DE2224775B2 - Verwendung eines stranggegossenen Stahles - Google Patents

Verwendung eines stranggegossenen Stahles

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DE2224775B2 DE2224775A DE2224775A DE2224775B2 DE 2224775 B2 DE2224775 B2 DE 2224775B2 DE 2224775 A DE2224775 A DE 2224775A DE 2224775 A DE2224775 A DE 2224775A DE 2224775 B2 DE2224775 B2 DE 2224775B2
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Description

35
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines stranggegossenen Stahls, bestehend aus unter 0,060% Kohlenstoff, 2,5 bis 4,0% Silizium, unter 0,40% Mangan, unter 0,04% Aluminium, unter 0,03% Phosphor, unter 0,03 % Schwefel, unter (103 · % Al + 50) ppm Stickstoff, unter 3 ppm Wasserstoff und unter 80 ppm Sauerstoff, Rest Eisen, einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift 19 20 968 ist bereits ein Stahl der vorerwähnten Art bekannt, der weniger als 0,085% Kohlenstoff, 0 bis 4% Silizium, beispielsweise 0,10% Mangan und 0,01 bis 0,065% Aluminium sowie übliche Verunreinigungen wie Phosphor, Schwefel, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff enthält. Der bekannte Stahl soll sich durch eine hohe magnetische Induktion auszeichnen und eignet sich daher als Werkstoff für kornorientiertes Elektroblech oder -band.
Aus der deutschen Auslegeschrift 12 59 923 ist des weiteren ein Verfahren '.um Herstellen von nichtorientiertem Blech aus einem Stahl mit 0,5 bis 3,8% Silizium, 0,02 bis 0,08% Kohlenstoff und höchstens 0,5% Aluminium, Rest einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen Eisen, bekannt.
Übliches Elektroblech oder -band neigt bekannter- βο maßen zur Bildung von Blasen, worunter ein stellenweises Aufreißen der Band- oder Blechoberfläche zu verstehen ist, das durch die Ausdehnung im Stahl eingeschlossener Gase während der Wärmebehandlung bedingt ist. Insbesondere wenn bei hochwertigem Elektroblech oder -band aus einem Stahl mit 2,5 bis 4% Silizium der Aluminiumgehalt unter 0,04% liegt, ergibt sich häufig eine Blasenbildung. In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, daß die Häufigkeit der Blasenbildung mit abnehmendem Aluminiumgehalt wächst und daß diese Tendenz gerade bei Strangguß auffallend ist.
Als Ursache für das Auftreten von Blasen galt bislang hauptsächlich der Wasserstoff. Bei Strangguß wurde das Auftreten von Blasen auch mit dem Kokillenschmiermittel oder der Wärmedämmung beim Stranggießen in Verbindung gebracht.
Die Blasenbildung stellt bei Elektroblech und -band einen schwerwiegenden Fehler dar, weil sie der Verwendung als Werkstoff für geschichtete Kerne elektrischer Geräte und Maschinen entgegensteht, bei denen die einzelnen Bleche dicht und flächig aufeinander liegen müssen. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein blasenfreies kornorientiertes Elektroblech oder -band zum Herstellen geschichteter Kerne vorzuschlagen. Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, für den vorerwähnten Zweck einen stranggegossenen Stahl, bestehend aus unter 0,060% Kohlenstoff, 2,5 bis 4,0% Silizium, unter 0,40% Mangan, unter 0,04% Aluminium, unter 0,03% Phosphor, unter 0,003% Schwefel, unter (103 · % Al + 50) ppm Stickstoff, unter 3 ppm Wasserstoff und unter 80 ppm Sauerstoff, Rest Eisen, einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen zu verwenden.
Sofern der Sauerstoffgehalt nicht kritisch ist, liegt der Stickstoffgehalt unter (103 · % Al ( 40) ppm. Eine Blasenbildung ist darüber hinaus bei einem Stickstoffgehalt von 80 ppm selbst dann nicht zu erwarten, wenn der Aluminiumgehalt unter 0,01 % liegt.
Um das Auftreten von Blasen zu vermeiden, ist es sehr wichtig, daß der Wasserstoffgehalt in der Schmelze möglichst klein gehalten wird; unter der Bedingung, daß der Stickstoffgehalt bei einem unter 80 ppm liegenden Sauerstoffgehalt niedriger als (103 · % Al + 50; ppm oder, wenn der Sauerstoffgehalt nicht kritisch ist, kleiner als (103 · % Al + 40) ppm ist, muß der Wassersloffgehalt unter 3 ppm liegen. Es ist demnach nicht ausreichend, wenn ausschließlich der Wasserstoffgehalt begrenzt wird.
