DE1954006C

DE1954006C - Verfahren zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften von Blechen am xmberahigtem StaYn

Info

Publication number: DE1954006C
Application number: DE19691954006
Authority: DE
Inventors: Hideto Gifu Hiraoka (Japan)
Original assignee: Sanyo Electric Works Ltd
Current assignee: Lecip Corp
Priority date: 1968-12-17
Filing date: 1969-10-27
Publication date: 1973-08-02

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften von Blechen aus unberuhigtem Stahl mit jeweils weniger als 0,25°/,, C, 0,5% Si, 1,65^u/_u Mn, 0,')5°/₀ I», 0,05% S, 1)Λ% Cu und 0,1⁰Z₀ anderer Elemei te, bei dem das Blech dreistufig sclilußgeglüht wird, und die Verwendung der schlußgegliihten Bleche.

Bekanntlich müssen die magnetischen Materialien zur Verwendung in Transformatoren eine hochge-> ättigte magnetische Flußdichte, eine hohe Permeabilität, einen hohen elektrischen Willerstand und einen niedrigen Kernverlust besitzen.

Allgemein wurden nach dem Stand der Technik viele Typen \on Elektrostählen als magnetische Materialien verwendet, doch aus Wirtschafllichkeitsgriiiulen sind Kohlenstoffstahl allgemein billiger als E.leklrostähle und würden daher vor/ii'iehen sein, wenn die magnetischen Eigen .(.haften herkömmlichen kohlensloffarmen, unbcruhigteii Stahls nicht zu unerwünscht niedrig lügen.

Aus tier USA.-Patentschrifl 3(W8 776 ist ein Verfahren zur Verbesserung der magnetischen Eigenschäften von Blechen aus kohlenstoffarmen Stählen mit dreistuliger Schlußgliihung bekannt, wobei die Bleche in der ersten Stufe auf eine Temperatur zwischen 788 und 871 C erhitzt werden, um eine Eintkohlung herbeizuführen, von dort in der zweiten Stufe mit etwa 38 bis 120^JOh in den Bereich von •1X2 bis 676 C und anschüttend in der dritten Stufe mi! etwa 205 bis 315'C/h in den Bereich von 93³C oder darunter abgekühlt werden. Während die Bleche nach Erreichen der ersten Glühtemperatur einer Atmosphäre aus feuchtem I ormiergas, d. h. einer Mischung aus Wasserstoff, Stickstoff und Wasser, ausgesetzt werden, erfolgt ihre Aufheizung und Abkühlung in reduzierender, aus Wasserstoff und Stickstoff bestehender Atmosphäre.

Aus dem Buch -I errouuigneiism« von R. M. Bo ζ ort h, 1')5f), S (>2 und 63 ist es bekannt, aus technischem Eisen Verunreinigungen, insbesondere Kohlenstoff, durch iilühen bis zu 14K0 C in feucl.tem Wasserstoff a us/ tit reihen.

Aus »Stale, Januar I'"''. S. 6/ bis (V) ist eine Emkoh'ungsbehandhini: entweder bei 850 bzw. 800 C, d.h. unterhalb des λ ,1 imuandliinuspunkies, oder im Vakuum bei 1140 bis K)SO C bekannt, wobei sieh im zweiten Fall eine Abkühlung ab 6(M) C in einer CO - CO,- ]\₂ - N..-Atmosphäre anscUlielk.

Schließlich" sind aus der I ISA.-Patentschrift 3 451 6% Elektrobleche aus kohlenstolTaniien Stählen bekannt, die Korngrößen von unter 10 Teilchen pro mm² aufweisen. Zu ihrer Herstellung sind die Bleche auf etwas über Enddicke kalt/uw.d/en, anschließend einer zu einem bestimmten Koriigroßenbereieh führenden Entkohl·.ngshehandlung zu iin'erwerfen, mit besonders gcg.itteten Walzen auf Enddicke zu walzen und etwa 2 Stunden bei etwa 870 C schlußzuglüheii. Der hochstzulässige Kohlenstoff gehalt dieser Bleche ist jedoch nur 0,06"/,,, so daß eine relativ weitgehende Entkohlung erforderlich iit

Der Erlindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren so weilerzuentwickeln, daß sich d.·.' magnetischen Eigenschaften solcher Bleche in vorteilhaftem Ausmaß verbessern lassen, die zwar weniger als 0,25% Kohlenstoff enthalten, jedoch nicht eine /11 maximal O₁Oi)"/,, Kohlenstoff führende Entkohlungsbcli.iiii'hing .-fordern.

