DE2844552A1

DE2844552A1 - Verfahren zum herstellen von kornorientierten siliciumstaehlen mit wuerfel- auf-kante-orientierung

Info

Publication number: DE2844552A1
Application number: DE19782844552
Authority: DE
Inventors: Amitava Datta
Original assignee: Allegheny Ludlum Industries Inc
Current assignee: Allegheny Ludlum Steel Corp
Priority date: 1977-10-12
Filing date: 1978-10-12
Publication date: 1979-04-26
Also published as: MX5189E; HU177279B; ES471598A1; AU3739678A; AT364885B; PL208405A1; JPS5458620A; RO75366A; PL115659B1; BR7804697A; YU156478A; CS204951B2; IT7850419A0; AU514189B2; US4115161A; IT1105935B; SE7806901L; FR2405997A1; BE871186A; AR217697A1

Description

PmT ENTaN\WÄLTE A. GRÜNECKER

Dm-ING.

H. KINKELDEY W. STOCKMAIR OK-INQ. · AaI ICMJECM

K. SCHUMANN

DH RBl NAT. · DFL-PHVS

P. H. JAKOB

»PL ING

G. BE2OLD

DR RERNAT- DVL-CHEM

8 MÜNCHEN

MAXIMILIANSTRASSE

P 12 886

Allegheny Ludlum Industries, Inc.
Pittsburgh, Pennsylvania (USA)

Verfahren zum Herstellen von kornorientierten Siliciumstählen mit Würfel-Auf-Kante-Orientierung

Die Erfindung bezieht sich auf ein verbessertes Herstellen von kornorientierten Siliciumstählen.

Mehrere in jüngerer Zeit erteilte US-Patente offenbaren eine neue Art von borinhibitierten Elektrostählen. Diese Patente, von welchen die US-Patente 3 873 381; 3 905 842; 905 843 und 3 957 546 genannt seien, stellen alle auf eine Schlußnormalxsierung bei Temperaturen von 801 bis 816⁰O ab.

Ein Verfahren zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften der nach den genannten Patenten erzeugten Stähle ist in der US-Patentanmeldung 696 964 vom I7. Juni 1976 offenbart. Bei dieser Patentanmeldung geht es um ein Verfahren,

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TELEFON (O8O) 32 2ΒΘ2

TELEX 08-30380

TELEQRAMME MONAPAT TELEKOPIERER

bei welchem ein borhaltiger Stahl bei Temperaturen, von 843 bis 1093⁰C schlußnormalisiert wird.

Die Erfindung verfolgt das Ziel, noch ein Verfahren zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften von borinhibitierten Elektrostählen zu schaffen. Kalt auf seine Fertigabmessung ausgewalzter Stahl wird mit einer Aufheizgeschwindigkeit von wenigstens 816°C auf seine Normalisierungstemperatur erwärmt. Eine derart große Aufheizgeschwindigkeit hat sich als vorteilhaft für die Verbesserung der magnetischen Eigenschaften herausgestellt. Typische Aufheizgeschwindigkeiten für borinhibitierte Siliciumstähle lagen bisher bei etwa 54O°C je Minute und obgleich höhere Aufheizgeschwindigkeiten für herkömmliche Siliciumstähle in der US-Patentschrift 2 965 526 erwähnt wird, ist diese Erwähnung unbeachtlich. Herkömmliche Siliciumstähle werden gänzlich anders hergestellt und besitzen gänzlich andere chemische Zusammensetzungen wie die borinhibitierten Siliciumstähle.

Größere Aufheizgeschwindigkeiten führen jedoch nicht nur zu verbesserten magnetischen Eigenschaften, sondern gestatten auch die Anwendung einer stärker oxidierenden Atmosphäre. Wenngleich die Gründe dafür noch nicht genau bekannt sind, wird doch angenommen, daß während eines raschen Aufheizens weniger Bor aus der Materialoberfläche verlorengeht. Wie der Fachmann weiß, rufen Borverluste ein Wachstum der Primärkristalle und eine Beeinträchtigung der magnetischen Werkstoffeigenschaften hervor. Mit einer stärker oxidierenden Atmosphäre läuft die Entkohlung wirkungsvoller ab und wird somit eine qualitativ bessere Grundbeschichtung erzielt. Eine gewisse in Form von Oxiden im Zunder vorliegende Sauerstoffmenge ist vorteilhaft im Hinblick darauf, daß die Stahloberflächen bereit sind zur Ausbildung einer breiten Vielzahl von Grundbeschichtungen,

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wie der US-Patentschrift 4 030 950 zu entnehmen. Die Erfindung verfolgt somit das.Ziel, die Herstellung von kornorientiertem Siliciumstahl zu verbessern.

