DE3147584C2

DE3147584C2 - Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Siliciumstahl in Band- oder Blechform

Info

Publication number: DE3147584C2
Application number: DE3147584A
Authority: DE
Inventors: Norris Alfred Hamilton Ohio Dahlstrom; Martin Frederick Middletown Ohio Littmann
Original assignee: Armco Inc Middletown Ohio; Armco Inc
Current assignee: Armco Inc
Priority date: 1980-12-08
Filing date: 1981-12-01
Publication date: 1984-12-20
Also published as: DE3147584A1; AU544996B2; ZA818286B; GB2088754B; IN157442B; BE891372A; RO83711A2; PL234121A1; FR2496706B1; US4319936A; IT1146727B; GB2088754A; SE8107317L; BR8107880A; JPS607689B2; RO83711B1; JPS57120618A; SE446013B; IT8168588A0; AU7823981A

Abstract

Verfahren zur Erzeugung von Siliciumstahl mit Goßstruktur (Würfel auf Kante) mit hoher Permeabilität, wobei die Temperatur der ersten Glühung und die Temperatur, bei welcher das Abschrecken des warmgewalzten Stahls einsetzt, von dem Aluminium- und Stickstoffgehalt des Stahls abhängen. Die Temperatur der ersten Glühung liegt zwischen etwa 1040 und 1175 ° C und die Temperatur, bei welcher die Abschreckung beginnt, liegt zwischen etwa 700 und 1090 ° C. Man erzielt eine verbesserte Permeabilität und verbesserte Kernverlustwerte über verhältnismäßig weite Aluminium- und Stickstoffbereiche von 0,024 bis 0,040 Gesamtaluminium und 0,0050 bis 0,0090 Stickstoff in der Schmelzenanlage.

Description

is — daß der Temperaturbereich der ersten Glühung von 1040 bis unterhalb 1115° C reicht und die Temperatur, bei welcher die Wasserabschreckung beginnt, zwischen 700" C und unterhalb 870" C liegt, wenn der Gesamtaluminium- und Stickstoffgehalt im Al — N-Diagramm sowohl unterhalb der Geraden (L_t)

%N-0.009

als auch rechts von der Geraden (L2) %N-0,83 χ %A1-0,022

liegt, und

— daß der Temperaturbereich der ersten Glühung von oberhalb 1115 b;r. 1175" C reicht und die Temperatur, bei welcher die Wasserabschreckung beginnt, oberhalb 870 bis 1090°C liegt, wenn der Gesamtaluminium- und Stickstoffgehalt im Al—N-Diagramm sowohl oberhalb der Geraden (Li)

%N-0,006

als nuch links von der Geraden (L₄)

%N -0,83 χ %Al-0.0i ;4 35

liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der warmgewalzte Stahl nach der ersten Glühung innerhalb 10 bis 50 Sekunden auf eine Temperatur unterhalb etwa 400°C mit Wasser abgeschreckt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Glühung eine Durchlaufglühung mit einer Durchwärmzeit zwischen 30 Sekunden und 3 Minuten ist.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl auf die Endstärke in mindestens einem Kaltwalzstich um mindestens 80% kalt heruntcrgewalzt wird und daß die abschließende Glühung bei einer Temperatur von mindestens 1090°C während bis zu 36 Stunden in einer trockenen, Wasserstoff enthaltenden. Eisenoxide reduzierenden Atmosphäre durchgeführt wird.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Siliciumstahl der im Hauptanspruch genannten Gattung.

Siliciumstähle mit Großtextur, d.h. mit (I10)[001]-Orientierung, werden seit Jahren zur Herstellung von Transformatorkernen und dergleichen verwendet. Der häufigste Typ von orientiertem Siliciumstahl, den man allgemein als Siliciumstahl mit regelmäßiger Kornorientierung bezeichnet, besitzt in der Regel eine magnetische Induktion von weniger als 1,85 T bei einer Feldstärke von 796 A/m und einen Ummagnctisierungsvcrlusi (Kernverlust) bei 1.7 T und 60 Hz von über 1,54 W/kg bei einer Banddicke von etwa 0,3 mm. Solche Stähle enthalten in der Regel etwa 3.25% Silicium, verwenden Mangansulfid als Inhibitor für das Kornwachstum und werden auf die Endstärke in zwei getrennten Kaltwalzstichen heruntergewalzt.

Die in den letzten Jahren entwickelten kornorientierten Stähle mit hoher Permeabilität besitzen in der Regel Induktionswerte B% von über 1.85 T (bei 796 A/m) und Kcrnverluste P\j von weniger als 1,54 W/kg (bei 1,7 T und Hz) bei einer Banddicke von etwa 0.3 mm. Diese Stähle enthalten in der Regel etwa J,0% Silicium, verwenden zwei verschiedene Kornwachstums-lnhibitoren, /.. B. Mangansulfid und Aluminiumnitrid, und werden in einer einzigen Stufe auf die Endstärke kalt heruntergewalzl. Sowohl Mangansulfid und/oder -selenid als auch Alumini-

fii umnitrid gelten als Kornwachstums-lnhibitoren für die Entwicklung der gewünschten Orientierung und magnetischen Eigenschaften. Die gewünschte Form und Verteilung von Mangansulfidnussehcidungen erhält man durch Einstellen des Mangan- und Schwcfclgchaltcs innerhalb der gewünschten Bereiche während des Schmelzen*, durch Auflösen der Ausscheidungen während eines Wiedererwiirmcns der Brammen und dann durch Regelung

