DE2348249C2 - Verfahren zum Herstellen von Siliciumstahlblech mit Goss-Textur - Google Patents

Verfahren zum Herstellen von Siliciumstahlblech mit Goss-Textur

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DE2348249C2 DE2348249A DE2348249A DE2348249C2 DE 2348249 C2 DE2348249 C2 DE 2348249C2 DE 2348249 A DE2348249 A DE 2348249A DE 2348249 A DE2348249 A DE 2348249A DE 2348249 C2 DE2348249 C2 DE 2348249C2
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Siliciumstahlblech mit Goss-Textur und einer magnetischen Permeabilität von wenigstens 2324 · 10~J Vs/Am bei einer Magnetfeldstärke von 796 A/m aus einem Stahl, der 0,02 bis 0,07% Kohlenstoff, 0,01 bis 0,05% Schwefel. 2,5 bis 3,5% Silicium, 0,015 bis 0,04% Aluminium, 30 bis 90 ppm Stickstoff sowie Eisen enthält, durch Warm- und Kaltwalzen und gegebenenfalls anschließendem Glühen.
Ein solches Verfahren is', bereus aus der US-PS 36 71 337 bekannt und bei diesem gekannten Verfahren werden der Stahlschmelze Schwefel und Mangan in solchen Proportionen zugesetzt, daß der prozentuale Mangangehalt multipliziert mit dem prozentualen Schwefelgehalt etwa 0,0002 bis 0,0011 beträgt. Die magnetische Permeabilität der nach diesem Verfahren hergestellten Stähle kann bis zu 235 · 10~3 Vs/Am bei 796 A/m betragen.
Dieses bekannte Verfahren ist insofern nachteilig, als trotz des oben angegebenen engen Verhältnisses von Mangan zu Schwefel die angestrebt hohen Permeabilitäten des Werkstoffes nicht gewährleistet sind.
Aus der DE-PS 12 26 12? ist ein Verfahren zum Herstellen von kornorientiertem Siliciumstahl bekannt, bei welchem ein Siliciumstahl mit Kupfergehalten von 0,01 bis 0,13% verarbeitet wird. Folglich können bei diesen Stählen Manganäquivalente verwirklicht sein, die oberhalb des im Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung gekennzeichneten Bereiches liegen. Die magnetische Induktion der nach diesem bekannten Verfahren hergestellten Stähle liegt jedoch nicht oberhalb von 1,805 T bei 796 A/m.
Ein mit dem vorstehend genannten Verfahren vergleichbares Verfahren ist aus der US-PS 36 36 579 bekannt, wobei dieses bekannte Verfahren jedoch vorsieht, daß im fertigen Stahl wenigstens 0,0005% AIN enthalten sind.
Ferner ist es aus der USPS 21 73 312 bekannt, in Silicium-Eisen-Legierungen Gehalte an wenigstens einem der Metalle Kupfer, Aluminium, Zirkonium und f>> Titan in einer Menge von bis zu 0,8% vor/uschcn, um die elektrischen Eigenschaften der Legierung /.ti Vr1 bessern. Bei dem Produkt dieses bekannten Verfahrens handelt es sich jedoch nicht um einen kornorientierten Elektrostahl.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen und aus der US-PS 36 71 337 bekannten Gattung so auszubilden, daß magnetische Permeabilitäten von wenigstens 2,4 · 10~3 Vs/Am bei 796 A/m erreicht werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Schmelze 0,1 bis 03% Kupfer u.id soviel Mangan zugesetzt werden, daß das Manganäquivalent (% Mn + (0,1 bis 0,25) ■ % Cu) = 0,05 bis 0,24% und das Verhältnis von diesem Manganäquivalent zum Schwefelgehalt 2,0 bis 4,75 betragen.
Der mit Hilfe der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ist in erster Linie darin zu sehen, daß magnetische Permeabilitäten von mehr als 2,4 · 10~3 Vs/Am erreicht werden können, wohingegen die nach der Lehre der US-PS 36 71 337 hergestellten Elektrostähle maximal eine magnetische Permeabilität von 235 ■ ΙΟ-3 Vs/Am bei 796 A/m aufweisen.
