DE2219059A1

DE2219059A1 - Verfahren zur Erzeugung von Stahlblech für magnetische Anwendungen

Info

Publication number: DE2219059A1
Application number: DE19722219059
Authority: DE
Inventors: Lester Joseph Jeanette Pa. Regitz (V.StA.)
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc., Pittsburgh, Pa. (V.StA.)
Priority date: 1971-04-23
Filing date: 1972-04-19
Publication date: 1972-11-02
Also published as: RO56972A; CS197209B2; NL7205206A; IT954752B; JPS558567B1; US3923560A; BR7202339D0; FR2133742A1; PL71048B1; FR2133742B1; SU623527A3; CA954020A; GB1393175A; BE782069A

Description

DIPL.-ING. A. GRÜNECKER

DR.-ING. H. KINKELDEY

DR.-ING. W. STOCKMAIR, Ae. E. ccauf.inst.oftechn.)

F^JATENTANWÄLTE

BOOO MDNCHEN 22 Maximilianstraße 43 Telefon 2971 00/296744 , Telegramme Monopat München Telex 05-2B380

p 4701

19. April 197

USS Engineers and Consultants Inc.

600 Grant Street

Pittsburgh (Pennsylvania)USA

Verfahren zur Erzeugung von Stahlblech für magnetische Anwendungen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung von Stahlblech niedrigen Kohlenstoffgehalts für magnetische Anwendungen, wobei der Stahl bis auf eine Blechstärke von etwa 1,29 mm bis 2,54- mm warmgewalzt wird, so daß seine Temperatur bei einer Dicke von etwa 2,54- cm etwa zwischen 1038 und 1109 ⁰G, bei Beendigung des Wermwalζvorganges etwa zwischen 775 und 885 ⁰G und beim Aufrollen des Stahls etwa zwischen 480 und 650 0 beträgt und wobei der Stahl gereinigt, zur Erzielung einer Dickenverminderung von 4-0 bis 80% kaltgewalzt und zur Rekristallisation geglüht wird. ;

Wegen ihrer ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften werden Silizium-Stahlbleche bei der Herstellung von Magnetkernen von elektrischen Anlagen, wie Motoren, Generatoren, Transformatoren

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Bankkonten: H. Aufhäuser, München 173533 · Deutsche Bank, München 16/25078 · Postscheckkonto München 46212

und ähnlichen in großem Umfang benutzt. Diese ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften, besonders die hohe magnetische Permeabilität, der hohe elektrische Widerstand und die kleinen Hystereseverluste verringert die den Wirkungsgrad nachteilig beeinflussende Umwandlung elektrischer Energie in Wärme.auf ein Minimum und erlaubt damit die Herstellung elektrischer Anlagen hoher Leistung und großen Wirkungsgrades. Um die jeweils erwünschten magnetischen Eigenschaften jedoch zu erzielen und zu optimieren müssen die Silizium-Stahlbleche unter sorgfältig gesteuerten and exakt einzuhaltenden Verfahrensparametern hergestellt werden. Silizium-Stahlbleche sind daher erheblich teurer als andere handelsübliche, flächgewalzte Stahlerzeugnisse.

Bei der Groß_Serienherstellung kleiner elektrischer Anlagen für Verbraucheranwendungen, wie Spielzeuge und ähnlichem, sind jedoch die Herstellungskosten für die Einheit der wichtigste Faktor, der den Wirkungsgrad der Anlage und deren Leistungsverbrauch weit übersteigt. Pur derartige Anwendungen benutzen daher die Hersteller elektrischer Anlagen weniger teure, handelsübliche Stahlbleche niedrigen Kohlenstoffgehaltes für magnetische Kernbauteile. Es hat sich daher ein bemerkenswerter Markt für Stahlbleche niedrigen Kohlenstoffgehaltes, die annehmbare magnetische Eigenschaften für .Magnetkernanwendungen haben, gebildet.