Vorzugsweise vird der erfindungsgemäß zu verwendende Stahl unter Schutzgas vergossen.
Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis des Zusammenhangs zwischen den Gehalten an Aluminium einerseits als willkürliches Zusatzelement sowie Stickstoff und Sauerstoff als unvermeidbare Verunreinigungen andererseits im Hinblick auf die Blasenbildung. Im einzelnen wird dies an Hand der in der Zeichnung dargestellten grafischen Darstellungen erläutert. In der Zeichnung zeigt
F i g. 1 ein Diagramm, aus dem sich die Änderung des Stickstoffgehaltes der Schmelze vom Abstich bis zum Gießen ergibt,
F i g. 2 ein Diagramm, aus dem der Einfluß des Aluminium- und des Stickstoffgehaltes auf das Auftreten von Blasen ersichtlich ist, und
F i g. 3 ein Diagramm, das den Einfluß der Gehalte an Aluminium, Stickstoff und Sauerstoff auf das Auftreten von Blasen veranschaulicht.
Üblicherweise nimmt die Schmelze beim Abstich Wasserstoff zwischen 3 und 5 ppm auf. Um den Wasserstoffgehalt auf unter 3 ppm zu verringern, kann der Stahl im Vakuum entgast werden.
Im Gegensatz zum Wasserstoff ist jedoch durch die Vakuumentgasung der Stickstoffgehalt nur geringfügig zu beeinflussen. Um den Stickstoffgehalt einzuschränken, muß die Entstickung während des Er-
schmelzens im Ofen unter Berücksichtigung des Aluminiumgehalts im Vorgut intensiviert werden. Die Wiederaufstickung zwischen Abstich und Vergießen der Schmelze muß zudem verhütet v/erden.
Zum Schutz der Schmelze voi einer Wiederaufstickung ist ein Vakuum oder ein Schutzgas geeignet. Für den Fall, daß der Stickstoffgehalt während des Schmelzens im Ofen ausreichend verringert wird, erübrigen i\ch Schutzmaßnahmen gegen eine Wiederaufstickung.
Zur Verringerung des Sauerstoffgehalts und der Oxydeinschlüsse kann der Sauerstoffgehalt in der Schmelze vor er Desoxydation herabgesetzt werden, zur Beschleunigung des Aufsteigens der Desoxydationsprodukte können die Badtemperatur erhöht oder die Badbewegung verstärkt werden; weiterhin ist eine Sauerstoffaufnahme aus der Luft in der Zeit vom Abstich oder der Desoxydation bis zum Vergießen zu unterbinden.
Die Bedeutung einer Verringerung des Stickstoffgehaltes auf (103 ■ % Al -1 50) ppm ergibt sich aus folgendem:
Die Kurve 1 des Diagramms der F i g. 1 zeigt die Stickstoffgehalte bei einer Desoxydation bzw. Zugabe von Silizium und Aluminium während der Vakuumbehandlung. Die besagte Schmelze war bis zum Einbringen in die Stranggußkokille durch Argon geschützt. Die Kurve 2 gibt den Stickstoffgehalt wieder, wenn die Schmelze ohne Argonatmosphäre stranggegossen wurde. Kurve 3 gilt für den Fall, daß die Des-Oxydation bzw. Zugabe von Silizium und Aluminium während des Abstichs erfolgten, und wenn die Stahlschmelze bis zum Einbringen in die Stranggießkokille unter Argon geschützt war. Schließlich zeigt die Kurve 4 die Stickstoffgehalte für den Fall, daß der Stahl der Kuwe3 ohne Schutzgas vergossen wurde.
Aus F i g. 1 ist zu ersehen, daß die Schmelze nach dem Abstechen zur Aufstickung neigt. Deshalb werden die obenerwähnten Verfahren den jeweiligen Umständen entsprechend angewendet, um den Stickstoffgehalt vor dem Abstich ebenso wie im Vorgut in Übereinstimmung mit dem Aluminiumgehalt des Vorgutes zu verringern.
