DE2531515A1

DE2531515A1 - Verfahren zum herstellen siliziumhaltiger eisenbleche mit borzusatz

Info

Publication number: DE2531515A1
Application number: DE19752531515
Authority: DE
Inventors: Howard Charles Fiedler
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: Allegheny Ludlum Steel Corp
Priority date: 1974-09-16
Filing date: 1975-07-15
Publication date: 1977-02-03
Also published as: CA1060320A; SE430794B; SE7507824L; DE2531515C2; GB1519192A; BE832355A; FR2320354B1; SE7703852L; SE438002B; FR2320354A1

Description

1 River Road
SCHENECTADY, N.Y./U.S.A.

Verfahren zum Herstellen siliziumhaltiger Eisenbleche mit Borzusatz

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf das Herstellen polykristalliner, magnetisch weicher, gewalzter siliziumhaltiger Eisenprodukte und sie ist mehr im besonderen auf ein neues Verfahren zum Herstellen einzeln orientierter siliziumhaltiger Eisenbleche hoher Permeabilität bezogen, wobei die Bleche als wesentliche Merkmale einen geringen, aber kritischen Borgehalt aufweisen sowie der Stickstoffgehalt im Metall in einem kritischen Verhältnis zum Bor vorliegt und Mangan und Schwefel in einem Verhältnis von weniger als 2,1 vorliegen und das Kaltwalzen eine Zwischenglühstufe einschließt sowie eine abschließende starke Dickenverringerung durch Kaltwalzen. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein neues warmgewalztes siliziumhaltiges Eisenband.

Die Bleche, auf welche die vorliegende Erfindung gerichtet ist,

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werden üblicherweise als siliziumhaltige Elektrostähle oder richtiger als Siliziumeisen bezeichnet, und sie sind üblicherweise hauptsächlich aus Eisen zusammengesetzt, das mit etwa 2,2 bis 4,5 ί Silizium und relativ geringen Mengen verschiedener Verunreinigungen und sehr geringen Mengen Kohlenstoff legiert ist. Diese Produkte sind vom "Würfe1-auf-Kante"-Typ, wobei mehr als etwa 70 % ihrer Kristallstruktur, beschrieben in Millerschen Indices, in der (110) ijpOlTJ-Textur orientiert sind.

Solche kornorientierten siliziumhaltigen Eisenbleche werden derzeit kommerziell durch folgende Slufen hergestellt: Warmwalzen, Wärmebehandeln, Kaltwalzen, Wärmebehandeln, nochmaliges Kaltwalzen und eine abschließende Wärmebehandlung zur Entkohlung, Entschwefelung und Rekristallisation. Die Blöcke werden üblicherweise warm zu einer streifen- oder blechartigen Konfiguration verarbeitet, die weniger als etwa 4 mm Dicke aufweist und als "warm^ gewalztes Band" bezeichnet sind. Das warmgewalzte Band wird dann unter Einschaltung einer geeigneten Zwischenglühstufe bis zu der Endblechdicke kaltgewalzt, wobei eine mindestens 50 #ige Dickenverringerung bewirkt wird und man setzt dann das so erhaltene Produkt einer abschließenden oder Textur hervorbringenden Glühbehandlung aus.

Von Zeit zu Zeit hat es Berichte in der Literatur über Verfahren gegeben, durch die ungewöhnlich hohe Permeabilitäten in siliziumhaltigen Eisenblechen durchgehend erhalten werden können durch Abweichungen von der üblichen Praxis hinsichtlich der Schmelzzusammensetzung, der Walzzeiten und der Wärmebehandlungsbedingungen. Keines dieser vorgeschlagenen Verfahren hat sich jedoch als vollkommen zufriedenstellend erwiesen. In einigen Fällen sind die Kosten zu hoch, während in anderen Reste von Verarbeitungszusätzen den Anstrengungen zu ihrer Entfernung trotzen und die magnetischen Eigenschaften des Produktes beeinträchtigen.

In der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, daß siliziumhaltige Eisenbleche mit ungewöhnlich hoher Permeabilität dagegen

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durchweg mit einem neuen Verfahren hergestellt werden können, dessen Wirtschaftlichkeit besser ist als die der derzeitigen kommerziellen Verfahren. Es wurde festgestellt, daß diese Ergebnisse erhalten werden können, wenn man von der derzeitigen allgemeinen Praxis in einer Weise abweicht, die keine Abänderungen der üblichen Siliziumeisen-Walzproduktions- oder -Bearbeitungsausrüstung erfordert und die Arbeits- oder Materialkosten nicht merklich erhöht.

Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung kann eine siliziumhaltige Eisenschmelze benutzt werden, die mindestens 0,01 % Mangan enthält und die ansonsten die übliche Zusammensetzung aufweist und zu der eine geringe aber kritische Menge Bor hinzugegeben wird, um ein Stickstoff-zu-Bor-Verhältnis im Metall im Bereich von 1 bis 15 Teilen Stickstoff zu einem Teil Bor einzustellen und wobei das Verhältnis von Mangan zu Schwefel auf weniger als 2,1 eingestellt wird. Weiter wurde festgestellt, daß die Endprodukte mit wesentlich verbesserten magnetischen Eigenschaften erhalten werden können durch Kaltwalzen bis zu einer Zwischendicke mit folgendem Wärmebehandeln des kaltgewalzten Bleches und nachfolgendes Kaltwalzen dieses siliziumhaltigen Eisenbleches unter starker Dickenverringerung.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann auch ein Teil oder der gesamte Schwefel, der benötigt wird, durch Selen ersetzt werden. Wie im Falle des Schwefels kann das Selenerfordernis des erfindungsgemäßen Verfahrens auf verschiedene Weise erfüllt werden, wobei es vorzugsweise in der erforderlichen Menge in elementarer Form oder als Ferroselen zu der Gießpfanne hinzugegeben wird.

Allgemein beschrieben umfaßt die vorliegende Erfindung die Stufen zur Schaffung einer siliziumhaltigen Eisenschmelze, die 2,2 bis 4,5 % Silizium, Mangan und Schwefel in Mengen in einem Verhältnis von Mangan zu Schwefel von weniger als 2,1, etwa 3 bis 35 Teile pro Million (nachfolgend abgekürzt ppm) Bor und etwa 30 bis 60 ppm Stickstoff enthält, wobei das Verhältnis von Stickstoff zu Bor im Bereich von 1 bis 15 Teilen Stickstoff pro

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Teil Bor liegt_y mit nachfolgendem Gjaßen der Schmelze zu einem Block, dem Warmwalzen des Blockes, gefolgt vom Kaltwalzen des erhaltenen warmgewalzten Bandes bis zu einer Zwischendicke, der Wärmebehandlung des kalt bearbeiteten Bleches und die abschließende Kaltwalzung des siliziumhaltigen Eisenbleches unter starker Dickenverringerung. Danach wird das kaltgewalzte Blech einer abschließenden Wärmebehandlung unterworfen, um es zu entkohlen und die sekundäre "Würfe1-auf-Kante"-Rekristallisationstextur darin zu entwickeln.

Vorzugsweise ist der Borgehalt des Metalles zu Beginn der abschließenden Wärmebehandlung im Bereich von 5 bis 25 ppm, wobei diese Bormenge in geeigneter Form zu der Schmelze hinzugegeben wird. Allgemein kann das Bor jedoch in einer Menge von etwa 3 bis etwa 35 ppm vorhanden sein, wobei zu bemerken ist, daß die Zugabe von weniger als 3 ppm Bor zu siliziumhaltigen Eisenschmelzen nicht ausreicht, um beständig die neuen Ergebnisse der vorliegenden Erfindung zu erzielen und Bormengen von mehr als 35 ppm die Anwesenheit von Stickstoff in Mengen erfordern, die über jenen liegen, die bei der üblichen Schmelzpraxis erhalten werden.

Der Borgehalt des Metalles bei der Schmelzstufe kann beträchtlich von dem in der Stufe des warmgewalzten Bandes differieren, insbesondere wenn die Zugabe des Bors zu der Schmelze früh vorgenommen wurde oder wenn der Block bei ungewöhnlich hoher Temperatur oder für eine längere Zeit geglüht wird. Der Borverlust ist jedoch vernachlässigbar, wenn die Borzugabe zu der Gießpfanne erfolgt und das Warmwalzen begonnen wird, sobald der Block die Warmwalztemperatur erreicht hat, wie im nachfolgenden beschrieben wird. Es ist also mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, ein warmgewalztes Band und ein kaltgewalztes Blech der Enddicke herzustellen, welche die gleichen Gehalte an Bor, Stickstoff, Mangan und Schwefel haben wie die Schmelze in der Gießpfanne, aus der sie hergestellt werden. Außerdem ist es möglich, solche Band-und Blechmaterialien mit wesentlich unterschiedlicher Zusammensetzung herzustellen. Der wesentliche Punkt ist jedoch die Zusammensetzung des Bandes oder Bleches, insbesondere hinsichtlich eier vorgenannten vier Elemente und ihrer kritischen Verhältnisse während

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des Kaltwalzens und der Zwischen- und abschließenden Glühstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Erfindung umfaßt daher sowohl den Gegenstand als auch das Verfahren, wobei das neue Produkt ein warmgewalztes Band ist, das 2,2 bis 4,5 % Silizium sowie Mangan und Schwefel im Verhältnis von weniger als 2,1 enthält und 3 bis 35 ppm Bor und 30 bis 60 ppm Stickstoff, wobei Stickstoff und Bor im Verhältnis von 1 zu Vj Teilen Stickstoff pro Teil Bor vorliegen.

