DE2251511A1

DE2251511A1 - Verfahren zur herstellung von stahlerzeugnissen

Info

Publication number: DE2251511A1
Application number: DE2251511A
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung P Antrag
Original assignee: CSEPELI FEMMUE
Current assignee: CSEPELI FEMMUE
Priority date: 1971-10-21
Filing date: 1972-10-20
Publication date: 1973-04-26
Also published as: FR2156744A1; PL83608B1; DD99606A5; LU66300A1; ATA865872A; IT968781B; HU168186B; FR2156744B3; BG20831A3; YU36757B; NL7214018A; BE790266A; YU258072A; AT330231B; CS166251B2; US3870574A; SE411770B; DE2251511B2

Description

Verfahren zur Herstellung von Stahlerzeugnissen

Bekanntlich werden die Ständer beziehungsweise die Läufer von Asynchron- und Gleichstrommotoren kleiner und mittlerer Leistung allgemein aus mit Silicium legierten warm- oder kaltgewalzten elektrotechnischen Stählen hergestellt. Da aber bei Asynchronmotoren bis zu einer Leistung von 10 kW und bei Gleichstrommotoren bis zu einer Leistung von 50 kW die" Energieverluste in dem magnetisch aktiven Teil nur 8 bis 15% der gesammten Verluste ausmachen, ist die Verwendung von elektrotechnischen legierten Stählen mit kleinen spezifischen Leistungsverlusten in solchen Motoren nicht von großer Wirksamkeit. Eine viel größere Bedeutung erlangt die Verwendung von unlegiertem Eisen mit höherer Induktion; einerseits sind infolge der gegenüber der Induktion von mit Silicium legiertem Stahl höheren Induktion von unlegiertem Eisen die technischen Kennwerte von unter Ver-

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wendung von unlegiertem Eisen hergestellten Motoren erheblich besser als die von unter Verwendung von mit Silicium legiertem Stahl hergestellten Motoren und andererseits ist der mit unlegiertem Eisen verbundene Aufwand geringer als der bei mit Silicium legiertem Stahl. Ein wichtiges Erfordernis besteht darin, daß das zur Anwendung gelangende unlegierte Eisen isotrop ist, das heißt, daß die magnetischen Eigenschaften in den verschiedenen Richtungen annähernd gleich sind. Ein weiteres Erfordernis ist, daß das Eisen in den Eisenkernen nicht altert, das heißt keine Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften. (Zunahme der Koerzitivkraft, Induktionsrückgang) während des Betriebes erfolgt.

Die Herstellung von unlegierten elektrotechnischen Eisenbändern und -blechen, die für Ständer und Läufer von Elektromotoren verwendbar sind, ist heute noch mit erheblichen technischen Schwierigkeiten verbunden.

Die vorteilhaften magnetischen Eigenschaften der unlegierten elektrotechnischen Stähle sind nämlich nur dann zu erreichen, wenn der Gehalt der für die Herstellung verwendeten Stahlsorten an Verunreinigungen, vor allem an KsHenstof f und Sauerstoff, äußerst gering ist, und außerdem ist ein spezielles Walz- und Wärmebehandlungsverfahren zum Erreichen einer hohen Induktion und von annehmbar geringen Eisenverlusten notwendig.

Die Herstellung des als Ausgangsmaterial dienenden Stahles für bekannte unlegierte elektrotechnische Stahlbänder erfordert besondere Sorgfalt, da in den Barren ein geringer Gehalt sowohl an Kohlenstoff als auch an Sauerstoff anzustreben ist, wegen der Gleichgewichtsverhältnisse jedoch ein geringer Kohlenstoffgehalt einen höheren Sauerstoffgehalt mit sich bringt. Zur Erzielung eines geringeren Gehaltes an Einschlüssen werden diese Stähle im allgemeinen in einem Konverterverfahren hergestellt und zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften werden vielfach Ihotjphor- und/oder Manganzusäbze in kLeinen

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Mengen verwendet. Der Stahlbarren entsprechender Zusammensetzung wird nach einem Vorwärmen im allgemeinen auf eine Dicke von 1,8 bis 2,5 mm warm ausgewalzt,· gebeizt und auf eine vom Verbraucher gewünschte Dicke, gewöhnlich von 0,5 bis 1,0 mm, ausgewalzt, und zwar meistens in der Weise, daß das erste Kaltwalzen bei einer Stärke, die um 4 bis 12% höher als das Fertigmaß ist, unterbrochen wird und dann der Barren ausgeglüht und anschließend durch die sogenannte "kritische Kaltverformung" auf das Fertigmaß ausgewalzt wird. ·?.·. .

