DE2362876A1 - Verfahren zum herstellen von elektroblech mit wuerfel-textur - Google Patents

Description

Drpl.-lng. H. Sauerland· Cr.-lng. R. König · Dipl.-lng. K. Bergen

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17. Dezember 1973 29 095 K

NIPPON STEEL CORPORATION

No. 6-3, 2-chome, Ote-machi, Chiyoda-ku, Tokio /Japan

"Verfahren zinn Herstellen von Elektroblech mit Würfel-Textur¹¹

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Elektroblech oder -band mit Würfel-Textur und einer (100)-Orientierung parallel zur Walzebene, insbesondere auf Elektroblech oder -band, das hinsichtlich der Richtungen der leichtesten Magnetisierbarkeit isotrop ist.

Üblicherweise wird für Eisenkerne' von Transformatoren, Generatoren und Motoren kornorientiertes Stahlblech mit sogenannter Goss-Textur verwendet, bei der die (110)-Ebene in der Walzrichtung und die jT~ 001__7 -Richtung mit der leichtesten Magnetisierbarkeit in der Walzrichtung liegt. Elektroblech mit Goss-Textur gilt trotz zahlreicher Versuche bislang noch als bester weichmagnetischer Werkstoff.

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Kornorientiertes Elektroblech mit hervorragenden Eigenschaften in der Walzrichtung läßt sich jedoch in der /""111__7 -Richtung von 55° zur Walzrichtung und in der. /~110__7 -Richtung von 90° zur Walzrichtung nur schwer magnetisieren. Dies führt zu hohen Eisenverlusten und geringer magnetischer Flußdichte in den beiden vorerwähnten Richtungen. Demzufolge kommt es in den Ecken geschichteter Transformatorenkerne zu Induktionsverlusten oder zu höheren Eisenverlusten im Falle eines Motors, der an sich eine hohe Induktion in allen Richtungen der Walzebene erfordert, so daß der elektrische Wirkungsgrad beeinträchtigt und der Energieverbrauch erhöht wird. Die vorerwähnten Nachteile bzw. solche Wattverluste lassen sich bei einem Elektroblech mit einer (i00)/~00i2-0rientierung in der Walzebene bzw. mit Würfel-Textur und zwei Vorzugsrichtungen vermeiden. Dabei ergeben sich zahlreiche Richtungen leichtester Magnetisierbarkeit in der Walzebene und demzufolge ausgezeichnete magnetische Eigenschaften, das gilt auch bei einer anisotropen Textur hinsichtlich der betreffenden Richtung. Die Verwendung von Blechen mit Würfel-Textur gestatten eine erhebliche Verkleinerung elektrischer Geräte mit allen ihren Vorteilen.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Elektroblech mit Würfel-Textur und ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften zu schaffen. Die Lösung dieser Aufgabe basiert auf einem besonderen Walzen üblicher Stähle für kornorientiertes Elektroblech oder reinen Eisens, niedriggekohlter und silizierter sowie Mangan oder Aluminium, Chrom, Nickel, Kobalt und Molybdän enthaltender Stähle.

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Im einzelnen wird der Stahl erfindungsgemäß vorzugsweise bei Raumtemperatur einer starken Verformung bzw. Querschnitts abnähme unter Verwendung besonderer Walzen unterworfen. Auf diese Weise erhöht sich die Versetzungsdichte und ergibt sich eine hohe imene Spannung bzw., Oberflächenenergie. Dies stellt eine wesentliche Voraussetzung für die Bildung von Keimen für das (100)-Korn beim Glühen dar und schafft eine ausreichende Energie für die Kornbildung. Zum anderen sollen die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten besonderen Walzen einen Werkstofffluß nicht nur in der Walzrichtung, sondern auch quer " zur Walzrichtung bewirken und insbesondere verbessern,um günstige Voraussetzungen für die Bildung einer Würfel-Textur zu schaffen. Hierfür eignen sich Profilwalzen mit Oberflächenvertiefungen in und/oder quer zur Walzrichtung im Gegensatz zu den Walzen mit glatter Oberfläche bei den herkömmlichen Verfallen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei. spielen unter Zugrundelegung der Zeichnung des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Oberflächenausschnitt einer erfindungsgemäßen Walze;

Fig. 2 Polfiguren eines nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Blechs;

Fig. 3 ein Drehmomentdiagramm eines mit einer erfindungsgemäßen und einer glatten Walze gewalzten Blechs und

Fig. 4 die Abhängigkeit der Intensität vom Verformungsgrad.

