DE2312253A1

DE2312253A1 - Verfahren zur herstellung von kornorientiertem flach-walzmaterial aus si-stahl

Info

Publication number: DE2312253A1
Application number: DE19732312253
Authority: DE
Inventors: Robert Francis Krause
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1972-03-20
Filing date: 1973-03-12
Publication date: 1973-10-04
Also published as: RO62620A; JPS495820A; FR2176698A1; IT977891B

Description

Flach-Valzmaterial aus Si-Stahl

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Flach-Walzmaterial aus Si-Stahl, bei welchem ein Bund aus kaltgewalztem Stahlblech mit 2,5 bis 3 »5 % Si in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre bei Temperaturen oberhalb von 1093 C zwecks Ausbildung der Kornorientierung einer Kastanglühung unterzogen wird.

Herkömmliche Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Flach-Walzmaterial aus Si-le-V/erkstoffen sind in der Stahlindustrie bekannt. Obgleich die spezifischen Gegebenheiten bis zu einem gewissen Ausmaß schwanken können, gehen alle bekannten Verfahren davon aus, daß die betreffende Legierung zunächst warm auf etwa 2,03 mm heruntergewalzt und aaschlie-

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Bend einer Abkühlung und Oberflächenreinigung unterzogen wird, wobei das warmgewalzte Blech in der Kälte auf etwa 0,35 ^m oder weniger heruntergewalzt wird, wozu eine zweifache KaItredzierung mit einer Zwischenglühung angewandt wird. Each der abschließenden Kaltreduzierung und einem Entkohlungsglühen wird das Blech einer Kastenglüliung bei sehr hohen Temperaturen unterzogen, um Schwefel zu entfernen und die kornorientierte Textur zu entwickeln, bei der es sich um eine Goss-Textur (110) (001) handelt, die häufig danach benannt wird, daß sie einem auf der Kante stehenden Kubus entspricht. Obgleich Temperaturen oberhalb von 1093 ⁰C zur Entwicklung der bevorzugten Orientierung von Bedeutung sind, führen derartige Temperaturen dazu, daß die Festigkeit des Materials beträchtlich verringert wird, was ein Verziehen der Bundkanten sowie der Bundgestalt und andere unwillkommene.Gestaltsänderungen zur. Folge hat. Wegen dieser ungünstigen Effekte ist es üblich geworden, die beschädigte Bundkante zu entfernen und als Abfall zu behandeln, was natürlich eine Verringerung des Ausbringens bedeutet. Es ist jedoch bekannt, daß selbst nach der Entfernung der Kantenschaden die magnetischen Eigenschaften des Stahlbleches nicht gut genug sind, um das Stahlblech für die Mehrzahl der Anwenderngszwecke direkt zu verwenden. Aus diesem Grunde haben sich die Abnehmer derartiger Bunde darauf eingestellt, das Blech vor der Weiterverwendung zu glühen, um die Ebenheit weiter zu verbessern und auch die . magnetischen Eigenschaften zu steigern.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs angegebenen Gattung zu schaffen, welches die Herstellung eines ebenen, spannungsfreien,. kornorientierten Si-Stahlbleches gestattet und infolge Vermeidung der genannten Nachteile des bekannten Standes der Technik die Vornahme einer Glühung vor der Verwendung auf Seiten des Stahlabnehmers erübrigt.

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Diese Aufgabe wird erfindungsgomäß dadurch, gelöst, daß das kastengeglühte Stahlblechbund in nicht oxydierender und nicht aufkohlender Atmosphäre zwischen 704 und 1093 ⁰G spannungsfrei geglüht wird, das Band auf eine Dehnung von weniger als 1 % gestreckt wird, daß die Gliihung des Stahls in der nicht oxydierenden und nicht aufkohlenden Atmospähre in dem Temperaturbereich zwischen 704 und 1093 ⁰C über einen zum Aufheben der Spannungen im Stahl ausreichenden Zeitraum fortgestzt wird und daß der Stahl auf eine unterhalb von 538 C liegende Temperatur abgekühlt wird, bevor er der Luft ausgesetzt wird.

Mit Hilfe des Verfahrens nach der Erfindung kann ein spannungsfreies, kornorientiertes Si-Fe-Plach-Walzmaterial hergestellt werden, bei dem die Kantenschaden rückgängig gemacht werden können, die durch das Kastenglühen bei hohen Temperaturen entstanden sind, wobei Bleche mit verbesserter Ebenheit ohne Verlust von magnetischen Eigenschaften

hersteilbar sind.

