DE2850249A1 - Verfahren zur herstellung eines silicium-stahles zur benutzung als magnetkern - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines silicium-stahles zur benutzung als magnetkern

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DE2850249A1
DE2850249A1 DE19782850249 DE2850249A DE2850249A1 DE 2850249 A1 DE2850249 A1 DE 2850249A1 DE 19782850249 DE19782850249 DE 19782850249 DE 2850249 A DE2850249 A DE 2850249A DE 2850249 A1 DE2850249 A1 DE 2850249A1
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annealed
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Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. Curt Wallach Dipl.-Ing. Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp
D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 ■ Telex 5 29 513 wakai d
Datum: 20. November 1978
Unser Zeichen: 16 437 ~
Zusatz zu
Patentanmeldung P 25 10 039.4
Anmelder: British Steel Corporation
33 Grosvenor Place
London S.W.I.,
England
Bezeichnung: Verfahren zur Herstellung eines
Silicium-Stahles zur Benutzung
als Magnetkern
909821/0718
Gegenstand des Hauptpatentes Nr (Patentanmeldung
P 25 10 039.4) ist ein Verfahren zur Herstellung eines Silicium-Stahles zur Benutzung als Magnetkern.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine weitere Ausgestaltung dieses Verfahrens. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit solchen Stählen, die ein "Würfelkantengefüge" (cube on edge-Gefüge) besitzen bzw. ein Gefüge, welches nach dem Miller Index ein (HO) [001 ] -Gefüge besitzt. Derartige Stähle werden in erster Linie als Kernmaterial für Transformatoren und andere elektrische Maschinen benutzt und es ist erwünscht, daß diese sich durch eine hohe magnetische Permeabilität auszeichnen und niedrige Kernverluste bei einer gegebenen Flußdichte besitzen.
Diese magnetischen Eigenschaften können optimiert werden, indem ein Verfahren durchgeführt wird, in welchem einzelne Körner eines polykristallinen Bleches aus Stahl auf die Kristallrichtungen ausgerichtet werden, wodurch erreicht wird, daß die besten magnetischen Eigenschaften in der Ebene des Bleches und parallel zur Walzrichtung liegen.
Ein herkömmliches Verfahren zur Erzeugung kornorientierter Stahlbleche basiert auf der Erkenntnis, daß eine feindispergierte Abscheidung von Mangansulfid verantwortlich ist für die Erzeugung eines abschließend gut orientierten Kornaufbaus. Die vorliegende Erfindung gründet sich auf die Erkenntnis, daß diese Dispersion von Mangansulfid durch eine Ausfällung von Vanadiumnitrid vervollkommnet werden kann, und daß die magnetischen Eigenschaften des Bandes aus einem Ausgangswerkstück abgeleitet werden sollen, das diese beiden Ausfällungen enthält, wobei eine Verbesserung durch geeignete Wahl der Verfahrensparameter erreichbar ist.
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285024
Gemäß einem Merkmal der Erfindung wird zur Durchführung des Verfahrens zur Erzeugung eines siliciumhaltigen Stahlbandes für elektromagnetische Zwecke ein Strahl-Brammenblock benutzt, der die folgenden Bestandteile enthält: 2 bis 4 Gew.-% Silicium, 0,05 bis 0,1 Gew.-% Mangan, 0,02 bis 0,35 Gew.-^ Schwefel, 0,02 bis 0,06 Gew.-% Kohlenstoff, 0,002 bis 0,01 Gevt% Stickstoff und 0,01 bis 0,1 Gew.-% Vanadium zusammen mit Verunreinigungen. Ein solcher Stahl-Brammenblock wird zunächst heißgewalzt und das so erzeugte Band oder Blech wird später kaltgewalzt mit einer Enddickenverminderung von wenigstens 70$, bevor eine Entkohlung in einem Temperaturbereich zwischen 900 und 10500C erfolgt. Vorzugsweise erfolgt der Kaltwalzvorgang in einer einzigen Stufe. In diesem Falle muß das Heißband in geeigneter Weise bei einer Temperatur zwischen 900 und 11000C geglüht und selektiv abgekühlt werden. Stattdessen kann eine zweistufige Kaltauswalzung erfolgen, wobei ein Zwischenglühen angewandt werden kann. In diesem Fall sollte das Zwischenglühen das gleiche sein wie das Heißbandglühen und ihm sollte die gleiche selektive Abkühlung folgen. Das Heißbandglühen kann auch weggelassen werden, falls dies sich als zweckmäßig erweisen sollte. Die zweite Kaltauswalzung muß zu einer Dickenverminderung von wenigstens 70$ führen.