Bei der Herstellung von Stahlblechen niedrigen Kohlenstoffgehaltes für magnetische Anwendungen, haben wirtschaftliche Überlegungen dazu geführt, daß teure Verfahrensschritte vermieden und daß sogar die weniger teuren Verfahrensschritte so klein wie möglich gehalten werden. Obwohl bisher sorgfältig ausgearbeitete Verfahren zur Erzeugung von Stahlblechen niedrigen Kohlenstoffgehaltes mit außergewöhn-

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lichen magnetischen Eigenschaften entwickelt wurden, konnten diese Verfahren bisher kommerziell nicht angewendet werden, da derartige- Verfahren eine erhebliche Kostensteigerung des Produktes "bedingen, während die magnetischen Eigenschaften des damit erhaltenen Bleches nicht so weit verbessert werden, daß sie die von Silizium-Stahlblechen erreichen, die mit dem gleichen Kostenaufwand hergestellt wurden. Jeder neue Verfahrensschritt zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaf- ■ ten von Stahlblechen niedrigen Kohlenstoffgehaltes, der irgendeinen kommerziellen Wert haben soll, muß daher so sein, daß er nicht die Herstellungskosten für den Stahl merklich vergrößert. Handelsüblich werden daher Stahlbleche niedrigen Kohlenstoffgehalts für magnetische Anwendungen aus herkömmlichen Stahlschmelzen niedrigen Kohlenstoffgeh altes hergestellt, die weniger, als 0,1% Kohlenstoff und die üblichen Restelemente mit den normalen Zusammensetzungen für kaltgewalzte Produkte enthalten. Die Walzverfahren sind ähnlich denen, die auch für andere kaltgewalzte Produkte benutzt werden. So werden im einzelnen die Herstellungsschritte gewöhnlich auf das Warmwalzen eines Rohlings niedrigen Kohlen-* stoffgehaltes in Plattenform, Warmwalzen der Plattenform in Blechform, Entzundern des warmgewalzten Blechs, Kaltwalzen des entzunderten Blechs für eine Dickenverminderung von 40 bis 80% und Glühen des Blechs zur Erzielung der Rekristallisation, was gewöhnlich in einem kastenförmigen Glühofen vorgenommen wird, begrenzt. Ein wahlweises, abschließendes Temperwalzen von 1/2 bis 2% wird manchmal angewendet, um das sich ergebende Blech zu ,egalisieren und es damit für das nachfolgende Schneiden und Stanzen besser geeignet zu machen. Um die Ebenheit eines Bleches zu optimieren und es damit zum Schneiden und Stanzen geeignet zu machen, müssen durch Temperwalzen bedingte Längungen auf höchstens 1/2 bis 2% begrenzt werden. .

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Die handelsüblich hergestellten Stahlbleche niedrigen Kohlenstoffgehaltes für magnetische Anwendungen weisen bei einem Walzen bis zu einer Stärke von etwa 0,47 mm in der Walzrichtung Permeabilitäten von etwa 5000 bis 6000 bei 10 Kilogauss. auf, wobei Kernverluste von etwa 2,88 bis 5,55 Watt/kg auftreten. Bei der gleichen Blechstärke erge ben sich bei 15 Kilogauss Permeabilitäten in der Walzrichtung von etwa 2000 bis 4000 mit Kernverlusten von etwa 6,62 bis 8,85 Watt/kg. Bleche die auf etwa 0,64 mm Stärke gewalzt wurden, erreichen eine Permeabilität in der Walzrichtung von etwa 4200 bis 4800, wobei die Kernverluste bei etwa 5»98 bis 4,42 Watt/kg bei 10 Kilogauss liegen. Bei 15 Kilogauss werden Permeabilitäten in der Walzrichtung von etwa 2000 bis 5000 mit Kernverlusten von etwa 9»5 bis 10,5 Watt/kg erreicht. '

