DE2445358A1 - PROCESS FOR THE PRODUCTION OF SILICON-FREE STEEL FOR ELECTROMAGNETIC APPLICATIONS - Google Patents
PROCESS FOR THE PRODUCTION OF SILICON-FREE STEEL FOR ELECTROMAGNETIC APPLICATIONSInfo
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Description
British Steel Corporation, 35 Grosvenor Place, LondonBritish Steel Corporation, 35 Grosvenor Place, London
Verfahren zur Erzeugung eines äiliciumfreien Stahls für elektromagnetische AnwendungenMethod of producing a silicon-free steel for electromagnetic applications
Die Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung von Stahl für elektromagnetische Anwendungen, d.h. auf die Erzeugung eines Stahls, der den Magnetkreis in elektrischen Maschinen führt.The invention relates to the production of steel for electromagnetic applications, i.e. to the production a steel that guides the magnetic circuit in electrical machines.
Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit solchen elektrischen Stählen, die nicht absichtlich mit Silicium geimpft sind, um ihre elektrische Leitfähigkeit herabzusetzen oder andere erwünschte Eigenschaften dem Stahl zu verleihen und die Verluste zu verringern, die von Wirbelströmen oder dergleichen herrühren die bei einer elektrischen Erregung entstehen können. Derartige "siliciumfreie" Stähle enthalten üblicherweise Silicium in'Konzentrationen unter 0,05 Gewichtsprozent im Gegensatz zu Siliciumstählen, bei denen die Siliciumkonzentration zwischen 0,5 % und 3,25 % liegt.In particular, the invention is concerned with such electrical steels which are not intentionally inoculated with silicon in order to reduce their electrical conductivity or to impart other desirable properties to the steel and to reduce the losses which result from eddy currents or the like which can result from electrical excitation . Such “silicon-free” steels usually contain silicon in concentrations below 0.05 percent by weight, in contrast to silicon steels in which the silicon concentration is between 0.5 % and 3.25 % .
Im allgemeinen werden Stähle für elektromagnetische Anwendungen aus geeigneten Mehrzweckstählen erzeugt, die mit irgendeinem Sauerstoff-Aufblas-Verfahren oder nach dem Siemens-Martin-Verfahren oder nach anderen bekannten StahlerzeugungsverfahrenIn general, steels for electromagnetic applications are made from suitable general purpose steels that are matched with any Oxygen inflation process or according to the Siemens-Martin process or by other known steelmaking processes
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gefrischt wurden. Diese Stähle enthalten Üblicherweise Kohlenstoff in Konzentrationen bis zu 0,05 %» Phosphor bis zu 0,025 %, während der Rest Eisen mit einigen anderen Verunreinigungen ist.have been refreshed. These steels usually contain carbon in concentrations up to 0.05 % » phosphorus up to 0.025 %, while the remainder is iron with some other impurities.
Nach der Behandlung im Brammenwalzwerk und nach dem Heißwalzen solcher Stähle wird das so erzeugte Band kaltgewalzt und anschließend einem Entkohlungsgluhen unterworfen, um den Kohlenstoffgehalt auf einen annehmbaren Wert abzusenken. Nach dem Entkohlungsgluhen werden die Bänder nochmals durch Kaltwalzen auf die Enddicke gebracht.After the treatment in the slab rolling mill and after the hot rolling of such steels, the strip produced in this way is cold-rolled and then subjected to a decarburization anneal to reduce the carbon content to an acceptable level. After this In decarburization annealing, the strips are brought to their final thickness again by cold rolling.
Die Einführung der Entkohlungsglühstufe zur Verminderung des Kohlenstoffgehalts des aus der primär Kaltwalzstufe austretenden Stahlbandes erhöht die Kosten des Stahlbandes bzw. des so erzeugten Bleches. Diese Kostennachteile ergeben sich teilweise aus dem hohen Preis des Reduktionsgases, welches dem Glühofen zugeführt werden muß und teilweise aus der Höhe der Kosten solcher öfen die geeignet sind sicher mit einer reduzierenden Gasatmosphäre zu arbeiten.The introduction of the decarburization annealing stage to reduce the carbon content of the primary cold rolling stage Steel strip increases the cost of the steel strip or of the sheet metal produced in this way. These cost disadvantages arise in part from the high price of the reducing gas, which has to be fed to the annealing furnace and partly from the amount of The cost of such ovens are safe with a reducing To work gas atmosphere.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, Elektrostähle zu schaffen, die eine ausreichende Härte und gute magnetische Eigenschaften besitzen, jedoch nicht die Nachteile aufweisen, die aus der Notwendigkeit der Entkohlung während des Glühens resultieren.The invention is based on the object of creating electrical steels which have sufficient hardness and good magnetic properties Have properties but do not have the disadvantages arising from the need for decarburization during annealing result.
