DE2816880A1

DE2816880A1 - Kornorientiertes magnetisches stahlblech

Info

Publication number: DE2816880A1
Application number: DE19782816880
Authority: DE
Inventors: Kenzo Iwayama; Katsuro Kuroki; Takashi Sato
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1977-04-18
Filing date: 1978-04-18
Publication date: 1978-10-19
Also published as: PL118192B1; JPS53129116A; JPS579418B2; BE866026A; GB1584518A; RO74995A; PL206192A1; DE2816880C2; SE7804204L; IT1094387B; US4318758A; IT7822370A0; FR2388383B1; IN150308B; BR7802407A; FR2388383A1

Description

Γ I

u.Z.: M 696
Case: 5529

NIPPON STEEL CORPORATION
Tokio, Japan

" Kornorientiertes magnetisches Stahlblech "

•J5 Die Erfindung betrifft ein kornorientiertes magnetisches Stahlblech mit einem hohen Kornorientierungsgrad.

Magnetische Stahlbleche werden häufig als Kernmaterialien für Motoren, Transformatoren, Generatoren oder bei ähnlichen Anwendungen eingesetzt, wobei die magnetischen Eigenschaften der magnetischen Stahlbleche derart sein müssen, daß im allgemeinen bei einem geringen Erregungsstrom eine große magnetische Flußdichte erzielt werden kann und daß die Kernverluste so gering sind, daß eine effiziente Umwandlung des angelegten Erregungsstroms in magnetische Energie gewährleistet wird. Die magnetischen Materialien können in zwei Gruppen unterteilt werden:

a) nicht-orientiertes magnetisches Material, das hauptsächlich in Motoren verwendet wird und

b) ein kornorientiertes magnetisches Material, das hauptsächlich bei Transformatoren und teilweise bei großen Motoren verwendet wird.

Ferner ist das kornorientierte magnetische Material dem nichtorientierten magnetischen Material deshalb überlegen, da es wesentlich bessere magnetische Eigenschaften in der Walzrich-

L -J

8 0 98 A 2 / 1 134

Ί tung und einen höheren Kornorientierungsgrad aufweist.

Ein grundlegendes Verfahren zur Herstellung kornorientierter, magnetischer Stahlbleche ist aus der US-PS 1 965 559 bekannt und seitdem werden derartige Stahlbleche in großen Mengen kommerziell hergestellt. Nach dem Bekanntwerden des grundlegenden Verfahrens nach der US-PS sind durch Untersuchungen die guten magnetischen Eigenschaften der kornorientierten, magnetischen Stahlbleche herausgefunden worden, die der Tatsa-"Ό ehe zugeschrieben werden können, daß die Kornorientierung in derartigen Materialien unvergleichlich höher ist als bei anderen, bis zu diesem Zeitpunkt bekannten magnetischen Materialien.

^⁵ Bei den kornorientierten, magnetischen Stahlblechen stimmt die Walzrichtung mit den leicht magnetisierbaren Kristallachsen überein, insbesondere mit derfool^ -Achse nach dem Miller'sehen kris-callographischen Indexsystem; die Stahlblechoberfläche besteht aus Kornteilchen, deren flio| \OOi)-Orientierung nach dem Miller'sehen Index parallel zu der {noj-Ebene ist.

Nach dem Bekanntwerden der US-PS beschränkten sich die weiteren Untersuchungen fast ausschließlich darauf, herauszufinden, wie die Kornorientierung der in der US-PS angegebenen idealen fiio} φθ1/ -Kornorientierung angenähert werden kann, um die magnetische Flußdichte in der Walzrichtung zu verbessern und dadurch die Kernverluste zu reduzieren.

So ist aus der US-PS 3 287 183 ein Verfahren bekannt, mit dem in einfacher Weise ein kornorientiertes, magnetisches Stahlblech mit so hoher Integration hergestellt werden kann, daß der mittlere Verschiebungswinkel der einzelnen Kornteilchen aus der idealen {Ϊ 1oj <ÖO1> -Kornorientierung in einen Bereich von 3° fällt, so daß eine sehr hohe magnetische Flußdichte in der Walzrichtung erhalten wird; dieses Verfahren ist kommer-

809842/1134

ziell weit verbreitet und ersetzt zunehmend das Verfahren gemäß der ÜS-PS 1 965 559.

In den letzten 10 Jahren wird somit seit dem Bekanntwerden des kornorientierten, magnetischen Stahlblechs gemäß der

US-PS 1 965 559 als wesentlich für die Verbesserung der magnetischen Eigenschaften angesehen, die in dieser US-PS angegebene ideale [11O} <O01> -Orientierung gemäß Figur 1 anzunähern.
10

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kornorientiertes, magnetisches Stahlblech mit guten magnetischen Eigenschaften zu schaffen, das gegenüber den bekannten kornorientierten, magnetischen Materialien wesentliche Vorteile aufweist.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, daß die bisher übliche Konzeption für die Erhöhung des Integrationsgrades der idealen f] 1OJ ·φθ^-Orientierung durchbrochen wird; obwohl die <OO1> -Kristallachse ebenso wie bei dem bekannten Verfahren parallel zu der Walzrichtung beibehalten wird, wird die Neigung der Ebenen gedreht und um die ΦθΊ>-Achse verteilt, wobei eine bestimmte Zugspannung dem Stahlblech erteilt wird.

Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf kornorientierte, magnetische Stahlbleche mit einem Silicium-Gehalt von bis zu 4,5 %, wobei zur Verringerung der Kernverluste in Walzrichtung die <boi^ -Kristallachse mit der Walzrichtung übereinstimmt und die zur Stahlblechoberfläche parallele Kristallebene aus der (h, k, 0} -Ebene besteht, die um die O01>-Achse parallel zur Walzrichtung gedreht und um diese Achse verteilt ist; ferner wird dem Stahlblech in Walzrichtung eine Zugspannung im wesentlichen von 350 bis 1500 g/mm² erteilt.

Ferner zeichnet sich das erfindungsgemäße Stahlblech dadurch aus, daß die Drehwinkel um die <^Οθ|> -Kristallachse im wesent-

^L 809842/1134

-⁵- 281B880

lichen innerhalb eines Winkelbereichs von 0° bis Jl 20 verteilt sind und einefh, k, ο} φθΡ -Orientierung aufweisen.

Weiter zeichnet sich das erfindungsgemäße Stahlblech dadurch aus, daß auf diesem ein isolierender Film ausgebildet wird, der die Zugspannung erzeugt.

Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn sie auf magnetische Stahlbleche angewandt werden, ■jO die nicht dicker als 0,5 mm sind und deren mittlerer Korndurchmesser nicht größer als 50 mm ist.

Die [h, k, oj <00Χ> -Orientierung gemäß der Erfindung erzeugt eine Textur, bei der mindestens 90 % der Komponentenkornteilchen eine derartige atomare Anordnung aufweisen, daß die -Ebene parallel zur Walzrichtung um die φθ1> -Achse gedreht und verteilt ist, und zwar innerhalb eines Winkelbereichs von 0° bis i 20 _t vorzugsweise von 0° bis ±15°.

Hinsichtlich der Herstellung von Stahlblechen mit der Jh, k, o] φ01^ -Kornorientierung sind bisher nur wenige Verfahren vorgeschlagen und offenbart worden.

Nach der US-PS 2 473 156 wird ein kornorientiertes, magnetisches Material mit der {Ϊ1θ} φθ1> -Orientierung gemäß der US-PS 1 965 559 gewalzt und ausgeglüht, um ein dünnes, magnetisches Stahlblech mit einer Kornorientierung zu erhalten, deren φθ1^>-Achse parallel zur Walzrichtung und deren £11OJ-Ebene um diese Achse gedreht ist.

Aus der JP-OS 17 056/70 ist ein Verfahren zur Erzeugung der <JOO1) -Orientierung durch Walzen und Ausglühen eines flachen Stahlbarrens bekannt.
35

809842/1134

Im folgenden werden weitere Erläuterungen mit Bezug auf Figur 1 unter Hinweis auf die US-PS 2 473 156 und auf die JP-OS 17 056/70 gegeben.

Gemäß der US-PS 2 473 156 sind die Kornteilchen vorwiegend in der f\ 2o} ΐΟΟ'ύ -Orientierung verteilt. Daher ist die Kristallachse um die sogenannte Goss-Orientierung (gemäß der US-PS 1 965 559) um + 18,4° gedreht, um die Eigenschaften hinsichtlich der Kernverluste in Walzrichtung zu verbessern; dabei ist jedoch die Integration entlang der föoi^ -Achse in Walzrichtung außerordentlich niedrig, und einefi1o} φοί^- Orientierung kann nicht festgestellt werden. Aufgrund der niedrigen Kornintegration entlang der <OO1> -Achse, was insbesondere bei magnetischem Material wünschenswert ist, beträgt die B₁ -Eigenschaft lediglich 18 150 Gauss, wie sich aus den Beispielen der US-PS 2 473 156 ergibt. Daher ist es schwierig, mit dem Verfahren nach dieser US-PS ein hochmagnetisches Stahlblech zu erhalten.

Bei der JP-OS 17 056/70 dreht sich die Rotationsachse um die ^001^ -Achse gleichmäßig, und daher wird eine doppelt orientierte Textur erhalten, ohne daß eine Annäherung an die Goss-Orientierung erhalten wird. Dieses vorbekannte Verfahren führt zu einem doppelt orientierten, magnetischen Stahlblech. Ferner weist auch dieses vorbekannte Verfahren die Nachteile des aus der US-PS 2 473 156 bekannten Verfahrens auf und ist der Goss-Orientierung hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften in Walzrichtung wesentlich unterlegen, da die magnetische 90° Domäne leicht gebildet wird.

Im Rahmen der Erfindung sind umfangreiche Untersuchungen vorgenommen worden, um die oben erwähnten Nachteile beim Stand der Technik zu vermeiden, und es ist herausgefunden worden, daß die Kernverluste wesentlich verringert werden können, ohne dabei die Kornorientierungen zu zerstören, wenn der Drehwinkel der Rotationsachse um die ^001>-Achse in einem Bereich von 0°

809842/1134

bis jf 20° vorzugsweise von 0° bis _+ 15° bleibt.

Eines der wesentlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung ist somit die Kornorientierung und die Zugspannung in dem Stahlblech gemäß obiger Spezifikation.

