DE2360717C2

DE2360717C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Wärmebehandeln von Elektroblech

Info

Publication number: DE2360717C2
Application number: DE19732360717
Authority: DE
Inventors: Mitsunobu Abe; Hisashi Gondo; Kazuo Namba; Hiroshi Takechi
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1973-12-06
Filing date: 1973-12-06
Publication date: 1975-07-10
Also published as: DE2360717B1

Description

der Versetzungsdichte, wenn die Spannung zu gering niert werden, so daß dem Band gleichzeitig eine Zugist, so daß die Spannung über der halben Streckgrenze und Biegespannung erteilt werden kann,
bei der jeweiligen Behandlungstemperatur liegen Bei der Vorrichtung nach Fi g. 3 wird das Band 8 muß. Beim Vibrieren sind hohe Frequenzen, insbe- mit Hilfe von mit hoher Frequenz betriebener Masondere Frequenzen von mindestens 100 η erforder- s gnetostriktionsspulen 10 oder mit Hilfe eines Vibralich, wenngleich zu hohe Vibrationsfrequenzen die tors 11 und einer Tragrolle 12 in Vibration versetzt Gefahr eines Bruchs mit sich bringen. Aus diesem und in einem Ofen 9 geglüht Dabei sißd Vibrations-Grunde sollte nicht mit Frequenzen über 10* η gear- frequenzen über 100 η ohne Wirkung, wenn die dem beitet werden. Band erteilte Spannung nicht über dem halben Wert

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von in to der Streckgrenze bei der Glühtemperatur liegt, wähder Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen rend andererseits bei Vibrationsfrequenzen über 100 η des näheren erläutert In der Zeichnung zeigt jeweils die Erhöhung der Versetzungsdichte wie im Falle in schematischer Darstellung einer Ermüdung bemerkenswert ist und sich ein aus-

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Glühen und Streck- reichendes Überaltern auch dann ergibt, wenn die überaltern, _l5 dem Band erteilte Spannung unter dem halben Wert

Fig. 2 eine Vorrichtung zum Glühen und Biege- der Streckgrenze bei der Glühtemperatur liegt Uberüberaltern, steigt die Vibrationsfrequenz dagegen 10⁴ n, dann be-

Fig. 3 eine Vorrichtung zum Glühen und Vibra- steht die Gefahr eines Bandbruchs.

tionsüberaltern, I_n einigen Fallen wird das Elektroblech auch nach

F i g. 4 eine Vorrichtung zum Durchlaufglühen, ao dem Stanzen nochmals geglüht und das Band vor dem

F i g. 5 ein Diagramm, aus dem sich die Ab- Stanzen der Kernbleche manchmal mit unterschied-

hängigkeit der Wattverluste von Verhältnis Zusatz- licher Querschnittsabnahme nachgewalzt, um das

spannung/Streckgrenze bei verschiedenen Tempera- Komwachtum zu verbessern. Demzufolge kann einer

türen ergibt, erfindungsgemäßen Vorrichtung auch noch ein Dres-

Fig. 6 ein Diagramm, aus dem sich die Abhängig- »5 siergerüst nachgeordnet sein, während normalerweise

keit des maximalen Wattverlusts von der Vibrations- das Band nach dem Kaltwalzen und Glühen gehaspelt

frequenz beim Vibrieren mit einer .Amplitude von und zu einem separat angeordneten Dressiergerüst

etwa 10 μ ergibt, und gebracht wird. Damit ergibt sich im Rahmen der Er-

F i g. 7 die Abhängigkeit der Wattverluste von der findung der Vorteil, daß das Band in einem Zuge

Alterungszeit. 30 geglüht bzw. überaltert und nachgewalzt werden

Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 durchläuft das kann. Dies ist beispielsweise mit einer Vorrichtung

Stahlband 1 einen Glühofen 3 und ist über zwei RoI- der in F i g. 4 dargestellten Art möglich.

lengruppen 2, 4 geführt. Dabei drehen sich die RoI- Bei der in F i g. 4 dargestellten Vorrichtung läuft

len 4 mit höherer Umfangsgeschwindigkeit als die das Kaltband 13 von einem Ablaufhaspel durch einen

Rollen 2, so daß die Bandgeschwindigkeit an der 35 Beizbehälter 14, einen Schiingenspanner 15 in eine

