DE2316808A1 - Verfahren zum herstellen eines kornorientierten elektroblechs mit hoher magnetischer flussdichte - Google Patents
Verfahren zum herstellen eines kornorientierten elektroblechs mit hoher magnetischer flussdichteInfo
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Description
Dipl.-lng. H. Sauenlanci Dr.-lng. R. König · Dipl.-lng. K. Bengen
Patentanwälte "·χ_ 4ooo Düsseldorr ao ■ Cecilienallee 7b · Telefon 4aa7 3a
3. April 1973 .28 524 ίζ
NIPPON STEEL CORPORATION, Noο 6-3, 2-chome, Ote-machi, Chiyoda-ku, Tokio, Japan.
"Verfahren zum Herstellen eines kornorientierten Elektroblechs mit hoher magnetischer Flußdichte"
Die Erfindung bezieht sich auf ein kornorientiertes Elektroblech
oder -band mit hoher magnetischer Flußdichte bzwl Induktion, das eine durch die Miller'sehen Indizes ausgedrückte
Kornorientierung von (110) £Ö0i7 besitzt und in Walzrichtung
leicht zu magnetisieren ist. Das kornorientierte Elektroblech soll dabei eine hohe magnetische Induktion und niedrige
Ummagnetisierungsverluste besitzen.
Neuerdings wird auch großer Wert auf die Verkleinerung der Abmessungen bei Transformatoren u.a. gelegt wie auf die Verbesserung
der Leistung; und aus diesem Grunde ist es erforderlich, für solche Anwendungen das Gewicht der Eisenkerne
zu verringern. Allgemein muß, um das Gewicht des Eisenkerns zu verringern, dieser eine hohe magnetische Flußdichte besitzen,
so daß ein Blech mit guter Magnetisierungscharakteristik, im besonderen mit hohen Bg-Werten (magnetische Induktion
bei einer magnetischen Feldstärke von 8 A/cm) für die Eisenkerne verwendet werden sollte.
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Allerdings nehmen die Ummagnetisxerungsverluste bei der Arbeitsweise
mit hoher magnetischer Induktion zu, und für diesen Fall ist es wichtig, daß der Eisenverlust eines Werkstoffs
mit höherer Bg-Charakteristik weit kleiner ist als der.eines Werkstoffes mit niedrigerer Bg-Charakteristik,
lind zusätzlich ist die Steigerungsrate des mit dem Anwachsen der magnetischen Flußdichte zunehmenden Eisenverlustes
geringer, wenn die Bg-Charakteristik hoch ist.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren, nach dem Elektroblech hergestellt werden kann, das den obigen Anforderungen genügt,
insbesondere ein kornorientiertes Elektroblech oder -band mit hoher magnetischer Flußdichte, das im Vergleich
zu konventionellem kornorientiertem Elektroblech bemerkens-
wert eine günstige Bg-Charakteristik von über 1,9 Wb/m aufweist.
Die Besonderheiten der Erzeugung eines kornorientierten Elektroblech^ mit hoher magnetischer Flußdichte bestehen
darin, daß warmgewalztesNBlech aus einem Stahl, der in geringer
Menge säurelösliches Al enthält (nachfolgend vereinfacht mit Al bezeichnet), mit hohem Verformungsgrad einstufig kaltgewalzt,
geglüht und während des Schlußglühens ein sekundärrekristallisiertes Korn mit ausgeprägter Orientierung ausgebildet wird, wodurch sich eine sehr hohe Bg-Charakteristik ergibt.
Bekanntlich wird der früher übliche Blockguß im Bereich der
Stahlerzeugung in zunehmendem Maße durch das Stranggußverfahren abgelöst.
Die Vorteile des Stranggusses schließen den Vorteil ein, daß
die chemische Zusammensetzung in Längsrichtung des Stranges gleich bleibt. Jedoch stand dem Einsatz des Stranggießverfah-
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rens für die Herstellung von kornorientiertem Elektroblech eine wesentlichste technische Schwierigkeit entgegen; dies
ist die Ausbildung von Stengelkristallen aufgrund der schnellen Abkühlung lind Erstarrung, die dem Stranggußverfahren
eigen ist.