Zum Erreichen der erforderlichen magnetischen Eigenschaften muß der Stahl im Fertigmaß ausgeglüht werden. Das in bekannter Weise, beispielsweise bei einer Temperatur von 750 bis 780 C 2 Stunden lang in einem Schutzgas oder unter Vakuum, wärmebehandelte unlegierte Eisenband ist aber im Endzustand derart weich, daß das Ausstanzen von Eisenkernen von komplizierter Form und Ausführung Schwierigkeiten bereitet. Das weiche Band deformiert sich nämlich während des Stanzens so, daß der geschnittene Rand grätig wird und sich verschmiert; infolgedessen bereiten die Iiontage und die Bewicklung der .ausgestanzten Eisenkerne Schwierigkeiten. Durch die Deformation werden gleichzeitig die magnetischen Eigenschaften erheblich verschlechtert. "

Zur Beseitigung der obigen Nachteile werden von den Werken, die elektrotechnische unlegierte Stahlbänder erzeugen, diese im kaltgewalzten, harten, sogenannten Halbfertigzustand beziehungsweise "semi-finished" Zustand geliefert. Aus den in der beschriebenen V/eise auf Fertigmaß gewalzten, aber in diesem Zustand nicht wärmebehandelten Halbfertigbändern werden vom Elektromotoren herstellenden Werk die Ständer und Läufer bildenden Eisenkerne entsprechender Ausbildung ausgestanzt und diese werden, meist in bereite zusammengebautem Zustand, zum Lrreichen äer {'jewünnchten magnetischen Eigenschaften auf hoher Vtjrijjoratiur und zwecks Vermeidung einer' Zuriderbildung in einem IjC,:, ii⁺.Zi-;aa WfJ.riiieb

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-H-ORIGINAL

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Dieses Verfahren hat vor allem den Kachteil, daß das Herstellen des Ausgangsmateriales besonderer Reinheit aufwendiger ist als die Herstellung des Ausgangsmateriales für unlegierte Stahlbänder üblicher Qualität. Insbesondere bereitet das Erreichen des geringen Kohlenstoffgehaltes (höchstens 0,02 bis 0,03%) Schwierigkeiten. Bei vielen Anwendungen entstehen dadurch weitere Schwierigkeiten, daß zur Sicherstellung der gewünschten magnetischen Eigenschaften die endgültige Wärmebehandlung mit den bereits ausgestanzten Stücken durchzuführen ist; der Benutzer hat im allgemeinen keinen mit der erforderlichen hohen Temperatur arbeitenden Schutzgas-Wärmebehandlungsofen zur Verfügung.

Es ist auch bekannt, daß der schädliche Kohlenstoffgehalt des Stahles nicht nur im flüssigen Zustand während der Stahlerzeugung vermindert werden kann, sondern auch im festen Zustand. Zur Verminderung des Kohlenstoffgehaltes der Stähle im festen Zustand, für die sogenannte Entkohlung beziehungsweise Decarbonisation, sind mehrere Verfahren bekannt. Von diesen ist das einfachste unter dem Namen "schwarzes Ausglühen" bekannt, wobei die Wärmebehandlung darin besteht, daß vor dem Beginn des Kaltwalzens das warmgewalzte mit Zunder bedeckte (nicht gebeizte) Stahlband unter Luftzutritt über 700⁰C, zweckmäßigerweise bei 800⁰C, wärmebehandelt wird; dabei oxydiert der Sauerstoffgehalt der Oxydoberflächenschicht (Zunder) in noch nicht eindeutig geklärter V;eise den Kohlenstoffgehalt des Stahles.

Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß die Entkohlung nur sehr langsam vor sich geht; unter Betriebsbedingungen nimmt sie 24 bis 96 Stunden in Anspruch. Außerdem entstehen in der Oberflächenschicht des Eisenmetallmateriales während der langen Behandlungszeit durch die innere Oxydation bis zu verschiedenen Tiefen Oxydeinschlüsse.

Ein anderes; bekanntes Verfuhren, das für die Entkohlung bei der Herste] ]imi; von hauptsächlich mit ililiciuia legierten

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kaltgewalzten elektrotechnischen- Dynamo- und Transformatorenbändern angewandt wird, besteht darin, daß am Ende des Kaltwalzens,beim'Erreichen des IFertigmaßes und/oder bei einem entsprechend dünnen Zwischenmaß die ganze Oberfläche des Bandes der Wirkung eines solchen entkohlend wirkenden Schutzgases, welches den Stahl'noch nicht oxydiert, beispielsweise eines angefeuchteten Wasserstoff/Stickstoff-G emisches, bei einer Temperatur von 750 bis 960⁰C ausgesetzt wird. Dabei kann die rasche Entkohlung des verhältnismäßig dünnen Bandes erreicht werden« Ein Nachteil dieses Verfahrens ist jedoch, daß für die Wirksamkeit der Entkohlung die ganze Bandoberfläche der Wirkung des Schutzgases ausgesetzt werden muß und so das Verfahren nur im einen sehr hohen Aufwand erfordernden und daher mit sehr hohen Betriebskosten verbundenen kontinuierlichen Durchzugsofen durchführbar ist. Der mit dem Verfahren verbundene Aufwand erhöht daher untragbar die Kosten der unlegierten elektrotechnischen Stahlbänder.

Ziel der Erfindung ist das Vorsehen eines Verfahrens, welches in allgemein benutzten Anlagen die Verminderung des Kohlenstoffgehaltes von unlegierten Stahlhalbprodukten und daher unter anderem die Herstellung von unlegierten elektrotechnischen Stahlbändern und -blechen in guter Qualität und mit vorteilhaften magnetischen Eigenschaften ermöglicht.

Eine überraschende Feststellung, auf welcher die Erfindung zum Teil beruht, besteht darin, daß die Zeitdauer der entkohlenden Wärmebehandlung (des "schwarzen Ausglühens") von mit Zunder bedeckten Stahlhalbprodukten in erheblichem Maße, vermindert werden kann und gleichzeitig auch die infolge der inneren Oxydation sich bildenden Oxydeinschlüsse vermieden werden können, wenn auf der Oberfläche der zu behandelnden Halbprodukte vor der Wärmebehandlung ein aus bestimmten Metallhydroxyden und/oder -carbonaten bestehender Überzug gebildet wird.

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Eine weitere überraschende Feststellung, auf welcher die Erfindung zum Teil beruht, besteht darin, daß, wenn die letzte Wärmebehandlung des kalt auf Fertigmaß gewalzten Erzeugnisses in 2 Stufen in der Weise vorgenommen wird, daß die Temperatur der zweiten Stufe die der ersten übersteigt, die mechanischen und magnetischen Eigenschaften des Fertigproduktes vorteilhaft verbessert werden können, wodurch ermöglicht wird, daß aus dem für allgemeine Verwendungszwecke dienenden unlegierten Stahl auch unlegierte elektrotechnische Stahlbänder und -bleche guter Qualität hergestellt werden können.