Ausgangsseite des Ofens größer ist als an der Ein- Aufheizzone 16 und von dort in eine Glühzone 17

laßseite und dem Band eine mechanische Spannung zum Rekristallisationsglühen, eine Kühlzone 18,

erteilt wird. Die Umfangsgeschwindigkeit der Rollen- eine Überalterungszone 19, eine weitere KUhlzone 20, gruppen 2 und 4 ist so eingestellt, daß sie zur Ver- eine Auftragszone 21, eine Brennzone 22, ein Dres-

meidung eines Bandbruchs der Bedingung 40 siergerüst 23, eine Richtvorrichtung 24 und eine

_a <2·Ε (D Schere 25 zu einem Haspel 26. An Stelle der verti-

~ ^T ^ ' kalen Glühzone 17 läßt sich das erfindungsgemäße

genügen, wobei α die Streckgrenze in cb bei der Über- Verfahren auch mit einer horizontalen Glühzone alterungstemperatur, E₁- der Ε-Modul in cb bei der durchführen.

Überalterungstemperatur und ε die Banddehnung 45 Nicht in allen Fällen ist ein Nachwalzen und Richzwischen den Rollengruppen 2 und 4 ist. ten erforderlich, je nachdem welche Art von Blech

Bei der Vorrichtung nach F i g. 2 ist das Band 5 erzeugt werden soll. Schließlich wird häufig auch ein über mehrere Biegerollen 7 in einen Ofen 6 geführt isolierender Überzug ohne Nachwalzen und Richten und genügt die maximale Spannung σ in cb der Be- aufgebracht, während in anderen Fällen das Nachdingung: 5» walzen und Richten ohne vorheriges Aufbringen eines

isolierenden Überzugs erfolgt. Insofern kommen nicht

_ _F J ,γ. immer die Auftragvorrichtung 21, der Brennofen 22,

⁰ ^J? ρ ' ' ' das Dressiergerüst 23 und die Richtmaschine 24 zum

Einsatz.

wobei D der Rollendurchmesser, t die Banddicke und 55 Für das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich E₇- der Ε-Modul in cb bei der Überalterungstempera- vorzugsweise ein Stahl mit höchstens 0,06% Kohlentur ist. Dabei muL. ε den halben Wert der Streck- stoff, höchstens 3,0% Silizium, höchstens 0,5% grenze übersteigen und läßt sich D nach der Glei- Mangan, höchstens 0,08% Phosphor, höchstens chung: 0,02% Schwefel und höchstens 0,5 % Aluminium.

60 Obgleich der Stahl wegen seiner magnetischen Eigen-

Y_<Z2E — C31 schäften möglichst wenig Kohlenstoff enthalten

~ ^T D sollte, muß der Kohlenstoffgehalt schrittweise, ausgehend von 0,8%, eingestellt werden, um Kohlenerrechnen. Im Falle der Vorrichtung nach Fig. 2 er- stoffgehalte unter 0,1% zu erreichen; dies ist beigibt sich im Vergleich mit der Vorrichtung nach *5 spielsweise mittels eines Vakuumentkohlens ohne wei-F i g. 1 der Vorteil einer verhältnismäßig kleinen teres möglich.

Grundfläche. Andererseits können auch die Vorrich- Der Siliziumgehalt liegt bei höchstens 3,0%, da

tungen nach den Fig. 1 und 2 miteinander kombi- höhere Siliziumeehalte eine zu rroße Härte ersehen

und die Gefahr von Walzrissen mit sich bringe«. Je nach Verwendungszweck braucht dem Stahl jedoch auch kein Silizium zugesetzt zu werden. Der Mangangehalt muß unter Berücksichtigung des Schwefelgehalts eingestellt werden, um den Schwefel stabil abzubinden. Der Schwefelgehalt sollte unter 0,02% liegen und der Mangangehilt mindestens das Zehnfache des Schwefelgehaltes betragen, um die Gefahr eines Rotbruchs zu vermeiden. Aus diesem Grunde kann der Mangarigehalt bis 0,5% betragen. Höhere Mangangehallte sind dagegen nicht zulässig, da sie zu einer Erhöhung der Härte führen. Der Stahl enthält Phosphor al» Verunreinigung, das die magnetischen Eigenschaften kaum beeinträchtigt und eine leichte Härtesteigerung bewirkt. Außerdem verbessert der Phosphor die Stanzbarkeit und verhindert ein Zusammenbacken des Blechs beim Spannungsfreiglühen. Demzufolge kann der Stahl bis 0,08 Vo Phosphor enthalten. Das Aluminium verringert die Rekristallisationstemperatur und ist für das Aufbringen einer Isolierschicht wichtig, weswegen der Stahl bis 0,5% Aluminium enthält. In vielen Fällen wird dem Stahl jedoch kein Aluminium zugesetzt.

