem sehr niederen Sauerstoffgehalt die Brammentemperatur in Bezug auf die Qualität des Produktes unbeachtlich macht. Natürlich ist es aus Kostenerwägungen gewöhnlich besser, die tiefste Temperatur einzuhalten, bei welcher ein Walzwerk gefahren werden kann. .Werden· beispielsweise die Siliciumeisenbrammen zusammen mit Branimen aus Flußstahl oder rostfreiem Stahl erhitzt, dann ist es zweckmäßiger, die Siliciumeisenbrammen auf den Temperaturbereich zu erhitzen, der für die anderen Materialien erforderlich 1st.

Beispiel 2

00 9832/0412 . BAD

Beispiel 2 ' ·■-·."

Eine Bramme mit einer Dicke von 152 mm (6 inches) aus jeweils 5 Schmelzen aus Siliciumeisen, das ungefähr 3,1 ⁽jb Silicium enthält, wird erneut auf eine Temperatur von 11^9 C (2100°F) erhitzt und zu Wicklungen mit einer Dicke von 1,9 mm (0,076 inch) gewalzt. Benachbarte Proben, die aus d-en Mittelpunkten der heißgewalzten .. Wicklungen entnommen werden, werden anfänglieh im Laboratorium Ungefähr 3 Minuten lang in Luft auf 913 und 982⁰C ( I675 und l80Q°F) geglüht.' Alle Proben werden dann auf eine Endstärke von 0,30 mm (0,012 inch) in einer zweistufigen Kaltreduktion verarbeitet.

Die Proben werden bei 913⁰C (1675⁰F) in Wasserstoff ungefähr 1 Min. lang bei ihrer Zwischendicke von 0,66 mm (0,026 inch) geglüht. Nach dem zweiten Kaltwalzen werden sie bei 8l6°C "(.1.50'Q⁰F) ungefähr 3 Minuten lang in feuchtem Wasserstoff entkohlt und in einem Kastenglühofen abschließend bei 1204°C (2200⁰F) 24 Stunden lang in Wasser stoff geglüht.

Die Tabelle 2 zeigt die Ausgangszusammensetzungen und die Endpermeabilitätwerte für die zwei Materialien mit den zwei Anfangsglühtemperaturen.

Tabelle 2 009832/0A 1 2

ORIGINAL

-' 20 -

Tabelle

	ge	^Mn	0,022	£0	anfängliche	H = 10	anfängliche
	0,022	0,059	0, 024	0,0015	Glühung bei	I77I	Glühung bei
	0,02>	ο,οβο	o,oi8	0,0019	913°C	I73I	9820C
	ο,οιβ	0,062	0,019	0,0030	Permeabilität	I676	Permeabilität
Bramme	0,019	0,062	o,oi6	o,0050		1641	H = 10
A	0,025	0,048		0,0076	0,0057	1596	1791.
B					O,O'O57	1797
C					0,0030	1761
D .					0,0054	1747
E			0,0074	1706

Die Permeabilitätswerte zeigen, daß der geringe Sauerstoffgehalt ■ des heißgewalzten Bandes stark mit der hohen Permeabilität zusammenhängt. Aus diesen Werten ist ferner zu ersehen, daß mit steigendem Sauerstoffgehalt die Permeabilität.schneller abnimmt, wenn die anfängliche Glühtemperatur niedriger ist. Fällt daher der Sauerstoffgehalt in den oberen Teil des gevainschten Bereiches, dann können die nachteiligen Wirkungen teilweise durch die Einhaltung höherer Anfangsglühtemperaturen ausgeglichen werden.

