DE2006274A1

DE2006274A1 - Stahlblech für elektrische Zwecke mit einem Gehalt an nicht orientiertem Silicium sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE2006274A1
Application number: DE19702006274
Authority: DE
Inventors: Paik Woo Coopersburg; Mayer Edward H. Bethlehem; Pa. Shin (V.St.A.)
Original assignee: Bethlehem Steel Corp
Current assignee: Bethlehem Steel Corp
Priority date: 1969-02-13
Filing date: 1970-02-12
Publication date: 1970-08-20
Also published as: GB1297025A; US3634148A; FR2034757A1; BE745826A

Description

Paienfanwälie

Dr.-Ing. Wilhelm Reich
Dipl-Ing. W&ifccDgBoi

6 Franlduii a. M.
Paxksiraße 13

" ⁶¹87

BETHLEHEM SiEEEL CORPORATION, Bethlehem, Pennsylvania,- V,St.A.

Stahlblech für elektrische Zwecke mit*, einem Gehalt an nicht, orientiertem Silicium sowie-Verfahren zu seiner Herstellung

Die Erfindung betrifft ein Stahlblech für elektrische Zwecke mit einem Gehalt an nicht orientiertem Silicium sowie ein Verfahren.zu seiner Herstellung.

Bekanntlich führt der Zusatz von Silicium zu Eisen zu einer Abnahme des Kern- oder Eisenverlustes, der während der elektrischen Anregung des Eisens auftritt. Ein Großteil-des Blechs, das gegenwärtig für elektrische Zwecke, verwendet wird, besteht aus Eisen, das mit etwa O₅5 bis etwa 6,0 ⁰Jo Silicium legiert ist. Weiteijbekannt ist, daß die Kernverluste das Belchs durch interstitiel.le Elemente, Karbide, nitride, nicht metallische Einschlüsse, Korngrenzen sowie durch Beanspruchungen-ungünstig beeinflusst werden, die in dem Blech durch Kaltbearbeiten erzeugt werden. Die moderne Technologie zur Herstellung von Stahlblech für elektrische Anwendungszwecke zeichnet sich durch eine sorgfältige Auswahl von Rohmaterialien,-mit denen der Schmelzofen beschickt wird, sowie durch Schmelzen der Beochickung mit äußerster Sorgfalt aus, damit eine Schmelze hergestellt wird, die einen so niedrigen Gehalt an Kohlenstoff,

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— 2 —

Mangan, Phosphor, Schwefel und anderen Verunreinigungen, wie Sauerstoff und Stickstoff,aufweist, wie technisch und wirtschaftlich möglich ist, sowie dadurch, daß man der Schmelze äiliciumhaltige Legierungen zusetzt, um einen bestimmten gewünschten Endgehalt an Silicium zu erzielen. ' .

Stahlblech mit einem Siliciumgehalt von bis etwa 2,00 $ kann ohne· besondere Schwierigkeit bearbeitet werden, Stähle mit einem Siliciumgehalt von über 2,00 $ sind jedoch spröde und schwierig zu bearbeiten, erfordern eine Ausrüstung an schweren

. Bearbeitungsmaschinen, niedrige Ziehungsraten je Durchgang

" sowie zahlreiche Temperungsschritte.

Hauptziel der Erfindung ist ein Verfahren, bei dem der Siliciumgehalt von Stahlblech durch Hineindiffundieren von Silicium im festen Zustand unter Erzeugung eines Stahlblechs, das sich zur Anwendung in elektrischen Vorrichtungen eignet, erhöht werden kann.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein siliciumhaltiges Stahlblech für elektrische Zwecke, das nicht mehr als 0,03 ^cß> Kohlenstoff und etwa 0,5 bis etwa 4,5 $ Silicium enthält, zu dessen Herstellung der Einsatz schwerer Maschinen sowie die Anwendung I. komplizierter Walz- und Wärmebehandlungen, wie sie bisher erforderlich waren, entbehrlich wird.

Schließlich ist es ein Ziel der Erfindung, ein siliciumhaltiges Stahlblech für elektrische Zwecke mit einem Gehalt von nicht ^: mehr als 0,03 fi Kohlenstoff und etwa 0,5 bis etwa 4,5 %

Silicium herzustellen, bei dem die Kernverluste gleich oder besser sind als die bei auf herkömmlichem Wege geschmolzen S und vollständig bearbeiteten siliciumhaltigen Stahlblechen für ; elektrische Zwecke mit den gleichen Siliciumgehalt und der gleichen Stärke.