Der Stahl wird im Konverter oder Elektroofen in üblicher Weise hergestellt und zu Blöcken vergossen, die anschließend vor- und warmgewalzt werden. Andererseits kann der Stahl auch gegebenenfalls mit einer vorherigen Vakuumentkohlung kontinuierlich vergossen und anschließend warmgewalzt werden. Schließlich kann das Band auch entkohlend geglüht werden. Das Band wird dann in Säure gebeizt, bis zur Enddicke kaltgewalzt, erfindungsgemäß geglüht und überaltert. Das Glühen geschieht bei 500 bis 1200° C, während die Alterungstemperatur 300 bis 800° C beträgt. Im Einzelfall wird die Glüh- und Überalterungstemperatur so eingestellt, daß das Gefüge ferritisch bleibt, da sich die Umwandlungstemperatur in Abhängigkeit vom Siliziumgehalt ändert. Andererseits ergeben sich bei einem höheren Taupunkt der Glühatmosphäre hinsichtlich des Entkohlens beim Glühen Vorteile. Überalterungstemperatur und -zeit hängen schließlich vom Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt des Stahls ab.

Beispiel 1

Ein 0,5 mm dickes Blech aus einem Silizium nur als Verunreinigung enthaltenden Stahl wurde 2 Minuten bei 800° C geglüht und 15 Minuten unter verschiedenen Spannungen bei 500° C überaltert.

Ein gleiches Blech wurde in ähnlicher Weise geglüht, jedoch 10 Minuten bei 450° C mit unterschiedlichen Biegeradien geglüht Die Abhängigkeit der Wattverluste nach einem 300stündigen Altern bei 40° C von verschiedenen mechanischen Spannungen ergeben sich aus dem Diagramm der F i g. 5. Die dem Band erteilte Streckspannung wurde mittels einer Meßzelle gemessen, während die Biegespannung gemäß Gleichung (2) errechnet wurde. Der Kurvenverlauf im Diagramm der Fig.5 zeigt, daß die Wattverluste ein Minimum erreichen, wenn die dem Band erteilte mechanische Spannung dem 0,5- bis 1,2f achen der Streckgrenze bei der Oberalterungstemperatur entspricht.

Beispiel 2

Eine dem Elektroblech des Beispiels 1 gleiche Probe wurde IS Minuten bei 500° C unter gleichzeitigem Vibrieren mit verschiedenen Frequenzen in einer Vorrichtung gemäß Fig. 3 (linker Teil) überaltert. Anschließend wurden die maximalen Wattverluste nach einem ISOstündigen Altern bei 100° C gemessen. Die Meßwerte ergeben sich aus dem Dia gramm der F i g. 6, das deutlich die Verbesserung der magnetischen Eigenschaften durch das erfindungsgemäße Spannungsüberaltern erkennen läßt

Beispiel 3

Die Bedingungen des erfindungsgemäßen Überalterns hängen im Einzelfall vom Kohlenstoff- und Stickstoffgehalt des Stahls ab. Dies ergibt sich aus dem Diagramm der F i g. 7, dessen Kurven A bis C sich auf einen Stahl mit 2,2Vo Silizium und 0,009% Kohlenstoff und dessen Kurven D und E sich auf einen Stahl mit 2,9% Silizium und 0,011 Vo Kohlenstoff beziehen. Dabei wurde der Stahl gemäß Kurve A nicht überaltert und der Stahl gemäß Kurve B 15 Mi-

»o nuten bei 500° C, der Stahl gemäß Kurve C 15 Minuten bei 710° C, der Stahl D nicht und der Stahl £ 15 Minuten bei 600° C jeweils in einer Vorrichtung gemäß F i g. 4 überaltert. Der Durchmesser der Rollen in der Überalterungszone 19 betrug 1000 mm;

»5 jedem Band wurde durch 31 Biegungen eine Spannung von 2 bis 3 cb erteilt Die gemäß Gleichung (2) errechneten Bandspannungen (/ = 0,5 mm, D = 1000 mm) ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle.