Weiterhin wurde erfindungsgemäß festgestellt, daß die Zeitdauer der entkohlenden Wärmebehandlung noch weiter verkürzt und die Qualität des Halbproduktes noch mehr verbessert werden kann, wenn während der Wärmebehandlung Luft oder ein Schutzgas mit einem höheren Taupunkt in den Ofen eingeblasen wird.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Stahlerzeugnissen, vorzugsweise von Bändern und Blechen mit besseren magnetischen und mechaη ischen Eigenschaften, wobei das vrarmgeformte Produkt, gegebenenfalls nach einem Beizen, kalt auf Fertigmaß gebracht und danach einer letzten Wärmebehandlung unterworfen wird und gegebenenfalls das mit Zunder bedeckte Produkt vor dem Beizen bei einer Temperatur von 700 bis 95O⁰G wännebehandelt wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß auf die mit Zunder bedeckte Oberfläche des Produktes vor der bei 700 bis 95O°C durchgeführten Wärmebehandlung ein aus Alkalimetall- und/oder Erdalkalimetallhydroxyden und/oder -carbonaten und/oder Aluminiumhydrοxyd bestehender Überzug aufgebracht wird und/oder die letzte Wärmebehandlung in 2 Stufen durchgeführt wird, wobei die erste Stufe der letztgenannten Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 350 bis 600⁰C, vorzugsweise 460 bis 4-9O⁰C, und die zweite Stufe der letztgenannten Wärmebehandlung bei einer Temperatur von
genommen wird.

Temperatur von 600 bis 78Q⁰C, vorzugsweise 680 bis 760°C» vor-

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Nach einer vorteilhaften Ausf uhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird während der Wärmebehandlung des mit Zunder bedeckten Produktes Luft, oder ein Schutzgas mit einem l'aupunkt von über +20⁰C, vorzugsweise über +5O⁰C, in den Ofen eingeleitet.

Das Aufbringen des Hydroxyd- beziehungsweise Carbonatüberzuges wird zweckmäßigerweise durch Eintauchen des mit Zunder bedeckten Produktes in eine hydroxyd- und/oder carbonathaltige Lösung beziehungsweise Susx>ension durchgeführt. Bei einer anderen Verfahrensweise des uberziehens wird die Lösung oder die Suspension auf die Oberfläche des Produktes geblasen und bei.Bandspulen kann das Aufbringen der Lösung oder der Suspension vorteilhafterweise während des Auf- · wickelns durch Blasen erfolgen.

Die bedeutendsten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens können wie folgt zusammengefaßt werden:

a) Die Geschwindigkeit und der Wirkungsgrad der Entkohlung können erheblich erhöht werden. Demzufolge kann der Kohlenstoffgehalt von 0,08 bis ϋ,1Ο;ό von Stahlbändern ohne übermäßige Inanspruchnahme der Wärmebehandlungsfähigkeit der Einrichtungen auf 0,01% oder darunter herabgesetzt werden, wodurch es möglich ist, aus den in üblicher Weise hergestellten für allgemeine Verwendungszwecke (Werkstoffe) dienenden unlegierten warmgewalzten Stahlbändern gewöhnlicher Zusammensetzung unlegierte elektrotechnische otahlbänaer guter Qualität herzustellen.

b) iils I.'jt möf-.]3ch, u;i e für allgemeine Verwendun, ;.^c>-

leri ort en v;armp

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otahlbänder iiiit einem üblichen Gehalt an Verunreinigungen für die Herstellung von elektrotechnischen ütahlbari&ern heranzuziehen.

c) Besondere Einrichtungen werden nicht benötigt, und das Verfahren kann ohne jede besondere Auswirkung auf den Aufwand praktisch an den Wärmebehandlungsöfen, die in jedem Walzwerk zur Verfügung stehen, beispielsweise in einem Clockenofen, durchgeführt werden.

d) Es ist die Verwendung des in üblicher Weise hergestellten btahles in der üblichen Reinheit für die Herstellung von unlegierten elektrotechnischen Stahlbändern möglich. Ferner kann, wenn das Verfahren auf einen mit größerer Sorgfalt hergestellten reineren Stahl angewandt wird, eine weitere Verbesserung der magnetischen Eigenschaften erreicht werden.

e) D'is Verfahren ermöglichtes, daß die mechanischen Eigenschaften das unbehinderte Ausstanzen von Eisenkernplatten komplizierter Ausführung sicherstellen; die magnetischen Eigenschaften leiden unter dem Ausstanzen nur geringfügig, wodurch sich nach dem Ausstanzen das beim Benutzer im allgemeinen Schwierigkeiten bereitende Nachglühen erübrigt.