Ein bevorzugter Gedanke liegt in einem Verfahren zum Herstellen von elektromagnetischen Siliciumstählen mit einer Vürfel-Auf-Kante-Orientierung und einer Permeabilität von wenigstens 1870 G/Oe bei 10 Oersted. Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte: Eine Si-Stahlschmelze roit 0,02 bis 0,06 % Kohlenstoff, 0,0006 bis 0,008 % Bor, bis zu 0,01 % % Stickstoff, nicht mehr als 0,008 % Aluminium und 2,5 bis 4,0 % Silicium wird hergestellt, abgegossen und das abgegossene Material wird warm gewalzt. Danach wird der Stahl auf eine Dicke von nicht mehr als 0,508 mm kaltgewalzt. Der kaltgewalzte Stahl wird bei Temperaturen zwischen 704 und 843°C in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre mit einem Taupunkt von 10 bis 66°C rekristallisiert, worauf der Stahl auf einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,005 % entkohlt wird. Sodann wird der Stahl mit einer feuerfesten oxidischen Grundbeschichtung versehen und einer Schlußtexturglühung unterzogen. Der Stahl wird auf die genannten Temperaturen im Temperaturbereich von 704 bis 843⁰C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von wenigstens 816⁰C erwärmt und auf diesen Temperaturen wenigstens 30 Sekunden gehalten.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung. In dieser zeigt:

Pig.1 ein grafisches Schaubild, in welchem die Permeabilität gegen die Aufheizgeschwindigkeit aufgetragen ist und

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Fig. 2 ein grafisches Schaubild, in welchem der Kernverlust gegen die Aufheizgeschwindigkeit aufgetragen ist.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Si-Stahlschmelze, welche 0,02 bis 0,06 % Kohlenstoff, 0,0006 bis 0,008 % Bor, bis zu 0,01 % Stickstoff, nicht mehr als 0,008 % Aluminium und 2,5 bis 4,0 % Silicium enthält, den herkömmlichen Schritten des Abgießens, Warmwalzens und Kaltwalzens in einem oder mehreren Kaltwalzstichen auf eine Dicke von nicht mehr als 0,508 mm unterworfen, wobei eine Zwischenglühung vorgenommen wird, wenn zwei oder mehr Kaltwalzungen vorgenommen wurden. Das Material wird bei einer Temperatur zwischen 704 und 843⁰C in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre mit einem Taupunkt von 10 bis 66⁰C rekristallisiert und auf einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,005 % entkohlt. Das Material wird mit einer feuerfesten Beschichtung auf oxidischer Grundlage versehen und einer Schlußtexturglühung unterworfen. Erfindungsgemäß erfolgt das Erwärmen des Stahls auf den Temperaturbereich von 704 bis 843°C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von wenigstens 816⁰C je Minute. Die spezielle Art und Weise des Ausführens der herkömmlichen Verfahrensschritte ist nicht kritisch und kann entsprechend den Angaben in anderen sich mit borinhibitierten Stählen befassenden Patentschriften erfolgen. Das Abgießen des Materials kann auch mit Hilfe des Stranggießens erfolgen. Es kann auch das warmgewalzte Bandmaterial einer Wärmebehandlung unterzogen werden. Vorzugsweise wird jedoch der Stahl ohne Zwischenglühung zwischen den Kaltwalzstichen auf eine Dicke von nicht mehr als 0,508 mm kaltgewalzt, wobei von einem warmgewalzten Band mit einer Dicke von etwa 1,27 bis etwa 3,048 mm ausgegangen wird. Als Ausgangsschmelzen werden bevorzugt solche mit 0,02 bis 0,06 % Kohlenstoff, 0,015

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bis 0,15 % Mangan, 0,01 bis 0,05 % Schwefel und/oder Selen, 0,0006 bis 0,008 % Bor, bis zu 0,01 % Stickstoff, 2,5 bis 4,0 % Silicium, bis zu 1,0 % Kupfer, nicht mehr als 0,008 % Aluminium, Rest Eisen, bevorzugt. Die Borgehalte liegen bevorzugterweise oberhalb von 0,0008 %. Die feuerfeste Beschichtung auf oxidischer Basis enthält bevorzugterweise wenigstens 50 % MgO. Erfindungsgemäß hergestellter Stahl besitzt eine Permeabilität von wenigstens 1870 G/Oe bei 10 Oe. Vorzugsweise weist der Stahl eine Permeabilität von wenigstens 1890 G/Oe zusammen mit einem Kernverlust von nicht mehr als 1,5^· W/kg bei 17 Kilogauss und 60 Hz auf.