F i g. 2 zeigt das Auftreten von Blasen im Walzgut nach einem Warmwalzen, Kaltwalzen und Anlassen des stranggegossenen Materials mit üblicherweise unterschiedlichen Stickstoff- und Aluminiumgehalten. Es wurde festgestellt, daß Stickstoff und Aluminium einen deutlichen Einfluß auf das Auftreten von Blasen haben. Bei hohem Aluminiumgehalt kann das Auftreten von Blasen selbst dann verhindert werden, wenn der Stickstoffgehalt verhältnismäßig hoch liegt. Der Stickstoffgehalt sollte jedoch bei geringeren Aluminiumgehalten niedrig gehalten werden. Das Diagramm der F i g. 2 ist die Basis für die erfindungsgemäße Bedingung, daß der Stickstoffgehalt niedriger als (103 · % AI + 40) ppm liegen soll.
Der Einfluß des Sauerstoffgehalts auf das Auftreten von Blasen ist unterschiedlich. Wenn der Sauerstoffgehalt 80 ppm übersteigt, nimmt die Blasenbildung stark zu. Es wurde festgestellt, daß ein Sauerstoffgehalt unter 80 ppm kaum Auswirkungen auf die Blasenbildung besitzt. Dies hängt möglicherweise damit zusammen, daß die Oxydeinschlüsse mit steigendem Sauerstoffgehalt seigern. Blasen entstehen dann durch die Ansammlung von Wasserstoff und Stickstoff in den Seigerungsbereichen.
Zum Beispiel wurden in einem Band aus stranggegossenem Vorgut mit 3,15% Silizium, 0,004% Aluminium. 0,0052% Stickstoff, 0,0085% Sauerstoff und 0,0002% Wasserstoff oxydische Einschlüsse analysiert, die an Stellen mit und ohne Blasenbildung isoliert worden waren, wobei die in Tabelle I zusammengestellten Ergebnisse ermittelt wurden.
Blasen ....
Keine
Blasen ..		 SiO.
(%)		 Tabelle 1 CaO
(%)		 O
(%)
IO 0,0169
0,0120		 E
AUO3
(%)		 inschiuß
MnO
(%)		 0,0012
0,0006		 0,0118
0,0086
0,0048
0,0042		 0,0008
0,0005
Aus Tabelle I ist ersichtlich, daß der Gehalt an oxydischen Einschlüssen in der Nähe von Blasen auffällig groß ist.
F i g. 3 verdeutlicht, bei welchem Stickstoffgehalt die Blasenbildung verhindert werden kann, wenn der Sauerstoffgehalt im Bereich bis 80 ppm liegt.
F i g. 3 zeigt das Auftreten von Blasen in warmgewalztem, kaltgewalztem und angelassenem Halbzeug aus stranggegossenem Vorgut mit üblicherweise wechselnden Gehalten an Stickstoff, Sauerstoff und Aluminium. Der Einfluß des Stickstoffs, Sauerstoffs und Aluminiums auf die Blasenbildung ist deutlich zu erkennen.
Abnehmende Aluminiumgehalte erfordern die Verringerung des Stickstoffgehaltes. Jedoch kann bei einer Beschränkung des Sauerstoffgehaltes auf weniger als 80 ppm der Stickstoffgehalt mit Hinblick auf die Blasenbildung höher liegen, als es bei höherem Sauerstoffgehalt möglich wäre.
Beispiel 1
Beim Abstich wurden einer Stahlschmelze Silizium und Aluminium in der Gießpfanne zugesetzt. Der Stahl wurde dann im Vakuum entgast und stranggegossen. Beim Stranggießen wurde eine Teilmenge von etwa 50 t auf dem Weg von der Gießpfanne zum Tandish und von dort zur Stranggießkokille unter Argon gehalten. Eine weitere Teilmenge von etwa 50 t wurde zum Vergleich ohne Schutzgas stranggegossen. Die Stranganalyse ergab: 0,035% Kohlenstoff, 3,15% Silizium, 0,05% Mangan, 0,010% Phosphor, 0,024% Aluminium und 1,5 ppm Wasserstoff. Das besagte Vorgut wurde warmgewalzt und zweistufig zu kornorientiertem Band von 0,30 mm Dicke kalt ausgewalzt. Über die Änderung des Stickstoffgehaltes auf dem Weg vom Konverter zum stranggegossenen Vorgut und über das Auftreten von Blasen im Walzgut gibt Tabelle II Auskunft.
