DE2734500A1

DE2734500A1 - Verfahren zur herstellung von elektroblechen und -baendern, insbesondere von fe-si-blechen und -baendern

Info

Publication number: DE2734500A1
Application number: DE19772734500
Authority: DE
Inventors: Oskar Ing Grad Noe
Original assignee: BWG Bergwerk und Walzwerk Maschinenbau GmbH
Current assignee: BWG Bergwerk und Walzwerk Maschinenbau GmbH
Priority date: 1977-07-30
Filing date: 1977-07-30
Publication date: 1979-02-15
Also published as: FR2398805A1; IT7825066A0; ATA370078A; GB2001558A; JPS5471398A; AT366416B; IT1097093B; BR7804453A

Description

BWG Bergwerk- und Walzwerk
Maschinenbau GmbH

Mercatorstraße 74 4100 Duisburg

Verfahren zur Herstellung von Elektroblechen und -bändern, insbesondere von Fe-Si-Blechen und -Bändern

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Elektroblechen und -bändern, insbesondere von Fe-Si-Blechen und -Bändern, wonach das betreffende Elektroband warmgewalzt, kaltgewalzt, ggf. zwischengeglüht, schließlich schlußgeglüht sowie zumindest vor dem Schlußglühen zur Verbesserung seiner magnetischen Eigenschaften einer plastischen Verformung unterworfen wird. - Dieses Verfahren beschäftigt sich also mit der Herstellung kaltgewalzter Elektrobleche bzw. -bänder.

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Ein ständiges Problem bei der Herstellung von Elektroblechen und -bändern bereitet die Reduzierung der Eisenverluste. Derartige Eisenverluste werden häufig auch als Wattverluste oder Ummagnetisierverluste bezeichnet. Sie können bei Fe-Si-Blechen bzw. -Bändern mit wachsendem Si-Gehalt reduziert werden. Der Höhe des Si-Gehaltes sind jedoch infolge der mit dem Legierungsgrad zunehmenden Sprödigkeit Grenzen gesetzt. So liegt der höchste angewendete Legierungsgrad bei im Warmwalζverfahren hergestellten Fe-Si-Blechen bzw. -Bändern bei etwa 4,5 % Si, bei kaltgewalzten Blechen bzw. -Bändern bei etwa 3 % Si oder darunter. Oberhalb dieser Werte besitzen die Elektrobleche bzw. -bänder regelmäßig nicht mehr die für ihre Verarbeitung erforderliche Duktilität bei Raumtemperatur. Folglich hat man sich um andere Wege zur weiteren Reduzierung der Eisenverluste bemüht, insbesondere bei im Kaltwalzverfahren hergestellten Elektroblechen und -bändern. Denn kaltgewalzte Elektrobleche bzw. -bänder zeichnen sich einerseits durch ihre höhere magnetische Güte aus, aber auch durch höhere Gleichmäßigkeit und bessere Maßhaltigkeit im Vergleich zu im Warmwalζverfahren hergestellten Elektroblechen bzw. -bändern. Ihre glattere Oberfläche sorgt für die Verbesserung des Stapelfaktors, ihr geringerer Legierungsgrad für eine Verschleißreduzierung der bearbeitenden Werkzeuge.

Die Vorschläge zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften beziehen sich nicht nur auf unterschiedliche Legierungsanweisungen, sondern auch auf unterschiedliche Verformungsbedingungen sowie Glühbedingungen in bestimmten Ofen-Atmosphären. Die hierdurch erzielten Fortschritte in der Verbesserung der magnetischen Eigenschaften sind relativ gering. Die Herstellungsverfahren sind außerordentlich aufwendig und unsicher. Eine exakte Voraussage über die zu erwartenden magnetischen Eigenschaften ist nach diesen bekannten Verfahren kaum möglich.