Nach einer abgewandelten Form des Verfahrens nach der Erfindung wird ein Verfahren der eingangs angegebenen Gattung dadurch verbessert, daß das Stahlbund in einem kontinuierlichem Glühofen, der ein nicht oxydierendes und nicht aufkohlendes Gas enthält, kontinuierlich auf eine Temperatur zwischen 816 und 982 ⁰C aufgeheizt wird, während das Bund unter einer Zugspannung steht, die ausreichend stark ist, um das Bund um weniger als 1 % zu dehnen, daß der gedehnte Stahl anschließend kontinuierlich bei einer zwischen 704 und 816 ⁰C liegenden Temperatur geglüht wird, um derart ein im wesentlichen vollständiges Spannungsfreiglühen ohne weitere Längenzunahme des Bandes durchzuführen, und daß der Stahl auf eine unterhalb von 558 ⁰C liegende Temperatur abgekühlt wird, bevor er der Luft ausgesetzt wird. 309840/0831

Der wichtigste Schritt innerhalb des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der außergewöhnlichen Dehnung des Stahls und der kontinuierlichen Glühung zu sehen, die sich an das herkömmliche Kastenglühen bei hohen Temperaturen anschließen. Aus diesem Grunde können die übrigen Verfahrensschritte des Verfahrens nach der Erfindung im v/es en fliehen in einer im Stand der Technik bekannten Weise ausgeführt x^erden. Demzufolge dient, wie bei bekannten Verfahren, als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Verfahren ein herkömmlicher Stahl mit mittleren Siliziumgehalten, der.auf ecwa 1,78' bis 2,25 mm warm gewalzt wurde. Diese Stähle mittleren Siliziumgehaltes enthalten 2,5 bis 3,5 °/° Silizium, wobei ein Gehalt von etwa 3,15 % Si am typischsten ist. Es ist in der Industrie gebräuchlich, das Erschmelzen und Frischen dieser Stähle sorgfältig zu überwachen, um einen hochreinen und sauberen Stahl sicherzustellen. Neben Silizium werden üblicherweise die folgenden Legierungselemente verwendet: 0,015 bis 0,030 % Kohlenstoff, 0,012 bis 0,028 % Schwefel, weni- ■ ger als 0,015 % Phosphor und 0,06 bis 0,15 % Mangan.

Die oben genannte Legierung wird auf herkömmliche V/eise vergossen und zu Knüppeln ausgewalzt. Die Knüppel werden in der Wärme auf etwa 2,03 mm ausgewalzt und auf kontinuierlichen Warmbandstraßen zu Bunden aufgewickelt. Vor dem ersten Kaltwalzen müssen die warmgewalzten Bunde gebeizt werden, um den Walzzunder zu entfernen, was üblicherweise in einer schwefelsauren Lösung vorgenommen wird. Anschließend werden die gereinigten warmgewalzten Bunde in der Kälte auf die endgültige Dickenabmessung ausgewalzt, die üblicherweise etwa 0,35 ^mm beträgt. Stichabnahmen von diesem Ausmaß erfordern üblicherweise zwei getrennte Kaltreduktionsschritte mit einer Zwischenglühung. Fach dem letzten Keltstich und der Entkohlung werden die Bunde bei einer Temperatur oberhalb von 1093 ⁰C in Wasserstoff oder einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre einer Kastennlühung unterzogen. Diese Glühung dient zur Entfernung

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von Schwefel und zur Ausbildung der Sekundärrekristallisation , die einen hohen Grad der angestrebten Orientierung herbeiführt. Die Bunde werden abgekühlt, bevor sie aus dein Glühofen entnommen und der normalen Luftatmösphäre ausgesetzt werden. Da das Hochtemperatur-Kastenglühen einen Zeitaufwand von bis zu einer Woche erfordert, ist das Blech, wie bereits erwähnt, derart weich geworden,'daß Yerziehungen des Bundes, Kantenverwerfungen und andere Störungen auftreten.