Diese Aufgabe wird eilindiingsgenüß dadurch gelöst, daß das Glühverfahren 111 der ersten Stufe bei Temperaturen über dem A,-Punkt in oxydierender Atmosphäre mit einem Iaupuiki zwischen 5 und 5li C durchgefühlt, danach d.is Blech so schnell wie möglich in den Temperaturbereich von 600 bis 723 C abgekühlt, doit in der /weilen Stufe \ bis IO Stunden lang unter einer Atnu^phäie, bestehend aus 2 bis 10 Volumprozent CO, 6 bis 12 Volumprozent COj₁ I bis 15 Volumprozent IL und liest N., geglüht und schließlich unter Beibehaltung dieser Atmosphäre in der dritten Stufe 1 bis 2 Sinn leii bei .H)O bis 4(M)¹C wärmebehandelt wird.

Eine solche dreistuliyi: Schlußi'liihung führt /u einem Blechgefüge mit einer I crrilinaliit einer Teilchengröße von weniger als 10 Teilchen je nmr und entsprechend vetbessciljii inaguUi >chcn Eigenschaften, die auch bei Kolilin .lull'i'.eiialieii über 0,06",,, gesichert sind, da der nicht in der 1 ei ril matrix aufgelöste Kohlenstoff al. Aninilil prnMisch nur an ilen Eerritkorngrenzen ausgeschieden vorliegt.

Die Atmosphäre in der ersten Cdühstufe besieht vorzugsweise aus bis zu IO Volumprozent CO, 6 bis 13 Volumprozent CO.,, bis zu 5 Volumprozent U, und Rest N₂.

Die ertindungsgeinäß schlußgcglühlcn Bleche, dienen vorteilhaft zur Herstellung von rransforinatorbauteilen oder anderen elektromagnetischen Übertragerund Steuereinrichtungen.

In der ersten Stufe der Schlußglühung wird der Wasserdampfdruck zweckmäßig zwischen 6,9 und

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92,5 Torr gehallen, so dall er hoch genug ist, um die Dekarburierung, die Desulfiirierung und die Dephosphorierung zu fördern, tier Taupunkt der Atmosphäre muli aus diesem Cirund /wischen 5 und 50⁰C gehalten werden. Dies ist so, da C, S und P nachteilig für die magnetischen Eigenschaften von Kohlenstoffstählen sind. Während dieses ersten Verfahrensschrittes werden die Kohlenstoffstahl gereinigt, und die ursprüngliche Walzstruktur svird zerstört, bis keine Kristallanisotropie übrigbleibt.

Durch das schnelle Absenken der Temperatur nach der ersten Glühstufe wird Spannungsenergie, die durch die Umwandlung eingeführt wird, in den Kohlenstoffstählen gespeichert, und diese Energie fördert das Wachstum von Ferritkörnern. Während dieser Verfahren.NSchritt abläuft, soll der Taupunkt der Atmosphäre niedriger als 5 'C sein. In der /weiten Stufe scheidet sich der Zementit in der Matrix längs Korngrenzen aus, die Korngröße wird grob, und die magnetischen Eigenschaften der KwhleiiMofTstähle werden verbessert.

Nach der zweiten Stufe wird die Temperatur der !!loche langsam gesenkt, um das Auftreten von Wärmespannung /.U vermeiden, und die dritte Wärmebehaiidlungsstufc angeschlossen, wonach die Bleche dem Ofen entnommen werden.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert, die eine graphische Darstellung des Vergleichs von erlindungsgemäll behandeltem Kohlenstoffstahl und herkömmlichem kohleustüffarmen, imberuhigten Stahl sowie Elektrostahl gibt.

Man erkennt die magnetischen Eigenschaften der Kohlenstoffstahlbleche, die nach dem vorstehend beschriebenen Verfahren behandelt wurden, sowie /um Vergleich solche von herkömmlichem kohlenstoffarmen, uiiheruhigten Stahl vor dem Anlassen und die eines herkömmlichen Elektrostahl.

Beispiel I

Ein kohlenstoffarmes, unberuhigtes Stahlblech mit der chemischen Zusammensetzung 0,08 Gewichtsprozent C, 0,28 Gewichtsprozent Mn, 0,015 Gewichtsprozent 1', 0,02 Gewichtsprozent S und 0,1 Gewichtsprozent anderen Elementen winde wie folgt wärmebehainlelt:

[)ie Temperatur des Materials wurde auf 920 C gesteigert und dort für I Stunde gehalten. Die Prozentbestandteile der gesteuerten Atmosphäre waren folgende:

13 Volumprozent CO., Rest N,; der Taupunkt war 25 C.

Nach rapidem Senken der Temperatur des Kohlenstoffstahl auf 710C wurde der Stahl bei dieser Temperatur 6 Stunden gehalten, um groüc I crrilkorngr zu erhalten. Während dieses zweiten Veifahrens-SLhrtlts waren die l'rozeiitanteile der gesteuerten Atmosphäre folgende:

8,7 Volun,prozent CO, 6,5 Volumprozent CO.., 9,5 Volumprozent H₂, Rest N₂; der Taupunkt war 4⁰C.