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Allen Verfahren ist eigentümlich, daß die Verformungen durch Walzen, insbesondere durch Kaltwalzen, erfolgen. Die bekannten Vorschläge geben oft unterschiedliche Anweisungen für den jeweiligen Reduktionsgrad, der durch das Walzen erzielt werden soll. Hierbei wird meistens keine Angabe über den Walzen-0 und den beim Walzen aufgebrachten Zug gemacht. Aus der Praxis ist allerdings bekannt, daß der Walzen-0 und der Bandzug auf die Art der plastischen Verformung durch Walzen erheblichen Einfluß haben.

Da nach dem Kaltwalzen die Bänder zum Zwecke der Rekristallisation wieder geglüht werden, ist jedoch die Frage von großer Bedeutung, unter welchen Bedingungen das Material plastisch verformt worden ist. Nach jeder plastischen Verformung bilden sich Restspannungen, die durch das nachfolgende Glühen gelöst werden. Je nach Art, Richtung und Größe bewirken solche Restspannungen während des Glühprozesses eine gewisse Ausrichtung der Kristallite, wodurch die Festigkeitseigenschaften und auch die magnetischen Eigenschaften des Materials beeinflußt werden.

Nach dem Walzprozeß werden Restspannungen bzw. Eigenspannungen hinterlassen, die an den Oberflächen relativ hoch sind, beispielsweise etwa 80 % der Streckgrenzenfestigkeit betragen, während sie innerhalb des Materials wesentlich geringer sind. In der Blechebene sind diese durch das Walzen hinterlassenen Eigenspannungen immer außerordentlich ungleich verteilt, da die Walzenballigkeit, die örtliche Dicke des zu walzenden Materials, die Temperaturverteilung in der Walze und dem Material sowie unterschiedliche Reibungsverhältnisse über die Walzenbreite eine gleichmäßige Spannungsbildung nicht zulassen. Eine Voraussage über solche Eigenspannungen ist bei dem heutigen Stand der Technik nicht möglich. Es ist aber aus der Praxis bekannt, daß solche Eigenspannungen die Kornneubildung während des Glühprozesses erheblich beeinflussen können.

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Ferner führen die in der Walζebene ungleichen Eigenspannungen nach dem Glühen zum Wiederauftreten von Welligkeiten, die besonders bei Elektroblechen wegen der Verminderung der Packungsdichte höchst unerwünscht sind.

Man versucht daher, insbesondere bei der Schlußglühung, das Band durch entsprechende Züge innerhalb des Ofenbereiches geringfügig zu recken, damit diese Unplanheiten eliminiert werden. Diese Verformung durch Zug im glühheißen Zustand bewirkt aber eine ungünstige Beeinflussung der magnetischen Eigenschaften, insbesondere in bezug auf die Anisotropie der Wattverluste in Quer- und Längsrichtung.

In diesem Zusammenhang ist ein Verfahren zur Herstellung kornorientierter Elektrobleche bekannt, wonach ein Si-Stahlblech mit weniger als 4,5 % Si nach dem Warmwalzen mehr als einmal kaltgewalzt und jeweils rekristallisationsgeglüht und schließlich einer Schlußglühung unterworfen wird. Hierbei wird vor der Schlußglühung eine Behandlung des Elektrobleches derart durchgeführt, daß abwechselnd Oberflächenbereiche, die im Sinne einer Steuerung des Wachstums sekundärer Rekristallisationskörner behandelt sind, und unbehandelte Oberflächenbereiche aufeinanderfolgen. Die Bereiche zur Steuerung des Wachstums der sekundären Rekristallisationskörner werden durch eine mechanische plastische Verformung behandelt, die beispielsweise im Zuge des Kaltwalzens mit profilierten Walzen erfolgt. Die plastische Behandlung soll ein Kornwachstum durch spannungsinduzierte Kornbildung bei einer sekundären Rekristallisationstemperatur von weniger als 1.000° C bewirken. Eine solche Behandlung soll zu einer erhöhten magnetischen Kraftflußdichte und damit zu einer Reduzierung der ümmagnetisierungsverluste bzw. Eisenverluste führen (vgl. DT-AS 25 17 98O). Dieser bekannte Vorschlag zielt offensichtlich darauf ab, die Verteilung der Eigenspannungen vor der Schlußglühung anders zu gestalten.