Im folgenden werden diese Merkmale näher erläutert«

Zunächst soll erfindungsgemäß eine Kornorientierung gemäß Figur 3 gegenüber der Goss-Orientierung gemäß Figur 2 erzeugt werden. In dem Beispiel gemäß Figur 3 sind die Kornteil Wichen um etwa ^15° verdreht und um die ^f)01^ -Achse parallel zur Walzrichtung verteilt. Das Wesen der erfindungsgemäßen Kornorientierung liegt nun darin, daß die ^001) -Achse der einzelnen Kornteilchen mit der Walzrichtung des Stahlblechs übereinstimmt und daß die Kristallebene parallel zur Stahlblechoberfläche aus der {h, k, o} -Ebene besteht, die eine um ihre ^00$ -Achse parallel zur Walzrichtung gedrehte und verteilte {11O}-Ebene ist.

Ferner wird eine Zugspannung von etwa 350 bis 1500 g/mm² in Walzrichtung auf das Stahlblech ausgeübt, falls dieses die oben angegebene Kornorientierung aufweist. Die Zugspannung kann in vorteilhafter Weise durch einen glasartigen Film aus MgO erzeugt werden, der auf der Blechoberfläche aufgebracht ist; auch ist es möglich, beispielsweise einen isolierenden Film nach dem abschließenden Ausglühen aufzubringen.

Die dem Stahlblech erteilte Zugspannung wird während der Abkühlung der Wärmebehandlung erzeugt, und zwar durch die Differenz der thermischen Ausdehnung zwischen dem Stahlblech und dem Oberflächenfilm. Wenn eine auf das Stahlblech aufgebrachte Beschichtungsmasse bei einer bestimmten Temperatur, ge·=-· wohnlich bei 35O°C oder höher, hitzegehärtet wird, so haftet der so gebildete Oberflächenfilm ohne jegliche Zugspannung an dem Stahlblech. Beim Abkühlen tendiert jedoch das Stahlblech

809842/1134

dazu, sich stärker zusammenzuziehen als der Oberflächenfilm, da das Stahlblech im allgemeinen eine größere thermische Ausdehnung als der Oberflächenfilm aufweist.

Solange somit der Oberflächenfilm an dem Stahlblech anhaftet, wird dieses einer Zugspannung unterworfen, während der Oberflä— chenfilm sich zur Anpassung an das Stahlblech zusammenziehen muß.

Im Rahmen der Erfindung ist herausgefunden worden, daß die erwähnte positive Anwendung der Zugspannung auf das Stahlblech die Magnetostriktion und die Kernverluste verbessern. In vorteilhafter Weise erfolgt die Aufbringung der Beschichtungsmasse zur Erzeugung der Zugspannung in dem Stahlblech in der fol— genden Weise:

Zu einer Beschichtungsmasse, die als Hauptkomponente kolloidale Kieselsäure enthält, werden Aluminiumphosphat sowie Chromanhydrid oder ein Chromat und darüber hinaus Siliciumoxidpulver und/oder Borsäure zugegeben, und diese Masse auf dem Stahlblech aufgebracht und durch Wärme ausgehärtet, um darauf einen Oberflächenfilm zu bilden.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Verwendung der oben erwähnten Beschichtungsmasse beschränkt, sondern es kann jede Art eines isolierenden Films aufgebracht werden, der in der oben beschriebenen Weise eine Zugspannung erzeugen kann.

Die Erfindung wird im folgenden mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung der Rotationsachse um die <OOi> -Achse gemäß der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik,
Figur 2 eine schematische Darstellung der £iooj -Pole der Kornorientierung und die Kristallanordnung eines bekannten magnetischen Stahlblechs ( £l 1o} föoi> -Goss-Orientierung),

809842/1134

Figur 3 eine schematische Darstellung der flOOj-Pole der Kornorientierung und der Kristallanordnung eines erfindungsgemäßen, magnetischen Stahlblechs ({h, k, o} <OO1> -Orientierung) , Figur 4 ein Diagramm zur Darstellung der Abhängigkeit zwischen den Werten der Kernverluste und verschiedenen, auf die Stahlbleche mit Korngrößen von 10 mm, 25 mm, 50 mm und 60 mm in Walzrichtung ausgeübten Zugspannungen, wobei ο Bleche mit üblicher Kornorientierung und · Bleche mit der erfindungsgemäßen

Kornorientierung darstellen,

Figur 5(a) ein Diagramm der fl 00}-Pole der Kornteilchen und die Entwicklungen der zweiten Rekristallisationskornteilchen in dem erfindungsgemäßen Blech gemäß Beispiel 3,

Figur 5(b) ein Diagramm der f100j-Pole der Kornteilchen und die Entwicklungen der zweiten Rekristallisationskornteilchen bei dem Vergleichsblech in Beispiel 3, Figur 6(a) eine Makrostruktur des erfindungsgemäßen Blechs aus Beispiel 3,

Figur 6(b) eine Makrostruktur des Vergleichsblechs aus Beispiel 3 und

Figur 7 ein Diagramm der flOOj-Pole der Kornteilchen in dem erfindungsgemäßen Blech gemäß Beispiel 3.