Nach einer bevorzugten AusfOhningsform der Erfindung wird eine Schmelze verarbeitet, in welcher das Verhältnis von dem Manganäquivalent zum Schwefelgehalt 2,5 bis 4 beträgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren beinhaltet den wesentlichen Aspekt, daß der Schmelze sowohl Nitridais auch Sulfidbiv.iner in guter Relation zugegeben werden, so daß als Folge wenigstens dieser beiden Primärwachstumsinhibitoren die gewünschten günstigen elektromagnetischen Eigenschaften am fertigen Material erhalten werden. Die beim Verfahren nach der Erfindung verwendete Stahlschmelze muß hinsichtlich des Manganäquivalentes, des Schwefelgehaltes sowie des Verhältnisses aus diesem Manganäquivalent und dem Schwefelgehalt den im Anspruch 1 angegebenen Bedingungen genügen. Bei bevorzugten Stahlzusammensetzungen werden magnetische Permeabilitäten bei 796 A/m von 2,438 · ΙΟ-3 bis 2,45 · ΙΟ-3 Vs/Am erreicht.
Unter dem Begriff »Manganäquivalent« sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Gewichtsprozentangaben zu verstehen, die sich ergeben aus dem in der Schmelze vorliegenden Mangangehalt (Gew.-%) plus dem n-fachen des vorliegenden Kupfergehaltes (Gew.-%), wobei η eine Zahl von 0,1 bis 0,25 sein kann. Das Material wird üblicherweise 10 Sekunden bis 30 Minuten, vorzugsweise 10 Sekunden bis 5 Minuten lang einer Wärmebehandlung bei Temperaturen von 760 bis 1149°C unterworfen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine graphische Darstellung des Verhältnisses aus dem Manganäquivalent und dem Schwefelgehalt gegenüber der Permeabilität bei verschiedenen erfindungsgemäß hergestellten Stählen und
F i g. 2 eine graphische Darstellung des Kernverlustes gegen die Permeabilität bei verschiedenen erfindungsgemäß hergestellten Stählen.
Die verwendeten Stahlschmelzen können die folgende Zusammensetzung aufweisen.
Kohlenstoff 0,02 bis 0,07%
MatiKanäquivalent
(% Mn + (0.1 bis 0.25) ■ % Cu) 0,05 bis 0.24%
Schwefel ' 0,01 bis 0.05%
Silicium 2,5 bis 3.5%
Aluminium
Stickstoff
Kupfer
Eisen
0,015 bis 0,04% 30—90 ppm
0,1 bis 0,3%
Rest
sowie andere übliche Stahlherstellungs-Zusätze, wobei das Manganäquivalent/Schwefel-Gewichtsverhältnis innerhalb des Bereiches von 2,0 bis 4,75 vorzugsweise von 2,5 bis 4 liegt
Übliche Verfahrensschritte bei der Herstellung eines kornorientierten Siliciumstahls sind im allgemeinen folgende:
1. Herstellung einer Stahlschmelze und Vergießen derselben zu Blöcken,
2. Warmwalzen des Blockes zu einem warmgewalzten Band,
Tabelle I
3. Kaltwalzen des warmgewalzten Bandes,
4. Glühen des kaltgewalzten Stahls,
5. erneuten Kaltwalzen,
6. entkohlende Glühung,
7. (gegebenenfalls) Beschichtung mit einem geeigneten Separator, z. B. einer MgO-Aufschlämmung, und
8. (entschwefelnde) Texturschlußglühung.
10 Vorzugsweise erfolgt eine Glühung bei 899 bis 1010°C des warmgewalzten Materials.
Zur Erläuterung der Erfindung wurden 12 durch Vakuuminduktionserhitzen geschmolzene Chargen hergestellt. Die Zusammensetzungen dieser 12 Chargen sind in der folgenden Tabelle I angegeben (Gew.-%).
Charge·)
Mn
Cu
Al
N (ppm)
RV-3822A 0,13 0,C26 2,75 0,085 0,009 24
RV-3822B 0,13 0,033 2,75 0,085 0,014 31
RV-3822C 0,13 0,042 2,75 0,085 0,022 41
RV-3823A 0,13 0,025 2,77 0,086 0,016 58
RV-3823B 0,13 0,033 2,77 0,086 0,020 66
RV-3823C 0,13 0,044 2,77 0,086 0,029 83
RV-3831 0,062 0,020 2,82 0,12 0,007 3i
RV-3856 0,12 0,026 2,72 0,082 0,020 60
RV-3857 0,12 0,029 2,83 0,085 0,026 65
RV-3858 0,048 0,038 2,70 0,075 0,030 68
RV-4970 0,12 0,044 2,73 0,10 0,16 56
RV-5370**) 0,054 0,023 2,80 0,31 0,025 68
*) Andere Elemente sind in typischen Restmengen vorhanden, z. B. Kohlenstoff 0,02 bis 0.07%, Nickel 0,02 bis 0,043%, Chrom 0,01 bis 0,018%. 40