Der wesentliche Punkt der Erfindung liegt in der ungewöhnlichen Dehnung des Bandmaterials und der Hochtemperatur-Glühung, die der verlängerten Kastenglühung folgt, die dazu dient, die Kantenschäden des Bundes, die Bundverwerfungen und andere Störungen im wesentlichen aufzuheben, um eine hervorragende Ebenheit zu erzielen, während die magnetischen Eigenschaften des Stahles gleichzeitig aufrecht erhalten werden und der Stahl in einen spannungsarmen Zustand überführt wird.. In spezifischer Weise erfordert das Verfahren nach der Erfindung im Anschluß an das herkömmliche Kastenglühen der Bunde eine kontinuierliche Glühung bei einer Temperatur, die hinreichend ist, um ein'im wesentlichen vollständiges Spannungsfreiglühen der Bunde zu erreichen, ohne daß Rekristallisation oder beachtliches Kornwachstum auftritt. Ferner müssen die Bunde durch Walzen oder Aufbringen einer Zugspannung während des ersten Teils der kontinuierlichen Glühung um einen Betrag gedehnt werden, der die kritische Grenze von 1 % Dehnung nicht überschreiten darf. Dabei ist es wichtig, daß die Dehnung des Materials erst dann ausgeführt wird, wenn der Stahl die Glühtemperatur erreicht hat, und daß die Glühung nach der Dehnung noch so lange fortgesetzt wird, bis die infolge der Dehnung aufgetretenen Spannungen abgebaut sind.

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Die Dehnung des Stahlbleches während der Erhitzung auf die Glühtemperaturen führt zum Verschwinden der die Ebenheit störenden Verwerfungen, ohne daß dabei die angestrebte Kornorientierung ungünstig beeinflußt wird, sofern die Dehnung unterhalb von 1 % gehalten wird. Die anschließende Fortsetzung der Glühung führt zum Verschwinden der infolge der Dehnung aufgebrachten Spannungen.

Zum Erzielen eines im wesentlichen vollständigen Abbaus der Spannungen ^jährend der kontinuierlichen Glühung ist es wichtig, daß die Glühtemperatur oberhalb von etwa 704- ⁰C liegt. Dabei versteht sich von selbst, daß Rekristallisation "und Kornwachstum von nicht orientierten Körnern vollständig zu unterbinden sind, damit die angestrebten magnetischen Eigenschaften des Stahles nicht ernsthaft beeinträchtigt werden. Aus diesem Grunde sollen die Glühtemperaturen nicht oberhalb von 1093 °C liegen und sollen vorzugsweise 982 ⁰G η ich.'α übersteigen. Die Glübatmοsphäre muß demzufolge selbstverständlich nicht oxydierend und nicht aufkohlend sein.

Die Dehnung des Bandmaterials muß sorgfältig überwacht werden, um sicherzustellen, daß die Dehnung nicht einen Wert von 1 % überschreitet. Dehnungen, die größer sind als Λ %, beeinträchtigen das kornorientierte Gefüge derart, daß bei weiterem Glühen im wesentlichen eine Zwillingskornbildung auftritt, die natürlich eine Herabminderung der Kornorientierung bedeutet und einen Verlust der angestrebten magne.-. tischen Eigenschaften nach sich zieht. Obgleich keine kritische untere Dehnungsgrense existiert, sollte die Dehnung bei den meisten herkömmlichen Stählen oberhalb von 0,25 %■--liegen, um wirksam .zu sein. Grundsätzlich ist die bevorzugte Dehnung jedoch in direkter Abhängigkeit von dem Ausmaß der Bundkantenbeschädigung und anderer Störungen zu bestimmen. Demzufolge können bei schweren Störungen Dehnungen von 0,75 bis '1 % erforderlich sein, um die Ebenheit- des Materials wieder herzustellen. Andererseits kann bei leichten

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Störungen eine Dehnung von 0,25 % oder sogar \^eniger ausreichend sein. Für die meisten handelsüblichen Stahlbunde hat sich eine Dehnung zwischen 0,25 und 0,75 % als ausreichend herausgestellt.