Nähere Erläuterungen der Gründe für die Begrenzung der Zugspannung auf das Stahlblech werden im folgenden mit Bezug auf Figur 4 mit mehreren Ausführungsformen gegeben. In Figur 4 wird der Wert der Kernverluste (gekennzeichnet durch o) eines bekannten Stahlblechs mit der Goss-Orientierung mit dem entsprechenden Wert eines Stahlblechs (gekennzeichnet durch ·) verglichen, dessen Kornorientierung erfindungsgemäß um die Φοί)" -Achse parallel zur Walzrichtung gedreht und verteilt ist (mit der Ausnahme der Bleche mit einer Korngröße von 60 mm).

Der Vergleich wird durchgeführt in Abhängigkeit von der vorgegebenen Zugspannung in dem Stahlblech.

809842/1 134

Aus der Figur ergibt sich, daß bei einem relativ großen mittleren Korndurchmesser von 60 mm kein wesentlicher Unterschied zwischen dem bekannten Material (d..) mit der Goss-Orientierung und dem Stahlblech (d₉) mit einer Kornorientierung besteht, die um die Cool) -Achse parallel zur Walzrichtung gedreht und verteilt ist; bei Materialien mit einem mittleren Korndurchmesser von nicht mehr als 50 mm gemäß der Erfindung, beispielsweise bei mittleren Durchmessern von 10 mm und 25 mm, zeigen die erfindungsgemäßen Materialien (a„, b_, c~) eine erhebliche Verbesserung des Wertes der Kernverluste im Vergleich zu den bekannten Materialien (a.. , b. , c.) mit der Goss-Orientierung; dies gilt insbesondere dann, wenn die dem Stahlblech erteilte Zugspannung erfindungsgemäß in den Bereich von

350 bis 1500 g/mm² fällt.
15

Obwohl der erfindungsgemäß zur Verbesserung der Kernverluste beitragende Mechanismus nicht völlig geklärt ist, kann von folgenden Annahmen ausgegangen werden.

Es ist bekannt, daß bei Anlegen eines magnetischen Feldes an ein ferromagnetisches Stahlblech eine Bewegung der magnetischen Domänenwände und eine Drehung der magnetischen Domänen in dem Stahlblech verursacht werden und daher dieses magnetisiert wird. Insbesondere erfolgen bei einem wechselnden Magnetfeld die Bewegung und die Drehung der magnetischen Domänen in kontinuierlicher Weise und werden, wie bekannt, von Kernverlusten begleitet, beispielsweise durch Hystereseverluste und Wirbelstromverluste.

Die erfindungsgemäße Verbesserung der Kernverluste steht vermutlich in Verbindung mit der Unterteilung der magnetischen Domänen aufgrund der spezifischen Kornorientierung und der spezifischen Zugspannung in dem Blech; daher erfolgt eine Verringerung der Bewegungsstrecke der einzelnen magnetischen Domänenwände und daher eine Verringerung der Wirbelstromverluste.

809842/ 1 1 34

■\ Bei üblichen magnetischen Materialien, bei denen die einzelnen Kornteilchen in der idealen Goss-Orientierung flio}<OOi> oder in einer dieser Orientierung stark angenäherten Kornorientierung angeordnet sind, ist die Orientierungsdxfferenz zwischen den benachbarten Kornteilchen sehr gering. Dagegen ist bei dem erfindungsgemäßen magnetischen Material, bei dem die Kornteilchen in der {h, k, ο} φθ 1} -Orientierung angeordnet sind, die Orientierungsdxfferenz zwischen den benachbarten Kornteilchen sehr groß im Vergleich zu der der üblichen magneto tischen Materialien. Die Tatsache, daß der Unterschied größer ist, weist darauf hin, daß die üblichen Materialien sowie das erfindungsgemäße Material unterschiedliche Kornteilchengrenzflachen aufweisen.

Wenn darüber hinaus auf das Stahlblech eine Zugspannung ausgeübt wird, dienen die Kornteilchengrenzflächen als Spannungszentren aufgrund der Gitterfehler, und die magnetischen Domänen werden sauber getrennt und tragen daher zur Verringerung der Wirbelstromverluste bei.

Es kann angenommen werden, daß die Verbesserung der Kernverluste gemäß der Erfindung sich daraus ergibt, daß das Stahlblech mit der fh, k, 6} fao 1> -Orientierung durch die Zugspannung eine Korntexlchenbegrenzung erhält, die zur Verursachung eines SpannungsZentrums geeignet ist, wodurch sich eine feine Unterteilung der magnetischen Domänen ergibt und damit eine Verbesserung der Eisenverluste.