**> Die Charge RV-5370 wurde in die Blöcke RV-5370 und RV-5370 (S) aufgeteilt.
Die vorstehende Tabelle I enthält auch eine Kontrollcharge RV-3831 mit einer üblichen Zusammensetzung mit Ausnahme des etwas niedrigen Siliciumgehaites. Die Blöcke wurden nach 1 stündigem Erhitzen auf 137 Γ C zu einer Banddicke von etwa 0,318 cm warm ausgewalzt mit Ausnahme von RV-5370 (S), das auf 0,229 cm ausgewalzt wurde. Die warmgewalzten Bandproben so jeder Charge wurden den folgenden Wärmebehandlungen unterzogen:
1. Keine Wärmebehandlung des warmgewalzten Bandes
2. 2 Minuten bei 899°C,
3. 30 Minuten bei 999°C.
Nach der Wärmebehandlung des warmgewalzten Bandes wurden sämtliche Bandproben einer Oberflächenkonditionierung unterworfen und bis auf eine mittlere Stärke von 0,213 cm (mit Ausnahme von RV-5370 (S), das bereits 0.229 cm dick war) ausgewalzt, entsprechend einer Dickenverminderung von etwa 33%. Jede Probe einschließlich der Probe RV-5370 (S) wurde dann halbiert und als Hoclitcmpcraiur-Normalisierungsbchandlung wurden zwei Arien von Wärmebehandlungen angewendet. Die erste Normalisicrungsbehandlung bestand aus einer 5minütigen Wärmebehandlung oberhalb 10240C (bei einer Maximaltemperatur von etwa 1040°C) in einer Schutzatmosphäre (Wasserstoff/Stickstoff-Mischung). Bei der anderen Normalisierung handelte es sich um eine 5minütige Glühung oberhalb 107 Γ C bei einer Maximaltemperatur von 1099°C, ebenfalls in einer Schutzatmosphäre. Nach der Normalisierung wurden sämtliche Materialien auf eine nominelle Stärke von 0,28 mm entsprechend einer Dickenverminderung von etwa 87% kalt ausgewalzt und in einer entkohlender Atmosphäre I Minute lang bei 8O;°C einer Schlußnormalisierungsbehandlung unterzogen. Für die Schlußglühung wurden durch Zerschneiden 15,25 cti · 3 cm groUe Proben !lergestellt und für die Beurteilung der elektrischen Eigenschaften verwendet. Die Schlußglühung bestand aus einem Erhitzen auf 1177° C. Zum Reinigen des Stahls wurde Wasserstoff verwendet und in dieser Behandlungsstufe wurde Schwefel entfernt. Bei der üblichen Herstellung von orientiertem Siliciumstahl ist es zweckmäßig, alle möglichen Verunreinigungen in oder in de Nähe der Endstufen des Verfahrens zu entfernen. Deshalb weist beispielsweise die Endzusammenselzung einen geringen Kohlenstoff-, Schwefti und Aluminiumgehali au!. Die Entfernung des letzteren erfolgt vorzugsweise durch
Oxidation uiul Absorption an Oberfliichenüber/ügeM, miilisicning auf die Textur sind in der folgend'·'] ά ie MgO. Die Einflüsse der /.UMimmenset/iing. der Tabelle Il zusammengefaßt, warmgewalzten Bandbehand' ing und der /wischcnnor-
!"libelle Il
Permeabilität (Vs/Am) v Hl hei 796 Λ/m als Funktion der Wiirmcbehandlung in verschiedenen Bearbeitungssture ti
Charge
1A .irmchehiintlliinj! (Ic- \varnigev.alzten
in irma I is ie rung HiindmatenaN
lll.WV MW1T ohne Wärme- 2 Min. bei .10 Min. bei
behandlung 8WC lOlirC
R \-3882 A X X 1.765 1.771 1.901
RV-3822A 1.788 1.776 2.011
RV-3822H X X 1.799 1.849 1.855
RV-3822B 1.808 1.821 1.946
RV-3822C X X 2.197 2.327 2.322
RV-38.!2C 2.003 2.439 2.UV4
RV-3823A X X 2.(H)X 2.211 2.062
RV-38?3A 1.811 1.808 1.X28
RV-3823B X X 2.195 2.34! 2.291
RV-3823B 2.236 2.362 2.363
RV-3823C X X 2.274 2.299 2.288
RV-3823C ?.281 2.406 2.301
RV-3831 X X I.',.MS 1.745 1.792
RV-3831 1.745 1.747 1.793
RV-3856 X X 2.143 2.301
RV-3856 2.165 ♦) 2.341
RV-38." X X 2.281 2.36" 2.273
RV-385" 2.273 2.396 2.299
RV-385S X X 2.059 2.096 2.088
R \'-3858 X 1.974 1.884 1.920
RV-4970 2.400
RV-5370 (S) X 2.400")
R V-53 70 2.383
Ί Sie ging bei einzelnen .Streifenproben verloren, für diese Bedingungen wurde jedoch später eine Verhundprobe hergestellt, die bei 7% Λ/m eine Permeabilität von 2.388 · 10"-' Vs/Am hatte.