Beispiel 3 ■

Zwei Brammen mit einer Dicke von ungefähr 152 mm (6 inches), Welche zwei Blöcke darstellen, werden wahlweise' aus jeweils zwei Schmelzen mit folgenden Gießpfannenanalysenwerten ausgewählt:

Nr. der Schmelze

(gesamt)

0,026 Ό,Οββ .0^023 ># 21 0,0052 0,0070 0,0053

0,025 0,053 0,023 3>13 0,0057 0,0023 0,0061

0 9832/04 1 2

.Pie

BATTDRIGSMAL

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Die Brammen werden auf 1307⁰C (2385⁰P) erhitzt, wie mittels eines optischen Pyrometers gemessen wird, und zu einem Band mit einer Dicke von 1,9 mm (0,076 inch)■heißgewalzt. Es wird im wesentlichen keine flüssige Schlacke gebildet. Die Temperatur beträgt unmittelbar nach dem Heißwalzen ungefähr 982⁰C (l800°P), während das Band

. bei einer Temperatur von ungefähr 649 C (1200 P) aufgewickelt wird. Die heißen Bänder werden bei 91J⁰C (1675⁰P) ungefähr 1 Minute lang bandgeglüht, gebeizt und zu einer Stärke von 0,6l mm (0,024 inch) kaltgewalzt. Nach einer Zwischeriglühung bei 927⁰C (1700⁰P) werden die Wicklungen auf eine Stärke von ungefähr 0,25 mm (0,0105 inch)" kaltgewalzt, worauf das Band entkohlt, mit Magnesia beschichtet

■ und 24 Stunden lang in einer Wasserstoffatmosphäre bei 1204°C (2200°P) geglüht wird. Die magnetischen Eigenschaften sind in der Tabelle 3 zusammengefaßt und zeigen die Bedeutung, welche einer geringen Sauerstofflnenge zur Erzielung einer ausgezeichneten magnetischen Qualität zukommt. Die Tabelle J5 ist in zwei Teile aufgeteilt, wobei jeder Teil eine der Schmelzen betrifft. Innerhalb eines jeden Teils beziehen sich die ersten drei Werte in jeder Kolonne auf die Proben vom Vorderteil, der Mitte und.der Rückseite der Wicklung der ersten Bramme der entsprechenden Schmelze. In ähnlicher Welse stellen die nächsten drei V/erte Proben von der Vorderseite, der Mitte und der Rückseite der Wicklung der zweiten Bramme üer gleichen Schmelze dar. Der letzte- Wert 1st ein'Durch-· schnitt der Werte aller 6 Proben.

Tabelle j> 09832/0412 · BAD original

T a b e lie 3

	Schmelze A (0,0070 <	i 0)	, 6o, W/kg ,	Perm. H = 10
Dicke in /U	PI5, 60', W/kg	P17,	1,61	1825
279	1,11		2,18	I68O
262	1,36		2,08	I695 ■· ·
259	1,30		2,00	• 1740
266	1,23		2,00	1725
266	1,24		1,64	180^3
269	1,11		1,92	1728 Durch schnitt
266	1,23
	Schmelze B (0,0023 ;;	ό θ).	60, W/kg	Perm. H = 10
Dicke ln/u	P15, 60, W/kg	P17,	1,69	I815 ;
268	» 1,16		1,64	I820
264	1,11		1,69	1805
280	1,14		1,62	1830
267	1,09		1,62	I830
. 260	1,09		1,70	I815
262	1,12		1,66	I819
Durch- p/-v schnitt^0'	1,12
Beispiel 4

Zwei Brammen mit einer Dicke von ungefähr 152 mm (6 inches), die zwei Blöcke darstellen, werden wahlweise aus jeweils 6 Schmelzen mit verschiedenen Sauerstoffmengen ausgewählt-. Diese Brammen werden auf eine Temperatur von I307 G (2385 P). oder aiii' eine 'i'empe-