Bei dem erfindungsgemäßen, magnetischen Stahlblech werden die Kernverluste insbesondere in Walzrichtung durch die Korrelationsmechanismen zwischen der spezifischen Kornorientierung und der spezifischen Zugspannung in dem Blech verbessert. Darüberhinaus werden die magnetischen Eigenschaften in anderen Richtungen als in der Walzrichtung ebenfalls durch die spezifische Kornorientierung (£h, k, 6} φθ1> ) alleine verbessert, da die <111> -Komponente in der Blechebene vermindert oder fast O ist ·

809842/1 134

Γ "1

Die vorliegende Erfindung ist nicht lediglich eine Aggregation des bekannten Merkmals der <Ö0v -Faserorientierung mit dem Merkmal der Einwirkung der Zugspannung auf das "Goss"— magnetische Stahlblech, denn es ergeben sich gemäß Figur 4 erhebliche Unterschiede zwischen den Werten, die mit ο und mit • markiert sind. Falls die vorliegende Erfindung lediglich eine Aggregation der obigen Merkmale wäre, würden die gleichen Zugspannungscharakteristika wie bei den Materialien mit der Goss-Orientierung erhalten werden, soweit die magnetischen Eigenschaften in Walzrichtung gemessen werden. Tatsächlich zeigen jedoch gemäß Figur 4 die magnetischen Stahlbleche mit . der {h, k, o} <OO1> -Orientierung eine wesentlich stärkere Verbesserung der Kernverluste, und zwar insbesondere dann, wenn die Zugspannung im Bereich von 350 bis 1500 g/mm² liegt.

Diese beschriebene, bemerkenswerte Verbesserung kann der Tatsache zugeschrieben werden, daß die Empfindlichkeit der Kornteilchengrenzen auf die Feinunterteilung der magnetischen Domänen wesentlich größer ist als die der Materialien mit der Goss-Orientierung,und diese Verbesserung kann nicht von einer einfachen Kombination der bekannten Tatsache erwartet werden.

Bezüglich der Kornorientierung wird der Ausdruck {h, k, oj ^001> in der vorliegende! Erfindung zur Verallgemeinerung verwendet. Bei genaueren Untersuchungen hat sich jedoch herausgestellt, daß eine Korndispers ion innerhalb _+ 15° bis _+ 20° um die Goss-Orientierung {11O}<OO1>ZU den vorteilhaftesten Ergebnissen zu führen scheint. Dies ergibt sich vermutlich aus der Tatsache, daß bei Vergrößerung der Drehung und der Dispersion sowie der {110} ^001^-Komponenten sich die magnetischen 90°- Domänen ebenfalls vergrößern.

Die Gründe für verschiedene Beschränkungen gemäß der Erfindung werden im folgenden näher erläutert.

809842/1134

^ Der Siliciumgehalt ist erfindungsgemäß auf einen Anteil von nicht mehr als 4,5 % begrenzt. Es ist bekannt, daß das Silicium den elektrischen Widerstand des Stahlblechs beeinflußt und den Wert der Kernverluste wesentlich verbessert. Bei Siliciumanteilen oberhalb 4,5 % verschlechtert sich jedoch die Bearbeitbarkeit des Stahlblechs, und daher ist der obere Grenzwert des Siliciumgehalts auf 4,5 % eingestellt, vorzugsweise ist ein Anteil von 3 % Silicium enthalten.

In der Zwischenzeit sind einige Arten kornorientierter, magnetischer Stahlbleche für spezielle Anwendungen bekannt geworden, die keinerlei Silicium oder einen sehr geringen Siliciumanteil aufweisen. Die vorliegende Erfindung ist daher ebenfalls auf derartige kornorientierte, magnetische Stahlbleche anwendbar. Im Rahmen der Erfindung liegt somit der untere Grenzwert das Siliciumgehalts bei O %.

Im Rahmen der Erfindung sind keinerlei spezielle Beschränkungen hinsichtlich anderer chemischer Komponenten vorgesehen, und Elemente, wie Mn, S, Al, N sowie Ti, V, Nb, Se und Sb, die bei üblichen kornorientierten, magnetischen, elektrischen Stahlblechen erforderlich sind, können einzeln oder in Kombination enthalten sein.

Hinsichtlich der Dicke des erfindungsgemäßen, magnetischen Stahlblechs ist es bei Dicken oberhalb 0,5 mm häufig praktisch schwierig, eine Zugspannung auf das Stahlblech auszuüben, so daß die gewünschte Verbesserung der Werte der Kernverluste durch die Einwirkung einer spezifischen Zugspannung zusammen

mit der spezifischen Kornorientierung, was das hauptsächliche Merkmal der vorliegenden Erfindung ausmacht, sehr klein wird, so daß die gewünschte Verbesserung der magnetischen Eigenschaften gemäß der Erfindung in manchen Fällen nicht erreicht

werden kann.
35

809842/1134

Wenn bei dem erfindungsgemäßen, magnetischen Stahlblech der mittlere Korndurchmesser größer als 50 mm ist, wird die Verbesserung der Werte der Kernverluste gemäß Figur 4 klein.

Daher sind erfindungsgemäß Korndurchmesser von bis zu 50 mm bevorzugt. Bisher ist noch nicht geklärt, warum sich die Verbesserung der Kernverlustwerte mit der Zunahme der Korngröße vermindert. Doch kann angenommen werden, daß ein bestimmter oberer Grenzwert für die Korngröße besteht, wenn die gewünsch ten erfindungsgemäßen Ergebnisse sich gemäß den obigen Ausführungen sich von den spezifischen Kornbegrenzungen ableiten

Beispiele Beispiel 1

warmgewalzte Stahlbleche von 2,3 mm und 3 bis 7,5 mm Dicke wurden aus mehreren Arten von Stahlbarren gewonnen, die in einem Vakuumschrnelzofen von 50 kg Kapazität hergestellt wurden und die folgende chemische Zusammensetzung aufwiesen:

Si

C

Mn
S

Al
N
Fe

2,7 - 3,1 %
0,04 - 0,06 %
0,07 - 0,10 %
0,022 - 0,028 %
0,024 - 0,031 %
0,0045 - 0,0085 % restlicher Anteil

Zum Vergleich wurden gemäß einem bekannten Verfahren warmgewalzte Stahlbleche mit 2,3 mm Dicke, die bei 1100⁰C ausgeglüht wurden, unter einer Reduktion von 88 % kaltgewalzt, anschließend bei 83O°C decarbonisiert und bei 1150°C gemäß der US-PS 3 287 183 ausgeglüht, um ein kornorientiertes, magnetisches Stahlblech von 0,30 mm Dicke zu erhalten.

