DE2924298A1

DE2924298A1 - Nichtorientiertes elektrostahlblech

Info

Publication number: DE2924298A1
Application number: DE19792924298
Authority: DE
Inventors: Shigenobu Koga; Yoshiaki Shimoyama; Ichiro Tachino
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1978-06-16
Filing date: 1979-06-15
Publication date: 1979-12-20
Also published as: JPS54163720A; PL118067B1; FR2428899B1; DD144280A5; JPS5920731B2; ATA422479A; FR2428899A1; PL216380A1; US4439251A

Description

^Γ - 3 -

Es sind folgende Arten von Elektrostahlblechen als weiche magnetische Stoffe bekannt:

a) Ein kornorientiertes Siliciumstahlblech, das eine rekristallisierte Sammeltextur aufweist, die sich kristallograpäisch als (110)[001]-Orientierung aus-

drücken läßt, wobei sich die (110)-Ebene auf der WaIzebene und die [001]-Orientierung in Walzrichtung befinden;

b) ein nichtorientiertes Siliciumstahlblech mit rekristallisierter Textur, bei dem die Orientierung nicht in Fra-

³⁵ ge steht;

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r n

c) eine magnetische Legierung mit extrem niedrigem Kohlenstoffgehalt, die entweder kein oder nur eine sehr kleine Menge Silicium enthält.

Diese Elektrostahlbleche werden in Übereinstimmung mit ihren jeweiligen Eigenschaften als Eisenkerne für elektrische Geräte und dergleichen verwendet.

Beispielsweise wird ein kornorientiertes Siliciumstahlblech im weiten Umfang für Transformatoren und Elektromotoren hoher Kapazität benutzt, da es hervorragende magnetische Eigenschaften aufweist. Es ist nämlich in Walzrichtung, d.h. in der [001]-Orientierung, sehr leicht magnetisierbar, sein Kernverlust ist sehr gering und seine Permeabilität ist hoch. Andererseits wird ein nichtorientiertes Siliciumstahlblech für Elektromotoren kleiner Dimension, Relais und dergleichen verwendet, obwohl es im Bezug auf die magnetischen Eigenschaften dem kornorientierten Siliciumstahlblech etwas unterlegen ist, da es infolge seiner guten Bearbeitbarkeit mit hoher Wirksamkeit verarbeitet werden kann. Schließlich wird eine magnetische Legierung mit extrem niedrigen Kohlenstoffgehalt in weitem Umfang für kleindimensionierte Gleichstrom-Elektromotoren, Elektromotoren für elektrische Haushaltsgeräte und dergleichen, verwendet, da sie ausreichende magnetische Eigenschaften und niedrige Produktionskosten aufweist.

Im allgemeinen wird im Fall der so bezeichneten "magnetischen Legierung mit sehr niedrigem Kohlenstoffgehalt", bei der der Siliciumgehalt geringer als 2 % ist. Aluminium zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften zugesetzt. Dies erfolgt zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften infolge der Aluminiumnitrid-Ausfällung. Die wirksame Menge Aluminium, die zugesetzt werden soll, beträgt jedoch mehr als 0,1 %. Infolgedessen kann ein Preisanstieg der magnetischen Legierung mit extrem geringem Kohlenstoffgehalt

L .J

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nicht vermieden werden, wenn sie die erforderlichen magnetischen Eigenschaften aufweisen soll. Andererseits wird im Fall der magnetischen Legierung mit extrem niedrigem Kohlenstoffgehalt bei einem geringeren Aluminiumgehalt als 0,1 % die Fällungstemperatur für das Aluminiumnitrid erniedrigt, die Ausfällung wird sehr feinteilig und der Kernverlust wird merklich verschlechtert.

