DE2024525B1 - Verfahren zur Herstellung von für eine Kaltbearbeitung ausreichend duktilen Zwischenprodukten aus Eisen-Silizium-Legierungen mit 4,5 bis 7,5 Gew.-% Silizium - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstel- Dabei können die wannverformten Vorprodukte lung von für eine Kaltbearbeitung ausreichend duk- unmittelbar nach der Warmformgebung weitervertilen Zwischenprodukten aus Eisen-Silizium-Legie- arbeitet werden, oder aber die warmverformten Vorrungen mit 4,5 bis 7,5 Gewichtsprozent Silizium, produkte werden nach einem Halten bei 65O⁰C Rest Eisen mit den, üblichen herstellungsbedingten 5 weiterverarbeitet.

Verunreinigungen, bei dem zuerst ein Gußblock Eine besondere Ausführungsform des Verfahrens oberhalb 650° C zu Vorprodukten warmverformt nach Anspruch 1 besteht darin, daß bei einer Abwird, kühlung der Vorprodukte unter 650° C bis Raum-

Die für die Elektroindustrie durch ihre magne- temperatur nach der Warmformgebung vor der Ver-

tischen Eigenschaften interessanten binären Eisen- io formung zu Zwischenprodukten eine Wiedererwär-

Silizium-Legierungen mit möglichst geringen Gehal- mung mit nachfolgender Glühung bei etwa 650° C

ten an Begleitelementen, im folgenden Si-Stähle ge- vorgenommen wird und die laufende Verformung zu

nannt, werden überwiegend in Form von dünnen Zwischenprodukten im Temperaturbereich von 650

Blechen für den Bau von elektrischen Maschinen bis 250° C erfolgt.

und Transformatoren verwendet. Diese dünnen 15 Dieses vorstehend geschilderte Verfahren kann Bleche werden durch die Entwicklung der Textur- auch in der Form durchgeführt werden, daß bei einer bleche in zunehmendem Maße auf modernen Band- Abkühlung der Vorprodukte unter 650° C bis Raumstraßen durch Kaltwalzen fertiggestellt. Da aber die temperatur nach der Warmformgebung vor der Ver-Si-Stähle mit zunehmendem Si-Gehalt bei Raumtem- formung zu Zwischenprodukten eine Wiedererwärperatur härter und spröder werden, beschränkt sich 20 mung mit nachfolgender Glühung von mindestens diese Fertigung hauptsächlich auf Si-Stähle mit bis zu einer Stunde bei 650° C vorgenommen wird und 3,6 Gewichtsprozent Si. die laufende Verformung zu Zwischenprodukten

Si-Stähle mit mehr als 3,6 Gewichtsprozent Si wer- im Temperaturbereich von 650 bis 250° C erden vornehmlich warm fertiggewalzt und als quasi- folgt.

isotrope Bleche beim Bau von Elektromaschinen 25 Besonders zweckmäßig ist, die Glühung über 3 bis

verwendet. Um Blechdicken von 0,35 bis 0,50 mm, 7 Stunden vorzunehmen.

die bei Wechselmagnetisierung mit Netzfrequenz op- Die laufende Verformung während der Abkühtimale Verlustwerte ergeben, beim Warmwalzen zu lung sollte bevorzugt mit einer hohen Verformungserreichen, ist eine besondere Technik des Tafelwal- geschwindigkeit und möglichst großen Querschnittszens (Tafeln werden gedoppelt bzw. gefaltet und im 30 abnahmen beim Einzelstich in fortlaufender Stich-Paket gewalzt) üblich. Dabei werden Ausbringen und folge, d. h. mit möglichst geringen Pausen zwischen Maßhaltigkeit mit weiter steigendem Si-Gehalt den Stichen, stattfinden, bis durch die Abkühlung vor schlechter; vor allem aber erschwert die erwähnte allem der kritische Temperaturbereich von etwa 500 zunehmende Kaltversprödung eine Weiterverarbei- bis 425° C durchlaufen ist. Dabei ist die Bemessung tung der warm gewalzten Feinbleche zu Formteilen, 35 der Einzelstichabnahmen so zu wählen, daß ein da sich beim Stanzen kaum noch grat- und rißfreie gleichmäßiger Werkstoffnuß gewährleistet ist, da Schnittkanten erzielen lassen. Ein Si-Gehalt von etwa sonst z. B. die jedem Feinblechwalzer vom Tafel-4,5 Gewichtsprozent gilt deshalb als obere Grenze walzen her bekannte Zipfel-oder Ohrenbildung auffür eine Verarbeitung von Si-Stählen. tritt, die zu Rissen führen kann. Im Hinblick darauf