ier Abkühlungsgeschwindigkeit während des Warmwalzens. Die gewünschte Form und Verteilung von Alumiliumnitridausscheidungen erzielt man ebenfalls durch Einstellen des Aluminium- und Stickstoffgehaltes innerhalb der gewünschten Bereiche während des Schmelzvorgangs und Lösen der Aluminiumnitridverbindungen während des Wiedererwärmens der Bramme. Ungleich der Mangansulfidausscheidung, die nach dem Warmwalzen im wesentlichen vollständig ist, bildet sich während des Warmwalzens nur ein kleiner Prozentsatz der Aluminiumnitridausscheidungen. Der Rest bildet sich während der ersten Glüh- und Abschreckbehandlung des warmgewalzten Siliciumstahlbandes oder -blcches vor dem Kaltwalzen. Diese Stufen sind zur Erzeugung eines Materials mit ausgezeichneter Permeabilität bei hohen Induktionen erforderlich. Bei der technischen Herstellung ist die Regelung des gesamten Aluminium- und Stickstoffgehaltes innerhalb der engen Grenzen, für die Ausscheidung von Aluminiumnitrid in Stahl zur Erzielung optimaler magnetischer Eigenschaften sehr schwierig. Wenn die Aluminium- und Stickstoffgehalte außerhalb der vorgeschriebenen engen Grenzen liegen, kann man zwar noch ein Produkt mit hoher Permeabilität erzielen, der Kernverlust wäre jedoch nicht niedrig genug.

Es sind Verfahren zur Erzielung gleichförmiger magnetischer Eigenschaften über den bei der Herstellung vor. Stahl mit hoher Permeabilität üblichen Zusammensetzungsbereich bekannt. Diese Verfahren schließen während des Kaltwalzen des Bandes eine Alterungsbehandlung bei Temperaturen von 100 bis 350° C ein, wie dies in der DE-AS 24 29 237 beschrieben ist, oder schlagen eine weitere Glühung des Stahls anschließend an die Entkohlung bei einer Temperatur von etwa 950 bis etwa 1175° C während einer Dauer von etwa 15 Sekunden bis zu etwa 5 Minuten vor, wie dies gemäß des US-Patents 41 23 298 geschieht. Die in diesen und anderen Patenten vorgeschlagenen Verfahren eignen sich ganz allgemein nicht zur Verwendung in der technischen Produktion wegen der außerordentlich hohen Verfahrenskosten.

Eine andere übliche Praxis besteht darin, warmgewalzten Siliciumstahl bei etwa Jl !5⁰C 9ü Sekunden lang durchzuwärmen, den Stahl auf eine Temperatur von etwa 870⁰C in Luft abzukühlen und dann auf unter 400⁰C einer Wasserabschreckung auszusetzen. Diese Praxis bzw. dieses Verfahren arbeitet innerhalb eines vorgeschriebenen Aluminiumbereiches von 0,028 bis 0,036 Gew.-% (Gesamtaluminium —Schöpfprobe) und eines vorgeschriebenen Stickstoffbereiches von 0,0055 bis 0.0080 Gew.-% (Schöpfprobe) konstant. Bei Änderungen des Aluminium- und Stickstoffgehaltes der Schmelzen wird die Einstellung der Glüh- und Abkühlungsverfahren nicht geändert.

In der DE-AS 19 20 968 ist ein Verfahren zur Herstellung von Siliciumstahl mit hoher magnetischer Induktion beschrieben, wobei das warmgewalzte Siliciumstahlband oder -blech einer ersten Giühung von 750 bis 1200°C während 30 Sekunden bis zu 30 Minuten unterworfen und anschließend zur Ausscheidung von Stickstoff in Form von Aluminiumnitrid abgeschreckt wird. Die Glühtemperatur variiert je nach dem Silicium- und Kohlenstoffgehalt, und das Abschrecken wird so durchgeführt, daß das Blech in 2 bis 200 Sekunden auf eine Temperatur unterhalb 400° C abkühlt. Der Aluminiumgehalt liegt zwischen 0,01 und 0,65%, der Siliciumgehalt zwischen 0 und 4% und der Kohlenstoffgehalt unter 0,085%.

In der DE-OS 24 35 413 ist eine erste Glühung von warmgewalztem Siliciumstah'biech bei einer Temperatur von 1050 bis 1170⁰C und vorzugsweise bei 1120 bis 117O⁰C während 10 bis 60 Sekunden und eine anschließende langsame Abkühlung des Bandes auf 700 bis 900°C mit einer Geschwindigkeit von weniger als 10 K/s beschrieben. Es folgt dann eine drastische Abschreckung mit einer Geschwindigkeit von 15 bis 150 K/s. Der Zwick d^ser Behandlung ist, eine Phase hoher Härte zu entwickeln, die als notwendig zur Entwicklung eines Produktes mit hoher Permeabilität beschrieben wird. Die Glüh- und Abschreckbedingungen werden jedoch in keiner Weise -to entsprechend den Änderungen in der Stahlzusammensetzung variiert.