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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mit Walzen gemäß Fig. 1 durchführen. Dabei ergibt sich im Vergleich zu einem in herkömmlicher Weise mit glatten Walzen hergestellten Blech, insbesondere eine hohe Restspannung in der Oberflächenzone. Dadurch wird die Bildung einer (110)-Textur von der Oberflächenzone aus beim Rekristallisieren unterdrückt und die Bildung einer (100)-Textur von der Kernzone her gefördert. Beim Walzen wird nicht nur der Werkstofffluß in der Walzrichtung behindert sondern gleichzeitig auch der Werkstofffluß quer zur Walzrichtung gefördert. Auf diese Weise kommt es zu Mangansulfid- oder Mangansulfid- und Aluminiumnitridausscheidungen entsprechend der Verteilung der Restspannung oder des Werkstoffflusses und damit zu einer Unterdrückung der Rekristallisation bzw. der Kornorientierung, wodurch günstige Voraussetzungen für eine Doppelorientierung wie im Falle des Überkreuzwalzens geschaffen werden.

Die Walzen können der in Fig. 1 dargestellten Art entsprechen; ihre Ausnehmungen sind nach Abmessung und Anordnung vorzugsweise unter Berücksichtigung der gewünschten Würfel-Textur gestaltet. Die in Fig. 1 dargestellte Walze wirkt wie eine konkav-konvexeWalze oder eine Walze mit aufgerauhter Oberfläche und fördert die gewünschte (100)-Textur. Eine Walze mit aufgerauhter Oberfläche muß eine Rauhigkeitstiefe von mindestens einigen

i-<m, d.h. über der oberen Grenze für die Rauhigkeit einer glatten Walze, besitzen, Der Walzenoberfläche entsprechend besitzt das gewalzte Blech eine konkav-konvexe Oberfläche und kann daher nicht so eingesetzt werden; vielmehr muß das Blech mit einer glatten Walze bis auf die Enddicke nachgewalzt werden.

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Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auf alle Eisenwerkstoffe anwenden, wenngleich dabei die Siliziumstähle wegen ihrer hohen magnetischen Induktion, ihrer hohen Gefügebeständigkeit, ihrer geringen Kosten und ihres kubischen Korns bei weitem im Vordergrund stehen.

Die Siliziumstähle dürfen jedoch nur bestimmte Mengen an Legierungskomponenten und Verunreinigungen wie Kohlenstoff, Stickstoff, Mangan, Schwefel und Aluminium enthalten. Um den elektrischen Widerstand zu erhöhen und die Wirbelstromverluste herabzusetzen, können Siliziumstähle bis 5% Silizium enthalten, wobei sich die obere Gehaltsgrenze aus der Gefahr einer Rißbildung beim Walzen ergibt. Des weiteren muß der Stahl im Hinblick auf die Walztextur eine gewisse Menge Kohlenstoff enthalten, doch sollte der Kohlenstoffgehalt wegen des erforderlichen Entkohlungsglühens 0,2% nicht übersteigen. Des weiteren enthält der Stahl Mangan, das sich auf das Gefügekorn auswirkt und als Mangansulfid eine inhibierende Dispersionsphase bildet. Der Mangangehalt ist jedoch auf bis 1% limitiert. Im Hinblick auf die vorerwähnte Dispersionsphase enthält der Stahl des weiteren Schwefel, der sich ebenfalls auf die Kornorientierung auswirkt, andererseits jedoch die Werkstoffeigenschaften beeinträchtigt und daher letztlich entfernt werden muß. Der Schwefelgehalt kann bis 0,1% betragen. Das Aluminium beeinflußt im gelösten Zustand die Walztextur des Stahlblechs und bildet als Aluminiumnitrid eine inhibierende Dispersionsphase, die ebenso wie das Mangansulfid die Kristallebene bzw. -orientierung beeinflußt. Der Stahl kann bis 5% Aluminium enthalten, da ein Elektroblech aus einem Stahl mit an Stelle von Silizium gelöstem Aluminium vorzugsweise eine Würfel-Textur bildet. Der Stickstoffgehalt des Stahls sollte im