Diese relativ großen Bereiche der magnetischen Eigenschaften spiegeln das Bestreben der Industrie wider, die magnetischen Eigenschaften von Stahlblechen niedrigen Kohlenstoff gehaltes weniger in den Vordergrund zu schieben als vielmehr die niedrigen Herstellungkosten. Ungeachtet davon, haben jedoch die Kunden begonnen, verbesserte magnetische Eigenschaften zu fordern, besonders bei 15 Kilogauss, ohne daß damit jedoch die Kosten steigen sollen. Wie vorstehend erwähnt, wurden daher die Hersteller gezwungen, die magnetischen Eigenschaften dieser Stahlbleche zu verbessern, ohne daß dadurch die Herstellungskosten wesentlich gesteigert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein neues Verfahren zur Erzeugung von Stahlblechen niedrigen Kohlenstoffgehaltes mit verbesserten magnetischen Eigenschaften zu schaffen, ohne daß

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durch dieses die Herstellungskosten gesteigert werden.

Bei einem Verfahren der eingangs genannten* Art ist diese Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst durch den Verfahrensschritt des Temperwalzens nach dem Glühen zur Erzielung einer plastischen Längung von 6 bis 10%.

Es wurde festgestellt, daß durch diesen erfindungsgemäßen Verfahrensschritt innerhalb der sehr kritischen Längungsgrenzen von 6 bis 10% die magnetischen Eigenschaften der Stahlbleche auf Werte verbessert, die bisher mit Nicht- . silizium7Stah.rblech.en niemals erreicht wurden. Da die anderen Verfahrensschritte im wesentlichen die gleichen sein können ^wi^e die, die auch bisher handelsüblich angewendet wurden, kann die einzige gemäß der Erfindung vorgenommene Modifikation des Verfahrens, d.h. eine stärkere Längung durch Temperwalzen, die Herstellungskosten des Produktes nicht merklich steigern.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Im einzelnen zeigen: . '

Fig. 1 bis 4 graphische Darstellungen von Prüfergebnissen einer experimentellen Schmelze, die am Ende der Beschreibung beschrieben ist.

ι '
Die graphischen Darstellungen zeigen Permeabilitäten und Kernverluste bei 10 und 15 Kilogauss als !Funktion der prozentualen Längung durch Temperwalzen.

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Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung soll der als Ausgangsprodukt benutzte Stahl eine im· wesentlichen gleiche Zusammensetzung aufweisen , als .der, der bisher zur kommerziellen Herstellung von Stahlblechen niedrigen Kohlenstoffgehalts verwendet wird. Im einzelnen ist die Zusammensetzung des Stahls gewöhnlich in der folgenden Weise begrenzt: 0,10% max. Kohlenstoff, 0,AO bis 0,60% max.-Mangan, 0,02 bis 0,09%max. Phosphor, 0,025% max. Schwefel' und 0,010% max. Silizium, wobei der Re-et Eisen und andere typische, nicht beabsichtigte Verunreinigungen sind.

Zur Herstellung des Stahlblechs gemäß· der bevorzugten Ausführungsfprm 'der Erfindung, wird eine Stahlschmelze mit der vorstehend genannten Zusammensetzung, in eine Rohlingförm gegossen und dann entsprechend der herkömmlichen Brammenwalztechnik zu einer Bramme oder Platte heißgewalzt. Die Bramme wird dann erneut erhitzt und auf Blechstärke heißgewalzt mit einer Stärke von etwa 0,15 mm oder zwischen 0,13 mm und 2,54- mm, so daß die Temperatur des Stahls bei seiner Stärke von etwa 2,54- cm in der Größenordnung von etwa 1038 bis 1109 ⁰C liegt und die Endtemperatur bei Austritt des Stahlblechs aus der Endrolle etwa im Bereich von 775 und 885 ⁰G liegt. Das Blech wird danach durch Vasserbesprühung gekühlt, so daß es bei .einerTemperatur von etwa 480 bis 650 ⁰G aufgeio 11t wird. Der bevorzugte Temperaturbereich für den Stahl, wenn dieser etwa 2,54 cm stark ist, liegt zwischen 1038 und 1062 ⁰C. und zwischen 793 bis .Ö?0 ⁰C für das zu Ende gewalzte Bleche.

