DE2362876C3 - Verfahren zum Herstellen von Elektroblech mit Würfel-Textur - Google Patents

Description

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

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

Kornorientiertes Elektroblech mit hervorragenden Eigenschaften in der Walzrichtung läßt sich jedoch in der [111]-Richtung von 55° zur Walzrichtung und in der |l10]-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 _4S Falle eines Motors, der an sich eine hohe Induktion in eilen 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 (100)[001]-Orientierung in der Walzebene bzw. mit Würiel-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 basieri auf einem besonderen Walzen üblicher Stähle für kornorientiertes Elektroblech oder reinen Eisens, niedriggekohltcr und silizierter sowie Mangan oder Aluminium. Chrom. Nickel. Kobalt und Molybdän

enthaltender Stähle.

Im einzelnen wird der Stahl erfindungsgemäl vorzugsweise bei Raumtemperatur einer starkei Verformung bzw. Querschnittsabnahme unter Verwen dung besonderer Walzen unterworfen. Auf diese Weis, erhöht sich die Versetzungsdichte und ergibt sich eir.i hohe innere Spannung bzw. Oberflächenenergie. Die stellt eine wesentliche Voraussetzung für die Bildunj von Keimen für das (100)-Korn beim Glühen dar un< schafft eine ausreichende Energie für die Kornbildung Zum anderen sollen die im Rahmen des erfindungsge mäßen Verfahrens verwendeten besonderen Walzei einen Werkstofffluß nicht nur in der Walzrichtung sondern auch quer zur Walzrichtung bewirken um insbesondere verbessern, um günstige Voraussetzung^ für die Bildung einer Würfel-Textur zu schaffen. Hierfü eignen sich Profilwalzen mit Oberflächenvertiefungei in und/oder quer zur Walzrichtung im Gegensatz zu de: Walzen mit glatter Oberfläche bei den herkömmliche! Verfahren.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausiüh rungsbeispielen unter Zugrundelegung der Zeichnunj des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Oberflächenausschnitt einer erfindungs gemäßen Walze,

F i g. 2 Polfiguren eines nach dem erfindungsgemaBei Verfahren hergestellten Blechs,

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

Fig.4 die Abhängigkeit der Intensität vom Verfor mungsgrad.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich mi Walzen gemäß F i g. 1 durchführen. Dabei ergibt sich in Vergleich zu einem in herkömmlicher Weise mit glatiei Walzen hergestellten Blech, insbesondere eine hohl Resispannung in der Oberflächenzone. Dadurch win die Bildung einer (110)-Textur von der Oberflächenzom aus beim Rekristallisieren unterdrückt und die Bildunj einer (lOO)-Textur von der Kernzone her geförden Beim Walzen wird nicht nur der Werkstofffluß in de Walzrichtung behindert sondern gleichzeitig auch de Werkstofffluß quer zur Walzrichtung gefördert. Au diese Weise kommt es zu Mangansulfid- ode Mangansulfid- und Aluminiumnitridausscheidungen ent sprechend der Verteilung der Restspannung oder de: Werkstoffflusses und damit zu einer Unterdrückung de Rekristallisation bzw. der Kornorientierung, wodurcl günstige Voraussetzungen für eine Doppelorientierunj wie im Falle des Überkreuzwalzens geschaffen werden.

Die Walzen können der in Fig. 1 dargestellten Ar 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-konvexe Walze oder eine Walze mit aufgerauhter Oberfläche und fördert die gewünschte (lOO)-Textur. Eine Walze mit aufgerauhter Oberfläche muß eine Rauhigkeitstieft von mindestens einigen μηι, d. h. über der olvrei Grenze für die Rauhigkeit einer glaiicn Walze, besit/en Der Walzenoberfläche entsprechend besitzt das ge walzte Blech eine konkav-konvexe Oberfläche und kam daher nicht so eingesetzt weiden; vielmehr muß da Blech mit einer glatten Walze bis auf die Enddicki nachgcwalzt werden.

Das crfind'jngsgemäße Verfahren laßt sich auf all Eisenwerkstoffe anwenden, wenngleich dabei di Siliziiimstähle wegen ihrer hohen magnetischen Induk

tion, ihrer hohen Gefügebeständigkeit, ihrer geringen Kosten und ihres kubischen Korns bei weitern im Vordergrund stehen.