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ORIGINAL

■Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Stahlblech für elektrische Zwecke, das dadurch gekennzeichnet ist,daß man die Oberflächen eines Stahlbleches mit einem Gehalt von nicht über 0,10 $ Kohlenstoff und nicht über 1,00 $ Mangan, Rest-Eisen und zufällige Verunreinigungen, mit einem Pulver, das nicht weniger als 15 i° Silicium und nicht mehr als 0,.4Q ^c/o Kohlenstoff, Eest-Eisen, enthält, überzieht, das Pulver auf dem Stahlblech kompaktiert und das "Stahlblech, in einer Schutzatmosphäre so lange und so hoch erhitzt, daß eine Diffusion des Silicrums durch mindestens 50 $ der Blechdicke hindurch stattfindet und dadurch ein Stahlblech mit einem Gehalt von nicht über 0,03 ?<> Kohlenstoff und von etwa 0,5 bis etwa 4,5 f° Silicium erzeugt wird* ■

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Stahlblech für elektrische Zwecke, daß nach dem-genannten Verfahren hergestellt und dadurch gekennzeichnet ist, daß es nicht mehr als 0,05 f° Kohlenstoff, nicht mehr als 1,00 $ Mangan und 0,5 bis 4,5 $ Silicium enthält, wobei das Silicium durch das Blech über nicht -weniger als 50 f£ der Blechdioke hindurchd^ffundiert ist _ssowie dadm'oli*, daß es nach dem Diffundieren eine Korngröße an ferritisehem Korn (as diffused -ferritic grain size) von nich,t über 7,76 Körnern pro cm (50 grains/square ineh), beobachtet bei- 100-facher Vergrößerung, aufwoist, sowie durch Kernverluste die gleich oder besser sind als die von auf herkömmliche Weise vollständig bearbeitetem Blech mit dem gleichen Siliciumgehalt und der gleichen Stärke ist* das aus Stahl hergestellt ist, der in geschmolzenem Zustand mit Silicium versetzt wurde.

Mit dem.ßiliciumhaltigen Pulver kann ein auf herkömmliche Weise geschmolzenes und gewalztes Stahlblech .mit geringem Kohlenstoffgehalt beschichtet werden·

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Die Erfindung wird im folgenden anhand von Zeichnungen weiter erläutert, die Reproduktionen von mit 100-facher Vergrößerung hergestellten Mikrofotografien von Querschnitten des erfindungsgemäßen Stahlblechs darstellen.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Reproduktion einer Mikrofotografie eines Querschnittes eines Stahlbleches in diffundiertem Zustand (as diffused condition), das eine Siliciumi. diffusion durch 90 fo des Bleches aufweist;

Pig. 2 eine Reproduktion einer Mikrofotografie eines Querschnittes des Stahlbleches gemäß Pig. 1 nach erfolgtem Kaltauswalzen und Tempern;

Fig. 3 eine Reproduktion einer Mikrofotografie eines Querschnittes eines Stahlbleches im diffundierten Zustand, das eine gleichmäßige Siliciumdiffusion durch die · gesamte Blechdicke aufweist;

Pig. 4 eine Reproduktion einer mit Mikrofotografie eines

Querschnittes des Stahlblechs gemäß Pig. 3 nach erfolgtem Kaltauswalzen und Tempern;

Pig. 5 eine Reproduktion einer Mikrofotografie eines Querschnittes eines .Stahlbleches in diffundiertem Zustand, das eine gleichmäßige Siliciumdiffusion durch die gesamte Blechdicke aufweist, und

Fig. 6 eine Reproduktion einer Mikrofotografie eines Querschnittes des Stahlbleches gemäß Pig. 5 nach erfolgtem KaItauswalzen und Tempern.

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-5- . ■

Bei einer Durchfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt in herkömmlicher Weise, beispielsweise in einem elektrischen Ofen,einem basischen Frischofen (basic oxygen furnace) oder einem basischen .Siemens-jyiartin-Ofen, raffiniert und zu einer gewünschten Dicke ausgewalzt sowie gewünschtenfalls getempert. Der Stahl kann maximal . etwa 0,10 $ Kohlenstoff, etwa 1,00 $ Mangan und etwa 2,00 $ Silicium enthalten, wobei der Rest praktisch aus Eisen und zufälligen Verunreinigungen, wie beispielsweise Phosphor, Schwefel, Aluminium und gelösten Gasen, beispielsweise Stickstoff und Sauerstoff, besteht. Vorzugsweise wird ein Stahl· verwendet, ' der folgende Nicht eisenbestandte.ile in folgenden Mengen enthält: ; ; . ' "■ . ■ · . ■ ·