Zweckmäßigerweise wird der Brammenblock wieder erhitzt und heißgewalzt auf eine Dicke zwischen 1,9 und 3,0 nun. Vorzugsweise liegt die Dicke in einem Bereich zwischen 2,3 und 2,85 mm. Hierdurch wird eine größere Kaltauswalzung auf die kommerziell geforderten Blechdicken im Bereich zwischen 0,28 bis 0,35 mm möglich. Das heiße Band wird dann an der Seite beschnitten und kontinuierlich bei einer Temperatur im Bereich zwischen 900 und 11000C zwei bis 5 Minuten lang geglüht. Ein bevorzugter Bereich liegt zwischen 950 und 1075°C.
Es hat sich gezeigt, daß die Wahl der Abkühlungsrate nach diesem
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Glühvorgang für diesen vanadiumhaltigen Stahl notwendig ist, um die besten Endmagneteigenschaften zu erhalten. Eine Abkühlungsgeschwindigkeit von 5 bis 16°C pro Sekunde bis zu einer Temperatur im Bereich zwischen 75O und 9000C ergibt optimale Ergebnisse, und diesem selektiven Kühlen folgt dann eine rasche Abkühlung auf Raumtemperatur durch natürliche Luftkühlung oder durch Zwangsluftkühlung oder Gasstrahlkühlung, oder Wasserstrahlkühlung. Dies ergibt einen zweistufigen Abkühlungsvorgang und dies kann mit der Notwendigkeit verknüpft sein, Vanadiumnitrid in einer spezifischen Morphologie auszufällen, nachdem die Heißbandglühung erfolgt ist, aber es muß eine weitere Partikelkörnung verhindert werden, die während einer ausgedehnten Abkühlung auf Raumtemperatur auftreten könnte.
Nach dem Heißbandglühen wird der Stahl gebeizt und auf die Enddicke ausgewalzt, oder er wird ohne Tieftemperaturalterung während des Walzens in der Weise behandelt, daß die Endkaltauswalzung zwischen 70 und 95$ liegt. Nach dem Kaltwalzen wird der Stahl in einem Durchlaufglühofen in einer Atmosphäre feuchten Wasserstoffs oder in einer Stickstoff-Wasserstoffmischung entkohlt bei Temperaturen zwischen 900 und 10500C und vorzugsweise bei 950 bis 10500C während einer Zeitdauer von etwa 4 Minuten. Der Entkohlungstemperaturbereich ist merklich höher als der Temperaturbereich von 800 bis 85O0C, der üblicherweise für kornorientierte Stähle benutzt wird, und es hat sich gezeigt, daß hierdurch die Schwierigkeiten überwunden werden können, die in der Erlangung einer vollständigen Sekundär-Rekristallisation dieses Materials liegen, wenn die herkömmliche Entkohlung mit relativ niedrigerer Temperatur durchgeführt wird. Nach Entkohlung des Streifens wird dieser mit Magnesia überzogen und bei einer Temperatur über HOO0C 24 Stunden lang in einem Ofen geglüht.
