DE3006571A1

DE3006571A1 - Verfahren zum herstellen von siliciumstaehlen mit wuerfel-auf-kante-orientierung

Info

Publication number: DE3006571A1
Application number: DE19803006571
Authority: DE
Inventors: Amitava Datta
Original assignee: Allegheny Ludlum Steel Corp
Current assignee: Allegheny Ludlum Steel Corp
Priority date: 1979-03-19
Filing date: 1980-02-21
Publication date: 1980-11-20
Also published as: CS212707B2; IT1164851B; RO79061A; AU529539B2; ATA76580A; YU34580A; RO79061B; ES8103187A1; HU180123B; US4213804A; BR8000893A; SE8001187L; GB2046787B; AU5548980A; BE881666A; PL222467A1; GB2046787A; JPS55161025A; AR223510A1; IT8047880A0

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von kornorientierten Elektroblechen und bezweckt eine Verbesserung desselben.

Das US-Patent 4- 054- 4-71 beschreibt ein Verfahren zum Verbessern der magnetischen Eigenschaften von borinhibitierten kornorientierten Si-Stählen, bei welchem kalt auf Endabmessung gewalzte Stähle bei einer Temperatur von 84-3 bis 1093⁰C normalisiert werden. Der mit Hilfe dieses Verfahrens hergestellte Stahl zeichnet sich aus durch eine Permeabilität von wenigstens 1870 (G/0_Q) bei 10 O. und einen Kernverlust von nicht mehr als 0,7 Watt je 0,4-53 kg bei 17 EiIogauss und 60 Hz. Das Verfahren nach dem genannten US-Patent umfaßt wahlweise eine Wärmebehandlung innerhalb eines Temperaturbereiches von 760 bis 843°C zwecks weiterer Entkohlung.

Die vorliegende Erfindung beinhaltet eine Verbesserung des Verfahrens gemäß US-Patent 4- 054- 4-71. Dadurch, daß von jeder Seite des Stahls im Anschluß an das vorstehend erwähnte Normalisieren zwischen 84-3 und 1O93°C und vor der zwecks weiterer Entkohlung durchgeführten Wärmebehandlung wenigstens 0,02 um Oberfläche abgetragen werden, läßt sich der Stahl besser entkohlen und besser mit einer hochwertigen Grundbeschichtung versehen. Das etwas undurchlässige Oxid, welches sich während der Normalisierung bei 84-3 bis 1O93°C bildet, wird teilweise oder vollständig entfernt. Dieses Oxid beeinträchtigt, wie gefunden wurde, die Ausbildung der Grundbeschichtung und den Entkohlungsvorgang. Eine gute Grundbeschichtung ist erforderlich, um Spannungsaufbringende Einish-BeSchichtungen zu erzielen, die im allgemeinen an borinhibitierten

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kornorientierten Siliciumstählen im Anschluß an das Texturglühen verwendet werden. Der Stahl sollte auf einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,005 % entkohlt werden, da Kohlenstoff zu Beeinträchtigungen der magnetischen Eigenschaften bei Verwendung des Stahls in elektrotechnischen Geräten führen kann.

Die Erfindung verfolgt somit das Ziel, die Herstellung kornorientierter Siliciumstähle zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird eine Si-Stahlschmelze mit 0,02 bis 0,06 % Kohlenstoff, 0,0006 bis 0,008 % Bor, bis zu 0,01 % Stickstoff und 2,5 bis 4,0 % Silicium den herkömmlichen Sclffitten des Abgießens, Warmwalzens, ein- oder mehrstufigen Kaltwalzens auf eine Dicke von nicht mehr als 0,508 mm mit Zwischennormalisierung sofern zwei oder mehr Kaltwalzungen benutzt wurden, Wärmebehandeins des kaltgewalzten Stahls bei einer Temperatur von 84-3 bis 1093°C in wasserstoffhaltiger Atmosphäre, einer nachfolgenden Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 704- und 84-3⁰C in wasserstoffhaltiger Atmosphäre, des Auftragens einer feuerfesten oxidischen Beschichtung und eines Schlußtexturglühens unterzogen. Erfindungsgemäß wird auf jeder Seite des Stahls im Anschluß an die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 84-3 und 1093⁰C und vor der Wärmbehandlung bei Temperaturen zwischen 704- und 84-3⁰C ein Oberflächenabtrag von wenigstens 0,02 /um durchgeführt. Innerhalb des Erfindungsgedankens liegt auch eine Wärmebehandlung eines warmgewalzten Bandmaterials. Vorzugsweise wird der Stall auf eine Dicke von nicht mehr als 0,508 mm ohne Zwischenglühung ausgewalzt und zwar ausgehend von einem Warmband mit einer Dicke von 1,27 his 3>O4-8 mm. Schmelzen, die im wesentlichen aus 0,02 bis 0,06 % Kohlenstoff, 0,015 bis 0,15 % Mangan, 0,005 bis 0,05 % Schwefel und/oder Selen, 0,0006 bis 0,0086 % Bor, bis zu 0,01 % Stickstoff