') 2 Minuten bei W9°C.
Schwefel-Verhältnisses für eine Gruppe von Proben aus der Tabelle II. die unter hohe Permeabilitäiswerte w liefernden Bedingungen behandelt worden sind, aufgetragen ist. Daraus geht hervor, daß das Manganäquivalent/Schwefel-Verhältnis einen optimalen Wert '.at. der bei etwa 3 liegt. Bei den Chargen mit einer schlechten Permeabilität (RV-3831, RV-3822B und RV-3822A) handelt es sich um solche mit einem niedrigen Aluminiumgehalt innerhalb des Bereiches von 0.007 bis 0.014%. Die Chargen mit Werten auf der Kurve weisen Aluminiumgehalte innerhalb des Bereiches von 0,016 bis 0.030 auf. Dies zeigt den synergistischen Effekt von to Sulfiden und Nitriden als Primärkomwachstumsinhibitoren in diesen Materialien. Die Kernverluste nehmen ab, wenn die Permeabilität ansteigt wie die F i g. 2 zeigt, worin die 1.7 Γ-Werte allgemein zwischen den Linien 10 und 12 eingegrenzt sind, während die 13 T-Werte zwischen den Linien 14 und 16 eingegrenzt sind. Somit führt eine Erhöhung der Permeabilität auch zu einer Verminderung der Kernveriuste.
Fine Untersuchung der ErgeDnisse in der vorstehenden Tabelle Il zeigt, daß die besten Chargen die Chargen RV-3822C. RV-3823B. RV-3823C. RV-3857 und RV-3370 waren. Die Tabelle Il zeigt ferner, daß czur Entwicklung der höchsten Permeabilitäten für die angegebenen Beispiele zweckmäßig ist. eine Wärmebehandlung des warmgewalzten Bandes, wie angegeben, durchzuführen. Bezüglich der Zwischenglühung sei bemerkt, daß die Chargen RV-3823B und RV-3823C. die bei 10383C geglüht worden waren, niedrigere Permeabilitätswerte aufwiesen als diejenigen, die einer Glühung bei 1038°C unterworfen waren. Die in der Tabelle II angegebenen Permeabilitätswerte sind das Ergebnis von einzelnen Streifentests mit der einen angegebenen Ausnahme. Es wurde festgestellt, daß in nahezu allen Fällen die Wärmebehandlung des warmgewalzten Bandes oberhalb 760° C die beste Permeabilität ergab. Die Tabelle II erläutert diesen Effekt.
Die Effekte des Manganäquivalents auf die Endpermeabiiität sind in der Fig. 1 dargestellt, in weicher die Permeabilität als Funktion des Manganäquivalent/ Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung von Siliciunistahlblech mit Goss-Textur und einer magnetischen Permeabilität von wenigstens 2324 · !Ο-3 Vs/Am bei einer Magnetfeldstärke von 796 A/m aus einem Stahl, der 0,02 bis 0,07% Kohlenstoff, 0,01 bis 0,05% Schwefel, 2,5 bis 3,5% Silicium, 0,015 bis 0,04% Aluminium, 30 bis 90 ppm Stickstoff sowie Eisen enthält, durch Warm- und Kaltwalzen und gegebenenfalls anschließendem Glühen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze 0,1 bis 03% Kupfer und soviel Mangan zugesetzt werden, daß das Manganäquivalent (% Mn + (0,1 bis 0,25) % Cu) = 0,05 bis 0,24% und das Verhältnis von diesem Maganäquivalent zum Schwefelgehalt 2,0 bis 4,75 betragen. -
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von dem Manganäquivalent zum Schwefelgehalt 2,5 bis 4 beträgt.
10
DE2348249A 1972-09-28 1973-09-25 Verfahren zum Herstellen von Siliciumstahlblech mit Goss-Textur Expired DE2348249C2 (de)

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