Zur Herstellung verschiedener Arten von Stahlblechen mit der [h, k, o] (bo 1^-Kornorientierung werden die warngewalzten Stahlbleche von 3 bis 7,5 mm Dicke während 5 Minuten bei

809842/ 1 1 34

100O⁰C ausgeglüht, danach auf 2,3 mm Dicke kaltgewalzt, bei 9OO°C ausgeglüht, auf 0,30 mm Dicke kaltgewalzt, bei 85O°C decarbonisiert und während 20 Stunden in einer Wasserstoffgasströmung bei 1200°C ausgeglüht, um ein magnetisches Stahlblech zu erhalten, bei dem die Orientierung der sekundären Rekristallisationskörner um 0° bis 45° um die φθΙζ-Achse parallel zur Walzrichtung zu drehen. Die so erhaltenen Stahlbleche mit sekundären Rekristallisationskörnern in der Goss- und der /h, k, o}<001>-Orientierung werden auf beiden Seiten ■|0 der Bleche mit einer Beschichtungsf lüssigkeit beschichtet, und zwar 2 bis 8 g/m² auf jeder Seite. Die Beschichtungsflüssigkeit besteht aus

Wasserdispersion von 20 % kolloidalem Siliciumoxid: 100 cm³ Wäßrige Lösung von 50 % Aluminiumphosphat: 6O cm³

Chromanhydrid: . 6 g

Borsäure: 2 g

Diese Beschichtungsflüssigkeit ist zur Erzeugung einer hohen Zugspannung vorteilhaft. Zur Erzeugung einer niedrigen Zugspannung kann in vorteilhafter Weise eine Beschichtungsflüssigkeit bestehend aus Phosphaten, wie Magnesiumphosphat, verwendet werden.

Die so mit der Beschichtungsflüssigkeit beschichteten Stahlbleche werden in einem kontinuierlich arbeitenden Ofen während 10 bis 30 Sekunden in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Temperatur von 750 bis 85O°C ausgehärtet, um in den Stahlblechen eine Restspannung entsprechend der angelegten Zugspannung aufrechtzuerhalten. Die Größe der Zugspannungen wird aus der.Größe der Biegung des Stahlblechs berechnet, die auftritt, wenn die Beschichtung auf einer Seite durch chemisches Polieren spannungsfrei entfernt wird.

Die Beziehung zwischen den Kernverlusten in Walzrichtung und der Zugspannung des so erhaltenen Stahlblechs ist in Figur 4 dargestellt, wobei die mit ο gekennzeichneten Meßpunkte die

809842/1134

Werte wiedergeben, die von den bekannten Materialien a.. , b.. , C₁ und d₁ erhalten werden, deren Körner sich etwa in der bekannten Goss-Textur befinden. Diese Meßpunkte zeigen, daß sich der Wert der KernVerluste ändert, wobei der Minimalwert von -der angelegten Zugspannung abhängt. Demgegenüber kennzeichnen die mit · wiedergegebenen Meßpunkte die Werte, die durch die Stahlbleche a„, b„, c„ und d„ erhalten werden, die bei ähnlichen Zugspannungen die {h, k, ö$^O01^ -Korntextur aufweisen. Aus Figur 4 ergibt sich, daß die Kernverlustwerte bei jedem Meßpunkt der erfindungsgemäßen Stahlbleche a_, b„ und c„ gegenüber den mit ο gekennzeichneten Meßpunkten verbessert sind. Daher sind bei den Stahlblechen a.. und a„ mit einem mittleren Korndurchmesser von 10 mm die Kernverluste fast nie unterhalb 1,0 Watt/kg, obwohl sich der Kernverlustindex W17/5O sich bei dem bekannten Material mit der Goss-Textur erniedrigt, wenn eine geeignete Zugspannung vorliegt. Bei den Materialien mit der {h, k, ο} ·φθΐ) -Textur und mit einer Zugspannung von etwa 700 g/mm² unterschreitet der Kernverlustindex sehr häufig den Wert 1,0 Watt/kg, beispielsweise 0,97 Watt/kg, wesentlich.

Mit den erfindungsgemäßen Stahlblechen werden somit überraschende Vorteile erzielt.

Beispiel2

Eine kontinuierlich gegossene Stahlbramme mit der unten angegebenen Zusammensetzung wird warmgewalzt, um 10 warmgewalzte Stahlbleche mit 2,3 mm Dicke zu erhalten.

Si	2,97 %
C	0,052 %
Mn	0,085 %
S :	0,026 %
Al .	0,029 %
N :	0,0078 %

Rest: im wesentlichen Fe.