Die erforderliche Einrichtung zum Erzielen der Bunddehnung kann selbstverständlich mancherlei Gestalt besitzen. So
kann beispielsweise eine herkömmlicher, kontinuierlich arbeitender Glühofen benutzt werden, sofern an der Eingangsseite Einrichtungen vorgesehen sind, mit deren Hilfe die
angestrebte Dehnung nach der Erhitzung des Flaoh-Walzraaterials vorgenommen werden kann. Zii diesem Zweck kann eine
ZugwaIzenanOrdnung dienen oder auch ein Paar von Zugrollen Verwendung finden, zwischen denen ein ebener Streckvorgang ausgeführt wird. Da den Erfindern keine derartige Einrichtung aar Verfugung stand, wurde von ihnen ein Herdofen mit Horizontalwalzen zur Erhitzung des Materials benutzt und
die Dehnung durch Steuerung der Zugwirkung der Aufnehmerwalze und der^Ofentemperatur herbeigeführt. Dabei gelangte der Bandstahl in eine erste Aufheizzone, in welcher der
Stahl auf eine Temperatur zwischen 8Ί6 und 9S2 ⁰C aufgeheizt wurde. Die Spannung in der Aufnehnerwalze wurde
sorgfältig gesteuert, um die angestrebte Dehnung allein
durch eine Zugwirkung in dieser Zone zu bewirken. Anschließend wurde das Bandmaterial in eine zweite Zone überführt, in welcher es bei einer Temperatur zwischen 704 und 816 ⁰C geglüht wurde. Die Erfinder hielten es für erforderlich,
zwei Aufheizzonen vorzusehen, so daß die Dehnungen des Bandmaterials sorgfältiger kontrolliert und lediglich auf den
ersten Abschnitt des gesamten Ofendurchganges beschränkt
werden konnten. Das bedeutet, daß das Bandmaterial noch in der Glühzone, welche dem Dehnen folgt, unter Spannung steht, sofern die Zugspannung lediglich mit Hilfe der Aufnehmerwalzen aufgegeben worden ist. Soll das Bandmaterial nach der
Dehnung ohne weitere Dehnung geglüht werden, so ist es er-

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forderlich, eine niedrigere Temperatur zu verwenden. Wurde demzufolge das Stahlblech in der ersten Zone auf eine Temperatur zwischen 816 und 982 ⁰C aufgeheizt, so wurde die Dehnung mit Hilfe der angelegten Zugspannung ausgeführt. Um eine weitere Ausdehnung des Bleches zu unterbinden, wurde es in eine zweite Zone überführt, in welcher es auf eine Temperatur zwischen 704 und 816 ⁰C abgekühlt wurde. Diese Temperatur ist ausreichend, um bei der Glühung einen im wesentlichen vollständigen Abbau der Spannungen zu bewirken, reicht jedoch nicht aus, um dem Material eine weitere Ausdehnung zu gestatten. Selbstverständlich war noch eine dritte Zone erforderlich, in welcher das Material auf eine Temperatur von weniger als 538 ⁰G abgekühlt wur;de, bevor das Material den Ofen verlassen und der Luft ausgesetzt werden konnte.

Beispiel ·

Drei Bunde eijies kornorientierten Elektrostahls mit herkömmliehen Abmessungen wurden in der beschriebenen V/eise behandelt und auf ihre Ebenheit und ihre magnetischen Eigenschaften untersucht. Die drei Bunde stammten'aus zwei verschiedenen Chargen. Die Bunde A und B stammten aus einer Charge mit 0,29 % Kohlenstoff, 3,24 % Silizium, 0,010 % Phosphor, 0,024 % Schwefel, während das Bund C die folgende Fertiganalyse aufwies: 0,029 % C, 3,37 % Si, 0,005 % P und 0,027 % S. Die Bunde hatten auf herkömmliche Weise und in Übereinstimmung mit der herkömmlichen Praxis eine Stärke von 0,35 mm erhalten und waren dann 30 Stunden bei 1135 ⁰C einer Kastenglühung unterzogen worden. Nach dem Kastenglühen zeigten die Bunde die üblichen Kantenschäden und Bundverwerfungen. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vmrden die Bunde in einem 293 m langen Herdofen mit Rollen oder Stoßofen gedehnt und geglüht, wobei die Bunde mit einer Geschwindigkeit von 67,5 pro Minute durch den Ofen geführt wurden. In dem Ofen waren