Der Borgehalt des üblichen siliziumhaltigen Eisens ist vernachlässigbar, denn bei der Naßanalyse wird weniger als 1 ppm gefunden. Für die praktischen Zwecke der vorliegenden Beschreibung und Ansprüche haben daher die Ausdrücke "Borgehalt" und "Borzugabe" im wesentlichen die gleiche Bedeutung.

Die Permeabilitäten in der Walzrichtung der typischen Produkte der vorliegenden Erfindung (Streifenmaterialien mit einer Dicke von etwa 0,28 mm) liegen in der Größenordnung von I85O bis 1920 Gauss pro Oersted, gemessen in einem magnetischen 10 Oersted-Peld. Die Wechselstromverluste dieser Materialien liegen ebenfalls in einem sehr vorteilhaften Bereich, und zwar in der Größenordnung von 0,52 bis 0,60 Watt pro 457 g bei 15 000 Gauss und 0,67 bis 0,77 Watt pro 457 g bei 17 000 Gauss (alle Werte in dieser Anmeldung sind gemessen bei 60 Hz).

In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden Siliziumstähle benutzt, die je etwa 0,03 % Mangan und Schwefel enthalten und etwa 0,03 % Kohlenstoff und die üblichen Mengen der zufälligen Verunreinigungen und aus diesem Stahl werden Streifen oder Bleche hergestellt zur Verwendung in elektrischen Apparaten,wie Transformatoren und Motoren, indem man eine Schmelze der erforderlichen Zusammensetzung schafft und dazu einen Borzusatz macht, der 5 bis 25 ppm Bor äquivalent ist, um ein Stickstoff-zu-Bor-Verhältnis von 1 bis 15 Teilen Stickstoff pro Teil Bor einzustellen. Die aus der Schmelze gegossenen Blöcke werden vorzugsweise auf eine Temperatur von etwa 1200 bis etwa

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1260 C erhitzt und in einer Reihe von Durchgängen warmgewalzt, bis die Dicke der erhaltenen Bleche etwa 2,5 ram beträgt. Nach dem Beizen und Glühen werden die Bleche bis zu einer Zwischendicke von etwa 1,5 mm kaltgewalzt, wieder erhitzt und dann bis zu einer Enddicke von etwa 0,28 mm kaltgewalzt. Danach unterwirft man das so erhaltene kalt bearbeitete Blech einer entkohlenden Wärmebehandlung und einer rekristallisierenden (texturierenden) Glühbehandlung, während der das Bor zum großen Maße, wenn nicht vollständig, aus dem Blech- oder Streifenprodukt entfernt wird.

Zur Untersuchung der Möglichkeiten des erfindung^emäßen Verfahrens in der Großproduktion wurde eine etwa 70 Tonnen wiegende Schmelze unter Verwendung von BOF-siliziumhaltigen Eisen zubereitet. Zu dieser Schmelze wurden 5 ppm Bor in Form von Ferrobor in der Gießpfanne hinzugegeben und dies ergab die folgende Zusammensetzung der Schmelze:

Silizium 3,15 S

Kupfer 0,24 %

Chrom 0,033 % .

Aluminium , 0,005 %

Mangan 0,035 %

Schwefel , 0,031 %

Kohlenstoff 0,030 %

Bor 0,0006 %

Stickstoff 0,0050 %

Eisen Rest

Aus dieser Schmelze wurden acht Blöcke gegossen und vier von diesen wurden zum Warmwalzen auf etwa 1290 C erhitzt, während die anderen vier auf etwa 1230 ⁰C erhitzt wurden. Das Warmwalzen wurde in der üblichen Weise in einer 6-Strang-Tandem-Streifenwalze (im Englischen ⁿsix-strand tandem hot strip mill") zur Herstellung warmgewalzter Bänder mit 2,3 bis 3,2 mm Dicke ausgeführt. Proben des warmgewalzten Bandes vom unteren und warmen oberen Ende jeder warmgewalzten Spule wurden in der üblichen Säurelösung geätzt und dann in Wasserstoff für etwa 3 Minuten bei 900 ⁰C wärmebehändeIt. Einige dieser Probenstücke wurden dann

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ohne Zug direkt bis zu einer Dicke von etwa 0,28 mm kaltgewalzt, während andere ohne Zug bis zu einer Dicke von etwa 1,5 mm kaltgewalzt und dann in Wasserstoff für 3 Minuten bei 900 °C wärme-

0,28 behandelt wurden, bevor man sie bis zu etwa / mm kaltwalzte.