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Nachstehend werden Beispiele der Erfindung beschrieben. Beispiel 1
Es wurde eine Stahlschmelze aus einem Siemens Martin Frischverfahren in einen Tiegel abgestochen mit Vanadium, um eine Gesamtzusammensetzung zu erhalten, die folgende Bestandteile hat: 0,022 Gew.-^ Kohlenstoff, 0,026 Gew.-^ Schwefel, 0,0056 Gew.-% Stickstoff, 0,092 Gew.-^ Mangan, 2,86 Gew.-% Silicium und 0,062 Gew.-% Vanadium, wobei der Rest von Eisen und zufälligen Verunreinigungen gebildet ist. Die aus Blöcken dieser Zusammensetzung hergestellten Brammen wurden auf 14-000C wieder erhitzt und einem Heißwalzverfahren ausgesetzt, bis sie eine Dicke von 2,85 mm hatten, bei einer Endtemperatur von 9600C. Das so erhaltene Heißband enthielt dispergierte Ausfällungen von Mangansulfid und Vanadiumnitrid, die als Kornwachsturns-Verhinderungsmittel dienten. Dieses Band wurde 5 Minuten lang bei 10500C geglüht, dann auf 8500C mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von 10,5°C/sec abgekühlt und dann in einem ölbad auf Korntemperatur abgeschreckt. Das Material wurde dann auf eine Enddicke von 0,35 mm kalt ausgewalzt und während des Walzvorganges erfolgte ein Alterungsglühen bei 2000C 5 Minuten lang, und das Material wurde in 6 gleichen Stufen vermindert. Nach dem Kaltauswalzen wurde das Band bei 10500C 4 Minuten lang in Wasserstoff mit einem Taupunkt von 6o°C entkohlt bevor in üblicher Weise ein Überziehen und Glühen im Ofen erfolgte. Der durch dieses Verfahren erzeugte Stahl ergab Wirbelstromverluste von 1,3 W/kg bei 1,7 Tesla und 50 Hz und eine Permeabilität von 1,92 Tesla bei H = 1,0 kA/m.
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Beispiel 2
Ein Heißbandvorrat, der wie oben erzeugt wurde, wurde bei 10000C 5 Minuten lang geglüht und dann mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 7,7°C/sec auf 85O0C abgekühlt und dann in öl abgeschreckt. Nach einem Kaltwalzen auf eine Blechdicke von 0,35 mm mit einem ähnlichen Alterungsverfahren und einer 5 Minuten lang dauernden Entkohlung bei 105O0C wurde das Band überzogen und in herkömmlicher Weise im Ofen geglüht. Dieser Stahl zeigte Wirbelstromverluste von 1,34 W/kg bei 1,7 Tesla und 50 Hz und eine Permeabilität von 1,89 Tesla bei H = 1,0 kA/m.
Beispiel 3
Der in obiger Weise erzeugte Heißbandvorrat wurde 5 Minuten lang bei 10500C geglüht und dann mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 10,0°C/sec auf 75O0C abgekühlt und kalt auf eine Blechdicke von 0,35 mm ausgewalzt, wobei die oben beschriebene Alterung durchgeführt wurde. Nach 5 Minuten lang dauernder Entkohlung bei 10500C wurde das Band überzogen und in herkömmlicher Weise im Ofen geglüht. Dieser Stahl zeigte Wirbelstromverluste von 1,39 W/kg bei 1,7 Tesla und 50 Hz und eine Permeabilität von 1,89 Tesla bei H = 1,0 kA/m.
Beispiel 4
Der Heißbandvorrat wurde in der gleichen Weise wie bei dem Beispiel 1 erzeugt, und ein solches Band wurde 2 Minuten lang bei 10000C geglüht und dann in Luft mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 15°C/sec auf 9000C abgekühlt und dann in öl auf Raumtemperatur abgeschreckt. Das geglühte Heißband wurde dann mit einer Alterungsbehandlung auf 0,35 mm Dicke kalt
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ausgewalzt und 4 Minuten lang bei 100O0C entkohlt und im Ofen bei 12000C 24 Stunden lang geglüht. Der auf diese Weise hergestellte Stahl hatte bei 1,7 Tesla und 50 Hz Wirbelstromverluste von 1,32 W/kg und eine Permeabilität von 1,89 Tesla bei H = 1,0 kA/m.