Ein Verfahren zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften durch Zusatz von Bor zum Stahl bei der Herstellung von kornorientierten Siliciumstahlblechen, die Silicium und Aluminium enthalten, wurde bereits in mehreren Veröffentlichungen, beispielsweise in den japanischen Offenlegungsschriften 153 825/77 und 12 615/77 beschrieben. 15

Der Zusatz von Bor zu Stahllegierungen erfolgt nach diesen Veröffentlichungen jedoch mit dem Ziel der Herstellung von kornorientierten Siliciumstahlblechen mit hervorragenden magnetischen Eigenschaften, die eine Kristal!orientierung mit (110) [001J-Sammeltextur, ausgedrückt in Miller¹sehen Indices, aufweisen.

Im allgemeinen ergibt die Verbesserung der magnetischen Eigenschaften von kornorientierten Siliciumstahlblechen durch den Zusatz von Bor sogenannte Siliciumstahlbleche, die Silicium in einer Menge von mindestens 2,2 und höchstens 4,5 % enthalten, wobei der Zweck der Behandlung und des Zusatzes im Entstehen der (110) [001]-Sammeltextur durch Beschleunigung der sekundären Rekristallisation wäh-

³⁰ rend des Schlußglühens liegt.

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¹ Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues,

nichtorientiertes Elektrostahlblech bereitzustellen, das im Vergleich zu den bekannten magnetischen Legierungen mit extrem niedrigem Kohlenstoffgehalt verbesserte magnetische

° Eigenschaften, insbesondere in Bezug auf den Kernverlust, aufweist und das kostengünstig hergestellt werden kann. Erfindungsgemäß werden die Nachteile des Standes der Technik durch einen Zusatz von Bor zu der Stahllegierung überwunden- Der üblicherweise im Stahl enthaltene Stickstoff und das zugesetzte Bor werden auf einen bestimmten Verhältnisbereich eingestellt.

Die Erfindung betrifft ein nichtorientiertes Elektrostahlblech, gekennzeichnet dadurch, daß es aus höchstens 0,065 % C, höchstens 0,10 % Al, höchstens 0,020 % 0, B in solcher Menge, daß das Verhältnis B/N 0,50 bis 2,50 beträgt, höchstens 0,0100 % N, Rest Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.

Die Erfindung betrifft außerdem ein nichtorientiertes

Elektrostahlblech, gekennzeichnet dadurch, daß es ferner höchstens 2,0 % Si enthält.

Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstel-

lung eines nichtorientierten Elektrostahlblechs, gekennzeichnet dadurch, daß man eine Stahlbramme, bestehend aus höchstens 0,065 % C, höchstens 0,10 % Al, höchstens 0,02O % 0, B in solcher Menge, daß das Verhältnis B/N 0,50 bis

2,50 beträgt, höchstens 0,0100 % N, Rest Eisen und unver-30

meidbare Verunreinigungen, durch ein- oder mehrmaliges Heiß- und Kaltwalzen auf die Endstärke des kaltgewalzten. Bleches bringt und dieses nachglüht.

Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Herstel-

lung eines nichtorientierten Elektrost?.hlblechs, gekennzeichnet dadurch, daß man eine Stahlbramme, bestehend aus

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ORIGINAL iN&PECTED

O,OO4 % C, 0,31 % Si, 0,025 % Al, 0,0030 % N, 0,056 % 0, O,OO4 % B, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, auf 12OO°C erhitzt, auf eine Dicke von 2,7 mm heißwalzt, das erhaltene heißgewalzte Blech nach dem Entzundern auf eine Dicke von 0,5 mm kaltwalzt und das dabei erhaltene kaltgewalzte Blech kontinuierlich 60 Sekunden bei einer Temperatur von 75O⁰C glüht.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Her- ^ stellung eines nichtorientierten Elektrostahlbleehs, gekennzeichnet dadurch, daß man eine Stahlbramme, bestehend aus 0,005 % C, 0,73 % Si, 0,018 % Al, 0,0053 % 0, 0,0021 % N, 0,0022 % B, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, auf 1200 C erhitzt, auf eine Dicke von 2,3 nun heißwalzt, das erhaltene heißgewalzte Blech nach dem Entzundern auf eine Dicke von 0,50 mm kaltwalzt, das dabei erhaltene kaltgewalzte Blech kontinuierlich 6O Sekunden bei einer Temperatur von 775°C glüht und ansifließerl

2 Stunden in einem Temperaturbereich von 750 bis 800⁰C 20

nachglüht.

Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung des nichtorientierten Elektrostahlbleehs der vorstehend angegebenen Zusammensetzung als Eisenkern für elektrische Geräte-,".insbesondere Transformatoren und Elektromotoren.

Die Beziehung zwischen den Temperaturen des Nachglühens und den Kernverlustwerten ist in der Zeichnung dargestellt.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine Verbesserung der magnetischen Eigenschaften, insbesondere in Bezug auf den Kernverlust, von magnetischen Legierungen mit extrem niedrigem Kohlenstoffgehalt und einem Siliciumgehalt von höchstens 2 % auf einfache Weise durch Bearbeitung einer

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Stahlbramme der vorstehend angegebenen Zusammensetzung nach einem üblichen Verfahren erreicht.

Bei der Suche nach einfachen Möglichkeiten zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften von nichtorientierten magne-

Stahl
tischen/legierungen nut extrem niedrigem Kohlenstoffgehalt, die. kein oder höchstens 2 % Silicium enthalten, wurde festgestellt, daß ein hervorragendes, nichtorientiertes Elektrostahlblech mit niedrigem Kernverlust dadurch erhalten werden kann, daß die im Stahl enthaltene Menge Stickstoff mit einer zuzusetzenden Menge Bor in einem bestimmten Bereich im Gleichgewicht gehalten wird.

Die Stähle, die für die erfindungsgemäßen magnetischen Legierungen verwendet werden, werden durch Schmelzen in einem Frischbfen, wie einem Konverter oder elektrischen Ofen, und weiteres Frischen in einem Vakuum-Frischofen hergestellt.

einen Wert von

Dabei wird der Kohlenstoffgehalt auf/höchstens 0,065 % eingestellt. Anschließend wird die gewünschte Menge Silicium und Bor zugesetzt und die Zusammensetzung der Stahlbramme auf die vorstehend angegebenen Werte eingestellt.

Der Gehalt an Kohlenstoff in der Stahlbramme ist auf höchstens 0,065 %, vorzugsweise höchstens 0,015 % begrenzt.

Da Kohlenstoff im Stahl einen ungünstigen Einfluß auf seine magnetischen Eigenschaften ausübt, wird die Stahlbramme gewöhnlich beim Schlußglühen decarburiert. Die Decarburierung unterbleibt jedoch in einigen Fällen im Hinblick auf die gewünschten Eigenschaften und den Verwendungszweck des Produkts. Wenn aber der Kohlenstoffgehalt den vorstehend angegebenen Bereich überschreitet, wird eine ausreichende Decarburierung beim Schlußglühen erschwert. Es wird lange Zeit benötigt, um die gewünschte Decarburierung zu erreichen.

Silicium ist in den hochwertigen Magnetstahlblechen im allgemeinen in einer Menge von mindestens 2,2 % zur Verbesse-

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rung der magnetischen Eigenschaften enthalten. Gemäß vorliegender Erfindung ist Silicium nicht oder nur in einer Menge von höchstens 2 % enthalten, da das Ziel der vorliegenden Erfindung die Herstellung eines billigen, nicht-

5 orientierten Elektrostahlblechs ist.

Aluminium wird zur Desoxidierung verwendet. Es soll jedoch nicht in einer Menge von mehr als 0,1O % enthalten sein. Wenn der Aluminiumgehalt 0,10 % übersteigt, ergibt sich nicht nur ein Kostenanstieg, wodurch der Zweck der vorliegenden Erfindung vereitelt würde, sondern es kann auch keine ausreichende Wirkung des Borzusatzes mehr erreicht werden.

Sauerstoff verschlechtert die magnetischen Eigenschaften und verursacht ferner einen unnötigen Verbrauch von Bor. Infolgedessen ist der Sauerstoffgehalt auf höchstens 0,020 %, vorzugsweise höchstens 0,005 %_f einzustellen.