Es wurden Streifen von Epstein-Größe aller erhaltenen kaltgewalzten Bleche bei 800 ⁰C in Wasserstoff (mit einem Taupunkt von Zimmertemperatur) entkohlt, indem man 3 Minuten auf die genannte Temperatur erhitzte. Die Streifen der Epstein-Packung wurden dann leicht mit Aluminiumoxydpulver eingestäubt und gestapelt und dann wärmebehändeIt, indem sie bei 800 C eingeschoben und dann mit einer Geschwindigkeit von 50 ⁰C pro Stunden in Stickstoff auf 1050 ⁰C erhitzt wurden und dann in Wasserstoff auf II50 C, bei welcher Temperatur sie 2 Stunden gehalten wurden. Die magnetischen Eigenschaften der Epstein-Packungen sind in den folgenden Tabellen I und II zusammengefaßt.

Wie den Ergebnissen der Tabellen I und II zu entnehmen, entwickeln die beiden Enden einer Spule durchgehenderhohe Permeabilitäten und geringe Wechselstromverluste, wenn beim Kaltwalzen bei einer Dicke von etwa 1,5 mm eine Wärmebehandlungsstufe eingeschoben wird. Aus den Daten der Tabellen I und II ergibt sich ferner, daß sehr gute magnetische Eigenschaften in diesen Materialien zuverlässiger und durchgehender erhalten werden, wenn das Warmwalzen bei etwa 1230 C begonnen wird, als. wenn die Temperatur des Blockes zu Beginn des Warmwalzens etwa 60 C höher ist.

Die in den folgenden Tabellen I und II benutzten Bezeichnungen für den Ort "unteres Ende" bzw. "heißes oberes Ende" entsprechen den englischen Bezeichnungen "butt end" bzw. "hot top end".

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	Spule	Tabelle I	Ort	Enddicke	0,285 (11,2) 0,285 (11,2)	i beginnend	bei 129O	16,3 kB	619 631	17,0 kB	⁰C warmgewalzt wurden	1
		Magnetische Eigenschaften von Streifen, die	direkt kalt bis zur Enddicke gewalzt	mm(Tausend- stel Zoll)	0,285 (11,2) 0,285 (11,2)		Wechselstromverluste bei 60		629 654		Hz in{jnWatt/457gl	co I
	1 1 4 4		unteres Ende heißes oberes Ende unteres Ende heißes oberes Ende		0,285 (11,2) 0,285 (11,2)	15,0 kB	730 726 665 708	617 629	824 814 743 795	/UlOH [Gauss/Oersted]
	5 5	unteres Ende heißes oberes Ende	0,285 (11,2) 0,28 (11,0) 0,285 (11,2) 0,285 (11,2)			666 649		744 708
		0,288 (11,3) 0,285 (11,2)		598 605 557 588	5 mm Zwischendicke			1774 1794 1841 I815
60988	1 1	in 2 Stufen kaltgewalzt mit etwa 1,5		560 550	524 537		677 689	1842 1873
5/0	4 4	unteres Ende heißes oberes Ende		534 551	689 723		N> Cn CO
co	5 5	unteres Ende heißes oberes Ende	519 536	679 686	1903 1898	cn V
		unteres Ende heißes oberes Ende			1890 1859	»in mA cn
					1886 1890

Tabelle II

Magnetische Eigenschaften von Streifen, die bei 1230 ⁰C beginnend, warmgewalzt wurden

Enddicke Wechselstromverluste bei 60 Hz in fmWatt/457gj[ mm(Tausend-

Ort stel Zoll) 15,0 kB 16,3 kB 17,0 kB ,ulOH [Gauss/OerstedJ

direkt kalt bis zur Enddicke gewalzt

6 unteres Ende 0,283 (11,1) 632 790 903 1738

6 heißes oberes Ende 0,285 (11,2) 570 675 745 I850

7 unteres Ende 0,288 (11,3) 545 639 706 1896 _m 7 heißes oberes Ende 0,288 (11,3) 59ö 708 784 I830

co 8 unteres Ende 0,288 (11,3) 534 632 69O I899

00 8 heißes oberes Ende 0,285 (11,2) 594 712 790 1827 co

⁰¹ in 2 Stufen kaltgewalzt mit etwa 1,5 mm Zwischendicke

2 6 unteres Ende 0,285 (11,2) 516 609 668 I898 ^ 6 heißes oberes Ende 0,288 (11,3) 549 644 703 1899 ο

7 unteres Ende 0,288 (11,3) 528 621 677 1925

7 heißes oberes Ende 0,288 (11,3) 559 658 719 19OI

8 unteres Ende 0,288 (11,3) 527 626 683 1900 8 heißes oberes Ende 0,285 (11,2) 539 636 693 1892