Gemäß der Erfindung wird das Verfahren zur Erzeugung eines siliciumfreien Stahles für elektromagnetische Anwendung in der Weise durchgeführt, daß zunächst eine Entgasungsbehandlung im Vakuum nach einem herkömmlichen Prischprozeß durchgeführt wird, um die Kohlenstoffkonzentrat!on auf weniger als 0,02 Gewichtsprozent zu vermindern, daß die PhosphorkonzentrationAccording to the invention, the method for producing a silicon-free steel for electromagnetic application in carried out in such a way that a degassing treatment is first carried out in a vacuum according to a conventional prisch process is used to reduce the carbon concentration to less than 0.02 Weight percent that reduce the phosphorus concentration
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vor, während oder nach der Entgasungsbehandlung so eingestellt wird, daß der Phosphorgehalt in einem Bereich zwischen 0,05 % und 0,15 % liegt, daß der so erzeugte Stahl heiß und kalt gewalzt wird, wodurch eine Zwischenabmessung erhalten wird und daß der kaltgewalzte Stahl einem Glühen ohne Entkohlung ausgesetzt wird, um ihn schließlich auf die endgültige Stärke zu walzen.before, during or after the degassing treatment is adjusted so that the phosphorus content is in a range between 0.05 % and 0.15 % , that the steel so produced is hot and cold rolled, whereby an intermediate dimension is obtained and that the cold rolled steel is subjected to annealing without decarburization in order to finally roll it to the final thickness.
Der Stahl, der einer Vakuumentgasung unterworfen wird, kann durch irgendwelche Sauerstoff-Aufblas-Verfahren oder im Siemens-Martin-Ofen gefrischt oder einem anderen Prozeß zur Stahlherstellung unterworfen werden und er enthält vorzugsweise Mangan in einem Bereich zwischen 0,35 und 0,9 Gewichtsprozent. Falls die Mangankonzentration außerhalb dieser Grenzen liegt, kann sie so eingestellt werden, daß sie in den bevorzugten Bereich gelangt, in-dem eine geignete Impfung entweäer vor oder nach der Vakuumentgasung durchgeführt wird.The steel that is subjected to vacuum degassing can be made by any oxygen inflation method or im Siemens-Martin furnace refurbished or subjected to another process for steel production and it preferably contains Manganese in a range between 0.35 and 0.9 percent by weight. If the manganese concentration is outside of this Limits, it can be adjusted so that it comes within the preferred range in which a suitable Inoculation dewater is carried out before or after vacuum degassing.
Ein typischer gemäß der Erfindung hergestellter Stahl enthält nach der Vakuumentgasung zwischen 0,004 und 0,02 % Kohlenstoff, bis zu 0,04 % Sauerstoff, zwischen 0,35 % und 0,9 % Mangan und 0,07 % bis 0,15 $ Phosphor, während der Rest Eisen ist mit entsprechenden zufälligen Verunreinigungen. Der Sauerstoffgehalt des Stahls kann weiter auf unter 0,o2 % gesenkt werden, indem ein geeignetes chemisches Desoxydationsmittel zugeführt wird, z.B. Silicium oder Aluminium. Jedoch soll der Anteil des Desoxydationsmittels in seiner Konzentration im Stahl nicht mehr als 0,01 % und vorzugsweise nicht mehr als 0,005 % betragen. Der Phosphorgehalt im Stahl, der sich als wirksam erwiesen hat, um die verminderte Härte zu kompensieren, die durch die folgende statische Glühbehandlung herbeigeführt wird, wird vorzugsweise in den Stahl durchA typical steel produced according to the invention contains, after vacuum degassing, between 0.004 and 0.02 % carbon, up to 0.04 % oxygen, between 0.35 % and 0.9 % manganese and 0.07 % to 0.15% phosphorus while the rest is iron with corresponding incidental impurities. The oxygen content of the steel can be further reduced to below 0.02% by adding a suitable chemical deoxidizer, for example silicon or aluminum. However, the proportion of the deoxidizing agent in its concentration in the steel should not be more than 0.01 % and preferably not more than 0.005 % . The phosphorus content in the steel, which has been found to be effective to compensate for the reduced hardness brought about by the subsequent static annealing treatment, is preferably carried through to the steel
5098U/03625098U / 0362
Impfen mit Phosphoreisen oder anderen geeigneten Phosphorverbindungen eingestellt, die eine relativ niedrige Verdampfungscharakteristik bei der Temperatur der Schmelze haben, in die sie eingeführt werden.Inoculate with phosphorus iron or other suitable phosphorus compounds set, which has a relatively low evaporation characteristic at the temperature of the melt have into which they are introduced.