Tabelle II
vor in der im Von der Blasen
Abstich Pfanne Stranggut Pfanne bis häufigkeit
Stickstoffgehalt (ppm) 58 zur Strang
35 56 gießkokille (%)
75 unter Argon
(zum ja
Vergleich) 5,4
nein
Die Phasenhäufigkeit ist in der Tabelle II ausgedrückt durch das Verhältnis der Länge des blasenbefallenen Teils des Walzgutes zur Gesamtlänge des Walzgutes.
Wie sich aus Tabelle II ergibt, treten bei unter Argon hergestelltem Vorgut mit dem erfindungsgemäßen Stickstoffgehalt keine Blasen auf.
Die Werte für die magnetischen Eigenschaften des Walzgutes sind in Tabelle III zusammengestellt und geben die Durchschnittswerte aus 12 Messungen.
tem Band von 0,30 mm Dicke ausgewalzt. Auskunft über die Veränderung des Stickstoffgehaltes auf dem Weg vom Konverter bis zum Vorgut und über das Auftreten von Blasen im Walzgut gibt Tabelle IV.
Tabelle IV
Stickstoffgehalt (ppm)
Tabelle III (W/kg)
W1,/..		 Induktion
B8 (Wb/m2)
Eisenverluste
W11/,,		 1,265
1,268		 1,845
1,843
Argon 0,842
0,844
Ohne Argon
vor
Abstich
32
in der
Pfanne
34
im
Stranggut
35 48
Von der Pfanne bis zur Stranggießkokille unter Argon
Argon ohneArgon
Blasenhäufigkeit
CA)
7,8
Beispiel 2
Nach dem Abstich aus einem 100-t-Konverter in eine Pfanne wurde die Schmelze im Vakuum entgast, desoxydiert und auflegiert. Beim Stranggießen wurde eine Teilmenge von etwa 501 gemäß Ausführungsbeispiel 1 unter Argon gehalten, während eine andere Teilmenge von ebenfalls etwa 501 zum Vergleich ohne Schutzgas verarbeitet wurde. Die Analyse des Vorguts ergab: 0,042% Kohlenstoff, 3,22% Silizium, 0,06% Mangan, 0,012% Phosphor, 0,019% Schwefel, 0,002% Aluminium und 1,2 ppm Wasserstoff. Das Vorgut wurde warmgewalzt und zweistufig zu kornorientier-Aus Tabelle IV ergibt sich, daß bei dem unter Schutzgas hergestellten Vorgut mit einem im Bereich der Erfindung liegenden Stickstoffgehalt keine Blasen auftreten.
Beispiel 3
Zwei Versuchsschmelzen, A und B, wurden in einem 100-t-Konverter erblasen. In beiden Fällen wurden Aluminium und Silizium beim Abstich zugesetzt. Sowohl die Schmelze A als auch die Schmelze B wurden im Vakuum entgast. Dann wurde jeweils eine Teilmenge von etwa 501 von der Pfanne über den Tandish bis zur Kokille unter Argon gehalten, während eine
andere Teilmenge von ebenfalls etwa 50 t ohne Schutzgas stranggegossen wurde. Die Analysen des Vorgutes sind in Tabelle V zusammengefaßt.
Unter Argon C
CA) 		Si
CA) 		Mn
(0A) 		Tabelle V S
CA) 		Al
CA) 		H
CA) 		N
CA) 		O
CA)
Stahl ja
nein
ja
nein
(zum
Vergleich)		 0,037
0,037
0,038
0,038		 3,17
3,17
3,16
3,16		 0,055
0,055
0,057
0,057		 P
CA) 		0,018
0,018
0,019
0,019		 0..002
0,002
0,003
0,003		 0,00014
0,00014
0,00015
0,00015		 0,0044
0,0054
0,0039
0,0055		 0,0052
0,0054
0,0087
0,0091
A
B		 0,010
0,010
0,009
0,009
Das Vorgut wurde warmgewalzt und zweistufig kalt zu kornorientiertem 0,30-mm-Band ausgewalzt.
Über das Auftreten von Blasen im Fertigzeug gibt Tabelle VI Auskunft.
Die magnetischen Eigenschaften des Walzgutes sind in Tabelle VII wiedergegeben.