Die vorliegende Erfindung ist weiter an einer Reihe von fünfzehn Versuchen erprobt worden, um die Zusammensetzung und die Verarbeitungsbedingungen, insbesondere den Borgehalt, Mangan- und Schwefelgehalt sowie deren Verhältnisse zueinander und das Ausmaß der Dickenverringerung während der abschließenden oder zweiten Kaltwalzphase bei einem Zweistufen-Kaltwalzprozeß zu untersuchen. Bei der Ausführung dieser Versuche wurde jede Schmelzcharge in einem Luftinduktionsofen in einer Argonatmosphäre unter Verwendung von elektrolytischem Eisen von 98 tigern Ferrosilizium mit der folgenden Zusammensetzung hergestellt:

Silizium 3,1 %

Kohlenstoff 0,025 %

Kupfer 0,1 %

Chrom 0,03 %

Stickstoff 0,0045 %

Eisen Rest

Die Zubereitung dieser und der folgenden Schmelzchargen führte zu Stickstoffgehalten von 30 bis 60 ppm mit dem oben angegebenen Durchschnittsgehalt.

Mangan- und Schwefelgehalt und das in jedem Falle hinzugefügte Bor sind in der folgenden Tabelle III angegeben, in der auch die Walz- und Wärmebehandlungsbedingungen sowie das Ergebnis der Permeabilitäts- und Wechselstromverlust-Messungen an den Endprodukten aufgeführt sind.

Von den aus jeder dieser Schmelzen gegossenen etwa 25 kg wiegenden Blöcken wurden etwa 4,4 mm dicke Scheiben abgeschnitten und zum Warmwalzen auf etwa 1175 oder 1200 ⁰C erwärmt, wie in Tabelle III angegeben. Die Scheiben wurden ohne Wiedererhitzen in 6 Durchgängen bis zu einer Dicke von etwa 2,3 mm warmgewalzt. Jedes der erhaltenen warmgewalzten Bänder wurde geätzt und dann bis zu einer Zwi:ohendicke von etwa 1,5 mm oder 0,7 mm kaltgewalzt und dann 3 Minuten bei 900 ⁰C in Wasserstoff war rue behände It und schließlich bis zu der Dicke von 0,28 mm kaltgewalzt. (Die nomi-

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nelle Dicke des Streifens von 0,28 mm lag bei diesen Versuchen im Bereich von etwa 0,28 bis 0,288 mm.)

Aus jedem dieser kaltgewalzten Bleche wurden Epstein-Streifen geschnitten und entkohlt, indem man sie für 3 Minuten einer Temperatur von 800 C in Wasserstoff, der einen Taupunkt von Zimmertemperatur hatte, aussetzte. Für das abschließende Glühen wurden die Streifen zur Bestimmung der Wechselstromverluste (3 x 30,5 cm) leicht mit Aluminiumoxydpulver eingestaubt und gestapelt. Packungen der 0,28 mm dicken Streifen wurden dann bei 800 ⁰C in einen Ofen eingebracht und mit einer Geschwindigkeit von 50 °C pro Stunde in Stickstoff bis auf 1050 ⁰C erhitzt und dann in Wasserstoff bis auf II50 ⁰C, bei welcher Temperatur sie 2 Stunden gehalten wurden.

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Tabelle III
Magnetische Eigenschaften von Epstein-Packungen aus etwa 0,28 mm dicken Streifen, die mit einer Zwischenwärmebehandlung verarbeitet worden waren

wärmebehändeIt bei 0^7 mm warmebehandelt bei 1,5 mm WechseIstromverluste "

Zugabe Wechselstromverluste 60 HzfmW/457g^a} 60 Hz ΓmW/457 gj

Versuch ppm B % Mn % S Mn/S 15,0 kB 17,0 kB ,ulOH 15,0 kB 17,0 kB ,ulOH

1 5 0,030 0,011 2,7 1002 -- 1475 800 — 1588

2 15 0,030 0,009 3,3 777 ~ 16O4 645 — 1702

3 0 0,034 0,017 2,0 878 — 1543 631 902 1721 cn 4 5 0,033 0,016 2,1 627 — 1727 561 763 I832* 2 5 15 0,034 0,017 2,0 534 704 1870 537 724 1844 °| 6 0 0,033 0,025 1,3 IO69 . — 1444 601 849 1779

cn 7 5 0,036 0,025 1,4 548 709 1883 548 741 1848 '

ο 8 10 0,034 0,023 1,5 543 717 1886 555 740 1855 ^w

J 9 20 0,034 0,023 1,5 537 685 1905 551 723 i860 '