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Abgesehen von der Problematik der Behandlung einer Blechoberfläche mit z.B. profilierten Walzen, wird auch die Packungsdichte ungünstig beeinflußt und nur örtlich und nur teilweise eine Verbesserung der magnetischen Eigenschaften bewirkt.

Bei allen bekanntgewordenen Verfahren werden Elektrobänder vor dem Schlußglühen einer Kaltwalzverformung unterzogen, die in der Regel einer Dickenreduzierung von 3 - 10 % entspricht.

Der Transport und die Zwischenlagerung zwischen Kaltwalzwerk und der Glüherei ist zeitaufwendig und führt häufig zu Beschädigungen der Coils. Nun könnte man daran denken, ein Kaltwalzgerüst in die Glühlinie einzubauen. Eine solche Maßnahme ist jedoch unwirtschaftlich, da Kaltwalzgerüste regelmäßig für hohe Walzgeschwindigkeiten ausgelegt sind, während Glühlinien nur mit niedrigen Geschwindigkeiten arbeiten. Die Kapazität eines kostenaufwendigen Kaltwalzgerüstes würde also nicht hinreichend ausgenutzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art, die durch das sonstige Kaltwalzen hervorgerufene Ungleichförmigkeit der Eigenspannungen in den Elektrobändern zu eliminieren und ein planes Blechband mit in der Blechebene gleichmäßig verteilten Eigenspannungen unter Verzicht auf Coiitransport oder Zwischenlagerung der Glühlinie zuzuführen sowie die magnetischen Eigenschaften der Elektrobänder zu verbessern.

Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Ver fahren dadurch, daß das Elektroband im Zuge der plastischen Verformung biegeverformt, vorzugsweise streckbiegegerichtet wird. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung wird das Elektro band in der Glühlinie einem Ofenzug von maximal 0,75 kp/mm unterworfen. - Durch das Streckbiegerichten wird das Elektroband durch

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fortlaufendes wechselseitiges Biegen plastisch gelängt und gerichtet. Die plastische Verformung vor dem Schlußglühen wird beim Streckbiegerichten folglich durch sich überlagernde Zug- und Biegespannungen erzeugt. Bei einer derartigen Biegeverformung in Längsrichtung entstehen nahezu gleich große plastische Biegeverformungen rechtwinklig zur eigentlichen Biegerichtung. Es erfolgt eine Verschiebung von Faser zu Faser in bezug auf die Querschnittshöhe des Elektrobandes bei gleichzeitiger Verminderung der Banddicke. Diese dem plastischen Biegen eigentümliche Verformungsart bewirkt gegenüber dem sonst üblichen Kaltwalzen innerhalb des Gefüges vor allem eine Ausrichtung der Eigenspannungen in Quer- und Längsrichtung. Die so gerichteten Eigenspannungen induzieren eine Kornneubildung während des Glühprozesses, die auch überwiegend in Längs- und Querrichtung ausgerichtet ist. Außerdem ist das streckbiegegerichtete Elektroband bereits vor dem Schlußglühen plan. Da die Eigenspannungen in der Blechebene gleichmäßig verteilt sind, bleibt das erfindungsgemäß behandelte Elektroband auch nach der Glühung plan. Deshalb kann mit stark reduziertem Ofenzug gearbeitet werden. Ferner läßt sich unschwer eine Streckbiegerichtanlage in die Schlußglühlinie einbauen, da sie im Gegensatz zu einem Kaltwalzgerüst erheblich billiger ist. Transport und Zwischenlagerung von Coils entfallen. Durch das Streckbiegerichten wird ferner eine Profi!verbesserung der erfindungsgemäß behandelten Elektrobleche und -bänder erzielt, d.h., ungleiche Dicken in der Bandbreite werden erheblich reduziert, so daß die Packungsdichte für die aus solchen Elektroblechen herzustellenden Magnetkerne größer ist und dadurch ein besserer Wirkungsgrad erzielt wird.