Das erfindungsgemäß zugesetzte Bor soll mit der im Stahl enthaltenen Menge Stickstoff in einem bestimmten Bereich im Gleichgewicht gehalten werden. Dies bedeutet, daß Bor in einer solchen Menge enthalten sein soll, daß das Verhältnis des Borgehalts zum Stickstoffgehalt (B/N) im Bereich von 0,5O bis 2,50, vorzugsweise von 0,65 bis 1,50, liegt. Bei einem Verhältnis B/N unterhalb 0,50 kann die Wirkung des Borzusatzes, nämlich ein günstiger Kernverlustwert nach dem Schluß- und dem Nachglühen, nicht erreicht werden. Andererseits wird bei einem Verhältnis B/N über 2,50 keine wirksame Verbesserung der magnetischen Eigenschaften im Verhältnis zum Borzusatz mehr erreicht. Es ergibt sich nur noch ein Kostenanstieg. Außerdem beginnt auch eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften. Der Stickstoffgehalt des Stahls muß auf

höchstens 0,0100 %, vorzugsweise höchstens 0,0045 % begrenzt werden.

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Die im Frischofen hergestellte Stahllegierung mit der vorstehend beschriebenen Zusammensetzung wird dann zu Stahlbrammen stranggegossen oder in eine Form zu Stahlblöcken gegossen, die weiter zu Stahlbrammen vorgewalzt werden.

Die erhaltenen Brammen werden sodann auf eine Zwischendicke heißgewalzt- Es besteht keine Notwendigkeit für besondere Bedingungen beim Heißwalzen. Das Heißwalzen kann unter den gleichen Walzbedingungen wie bei gewöhnlichen Stahlbrammen durchgeführt werden. Beispielsweise werden die Brammen auf einen Temperaturbereich von 1150 bis 1330 C erhitzt und hei ßgewalzt.

Die erhaltenen heißgewalzten Bleche werden entzundert und dann in einer oder in mehreren Stufen mit Zwischenglühen auf die Enddicke kaltgewalzt. Die kaltgewalzten Stahlbleche mit der endgültigen Dicke werden danach geglüht.

Das vorstehend erwähnte Glühen kann gleicheitig als das bekannte spannungsabbauende Glühen dienen. Deshalb liegen die Glühtemperaturen in einem Bereich von 700 bis 85O C,

vorzugsw«

kritisch.

vorzugsweise bei etwa 800 C. Die Glühatmosphäre ist nicht

Das erfindungsgemäße nichtorientierte Elektrostahlblech zeigt nach dem Schlußglühen einen hervorragenden Kernverlustwert.

Die Zeichnung zeigt die Beziehung zwischen der Glühtemperatur (Abszisse) und dem Kernverlust (Ordinate) für ein Stahlblech mit einem Siliciumgehalt von 0,80 %. Die ausgezogene Linie bezeichnet ein erfindungsgemäßes Stahlblech, die gestrichelte Linie ein Vergleichsblech. Man erkennt, daß das erfindungsgemäße Blech über den gesamten Bereich der Glühtemperatur einen niedrigeren Kernverlustwert als das Vergleichsblech aufweist, wobei der besonders niedrige Kernverlust im unteren Temperaturbereich auffällt.

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Ohl'dlfcAL ^SPECTED

¹ Die Beispiele erläutern die Erfindung^

Beispiel 1
Eine Stahlbramme (A) mit der in nachstehender Tabelle I angegebenen Zusammensetzung wird durch Schmelzen in einem " Konverter, Frischen in einem Vakuum-Entgasungsgefäß und Stranggießen hergestellt. Danach wird die Bramme in einem Ofen auf 12OO°C erhitzt, auf eine Dicke von 2,7 mm heißgewalzt und sodann nach dem Entzundern auf eine Dicke von 0,5 mm kaltgewalzt. Das erhaltene kaltgewalzte Blech wird kontinuierlich 60 Sekunden bei einer Temperatur von 750 C geglüht.