⁰ 10 30 0,031 0,023 1,35 548 702 1888 585 776 1850

11 40 0,031 0,022 1,4 622 910 1700 575 83Ο 1756

12 0 0,032 0,033 1,0 IO54 — 1478 591 841 1772

13 5 0,032 0,036 0,9 555 697 1916-* 56Ο 725 Ι868*

14 10 0,033 0,033 1,0 555 711 1901 575 761 1833

15 10 0,031 0,039 0,8 567 730 1886

warmgewalzt von 1175 °C an; alle anderen warmgewalzt von 1200 ⁰C an. CO

Wie durch die in Tabelle III zusammengefaßten Ergebnisse gezeigt, werden die magnetischen Eigenschaften der Produkte durch Zugabe von Bor wesentlich verbessert, wenn das Verhältnis von Mangan zu Schwefel im siliziumhaltigen Eisen weniger als 2,1 beträgt. Weiter wurden hohe Permeabilitäten durch die Zugabe von 5 bis 30 ppm Bor erhalten, doch führte die Zugabe von 40 ppm Bor zu einer un-

zu vollständigen sekundären Rekristallisation und als Folge/einer wesentlich verminderten Permeabilität. Schließlich wurde die Permeabilität durch stärkere abschließende Dickenverringerungen beim Kaltwalzen verbessert, was im Hinblick auf die allgemeine Erfahrung bei den bekannten Verfahren überraschend ist, da dort das Gegenteil eintritt.

Es wurden vier weitere Versuche unternommen, um das zweistufige Kaltwalzen mit dem einstufigen oder direkten Kaltwalzen zu vergleichen. Die an etwa 0,28 mm dicken Streifenmaterialien aus siliziumhalt igem Eisen vorgenommenen Permeabilitäts- und Wechselstromverlust-Messungen ergaben die in der Tabelle IV zusammengefaßten Ergebnisse, die ebenfalls für jeden Versuch die Art des Kaltwalzens angeben und die Menge des hinzugefügten Bors sowie Mangan- und Schwefelgehalt jeder Schmelze dieser Verusehsieihe.

In diesen vier Versuchen war das Verfahren zur Herstellung der Schmelze bis zum Kaltwalzen das gleiche wie vorstehend mit Bezug auf die Versuchsreihe von fünfzehn Versuchen beschrieben, außer das das direkte Kaltwalzen eine Dickenverringerung von etwa 2,3 mm bis zu etwa 0,28 mm ohne Zwischenwärmebehandlung des Blechmaterials einschloß.

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Tabelle IV

Vergleich der Eigenschaften, die beim direkten Kaltwalzen bis zu einer Dicke von 0,28 nun
und bei zweistufigem Kaltwalzen mit Wärmebehandlung bei einer Zwischendecke von 1,5 mm

erhalten wurden

	Versuch	Walz	Borzusatz	Zwischen wärmebehand lung	10	% Mn	of ο /ο Ο	Wechselstromverluste bei 60 Hz inUnWatt/457 gl	17,0 kB	Permeabilität Gauss/Qersted
	16*	verfahren	in ppm	direkt		0,032	0,036	15 _?0 'kB	758	,u 1OH
	17 *	direkt	5	Zwischen wärmebe handlung				568	697	1849
ο CP	18	0,04l	0,039	555	745	1916
OO co	19			574	673	1855
cn ο co ■τ ο		5 30	1908

warmgewalzt von 1175 C an; alle anderen warmgewalzt von 1200 C an.

Wie durch die in Tabelle IV zusammengefaßten Ergebnisse gezeigt, verbessert die Wärmebehandlung bei einer Zwischendicke im allgemeinen die magnetischen Eigenschaften des Endproduktes, verglichen mit dem direkten Kaltwalzen bis ζιί" Enddicke von dem warmgewalzten Band ausgehend.

Weiter ergtot sich aus den vorstehenden Versuchsergebnissen, daß die abschließende Dickenverringerung beim Kaltwalzen, die in einem Zweistufen-Kaltwalzverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, vorzugsweise in der Größenordnung von mindestens 60 % und noch besser bis zu 70 oder 80 % vorgenommen wird. Annehmbare oder zufriedenstellende Werte' können jedoch auch bei Dickenverringerungen in der Größenordnung von 50 % oder sogar weniger erhalten werden, wenn andere Faktoren, welche die Entwicklung der sekundären Rekristallisationstextur und guter magnetischer Eigenschaften beeinflussen, unverändert gehalten werden und innerhalb der oben angegebenen kritischen Grenzen liegen.