Im folgenden sind einige Versuchsergebnisse zusammengestellt worden. Es wurden die Ummagnetisierungsverluste bei einem herkömmlich hergestellten Elektroband und bei einem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Elektroband gemessen und miteinander vergleichbar gemacht. Herkömmlich hergestelltes Elektroband

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meint unmittelbar vor dem Schlußglühen kaltgewalztes Elektroband, erfindungsgemäß hergestelltes Elektroband meint unmittelbar vor dem Schlußglühen streckbiegegerichtetes Elektroband. In beiden
Fällen handelt es sich um verschiedene Elektroblechgüten, nämlich um 360-50 A und 150-50 A. Darin kennzeichnet die erste Zifferngruppe das 100-fache des ümmagnetisierungsverlustes in W/kg bei B = 1,0 T und f = 50 Hz als Gütewert. Der Gütewert der ümmagnetisierungsverluste bei B= 1,0 T und f = 50 Hz erhält das Formelzeichen P 1,0, z.B. im Falle B= 1,5 T das Formelzeichen P 1,5
usw. für die Einheit W/kg. Darin meint B den Scheitelwert der
Induktion, T die Einheit Tesla für die Induktion und f die Frequenz. - Die zweite Zifferngruppe gibt das 100-fache der Blechdicke in mm an, der Buchstabe A bedeutet kaltgewalztes Elektroblech, im Durchlaufofen geglüht. Die miteinander zu vergleichenden Elektrobänder waren identisch 0,5 mm dick und 700 mm breit. Wegen der besseren Vergleichbarkeit wurden alle Versuche mit dem gleichen Ofenzug gefahren, wie er bei kaltgewalztem Material üblich ist. Bei der Elektroblechgüte 360-50 A ergab die Si-Schmelzanalyse 1,14 %, bei der Elektroblechgüte 150-50 A ergab die Si-Schmelzanalyse 2,58 %. Ermittelt wurden die Ummagnetisierungsverluste mit Hilfe von Epstein-Proben. In dem nachfolgenden
Diagramm ist der Gütewert P 1,0 der Ummagnetisierungsverluste
über dem Streckgrad aufgetragen.

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Um magneiis/erun^

1,0[WIKg]

3,0-

Bfi 1.S 1.0

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g E. - Banaf

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L -lungs 15O- 50A

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Vergleicht man einmal die erhaltenen Kurven miteinander, dann stellt man unmittelbar fest, daß die optimalen Werte bzw. geringsten Ummagnetisierungsverluste im Falle der Elektroblechgüte 360-50 A bei einem Streckgrad von £ = 1,5 % erreicht werden, dagegen bei der Elektroblechgüte 150-50 A bei einem Streckgrad von 2,5 %. Daraus folgt, daß Elektrobänder mit niedrigen Si-Werten kleinere Streckgrade und mit höheren Si-Werten größere Streckgrade im Zuge des Streckbiegerichtens vor dem Schlußglühen verlangen. Eine Änderung der Streckbedingungen führt zu einer Änderung der Werte für die Ummagnetisierungsverluste. Die optimalen Ummagnetisierungsverluste für herkömmlich hergestellte Elektrobänder und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Elektrobänder sind nahezu identisch. Der daraus resultierende technische Fortschritt bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist jedoch darin zu sehen, daß auf den sonst dem Schlußglühen unmittelbar vorgeschalteten Kaltwalzprozeß mit den ihm eigenen Nachteilen, die eingangs erläutert wurden, verzichtet werden kann. Vielmehr genügt bloßes Streckbiegerichten der Elektrobänder vor dem Schlußglühen in der Glühlinie, um ebenso gute Werte hinsichtlich der Ummagnetisierungsverluste zu erreichen.