Beispiel 5
Das Heißband wurde wie bei dem Beispiel 4 behandelt mit dem Unterschied, daß nach dem Anfangsglühen das Heißband mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 6°C/sec auf 900C abgekühlt und dann in öl auf Raumtemperatur abgeschreckt wurde. Der auf diese Weise hergestellte Stahl zeigte Wirbelstromverluste von 1,34 W/kg bei 1,7 Tesla und 50 Hz und eine Permeabilität von 1,89 Tesla bei H = 1,0 kA/m.
Beispiel 6
Der Heißbandvorrat gemäß dem Beispiel 1 wurde bei 10500C 2 Minuten lang gekühlt und dann mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 8°C/sec auf 9000C abgekühlt, bevor eine Abschreckung in öl auf Raumtemperatur erfolgte. Das geglühte Heißband wurde dann unter Alterung auf 0,35 mm Dicke kalt ausgewalzt und bei 10500C 4 Minuten lang entkohlt und im Ofen 24 Stunden lang bei 12000C geglüht. Der auf diese Weise hergestellte Stahl zeigte Wirbelstromverluste von 1,30 W/kg bei 1,7 T und 50 Hz und einer Permeabilität von 1,93 T bei H = 1,0 kA/m.
Beispiel 7
Das gemäß dem Beispiel 1 hergestellte Heißband wurde anfänglich bei 10250C 2 Minuten lang geglüht und dann in Luft mit
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einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 16°C/sec auf 90O0C abgekühlt und in öl auf Raumtemperatur abgeschreckt. Das geglühte Heißband wurde dann unter Alterung kalt gewalzt und 4 Minuten lang bei 10500C entkohlt, und 24 Stunden lang in einem Ofen bei 12000C geglüht. Der auf diese Weise hergestellte Stahl zeigte Wirbelstromverluste von 1,37 W/kg bei 1,7 T und 50 Hz und eine Permeabilität von 1,88 T bei H = 1,0 kA/m.
Beispiel 8
Der gleiche Heißbandvorrat wurde wie im Beispiel 7 behandelt mit dem Unterschied, daß die Entkohlung bei 10000C 4 Minuten lang durchgeführt wurde. Dieser Stahl zeigte Wirbelstromverluste von 1,34 W/kg bei 1,7 T und 50 Hz und eine Permeabilität von 1,89 T bei H = 1,0 kA/m.
Beispiel 9
Es wurde eine Probe aus dem Vorrat gemäß Beispiel 1 fünf Minuten lang bei 95O0C geglüht und dann mit einer Abkühlungsgeschwindigkeit von 5°C/sec auf 85O0C abgekühlt und dann durch Zwangsluftkühlung auf Raumtemperatur abgekühlt. Dann wurde der Prüfling ohne Alterung kaltgewalzt und 4 Minuten lang bei 10500C entkohlt und 24 Stunden lang im Ofen bei 12000C geglüht. Der auf diese Weise erzeugte Stahl zeigte Wirbelstromverluste von 1,36 W/kg bei 1,7 T und 50 Hz, und eine Permeabilität von 1,91 T.
909821/0718

Claims (1)

  1. Patentanwälte D i ρ I.-1 η g. C u rt WaI I ach Dipl.-Ing, Günther Koch Dipl.-Phys. Dr.Tino Haibach Dipl.-Ing. Rainer Feldkamp
    D-8000 München 2 · Kaufingerstraße 8 · Telefon (0 89) 24 02 75 · Telex 5 29 513 wakai d
    Datum: 20. November 197 B
    Unser Zeichen: 16 1ITf - K/Ap
    Patentansprüche
    1. Verfahren zur Erzeugung eines siliciumhaitigen Stahlbandes für Magnetzwecke nach Patent Mr. .... (Patentanmeldung P 25 10 039.^), dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangswerkstück ein Stahlblock mit 2 bis 4 Gew.-% Silicium, 0,05 bis 0,1 Gew.-% Mangan, 0,02 bis 0,035 Gew.-^ Schwefel, 0,02 bis 0,06 Gew.-% Kohlenstoff, 0,002 bis 0,01 Gew.-% Stickstoff und 0,01 bis 0,1 Gew.-% Vanadium mit zufälligen Verunreinigungen benutzt xvird, daß dieser Block zunächst heiß zu einem Blech gewalzt wird, und daß das Blech zu einem Band kalt ausgewalzt wird, wobei die Enddickenverminderung bei wenigstens 70$ liegt, bevor eine Entkohlung bei einer Temperatur im Bereich zwischen 900 bis 10500C vorgenommen wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t, daß das kaltgewalzte Band einem Entkohlungsgluhen bei einer Temperatur in einem Bereich zwischen 900 und 10500C unterworfen wird.