In Laborversuchen wurde die Brauchbarkeit von Selen im erfindungsgemäßen Verfahren untersucht und zu diesem Zweck wurden vier SchmelzChargen in einem Luftinduktionsofen unter Argonschutzschicht unter VerWendung von elektrolytischem Eisen und 98 tigern Perrosilizium/ Zu jeder Schmelzcharge gab man 5 ppm Bor hinzu und zu dem SchmelzChargen B und C wurden 0,025 % Selen hinzugefügt und 0,045 % Selen wurden zu der Schmelzcharge D hinzugefügt. Die chemischen Analysen dieser Schmelzchargen ergaben folgende Zusammensetzung:

% Mn % S % Se

A 0,036 0,007 0

B 0,033 0,005 0,019

C 0,029 0,003 0,024

D 0,029 0,003 0,037

Tabelle	V	% Cu	% C
% Si ■ I ■'! I HM«	% Cr	0,1	0,025
3,1	0,03	0,1	0,025
3,1	0,03	0,1	0,025
3,1	0,03	0,1	0,025
3,1	0,03

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Von den durch Gießen erhaltenen etwa 25 kg schweren Blöcken wurden etwa 4,4 mm dicke Scheiben geschnitten und auf 1200 ⁰C erhitzt und ohne Wiedererhitzen in sechs Durchgängen bis zu einer Dicke von etwa 2,3 bis 2,5 mm warmgewalzt. Nach dem Beizen wurden Proben des warmgewalzten Bandes 3 Minuten in Wasserstoff erhitzt, dann bis zu einer Dicke von 1,5 mm kaltgewalzt, nochmals für 3 Minuten auf 900 ⁰C in Wasserstoff erhitzt und bis zur Enddicke von etwa 0,28 mm kaltgewalzt. Aus dem erhaltenen Blech geschnittene Epstein-Streifen wurden durch 3-minütiges Erhitzen auf 800 ⁰C in feuchtem Wasserstoff entkohlt und danach trennte man sie durch Bestäuben mit Aluminiumoxydpulver und glühte sie abschließend. Das abschließende Glühen bestand aus einem Erhitzen mit einer Geschwindigkeit von 50 ⁰C pro Stunde von 800 ⁰C bis auf 1050 ⁰C in Stickstoff und dann in Wasserstoff bis zu 1175 °C und Halten bei der letztgenannten Temperatur für 3 Stunden. Die magnetischen Eigenschaften von Epstein-Packungen aus diesen Materialien sind in der folgenden Tabelle VI zusammengefaßt:

Tabelle VI

Blechdicke mm (Tausendstel Zoll)

A 0,288 (11,3)

B 0,27 (10,8)

C 0,273 (10,9)

D 0,273 (10,9)

Wechselstromverluste bei

60 Hz QnWatt/457 gJ

15 kB 16,3 kB 17 kB

910

510 594 646

552 641 696

567 668 734

Permabilität ax 1OH
jjjauss/OerstedJ

1522 1912 1902

1879

In einem Falle wurde während der Ausführung des Versuches 0,020 % Selen zu der Schmelze hinzugegeben, die die folgenden Zusammensetzung hatte:

% Mn
0,031

% S

% Se

0,004 0,015

% Si 3,1

% Cu 0,1

% Cr 0,03

% C
0,03

Wie bei den anderen Schmelzchargen dieser Reihe wurden 5 ppm Bor zu dem geschmolzenen Metall hinzugegeben und die Bearbei-

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X	O	,273	(10,	9)	621
Y	O	,27	(10,	8)	547

tung der Probe X erfolgte wie oben beschrieben, während im Falle der Probe Y die Zwischenwärmebehandlung anstatt bei 900 ⁰C bei 1000 ⁰C ausgeführt wurde. Die magnetischen Eigenschaften dieser beiden Produkte sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

Wechselstromverluste bei Permeabilität im Blechdicke 60 Hz QnWatt/457 &3 Ip Oersted-Feld mm (mils) _15_ kB 17 kB LGauss/Oersted!

908 1710

702 1904

Vergleicht man die Wirksamkeit von Schwefel mit Selen auf einer Atomgewichtsbasis, dann stellt man fest, daß Selen wirksamer ist als Schwefel, wobei für 0,030 % Mangan mindestens 0,026 Atom-I Schwefel benötigt werden, aber nur 0,017 Atom-# Selen erforderlich sind.

Der in der vorliegenden Anmeldung benutzte Begriff "Block" bedeutet einen Körper, der durch Erstarren nach irgendeinem Gießverfahren aus geschmolzenem Stahl hergestellt vrurde, wobei der Stahl nach irgendeinem geeigneten Stahlherstellungsverfahren erhalten wurde und dies schließt auch einen brammenartigen Block ein, wie er durch kontinuierliches Gießen erhalten wird.

Die in dieser Anmeldung angegebenen Mengen, Verhältnisse und Prozentsätze beziehen sich auf das Gewicht, wenn nichts anderes ausdrücklich .angegeben ist.