Zweckmäßigerweise wird el sr Stahl nach dem Kaltwalzen zu einem Band einer statischen GlUhbehandlung ohne Entkohlung unterworfen, und zwar bei einer Temperatur im Bereich zwischen 6500C und 7000C (12200F bis 13000F). Es können unter Umständen jedoch auch höhere oder niedrigere Temperaturen Anwendung finden. Die Glühbehandlung kann so durchgeführt werden, daß das kaltgewalzte Band mit einem glänzenden Überzug versehen wird und es kann dies in einer Atmosphäre erfolgen, die einen geringen Anteil eines reduzierenden Gases, z.B. Wasserstoff enthält. Ein geeignetes Gas für ein Glühen ohne Entkohlung für einen glänzenden Überzug ist beispielsweise Stickstoff, welches etwa 4 Volumenprozent Wasserstoff enthält.Conveniently, el sr steel is subjected to cold rolling into a tape of a static GlUhbehandlung without decarburization, and at a temperature in the range between 650 0 C and 700 0 C (1220 0 F 1300 0 F). Under certain circumstances, however, higher or lower temperatures can also be used. The annealing treatment can be carried out in such a way that the cold-rolled strip is provided with a shiny coating and this can be done in an atmosphere which contains a small proportion of a reducing gas, for example hydrogen. A suitable gas for annealing without decarburization for a shiny coating is, for example, nitrogen, which contains about 4 percent by volume of hydrogen.
Die Heißwalzparameter und die Kaltwalzparameter, die gemäß der Erfindung benutzt werden, entsprechen den herkömmlichen Parametern, die zur Erzeugung von siliciumfreien Elektrostählen benutzt werden. Im typischen Falle wird der Stahl bei einer Temperatur innerhalb eines Bereiches zwischen 820°C und 1000 C (1550°F bis 185O0F) und danach erfolgte ein Primär-Kaltwalzen bis auf 5 % bis I5 % der Endstärke bevor der Glühvorgang ohne Entkohlung einsetzte.The hot rolling parameters and the cold rolling parameters used in accordance with the invention correspond to the conventional parameters used for the production of silicon-free electrical steels. In the typical case of the steel is at a temperature within a range between 820 ° C and 1000 C (1550 ° F to 185o 0 F) and thereafter a primary cold rolling was carried out up to 5% to l5% of the final thickness before the annealing without decarburization started .
Als Beispiel für die Erfindung wurde bei einer Ausführungsform Stahl aus einem Sauerstoff-Aufblas-Verfahren von dem Konverter im unberuhigten Zustand in eine Pfanne abgelassen. In diesem Zustand enthält der Stahl im typischen Fall Kohlenstoff zwischen 0,02 und 0,07 Gewichtsprozent zusammen mit Sauerstoff zwischen 0,04 % und 0,14 %9 während der Rest Eisen ist abge-As an example of the invention, in one embodiment, steel from a top-blown oxygen process was drained from the converter into a ladle in the unsettled state. In this state, the steel typically contains carbon from 0.02 to 0.07 per cent by weight together with oxygen between 0.04% and 0.14% 9 while the rest is iron off
509814/0362509814/0362
sehen von Verunreinigungen, die zufällig im Frischprozeß vorhanden sind.see of impurities that happen to be present in the freshening process.
Während sich der Stahl in der Pfanne befand wurde er mit Phosphor in Gestalt von Phosphoreisen in einer Menge geimpft, die ausreicht, die Phosphorkonzentration der Schmelze auf ungefähr 0,10 % zu "bringen.While the steel was in the ladle, it was inoculated with phosphorus in the form of phosphorus iron in an amount sufficient to bring the phosphorus concentration of the melt to approximately 0.10%.