Nach dem zweiten Verfahrensschritt wurde die Temperatur des Kohlenstoffstahls auf 350 C g.^er.kl und dort für 1 Stunde gehalten. Die Prozentanteiie der gesteuerten Atmosphäre waren die gleichen wie die im zweiten Verfahrensschritt. Nach dieser Behandlung wurde der Kohlenstoffstahl dem Ofen entnommen, und der Kerinerlusi des so behandelten Stahls war 5,5 Watt/kg bei 14 k-GauB und 60 H/.

Beispiel 2

Ein kühlenstoffarmes, unberuiiigles Stahlblech mit der chemischen Zusammensetzung 0,15 Gewichtsprozent C, 0,4 Gewichtsprozent Mn, 0,017 Gewichtsprozent P, 0,03 Gewichtspiozent S und weniger als 0,01 Gewichtsprozent anderen Elementen wurJe folgendermaßen behandelt:

Die Temperatur des Materials wurd*: zunächst auf 910⁰C gebracht und dort für 1,5 Stunden gehallen. Die Prozentanteile der gesteuerten Atmosphäre waren folgende:

13 Volumprozent CO₂. Rest N₂; der Taupunkt war 35^J C.

Nach rapidem Absenken der Temperatur des Kohlenstoffstahl auf 700⁰C wurde der Stahl bei dieser Temperatur 7 Stunden gehalten, um so das Wachstum von Ferritkörnern zu fördern. Während dieses zweiten Verfahrensschrittes waren die Prozentanteile der gesteuerten Atmosphäre folgende:

8,0 Volumprozent CO, 7,0 Volumprozent CO₁, 8,0 Volumprozent ll„ Rest N,; der Taupunkt war 4,0^J C.

Nach Beenden des zweiten Verfahrensschrilts wurde die Temperatur des Kohlenstofftahls auf 350 C gesenkt und dort 1,5 Stunden gehalten. Die I'ro/entanteile der gesteuerten Atmosphäre waren die gleichen wie die im zweiten Verfahrensschritt. Die Temperatur des Stahls wurde dann in der Gasatmosphäre mit der gleichen Zusammensetzung wie vorher gleichmäßig auf 200 C gesenkt und dort für 1 Stunde gehalten. Nach dieser Behandlung wurde der Stahl dem Ofen ».MitnoüMuen.

Der Kcrnverlust des so erhaltenen Stahls war 5u 5,7 Watt/kg bei 14 k-Gault und 60 Hz.

Der kohlenstoffarme, iinberuhigte Stahl, der erlindungsgemäß hergestellt wird, hat übeilegciic magnetische Eigenschaften und eine Ferritmatrix in I orm \<<n ausreichend grollen Körnern, so daß weniger als Γ, 10 Teilchen je mir vorliegen. Diese Körner enthalten auch weniger als 0,01 Gewichtsprozent in der Ferritmalrix aufgelösten Kohlenstoff, während der restliche Kohlenstoff nicht in der Ferritmatm, sondern statt dessen an den Ferriikorngrenzen vorliegt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

'atentansprüche:

1. Verfahren /ur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften von Blechen aus unberuhigtem Stahl mit jeweils weniger als 0,25" „ C, 0,5% Si, 1,65".,, Mn, 0,05"',, P, 0,05" „ S. 0,5'V₀ Cu und 0,1 % anderer Elemente, hei dem das Blech dreistufig schlußgeglüht wird, d a d u r c h gekennz e i c h net, dal! das (ilühverfahren in der ersten Stufe bei Temperaturen über dem A_a-Punkl in oxydierender Atmosphäre mit einem Taupunkt /-wischen S und 50 C durchgeführt, danach das Blech so schnell wie möglich in den Temperaturbereich von (>00 bis 72.1 C abgekühlt, dort in der /weiten Stufe 3 bis K) Stunden lang unter einer Atmosphäre, bestehend ;ms 2 bis IO Volumprozent Ct), 6 bis !2 Volumprozent CO.,, 1 bis 15 Volumprozent H, und !lest N_ä, geglüht und schließlich unter Beibehaltung dieser Atmosphäre in der dritten Sture 1 bis !Stunden bei 300 bis 400⁰C wärmebehandelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dal! die Atmosphäre in der ersten (ilühsti'fe aus bis zu K) Volumprozent CO, 6 bis 13 Volumprozent CO.,, bis zu 5 Volumprozent H, und Rest N₂ besteht.

3. Verwendung von nach Anspruch 1 oder 2 schlußgeglühten 'Siechen zur Herstellung von Transformatorbauteilen oder anderen elektromagnetischen tlbei trager- und Steuereinrichtungen.