Bei der kri stallographisehen "Würfe 1-auf -Kante" oder (llO)jjboiJ-Orientierung bzw. -Textur sind die Körner so orientiert, daß vier der Würfelkanten der Einheitszelle im wesentlichen parallel zur Blechebene und zu der Richtung liegen, in der das Blech gewalzt wurde und eine kristallographische Ebene von (110) liegt im wesentlichen paralel zur Blechebene.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines kornorientierten siliziumhaltigen Eisenbleches, gekennzeichnet durch die Stufen der Herstellung eines warmgewalzten Bandes, das 2,2 bis 4,5 % Silizium, zwischen 3 und 35 ppm Bor, zwischen 30 und 60 ppm Stickstoff enthält, wobei das Verhältnis von Stickstoff zu Bor derart ist, daß 1 bis 15 Teile Stickstoff auf einen Teil Bor kommen und die Mengen von Mangan und Schwefel derart sind, daß das Verhältnis von Mangan zu Schwefel kleiner ist als 2,1, gefolgt vom Kaltwalzen des warmgewalzten Bandes bis zu einer Zwischendicke, Erhitzen des dabei erhaltenen kaltgewalzten Bleches und weiteres Kaltwalzen und Verringern der Dicke des Bleches bis zur Enddicke und abschließendes Wärmebehandeln des kaltgewalzten Bleches, um darin die sekundäre (110)£00l]-Rekristallisaüonstextur zu entwickeln.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das warmgewalzte Band hergestellt ist durch Warmwalzen eines Blockes, der aus einer siliziumhaltigen Eisenschmelze gegossen iut, die 2,2 bis 4,5 % Silizium enthält und Mengen von Mangan und Schwefel, daß das Verhältnis von Mangan zu Schwefel geringer ist als 2,1, weiter zwischen 3 und 35 ppm Bor und zwischen 30 und 60 ppm Stickstoff, wobei das Verhältnis von Stickstoff zu Bor derart ist, daß 1 bis 15 Teile Stickstoff auf einen Teil Bor kommen.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Warmwalzen bei einer Temperatur des Blockes im Bereich von etwa 1150 bis etwa 1315 °C begonnen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Warmwalzen mit einem Block bei einer Temperatur von etwa 1200 bis etwa 1260 ⁰C begonnen wird.

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5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Blechdicke bei der ersten Kaltwalzstufe auf etwa 1,5 mm verringert wird und daß die Dickenverringerung in der zweiten Kaltwalzstufe etwa 80 % der Dicke des Bleches ausmacht, mit der diese zweite Stufe begonnen wurde.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Dickenverringerung in der zweiten Kaltwalzstufe etwa 60 % der Dicke des Bleches ausmacht, mit der diese zweite Stufe begonnen wurde.

7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Manganmenge im Bereich von 0,01 bis 0,10 % liegt und die Schwefelmenge im Bereich von 0,005 bis 0,05 % liegt.

8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Metall etwa 50 ppm Stickstoff enthält, etwa 5 Ppm Bor zu der Schmelze hinzugegeben werden und der Mangangehalt der Schmelze etwa 0,035 % und der Schwefelgehalt der Schmelze etwa 0,030 % beträgt und der Block zu Beginn des Warmwalzens eine Temperatur von etwa 1230 ⁰C hat und die Blechdicke in der ersten Kaltwalzstufe auf etwa 1,5 mm verringert wird und das Blech dann 3 Minuten bei 900 ⁰C in Wasserstoff normalisiert wird und man danach die Blechdicke durch Kaltwalzen auf etwa 0,28 mm verringert.

9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Mangangehalt der siliziumhaltigen Eisenschmelze mindestens 0,01 % beträgt.

10. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Schmelze Schwefel oder Selen oder Schwefel und Selen in einer Menge von 0,005 bis 0,05 % enthält und außerdem 0,01 bis 0,10 % Mangan, wobei

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die Manganmenge derart ist, daß das Verhältnis von Mangan zu Schwefel oder· zu Selen oder zu Schwefel und Selen kleiner ist als 2,1.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallschmelze etwa 0,019 % Selen, etwa 0,004 % Schwefel und etwa 0,033 % Mangan enthält.

12. Verf ahrei nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß die Metallschmelze etwa 0,015 bis 0,037 % Selen, etwa 0,004 % Schwefel und etwa 0,03 % Mangan enthält.·

13. Warmgewalztes Band .aus siliziumhaltigem Eisen mit 2,2 bis 4,5 % Silizium/ Mangan und Schwefel in Mengen in einem Verhältnis von Mangan zu Schwefel von weniger als 2,1, zwischen etwa 3 und 35 ppm Bor und zwischen 30 und 60 ppm Stickstoff, wobei das Verhältnis von Stickstoff zu Bor bei 1 bis 15 Teilen Stickstoff pro Teil Bor liegt.

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