Es ist bekannt, daß durch Si-Zusätze von mehr als 4° sind verstärkt ballig geschliffene Walzen und eine 4,5 Gewichtsprozent die magnetischen Eigenschaften Schmierung bei tieferen Temperaturen mit z. B. der Si-Stähle in bedeutendem Maße verbessert wer- Härte- oder Blankglühölen vorteilhaft. Nach einer den. Diese Stähle haben eine sehr niedrige Magneto- Gesamtabnahme von etwa 70 % ist eine bemerkensstriktion, vor allem aber verringern sich durch den werte Zunahme der Duktilität festzustellen,
zunehmenden elektrischen Widerstand und die ab- 45 Die so erfindungsgemäß hergestellten duktilen nehmende Anisotropie-Enorgie die Wirbelstrom- und Zwischenprodukte, z. B. Bleche mit Dicken Hysterese-Verluste. Die mechanischen Eigenschaften < 1,5 mm, lassen sich bei weiter bis auf Raumtemwerden aber durch die Si-Zusätze schlechter, vor peratur abnehmenden Temperaturen einwandfrei beallem ist die für die Verarbeitung wesentliche Duk- arbeiten. Je nach geforderter Endabmessung ist z. B. tilität, die durch die Biegezahlen von Fertigblechen 5° eine weitere Walzung möglich, wobei es einleuchtend nach DIN 46 400 oder durch die Querschnittsver- ist, daß mit abnehmender Enddicke nach Möglichminderung und Dehnung im Zerreißversuch oder keit auch eine Anpassung der Vor- und Zwischendurch die Schlagarbeit im Kerbschlagbiegeversuch abmessungen erfolgen soll bzw. nach der Zwischengekennzeichnet ist, bei diesen Si-Stählen nahezu walzung eine unmittelbare Weiterwalzung unter Aus-Null. 55 nutzung der noch erhöhten Temperaturen vorteilhaft

Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren, aus ist. Wesentlich für den späteren Verarbeiter ist aber

Eisen-Silizium-Legierungen mit mehr als 4,5 Ge- die Möglichkeit, die so hergestellten Erzeugnisse

wichtsprozent Silizium so duktile Zwischenprodukte einwandfrei bei Raumtemperatur schneiden sowie

herzustellen, daß die für den Gebrauch in elektri- riß- und gratfrei stanzen zu können. Da dieses Mate-

schen Aggregaten notwendige Verarbeitung zu Fer- ^6o rial zwar duktil, aber trotzdem härter als die üb-

tigteilen bei Raumtemperatur möglich ist. liehen Si-Stähle ist, sollten die Werkzeuge scharf-

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, bzw. öfter nachgeschliffen werden. Außerdem ist

daß die in bekannter Weise bei oberhalb 650° C nach Schilderung der Zusammenhänge wesentlich,

warmverformten Vorprodukte im. Temperaturbereich daß erst nach Beendigung jeglicher Kaltbearbeitung

von 650 bis 350° C während der Abkühlung laufend ⁶5 die im Hinblick auf die magnetischen Eigenschaften

verformt werden, und daß bei einer nachfolgenden erforderlichen Schlußglühungen an den gestanzten

Kaltbearbeitung der so erhaltenen Zwischenprodukte Fertigteilen und nicht schon am Blech vorgenommen

eine Wiedererwärmung über 350° C vermieden wird. werden. Die sich dann wieder einstellende Sprödig-

keit behindert aber nicht die Schichtung bzw. den Zusammenbau der Formteile.