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Nach dem Abkühlen wird das Stahlblech in geeigneter Weise entzundert, um den Walzzun<3-er zu entfe-rnen und anschließend kaltgewalzt, um eine Dickenverminderung von 40 "bis 80% zu erzielen. Danach wird das Stahlblech zur Erzielung der Rekristallisation in geeigneter Weise geglüht. Das Glühen wird vorzugsweise in einem kastenförmigen Glühofen bei einer Temperatur von 607 bis 705 C während 3 bis 30 Stunden vorgenommen.

Das Wesen der Erfindung liegt in dem Temperwalzen des Bleches· nach dem Rekristallisationsglühen, um damit eine plastische Längung zwischen den kritischen Grenzen von 6 bis 10% zu erreichen, wobei dieses vorzugsweise zwischen 7 und 9% und ideal bei 8% vorgenommen wird. Wie die beigefügten Zeichnungen zeigen, werden die magnetischen Eigenschaften des Stahls bei einem Temperwalzen in den vorstehend genannten Grenzen am stärksten verbessert. Im einzelnen kann ein Blech, das auf■eine endgültige Stärke von etwa 0,63 mm gemäß der Erfindung gewalzt wird und bei I5 Kilogauss geprüft wird, auf Permeabilitäten in Walzrichtung von etwa4200 und Kernverlusten von etwa 8,39 Watt/kg optimiert werden. Im Vergleich dazu wurden bisher in Walzrichtung Permeabilitäten und Kernverluste erzielt, die gewöhnlich nicht besser als etwa 3000 und 9»3 Watt/kg waren. Bei einer Prüfung bei 10 Kilogauss können die gleichen gemäß der Erfindung auf eine Stärke von 0,63' mm gewalzten Bleche auf Permeabi-Iitaten in Walzrichtung von etwa 5200 und Kernverluste von etwa 3»3 Watt/kg optimiert werden, während die Werte bisher bekannter Bleche gewöhnlich nicht-besser als 4-800 und 4 Watt/kg, waren. Kohlenstoff arme Bleche, die gemäß der Erfindung auf eine Stärke von etwa 0,47 mm gewalzt und bei I^Kilogauss geprüft wurden, können auf Permeabilitäten in Walzrichtung von etwa 55OO und Kernverlusten von etwa 5»5 Watt/kg optimiert werden,

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während die V/erte der bisherigen Bleche nicht besser als . "4000 und 6,6 Watt/kg waren. Bei 10 Kilogauss können die·gemäß der Erfindung auf 0,4-7 mm gewalzten Bleche auf Permeabi litäten in Walzrichtung von etwa 7200 und Kernverlusten von etwa 2,4-3 Watt/kg optimiert werden, während die Werte der bisherigen Bleche gewöhnlich nicht besser als 6000 und 2,87 waren.

Die folgenden Versuchswerte werden angegeben, um die kritische Natur der erfindungsgemäßen Lehre zu erläutern. Für diesen Versuch wurde eine einzige Stahlschmelze mit der folgenden Gießpfannenanalyse hergestellt:

Kohlenstoff 0,07%

Mangan 0,57%

Phosphor 0,06%

Schwefel 0,021%

Silizium 0,003%

Kupfer · 0,01%

Nickel 0,01%

Chrom 0,02%

Molybden 0,01%

Zinn 0,006%

Diese Schmelze wurde in einer Rohlingsform gegossen und zuerst in Brammenform warmgewalzt und anschließend auf ein Blech von 1,5 cm Stärke. Das Warmwalzen wurde so gesteuert, daß das Blech eine Temperatur von etwa 1060 ⁰C bei einer Dicke von 2,54cm hatte und die letzte Walze bei 780 ⁰C

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verließ. Vor dem Aufrollen wurde das warmgewalzte Blech durch Wassersprühung auf etwa 639 ⁰C abgekühlt.