Stahl

0,009VoC 2,2VoSi

0,011VoC 2,9VoSi

Temperatur

(⁰C)

500 600

600

E₁. (cb)

1,210* 0,9 · 10«

0,9-10«

(cb)

6,0

4,5

Streckgrenze

(cb)

9,6 7,2

8,1

σ/UP

0,625 0,625

0,556

Die Wattverluste nach einem zweiminütigen Glühen bei 900° C ohne anschließendes Überaltern erhöhen sich entsprechend den Kurven A und D mit der Alterungszeit, während sich die Wattverluste entsprechend den Kurven B, C und E im Diagramm der F i g. 7 infolge des erfindungsgemäßen Spannungsüberalterns nicht oder nur wenig ändern. In diesem Zusammenhang ist zu berücksichtigen, daß sich die Ergebnisse mit zunehmender Biegezahl verbessern.

Beispiel 4

Ein Stahl mit 0,04Vo Kohlenstoff, 0,02% Silizium, 0,3 V« Mangan, 0,014Vo Phosphor und 0,015 V» Schwefel, Rest Eisen, wurde im Konverter gefrischt und zu Blöcken vergossen. Die Blöcke wurden vorgewalzt und mit einer Endtemperatur von 860° C bis auf eine Dicke von 2,0 mm warmgewalzt und bei 700° C gehaspelt Nach einem Säurebeizen wurde das Band bis auf eine Enddicke von 0,5 mm kaltgewalzt, zwei Minuten bei 800° C in einer Vorrichtung entsprechend Fig. 4 geglüht, abgeschreckt unc 15 Minuten bei 690° C überaltert Danach wurde das Blech 100 Stunden bei 200° C gealtert; seine Watt Verluste lagen bei 19%.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

1515

Claims

stoff so niedrig wie möglich einzustellen- Niedrige Patentansprüche: Gehalte an Kohlenstoff und Stickstoff lassen sich je doch nur mit einem erheblichen Kostenaufwand ein-

1. Verfahren zum Wärmebehandeln von Elek- stellen.

troblech, bei dem ein Stahlband aus einem Stahl 5 Des weiteren ist es bekannt, einem magnetischen mit höchstens 0,08 Vt Kohlenstoff, höchstens Altern durch ein Überaltem des Stanls entgegenzu-3,0% Silizium, höchstens 0,5 V· Mangan, hoch- wirken, das gleichsam das magnetische Altern künststens 0,08 Vt Phosphor, höchstens 0,02·/β Schwefel Hch vorwegnimmt und einer späteren Beeinträchti- und höchstens 0,5 V* Aluminium, Rest Eisen mit gung der magnetischen Eigenschaften vorbeugt Mit den üblichen erschmelzungsbedingten Verunrei- io dem künstlichen Altern ist selbstverständlich eine Benigungen, geglüht, abgekühlt, überaltert, erneut einträchtigung der magnetischen Eigenschaften verabgekühlt, eventuell mit einer eingebrannten Iso- blinden, wenngleich sich dies durch zweckentlierschicht versehen und/oder eventuell nachge- sprechende Wahl der Alterungsbedingungen in Grenwalzt wird, dadurch gekennzeichnet, zen halten läßt

daß das Überaltem im Durchlauf unter einer 15 Stähle für Elektroblech werden üblicherweise im mechanischen Spannung vom 0,5- bis l,2fachen Konverter oder Elektroofen gefrischt und im Vakuum der Streckgrenze bei der Überalterungstemperatur entgast, warm- und kaltgewalzt sowie im Durchlaufdurchgeführt wird. ofen kurzzeitig «kristallisierend geglüht

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch ge- Beim Durchlaufglühen wird das Band einige Mikennzeichnet daß dem Stahlband beim Über- sw nuten bei 700 bis 1200° C geglüht um die magnealtern eine Zugspannung erteilt wird. tischen Eigenschaften zu verbessern, danach sofort

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- gehaspelt und somit rasch abgekühlt so daß verhältkennzeichnet, daß dem Stahlband beim Über- nismäßig viel Kohlenstoff und Stickstoff in fester Löaltern eine Biegespannung erteilt wird. sung verbleibt

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- «5 Um den in fester Lösung befindlichen Kohlenstoffkennzeichnet, daß das Stahlband beim Überaltern uud Stickstoff möglichst weitgehend auszuscheiden, in Vibration versetzt wird. kann das rekristallisierende Glühen auch in einem