Aus der Pfanne wird der Stahl in eine ■Vakuumentgasungsvorrichtung eingebracht und er wird einem verminderten Druck ausgesetzt, um die Kohlenstoffkonzentration auf 0,02 % oder weniger zu reduzieren. Die Sauerstoffkonzentration der Schmelze, die während der Vakuum-Entgasung ebenfalls reduzierend ist, kann weiter dadurch abgesenkt werden, daß ein chemisches Desoxydationsmittel, z.B. Aluminium zugesetzt wird, welches in einer Menge verwendet wird, die eine Endaluminiumkonzentration ergibt, welche 0,ol % nicht überschreitet und vorzugsweise nicht höher liegt als 0,005 %. Während der chemischen Desoxydation, die vorzugsweise ebenfalls unter Vakuum stattfindet, wird der restliche freie Sauerstoff in Aluminiumoxyd umgesetzt, das aus der Schmelze durch Flotation entfernt wird, wobei die Turbulenz in der Schmelze benutzt wird, die durch die Vakuumbehandlung selbst eingeführt wird. Eine typische Endsauerstoff konzentrat ion nach der chemischen Desoxydation liegt zwischen 0,002 % und 0,03 %. From the ladle, the steel is placed in a vacuum degassing device and subjected to reduced pressure to reduce the carbon concentration to 0.02 % or less. The oxygen concentration of the melt, which is also reducing during the vacuum degassing, can be further reduced by adding a chemical deoxidizing agent, e.g. aluminum, which is used in an amount that results in a final aluminum concentration which does not exceed 0.01% and preferably is no more than 0.005 %. During the chemical deoxidation, which preferably also takes place under vacuum, the remaining free oxygen is converted into aluminum oxide, which is removed from the melt by flotation, using the turbulence in the melt which is introduced by the vacuum treatment itself. A typical final oxygen concentration after chemical deoxidation is between 0.002 % and 0.03 %.
Während dieser Verfahrensstufe wird Mangan erforderlichenfalls zugesetzt, vorzugsweise während sich der Stahl unter Vakuum-Abschluß befindet, damit die Mangankonzentration auf etwa 0,65 $ angehoben wird. Stattdessen kann das Mangan zusammen mit dem Phosphor dem Stahl auch während einer anderen geeigneten Verfahrensstufe zugeführt werden.During this stage of the process, manganese is added if necessary, preferably while the steel is under vacuum is located to raise the manganese concentration to about $ 0.65. Instead, the manganese can be put together with the phosphorus can also be fed to the steel during another suitable process stage.
50981 4/036250981 4/0362
ORfGJNAL INSPECTEDORfGJNAL INSPECTED
Der so erzeugte Stahl vfird satzweise in Blöcke gegossen oder er wird kontinuierlich in Brammen geeigneter Abmessungen vergossen. Nach einer Wiedererhitzung in einem Temperaturbereich zwischen 12000C und 15150C (22000F bis 2400°F) während wenigstens drei Stunden werden die Brammen durch Heißwalzen zu Bändern verformt5 wobei der abschließende Walzvorgang bei einer Temperatur zwischen 845°C und 10000C erfolgte (155O0F bis 185O0F). Das heißgewalzte Band hat dann im allgemeinen eine Dicke zwischen 1,9 und 2,1 mm und dieses Band wird dann kaltgewalzt bis auf eine mittlere Größe von etwa 6fo bis 8$ größer als im fertigen Zustand (vorzugsweise 7 % im ÄusQiaß der Ausdehnung).The steel produced in this way is cast in batches in blocks or it is continuously cast in slabs of suitable dimensions. After reheating in a temperature range between 1200 0 C and 1515 0 C (2200 0 F to 2400 ° F) for at least three hours, the slabs are formed into strips by hot rolling 5 with the final rolling process at a temperature between 845 ° C and 1000 0 C was carried out (155o F to 185o 0 0 F). The hot rolled strip then generally has a thickness between 1.9 and 2.1 mm and this strip is then cold rolled to an average size of about 6 to 8 $ larger than in the finished state (preferably 7 % in terms of expansion).
Das kaltgewalzte Band wird einem Glühvorgang ohne Entkohlung in einem Glühofen unterworfen und dort auf einer Temperatur zwischen 66O°C und 704°C gehalten ( 12200F bis 13000F). Das Band wird dann auf dieser Temperatur ungefähr vier Stunden lang in einer Gasatmosphäre gehalten, die unter der Bezeichnung HNX bekannt ist und 96 fo Stickstoff mit 4 % Wasserstoff enthält s der bewirkt, daß die Bandrolle ein glänzendes Aussehen erhält«,The cold-rolled strip is subjected to annealing without decarburization in an annealing furnace and held at a temperature between 66o ° C and 704 ° C (1220 0 F 1300 0 F). The tape is then maintained at this temperature for about four hours in a gas atmosphere, which is known under the name of HNX and 96 fo nitrogen with 4% of hydrogen containing s which causes the roll of tape receives a shiny appearance, "
Nach der Abkühlung wird die Bandrolle durch Kaltwalzen auf ihr Endmaß gebracht und dann ist sie zur WeiterbearbeitungAfter cooling, the roll of tape is brought to its final dimensions by cold rolling and then it is ready for further processing
fertig.done.
