DE2531536C2

DE2531536C2 - Verfahren zum Herstellen eines kornorientierten Siliziumstahlbleches

Info

Publication number: DE2531536C2
Application number: DE19752531536
Authority: DE
Inventors: Herbert Eugene Amsterdam N.Y. Grenoble
Original assignee: Allegheny Ludlum Steel Corp
Current assignee: Allegheny Ludlum Steel Corp
Priority date: 1975-07-17
Filing date: 1975-07-15
Publication date: 1986-10-16
Also published as: FR2320352A1; GB1521731A; FR2320352B1; DE2531536A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines kornorientierten Siliziumstahlbleches, bei welchem

is ein Blech auf seine Endabmessung kaltgewalzt und einer Schlußglühung zum Entkohlen sowie zum Entwickeln einer sekundären (110j001]-Rekristallisationstextur unterworfen wird, wobei das Blech Xl bis 4,5% Silizium, 5 bis 45 ppm Bor, 15 bis 95 ppm Stickstoff, 0,007 bis 0,06% Schwefel und 0,002 bis 0,1% Mangan enthält Ein solches Verfahren ist bereits aus der DE-OS 24 09 895 bekannt Bei diesem bekannten Verfahren wird eine Siliziumstahlschmelze hergestellt die 0,002 bis 0,012% Bor und 0,003 bis 0,010% Stickstoff neben 2 bis 4% Silizium, 0,01 bis 0,15% Mangan, 0,02 bis 0,05% Kohlenstoff, 0,01 bis 0,03% Schwefel, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen aufweist

Das bekannte Verfahren gestattet die Herstellung von Elektrostahlblechen mit recht guten magnetischen Induktionen B8 von 1,82 T aber die Streuung der magnetischen Eigenschaften beim bekannten Verfahren ist groß und zudem erfordert dieses Verfahren einen aufwendigen Glühseparator für die als Kastenglühung ausgebildete Schlußtexturglühung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Gattung so auszubilden, daß auf treffsichere und vergleichsweise einfache Weise Elektrostahlbleche mit guten magnetischen Eigenschaften hergestellt werden.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebene Erfindung gelöst indem dafür Sorge getragen wird, daß im Stahlblech der Stickstoffgehalt das Zwei- bis Vierfache des Borgehaltes beträgt und daß das Verhältnis von Schwefel zu Mangan so eingestellt wird, daß ein Mindestschwefelgehalt von 0,007% in gelöster Form während der Schlußglühung resultiert

Die Erfindung beruht auf dem vorteilhaften Einfluß geringer Bormengen auf die Entwicklung der Sekundärrekristallisation und beruht insbesondere darauf, daß gefunden wurde, daß Stickstoff und Bor in dem im Patentan-Spruch angegebenen Relationen im Blech vorliegen müssen, um die geforderten guten Ergebnisse zu erzielen. In Verbindung mit der im Patentanspruch angegebenen Einstellung des Verhältnisses von Schwefel zu Mangan wird ferner sichergestellt, daß keine entschwefelnde Hochtemperaturglühung erforderlich ist, so daß eine Entschwefelung der Stahlschmelze völlig ausreicht und eine entschwefelnde Behandlung des gewalzten Bleches nicht vonnöten ist. Innerhalb der im Patentanspruch angegebenen Relation von Stickstoff zu Schwefel sind Borgehalte im Blech von 5 bis 20 ppm besonders bevorzugt.

Bevorzugterweise liegt die Stickstoffmenge im Blech nicht oberhalb von 60 ppm, so daß eine Neigung zu durch Stickstoff geförderten unerwünschten Phänomenen (Walzsplitter- und Blasenbildung) vermieden wird. Bor wird deshalb zu der Schmelze hinzugegeben, nachdem diese zum Vergießen in die Gießpfanne abgestochen worden ist. Es werden etwa 10 bis 20 ppm vom Schmelzgewicht an Bor hinzugesetzt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird in der im folgenden erläuterten Weise durchgeführt.