In der DE-AS 25 44 623 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Materials mit hoher Permeabilität beschrieben, bei dem die stranggegossenen Brammen direkt gewalzt werden. Die erste Glühung des warmgewalzten Bandes besteht in einem Durchwärmen bei einer Temperatur von 1050 bis 1150°C während 5 bis 30 Sekunden, gefolgt von einer Luftkühlung auf eine Temperatur im Bereich von 750 bis 850° C. Der Stahl wird dann mit einer Geschwindigkeit von 10 bis 100 K/s auf eine Temperatur unterhalb 400⁰C abgeschreckt. Die Abschreckgeschwindigkeit variiert mit dem Kohlenstoff- und Siliciumgehalt.

In der DE-AS 24 22 073 wird eine erste Glühung bei 760 bis 927°C während 15 Sekunden bis zu 2 Stunden, gefolgt von einer Abkühlung mit einer der Luftkühlung entsprechenden Geschwindigkeit, beschrieben. Der Kohlenstoffgehalt liegt zwischen 0,02 und 0,07%, der Siliciumgehalt zwischen 2,6 und 3,5%, der Mangangehalt zwischen 0,05 und 0,27%, der Schwcfelgehalt zwischen 0,01 und 0,05%, der Alurniniumgehalt zwischen 0,015 und 0,04%, der Stickstoffgehalt zwischen 0,003 und 0,009% und der Kupfergehalt zwischen 0.1 und 0,3%. Mangan und Kupfer werden ferner durch das sogenannte Manganäouiv.Yient eingeschränkt, welches

»%Mn + (0,1 bis 0,25) χ %Cu«

entspricht. Es wird außerdem angegeben, daß der Zusatz von Kupfer die Temperatur der ersten Glühung herabsetzt, die Walzbarkeit verbessert, das Schmelzen vereinfacht und die Anforderungen an die Glühatmosphäre erleichtert.

In der DE-OS 24 22 075 wird ein auf eine Glühung folgendes Abkühlen auf eine Temperatur zwischen 760 und &q 927°C mit keiner größeren Geschwindigkeit als bei einer Kühlung in stehender Luft beschrieben, gefolgt von einer Abkühlung auf eine Temperatur unterhalb 260⁰C mit einer größeren Geschwindigkeit, als einer Kühlung mit stehender Luft entspricht. Dies Glühen erfolgt vor einer abschließenden Kaltverminderung von mindestens 80%. Die Zusammensefzungsbereichc sind die gleichen, wie in der DE-OS 24 ?2 073 beschrieben.

Die DE-AS 24 22 074 beschreibt eine Glühung von 760 auf 927⁰C während 15 Sekunden bis zu 2 Stunden, gefolgt von einer Kühlung mit einer der Kühlung in stehender Luft entsprechenden Geschwindigkeit. Diese Glühung erfolgt vor einer abschließenden Kaltverminderung von mindestens 80%. Die Zusammensetzungsberciche sind die gleichen, wie in der DE-OS 24 22 073 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unvollständiges sekundäres Kornwachstum und große und/oder schlecht orientierte, sekundärrekristallisiertc Körner durch Änderung der Wärmebehandlung, welcher das warmgewalzte Siliciumstahlband vor der Kaltverminderung ausgesetzt wird, in Abhängigkeit von Aluminium- und Stickstoffgehalt auszugleichen. Außerdem soll eine beträchtliche Erweiterung der Aluminium- und Stick-Stoffbereiche, innerhalb derer ein Material mit hoher Permeabilität technisch erfolgreich erzeugt werden kann, ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das beanspruchte Verfahren gelöst. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird erreicht, daß die Aluminiumnitridausscheidung innerhalb des gesamten Siliciumstahls vor dem Kaltwalzen auf einfache und billige Weise geregelt wird. Nach einem solchen Verfahren bestand seit langem ein , io echtes Bedürfnis. Die vorliegende Erfindung beruht auf der Feststellung, daß Änderungen der Wärmebehand-

lungsbedingungen, welchen warmgewalzter Siliciumstahl ausgesetzt wird. Änderungen des Aluminium- und Stickstoffgehaltes kompensieren können, wodurch die Aluminium- und Stickstoffbereiche erweitert werden, ohne daß der Kernverlust und die Werte der magnetischen Permeabilität (ausgedrückt durch die Meßgröße der magnetischen Induktion O₈) dadurch ungünstig beeinflußt werden. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematischc graphische Darstellung der Auswirkungen der Temperatur der ersten Glühung (Tc) und der Ausgangstemperatur der Abschreckung (Τ_λ) auf die sekundäre Rekristallisation und die magnetische ■ Eigenschaft bei verschiedenen Aluminiumgehalten,

IFi g. 2 eine graphische Darstellung von Temperatur der ersten üiühung (Tc) und Ausgangstemperatur der Abschreckung (T\)\n Abhängigkeit von Aluminium- und Stickstoffgehalt der Stahlschmelze, F i g. 3 und 4 den Kcrnverlust P\j in Abhängigkeit von Tc, F i g. 5 und 6 den Kernverlust P\j in Abhängigkeil von Τ_λ,

F i g. 7 den Kernverlust P₁₇ in Abhängigkeit vom Abstand d vom vorderen Ende zweier Bandstahlwickel. Mehrere voneinander abhängige Variable tragen zur Lösung des Problems der Erzielung optimaler magnetischer Eigenschaften bei, deren Wirkungen nicht ganz erklärbar sind.