Der besondere Nutzen der Erfindung ist aber nicht nur für den Verarbeiter, sondern vor allem auch für den Stahlhersteller durch die Möglichkeit einer wirtschaftlichen Fertigung in technischem Maße gegeben. Durch die für die betriebliche Anwendung nicht kritische Glühdauer und Verarbeitungsspanne ist nunmehr eine Bandfertigung unter Zug möglich, bei der höhere Querschnittsabnahmen und ebenere Bänder zu erzielen sind. Da der Formänderungswiderstand der Si-Stähle mit zunehmendem Si-Gehalt stark mit abnehmender Temperatur ansteigt — z. B. wächst der Formänderungswiderstand eines 6°/oigen Si-Stahls im Verhältnis zu seinem Wert bei 1100° C auf etwa den doppelten bei 1000° C, auf etwa den vierfachen bei 850° C und etwa den achtfachen Wert bei 700° C an (bei Temperaturen zwischen 550 und 250° C bleiben die Werte dagegen in etwa konstant), wobei im Verhältnis zu einem 3°/oigen Si-Stahl die Werte etwa doppelt so hoch liegen — müßten schon die Fertiggerüste der Warmbandstraße und ihre Haspelanlagen besonders kräftig ausgelegt werden. Die erfindungsgemäße Walzung zum Zwischenprodukt kann dann im Hinblick auf die großen Walzkräfte und hohen Verarbeitungstemperaturen auf einem Vielrollen-Sendzimir-Walzgerüst mit Voll-Hart-Metall-Arbeitswalzen und Wickelöfen nach Art eines Steckel-Warmwalzwerkes, die eine unter Umständen notwendige Nachwärmung der Warmbandbunde vor der Weiterverarbeitung ermöglichen, durchgeführt werden. Ein solches Reversiergerüst ist auch für die Fertigwalzung bis auf Enddicke eventuell mit Arbeitswalzen kleineren Durchmessers verwendbar.

Die Erfindung bezieht sich auf die normalerweise spröden Si-Stähle mit Si-Gehalten von 4,5 bis 7,5 Gewichtsprozent, wobei die obere Grenze des Si-Gehaltes und die restliche Zusammensetzung aus im wesentlichen Eisen mit möglichst geringen Gehalten an Begleitelementen nicht für das Verfahren gemäß der Erfindung, sondern lediglich im Hinblick auf die zur Zeit für die kommerzielle Nutzung wichtigen magnetischen Eigenschaften von Bedeutung sind. Für die erfindungsgemäße Verarbeitung ist eine Erschmelzung und der Abguß unter Vakuum bzw. Schutzgasatmosphäre im Hinblick auf die Erniedrigung der gasförmigen Verunreinigungen vorteilhaft, da diese Si-Stähle z. B. bei der Verarbeitung von Blechen eine Neigung zu blasigen Oberflächen zeigen. Der Stickstoffgehalt sollte deshalb < 0,004% sein.

Die Erfindung wird durch das nachstehende Beispiel veranschaulicht:

1-t-Brammen mit den Abmessungen von etwa 190X650X1100 mm aus einem 6%igen Si-Stahl wurden nach dem Abgießen noch warm ins Walzwerk transportiert, dort gestrippt, bei Blocktemperaturen von etwa 650 bis 700° C in einen Wärmeofen eingesetzt und anschließend mit dem Ofen aufgeheizt. Nach dem Ziehen bei 1100° C wurden die Brammen entzundert und auf einem Quarto-Grobblechwalzwerk zunächst zu Blechen mit bei diesem Walzwerk geringstmöglichen Blechdicken zwischen 5 und 8 mm bei Endwalztemperatur zwischen 750 und 650° C ausgewalzt. Im Hinblick auf die beschränkten Möglichkeiten einer Weiterwalzung wurden die Bleche bei diesen Dicken noch warm geteilt, auf Raumtemperatur abgekühlt und mechanisch entzundert.

Die auf Raumtemperatur abgekühlten 5-mm-Bleche wurden dann auf eine Temperatur von 650° C wiedererwärmt und 1 Stunde lang gehalten. Anschließend wurden sie auf einem Quarto-Kaltwalzgerüst mit fortlaufenden Stichen, ohne Zwischenerwärmung vielmehr unter Ausnutzung der Abkühlung, mit etwa 15 bis 20 Stichen auf Blechdicken unter 1,5 mm gewalzt.