Kohlenstoff ' nicht.'über'. 0,05 f°

Mangan ' . nicht über 0,40 fo

Phosphor . .nicht über 0,015 ^

Schwefel nicht über 0,03 %

Silicium · nicht üb'er 0,01 %

Aluminium nicht über 0,010f

Stickstoff . ". nicht über 0,005 °/°

Sauerstoff nicht über'.0,03 %

Beide ilächeu des.Bleches werden nach der Raffination mit einer Schicht aus siliciumhaltigem Pulver bedeckt. Zweckmäßigerweise werden zu diesem Zweck zunächst beide Seiten des Bleches mit einem dünnen PiIm einer Flüssigkeit, wie Tridecy!alkohol, beschichtet, Die Flüssigkeit muß eine derartige Viskosität, Flüchtigkeit und Klebrigkeit besitzen, daß sie sich als zeitweiliges Bindemittel für das anschließend aufgebrachte Pulver eignet. Anschließend wird ein siliciumhaltiges Pulver, wie beispielsweise reines-Siliciumpulver, ein Gemisch aus praktisch

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ORIGINAL INSPECTED

reinem Eisen- und Siliciumpulver oder Ferrosiliciumpulver, auf das Blech aufgebracht. Das Silicium in dem .Pulver muß in einer Form vorliegen, die es erlauBt, daß das Silicium in das Stahlblech hineindiffundiert. Das Pulver wirä kompaktiert, in dem man es auf das Blech aufwalzt. Ein ausreichendes Kompaktieren wird mit einem Walzendruck erzielt, der ausreicht, um eine Ausdehnung des Bleches um etwa 1. Ms etwa 5 fo hervorzurufen. Das Pulver kann einen Siliciumgehalt Ton etwa 15 bis etwa 100 $, sowie einen Kohlenstoffgehalt von nicht über 0,40 $, Rest Eisen, besitzen. Bei der weiter unten beschriebenen Diffusionsbehandlung erfolgt eine doppelte Diffusion im festen Zustand. Das Silicium in dem Pulver diffundiert in das Stahlblech, und das Eisen diffundiert aus dem Stahlblech in das Pulver. Kohlenstoff kann je nach dem ; Kohlenstoffgehalt in den Bestandteilen der Verbundeinheit in die eine oder andere der beiden Richtungen diffundieren. Da das Endprodukt einen Kohlenstoffgehalt von nicht über 0,03 fo haben darf, muß der Kohlenstoffgehalt des Pulver derart sein, daß entweder Kohlenstoff aus dem Blech in das Pulver diffundiert oder die Diffusion von Kohlenstoff in das Blech ein Minimum ist. Es wurde gefunden, daß bei einem Kohlenstoffgehalt des Bleches von etwa 0,04 bis 0,10 $ das Pulver nicht mehr als 0,20 $ Kohlenstoff enthalten darf. Auf der anderen Seite kann Blech mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,04 io mit einem Pulver überzogen werden, das nicht mehr als 0,40 i° Kohlenstoff enthält. Auf jeden Fall wird ein Pulver aus einer Ferrolegierung bevorzugt, daß nicht mehr als 0,20-$' Kohlenstoff und etwa 70 bis etwa 90 # Silicium, Rest Eisen, enthält. Obgleich die Teilchengröße des Pulvers nicht von Ausschlaggebender Bedeutung ist, sollte das Pulver eine solche Korngröße haben, die es erlautft, eine solche Menge auf das Stahlblech aufzubringen, daß ein hinreichendea Flächengewioht und damit das gewünschte Ausmaß an Siliciumdiffusion erzielt werden. Es wurde gefunden, daß das Pulver eine Teilchengröße von 0,246 bis 0,04 mm (-60, +325 mean des Teilersiebee) haben kann, damit eine wirksame Diffusion von Silioium in das

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ORIGINAL INSPECTED

_ 7 —

Stahlblech erzielt wird. ■-·■'-.