Zum Vergleich wird ein Stahlblech (B) mit der ebenfalls in Tabelle I angegebenen Zusammensetzung hergestellt. Die erhaltenen Werte für die magnetischen Eigenschaften der beiden Bleche nach dem Glühen sind in Tabelle II zusammengefaßt. Es ist zu sehen, daß das erfindungsgemäße Stahlblech (A) im Vergleich zu dem Blech (B) trotz eines Aluminiumgehalts von 0,025 % hervorragende magnetische Eigenschaften aufweist.

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Tabelle I

(O

Gehalt, % " '	C	Si	Mn	P	S	N	... AA ■	0	B	Β/Ν
A	0,004	0_;31	O₇19	0.016	0,007	0₇0030	0^025	0,0056	0_;004	1,33
B	0_;005	0,30	0_;22	Ο₇Ο2Ο	0,006	0,0025	O₇ 015	0,0061	O₇0002	—.

Tabelle II

CO Ν»

	W 10/50	W 15/30	^Β23	^V50
A	3_;58	7,67	1_;67	1_;76
B	4,91	10_?53	1,65	1,74

1 Beispiel- 2

Eine Stahlbramme (C) mit der in nachstehender Tabelle III angegebenen Zusammensetzung wird durch Schmelzen in einem Konverter, Frischen in einem Vakuum-Entgasungsgefäß und Stranggießen hergestellt. Die Bramme wird danach in einem kontinuierlichen Heizofen auf 12Ό0 C erhitzt und anschließend auf eine Dicke von 2,3 mm heißgewalzt. Nach dem Entzundern wird das erhaltene heißgewalzte Blech auf eine Dicke von O,5 mm kaltgewalzt. Schließlich wird das kaltgewalzte Blech in einem kontinuierlichen Ofen 6O Sekunden bei 775°C schlußgeglüht und dann 2 Stunden bei 750 bzw. 800°C nachgeglüht.

Zum Vergleich wird ein Stahlblech (D) mit der ebenfalls in Tabelle III angegebenen Zusammensetzung hergestellt. Die

Werte der magnetischen Eigenschaften der beiden Bleche sind in Tabelle IV zusammengestellt. Das erfindungsgemäße Blech (C) zeigt nach allen Glühbehandlungen bessere magnetische Eigenschaften als das Vergleichsblech (D). 20

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N¹

cn

Tabelle III

CO O (O OO cn

O CO

ca

Gehalt %	' C	Si	Mn	P	S	N	AA	O	B	B/N
C	0_;005	0,73	0_;16 "	0,026	0_;006	0_?0021	0,018	0,0053	0,0022	1,05 ·
D	0_;004	0_;78	0_;21	0_;018	0,005	0,0030	0,207	0,0042	0,0003	. —

. Tabelle IV

■ ■	C (erfindungsgemäßes Blech)	■*50	D(Vergleichsblech)	^B50
iSIach dem Schlüßglühen	W 15/50	1,74	W 15/50	1,74
Nachglühen.bei 75O°C	7₇0O	1,70	7,43	1,72
-Nachglühen bei■80O°C	4,45	l_;70 .	5,05	1,71
4,09	4,55

(LD ro -Cr-tsj CD OD

1 Tabelle IV zeigt, daß das erfindungsgemäße Stahlblech günstige Kernverlustwerte aufweist, obwohl es preisgünstig hergestellt werden kann, da Aluminium nur zum Zweck des Entsäuerns verwendet wird.

Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Herstellung
eines Elektrostahlblechs mit hervorragendem Kernverlustwert für den praktischen Gebrauch durch Nachglühen bei
niedriger Temperatur, wobei nach der Zeichnung nur eine ge-

^O ringe Abhängigkeit von der Nachglühtemperatur festzustellen ist. Infolgedessen ist ein breiter Bereich der Glühtemperatur möglich und die Durchführung der Bearbeitung
einfach. Dabei werden Produkte von stabiler Qualität erhalten.

Die Tatsache, daß ein hervorragender Kernverlustwert auch durch Wärmebehandlung bei niedriger Temperatur erhalten
werden kann, bringt als weitere Vorteile, daß Energie gespart werden kann und daß Störungen, die bei Wärmebehand- ^ lungen bei hoher Temperatur leicht auftreten, wie Verkleben und Abschälen von Oberflächenfilmen, vermieden werden können.