809842/1 134

^Γ - 17 -

2816830

■j Die warmgewalzten Stahlbleche werden bei 113O°C ausgeglüht, durch Säure entzundert, auf 0,30 mm durch das unten erwähnte Verfahren kaltgewalzt und bei 845⁰C decarbonisiert. Danach werden die Bleche mit Magnesiumoxid beschichtet und abschließend bei 1190⁰C ausgeglüht. Danach werden die Bleche wie beim Beispiel 1 mit einer Beschichtungsflüssigkeit beschichtet, die aus folgenden Bestandteilen besteht:

Wasserdispersion von 20 % kolloidalem Siliciumoxid: 100 cm³ wäßrige Lösung von 50 % Aluminiumphosphat: 60 cm³

Chromanhydrid: 6 g

Borsäure: 2 g

Dadurch wird zur Ausbildung der Zugspannung ein Film auf den Blechen erzeugt. Die so beschichteten Bleche werden auf 83O°C erwärmt, um den Film auszuhärten und die Bleche zu richten.

Bei dem oben erwähnten Kaltwalzen werden 5 Bleche in der weiter unten beschriebenen Weise erfindungsgemäß kaltgewalzt, während die verbleibenden 5 Bleche zu Vergleichsuntersuchungen mit üblichen, nutfreien Walzen kaltgewalzt werden. Die ersten 5 Bleche werden kaltgewalzt, indem die folgenden zwei Arten von Nutenwalzen zusätzlich zu den üblichen nutenfreien Walzen verwendet werden. Die eine Sorte der mit Nuten versehe nen Walzen wird dazu verwendet, um das 2,3 mm dicke Blech auf 1/60 mm herunter kaltzuwalzen, die Nuten der Walzen sind dabei V-förmig ausgebildet, und zwar mit einem öffnungswinkel von 90°, einer Nuttiefe von 0,25 mm und einem Nutabstand von 3,5 mm; die Nuten sind in einem schrägen Würfelmuster angeordnet und kreuzen einander unter 20° zu der zur Walzachse senkrechten Richtung. Die Walzen weisen einen Durchmesser von 130 mm auf. Das Stahlblech von 2,3 mm Dicke wird durch ein Paar der erwähnten, mit Nuten versehenen Walzen bis auf maximal 1,6 mm Dicke herunter kaltgewalzt und dann durch die nachfolgenden, mit Nuten versehenen Walzen auf 0,85 mm Dicke

35 herunter kaltgewalzt.

809842/1134

■j Die zuletzt erwähnten Walzen weisen V-förmige Nuten auf, und zwar mit einem öffnungswinkel von 120°, mit einer Nuttiefe von 0,15 mm und mit einem Nutabstand von 2,0 mm; die Nuten sind in einem schrägen Würfelmuster angeordnet und kreuzen einander unter einem Winkel von 25° zu der zur Walzachse senkrechten Richtung. Die Walze weist einen Durchmesser von 130 mm auf. Der Walzvorgang erfolgt mit Hilfe eines Paars derartiger, mit Nuten versehenen Walzen.

■jO Mit den oben erwähnten zwei Arten von Nutwalzen wird das 2,3 mm dicke Blech auf 0,85 mm herunter kaltgewalzt, so daß auf dem Blech ein mit Nuten versehenes Oberflächenmuster erhalten wird. Danach wird das Blech durch übliche, glatte Walzen auf 0,30 mm herunter kaltgewalzt, so daß die erhaltene Oberfläche praktisch gleich der ist, die durch Kaltwalzen des Blechs mit lediglich den glatten Walzen erhalten würde.

Die magnetischen Eigenschaften der zwei Gruppen (a) und (b) der Bleche sind in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Tabelle

B₈ (Wb/m²) W17/5O (Watt/kg)

Gruppe a 1,93-1,95 0,98 - 1,05

(vorl. Erfindung) (Mittelwert: 1,94} (Mittelwert: 1,02)

Gruppe b 1,93 - 1,95 1,07 - 1,21

(zum Vergleich) (Mittelwert: 1,94) (Mittelwert: 1,12)

Die obigen zwei Biechgruppen werden durch Säure entzundert, um die sekundären Rekristallisationskörner freizulegen. Figur 5a zeigt die Orientierung der einzelnen Körner in den {ΛOOj-Polfiguren und das Aussehen der Körner in der Gruppe a; Figur 5b zeigt das Entsprechende für die Gruppe b.

8Ü98A2/1 134

•j Durch die gleiche Messung wie beim Beispiel 1 hat sich ergeben, daß die Zugspannung in Walzrichtung, die durch den glasartigen Film oder den Zugspannungsfilm auf den Blechen erzeugt wird, in beiden Gruppen a und b etwa 800 g/mm² beträgt. Die Korngröße beträgt in beiden Gruppen nicht mehr als 50 mm.

Die Kornorientierung der mit den mit Nuten versehenen Walzen kaltgewalzten Gruppe a enthält nicht nur übliche Körner mit -JO der Goss-Textur sondern auch mehrere Körner, deren Goss-Textur in Walzrichtung gedreht und verteilt ist.