Tabelle VII Tabelle VI
Stahl
Unter Argon
Blasenhäufigkeit
Stahl
nein
3,2%
nein
5,9%
55
Unter
Argon
Eisenverluste
W15/50
nein ja
nein
Magnetische Eigenschaften
0,835
0,838
0,847
0,852
(W/kg)
W/
1,247
1,250 1,265
1,272
Induktion B8 (Wb/m*)
1,847
1,846 1,841
1,838
Aus den Tabellen V und VI ist ersichtlich, daß das Auftreten von Blasen bei einer Begrenzung des Sauerstoffgehaltes auf 52 ppm vermieden werden kann, selbst wenn der Stickstoffgehalt mit 44 ppm verhältnismäßig hoch liegt.
Beispiel 4
Entsprechend Beispiel 1 wurden Versuchsschmelzen C und D mit jeweils verhältnismäßig hohem Aluminiumgehalt gemäß Tabelle VIII vorbereitet. Übei das Auftreten von Blasen in einem 0,3 mm starker Walzgut gibt Tabelle IX Auskunft.
Tabelle VIII Stahl Unter Argon C Si Mn P Zusamme
S		 nsetzung
Al
(0A) 		H N O
ja 0,042 3,13 0,053 0,005 0,019 0,025 0,00021 0,0068 0,0042
nein
ja		 0,042
0,041		 3,13
3,18		 0,053
0,058		 0,005
0,006		 0,019
0,016		 0,023
0,028		 0,00023
0,00019		 0,0079
0,0062		 0,0045
0,0092
nein 0,041 3,18 0,058 0,006 0,016 0,026 0,00019 0,0080 0s0096
Tabelle IX
Unter Argon
Blasenhäufighäufigkeit ..
Stahl
nein
4,3'%
ja
nein
7 4°/
Stickstoffgehalt auf; bei Stahl D liegen die Werte sowohl für Stickstoff als auch für Sauerstoff zu hoch, so daß in beiden Fällen Blasen auftraten.
Die magnetischen Eigenschaften des ähnlich Beispiel 1 behandelten Walzgutes sind in Tabelle X wiedergegeben.
Tabelle X
Die unter Argon verarbeiteten Stähle C und D gehören in den durch die Erfindung abgesteckten Bereich. Bei Stahl C liegen der Stickstoffgehalt unter (103 · % AI + 50) ppm und der Sauerstoffgehalt unter 80 ppm, während Stahl D ein Beispiel für einen Stickstoffgehalt unter (103 · % Al + 40) ppm bietet. In beiden Fällen treten im Walzgut keine Blasen auf. Die ohne Argon hergestellten Proben fallen hingegen nicht unter die Erfindung. Stahl C weist einen zu hohen
Stahl Unter
Argon		 Magn.
Eisenverluste
W15/5„		 (W/kg)
W17/,.		 Induktion
B1 (Wb/ml)
C
D		 ja
nein
ja
nein		 0,836
0,841
0,367
0,868		 1,249
1,257
1,295
1,297		 1,854
l",850
1,843
1,842
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen $09517/238

Claims (4)

Patentansprüche:
1. Verwendung eines stranggegossenen Stahls, bestehend aus unter 0,060% Kohlenstoff, 2,5 bis 4% Silizium, unter 0,40% Mangan, unter 0,04% Aluminium, unter 0,03 % Phosphor, unter 0,03 % Schwefel, unter (103 ■ % Al + 50) ppm Stickstoff, unter 3 ppm Wasserstoff und unter 80 ppm Sauerstoff, Rest Eisen, einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen als Werkstoff für blasenfreies kornorientiertes Elektroblech oder -band zum Herstellen geschichteter Kerne.
2. Verwendung eines stranggegossenen Stahls, bestehend aus unter 0,060% Kohienstoff, 2,5 bis 4,0% Silizium, unter 0,40% Mangan, unter 0,04% Aluminium, unter 0,03 % Phosphor, unter 0,03 % Schwefel, unter (103 · % Al f 40) ppm Stickstoff und unter 3 ppm Wasserstoff, Rest Eisen, einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen als Werkstoff für blasenfreies kornorientiertes Elektroblech oder -band zum Herstellen geschichteter Kerne.
3. Verwendung eines Stahls nach Anspruch 1 oder 2, der jedoch unter 0,01 % Aluminium enthält, für den Zweck nach Anspruch 1.
4. Verfahren zum Herstellen eines Vorgutes aus einem Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlschmelze unter Schutzgas vergossen wird.
DE2224775A 1971-05-20 1972-05-20 Verwendung eines stranggegossenen Stahles Ceased DE2224775B2 (de)

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