Der kaltgewalzte Stahl wird bei einer Temperatur zwischen 704 und 843°C und vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 760 und 816°C rekristallisiert. Die Rekristallisation erfolgt nicht bei Temperaturen von weniger als 704⁰C. Die Entkohlung verläuft am wirkungsvollsten bei Temperaturen von weniger als 843⁰C Wie bereits erwähnt, hängt die Erfindung von einer Aufheizgeschwindigkeit von wenigstens 816⁰C je Minute ab. Die Aufheizgeschwindigkeit beläuft sich vorzugsweise auf wenigstens 1O93°C je Minute und liegt im allgemeinen zwischen 1093 und 2742⁰C je Minute. Das Material wird wenigstens 30 Sekunden auf der angestrebten Temperatur gehalten, wobei Haltezeiten von wenigstens 60 Sekunden bevorzugt werden. Die übliche Haltezeit beträgt 60 bis 120 Sekunden. Die wasserstoffhaltige Atmosphäre kann im wesentlichen aus Wasserstoff oder einer Mischung aus Stickstoff und Wasserstoff bestehen. Ein Gasgemisch aus 80 % Stickstoff und 20 % Wasserstoff hat sich als erfolgreich erwiesen. Der Taupunkt der Atmosphäre liegt im allgemeinen zwischen 21 und 52°C.

Die folgenden Beispiele dienen zur weiteren Erläuterung der Erfindung.

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18 Probekörper aus kaltgewalztem Si-Stahlbandmaterial wurden in einer widerstandsbeheizten Ofenkammer auf 802°C erwärmt. Die Atmosphäre in der Ofenkammer (bell jar) bestand zu 80 % aus Stickstoff und zu 20 % aus Wasserstoff, wobei ihr Taupunkt 49⁰C betrug. Drei der Probekörper wurden mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 538⁰C je Minute auf 802⁰C erwärmt und 60 Sekunden lang auf dieser Temperatur gehalten. Drei andere Probekörper wurden in vergleichbarer Weise erwärmt und 90 Sekunden auf Temperatur gehalten. Andere Gruppen von drei Probekörpern wurden jeweils mit Aufheiζgeschwindigkeit en von 1649 sowie von 2742⁰C je Minute erwärmt und 60 bzw. 90 Sekunden lang auf der jeweiligen Temperatur gehalten. Die so normalisierten Probekörper wurden mit einer Beschichtung aus MgO + 0,75 % Bor versehen und bei einer Maximaltemperatur von 1177°C einer Schlußtexturglühung unterworfen.

An jedem Probekörper wurde die Permeabilität (bei 10 Oe) und der Kernverlust (Watt je 0,453 kg bei 17 Kilogauss) ermittelt. Der Durchschnitts- oder Mittelwert einer jeden Dreiergruppe von Probekörpern wurde in den Epstein-Packwert umgewandelt, wozu die folgenden Beziehungen benutzt wurden;
ρ bei 10 Oe (PACK) = a. bei 10 Oe (Probek.) + 24

Watt/0,45 kg bei 17 KG (PACK) =
Watt/0,45 kg bei 17 KG (Probek.) + 0.127

1,273

Die Änderungen hinsichtlich Permeabilität und Kernverlust sind für die Packungen in den Pig. 1 und 2 gegen die Aufheizgeschwindigkeiten aufgetragen.

Aus den Fig. 1 und 2 geht deutlich hervor, daß die magnetischen Eigenschaften durch rasche Aufheizgeschwindigkeiten

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verbessert werden. Mit Aufheizgeschwindigkeiten, die ausgehend von herkömmlichen Werten um 538⁰C je Minute auf Werte von mehr als 816°C je Minute und vorzugsweise auf Werte von mehr als 1O93°C je Minute gesteigert werden, lassen sich gesteigerte Permeabilitäten und verringerte Kernverluste erzielen.

Das Verarbeiten der kaltgewalzten streifenförmigen Probekörper umfaßte ein mehrstündiges Weichglühen bei erhöhter Temperatur, ein Warmwalzen auf eine Nennabmessung von 2,032 mm, exn Normalisieren des warmgewalzten Bandmaterials bei einer 3'emperatur von etwa 95O⁰C und ein Kaltwalzen auf eine Endabmessung von 0,3048 mm. Die chemische Zusammensetzung des Stahls ergibt sich aus der folgenden Tabelle:

C Mn S B N Si Cu Al Pe 0,04-3 0,035 0,020 0,0009 0,004-9 3,24 0,34 0,004 Rest

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele beschränkt ist, da diese lediglich zur Erläuterung des Erfindungsgedankens dienen.