Wenn eine Bramme für kornorientiertes Elektroblech, hergestellt nach dem Stranggießverfahren, vor dem Warmwalzen
auf hohe Temperaturen von beispielsweise über 13000C erwärmt
wird, wachsen die Körner so stark, daß die durch das Schlußglühen stattfindende Sekundärrekristallisation unvollständig
bleibt. Das ist auf das Gefüge der Bramme zurückzuführen. Andererseits wird das Verhalten bei der Sekundärrekristallisation
von den nachfolgenden Schritten nachteilig beeinflußt, wenn die Glühtemperatur der"Bramme unter 130O0C
liegt; die Sekundärrekristallisation bleibt daher wiederum unvollständig, weil die Ausscheidungen nicht ausreichend in
Lösung gegangen sind.
Kornorientiertes Elektroblech mit hoher magnetischer Flußdichte
reagiert sehr empfindlich auf die oben genannten Bedingungen.
Deshalb ist die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren gerichtet,
das die Sekundärrekristallisation bei der Erzeugung von kornorientiertem Elektroblech nach dem Stranggießverfahren ungehindert
ablaufen läßt., und die Vorteile des Stranggusses ausnutzt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine nach dem Stranggießverfahren
hergestellte Bramme mit überwiegend stengeligem ■Gefüge auf eine geeignete Temperatur erwärmt und abgewalzt, bei-
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spielsweise in einem Vorwalzgerüst, um die Stengelkristalle
zu zerstören, so daß trotz eines Hochtemperaturglühens "beim nachfolgenden Warmwalzen (zum Beispiel bei mehr als
13000C) ein f.e.ines und globulitisches Korn behält. Auf
diese Weise ist es möglich, Elektroblech wirtschaftlich herzustellen, das nach dem Schlußglühen eine vollständig
ausgebildete Sekundärrekristallisation besitzt mit bevorzugter Magnetisierbarkeit in Walzrichtung und einer BQ-Charakteristik
von mindestens 1,88 Wb/m „
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Gefügeaufnahmen
des näheren erläuterto
Bild 1-gibt das Gefüge eines Elektroblech^ mit hoher magnetischer
Flußdichte in verschiedenen Stadien des Verfahrens bei Verwendung einer Stranggußbramme wieder;
Bild 2 das Gefüge bei hoher magnetischer Flußdichte bei Verwendung einer Stranggußbramme.
Ein Stahl, der gemäß der Erfindung verwendbar ist, sollte
folgende chemische Analyse besitzen?
2,0 - 4,0 % Silizium, höchstens 0,085% Kohlenstoff, 0,010 - 0,065 % säurelösliches Aluminium,
Rest Eisen einschließlich erschmelzungsbedingter Verunreinigungen.
Wenn der Siliziumgehalt 4% übersteigt, wird das Kaltwalzen problematisch.
Bei einem Kohlenstoffgehalt über 0,085% ist es da-
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gegen unmöglich, ein Blech mit hoher magnetischer Flußdichte zu erhalten.
Dem Aluminium kommt im Rahmen der Erfindung eine besondere Bedeutung hinsichtlich einer hohen magnetischen Flußdichte
zu; falls der Aluminiumgehalt außerhalb des obigen Bereiches liegt, wird die Sekundärrekristallisation instabil, so daß
eine hohe magnetische Flußdichte nicht erreicht werden kann.
Das Ausgangsmaterial ist eine Bramme mit der oben angegebenen chemischen Zusammensetzung, die im Strang vergossen worden ist
und nach einem der bekannten Stahlerzeugungsverfahren, wie im Siemens-Martin-Ofen, im Konverter oder im Elektroofen, erschmolzen
worden sein kann.