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vier Hauptzonen vorgesehen. In der ersten Zone von 21,6 m Länge wurde eine Temperatur von mehr als 871 ⁰C aufrecht erhalten, um den eintretenden kalten Stahl zu erhitzen. Daran schloß sich eine 90 m lange Haltezone an, in der eine Temperatur von 871 °G herrschte. Die nächste Zone war gleichfalls 90 m lang und enthielt eine Temperatur von 788 ⁰C. Am Ausgangsende des Ofens war eine Abkühlzone von 87 m Lange vorgesehen. Die Ofenatinosphäre bestand aus HIiX mit 5 % Hp mit einem maximalen Taupunkt von - 3,9 ⁰C. Die Aufnehmerspannung betrug 90,6 kg am Eingang und 226,5 kg am Ausgang. Nach Behandlung in der oben angegebenen Weise waren die Bunde außerordentlich eben und spannungsfrei. "Die Ergebnisse der magnetischen Untersuchungen der drei Bunde sind in der folgenden Tafel -zusammengestellt.

Magnetische Eigenschaften

	mm Abmessung	,348	15 Kilo-Gauß	nach der Dauer- glübung	Magnetostriktion	? Kilo-Gauß
	O	,343	ohne Korn	0,579	bei 15,!	mm/ran)
	O	,335	vor der Dauer- glühung	0,606	(2x10~⁶	nach der Dauer- · gl tuning
Bund	O	,343	0,589	0,581	vor der Dauer- glühung	0,35
Α-Spitze	O	,358	0,603	0,576	0,33	0,17
Α-Mitte	O	Mittel	0,584	0,601	0,35	0,23
B-Fuß		0,571	0,589	0,33	0,50
G-Spitze		0,598	0,28	0,61 /
C-Hitte	0,589	0,42	0,57
	0,34

Wie die oben stehende Tafel zeigt, sind die magnetischen Eigenschaften der Bunde durch die Behandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nachteilig beieinflußt worden

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Claims

Pat e η t a n sp-riiche

Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Flach-Walzmaterial aus Si-Stahl, bei welchem ein Bund aus kaltgewalztem Stahlblech, mit 0,5 bis 3,5 % Si in einer wasserstoifhaltigen Atmosphäre bei Temperaturen oberhalb von 1093. ⁰C zwecks Ausbildung der Kornorientierung einer Kastengühung unterzogen wird, dadurch gekenn ζ ei chn et., daß das kastengeglüiite Stahlblechbund in nicht oxydierender und nicht aufkohlender AtraoSphäre zwischen 704- und 1093 G spannungsfrei geglüht wird,, das Bund auf· eine Dehnung von weniger als 1 % gestreckt wird, die Glühung des Stahls in der nicht oxydierenden und nicht aufkohlenden Atmosphäre in dem Temperaturbereich zx^isehen 704- und IO93 °C über einen zum Abbauen der Spannungen im Stahl ausreichenden Zeitraum fortgesetzt v/ird und daß der Stahl auf eine unterhalb von 538 C liegende Temperatur abgekühlt wird, bevor er der Luft ausgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Erhitzen, Dehnen, Glühen und Abkühlen des Stahls kontinuierlich in einem kontinuierlichen Glühofen durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Stahl in einem Temperaturbereich zwischen 704. und 982 ⁰C geglüht wird.
4. Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Flach-Ualzmaterial aus Si-Stahl, bei welchem ein Bund aus kaltgewalztem Stahlblech mit 2,5 bis 3,5 °/° Si in einer wasserstoff-

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haltigen Atmosphäre bei Tempersturen oberhalb von 1093 ⁰C zwecks Ausbildung der Kornorientierung einer Kastenglühung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet , daß das Stahlbund in einem kontinuierlichen Glühofen, der ein nicht oxydierendes und nicht aufkohlendes Gas enthält, kontinuierlich auf eine Temperatur zwischen 816 und 982 ⁰C aufgeheizt wird, während das Bund unter einer Zugspannung steht, die ausreichend stark ist, um das Bund um weniger als 1 % zu dehnen, daß der gedehnte Stahl anschließend kontinuierlich bei einer zwischen 704- und 816 C liegenden Temperatur geglüht wird, um derart ein im wesentlichen vollständiges Spannungsfreiglühen chne weitere Längenzunähme des Bundes durchzuführen, und daß der Stahl auf eine unterhalb von 538 ⁰C liegende Temperatur abgekühlt wird, bevor er der Luft ausgesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlbund zunächst zu seiner Verlängerung auf 871 ⁰C aufgeheizt und anschließend bei 788 ⁰C geglüht wird.
6. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet , daß das Stahlbund um 0,25 bis 0,75 % gedehnt wird.

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