Die Erfindung wird an Hand der folpjenden nicht als Beschränkung aufzufassenden Beispiele näher erläutert.

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_ 9 _ BAD ORtGiNAL

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Beispiel 1

Es wurde eine Probe eines für die Herstellung von allgemeinem Werkstoffstahl dienenden 0,08% C, 0,36% Mn₁ 0,02% oi, 0,027% S und 0,010% P enthaltenden, 2 mm starken, warmgewalzten und mit Warmwalζzünder bedeckten Btahlbandes durch Eintauchen in Kalkmilch mit einer Ga(OH)o-Schicht überzogen. Die Probe xtfurde nach dem Trocknen des tiberzuges in einem Laboratoriumsmuffelofen mit elektrische! Widerstandsheizung in Gegenwart von Luft 4- Stunden lang auf 800⁰C erhitzt. Der Kohlenstoffgehalt der Probe hat sich durch die Wärmebehandlung auf 0,007% vermindert.

Eine demselben warmgewalzten Band entnommene andere Probe, die ebenfalls mit Warmwalzzunder bedeckt x^ar, wurde in der gleichen Weise und während der gleichen Zeitdauer, jedoch ohne Kalkmilchüberzug wärmebehandelt, wobei sich der Kohlenstoffgehalt durch die Wärmebehandlung nur bis auf 0,039$ verringerte.

Beispiel 2

Es wurde ein Band von der im Beispiel 1 angegebenen Zusammensetzung durch Tauchen mit einer Losung, die je Liter i20 g KaOH und 100 g Al enthielt, überzogen. Das Band wurde nach dem Trocknen des Überzuges in der im Beispiel 1 angegebenen Weise und während der gleichen Zeitdauer wärmebehandelt; durch die Wärmebehandlung ging der Kohlenstoffgehalt der Probe auf 0,009$ zurück.

Beispiel 3

Es wurde eine 2 mm starke Jundprobe von der im Beispiel 1

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angegebenen Ljuaammensotzung, die mit einer Warmwalzzunderschicht von einer Dicke von mindestens 20 mu bedeckt war, in der im Beispiel 1 beschriebenen Weise mit Kalkmilch überzogen und nach dem trocknen des, Überzuges v/urde die Probe 4 stunden lang unter einem Vakuum von 10" Torr auf 800 C erhitzt. Der Kohlenstoffgehalt der Probe verringerte sich durch die wärmebehandlung auf ü,002?<>.

Beispiel 4-

Es wurde eine warmgewalzte Bandrolle von einer Wandstärke von 2 mm und der im Beispiel 1 angegebenen Zusammensetzung ohne Entfernung oes Warmwalzzünders in der Weise mit einer Ca(Ou)^-ochicht überzogen, daß die lockere Rolle mehrmals in eine Kalkmilchlösung eingetaucht wurde.

Wach dem Trocknen wurde die überzogene Bandrolle in einem Glockenofen in der Weise auf 800 C erhitzt, daß sich alle Teile des Einsatzes mindestens 3 otunden lang auf 800 G befanden. Während des Erhitzens wurde unter die Glocke Luft mit einem Taupunkt von +<?0°G eingeblasen. Nach der Beendigung des Erhitzens wurde die Heizglocke abgehoben und die Rolle beschleunigt abgekühlt.

Die Geschwindigkeit des Kühlens war nicht von ausschlaggebender Bedeutung, aber das verhältnismäßig rasche Abkühlen war von iabyndpunkt der späteren speziellen lebzten . Wärmebehandlung guru; big.