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L e e r s e i t e

Claims

PATENTANWÄLTE A. GRÜNECKER H. KINKELDEY OR-INa W. STOCKMAIR K. SCHUMANN or heu nut. ■ an.-ntrs. P. H. JAKOB G. BEZOLD OR. BBl (WT-OIPL-CHeM 8 MÜNCHEN MAXIMILIANSTRASSE P 12 886 Allegheny Ludlum Industries, Inc. Pittsburgh, Pennsylvania (USA) Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen eines elektromagnetischen Si-Stahls mit Würfel-Auf-Kante-Orientierung und einer Permeabilität von wenigstens 1870 G/Oe bei 10 Oe, dadurch gekennzeichnet , daß eine Si-Stahlschmelze, enthaltend 0,02 bis 0,06 % Kohlenstoff, 0,0006 bis 0,008 % Bor, bis zu 0,01 % Stickstoff, nicht mehr als 0,008 % Aluminium sowie 2,5 bis 4,0 % Silicium, Rest Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen hergestellt, abgegossen und der Stahl warmgewalzt wird, worauf der Stahl auf eine Dicke von nicht mehr als 0,508 mm kaltgewalzt wird, daß der kaltgewalzte Stahl bei einer Temperatur zwischen 704 und 843°0 in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre mit einem Taupunkt von 10 bis 66⁰C rekristallisiert wird, daß der Stahl auf einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,005 % entkohlt wird, daß eine feuerfeste oxidische Beschichtung auf den Stahl auf-

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getragen wird und daß der Stahl einer Schlußtexturglühung unterworfen wird, wobei das Erwärmen des Stahls auf den Temperaturbereich von 704 bis 843°C mit einer Aufheizgeschwindigkeit von wenigstens 816⁰C je Minute erfolgt und der Stahl wenigstens 30 Sekunden innerhalb dieses Temperaturbereiches gehalten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Schmelze mit wenigstens 0,0008 % Bor verwendet wird.

3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Stahl mit einer Aufheizgeschwindigkeit von wenigstens 1093°C je Minute auf den Temperaturbereich von 704 bis 843⁰C erwärmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß der Stahl mit einer Aufheizge-

schwindigkeit von 1093 bis 2742 C auf den Temperaturbereich von 704 bis 843°C erwärmt wird.

5- Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß das Rekristallisieren bei einer Temperatur zwischen 760 und 816°C vorgenommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß der Stahl wenigstens 60 Sekunden lang in dem Temperaturbereich von 704 bis 843°C gehalten wird.

7- Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Stahl 60 bis 120 Sekunden lang in dem Temperaturbereich von 704 bis 843°C ge-

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halten wird.

8. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß das Rekristallisieren in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre mit einem Taupunkt von 21 bis 52⁰C vorgenommen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß eine im wesentlichen aus Wasserstoff und Stickstoff "bestehende wasserstoffhaltige Atmosphäre verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Stahl auf eine Dicke von 1,27 bis 3»048 mm warmgewalzt wird und daß der warmgewalzte Stahl auf eine Dicke von nicht mehr als 0,0508 mm ohne Zwischenglühung zwischen den Kaltwal ζ st ichen kaltgewalzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Stahlschmelze, bestehend aus 0,02 bis 0,06 % Kohlenstoff, 0,015 bis 0,15 % Mangan, 0,01 bis 0,05 % Schwefel und/oder Selen, 0,0006 bis 0,008 % Bor, bis zu 0,01 % Stickstoff, 2,5 bis 4,0 % Silicium, bis zu 1,0 % Kupfer, nicht mehr als 0,008 % Aluminium, Rest im wesentlichen Eisen und herstellungsbedingte Verunreinigungen, verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch g e k e η η zeichnet , daß eine Schmelze mit wenigstens 0,0008 % Bor verwendet wird.

13· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein orientierter Siliciumstahl mit einer Permeabilität von wenigstens 890 G/Oe bßi_ 10 Oe und einem Kernverlust von nicht mehr als 1,54

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Watt/kg bei 17 KB und 60 Hz erzeugt wird.

14. Orientierter Siliciumstahl mit Würfel-Auf-Kante-Orientierung mit einer Permeabilität von wenigstens 1870 G/Oe bei 10 Oe, hergestellt nach Anspruch 2.

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