Die zuletzt erwähnten Körner, die die verteilte [h, k, οJ {00]^-Textur aufweisen, sind sekundäre Rekristallisationskörner mit relativ geringer Größe, die zwischen den Körnern mit Goss-Textur mit relativ großen Abmessungen verstreut sind.

Somit ergibt sich, daß die Bleche der Gruppe a, die erfindungsgemäß mit Hilfe der mit Nuten versehenen Walzen kaltgewalzt sind, ausgezeichnete Kernverlustwerte aufweisen, beispielsweise 1,02 Watt/kg im Mittel bei W17/5O. Die erfindungsgemäß erzielten Ergebnisse sind somit im Vergleich zu den bekannten magnetischen Materialien bemerkenswert.

Beispiel3

Eine kontinuierlich gegossene Stahlbramme mit der folgenden Zusammensetzung wird erwärmt und zu einem 2,3 mm dicken Stahlblech herunter warmgewalzt.

Si

Mn
S

Al
N

0,053
2,95 $
0,07 S
0,023
0,028
0,007

Rest : Fe und unvermeidliche Verunreinigungen.

8098 A 2/1134

Danach wird das warmgewalzte Stahlblech während 2 Minuten bei 112O°C erhitzt, in Luft abgekühlt und schließlich durch aufgesprühtes Wasser von 95O°C auf nahezu Raumtemperatur rasch abgekühlt. Das so rasch abgekühlte Blech wird durch Säure entzundert, danach in einem einzigen Verfahrensschritt auf die endgültige Dicke von 0,30 mm herunter kaltgewalzt und bei 85O°C während 3 Minuten in einem Gasgemischstrom von 75 % Wasserstoff und 25 % Stickstoff (Taupunkt 60⁰C) decarbonisiert. Nach dem Decarbonisieren wird das Blech mit einem Anlaßseparator mit der folgenden Zusammensetzung beschichtet.

Wasser: 1000 cm³

MgO : 100 g

: 5g

Na₃S₃O₃: 0,5 g

Danach erfolgt das abschließende Ausglühen des Blechs unter den folgenden Bedingungen:

Bis zu 900³C : in 75 % Wasserstoff und 25 % Stickstoff

mit einer Erwärmgeschwindigkeit von 20°C/h

zwischen mit 75 % Wasserstoff und 25 % Stickstoff

900 und 1050°C: .. . „.. -u-j-·,·^

mxt einer Erwarmgeschwxndigkext von

5°C/h

zwischen mit 100 % Wasserstoff bei einer Erwärm-

1050 und 1200°C: , . ,. , .. 0^0^. ,-u

geschwxndxgkext von 2O°C/h 1200°C: konstant während 20 Stunden in 100 %

Wasserstoff.

Ein ähnlicher Isolationsfilm wie bei Beispiel 2 wird in ähnlicher Weise auf dem Blech ausgebildet. Das erhaltene Blech zeigt den außerordentlich geringen Kernverlustwert von B₀ =

1,96T und W17/5O = 0,94 W/kg. Die Makrostruktur des Blechs ist in Figur 6a dargestellt. Im Vergleich dazu zeigt Figur 6b die Makrostruktur eines ähnlichen Blechs, das in üblicher Weise abschließend durch Erwärmen auf 1200°C ausgeglüht wurde, und zwar mit einer konstanten Erwärmungsgeschwindigkeit von 20°C/h. Das Vergleichsblech wies die folgenden magnetischen Eigenschaften auf: B_g = 1,94T und W17/5O = 1,05 W/kg.

809842/1134

•j Die ^10OJ-PoIfigur des in Figur 6a dargestellten Blechs ist in Fig. 7 gezeigt.

Die Struktur des nach dem vorliegenden Beispiel hergestellten 5 Blechs zeichnet sich dadurch aus, daß die meisten der größeren Körner (10 mm oder mehr) sehr nahe an der Goss-Textur (fiio} φθΐ} ) liegen und innerhalb 5° um die Goss-Textur herum geneigt sind; die meisten der kleineren Körner (kleiner als 10 mm) sind in einem Bereich von 5 bis 20° um die JO gedreht.

809842/1

Claims

18. April 1978 u.Z. : M 696 (He/kä) Case: 5529 NIPPON STEEL CORPORATION Tokyo, Japan 10 " Kornorientiertes magnetisches Stahlblech " Priorität: 18. April 1977, Japan, Nr. 43 482/77 Patentansprüche

1. Kornorientiertes magnetisches Stahlblech mit bis zu 4,5 % Siliciumgehalt, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die <0001^> -Achse der einzelnen Kornteilchen mit der Walzrichtung des Stahlblechs übereinstimmt,

b) daß eine Kristallebene parallel zur Stahlblechoberfläche aus einer m, k, oj -Ebene besteht, die um eine Achse in der Walzrichtung gedreht und, um diese herum angeordnet ist, und

c) daß eine Zugspannung von 350 bis 1500 g/mm² in Walzrichtung des Stahlblechs besteht.

2. Stahlblech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkel der {h, k, o] -Ebene um die <pof^ -Achse von 0° bis ± 20° beträgt.

3. Stahlblech nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugspannung auf das Stahlblech mittels eines auf diesem ausgebildeten, isolierenden Films erzeugt wird.

809842/1 134

ORIGINAL INSPECTE