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Hinblick auf die Dispersionsphase auf den Aluminiuragehalt abgestellt werden. Andererseits sollte das fertige Blech keinen freien Stickstoff enthalten, weswegen der Stickstoffgehalt des Stahls höchstens 0,01% beträgt.

Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden gegebenenfalls stranggegossene Stahlblöcke oder -brammen warmgewalzt und das Warmblech mit den erfindungsgemäßen Walzen kaltgewalzt.

Dabei wird das in üblicher Weise warmgewalzte Band mit einer Dicke von 2 bis 5 mm warmgehaspelt und gegebenenfalls einem Bundglühen bei Temperaturen bis 1200°C unterworfen, um ein gleichmäßiges Gefüge einzustellen.Danach wird das Band beidseitig mit einem Verformungsgrad von unter 50% unter Verwendung der erfindungsgemäßen Profilwalzen kaltgewalzt und anschließend mit glatten Walzen fertiggewalzt. Das Kaltband wird dann in einer feuchten Atmosphäre bei Temperaturen bis A, entkohlend geglüht sowie abschließend bei Temperaturen bis 1300°C rekristallisierend geglüht, um die gewünschte (100)-Würfel-Textur zu entwickeln. Die Würfellage läßt sich auch bei einem zweistufigen Kaltwalzen mit einem Zwischenglühen nach dem Walzen mit den Profilwalzen erreichen.

Das Bundglühen findet bei einer Temperatur von 800 bis 120O⁰C statt und dauert 2 bis 120 Minuten, wobei den höheren Temperaturen die niedrigen Glühzeiten entsprechen. Glühtemperaturen bis über 1200⁰C führen dagegen zu einem Kornwachstum und zu unerwünschten Gefügeänderungen, während Glühtemperaturen unter 800⁰C zu lange Glühzeiten erfordern und daher unwirtschaftlich sind. Vorzuziehen ist jedoch ein kurzzeitiges kontinuierliches Glühen bei HOO⁰C.

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Da die Aufheiz- und Abkühlungsgeschwindigkeit die Würfel-Textur beeinflussen, ist eine sorgfältige Kontrolle erforderlich.

Auch wenn die Verfahrensbedingungen sorgfältig auf die gewünschte Würfellage abgestellt sind, kommt es beim Glühen oberhalb A, zu einer teilweisen Umwandlung des Ferrits in Austenit und damit zu einer instabilen Orientierung bzw. Schwächung der Würfellage. In manchen Fällen ist das Gefüge auch völlig austenitisch und läßt sich keine Vorzugslage erreichen. Wenn daher das Entkohlungsglühen vor dem Schlußglühen unterhalb A, erfolgt, bleibt das ferritsehe Gefüge erhalten. Das Entkohlungsglühen kann bei einer Temperatur von etwa 800 bis 88O⁰C in feuchtem Wasserstoff erfolgen. Enthält der Stahl mindestens 2% Silizium, dann kann wegen äse höheren A₇,-Temperatur bei höheren Temperaturen geglüht werden. Im Hinblick auf das Entkohlungsglühen sind Stähle mit niedrigerem Kohlenstoffgehalt vorzuziehen. Kohlenstoffgehalte bis 0,005% wirken sich günstig auf die (100)-Textur und die Werkstoffeigenschaften aus. Das Schlußglühen erfolgt langzeitig bei hohen Temperaturen, um im Wege einer Sekundärrekristallisation bei gleichzeitigem Entschwefeln und Entsticken günstige Werkstoffeigenschaften zu erreichen.