Es wird eine Siliziumstahlschmelze der erforderlichen chemischen Zusammensetzung hergestellt und zu Blöcken vergossen. Diese Blöcke werden zunächst auf eine Zwischendicke warmgewalzt und abschließend in einer Kaltwalzstufe oder in zwei Kaltwalzstufen mit Zwischenglühung auf Fertigmaß ausgewalzt.
Nach dem Vergießen enthält die Siliziumstahlschmelze 2,2 bis 4,5% Silizium, 0,007 bis 0,06% Schwefel, 0,002 bis 0,1% Mangan und 5 bis 45 ppm Bor sowie 15 bis 95 ppm Stickstoff, wobei der Stickstoffgehalt im Blech das Zwei- bis Vierfache des Borgehaltes betragen soll. Den Rest der Schmelze bilden Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen, einschließlich Kohlenstoff, Aluminium und Sauerstoff.

Das Warmwalzen erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen zwischen 1100 und 1350°C und das warmgewalzte Blech wird gebeizt bzw. entzundert und dann geeigneterweise einige Minuten lang bei 900 bis 1000° C geglüht, bevor die Kaltwalzung begonnen wird. Nach dem Kaltwalzen auf Fertigmaß wird das Blech einer abschließenden Wärmebehandlung zur Entkohlung und Entwicklung der sekundären (llOjOOlj-Rekristallisationstextur unterworfen. Die Schlußglühung (Entzunderung und Rekristallisation) erfolgt bei 800°C in einer Wasserstoff»l· mosphäre, welche zur Entfernung des Kohlenstoffs ausreichende Mengen an Wasserdampf enthält Zum Zwekke der Entkohlung wird etwa 1 bis 5 Minuten lang geglüht. Beim anschließenden Texturglühen wird das angestrebte sekundäre Kornwachstum bei etwa 950° C eingeleitet, in dem in einer reinen Stickstoffatmosphäre mit einer Temperatursteigerungsrate von 50 K/h aufgeheizt wird. Die Rekristallisation sollte beim Erreichen einer Temperatur von 1000°C abgeschlossen sein, worauf die Glühatmosphäre in eine trockene Wasserstoffatmosphäre geändert werden kann. Das Erwärmen kann bis auf etwa 1025⁰C fortgesetzt werden, um bei dieser Temperatur zu glühen oder gar bis zu einer höheren Temperatur, wie 1175⁰C, um etwa verbliebene Reste an Schwefel, Kohlenstoff und Stickstoff vollständig zu entfernen.

Gegebenenfalls kann die Schmelze vor dem Vergießen durch Zugabe von Kalk und Flußspat entschwefelt werden, so daß der Schwefelgehalt der Schmelze bereits in etwa auf den im fertigen Blech tolerierbaren Schwefelgehalt abgesenkt wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert.

Beispiel I
Eine Schmelze der folgenden Zusammensetzung wurde im Vakuumofen erschmolzen:

Silizium	3,25%
Schwefel	0,009%
Mangan	0,002%
Kohlenstoff	0,021%
Bor	13 ppm
Aluminium	32 ppm
Stickstoff	32 ppm
Sauerstoff	23 ppm
Eisen	Rest