Es wurde jedoch gefunden, daß der höchste Orientierungsgrad erzielt wird, wenn die Temperatur Tg der ersten Glühung innerhalb des Bereiches von 1040 bis 1175⁰C liegt, während die Ausgangstemperatur Τ_Λ der Abschreckung so gewählt wird, daß eine Ausscheidung einer angemessenen Menge Aluminiumnitrid in feinverteilter Form gleichmäßig durch den Stahl möglich ist. Wenn der Aluminiumgehalt unter diesen Bedingungen relativ hoch ist. besteht eine Gefahr unvollständigen sekundären Kornwachstums. Wenn andererseits unter den gleichen Bedingungen der Aluminiumgehalt zu niedrig ist. besteht die Gefahr einer großen Korngröße und/oder schlechter Orientierung. Es sei bemerkt, daß etwa 0,002% des vorhandenen Gesamtaluminiums unlöslich sind, da dieser Aluminiumanteil mit Sauerstoff unter Bildung von Aluminiumoxid reagiert hat und daher zur Bildung von Aluminiumnitridausscheidungen nicht mehr zur Verfügung steht. Die hier angegebenen Aluminiumwerte sind Gesamtaluminiumgehalte, sofern nicht anders angegeben.

In Fi g. 1 ist dargestellt, daß bei gegebenem Aluminium- und Stickstoffgehalt beste magnetische Eigenschaften durch Kombination einer hohen Temperatur der ersten Giühung und einer niedrigen Äusgangstemperatur der Abschreckung und umgekehrt gewährleistet sind. Wie qualitativ in Fig. 1 dargestellt ist. tritt der weiteste Bereich, innerhalb dessen optimale magnetische Eigenschaften erzielt werden, etwa in der Mitte sowohl des Temperaturbereiches der ersten Glühung To als auch des Temperaturbereiches der Ausgangstemperatur der Abschreckung T* für einen gegebenen Aluminiumwert auf. Es steht fest, daß die Aluminium- und/oder Stickstoffmenge in dem Stahl den optimalen T_f,- und/oder Tx-Bereich verschiebt. Für einen konstanten Stickstoffgehalt erfordern Schmelzen mit geringeren Mengen an Aluminium allgemein eine höhere Anfangstemperatur Tc, für die erste Glühung und/oder eine höhere Ausgangstemperatur der Abschreckung Ta. als dies Schmelzen mit höheren Mengen an Aluminium in Hinsicht auf die optimale magnetische Qualität tun. Bei hohen T₁; sowie Τ_Λ besteht eine steigende Tendenz nach unvollständigem sekundärem Kornwachstum, bei niederen Tc, sowie T_A besteht zwar stabileres sekundäres Kornwachstum, aber größere Körner mit schlechterer Orientierung.

Die Abkühlungsgeschwindigkeit während der Wasserabschreckung soll so geregelt werden, daß die Abschreckzeit vom Beginn bis zum Erreichen einer Temperatur unterhalb etwa 400' C weniger als etwa 200 Sekunden und vorzugsweise 10 bis 50 Sekunden beträgt

Bei der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Siliciumstahlschmeize in üblicher Weise hergestellt und kann dann zu Barren gegossen oder stranggegossen werden. Beim Stranggießen wird das in der DE-AS 22 52 784 beschriebene Verfahren bevorzugt.

Die Barren oder Brammen werden auf eine Temperatur im Bereich von 1280 bis 1430⁰C vor dem Warmwalzen wieder erwärmt und das Warmwalzen erfolgt vorzugsweise durch Vorwalzen, gefolgt von dem Endwalzen auf eine Stärke des warmen Bandes von etwa 1,8 bis etwa 2J5 mm.

Das warmgewalzte Band wird dann einer ersten Durchiaufglühung innerhalb des Temperaturbereiches von etwa 1040 bis etwa U75°C unterworfen, wobei diese Temperatur in Abhängigkeit von dem Aluminium- und Stickstoffgehalt des Stahls variiert wird, wie dies nachstehend näher erläutert wird. Die Durchwärmzeit liegt zwischen etwa 30 Sekunden und etwa 3 Minuten, und es schließt sich eine Luftkühlung an, bis der Stahl eine Temperatur von etwa 700 bis !090⁰C erreicht. Der Stahl wird dann im Wasser auf eine Temperatur unterhalb etwa 400° C abgeschreckt

Das geglühte Band wird dann entzundert und in mindestens einem Stich kalt auf die Endstärke heruntergewalzt Die Temperatur des Stahls während des Kaltwalzens beträgt in der Regel weniger als 150⁰C Wenn mehr ö5 als ein Kaltwalzstich angewendet wird, soll die vorstehend beschriebene Giühung und Abschreckung von einer Kaltverminderung um mindestens 80% gefolgt werden.

Nach dem Kaltwalzen auf Endstärke, die zwischen etwa 0,20 und etwa 0,45 mm betragen kann, wird das Band auf einen Kohlenstoffgehalt von vorzugsweise nicht über 0.003% entkohlt Die Bandglühung in feuchtem

Wasserstoff bei etwa 820 bis etwa 850"C kann bei der Entkohlung angewendet werden.

Das entkohlte Band wird dann mit einem (iliihseparaior überzogen und bei einer Temperatur von mindestens I(WO"C und vorzugsweise zwischen 1150 und I22O"C während einer Dauer bis zu 36 Stunden in einer trockenen, wasserstoffhaltigen Atmosphäre einer abschließenden Glühung unterworfen, wobei die Eisenoxide reduziert werden und dadurch eine sekundere Rekristallisation bewirkt wird. Ein Teil der abschließenden Glühung kann in i einer Slickstoffatmosphüre oder einer Stickstoff-Wasscrstoffatmospharc durchgeführt werden.