Bei einem Versuch wurden Bänder aus zwei Stählen A und B mit einer Dicke von 2,3 nun und der in Tabelle I angegebenen Zusammensetzung einem fünfminütigem Bundglühen bei 1100°C unterworfen, um das Gefüge zu entwickeln und die Ausscheidungsphasen einzustellen. Nach dem Glühen wurde das Bund in Luft abgekühlt und mit Walzen der in Fig.1 dargestellten Art kaltgewalzt. Die Walzen besaßen einen Durchmesser von 123 mm sowie Ausnehmungen mit einer Tiefe von 0,25 mm, einer Breite von 0,5 mm und einem Abstand

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von 2,0 mm. Nach dem Profilwalzen wurden die Bänder mit g]£fcten Walzen bis auf ihre Enddicke heruntergewalzt und fünf Minuten in feuchtem Wasserstoff bis auf einen Kohlenstoffgehalt von 0,005% entkohlend geglüht sowie anschließend fünf Stunden bei 1100⁰C schlußgeglüht.

Die Polfigur gemäß Fig. 2a zeigt deutlich die Würfel-Textur bei dem vorerwähnten zweistufigen Walzen mit einer Querschnittsabnahme von 60% und 65%, während die Polfigur gemäß Fig. 2b eine Würfeltextur nach dem vorerwähnten Walzen mit Querschnittsabnahmen von 70% und 55% wiedergibt. Die beiden Polfiguren lassen erkennen, daß die kubische Textur mit steigender Querschnittsabnahme in zunehmendem Maße anisotrop wird. Das Diagramm der Fig. 3 gibt die entsprechenden Drehmomentkurven nach einem Profilwalzen mit einer Querschnittsabnahme von 70% und einem Walzen mit glatten Walzen und einer Querschnittsabnahme von 55% wieder. Die magnetischen Eigenschaften des Blechs mit der anisotropen Orientierung sind aus der nachfolgenden Tabelle II ersichtlich, bei deren Daten es sich um Durchschnittswerte von Messungen in zwei Richtungen handelt. Die Daten zeigen deutlich, daß die Wattverluste W-15/50 mit 1,1 bis 1,2 W/kg und die magnetische Induktion' B_Q mit etwa 18 Wb einen Vergleich mit üblichem kornorientierten Stahlblech durchaus aushalten.

Das Diagramm der Fig. 4 zeigt die Auswirkungen unterschiedlicher Verformungsgrade beim Walzen mit Profilwalzen und glatten Walzen auf die Intensität der (100)-Ebene. Dabei bezieht sich die Kurve (1) auf ein bloßes Profilwalzen eines warmgehaspelten Bandes mit einer Dicke von 2,3 mm und noch ein fünfstündiges Schlußglühen bei 1100°C, während sich die Kurve (2) auf ein Band mit einer Ausgangsdicke von 0,7 mm nach einem Walzen mit Profilwalzen

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bei 70%iger Querschnittsabnahme sowie mit glatter Walzenoberfläche nach einem fünfstündigen Schlußglühen bei 1100⁰C bezieht.

	(	C %)	Tabelle	Si	0 0	I	Mn {%)	0, 0,	S (%)	0 0	,002 ,0015	0, o,	N (%)
	0 0	,030 ,035		,02 · ,97	,120 ,115		025 020				0056 0059
Stahl
A B	3, 2.

Tabelle II

3
(Wb)

^B5 ^B8 ^B25 ^¥10/50 ^W15/50 ^W17/50 (Wb) (Wb) (Wb) (Wkg) (ff/kg) (/)

A 17,470 18,021 18,274 18,851 0,51 1,12 1.351 B 16,370 17,210 17.873 18.239 0,53 1,24 1.371

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Claims (3)

NIPPON STEEL CORPORATION No.6-3, 2-chome, Ote.-machi, Chiyoda-ku, Tokio /Japan Patentansprüche;

1. Verfahren zum Herstellen von Elektroblech mit Würfel-Textur durch Kaltwalzen von Warmband und anschließendes Entkohlungs- und Schlußglühen, dadurch . gekennzeichnet, daß das Warmband mit Profilwalzen und anschließend mit glatten Walzen gewalzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband vor dem Profilwalzen geglüht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Profilwalzen mit einer Querschnittsabnahme von mindestes 50% erfolgt.

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