Im Gegensatz dazu wurden die dickeren Bleche auf höhere Temperaturen zwischen 850 und 900° C wiedererwärmt und nochmals auf einem Duo-Warmwalzwerk, je nach Dicke mit mehreren Zwischenerwärmungen bei etwa 870° C bis auf eine Dicke zwischen 3,5 und 1,75 mm bei kontrollierter Endwalztemperatur warmgewalzt und dann sofort im Anschluß daran auf dem Quarto-Kaltwalzgerüst angestochen und in ähnlicher Weise wie oben auf Blechdicken unter 1 mm gewalzt.

Die ersten Stiche auf dem Kaltwalzwerk ließen sich bei Temperaturen zwischen 650 und 510° C mit Stichabnahmen von etwa 15 bis 20% einwandfrei durchführen. Die Stichabnahmen der nachfolgenden Stiche wurden so gewählt, daß die gesamte Zwischenwalzung mit einer gleichbleibenden Walzkraft pro Stich, die im vorliegenden Fall unter Berücksichtigung der starken Walzenbombierung bei etwa 850 kp/mm Walzgutbreite lag, durchgeführt wurde.

Die so hergestellten Zwischenprodukte ließen sich in bekannter Weise bei bis auf Raumtemperatur sinkenden Temperaturen bis auf eine Blechdicke von 0,5 bzw. 0,3 mm, für Versuchszwecke sogar bis 0,03 mm, weiterwalzen. Sogar Ausgangsbleche, deren Kanten gebrochen wurden, zeigten nach dieser Walzung keine Kantenrisse. Die Bleche ließen sich bei Raumtemperatur rißfrei schneiden, sowie riß- und gratfrei stanzen. Blechstreifen von 0,3 mm Dicke erreichten Biegezahlen bei Raumtemperatur in der Größenordnung von 10 Hin- und Herbiegungen. Der spezifische elektrische Widerstand betrug 80 Mikroohm-cm. Die Bleche waren quasi isotrop, bzw. der ähnlich wie bei warmgewalzten Blechen noch vorhandene geringfügige Unterschied zwischen Längsund Querverlustwerten läßt sich bei diesen Siliziumstählen durch Magnetfeldtemperung weitgehend aufheben. Die Ummagnetisierungsverluste erreichten je nach Glühbehandlungen V₁₀-Werte < 0,6 W/kg bei 0,5 mm Blechdicke.

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von für eine Kaltbearbeitung ausreichend duktilen Zwischenprodukten aus Eisen-Silizium-Legierungen mit 4,5 bis 7,5 Gewichtsprozent Silizium, Rest Eisen mit den üblichen herstellungsbedingten Verunreinigungen, bei dem zuerst ein Gußblock oberhalb 650⁰C zu Vorprodukten warmverformt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die warmverformten Vorprodukte im Temperaturbereich von 650 bis 350⁰C während der Abkühlung laufend verformt werden, und daß bei einer nachfolgenden Kaltbearbeitung der so erhaltenen Zwischenprodukte eine Wiedererwärmung über 350° C vermieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge-

kennzeichnet, daß die warmverformten Vorprodukte unmittelbar nach der Warmformgebung weiterverarbeitet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die warmverformten Vorprodukte nach einem Halten bei 65O⁰C weiterverarbeitet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Abkühlung der Vorprodukte unter 650° C bis Raumtemperatur nach der Warmformgebung vor der Verformung zu Zwischenprodukten eine Wiedererwärmung mit nachfolgender Glühung bei 650° C vorgenommen wird und die laufende Verformung zu Zwischenprodukten im Temperaturbereich von 650 bis 250⁰C erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die nachfolgende Glühung mindestens eine Stunde lang durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die "nachfolgende Glühung 3 bis 7 Stunden dauert.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorprodukte zu Zwischenprodukten im Temperaturbereich von 500 bis 425° C laufend verformt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gußblöcke zu Vorprodukten in Form von Blechen oder Bändern mit einer Dicke <5mm warmgewalzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorprodukte zu Blechen oder Bändern mit einer Dicke < 1,5 mm zwischengewalzt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verformung zu Zwischenprodukten durch eine Bandwalzung mit Hartmetallwalzen erfolgt.