Der auf die genannte Art erzeugte Verbundkörper wird in. einer Schutzatmosphäre einer Diffusionsbehandlung "bei einer solchen Temperatur und so lange unterzogen, daß eine Diffusion von. Silicium aus dem Pulver im festen Zustand in das Blech durch mindestens 50 i° der*Bleehdicke hindurch und eine Kohlenstoff-.dif fusion aus dem Blech in das Pulver erfolgt, falls das Blech mehr als 0,03 $ Kohlenstoff enthält, und die Kohlenstoff dif fusion in das Blech auf einem Minimum gehalten wird, falls der Kohlenstoffgehalt nahe oder genau an dem gewünschten Wert von 0,03 i° liegt. Das Verbund stück kann in Porm eines flachen Bleches oder in Spiralenform getempert ,werden. Palis es in Spiralenform getempert wird, kann entweder eine feste-Spirale oder eine offene Spirale verwendet werden. Eine nichtoxidierende^reduzierende oder neutrale Atmosphäre kann im Ofen verwendet yrerden. Als Ofenatmosphäre sind trockener "Wasserstoff und HH-G-as für das Tempern einer offenen, Spirale ausreichend. Pur das Tempern einer geschlossenen Spirale wird NH-Gas bevorzugt, weil es das Aneinander backen verhindert, das bei Verwendung von Wasserstoff auftreten kann. IH-G-as kann als ein Gemisch aus gasförmigem Stickstoff und Wasserstoff, beispielsweise aus 96 % Stickstoff und 4 ^a/° Wasserstoff oder 62 $> Stickstoff und 18 fo Wasserstoff definiert werden. Eine BiSfusionstemperatur von mindestens 871° ist erforderlieh.j bevorzugt wird jedoch ein Bereich von 927 bis 1038°. Es gibt keine Obergrenze für die Dif'fusionstemperatur, ausgenommen die, die sich durch praktische Erwägungen ergeb;en. Als Diffusionszeit reichen 120 Stunden bei 871° aus, wobei bei höheren !Temperaturen die erforderlichen Zeiten entsprechend geringer sind. Abweichungen in..der Zusammensetzung und der Menge des Pulvers, der Diffusionstemperatur und der Diffusionszeit haben Abweichungen im Siliciumgehalt des Bleches und in dem Ausmaß zur Polge, in dem das Silicium durch die Blechdicke hindurehdiifundiert ist. ■

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Während der Diffusionsbehandlung kann sich eine spröde Außenschicht aus intermetallischen Verbindungen aus Eisen und Silicium an der Oberfläche des Bleches bilden. Diese spröde Aussenschicht kann mittels einer Drahtbürste und bzw. oder durch Biegen des Bleches leicht entfernt werden.

Das beschriebene Diffusionsverfahren im festen Zustand" führt zur Bildung von groben ferritischen säulenförmigen Körnern in dem Stahlblech. Es können Körner gebildet werden, deren Größe

in dem Bereich von 4,65 bis 1,55 Körnern je cm , betrachtet bei 100-facher Vergrößerung gemäß ASTM-Test E-112, liegen, Wie bereits oben erwähnt, kann das Stahlblech gemäß der Erfindung im diffundierten Zustand auf jede gewünschte Dicke kaltgewalzt und getempert werden, um verbesserte Kernverlusteigenschaften und Permeabilität zu erzielen. Stahl-

^v . bleche gemäß der Erfindung haben- in ihrem d-if fundiert en Zustand Kernverluste (in Watt je kg, bei 60 Hz), die gleich denen oder besser als die von auf herkömmliche Weise vollständig bearbeitetem Stahlblech mit dem gleichen Siliciumgehalt und der gleichen Dicke sind. Jedoch ist die Permeabilität der Stahlbleche gemäß der Erfindung nicht immer genau so gut wie die der aus herkömmliche Weise voll bearbeiteten Stahlbleche.Iiach dem Kaltwalzen und Tempern sind

f die Kernverluste und die Permeabilität des Stahlblechs gemäß der Erfindung gleich denen oder besser als die von herkömmlichen, halbOsearbeiteten Stahlblechen des gleichen Siliciumgehaltes und der gleichen Dicke. Die Kernverluste und die Permeabilität von zwei Versuchsposten von siliciumhaltigen Stahlblechen für elektrische Zwecke gemäß der Erfindung sind in der folgenden Tabelle 1 mit herkömmlichem siliciumhaltigen Stahlblech für elektrische Zwecke von gleichem Siliciumgehalt und gleicher Dicke verglichen.

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ORIGINAL INSPECTED

Probe

- 9 -' TABELLE__r

Kernverluste ' (Watt/kg bei 6Q-Hz)

Test-Posten 1 - 2,84 Io Si diffundiert, Dicke 0,608 ram

M-27 Grade 2,80 "A Si typ.vollst, bearbeitet, 0,608 mm dick

Test-Posten

1 -2,84-7° Si kaltgewalzt u. getempert, 0,355 mm Dicke

M-27 Grade 2,80 Io Si typisches halbbearbeitetes Blech., von 0,608 mm'Dicke

Test-Posten

2 - 3,20 io Si diffundiert, . 0,608 mm Dicke

M-19 Grade 3,25 Io Si ; typ. vollst, bearbeitetes Blech von 0,608 mm Dicke

Testr-Posten-2 - 3,20 $> Si ■ kaltgewalzt u. getempert 0,355 mm Dicke

M-19 Grade 3,25.$ Si typisches halbbearbeitetes Blech von 0,355 mm · Dicke

1Ό kGauß- 1.5 kGauß

2,20

0,84

1,79

1,85

1,94

1,30

1,46

5,-18

2,01

4,19

3,97

"4,41

3,53

Permeabilität (yu) ·

kGauß 15 kGauß

1,400

430

600

17,000

4,500

7,200 .