    H09R71/0718
    j5. Verfahren nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Entkohlungsglühbehandlung bei einer Temperatur im Bereich zvrischen 950 und 10500C durchgeführt wird.
    4. Verfahren nach den Ansprüchen 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Entkohlungsgluhverfahren ein kontinuierliches Glühverfahren ist.
    5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltwalζvorgang in einer einzigen Stufe durchgeführt wird, und daß das heiße Band geglüht und selektiv abgekühlt wird, bevor der Kaltwalzvorgang eingeleitet wird.
    6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Heißbandglühen bei einer Temperatur zwischen 900 und 11000C durchgeführt wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Heißbandglühen bei einer Temperatur in einem Bereich zwischen 950 und 1075°C durchgeführt wird.
    8. Verfahren nach den Ansprüchen 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der selektive Kühlvorgang mit einer Rate von
    5 bis 16°C pro Sekunde auf eine Temperatur im Bereich
    zwischen 750 und 9000C durchgeführt wird.
    909821/0718
    9. Verfahren nach den Ansprüchen 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an die selektive Abkühlung eine schnelle Abkühlung auf Raumtemperatur folgt.
    10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnellabkühlung durch natürliche oder erzwungene Luftströmung, durch Gasstrahlen oder durch Wasserbesprühung durchgeführt wird.
    11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kaltwalzvorgang in zwei Stufen erfolgt, wobei ein Zwischenglühen durchgeführt wird, dem eine selektive Abkühlung folgt.
    12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglühen in einem Bereich zwischen 900 und 11000C durchgeführt wird.
    13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglühen bei einer Temperatur im Bereich zwischen 950 und 1075°C stattfindet.
    14. Verfahren nach den Ansprüchen 11, 12 oder IjJ, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Kühlung mit einer Rate von 5 bis 16°C pro Sekunde bis zu einer Temperatur in einem Bereich zwischen 750 und 9000C durchgeführt wird.
    909821/07 18
    15. Verfahren nach den Ansprüchen 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der selektiven Kühlung ein schnelles Abkühlen bis auf Raumtemperatur folgt.
    16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Schnellkühlen durch natürliche Luftströmung oder durch Zwangsluftströmung, durch Gasstrahlen oder durch Wasserbesprühung erfolgt.
    17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis l6, dadurch gekennzeichnet, daß das heiße Band geglüht wird, bevor das Kaltauswalzen erfolgt.
    18. Verfahren nach Anspruch I7, dadurch gekennzeichnet,
    daß das heiße Band bei einer Temperatur in dem Bereich zwischen 900 und HOO0C geglüht wird.
    19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
    daß das Heißbandglühen bei einer Temperatur innerhalb des Bereiches zwischen 950 und 1075°C erfolgt.
    20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichnet, daß der Brammenblock wiedererhitzt und heiß gewalzt wird, bis das Blech eine Dicke zwischen 1,9 und 3,0 mm besitzt.
    909821/0718
    21c Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Brammenblock zu einem Blech heiß ausgewalzt wird, dessen Dicke 2,3 bis 2,85 mm beträgt.
    22. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das geglühte heiße Band mit einer Rate von 5 bis 16°C pro Sekunde auf eine Temperatur im Bereich zwischen 750 bis 90O0C abgekühlt wird.
    v9 09821/0718
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