Beispiel 3

Es werden Stahlbrammen (E) und (F) mit der in nachstehender Tabelle V angegebenen Zusammensetzung durch Schmelzen in einem Konverter, Frischen in einem Vakuum-Entgasungsge—
faß und Stranggießen hergestellt. Sodann werden die Brammen im Heizofen auf 1200 C erhitzt und hierauf auf eine
Dicke von 2,3 mm heißgewalzt. Die erhaltenen heißgewalz—
ten Bleche werden nach dem Entzundern auf eine Dicke von
O,5O mm kaltgewalzt. Schließlich werden die kaltgewalzten Bleche in einem Decarburierungsofen 60 Sekunden bei einer Temperatur von 775^C und einem Partialdruckverhältnis
H₂O/H₂ von O,30 entkohlungsgeglüht. Danach werden die entkohlten Bleche 30 Sekunden bei einer Temperatur von 90O⁰C

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1 rekristallisierungsgeglüht.

Die Werte der magnetischen Eigenschaften der Bleche sind in Tabelle VI zusammengestellt. Das erfindungsgemäße Stahlblech (E) besitzt bessere magnetische Eigenschaften als das Vergleichsblech (F), obwohl es weniger als 1/10 des Aluminiumgehalts aufweist.

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(U

	0,74	I
-	0,0020	I
O	H η ο ο ο	OJ O O O
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Leerseite

Claims

Patentansprüche 20

1. Niehtorientiertes Elektrostahlblech, dadurch gekennzeichnet, daß es aus höchstens 0,065 % C, höchstens 0,10 % Al, höchstens 0,020 % O, B in solcher Menge, daß das Verhältnis B/N 0,50 bis 2,50 beträgt, höchstens 0,0100 % N , Rest Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.

2. Niehtorientiertes Elektrostahlblech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es ferner höchstens 2,0 %

³⁰ Si enthält.

3. Verfahren zur Herstellung eines nichtorxentierten Elektrostahlblechs, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Stahlbramme, bestehend aus höchstens 0,065 % C, höchstens 0,10 % Al, höchstens 0,02O % 0, B in solcher Menge, daß das Verhältnis B/N O,5O bis 2,50 beträgt, höchstens 0,0100 % N, Rest Eisen und unver-

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meidbare Verunreinigungen, durch ein- oder mehrmaliges Heiß- und Kaltwalzen auf die Endstärke des kaltgewalzten Blechs bringt und dieses nachglüht.

4. Verfahren zur Herstellung eines nichtorientierten Elektrostahlblechs, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Stahlbramme, bestehend aus 0,004 % C, 0,31 % Si, 0,025 % Al, 0,0030 % N, 0,056 % 0, 0,004 % B, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, auf 1200 C erhitzt, auf eine Dicke von 2,7 mm. heißwalzt, das erhaltene heißgewalzte Blech nach dem Entzundern auf eine Dicke von 0,5 mm kaltwalzt und das dabei erhaltene kaltgewalzte Blech kontinuierlich 60 Sekunden bei einer Temperatur von 750 C glüht.

5. Verfahren zur Herstellung eines nichtorientierten Elektrostahlblechs, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Stahlbramme, bestehend aus 0,005 % C, 0,73 % Si, 0,018 % Al, 0,0053 % 0, 0,0021 % N, 0,0022 % B, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, auf 1200°C erhitzt, auf eine Dicke von 2,3 mm heißwalzt, das erhaltene heißgewalzte Blech nach dem Entzundern auf eine Dicke von O,5O mm kaltwalzt, das dabei erhaltene kaltgewalzte Blech kontinuierlich 60 Sekunden bei einer

nc O

** Temperatur von 775 C glüht und anschließend 2 Stunden in einem Temperaturbereich von 750 bis 800°C nachglüht.

6. Verwendung des nichtorientierten Elektrostahlblechs nach Anspruch 1 und 2 als Eisenkern für elektrische

Geräte, insbesondere Transformatoren und Elektromotoren.

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