Zu den oben aufgezeigten Ummagnetisierungsverlusten sei noch erwähnt, daß beide Elektrobänder die Glühlinie mit erheblichem Ofenzug durchlaufen haben. In einem solchen Fall verhalten sich auch die Gütewerte P 1,3 und P 1 ,5 der Ummagnetisierungsverluste praktisch identisch, wie die nachfolgenden Tabellen ausweisen.

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- ttr- ήή

360-50 A ε= 1,5

streckbiegegerichtet mit Ofenzug W/kg

kaltgewalzt mit Ofenzug W/kg

P 1,0 P 1,3 P 1,5

2,31 3,72 5,17

2,29 3,71 5,15

150-50 A £ = 2,5 %

streckbiegegerichtet mit Ofenzug W/kg

kaltgewalzt mit Ofenzug W/kg

P 1,0 P 1,3 P 1,5

1,46 2,42 3,27

1,50 2,46 3,57

Allerdings ist eine Verbesserung der Ummagnetisierungsverluste bei den nach dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelten Elektrobändern bereits bei höherem Siliziumgehalt zu erkennen, wie die Elektroblechgüte 150-50 A zeigt. Werden streckbiegegerichtete Elektrobänder mit minimalen Zügen im Glühofenbereich gefahren, so ist mit großer Sicherheit eine Verbesserung der unterschiedlichen Wattverluste in Quer- und Längsrichtung sowie eine Senkung der absoluten Werte für die Wattverluste zu erwarten. Das gilt für beide Elektroblechgüten. In diesem Zusammenhang sei daran erinnert, daß bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auf den Ofenzug weitgehend

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verzichtet werden kann, weil das dem Schlußglühen unmittelbar vorgeschaltete Streckbiegerichten dafür Sorge trägt, daß das betreffende Elektroband nach Verlassen der Glühlinie hinreichend plan und gerichtet ist, während bei dem herkömmlichen Verfahren der Richtprozeß über den relativ hohen Ofenzug bewirkt werden muß. Auf den relativ hohen Ofenzug kann daher bei dem herkömmlichen Behandlungsverfahren grundsätzlich nicht verzichtet werden. Erfindungsgemäß wird das Elektroband mit einem Streckgrad von 0,8 % bis 5,0 % streckbiegegerichtet, je nach Si-Gehalt. Im übrigen besteht aber auch die Möglichkeit, das Elektroband bereits im Zuge des Harmwalzens in walzheißem Zustand einer plastischen Biegeverformung zu unterwerfen, vorzugsweise streckbiegezurichten.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Streckbiegevorrichtung mit einem Streckbiegegerüst und zumindest zwei anstellbaren Biegerollen sowie einer zugeordneten Richtrolle, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet ist. Auf die für die Erzeugung des notwendigen Bandzuges vor- und nachgeschalteten Brems- und Zugrollen kommt es in diesem Zusammenhang nicht an.

Diese Streckbiegevorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Rollendurchmesser maximal das 50-fache, vorzugsweise das 30- bis 40-fache der Banddicke beträgt und der theoretische Umschlingungswinkel cC an den beiden ersten Biegerollen größer als 25°, vorzugsweise 40 bis 50° ist. Beim überlaufen der Biegerollen nimmt das Elektroband eine hyperbelförmige Krümmung an. Der Scheitelradius des Elektrobandes ist in der Regel größer als der Radius der Biegerollen. Nur in Extremfällen folgt das Elektroband dem Radius der Rollen. Deshalb ist der betreffende Winkel nur ein theoretischer Umschlingungswinkel, der sich bei ideal-plastischem Verhalten des Werkstoffes einstellen würde. Arbeitet man mit einem Rollendurchmesser, der unter dem 50-fachen der Banddicke liegt, und mit 06 ^ 40 , dann werden solche plastischen Biegeverformungen erzielt, die für die Beeinflussung der magnetischen Eigen-

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schäften vorteilhaft sind.

Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, daß ein Verfahren zur Herstellung von Elektroblechen und-bändern, insbesondere von Fe-Si-Blechen und -Bändern, angegeben wird, mit dem sich die magnetischen Eigenschaften dieser Bleche bzw. Bänder in Bezug auf die Eisenverluste bzw.auf die Ummagnetisierungsverluste beachtlich verbessern lassen. Durch das dem Glühprozeß vorgeschaltete Streckbiegerichten - im Gegensatz zu dem sonst üblichen Kaltwalzen - des betreffenden Elektrobandes werden die Eigenspamingen in der Blechebene gleichmäßig verteilt. Darüber hinaus ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine besonders rationelle und wirtschaftliche Elektroblech- bzw. bandfertigung und erlaubt einen minimalen Ofenzug.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 Schematisch die Eigenspannungen nach dem Kaltwalzen über die Banddicke,

Fig. 2 schematisch die Eigenspannungen nach dem Streckbiegerichten über die Banddicke und

Fig. 3 schematisch eine Streckbiegevorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Die Fig. 1 und 2 machen unmittelbar deutlich, daß sich die Eigenspannungen nach plastischer Biegeverformung, nämlich nach dem Streckbiegerichten inhomogen derart über die Banddicke d eines Elektrobandes 1 verteilen, daß jede Faser zur benachbarten Faser in einem Spannungszustand steht. Das ist bei den nach dem Kaltwalzen auftretenden Eigenspannungen nicht der Fall. Von Bedeutung ist jedoch, daß die Eigenspannungen nach dem Streckbiegerichten

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in der Bandebene gleichmäßig verteilt sind. Die unterschiedlichen und kaum kontrollierbaren EigenspannungsVerhältnisse nach dem Kaltwalzen, die zu unterschiedlichen Rekristallisationsformen führen, werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren durch das Streckbiegerichten beseitigt. Dadurch lassen sich Elektrobleche bzw. -bänder 1 vereinfacht und sicherer hinsichtlich ihrer angestrebten magnetischen Eigenschaften herstellen.

Die dargestellte Streckbiegevorrichtung besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einem Streckbiegegerüst 2 und zumindest zwei anstellbaren Biegerollen 3 sowie einer nachgeschalteten Richtrolle 4. Der Rollendurchmesser D beträgt maximal das 50-fache der Banddicke d, während der theoretische Umschlingungswinkel CL an den beiden ersten Biegerollen 3 größer als 25 gewählt ist.

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Leerseite

Claims

273A500 Andrejewslci, Honlce, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen Patentansprüche :

1. Verfahren zur Herstellung von Elektroblechen und -bändern, Insbesondere von Fe-Si-Blechen und -Bändern, wonach das betreffende Elektroband warmgewalzt, kaltgewalzt, ggf. zwischengeglüht, schließlich schlußgeglüht sowie zumindest vor dem Schlußglühen zur Verbesserung seiner magnetischen Eigenschaften einer plastischen Verformung unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektroband im Zuge der plastischen Verformung biegeverformt, vorzugsweise streckbiegegerichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das

Elektroband in der Glühlinie einen Ofenzug von maximal 0,75

2
kp/mm unterworfen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektroband mit einem Streckgrad von 0,8 % bis 5,0 % in Abhängigkeit vom Si-Gehalt streckbiegegerichtet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektroband bereits im Zuge des Warmwalzens in walzheißem Zustand einer plastischen Biegeverformung unterworfen, vorzugsweise streckbiegegerichtet wird.

5. StreckbiegeVorrichtung mit einem Streckbiegegerüst und zumindest zwei anstellbaren Biegerollen sowie einer zugeordneten Richtrolle, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rollendurchmesser (D) maximal das 50-fache der Banddicke (d) beträgt und der theoretische Umschlingungswinkel (ei) an den beiden ersten Biegerollen größer als 25°, vorzugsweise 40° bis 50° ist.

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