7,060

800

1,920

4,500

700

9,000

3,720

9,000

600

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- ίο -

Ein herkömmliches Stahlblech für elektrische Zwecke mit einem Gehalt an nicht orientiertem Silicium ist ein Stahl, bei dem der Siliciumgehalt durch Zusätze zu der Schmelze erzielt wird, und der aus der Barrenform heraus auf eine mittlere Dicke heißgewaltztund anschließend herkömmlichen Bearbeitungsstufen unterworfen ist. Ein herkömmliches, vollständig bearbeitetes/siliciumhaltiges Stahlblech für elektrische Zwecke ist ein Stahlblech bei dem die gewünschte Stärke und die bestimmten Kernverluste vom Hersteller in einer verwickelten Erisch-Kaltwalz-Temperungs-Folge erzielt werden, wobei mehr als eine Kaltwalz- und Temperungs-Stufe erforderlich sein können. Das Stahlblech wird vor dem Versand an den Verbraucher dressiert (skin-passed). Die gewünschten Teile werden aus dem Blech herausgestanzt und, wie sie sind, von dem Verbraucher verwendet. Ein herkömmliches halbbearbeitetes, siliciumhaltiges Stahlblech für elektrische Zwecke ist ein Stahlblech, bei dem die gewünschte Stärke vom Erzeuger in einer verwickelten Frisch- Kaltwalz- und Temperungs· PoIge hergestellt wird, bei der normalerweise mehrere Temperungen während des Kaltwalzens erforderlich sind. Die bestimmten Kernverluste werden vom Verbraucher durch ein Tempern auf hohe Temperatur entwickelt, nachdem er die gewünschten Teile aus dem Blech herausgestanzt hat.

Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann auf mehrere Weisen abgeändert werden. Das Stahlblech kann der Diffusionsbehandlung in Form einer geschlossenen oder offenen Spirale unterworfen werden. Das Stahlblech kann vor oder während der Diffusionsbehandlung gefrischt, d.h. von Kohlen-r stoff befreit werden.

Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. Prozentangaben beziehen sich auf das Gewicht.

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• - 11 -

Beispiel 1

Ein Stahl-mit niedrigem Kohlenstoffgehalt wurde in einem basischen Sauerstoffofen raffiniert, "bis er die folgenden Gehalte an Mchteisenbestandteiren aufwies: '

Kohlenstoff 0,041 $ ■

Mangan 0,35= -$

Phosphor 0,005 $

Schwefel " 0,012$

Silicium 0,01 fo

Aluminium 0,00.5 ^c/₀

Stickstoff ' 0,0019/0

Sauerstoff " 0,01? $ "

Der Stahl wurde auf mittlere Stärke heißgewalzt, danach auf eine Dicke von 0,608 mm kaltgewalzt und getempert. Es wurden mehrere flache Bleche gemäß der Erfindung "behandelt. Hierzu wurde eine dünne Schicht Trideevlslkohol auf beide Oberflächen jedes Bleches aufgebracht. Danach wurden beide Seiten der Bleche mit einem Perrosiliciumpulver der folgenden Zusammensetzung beschichtet:

Silicium 85,0 °/o

Kohlenstoff · 0,16% Eisen Rest

Das Pulver besaß zu 94 1° eine Teilchengröße von zwischen 0,246 mm und 0,04 mm (-60, +325 tyler mesh) und zu 6 $> eine Teilchengröße von weniger als 0,04 mm ( -325 Tyler mesh).

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BAD ORIGINAL

Die Menge an Pulverüberzug betrug 2,58 g/dm Blechoberfläche. Das Pulver wurde auf die Oberfläche des Bleches durch Aufwalzen in kompakter Form aufgebracht.. Die Bleche wurden zu einem festen Bündel verklammert und in einer Atmosphäre von trockenem Wasserstoff 60 Stunden bei 1010° der Diffusionsbehandlung unterworfen. Die spröde Oberflächenschicht von intermetallischen Verbindungen aus Eisen und Silicium, die sich bei der Diffusionsbehandlung gebildet hatte,wurde durch Abbürsten entfernt. Pig. 1 stellt eine Reproduktion einer Mikrofotografie dar, die den Querschnitt des erhaltenen Produktes in seinem diffundierten Zustand zeigt. Die Bleche · besaßen einen Kohlenstoffgehalt von 0,004 °/° und einen Raungehalt an Silicium ( bulk silicon content) von 0,79 °ß>. Die Siliciumdiffusion war in das gesamte Blech mit Ausnahme der gentralen 10 °/> der ursprünglichen Dicke von 0,608 mm erfolgt.