Die Bramme wird in einer Dicke von 150 bis 600 mm, vorzugsweise
von mehr als 200 mm abgegossen. Die Stranggußbramme wird in Abhängigkeit von der Dicke und der chemischen Zusammensetzung
auf eine Temperatur unterhalb 1300°C erwärmt. Zum Beispiel
kann eine Bramme mit einer Dicke von 300 mm mit 50% Äbwalzgrad
auf eine Vorbramme von 150 mm gewalzt werden. Die Bramme wird auf 12300C erwärmt und mit einem Abwalzgrad zwischen 30
und 70% zur Zerstörung der Stengelkristalle auf ein Rekristallisationsgefüge
ausgewalzt. Hierbei ist die Walzrichtung, die Stichzahl, die horizontale und die vertikale Verformung nicht
wichtig. Wenn die Erwärmungstemperatur der Bramme 130O0C übersteigt,
wächst dasstengelige Gefüge auf besonders grobe Körner an; beim anschließenden Vorwalzen kann daher keine durchgreifende
Wirkung erzielt werden. Der Abwalzgrad muß beim Vorwalzen in einem Bereich von 30 bis 70% liegen, damit nach dem Hochtemperaturerwärmen
vor dem Warmwalzen mehr als 80% der Körner einen
mittleren Durchmesser von 25 mm nicht überschreiten.
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Das Vorwalzen kann'in jedem normalen Walzwerk, "beispielsweise
in einem Vorwalzgerüst oder in einer Warmwalzstraße durchgeführt
werden. In jedem Fall müssen aber die-Vorwalzbedingungen
so beschaffen sein, daß die Körner des Gefüges der Vorbramme nach dem Wieder erwärm en für das nachfolgende ■
Warmwalzen überwiegend, d.h. zu mehr als 80% einen mittleren Durchmesser von 2 5 mm nicht überschreiten.
Die Gründe für eine Begrenzung der Brammendicke auf 150 bis 600 mm werden im folgenden erläutert. Bei einer Brammendicke
unter 150 mm sinkt die Dicke nach einer Vorwalzung
von 30% auf weniger als 100 mm; wenn eine so dünne Bramme
als Ausgangsmaterial für das Warmwalzen dient, wird das Gefüge des warmgewalzten Bandes grobkörnig, so daß sich ein
gutes Sekundärrekristallisationsgefüge nicht ausbilden kann. Andererseits erfordert das Vorwalzen ein längeres Verweilen
bei einer Glühtemperatur unterhalb 13000C, wenn die Brammendicke
mehr als 600 mm beträgt, so daß die Temperatur sich dabei erniedrigt und das durchgreifende Vorwalzen nicht mehr ausgeführt
werden kann. Der zu bevorzugende Dickenbereich von mehr als 200 mm bietet /große Vorteile für eine wirtschaftliche Produktion.
Die vorgewalzte Bramme mit der vorgeschriebenen Dicke wird von neuem erwärmt und zu Warmband ausgewalzt. Die erforderliche Erwärmtemperatur
liegt oberhalb 13000C, da bei, einer Temperatur
unter 13000C die spätere Sekundärrekristallisation unstetig
abläuft.
Es ist allgemein bekannt, daß die AlN-Ausscheidung für das Rekristallisationsgefüge
mit einer (110) /001^ -Textur im- kornorientierten Elektroblech entscheidend ist. Für kornorientier-
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tes Elektroblech mit hoher magnetischer Flußdichte ist es jedoch notwendig, das AlN einmal beim Brammenglühen für
das Warmwalzen in der Matrix aufzulösen, um die erforderliche feine AIN-Ausscheidung zu erhalten. Die Mindesttemperatur
für die AIN-Auflösung im festen Zustand ist jedoch 13000C.
Das Warmband wird dann 30 Sekunden bis 10 Minuten bei einer Temperatur zwischen 950 und 12000C lang geglüht. Nach
dem Glühen wird das Blech innerhalb von 2 bis 200 Sekunden von einer Temperatur oberhalb 9500C auf unter 40O0C abgekühlt.
Nach dem Glühen wird das Blech in einer Stufe mit einem ■Verformungsgrad
von 81 bis 95% auf die Endstärke kaltgewalzt.
Das auf die Endstärke kaltgewalzte Blech wird einem kontinuierlichen
Entkohlungsglühen bei Temperaturen zwischen 700 bis 900°C und Zeiten von 30 Sekunden bis 30 Minuten unterzogen,
um den Kohlenstoffgehalt auf unter 0,005% zu senken.