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- Haubenofen mit langsamer Abkühlungsgeschwindigrens nach den Ansprüchen 1 bis 4, die in Durch- keit erfolgen. Wirtschaftliche Grünoe sprechen jedoch laufrichtung des Bandes nacheinander einen Beiz- 30 gegen das Haubenglühen, da es etwa 10 Tage je Bund behälter, eine Aufheizzone, eine Glühzone, eine im Vergleich zu nur 30 Minuten beim Durchlauf-Kühlzone, eine Überalterungszone, eine Kühl- glühen fordert und sich die Ausbildung der Oxydzone, eine Auftragvorrichtung, einen Brennofen, schicht der Blechoberfläche im Gegensatz zum Durchein Dressiergerüst, eine Richtmaschine und eine laufglühen nicht beeinflussen läßt.

Schere aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß 35 Es wäre daher von Vorteil, wenn beim Durchlauf-Zugrollen (4) Biegerollen (7) und ein Vibrator glühen ein Überaltern, insbesondere ein Überaltern (10, 11) einzeln oder nebeneinander in der Über- im Anschluß an ein Lösungsglühen möglich wäre. Bei alterungszone angeordnet sind. den herkömmlichen horizontalen Durchlaufofen,

bei denen das Stahlband die Überalterungszone in sehr 40 kurzer Zeit passiert, ist dies jedoch kaum möglich.

Eine Verminderung der Durchlaufgeschwindigkeit

des Bandes würde dagegen gerade die Vorteile des Durchlaufglühens aufheben, während eine Ver-

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum längerung der Überalterungszone mit einer beträcht-Wärmebehandeln von Elektroblech, bei dem ein 45 liehen Erhöhung der Investitionskosten verbunden Stahlband aus einem Stahl mit höchstens 0,08 °/o Koh- wäre. Aus diesem Grunde sind bislang alle Versuche lenstoff, höchstens 3,0 °/o Silizium und höchstens gescheitert, im industriellen Maßstab Stahlband im 0,05 °/o Mangan, höchstens 0,08 °/o Phosphor, hoch- Durchlaufofen zu überaltern.

stens 0,02 °/o Schwefel und höchstens 0,5 Vo Alumini- Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein

um, Rest Eisen mit den üblichen erschmelzungsbe- 50 Verfahren zum kontinuierlichen Überaltern zu schafdingten Verunreinigungen, geglüht, abgekühlt, überal- fen. Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf der Festtert, erneut abgekühlt, eventuell mit einer eingebrann- stellung, daß sich die Karbide und Nitride in verten Isolierschicht versehen und/oder eventuell nach- stärktem Maße ausscheiden und demzufolge ein Übergewalzt wird. altern in kurzer Zeit erfolgen kann, wenn dem Stahl-Elektroblech für Eisenkerne von Motoren, Genera- 55 band beim Glühen eine mechanische Spannung erteilt toren und Transformatoren wird üblicherweise aus und beispielsweise wiederholt hin und her gebogen, Siliziurnstählen oder sehr weichen Stählen mit bis gestreckt oder einer Vibration unterworfen wird. 3% Silizium hergestellt; es muß eine hohe Permeabi- Die aus dem Biegen, Strecken oder der Vibration lität und niedrige elektrische Verluste, insbesondere resultierende mechanische Spannung führt, selbst niedrige Wattverluste besitzen und unterliegt norma- 60 wenn sie unte.i der Streckgrenze liegt, zu einer Erlerweise einer magnetischen Alterung, die zu einer höhung der Versetzungsdichte sowie zu einer BeBeeinträchtigung der vorerwähnten Eigenschaften im schleunigung der Diffusion entlang diesen Versetzun-Gebrauch führt. gen, oder das Ausscheiden der Karbide und Nitride Die magnetische Alterung ist darauf zurückzu- wird durch die als Ausscheidungsnester fungierenden führen, daß in fester Lösung befindlicher Kohlenstoff 65 Versetzungen beschleunigt. Hierfür ist jede zusätzliche und Stickstoff als Karbid bzw. Nitrid im Gebrauch Spannung geeignet, die zu einer Erhöhung der Verausgeschieden werden. Demzufolge geht das Be- setzungsdichte führt. Allerdings ergibt sich beim streben dahin, die Gehalte an Kohlenstoff und Stick- Strecken und Biegen keine ausreichende Erhöhung