Die Siliziumstähle dürfen jedoch nur bestimmte Mengen an Legierungskomponenten und Verunreinigungen wie Kohienstoff, Stickstoff. Mangan, Schwefel und Aluminium enthalten. Um den elektrschen 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 Emkohlungsglühens 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 Walztex- 2s tür 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 Hinblick auf die Dispersionsphase auf den Aluminiumgehalt 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 Aj entkohlend geglüht sowie abschließend bei Temperaturen bis 1300⁰C 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 1200°C statt und dauert 2 bis 120 Minuten, wobei den höheren Temperaturen die niedrigen Glühzeiten ent- (,₀ sprechen. Glühtemperaturen bis über 1200⁰C führen dagegen zu einem Kornwachstum und zu unerwünschten Gefügeänderungen, während Glühtemperaturcii unter 800⁰C zu lange Glühzeiten erfordern und daher unwirtschaftlich sind. Vorzuziehen ist jedoch ein (_lS kurzzeitiges kontinuierliches Glühen bei 1100⁰C.

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 A₃ zu einer leilweisen 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 A₃ erfolgt, bleibt das ferritsche Gefüge erhalten. Das Entkohlungsglühen kann bei einer Temperatur von etwa 800 bis 880°C in feuchtem Wasserstoff erfolgen. Enthält der Stahl mindestens 2% Silizium, dann kann wegen der höheren Aj-Temperatur bei höheren Temperaturen geglüht werden. Im Hinblick auf das Entkohlungsglühen sind Stähle mit niedrigerem Kohlenstoffgehalt vorzuziehen. Kohlenstoffgehalt^ bis 0,005% wirken sich günstig auf die (lOO)-Textur und die Werkstoffeigenschaften aus. Das Scnlußglühen 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 mm und der in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung einem füiifminütigem Bundglühen bei 1100⁰C 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 von 2,0 mm. Nach dem Profilwalzen wurden die Bänder mit glatten Walzen bis auf ihre Enddicke heruntergewalzt und fünf Minuten in feuchtem Wasserstoff bis auf einen Kohlenstoffgehalt von 0,005% entkohlend geglüht sowie anschließend 5 Stunden bei 1100⁰C schlußgeglüht.

Die Polfigur gemäß Fig. 2a zeigt deutlich die Würfel-Textur bei dem vorerwähnten zweistufigen Walzen mit einer Querschnittsabnahme von 50% und 65%, während die Polfigur gemäß F i g. 2b eine Würfel-Textur nach dem vorerwähnten Walzen mn Querschnittsabnahmen von 70% und 55% wiedergibt. Die beiden Polfiguren lassen erkennen, daß die kubische Textur mit steigender Querschnittsabnahme in /_tinehmendem Maße anisotrop wird. Das Diagramm der Fig. 3 gibt die entsprechenden Drehmomentkurven nach einem Profilwalzen mit einer Querschnittsabnah me 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 Il ersichtlich, bei deren Daten es sich i«m Durchschnittswerte von Messungen in zwei Richtungen handelt. Die Daten zeigen deutlich, daß die Wattverluste Wi5,5o mit 1,1 bis 1,2 W/kg und die magnetische Induktion B» mit etwa 18Wb einen Vergleich mil 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 (lOO)-Ebene. Dabei bezieht sich die Kurve (1) auf ein bloßes Profilwalzen eines warmgchaspelten Bandes mit einer Dicke von 2,3 mm und noch ein fünfstündiges Schlußglühen bei 1100⁰C, während sich die Kurve (2)

auf ein Band mit einer Ausgangsdicke von 0,7 mm nach einem Walzen mit Profilwalzen bei 70%iger Querschnittsabnahme sowie mit glatter Walzenoberfläche

Tabelle I

nach einem fünfstündigen Schlußglühen bei 1100° C bezieht.

Stahl	C C/o)	Si C/o)	(Wb)	Mn C/o)	Bs (Wb)	(Wb)	S C/o)	(Wkg)	Al gel. C/o)	N C/o)
A B Tabelle II	0,030 0,035	3,02 2,97	18,021 17,210	0,120 0,115	18,274 17,873	18,851 18,239	0,025 0,020	0,51 0,53	0,002 0,0015	0,0056 0,0059
	(Wb)					wisin (W/kg)	(W/kg)
A B	17,470 16,370			1,12 1,24	1,351 1,371
		Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

23 62 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 mindestens 50% erfolgt.