Die Oberfläche des Stahlbleches wird nach dem Entkohlungsglühen mit einer Schutzschicht überzogen, um ein Verbrennen
des Bleches während des Schlußglühens zu vermeiden.
Das abschließende Schlußglühen muß bei einer solchen Temperatur
und Zeit durchgeführt werden, daß sich die Sekundärrekristallisationskörner mit der (110) /00i7 -Orientierung vollständig
ausbilden und gleichzeitig Verunreinigungen des Entkohlungsglühens
verschwinden. Zu diesem Zweck muß über 5 Stunden oberhalb 10000C geglüht werden.
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Der Zweck des Vorwalzens der Stranggußbramme bei bestimmten
Temperaturen und Verformungsgraden ist, die Stengelkristalle in der Stranggußbramme zu zerstören sowie kleine
und gleichmäßig globulitische Körner zu erhalten, die
sehr empfindlich auf das Wiedererwärmen vor dem Warmwalzen
reagieren. '
Die Vergröberung der Körner während des Erwärmens der Bramme für das Warmwalzen bedingt eine Uneinheitlichkeit der
primären Rekristallisationskörner nach dem Entkohlungsglühen und behindert die Entwicklung der Sekundärrekristallisation ;mit (110) JOO-1Tj -Textur während des Schlußglühens.
Allgemein kann die folgende Formel über die Triebkraft der Sekundärrekristallisation aufgestellt werden; Andererseits
ist die Triebkraft im Falle des kornorientierten Elektroblech^
die Korngrenzenenergie je Volumeneinheit
E/V = K (- ) - I
Djyr : Mittlerer Durchmesser des primären Rekristallisationskornes
(Matrix) nach dem Entkohlungsglühen; ,
6^M : Interkristalline Energie des primären Rekristallisationskornes
(Matrix) nach dem Entkohlungsglühen;
O„ : Mittlerer Durchmesser der primären Rekristallisationskörner
mit (110) ^001/ -Orientierung, die
der Sekundärrekristallisation ausgesetzt sind;
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G^n J Korngrenzen-Energie zwischen den primären
Rekristallisationskörnern mit (110) /boi/ Orientierung,
die sekundär rekristallisieren, und den Primärrekristallisationskörnern der Matrix;
I : Rückhaltekraft gegen die Korngrenzenbewegung, , bedingt durch die Ausscheidungen.
Da anzunehmen ist, daßC"G ~ 26 ,,, muß T>^2 Tk, nach dem.Entkohlungsglühen
sein, damit die Sekundärrekristallisationskörner beim Schlußglühen wachsen (DG __^ oo- und keine primären'
Rekristallisationskörner übrig bleiben. Das bedeutet, daß die Körner des Primärrekristallisationsgefüges nach dem Entkohlungsglühen
klein und gleichmäßig sein müssen.
Dies zeigt sich bei einem Vergleich der Gefüge nach dem Entkohlungsglühen
beim konventionellen Verfahren und bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, das ein Vorwalzen einschließt, wie
sie in Bild 1 und Bild 2 dargestellt sind.
Somit werden die Körner bei dem konventionellen Verfahren (A) durch das Brammenglühen beim Warmwalzen grob und das Gefüge
des Warmbandes bleibt grobkörnig während des Durchlaufglühens,
so daß das Primärrekristallisationsgefüge nach dem Entkohlungsglühen ebenfalls grobkörnig und nicht gleichmäßig ist. Damit
bleibt die Sekundärrekristallisation unvollständig.
Dagegen gibt es nach dem erfindungsgemäßen Verfahren (B) mit einem Vorwalzen keine Uneinheitlichkeit der Körner wie beim Verfahren
(A) und ist die Sekundärrekristallisation vollständig.
Die nach dem Brammenglühen auftretenden groben Körner, wie sie
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■ - ίο -
bei dem konventionellen Verfahren- zu beobachten sind, finden
sich als große gestreckte Körner noch im Warmband wieder (Bild 1); diese großen gestreckten Körner haben ^
Ringfasertextur, wobei die Körner im besonderen }112/ ^
{ 114j <110? -Orientierungen, d.h. stabile. Endwalzorientierung
aufweisen; damit bleiben diese Körner vom nachfolgenden Kaltwalzen und Glühen unbeeinflußt und werden nicht
zerstört.