Danach wurden die KoLlen in üblicher Weise in einer 15 bis 20/0-igen üchwefolsäurelb'inuu; gebeizt und wieder in üblicher Weise in mehreren iifcichen kalt auf eine otlirke von 0//0 mm ausgewalzt. (Wenn ein LSand mit einem an toreri Fertig-

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naß benötigt wurde, konnte das 'walzen auf ein anderes Maß, beispielsweise auf <^,5^Ü mm, 0,65 nun, 0,85 ran oder auch auf mm, erfolgen.)·

Das auf Fertigmaß ausgewalzte Band vmrde anschließend in einem Glockenofen untei' einem exothermen schutzgas üblicher /JULsammensetsung (beispielsweise 16yo Hp, 10/6 C0_p, 10% GO,-.tie st N₀) bei' 475 C in eier Weise wärmebehandelt, daß sich alle Teile der Bandrolle 2 ötunaen lang auf dieser '.Temperatur befanden. Dann wurde der Einsatz auf 690°C erhitzt und solange auf dieser Temperatur gehalten, bis sämtliche Teile der Bandrolle -* Stunde lang eine Wärmebehandlung bei dieser Temperatur erhielten.

ITach der Wärmebehandlung betrug der Eisenverlust (V^q) des gut stanzbaren 0,70 mm dicken Bandes 4,3 X/kg (W/kg) und die Induktion (B_ot-) (induktion bei einer feldstärke von 25 Oe) 1,67 Γ.

Beispiel 5

Es wurde vom warmgewalzten Band von der Zusammensetzung nach Beispiel 1 ausgegangen und in allem wurde in der im Beispiel 4 beschriebenen Weise vorgegangen, ausgenommen daß das Kaltwalzen in 2 Stufen durchgeführt wurde, das heißt, daß das 2 mm starke Band zuerst in mehreren Stichen kalt auf 0,77 nun gewalzt wurde, bei diesem Kaß in der üblichen Weise bei 720⁰G geglüht wurde und dann in einem stich kalt auf die Stärke von 0,70 mm aufgewalzt" wurde. Das Band mit dem Fertigmaß wurde einer 2-stufigen Wärmebehandlung in der im Beispiel 4· beschriebenen Weise unterworfen. Der Eisenverlust (V^q) des wänaebehandelten Bandes betrug 3,7 ^/kg^ (W/kg) und aie Induktion (B₀₁-) war 1,68 1'.

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ÖÄO ORIGINAL -

Die Stanzbarkeit des so hergestellten Bandes war ein wenig ungünstiger als die des nach Beispiel 4 hergestellten Bandes.

Beispiel 6

Es wurde ein 2 nun starkes 0,31% Si, 0,52% Mn» 0,06% C, 0,007% S und 0,011% P als Verunreinigungen enthaltendes warmgewalztes Band in Jeder Beziehung in der im Beispiel 4- beschriebenen Meise behandelt. Bas so erhaltene 0,70 mm dicke und nach der Wärmebehandlung sehr gut stanzbare Band hatte einen Eisemrerlust (V^₀) von 3,3 //kg (W/kg) und eine Induktion (B₂₅) von 1

Patentansprüche; 3 0 9817/088 5

Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Herstellung von Stahlerzeugnissen, vorzugsweise von Bändern und Blechen mit besseren magnetischen und mechanischen Eigenschaften, wobei man das warmgeformte Produkt beizt, kalt auf Fertigmaß bringt und danach einer letzten Wärmebehandlung unterwirft und gegebenenfalls das mit Zunder bedeckte Produkt vor dem Beizen bei einer Temperatur von 700 bis 95O⁰C wärmebehandelt, dadurch gekennzeichnet, daß man auf die mit Zunder bedeckte Oberfläche des Produktes vor der bei 7°0 bis 95O⁰O durchgeführten Wärmebehandlung einen aus Alkalimetall- und/oder Erdalkalimetallhydroxyden und/oder -carbonaten und/oder Aluminiumhydroxyd bestehenden Überzug aufbringt und/oder die letzte Wärmebehandlung in 2 Stufen durchführt, wobei man die erste Stufe der letztgenannten Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 350 bis 6Q0°C, vorzugsweise 460 bis 490°0, und die zweite Stufe der letzt-' genannten Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 600 bis 780⁰O, vorzugsweise 680 bis 760°0, vornimmt.

2.) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man während der Wärmebehandlung des mit Zunder bedeckten Produktes Luft oder ein Schutzgas mit einem Taupunkt von über +20 C, vorzugsweise über +5O⁰O, in den Ofen einbläst.

ORlOINAL INSPECTED

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