Der vorstehend beschriebene Arbeitsgang entspricht im allgemeinen der derzeitigen Praxis, mit der Ausnahme c-ji" Bedingungen für die ersie Glühung, die Abkühlung und die Abschreckung, welchen das warmgewalzte Band unterworfen wird.

Wenn der Aluminiumgehalt im oberen Teil des Bereiches von 0,024 bis 0,040% Gesamtaluminium (Schöpfpro- iu benanalyse) liegt und/oder wenn der Stickstoffgehalt im unteren Teil des Bereiches von 0,0050 bis 0,0090% (Schöpfprobenanalyse) liegt, beginnt die Wasserabschreckung nach der ersten Durchlaufglühung im Temperaturbereich von 700 bis weniger als 870°C. Eine genauere Betrachtung unter Bezugnahme auf F i g. 2 ergibt, daß, wenn die Aluminium- und Stickstoffgehalt sowohl unter der Geraden L\ liegen, die durch %N = 0,009 definiert ist, als auch rechts von der Geraden Lj, die durch %N ~0,83x %AI—0,022 definiert ist, T₁; zwischen 1040 und ι j unterhalb 1115°C liegt und Τ_Λ zwischen 700 und unterhalb 870"C liegt.

Wenn der Aluminiumgehalt im unteren Teil des Bereiches von 0,024 bis 0,040% Gesamtaluminium und/oder der Stickstoffgehalt im oberen Teil des Bereiches von 0,005 bis 0,009% Stickstoff liegt, beginnt die Wasserabsehrcekung nach der ersien Giühung innerhalb lies Temperaturbereiches von über 870 bis !Oi)O⁰C Genauer gesagt, wenn die kombinierten Aluminium- und Stickstoffgehalte sowohl oberhalb der Geraden L\ liegen, die durch %N =0,006 definiert ist. als auch links von der Geraden U, die durch %N -0,83 χ %AI-0,0184 definiert ist, liegt r_f, oberhalb von 1115 und bis 1175°Cund !^oberhalb von 870 bis 1090"C

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, umgrenzt die Fläche ABCD die einzigen Aluminium- und Stickstoffbereiche, innerhalb welcher die eingangs beschriebene herkömmliche Praxis unter zuverlässiger Erzielung guter magnetischer Eigenschaften ohne Änderung der Bedingungen der ersten Glühung durchgeführt werden kann. Wie vorstehend gesagt, bestand diese normale Praxis darin, das warmgewalzte Bnnd einer ersten Durchlaufglühung bei einer Temperatur von etwa I115"C während 90 Sekunden auszusetzen, in Luft auf etwa 870° C abzukühlen und dann mit Wasser auf Raumtemperatur abzuschrecken.

Proben technischer Schmelzen wurden unter verschiedenen Bedingungen der ersten Glühung und der Abschreckung unterworfen. Die Aluminium- und Stickstoffgehaitc von zwei solcher Schmelzen und die magnetisehen Eigenschaften nach der Kaltvcrminderung und der abschließenden Glühung sind in Tabelle 1 zus?mmen mit den Bedingungen der Wärmebehandlung, welcher die verschiedenen Proben unterworfen wurden, angegeben. Das Verfahren war das folgende:

2,36 mm dicke warme Bandproben wurden in einer Stickstoffatmosphäre während einer Gesamtdauer von 4,5 Minuten geglüht. Die Proben wurden während der in Tabelle I angegebenen Zeit luftgekühlt und dann in J5 warmem Wasser abgeschreckt. Nach dem Kaltwalzen auf eine Stärke von 0,3 mm wurden die Proben bei etwa 830"C in Wasserstoff mit einem Taupunk! vor. etwa 6Q⁰C entkohl!. Dann wurden die Proben mit Magnesia überzogen und schließlich 30 Stunden in trockenem Wasserstoff bei 1200"C geglüht, und zwar mit einer Erwärmungsgeschwindigkeil von 40 K/h, ausgehend von 590"C auf etwa 1200°C in einer aus 25 Vol.-% Stickstoff und 75 Vo!.-% Wasserstoff bestehenden Atmosphäre. Nach dem Abscheren wurden die Epstein-Proben 4P einem Spannungsarmglühen unterworfen.

Alle vorstehend beschriebenen ersten Glühbehandlungen liegen innerhalb der in der bereits erwähnten DE-AS 19 20 968 beschriebenen Grenzen. Diese Ergebnisse zeigen, daß die Permeabilität (magn. Induktion bei H=THb A/m) stark mit der Temperatur der ersten Glühung und mit der Dauer variiert, während welcher die Proben vor der Wasserabschreekung in Luft gekühlt wurden. Nur wenige der Behandlungen ergaben Produkte mit ausreichend hoher Permeabilität.

Die Tabellen II, 111 und IV zeigen den durch Einstellung der Bedingungen der ersten Glühung und des Abschreckens erziclbaren günstigen Einfluß auf die optimale magnetische Eigenschaft.