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2,5 bis 4,0 % Silicium, bis zu 1,0 % Kupfer, nicht mehr als 0,009 % Aluminium, Rest Eisen bestehen, haben sich als besonders geeignet zur Durchführung des erfindungsgeraäßen Verfahrens erwiesen. Die Borgehalte liegen üblicherweise oberhalb von 0,0008 %. D^e feuerfeste oxidische Beschichtung enthält üblicherweise wenigstens 50 % MgO. Der erfindungsgemäß hergestellte Stahl zeichnet sich aus durch eine Permeabilität von wenigstens 1870 (G/0 ) bei 10 0 und einen Kernverlust von nicht mehr als 0,7 Watt je 0,453 kg bei 17 Kilogauss und 60 Hz.

Ein bevorzugter Gedanke liegt in einem Verfahren zum Herstellen von elektromagnetischem Siliciumstahl mit Würfelauf-Kante-Orientierung. Das Verfahren umfaßt die folgenden Stufen: Es wird eine Si-Stahlschmelze mit 0,02 bis 0,06 % Kohlenstoff, 0,0006 bis 0,008 % Bor, bis zu 0,01 % Stickstoff und 2,5 bis 4 % Silicium hergestellt. Die Stahlschmelze wird abgegossen und das Material warmgewalzt. Sodann wird das Material auf eine Dicke von nicht mehr als 0,508 mm kaltgewalzt und bei einer Temperatur zwischen 843 und 1O93°C in wasserstoffhaltiger Atmosphäre wärmebehandelt. Sodann wird ein wenigstens 0,02 um tiefer Oberflächenabtrag auf jeder Stahlseiten vorgenommen und das Material bei einer Temperatur zwischen 704 und 843°C in wasserstoffhaltiger Atmosphäre wärmebehandelt. Sodann wird eine oxidkeramische Beschichtung auf den Stahl aufgetragen und eine Schlußtexturglühung durchgeführt.

Der Stahl wird bei einer Temperatur zwischen 843 und 1O93°C wärmebehandelt (normalisiert), um den kaltgewalzten Stahl zu rekristallisieren, wobei gleichzeitig ein Entkohlungseffekt angestrebt wird. Zwecks Förderung einer weitergehenden Entkohlung erfolgt eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 704 und 843°C. Die Entkohlung

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schreitet wirksamer bei einer Temperatur von weniger als 84-3⁰C voran. Die beiden Wärmebehandlungen werden in einer wasserstoffhaltigen Atmosphäre durchgeführt. Die wasserstoffhaltige Atmosphäre kann im wesentlichen nur aus Wasserstoff oder aber auch aus einer Mischung von Wasserstoff und Stickstoff bestehen.

Ein Gasgemisch, bestehend zu 80 % aus Stickstoff und zu 20 % aus Wasserstoff, hat sich als vorteilhaft erwiesen. Das Pg q/Ptt -Verhältnis der Wasserst off atmosphäre für die

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zwischen 843 und 1093⁰C erfolgende Wärmebehandlung beträgt üblicherweise 0,001 bis 1,5 und liegt in der Kegel zwischen 0,01 und 0,8. Die Verweildauer des Materials auf der Glühtemperatur beträgt wenigstens 5 Sekunden und liegt üblicherweise im Bereich von 10 Sekunden bis 10 Minuten. Das Pupq/Ph -Verhältnis der wasserstoffhaltigen Atmosphäre für die bei 704 bis 843⁰C erfolgende Wärmebehandlung beträgt üblicherweise 0,01 bis 1,5 und im allgemeinen 0,02 bis 0,8. Die Verweildauer auf Temperatur beträgt üblicherweise wenigstens 30 Sekunden und beläuft sich bevorzugterweise auf wenigstens 60 Sekunden. Die bei 843 bis 1093⁰C erfolgende Wärmebehandlung wird vorzugsweise bei einer Temperatur von 871 bis 1038°C durchgeführt. Die zwischen 704 und 843°C durchzuführende Wärmebehandlung erfolgt vorzugsweise bei einer Temperatur von 760 bis 816°C.