In dem Stahlblech wurde eine ferritische Korngröße von 3,88

Körnern pro cm , beobachtet bei 100-facher Vergrößerung gemäß ASTM 15-112, entwickelt. Die Kernverluste der Bleche gemaß der vorliegenden Erfindung sind in der folgenden Tabelle 2 den typischen und maximalen Kernverlusten von vollständig bearbeitetem Stahlblech für elektrische Zwecke mit der Typen-•bezeichnung M-45 Grade in der gleichen Stärke und einem typischen . Siliciumgehalt von 1,05 $ gegenübergestellt.

TABELLE 2

Kernverluste (Watt/kg bei 60 Hz)

10 kGauß 15 kGaufS Diffundiert 2,ü6 5,62

M«45 (vollatändig

b©arbeitot,typiach) 3,75 7,95

"_M ._ , __ ₊ ■ 009834/1301

M-45 (vollst, bearbeitet ,maximal) 5, «f 4· 8,82

Nach dem Diffundieren wurden die Bleche bis auf eine Dicke von 0,355 mm (29 gage) kaltgewalzt. Mehrere Bleche wurden bei-788° 4,1/2 Stunden lang in einer Atmosphäre von trockenem Wasserstoff- getempert. Fig. 2 stellt eine Reproduktion einer Mikrofotografie dar, die eine Ansicht des Querschnittes des Produktes zeigt. Die Korngröße wurde zu 1,24 Körnern pro cm (8 grains/square inch),,beobachtet bei 100-fächer Vergrößerung gemäß ASTM E-112, ermittelt. Die Kernverluste der Bleche sind in der folgenden Tabelle 3 den maximalen Kernverlusten von halbbearbeitetem Stahlblech für elektrische Zwecke der Type M-45 Grade mit' üer gleichen Stärke gegenübergestellt.

TABELLE . 3 ■

Kernverluste (Watt/kg bei 60 Hz)

10 kGauß 15 k&auß kaltgewalzt u. getempert 1,70 3,38

M-45 (halbbearbeitet, . '

maximal) 2,82- 6,39

Beispiel..· 2

Eine 2721,6 kg schwere Stahlblechspirale mit einer Blechdicke von 0,608 mm (24 gage) wurde der erfindungsgemäßen Behandlung unterzogen. Der Stahl hatte folgenden Gehalt:

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-H-

Kohlenstoff 0,002?$

Mangan 0,30 ^cß>

Phosphor 0,007^

Schwefel 0,022$

Silicium 0,04 ^

Aluminium 0,004?o

Stickstoff 0,003$

Das Blech wurde auf beiden Oberflächen mit 2,16 g/dm einer Schicht aus einem Ferrosiliciumpulver mit einem Gehalt von 90 ^σ/<> Silicium, 0,16 $ Kohlenstoff, Rest Eisen und einer Teilchengröße von zu 98,5 1° 0,147 mm bis 0,04mm (-100, +325 Tyler mech) und zu 1,5 $ unter 0,04 mm (-325 Tyler mech) überzogen. Nach dem Kontaktieren des Pulvers auf dem Blech wurde die Spirale in geschlossenem Zustand in einen Ofen verbracht und Stunden in einer trockenen Wasserstoffatmosphäre bei 954° der Diffusionsbehandlung unterzogen. Die spröde Oberflächenschicht aus intermetallischen Verbindungen von Eisen und Silicium wurde durch Bürsten entfernt. Pig. 3 zeigt eine Reproduktion einer Mikrofotografie des Querschnittes des Produktes. Die Bleche besaßen einen Kohlenstoffgehalt von 0,03 °/o und einen Silidumgehalt von 3,20 $, wobei das Silicium durch die gesamte Blechdicke hindurchdiffundiert

ρ war, sowie eine Korngröße von 1,40 bis 1,55 Körnern je cm

(9./Ίθ grains je Zoll²)bei 100-facher Vergrößerung. Die Kernverluste der erfindungsgemäßen Bleche sind in der folgenden Tabelle 4 den typischen und maximalen Kernverlusten von vollständig bearbeiteten Stahlblechen der Type M-22 Grade für elektrische Zwecke mit der gleichen Stärke und dem typischen Siliciumgehalt von 3,20 % gegenübergestellt.