Die Tabellen V. und 111 enthalten die Daten für jeweils eine Schmelze, während die Lage dieser beiden Schmelzen bezüglich des Aluminium- und Stickstoffgehaltes, die Temperaturen der ersten Glühung und die Temperaturen zu Beginn der Abschreckung aus Fig.2 entnehmbar sind. Die Daten stammen von warmen Bandproben aus handelsüblichen Schmelzen, deren Zusammensetzung in den Tabellen angegeben ist. Die Prober· wurden im Laboratorium wie folgt bearbeitet:

Erste Glühungen wurden bei 1050"C, HOO⁰C und 1165°C bei einer Cesamtverweilzeit im Ofen von jeweils 5'/₄ Minuten durchgeführt; sie wurden etwa 90 Sekunden auf Temperatur gehalten. Die Wasserabschreckung wurde entweder frühzeitig (1065⁰C), normal (870⁰C) oder spät (715° C) an Proben der beiden Schmelzen von Tabelle Il und Hl durchgeführt. Die Proben wurden dann auf 0,285 mm kalt heruniergewalzt, entkohlt, mit Magnesia überzogen, 20 Stunden bei 1205⁰C in trockenem Wasserstoff kastengeglüht und schließlich einem Spannungsarmglühen unterworfen. Dann wurden die Proben auf ihren Kernverlust und die Permeabilität untersucht. Die Testergebnisse sind in den Tabellen II und HI angegeben und auch in den Fi g. 3, 4, 5 und 6 μ aufgetragen.

Bedachtet man zunächst die Schmelze 3 in Tabelle II und die entsprechenden Kurven in den F i g. 3 und 5, so merkt man, daß der Ummagnetisierungsverlust P\j mit zunehmtnder Temperatur der ersten Glühung To von 1100 auf 1165"C zunahm. Der Kernverlust nahm auch zu, wenn die Ausgangstemperalur der Abschreckung zunahm, wie aus F i g. 5 ersichtlich ist Betrachte! man dann die Schmelze 4 in Tabelle 11! und die entsprechenden ts Kurven in den F i g. 4 und 6, so nahm der Kernverlust mit zunehmender Temperatur Tc. der ersten Glühung bei einer Ausgangstemperatur der Abschreckung T_A von 870⁰C ab. Der Kernverlust Pi.? nahm auch ab. wenn Τ_Λ bei Ti, von 1050 und 1110"C zunahm. Daß die magnetische Gesamteigenschaft dieser Schmelze nicht gut ist, ist auf

den niedrigen Aluminiumgchalt zurückzuführen, der außerhalb des bevorzugten Hercich.es liegt.

Die in den Tabellen Il und III und in den F i g. 3 bis 6 zusammengefaßten Ergebnisse bestätigen, daß bei hohem Aluminium- und/oder geringem Stickstoffgehalt bessere magnetische Eigenschaften bei niedriger T). und/oder niedriger T\ erzielt werden und daß ein niedriger Aluminium- und/oder ein hoher Stickstoffgehalt eine bessere 5 Qualität bei einer hohen Tc, und/oder einer hohen Ta ergeben.

Weitere Tests wurden ebenfalls unter Verwendung warmer Bandproben aus technischen Schmelzen durchgeführt; die Ergebnisse sind in Tabelle IV zusammengefaßt. Die Lage dieser Schmelzer, in bezug auf ihren Aluminium- und Stickstoffgehalt ist ebenfalls in !·' i g. 2 aufgetragen.

Die Ti, und T.\ sind in Tabelle IV angegeben. Alle anderen Verfiihrensvariablcn sind die gleichen wie in den ίο Tabellen Il und III.

Betrachtet man zunächst die Schmelze 5, so würden die vereinigten Aluminium- und Stickstoffwerte eine normale TO-und eine normale Ta bei erfindungsgemäßer Behandlung anzeigen. Tabelle IV zeigt verhältnismäßig gleichmäßige magnetische Eigenschaften für verschiedene /YWcrlc bei Zr,= ll20"C, was die Theorie des erfindungsgemäßen Verfahrens bestätigt. Die kombinierten Aluminium- und Slickstoffwertc der Schmelzen 6 15 und 7 wurden eine Tc zwischen etwa 1115 und 1175"C und eine T.\ zwischen 870 und IWO¹¹C erfindungsgeinäß verlangen. Die Ergebnisse für 7"₍;= I I2O"C in Tabelle IV bestätigen dies. Im Fall der Schmelze 6 war diamagnetische Qualität für Tc=IIO5°C und Ta = MVC besser als erwartet. Unerwartete Schwankungen wie diese treten zwar immer wieder auf; die Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre hält solche Schwankungen jedoch auf einem Minimum.

2o Die Schmelze 8 sollte bei einer Ta von 1040 bis 1115"C und einer ΊΆ zwischen 700 und 87O"C gemäß der Erfindung behandelt werden. Die Ergebnisse für 7r,= l120"C zeigen, daß man eine optimale magnetische Qualität bei T,( = 76O"C erzielt. Die niedrigere Γ,,νοη Π 05° C und die etwas höhere T.\ von 845° C ergaben noch bessere magnetische Eigenschaften.

Zwei Wickel aus der Schmelze 8 mit einem bei der Schöpfprobenanalyse ermittelten Gesamtaluminiumgehalt 25 von 0,038% und einem Stickstoffgehalt von 0,0079% wurden einer kompletten Behandlung im Betrieb untcr- ; worfen. Beide Wickel erhielten eine erste Glühung bei 7V,·= 1115"C; ein Wickel M wurde mit der üblichen

Temperatur von etwa 87O°C durch Wasser abgeschreckt, und der andere Wickel N wurde, ausgehend von 79O⁰C, abgeschreckt. Der Kernverlust wurde über die ganze Länge beider Wickel in der Arbeitsstrecke nach , Aufbringung eines Sekundärüberzugs gemessen. Die Kernverlustwcrte auf der Länge beider Wickel sind in

30 Fig. 7 aufgetragen. Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß der Kernverlust bei Schmelze 8 für den Wickel N, der, ausgehend von 790⁰C. mit Wasser abgeschreckt wurde, nicht nur geringer, sondern auch wesentlich gleichförmiger ist als für den Wickel M, der, ausgehend von 870"C, mit Wasser abgeschreckt wurde.