10

15

Der Ofen wurde mit Elektrolyteisen und Kohlenstoff chargiert und die Schmelze wurde für etwa 1 Stunde im geschmolzenen Zustand gehalten, um die Reduktion von Bor aus dem Ofenmaterial zu ermöglichen. Dann wurden Ferrosilizium, Eisensulfid und weiterer Kohlenstoff hinzugefügt und die Schmelze wurde zu einem Block von 28 χ 14x6,7 cm vergossen. Der Block wurde 45 Minuten unter einer Wasserstoffatmosphäre auf 1325°C erwärmt und dann zu einem Blech von etwa 2,2 mm Dicke mit 8 Durchgängen ohne Wiedererwärmung warmgewalzt. Von dem warmgewalzten Blech wurden Stücke abgeschnitten, um die Dicke durch Kaltwalzen weiter zu verringern, nachdem man durch Beizen den beim Warmwalzen entstandenen Zunder entfernt hatte. Dann wurde 5 Minuten bei 900°C in Wasserstoff (Taupunkt -18⁰C) normalisiert. Das Blech wurde dann ohne Zugspannung bis zu einer Dicke von etwa 0,7 mm kaltgewalzt und danach 3 Minuten bei 900° C in Wasserstoff (Taupunkt etwa — 18° C) normalisiert und danach nochmals kaltgewalzt (aber mit Zugspannung) bis zu einer Blechdicke von etwa 0,3 mm. Von dem erhaltenen Bandmaterial wurden Teststreifen mit einer Größe von 3 χ 30,5 cm in Walzrichtung abgeschnitten, und diese reichten aus, eine Epstein-Versuchspackung zu bilden. Die Streifen wurden durch 3minütiges Erwärmen auf 800°C in feuchtem Wasserstoff (Taupunkt +21°C) entkohlt. Danach wurden sie als Paket durch Aufheizen mit 50 K/h in gereinigtem Stickstoff bis auf 975⁰C und danach mit derselben Aufheizungsgeschwindigkeit bis zu 1024⁰C in gereinigtem Wasserstoff und durch 3stündiges Halten bei dieser Temperatur geglüht und danach wurde mit einer Geschwindigkeit von 50 K/h in Wasserstoff bis auf 600⁰C abgekühlt. Von 600⁰C bis auf Zimmertemperatur erfolgte das Abkühlen durch Herausnehmen der Retorte zur Kühlzone des Ofens. Die Ergebnisse magnetischer Untersuchungen sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt. Wurde die gleiche Packung nochmals geglüht durch Erwärmen in Wasserstoff bis auf 1175° C, dann verbesserten sich die magnetischen Eigenschaften dabei nur wenig. Damit ist ein Material erhalten worden, das nur ein Glühen bei relativ tiefer Temperatur erfordert, um gute magnetische Eigenschaften zu entwickeln. Im fertigen Blech war der Stickstoffgehalt wenigstens zweimal so hoch wie der Borgehalt.

Magnetische Eigenschaften

Wärmebehandlung Dicke Ummagnetisierungsverlust magnet.

mm bei 60 Hz (W/kg) Induktion B8

P 1,5 P 1.6 (T)

45

1025°C(l. Glühung) 0,27 1,184 1,426 1,856

1175°C (2. Glühung) 0,27 1,166 1,420 1,862

Beispiel Il

50

Nach dem in Beispiel I beschriebenen Verfahren wurde eine siliziumhaltige Eisenschmelze der folgenden Zusammensetzung zubereitet:

55 60

Wie im Beispiel I beschrieben, wurde der erhaltene Block warmgewalzt und den anderen Bearbeitungsstufen unterworfen und man erhielt ein Produkt, das dem in Beispiel I erhaltenen entsprach und das eine magnetische Induktion B8 von I.865T und Ummagnetisierungsverluste P 1,5 von 1,219 W/kg und P 1,6 von 1,466 W/kg aufwies, nachdem es bei 1025°C geglüht worden war. Im fertigen Blech war der Stickstoffgehalt etwa viermal so groß wie der Borgehalt.

Silizium	3,28%
Schwefel	0,009%
Mangan	0,002%
Kohlenstoff	0,024%
Bor	C ppm
Aluminium	47 ppm
Stickstoff	27 ppm
Sauerstoff	18 ppm
Eisen	Rest

Beispiel III

Gegenüber dem in Beispiel I beschriebenen Verfahren wurde für die Zubereitung der Schmelze dieses Beispiels eins Änderung vorgenommen. Die Schmelze wurde in dem Tiegel nur wenige Minuten im geschmolzenen Zustand gehalten, um die Reduktion von Bor aus dem Ήegelmaterial zu begrenzen. Dafür wurde ein Borzusatz in Form eines 19°/oigen Ferrobors zu der Schmelze gemacht, nachdem Ferrosilizium, Eisen-II-Sulfid und die abschließende Kohlenstoffzugabe erfolgt war. Die erhaltene Zusammensetzung war gemäß Analyse die folgende:

Silizium	3,25%
Schwefel	0,008%
Mangan	0,003%
Kohlenstoff	0,02%
Bor	12 ppm
Stickstoff	37 ppm
Sauerstoff	30 ppm
Eisen	Rest

Das Warmwalzen wurde gegenüber dem in Beispiel I verändert, indem der durch Walzen hergestellte Knüppel von 2J5 χ 3,8 cm Querschnitt auf Zimmertemperatur abgekühlt und in verschiedene Stücke zerteilt wurde. Diese wurden auf eine von verschiedenen Temperaturen wieder erwärmt und danach wurde das Warmwalzen bis zu einer Blechdicke von etwa 2 mm fortgesetzt. Das Material dieses Beispiels WuWe auf 1300"C wieder erwärmt Die Gesamtzahl der Durchgänge und die Dickenverringerung für jeden Durchgang waren unverändert. Im fertigen Blech war der Stickstoffgehalt etwa dreimal so groß wie der Borgehalt. Das Kaltwalzen wurde in zwei Stufen ausgeführt mit einer Zwischendicke von etwa 1,2 mm. Die Zwischenwärmebehandlung erfolgte für 3 Minuten bei 900°C in trockenem Wasserstoff wie vorher. Nach dem Kaltwalzen bis zu einer Enddicke von etwa 0,28 mm wurden Epstein-Streifen geschnitten, bei 800⁰C in Wasserstoff mit einem Taupunkt von Zimmertemperatur entkohlt und, wie in Beispiel I beschrieben, geglüht. Die magnetischen Werte nach Glühen bei 1025⁰C und zweitem Glühen bei 1175°C waren die folgenden:

Magnetische Eigenschaften

■ ■—

Wärmebehandlung Dicke Ummagnetisierungsverlust magnet.

mm bei60Hz(W/kg) Induktion B8

P 1,5 P 1,6 P 1,7 (T)

1025°C(l.Glühung) 0,27 1,206 1,446 1,649 1,856

1175" C (2. Glühung) 0,27 1,109 U23 1,479 1,867

Zur Bestimmung der Wirkungen der verschiedenen Bor-zu-Stickstoff-Verhältnisse bei der Entwicklung der zweiten Rekristallisation während des abschließenden Glühens wurde eine Reihe von Versuchen durchgeführt. Und zwar wurden sechs getrennte Ansätze zubereitet, die alle die folgende Grundzusammensetzung aufwiesen:

Silizium 3,25%

Schwefel 0,008%

Kohlenstoff 0,0025%
und der Rest war Eisen.

Zu vier der Ansätze gab man Ferrobor hinzu, um eine Nominalmenge von 50 ppm Bor einzustellen, während der Borgehalt der beiden anderen auf 50 und 75 ppm Bor eingestellt wurde. Der Stickstoffgehalt in diesen Ansätzen lag im Bereich von 40 bis 145 ppm.

Beispiel IV

Der Partialdruck des Stickstoffes im Ofen wurde bei 30 mm gehalten und das Metall wurde nach Zugabe des Ferrobors aus der Gießpfanne gegossen. Der erhaltene Block wurde, wie in Beispiel HI beschrieben, warm- und kaltgewalzt und wärmebehandelt. Die Analyse des kaltgewalzten Streifens ergab einen Borgehalt von 30 ppm und einen Stickstoffgehalt von 41 ppm. Die magnetischen Eigenschaften des kaltgewalzten Streifens sind zusammen mit denen der folgenden Beispiele in der nachfolgenden Tabelle A zusammengefaßt.

Beispiel V

Nach dem in Beispiel IV beschriebenen Verfahren wurde mit Ausnahme eines Stickstoffpartialdruckes von 60 mm im Ofen ein kaltgewalztes Produkt erhalten, das nach der Analyse 30 ppm Bor und 53 ppm Stickstoff enthielt.