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ORIGINAL INSPECTED

■■'·. ■ - 15 - Λ

TABELLE 4 Kernverluste (Wat-t/kg bei 60 Hz)

10 kGauß . 15 kGauß Diffundiert 1,85 3,97

M-22 (vollständig

bearbeitet, typisch) ■ '2,10 4,85

M-22 (vollständig ·

bearbeitet, maximal) 2,16 . 4,92

Mehrere Bleche -wurden nach dem Diffundieren auf eine Dicke von 0,381 mm (29 gage) kaltgewalzt und anschließend·4 Stunden in einer trockenen Wasserstoffatmosphäre bei 788° ,getempert. Pig« 4 stellt eine Reproduktion einer Mikrofotografie dar, die den - Querschnitt des Produktes zeigt. Die Korngröße er-

2
gab sich zu 3,88 Körnern pro cm, beobachtet bei 100-facher ■ Vergrößerung. Die Kernverliste der Bleche gemäß der Erfindung sind in der folgenden Tabelle 5 den typischen und maximalen Kernverlusten von Stahlblech des Typs M-22 Grade für elektrische Zwecke mit der gleichen Stärke (29 gage) und dem typischen Siliciumgehalt von 3,20 $ gegenübergestellt.

TABELLE___5 '

Kernverluste (Watt/kg bei 60 Hz)

kaltgewalzt u. getempert

.M-22 (halbbearbeitet, typisch)

M-22 (halbbearbeitet,maximal)

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10 kGauß	15	kGauß
1,30	3	,53
1,54	3	,75
1 ,68	4	,01

Beispiel 3

Stahlblech mit der folgenden Zusammensetzung:

Kohlenstoff 0,037$

Mangan 0,30 $

Phosphor 0,005$

Schwefel 0,04 $

Silicium 0,01 $

Aluminium 0,003$

Stickstoff 0,002$

wurde bis auf eine Dicke von 0,608 mm.kaltgewalzt und zur

Reduzierung des Kohlenstoffgehaltes auf 0,002 $ in einer Atmosphäre von 18 $ V/asserstoff und 82 $ Stickstoff mit einem Taupunkt von 26,7° gefrischt. Flache Bleche des Materials wurden mit einem Pulver aus Perrosilicium mit einem Gehalt von 90 $ Silicium, ο,16 $ Kohlenstoff, Rest im wesentlichen Eisen, und einer Teilchengröße von zu 100 $ zwischen 0,147 und 0,074 mm (-100, +200 Tyler mesh) beschichtet. Das Gewicht des Überzuges betrug 2,58 g/dm Blechoberfläche. Nach dem Kontaktieren des Überzuges auf die Bleche durch Aufwalzen wurden die Bleche mit Abstandshaltern zwischen sich in einem Ofen eingebracht. Die Bleche wurden in einer trockenen Wasserstoffe tmosphäre 72 Stunden bei 982° einer Diffusionsbehandlung unterzogen. Die spröde Oberflächenschicht aus intermetallischen Verbindungen von Eisen und Silicium, die sich bei der Diffusionsbehandlung gebildet hatte, wurde durch Bürsten entfernt.Pig. stellt eine Reproduktion einer Mikrofotografie dar, die den Querschnitt des Produktes zeigt. Nach der Diffusion enthielten die Bleche 0,005 $ Kohlenstoff und 1,7 $ Silicium, das durch file gesamte Blechdicke hindurchdiffundiert war. Die Bleche vrieien sine Korngröße von 1,55 bis 2,33 Körnern pro cm bei 100-fecher Vergrößerung auf. Die Kernverluste der der Diffusions·

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behandlung'unterzogenen Bleche'gemäß der "Erfindung sind in. der. folgenden Tabelle 6 den typischen und maximalen Kernverlusten von Stahlblech für elektrische Zwecke des Typs M-43 der gleichen Dicke (24 gage) und dem typischen Siliciumgehalt von 1 ,5 i° gegenübergestellt.

Tabelle 6 · ·

Kernverluste (Watt/kg bei 60 Hz)

10 k'Gauß .15 kGauß Diffundiert 1,66 3,28

M-43 (vollständig .

bearbeitet, typisch) 2,98 6,62 .

M-43■(vollständig :

bearbeitet, maximal) 3,20 7,39

Die der Diffusionsbehandlung unterzogenen Bleche wurden auf eine Dicke von 0,355 ^mm (²9 gage) kaltgewalzt und 24 Stunden in trockenem Wasserstoff bei 1093° getempert.

. 6 stellt eine Reproduktion einer Mikrofotografie eines

Querschnittes des kaltgewalzten und getemperten Produktes

2 dar. Die Formgröße betrug 2,33 Körner je cm , beobachtet bei 100-facher Vergrößerung. Die Kernverluste der Bleche gemäß der Erfindung sind in der folgenden Tabelle 7 den typischen und maximalen Kernverlusten von Stahlblech für elektrische Zwecke vom Typ M-43 Grade, das die gleiche Dicke besaß (29 gage) gegenübergestellt.