Ein Wickel von einer anderen handelsüblichen Schmelze 9 wurde einem Versuch im Betrieb unterworfen. Die

Schöpfprobenanalyse für die Schmelze 9 war 0,043% Kohlenstoff, 0,094% Mangan, 0,025% Schwefel, 2,90%

J5 Silicium. 0,040% Aluminium und 0,0068% Stickstoff, jeweils in Gewichtsprozent. Die Tc. betrug 1095ⁿC. Der vordere Teil dieses Wickels wurde, ausgehend von 765" C, mit Wasser abgeschreckt, während sein hinterer Teil.

-- ausgehend von einer Temperatur vom 845"C, mit Wasser abgesciireckt wurde. Kernverlusl- und Permeabimäis-

werte des vorderen und hinteren Teils dieses Wickels sind in Tabelle V angegeben.

Es sei bemerkt, daß der einer Tc, von 1095⁰C und einer T_A von 760° C unterworfene Wickel mit einer Endstärke ■ 40 von 0,267 mm ausgezeichnete magnetische Eigenschaften aufwies. Bislang war es unmöglich, magnetische

]'; Eigenschaften dieser hohen Qualität bei den üblichen Bedingungen für die erste Glühung und die Abschreckung

bei einer solchen Kombination von Aluminium- und Stickstoffwerten zu erzielen.

.·!· Eine weitere handelsübliche Schmelze 10 wurde ebenfalls Betriebsversuchen zum Vergleich des Einflusses

^?.;■ einer frühzeitigen Abschreckung und einer normalen Abschreckung unterworfen. Die Schmelze 10 besaß eine

■-?, .-5 Schöpfprobenanalyse von 0.043% Kohlenstoff, 0.092% Mangan. 0,027% Schwefel. 2.89% Silicium. 0,031%

••■'Ι Aluminium und 0.0073% Stickstoff, jeweils in Gewichtsprozent. Elf Wickel wurden einer Tc, von 1115"C untcr-

N worfen; sieben Wickel wurden mit einer T₁ von 982"C abgeschreckt und die anderen vier Wickel mit einer T_A

j ι von 870⁰C Der Kernverlust und die magn. Induktion dieser Wickel sind in Tabelle V angegeben. Auch hier sieht

ζ? man wieder, daß die frühe Abschreckung von einer Ausgangstemperatur von 982"C überlegene magnetische

pj so Eigenschaften für diese Kombination von Aluminium- und Stickstoffgchalten ergab.

§1 Die vorstehenden Daten ergeben somit die empirische Regel, daß die Temperatur der ersten Glühung Tc,

'&. zwischen 1040 und unterhalb 1115°C liegen und die Wasserabschreckung bei einer Temperatur Ta zwischen

SH und weniger als 870⁰C beginnen soll, wenn die Aluminium- und Stickstoffgehalte unterhalb der Geraden L₁ und

Ä^: rechts von der Geraden L-i in F i g. 2 liegen.

Ks 55 Wenn hingegen die kombinierten Aluminium- und Stickstoffgehalte oberhalb der in F i g. 2 bestimmten

■§ Geraden Li und links von der Geraden La liegen, soll die Temperatur der ersten Glühung Tc, oberhalb 1115 bis

|§ zu 1175°C liegen, und die Abschreckung soll bei einer Temperatur Ta zwischen über 87O°C und IO9O"C

^!{| beginnen.

kfl Beispielsweise soll bei einem Gesamtaluminiumgehalt von etwa 0,032% oder höher und einem Stickstoffge-

|t W) halt von 0.005% oder bei einem Gesamtaluminiumgehalt von 0,037% oder höher und einem Stickstoffgehalt von

fö 0.009% die Temperatur der ersten Glühung T_f,· zwischen 1040 und weniger als 1115"C liegen, und die Wasserab-

'] schreckung soll bei einer Temperatur T,\ zwischen 700 und weniger als 870⁰C beginnen. Bei dem anderen

a Extrem, nämlich bei einem Gesamtaluminiumgehalt von weniger als 0.029% und einem Stickstoffgehalt von

P 0,006% oder einem Gesamtaluminiumgehalt von unte·· 0.033% und einem Stickstoffgehalt von 0.009% soll T₁.

^r|S b5 über 1 i 15°C und Τ_Λ über 870'C liegen, wobei diese beiden Temperaturen schon außerhalb des beanspruchten

p Bereiches liegen.