Da sich, wie gefunden wurde, ein etwas undurchlässiges Oxid während der zwischen 843 und 1O93°C erfolgenden Wärmebehandlung bildet, werden wenigstens 0,02 Jim Material von jeder Seite des Stahls im Anschluß an die zwischen 843 und 1093⁰C erfolgende Wärmebehandlung und vor der zwischen 704 und 843⁰C durchzuführenden Wärmebehandlung abgetragen. Das Oxid hat sich, wie gefunden wurde, als hinderlich für die Ausbildung der Grundbeschichtung erwiesen und behindert zudem die Entkohlung. Wenngleich mit

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guten Gründen davon ausgegangen werden kann, daß ein Oberflächenabtrag von 0,02 um durchaus ausreicht, werden bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens üblicherweise wenigstens 0,5 Jim und im allgemeinen wenigstens 2 um Oberflächenabtrag von jeder Seite vorgenommen. Der Oberflächenabtrag kann sowohl auf mechanische als auch auf chemische Veise erfolgen. Der entkohlte Stahl besitzt einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,005 % ·

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielsen noch näher erläutert.

Vier Proben (Proben A,., A_?, B^, und Bp) aus Si-Stahl wurden abgegossen und zu Siliciumstahl mit Würfel-auf-Kante-Orientierung verarbeitet, wobei zwei Chargen, nämlich die Chargen A und B verwendet wurden. Die Proben A^, und Ap wurden aus der Charge A hergestellt, während die Proben B^ und Bo aus der Charge B hergestellt wurden. Die chemische Zusammensetzung der Chargen ergibt sich aus der folgenden Tafel 1.

Tafel 1

Charge . Zusammensetzung (Gew.-%)

C Ma S. B ISiCiuAl

A 0,032 0,035 0,020 0,0012 0,0042 3,15 0,35 0,003 Rest

B 0,028 0,035 0,020 0,0011 0,0045 3,14 0,35 0,003 Rest

Das Verarbeiten der Proben umfaßte ein mehrstündiges Durchwärmen auf erhöhter Temperatur, ein Warmwalzen auf eine Fennabmessung von 2,032 mm, eine Warmband-NOrmalisierung, ein Kaltwalzen auf Endabmessung von etwa 304,8 um, eine Wärmebehandlung bei 982°C für etwa 2,3 Minuten in einer 80 % Stickstoff und 20 % Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre mit einem p„. q/Pjt -Verhältnis von 0,35» eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 801⁰C während eines Zeitraums von etwa 2,3 Minuten in einer 80 % Stickstoff

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und 20 % Wasserstoff enthaltenen Atmosphäre mit einem P_H q/Ph -Verhältnis von 0,35, eine Beschichten mit einer oxidkeraraisehen Grundbeschichtung und ein Schlußtexturglühen bei einer Maximaltemperatur von 1177°C in Wasserstoff. Die Proben A₂ und B₂ wurden in einer wässrigen Lösung mit 10 % HNO₇. und 2 % HF gebeizt, wobei dieser

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Beizvorgang im Anschluß an die Wärmebehandlung bei 982 C und vor der Wärmebehandlung bei 84-1⁰C erfolgte. Das Beizen oder Ätzen wurde so lange durchgeführt, bis etwa 2,5 Jim Material von jeder Seite der Stahlprobe abgetragen waren. Die Proben A^, und B^, wurden nicht gebeizt bzw. geätzt.

Der Kohlenstoffgehalt einer jeden Probe wurde analysiert.

Die Ergebnisse sind in der folgenden Tafel 2 zusammengestellt.

Tafel 2

Probe Kohlenstoff sehalt (Gew.-%)

A₁ 0,0099

A₂ 0,0013

B₁ 0,0085

B₂ 0,0021

Tafel 2 zeigt deutlich, daß das erfindungsgemäße Verfahren den Stahl entkohlungsfähiger macht. Die Proben Ap und B_p, die erfindungsgemäß behandelt worden waren, zeigten einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,005 %, wohingegen der Kohlenstoffgehalt der Vergleichsproben A^ und B^ oberhalb von 0,005 % lag. Die Vergleichsproben A- und B^ waren nicht erfindungsgemäß hergestellt worden.