Das warmgewalzte Blech wurde dann .in fünf Teile geteilt und zu verschiedenen Gagen kaltgewalzt,·der Art, daß das abschließende oder Temperwalzen nach "dem Glühen verschiedene Verformungsgrade bei der Dickenverminderung der Bleche auf jeweils eine von zwei endgültigen Dickenabmessungen bewirken konnte. Die Zwischenstärke, die endgültige Stärke und der Grad des Temperwalzens sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt. '...,"

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TABELLE

Übersicht der Dickenabnahme und Magnet-Eigenschaften bei 60-Hertz

	Zwischen gage mm	Prozent Längung	-	10 Kilogauss	nm Blechstärke	15 Kilogauss	Permeabilität	*	2679
			Prozent- Dickenab nahme	Kernver- Permeabilität luste w/kg	5618 .	Kernver- luste w/kg		4054
	0,476	1,6		0,47 ι	5629 ■ ■ -		2055	4286
ro CD	0,495	3^	1,5	3,35	7246	8,18 .	5004	3661
CO ort	0,508	8,0	5,1	3,2	5905 . -	6,78	5456	3000
.e-	0,517	10,2	7,8	■ 2,47	5391	5,6	4639
OV	0,563	20.0	9,3	2,92	mm Blechstärke	6,67	3409
σ CO			16,?	3,27	4761"	*7,^*
cn ro	0,643	1,6		0,635	4545
	0,668	5,0	1,5	4,06	5155	9,5
	0,685	8,0	4,9	4,04	4348	9,32
	0,697	10,0	7,8	3,31	4348	8,36
	0,760	20.0	9,1	4,06	9,55
		16,7	4,23	10,3

Nach der Dickenverminderung auf die Zwischengage wurden die Bleche während 12 Stunden bei 665°C in einer Stickstoffatmoshäre, die 10% Wasserstoff und einen Taupunkt von etwa 21 ⁰C aufwies, kastengeglüht. Die Bleche wurden dann tempergewalzt, wie es in der vorstehenden Tabelle agegeben ist, und in Prüfstreifen geschnitten. Die länglichen Prüfstreifen wurden während einer Stunde bei etwa 775 ⁰C in der vorstehend genannten Atmosphäre geglüht, um die Scherspannungen zu beseitigen, und anschließend die magnetischen Eigenschaften bei 60 Hertz gemessen. Die sich ergebenden Eigenschaften sind in der vorstehend genannten Tabelle zusammengestellt und graphisch in den Figuren 1.bis4- dargestellt, bei denen die Permeabilität und Kernverluste als Funktion der prozentualen plastischen Längung bei 10 und 15 Kilogauss angegeben sind. Die besonders gute Wirkung des Temperwalzens zwischen 6 und 10% Längung ist daraus klar zu erkennen.

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Claims

Patentansprüche

f1.) Verfahren zur Erzeugung von Stahlblech, niedrigen Kohlenstoff gehaits für magnetische Anwendungen, wobei der Stahl bis auf eine Blechstärke von etwa 1,29 mm bis 2,54- mm (0,050 bis 0,100 inch) warmgewalzt wird, so daß seine (Temperatur bei einer Dicke von etwa 2,54cm (1 inch) etwa zwischen 1038 und 1109 °C (1900 bis 2030 ⁰F) bei Beendigung des Warmwalzvorgangs etwa zwischen 775 und 885 ⁰C (1430 bis 1620 ⁰F) und beim Aufrollen des Stahls etwa zwischen 480 und 650 ⁰C (900 bis 1200 ⁰F) beträgt, und wobei der Stahl gereinigt, zur Erzielung einer Dickenverminderung von 40 bis 80% kaltgewalzt und zur Rekristallisation geglüht wird, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt des Temperwalzens nach dem Glühen zur Erzielung einer plastischen längung von 6 bis 10%.

2· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Temperwalzen eine plastische Längung von 7 bis 9% erzielt.wird.

. 3» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Temperwalzen eine plastische Längung von 8% erzielt wird.

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