. TABELEE 7

Ke rnv erIu a t e (V/a 11/kg b e i 60 Hz)

kaltgewalzt u. getempert M-43 (halbbearbeitet,typisch) M-43 (halbbearbeitet,maximal)

10	kGauß	- 15	2	kGauß
.1	,19	5	,56
CVl	,25	. 5	,07
2	,45.	»55

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Die Kernverlustwerte und Permeabilitäten der Stahlbleche gemäß der Erfindung wurden mit dem von der Industrie .für verschiedene Grade von siliciumhaItigem Stahlblech für elektrische Zwecke anerkannten Vierten, wie sie in der Veröffentlichung der US Steel Corporation "Non-orientes Silicon Electrical Sheet Steel"'aufgeführt sind, verglichen.

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Claims

Pa t ent ansprüche

)Verfahren zur Herstellung von Stahlblech für elektrische Zwecke* dadurch gekennzeichnet, daß man die Oberflächen eines Stahlbleches mit einem Gehalt von nicht über' 0,10 fo Kohlenstoff und nicht über 1,00 ^c/o Mangan, Rest Eisen und zufällige Verunreinigungen, mit einem Pulver, das-nicht weniger als 15 ^aß> Silicium und nicht mehr als 0,40 fo Kohlenstoff, Rest-Eisen,enthält, überzieht, das Pulver auf dem Stahlblech kompaktiert und das Stahlblech in einer Schutzatmosphäre so lange und so hoch erhitzt , daß eine Diffusion -des Siliciums durch mindestens 50 $ der Blechdicke hindurch stattfindet und dadurch ein Stahlblech mit einem Gehalt von nicht über 0,03 ?° Kohlenstoff und von etwa 0,5 bis etwa 4»5 i° Silicium erzeugt wird.
2. Terfahren gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß man ein Stahlblech, das nicht mehr als 0,01.$ Kohlenstoff enthält, beschichtet.
3» Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η ζ e i c h net, daß man zum Beschichten ein Pulver mit einem Siliciumgehalt von 50 bis 100 ψ verwendet. ' .·.■'"
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η.-,η' ζ e i c h η et, daß man als Pulver zum'Beschichten eine Eerroslliciumlegierung mit 50 bis 100 fo Siliciumgehalt verwendet.
5» Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t , daß man die Mffusionsbehandlung so lange und bei einer derartigen Temperatur durchführt, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Diffusions von Silicium durch die gesamte Blech-

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ORIGINAL INSPECTtO

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dicke hindurch erfolgt. ■ ■
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, daß man das der Diffusionsbehandlung unterworfene Produkt kaltwalzt und das kaltgewalzte Produkt anschließend tempert. ·
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man die Diffusionsbehandlung bei einer Temperatur von mindestens 871° so lange durchführt, bis das gewünschte Ausmaß an Siliciumdiffusions erzielt ist.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man als Schutzatmosphäre eine'Atmosphäre aus trockenem Wasserstoff verwendet.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß man als Schutzatmosphäre ein Gasgemisch aus Stickstoff und V/a ss er st off verwendet.
10. Stahlblech für elektrische Zwecke, das nach dem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt ist, dadurch gekennzeichnet, daß es nicht mehr als 0,05 $> Kohlenstoff, nicht mehr als 1,00$ Mangan und 0,5 bis 4,5 1° Silicium enthält, wobei das Silicium durch das Blech über nicht weniger als 50 ^C,O der Blechdicke hindurchdiffundiert ist, sowie dadurch, daß es .nach dem Diffundieren eine Korngröße an ferritischem Korn (as diffused ferritic grain size) von nicht über 7,76 Körnern pro cm² (50 grains/ square inch), beobachtet bei 100-facher Vergrößerung, aufweist, sowie durcn Kernverluste die gleich oder besser sind als die •von auf herkömmliche Weise vollständig bearbeitetem Blech

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mit dem gleichen Siliciumgehalt und der gleichen- Stärke ist, das aus. Stahl hergestellt ist, der in geschmolzenem Zustand mit Silicium versetzt wurde. . . .■.-'/'
11. Stahlblech für elektrische Zwecke, hergestellt nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9> '

dadurch gekennzeichnet, daß es nicht mehr als 0,-03-$ Kohlenstoff und-zwischen 0,5 und 4,5 fo Silicium enthält und durch Diffundierenlassen von Silicium in ein .Stahlblech von niedrigem Kohlenstoffgehalt und anschließendes Kaltwalzen zu seiner Enddicke und Tempern hergestellt ist und sich durch niedrigere Kern- bzw. Eisenverluste und höhere Permeabilität auszeichnet, als sie auf herkömmlichem Wege halbbearbeitetes Blech mit dem gleichen Siliciumgehalt und der gleichen Dicke, das aus Stahl hergestellt-;-wurde,-der im geschmolzenem\:Zustand mit dem Silicium versetzt wurde, .aufweist.

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