Beispiel VI

Nach den Verfahren der Beispiele IV und V, doch mit einem weiter erhöhten Stickstoffpartialdruck im Ofen '

von 100 mm wurde ein kaltgewalztes Produkt erhalten, das einen Borgehalt von 32 ppm und einen Stickstoffgehalt von 78 ppm aufwies. 5 j

Beispiel VIl

Nach dem Verfahren des Beispiels IV wurde mit Ausnahme eines Stickstoffpartialdruckes von 400 mm im Ofen ein kaltgewalztes Produkt erhalten, das 34 ppm Bor und 145 ppm Stickstoff enthielt. ίο · ί

Beispiel VIII U

Nach dem Verfahren des Beispiels IV wurde mit einem Stickstoffpartialdruck von 200 mm in dem Ofen und I*

Zugabe einer größeren Menge Ferrobor zu der Gießpfanne ein kaltgewalztes Produkt erhalten, das 59 ppm Bor 15 I

und 68 ppm Stickstoff enthielt. f

Beispiel IX |

Nach dem Verfahren des Beispiels IV wurde durch Zugabe von Ferrobor zu der Gießpfanne durch Aufrecht- 20 |

erhalten eines Stickstoffpartialdruckes im Schmelzofen von 200 mm ein kaltgewalzter Streifen erhalten, der I'

44 ppm Bor und 93 ppm Stickstoff enthielt. '

Tabelle A =

Die Beispiele IV, V, VII und VIII sind Vergleichsversuche.

Wo immer in dieser Beschreibung und in den Ansprüchen auf Mengen, Prozentgehalte oder Verhältnisse Bezug genommen ist, beziehen sich diese auf das Gewicht, sofern nichts anderes angegeben.

Die in der vorliegenden Beschreibung und in den Ansprüchen verwendete Bezeichnung »Block« bezieht sich 40 auf einen Körper, hergestellt durch Erstarrenlassen eines geschmolzenen Stahles nach irgendeinem Gußverfahren, wobei der Stahl nach irgendeinem geeigneten Stahlherstellungsverfahren erhalten wurde, und dies schließt einen brammenartigen Block ein, wie er durch kontinuierliches Gießen erhalten wird.

Bei der kristaiiographischen »Goss«- oder (ii O)[OOl j-Textür sind die Körner so orientiert, daß vier der Würfelkanten der Einheitszelle im wesentlichen parallel zur Blechebene und zur Walzrichtung [001] liegen und 45 daß die kristallographische (110)-Ebene im wesentlichen parallel zur Blechebene liegt

Beispiel	Dicke mm	Ummagnetisierungsverlust bei 60 Hz magnet. Induktion	P 1,7	*BS(T)*
		(W/kg)
		P 1,5	2,235	1,421
IV	0,28	2,802	1,490	1,669
V	0,28	1,515	2,767	1,894 (Erf.)
VI	0,27	1,142	—	1,551
VII	0,27	2,050	1,570	1,413
VIII	0,27	2,511	1,842 (Erf.)
IX	0,27	1,188

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Herstellen eines kornorientierten Siliziumstahlbleches, bei welchem ein Blech auf seine Endabmessung kaltgewalzt und einer Schlußglfihung zum Entkohlen sowie zum Entwickeln einer sekundären (110)[001]-Rekristallisationstextur unterworfen wird, wobei das Blech 2,2 bis 4,5% Silizium, 5 bis 45 ppm Bor, 15 bis 95ppm Stickstoff, 0,007 bis 0,06% Schwefel und 0,002 bis 0,1% Mangan enthält dadurch gekennzeichnet, daß der Stickstoffgehalt im Blech das Zwei- bis Vierfache des Borgehaltes beträgt und daß das Verhältnis von Schwefel zu Mangan so eingestellt wird, daß ein Mindestschwefelgehalt von 0,007% in gelöster Form während der Schlußglühung resultiert