Jede der Proben besaß eine Permeabilität von 1870 (G/0 ) bei 10 0_e und einen Kernverlust von nicht mehr als 0,7 Watt

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je 0,453 ^g bei 17 Kilogauss und 60 Hz. Die Erfindung ist nicht auf eine Verbesserung der magnetischen Eigenschaften gerichtet, sondern "bezweckt eine Verbesserung der Entkohlungsfähigkeit des Materials im Hinblick auf die nachfolgende Ausbildung einer hochwertigen Grundbeschichtung.

Es versteht sich, daß die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, da dem Fachmann innerhalb des Erfindungsgedankens mannigfaltige Varianten möglich sind.

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Claims

FATENTANVVaLTE A. GRUNECKER DIPl-ING. H. KINKELDEY DR-tNG 3006571 W. STOCKMAlR K. SCHUMANN DR RSlNAT.-C)PL-PmS P. H. JAKOB DU3L-ING. G. BEZOLD 8 MÜNCHEN MAXIMILIANSTRASSE P 14 713-63/He 21. Febr. 1980 Allegheny Ludlum Steel Corporation Oliver Building, Pittsburgh, Pennsylvania 15222 Verfahren zum Herstellen von Siliciumstählen mit Würfelauf -Kante-Ori enti erung Pat entansprüche

1. Verfahren zum Herstellen von elektromagnetischem Si-Stahl mit Wurfel-auf-Kante-Orientierung, bei welchem eine Si-Stahlschmelze mit 0,02 bis 0,06 % Kohlenstoff, 0,0006 bis 0,008 % Bor, bis zu 0,01 % Stickstoff und 2,5 bis 4,0 % Silicium hergestellt, die Schmelze abgegossen, das Material warmgewalzt, dann auf eine Dicke von nicht mehr als 0,508 mm kaltgewalzt und das kaltgewalzte Material einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 843 und 1093⁰C in einer wasserstoffhaltxgen Atmosphäre unterzogen, der Stahl einer Wärmebehandlung zwischen 704 und 843⁰C in wasserstoffhaltiger Atmosphäre unterworfen und der Stahl auf einen Kohlenstoff von weniger als 0,005 % entkohlt wird, worauf der Stahl mit einer feuerfesten oxidischen Beschichtung versehen und einer Schlußtexturglühung unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet , daß ein Oberfläehenabtrag von wenigstens 0,02 um Tiefe auf jeder Seite des Stahls im

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TELEFON (oas) 22 28 62 TELEX OB-SS SBO TELEGHaM?."= MONAPAT TELEKOPIERER

Anschluß an die Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 843 und 1O93°C und vor der Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 704 und 843°C vorgenommen wird.

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

3· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Oberflächenabtrag von wenigstens 0,5 jam auf jeder Seite des Stahls vorgenommen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Oberflächenabtrag mechanisch herbeigeführt wird.

5· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Oberflächenabtrag chemisch herbeigeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß ein Oberflächenabtrag von wenigstens 2 um von jeder Oberfläche des Stahls durchgeführt wird.

7· Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bei einer Temperatur zwischen 843 und 1093 durchzuführende Wärmebehandlung bei bis 1038⁰C erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η -. zeichnet , daß die bei einer Temperatur zwischen 704 und 843⁰G durchzuführende Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 760 und 816°C durchgeführt wird.

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9· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß eine Schmelze hergestellt wird, welche im wesentlichen enthält 0,02 bis 0,06 % Kohlenstoff, 0,015 bis 0,15 % Mangan, 0,005 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 1,0 % Kupfer, nicht mehr als 0,009 % Aluminium, Rest Eisen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schmelze mit wenigstens 0,0008 % Bor hergestellt wird.

11. Si-Stahl mit Vürfel-auf-Kante-Orientierung und einer Permeabilität von wenigstens 817 (G/0_o) bei 10 0_ und einem Kernverlust von nicht mehr als 0,7 Watt ge 0,4-53 kg bei 17 Kilogauss und 60 Hz, hergestellt entsprechend Anspruch 2.

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