Zur Benutzung wird die Bandrolle ausgestanzt oder ausgeschnitten oder auf andere V/eise zu Lamellen verarbeitet, die aufeinander gestapelt werden, um den Magnetkern elektrischer Maschinen zu bilden. In diesem Zustand können die Bleche durch irgendein bekanntes Glühverfahren entkohlt werden^ um dieFor use, the roll of tape is punched out or cut out or processed in some other way into lamellas that are placed on top of one another are stacked to form the magnetic core of electric machines. In this state, the sheets can go through any known annealing process can be decarburized
509814. /0362509814. / 0362
Magneteigenschaften zu verbessern.To improve magnetic properties.
Es hat sich gezeigt, daß Stahl, der gemäß der Erfindung hergestellt wurde, physikalische Eigenschaften besitzt, die bisher nur durch Verfahrensgänge erzielt werden konnten, welche entweder eine Entkohlung des heißgewalzten Bandstahles vor dem Kaltwalzen erforderten oder ein Kaltwalzen dem eine Entkohlungs-GlUhbehandlung in einem Durchlaufofen folgte. Stähle die gemäß der Erfindung hergestellt wurden, zeigen allgemein Magneteigenschaften, die jenen Stählen überlegen sind, die früher durch diese Verfahren erlangt wurden ohne daß eine Legierung mit Silicium erfolgt wäre und tatsächlich konnten Eigenschaften erlangt werden, die normalerweise mit etwa 2 % Silicium erhalten wurden. Die folgende Tabelle veranschaulicht den Vergleich typischerStähle mit zwei verschiedenen Abmessungen, die gemäß der-Erfindung bzw. nach einem herkömmlichen Verfahren behandelt wurden.It has been found that steel produced according to the invention has physical properties which previously could only be achieved by processes which either required decarburization of the hot-rolled steel strip prior to cold rolling or cold rolling which required a decarburization annealing treatment in a continuous furnace followed. Steels made in accordance with the invention generally exhibit magnetic properties that are superior to steels previously obtained by these processes without alloying with silicon, and in fact properties could be obtained that were normally obtained with about 2 % silicon. The following table illustrates the comparison of typical steels of two different dimensions treated according to the invention and according to a conventional method, respectively.
Typische Werte von Magneteigenschaften und Stahlharte gemäß der Erfindung und ebenso typische Werte der Magneteigenschaften und Härte herkömmlicher Stähle ergibt sich aus der Tabelle. Typical values of magnetic properties and steel hardness according to of the invention and also typical values of the magnetic properties and hardness of conventional steels can be found in the table.
50981 A/036250981 A / 0362
0,63mm0.50mm
0.63mm
0,65mm0.50mm
0.65mm
5,784.70
5.78
- 7,- 5,
- 7,
0270
02
cher Stahl
πconventional
steel
π
0,63mm0.50mm
0.63mm
5,90 -3.58 ■
5.90 -
ONrHQOCO
ONrH
0,65mm0.50mm
0.65mm
6,205, oo
6.20
- 8,- 6,
- 8th,
2070
20th
4,51 -5.81 -
4.51 -
8973
89
- 5,- 5,
- 5,
CD OOCD OO
00 i00 i
O COO CO cncn
roro
cncn
cn 00cn 00
Claims (1)
bzw. einem Kaltwalzverfahren bis zu einem mittleren Maß
behandelt wird und daß der kaltgewalzte Stahl einer Glühbehandlung ohne Entkohlung unterworfen wird und er im Kaltwalzverfahren auf das Endmaß bearbeitet wird.1. A method for producing a silicon-free electrical steel for electromagnetic use, characterized in that a steel that was refined in conventional, is subjected to a vacuum degassing treatment in order to reduce the carbon concentration to less than 0.02 percent by weight that the phosphorus concentration before, during or is adjusted after the degassing so as? j to 0.15 y> is in a range of 0.05, .so that the steel produced a hot rolling process
or a cold rolling process up to a medium level
is treated and that the cold-rolled steel is subjected to an annealing treatment without decarburization and it is processed in the cold rolling process to the final dimension.
Siemens-Martin-Verfahren hergestellt ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the steel by an oxygen inflation process or a
Siemens-Martin process is established.
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