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ratur BAD- ORIOIMÄL

158332a

ratur erhitzt, die gerade unterhalb der Schlackeribildungstemperatur liegt,:· Und schnell zu heißen Bändern mit einer Dicke von 1,9 ^m (0,076 inch') heißgewalzt. Proben, welche den Mittelpunkt der Wicklungen darstellen, werden im Laboratorium verarbeitet. Die heißgewalzten Stücke werden bei 982⁰C (l8oo°F) ungefähr 3 Minuten lang

geglüht, gebeizt und auf eine Zwischendicke von 0,55 «im (0,022-inch) kaltgewalzt. Nach einer Bandglühung während einer Zeitspanne von ungefähr 1 Minute bei 954⁰C (1750⁰F) werden die Proben auf eine - Stärke von 0,22 mm (O,OO88 inch) kaltgewalzt, bei 8l6°C (150O⁰F) in feuchtem Wasserstoff entkohlt, mit Magnesia beschichtet und bei 1204-⁰C (2200⁰P) in einem Kastenofen in trockenem Sauerstoff .30 Stunden lang geglüht. Die Analysen der heißen Bänder sowie die erzielten magnetischen Eigenschaften sind wie folgt:

T a b e 1 1 e 4 :

.,'■'' ' PIT,60, Perm. H=

Schmelze %G ,- foto·.. yoS $3i $N- ^O W/kg 10

A 0,023 0,070 0,025 >,23 Ο,ΟΟβΟ 0,0012 1,42 I837

-B 0,018 0,06l 0,024 3,05 0,0067 0,0013 .1,46 I825

G 0,022 0,047 0,023 3,16 0,0061 0,0044 1,48 1821 υ ■ 0,020 0,052 0,020 3*24 0,0056 o,oo64 1,62 1760 E 0,022 O,O69 0,021 3,21 0,0052 0,0070 2,00 I695

F 0>024 0,044 0,017 3,13 0,0070 0,0077 2,00 1675

Diese V/erbe zeigen deutlich die sehr starke Wirkung des Sauerstoffgehalt s auf dieerzielbare Textur sowie die magnetischen Eigenschaften!

009832/0412

Die Kernverlustwerte, welche für die Proben mit einem Sauerstoff- " gehalt unterhalb 0,0020 % ermittelt werden, sind ausgezeichnet und niedriger als die bisher erreichbaren Werte.

Beispiel 5

Eine Bramme mit einer Dicke von 152 mm (6 inches) aus jeweils 4 verschiedenen Schmelzen wird erneut auf eine Temperatur von ll49°C (210O⁰F) erhitzt und zu Wicklungen mit einer Dicke von 1,9 mm (0,076· inch) heißgewalzt. Von den Mittelpunkten dies.er Wicklungen werden Proben entnommen und im Laboratorium verarbeitet. Die Proben werden bei 982⁰C (l800°F) ungefähr J Minuten lang geglüht, direkt zu einer Dicke von 0,j50 mm (0,012 inch) ohne eine Zwischengluhung kaltgewalzt, bei einer Bandglüliung in feuchtem Wasserstoff bei Sl6°C (1500⁰F) entkohlt, mit Magnesia sowie mit und ohne Schwefel beschichtet und in Wasserstoff bei 1204°C (2200°.F) 50 Stunden lang in einem Kastenofen geglüht. Die erhaltenen Permeabilitätswerte sind in der Tabelle 5 zusammen mit den Analysenwerten der heißgewalzten Proben zusammengefaßt.

Tabelle 5

kein Schwefel- 4;i Schwefelzusatz zu MgO zusatz zu Γ^ Bramme ^C, '^Mn $5 ^c/o0 ^N Perm. H = 10 Perm. H =

\ 0,022 0,059 0,022 0,0015 0,0057

3 ' 0,022 0,060 -0,023 0,00l8 0,0057

Z 0,024 0,048 0,017 0,0065 0,0076

D ·. 0,021 0,069 0,020 0,0090 0,0050

i605	1770
1625	1745
1552	1665
1590	1602

Diese 00'9832/0AI 2

BAD

Diese Werte zeigen, daß eine Schwefelzugabe zu dem Magnesia wirksanier- ist,- wenn der Sauerstoffgehalt Innerhalb des erfindungsgemäß kritischen Bereiches gehalten wird. Die Testergebnisse für die Materialien, denen Schwefel zugesetzt worden 1st, geben eine ausgezeichnete magnetische Qualität wieder, wobei zu berücksichtigen ist, daß nur eine einzige Kaltreduktion durchgeführt wird.