Besonders im Fall der vorliegenden Erfindung, bei der die
Enddicke nur durch ein einstufiges Walzen nach dem Glühen des Warmbandes erreicht wird, werden die im Warnband vorhandenen
groben Körner der <^10>· -Ringfasertextur in
das fertige Blech überführt, weil innerhäb des Kaltwalzens kein Zwischenglühen erfolgt, wie bei dem konventionellen
Verfahren, bei dem die Ungleichmäßigkeit des primären Rekristallisationsgefüges nach dem Entkohlungsglühen
noch vergrößert wird. Dasselbe würde gelten, auch wenn das Vorwaizen durchgeführt worden ist, und aus diesem
Grunde wird die Glühtemperatur auf unter "B)O0C begrenzt.
Ein Beispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben.
Eine 180 mm dicke Bramme (Probe A) und eine 300 mm dicke Bramme (Probe B) wurden im Stranggießverfahren aus einer
Schmelze mit 0,05% Kohlenstoff, 3,0% Silizium und 0,03%
Aluminium hergestellt. Die Probe A wurde 30 Minuten auf 13500C gehalten und dann auf ein 2,3 mm dickes Blech
warm ausgewalzt.
Dagegen wurde die Probe B 30 Minuten bei 1230°C geglüht, dann beim Vorwalzen auf eine 180 mm dicke Bramme ausgewalzt
und anschließend 30 Minuten bei 13500C in gleicher. Weise wie Probe A gehalten sowie auf ein 2,3 mm dickes
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Blech warmgewalzt. Die warmgewalzten Bleche A und B wurden einem Durchlaufglühen bei' 1050 C unterzogen und dann
innerhalb 60 Sekunden auf Raumtemperatur abgekühlt, mit einem Verformungsgrad von 87,596 auf die Enddicke von
0,30 mm kaltgewalzt. Danach wurden die Proben einem Entkohlung sglühen und einem Schlußglühen in H2-GaS unterworfen.
Die magnetischen Eigenschaften der Proben in Walzrichtung waren folgende:
Probe A : B8 = 1,832 Wb/m2"
W17 = | 1, | 43 | Wkg | |
Probe B : | B8 = | 1, | 941 | Wb/m2 |
W = | 1, | 08 | W/kg. |
Die Gefüge der beiden Proben sind in Bild 2-A und 2-B wiedergegeben. Wie aus den Aufnahmen klar zu erkennen
ist, zeigen sich die unzureichenden Anteile der Sekundärrekristallisation in Form von Streifen denen zufolge das
Gefüge sehr unregelmäßig ist. Diese Ungleichmäßigkeit des Gefüges spiegelt sich wieder in dem Unterschied der
magnetischen Eigenschaften. Es ist daher verständlich, daß die Probe B, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
verarbeitet wurde, ausgezeichnete magnetische Eigenschaften aufwies.
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Claims (1)
- NIPPON STEEL CORPORATION
No. 6-3, 2-chome, Ote-machi, Chiyoda-ku, Tokio/JapanPatentanspruch;Verfahren zum Herstellen von kornorientiertem Elektroblech oder -band mit hoher magnetischer Induktion, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stranggußbramme mit einer Dicke von 150 bis 600 mm ' aus einem Stahl mit bis 0,085% Kohlenstoff, 2,0 bis
4,0% Silizium und 0,01 bis 0,065% säurelöslichem Aluminium, Rest Eisen auf eine Temperatur bis 13000C erwärmt und mit einer Dickenabnahme von 30 bis 70% vorgewalzt, danach wieder erwärmt und mit einer mittleren Korngröße unter 25 mm warmausgewalzt, das Warmband bei 950 bis 12000C geglüht, zum Ausscheiden des Aluminiumnitrids rasch abgekühlt, einstufig mit einer Querschnittsäbnahme von 81 bis 95% bis zur Enddicke ausgewalzt und entkohlend sowie abschließend rekristallisierend geglüht wird.3098A1/09S3leerseit e
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