_gj Offensichtlich können Änderungen der Bedingungen der ersten Glühung und beim Beginn der Abschreckung

't§ gernäß der Erfindung die Aluminium- und Stickstoffbereiche erweitern, welche ohne Verschlechterung der

magnetischen Eigenschaften verwendet werden können Da eine Regelung der Aluminium- und Stickstoffwerte innerhalb eines engen Bereiches lange ein Problem bei der Herstellung von Siliciumstahl mit hoher Permeabilität bildete, ermöglicht die vorliegende Erfindung nun die Beibehaltung gleichwertiger magnetischer Eigenschaften bei geringeren Herstellungskosten. Da überdies die Änderung der Bedingungen der Wärmebehandlung aufgrund von Schöpfprobcn und deren Analy:;cn bezüglich des Aluminium- und Stickstoffgehaltes vorgenommen werden können, wird die Verfahrensführung stark vereinfacht und die Vorhersagbarkcit der magnetischen Eigenschaften in einem frühen Stadium des Herstellungsverfahrens erleichtert.

Tabelle 1	Gesamt N ppm	"VbAI säurelöslich	magn. Induktion B» in T, gemessen") bei der angegebenen Glühlempcraiur und nach Luftkühlung (vor Abschreckung) der angegebenen Dauer 1065⁰C 1120⁰C 1175 0 OSck. 60 Sek. 10 Sek. OSek.	60 Sek.
Schmelze	62 77	0.033 0,030	1,893 1,903 1,92! 1.595 1,874 1,837 1,863 1,536	1.930 1,912
1 2

1050°	0,285
π ιο	0,285
ί 165°	0,285

1,540*)	1,864	—	—
1,516")	1,877	1,390*)	1,928
1,729·)	1,814	1,399·)	1,920

*) an Bandproben einer Dicke von 2J6 mm; Gesamtglühdauer: 4,5 min. 20

Tabelle Il

Schmelze 3: 0,041% C, 0,10% Mn, 0,027% S, 2,92% Si. 0,035% Al. 0,0056% N 25

7V,°C Bandstarke Kernverlust Pi,; (60 H/) in W/kg und magn. Induktion B» in T

mm Ta- 10b5" C (früh) Τ_Λ- 870"C (normal) Γ_Λ = 715° C (spät)

Pi 7 B» Pu B» Pu S₈

2,226*) 1,702

1,729·) 1,814 1,399·) 1,920

Tabelle III

Schmelze 4: 0,04% C, 0,110% Mn, 0,029% S, 2,83% Si, 0,025% Al, 0.0068% N

1050° 0,285 - - 1,927*) 1,826 - _ ₄₀

1110° 0,285 1.760·) 1,848 1,786") 1,857 1.923*) 1,822

1165° 0,285 - - 1.742·) 1,854

*) Mittel aus 2Tests.
") Mittel aus 4 Tests. 45

Tabelle IV

Schmelze Schöpfproben- Kernverlust Λ 7 (60 Mz) und magn. Induktion B% _Μ

AnalyseGew.-% I12O°C*) 1120"C*) 1120"C*) 1105⁰C") 1140°C^#)

Al N 98O°C") 870-C") 760°C") 845°C") 900°C")

Pi) ßs Pu S» Pi) Bt Pu ß„ Pu Bt

5 0,034 0,0072 1,456 1313 1.472 1,915 1,492 1.910 5,507 1,901 1,500 1,896 55

6 0,028 0,0070 1,410 1317 1,547 1,895 1,602 1391 1.481 1,898 1.461 1.910

7 0,029 0,0066 1,410 1,914 1,437 1312 1,705 1,869 1,533 1,891 1,450 1318

8 0,038 0,0079 1,822 1,799 1,725 1,817 1,681 1,832 1,437 1,893 1,978 1.757

*) Ta - Temperaturderl.Glühung,°G 60

") Ta " Temperatur zu Beginn der Wasserabschreckung, "C.

Tabelle V Schmelze 9: 0,043% C, 0.094% Mn. 0,025% S₁ 250% Si, 0.040% Al, 0.0068% N

Bandstirke mm

7VC

Kcmverlust Pij(6OHz)

magn. Induktion

1095° 1095°

0,267 0.238

760° 845"

1309 1342

10 15 20

Schmelze 10: 0,043% C, 0.092% Mn, 0.027% S. 2£9% Si. 0.031% Al. 0.0073% N 1115" 0,784 982" 1.463

1115°

0.284

870"

1.498

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

1.905 1.875

1314 (Mittel von 7 Wickeln)

1504 (Mittel von 4 Wickeln)

25

35 40

50 55 60

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Siliciumstahl in Band- oder Blechform mit verbessertem Ummagnetisierungsverlust und verbesserter magnetischer Permeabilität in der Walzrichtung, wobei ein bis zu 0.07% Kohlenstoff, 2,7 bis 33% Silicium, 0,05 bis 0,15% Mangan, 0,02 bis 0,035% Schwefel und/oder Selen, 0.024 bis 0,04% Gesamtaluminium, 0,005 bis 0,009% Stickstoff enthaltender und im übrigen aus Eisen und üblichen Verunreinigungen bestehender Stahl warmgewalzt, der warmgewalzte Stahl einer ersten Glühung unterworfen, abgekühlt, mit Wasser auf eine Temperatur unterhalb etwa 400⁰C in weniger al·· etwa 200 Sekunden abgeschreckt, auf die Endstärke kalt heruntergewalzt, entkohlt mit einem Glühseparator

ίο versehen und einer abschließenden Glühung in einer reduzierenden A tmosphäre unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet,

daß die Temperatur (Ta) der ersten Glühung und die Temperatur (T_A), bei welcher die Wasserabschreckung beginnt, in Abhängigkeit vom Gesamtaluminium- und Stickstoffgehalt mit der Maßgabe gewählt wird,