Aus den vorstehenden Beispielen 1st zu ersehen, daß es möglich ist, ausgezeichnete magnetische Eigenschaften in dem Produkt ohne ein Erhitzen der Brammen oder Blöcke auf einen Temperaturbereich vorzunehmen, innerhalb dessen flüssige Schlacke gebildet wird.

üs versteht sich, daß Modifizierungen der Erfindung durchgeführt v/erden können, ohne uaß dabei der Rahmen der Erfindung verlassen wird-.

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BAD ORIGINAL

Claims (1)

1. - dO -

   Patentansprüche

   1. Verfahren zur Herstellung eines Siliciumeisens mit Würfelkanten-Orientierung mit einem Siliciumgehalt von ungefähr 1,8 bis ungefähr 4 % durch Heißwalzen auf eine Zwischenblechstärke, Kaltwalzen auf die Endblechstärke, Entkohlen und Glühen, um eine sekundäre Rekristallisation zu bewirken, welche das Wachstum der Würfelkanten-Kerne begünstigt, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumeisen mit einem Sauerstoffgehalt von nicht mehr als 0,0045 % auf eine Temperatur von 1149°C (2100⁰F) und nicht mehr als. 13l6°C (2400°P) unmittelbar vor dem Heißwalzen, erhitzt wird.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Siliciumeisen mit einem Sauerstoffgehalt von nicht mehr als 0,0030;j auf eine Temperatur von ll49°C (2100⁰F) und nicht mehr als r?l6°C (2400 F) unmittelbar vor dem Heißwalzen erhitzt wird.

   j5# Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Siliciumeisen mit einem Sauerstoffgehalt von nicht mehr als 0,00^5 % auf. eine Temperatur von 1260°C (2j>00°F) und nicht mehr als 1316⁰G (2400°F) unmittelbar vor dem Heißwalzeh erhitzt wird.

   . Verfahren

   0 0 9 8 3 2 /0412

   BAD

   4.: Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumeisen eine anfängliche Zusammensetzung von ungefähr 0,015 bis ungefähr 0,035 $ Kohlenstoff ₃ ungefähr 0,03 bis ungefähr Ö,o8 Mangan,- ungefähr 0,015 bis ungefähr 0,030 fo Schwefel, einen maximalen Stickstoffgehalt VQn 0,007 % und einen maximalen Aluminiumgehalt von 0,008 fo besitzt, wobei der Rest im wesentlichen aus Eisen-besteht.

   5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumeisen-eine anfängliche. Zusammensetzung von ungefähr 0,020 bis ungefähr 0,030■ $ Kohlenstoff, ungefähr O,O45 bis ungefähr 0,0β5 fo Mangan, ungefähr 0,020 bis ungefähr 0,025 fo Schwefel, einen maximalen Stickstoffgehalt von 0,004 % und einen maximalen Gehalt an säurelöslichem Aluminium von 0,002 $ besitzt,, wobei der Rest im wesentlichen aus Eisen besteht.

   6. Verfahren nach- Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Siliciumeisen mit Schwefel aus einer äußeren Quelle nach dem Kalt-'walzen und vor der sekundären Rekristallisälon zur Irihibierung des primären Kornwachstums umgesetzt wird.

   7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Siliciumeisen mit einem Sauerstoffgehalt von nicht mehr als-0,0045 f° auf eine Temperatur von ll49°C (2100°F) und nicht mehr als 1316⁰C (2400°P) unmittelbar vor dem

   Heißwalzen

   009832/0412

   BAD ϋί

   Heißwalzen erhitzt wird und das Siliciumeisen mit Schwefel aus einer äußeren Quelle nach, dem Kaltwalzen und vor der sekundären Rekristallisation zur Inhibierung des primären Kornwachstums umgesetzt wird, - ■ "

   8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltwalzen in einer-einzigen Reduktionsstufe zur Erzielung der Endblechstarke durchgeführt wird.

   09 8 32/0412;