DE3229256C2

DE3229256C2 -

Info

Publication number: DE3229256C2
Application number: DE3229256A
Authority: DE
Inventors: Koichi Fujiwara; Tomohiko Sakai; Yoneo Yamada; Kazutaka Himeji Hyogo Jp Higashine
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1981-08-05
Filing date: 1982-08-05
Publication date: 1987-10-15
Also published as: GB2107350A; GB2107350B; US4493739A; FR2511046B1; JPS5948935B2; JPS5842727A; BE894038A; DE3229256A1; FR2511046A1

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein kornorientiertes Elektrostahlblech oder -band (nachstehend als "Elektrostahlblech" bezeichnet) mit gleichmäßigen magnetischen Eigenschaften, in dem die Kristalle eine hohe {110}<001<-Orientierung aufweisen, so daß das Stahlblech leicht in Walzrichtung zu magnetisieren ist. Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines solchen kornorientierten Elektrostahlblechs.

Kornorientiertes Elektrostahlblech wird als weichmagnetisches Material hauptsächlich für Transformatorkerne und verschiedene elektrische Maschinen und Vorrichtungen verwendet. Im Hinblick auf die Knappheit der elektrischen Energie und die Notwendigkeit, Energie einzusparen, besteht in jüngerer Zeit ein zunehmendes Bedürfnis nach kornorientiertem Elektrostahlblech mit einem geringeren Ummagnetisierungsverlust als derjenige von herkömmlichen kornorientierten Elektrostahlblechen.

In der US-PS 38 72 704 entsprechend DE-OS 22 62 869 ist ein Verfahren zur Herstellung eines kornorientierten Elektrostahlblechs beschrieben, bei dem hauptsächlich eine dispergierte Phase aus ausgeschiedenem MnS ausgenutzt wird. Nach dem dort beschriebenen Verfahren wird eine Siliciumstahlbramme während des Warmwalzens 30 bis 200 Sekunden auf einer Temperatur von 950 bis 1200°C gehalten, um das MnS in Form von feinen, gleichmäßig verteilten Teilchen mit hoher Verteilungsdichte auszuscheiden und dabei die magnetischen Eigenschaften des Endproduktes zu verbessern. Bei dieser Art von kornorientierten Elektrostahlblechen, bei denen die dispergierten Phasen aus ausgeschiedenem MnS bestehen, wird jedoch die sekundäre Rekristallisation unstabil, insbesondere bei einem hohen Dickenverminderungsverhältnis von über 60% beim Kaltwalzen, wenn das abschließende Kaltwalzen mit einem hohen Dickenverminderungsverhältnis von 50 bis 80% durchgeführt wird, um den Ummagnetisierungsverlust des Produktes durch Verminderung seiner Korngröße weiter zu verbessern bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der magnetischen Induktion des kornorientierten Elektrostahlblechs. Diese Erscheinung führt zu einer Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften des erhaltenen Produktes.

Aus der DE-OS 23 48 249 ist ein Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Siliciumstahlblech bekannt, bei dem in der Stahlschmelze das Gewichtsverhältnis zwischen dem Manganäquivalent und Schwefel innerhalb eines bestimmten Bereichs eingestellt wird. Es werden sowohl Nitrid- als auch Sulfidbildner eingeführt, die als Inhibitoren für das Primärkornwachstum wirken, um eine hohe Permeabilität des Stahls zu erzielen. Als Sulfidbildner sind dabei Mangan und/oder Kupfer vorgesehen, deren Anteil jeweils zum Manganäquivalen beitragen. Hinsichtlich der Ausbildung der Ausscheidungen wird gemäß der DE-OS 23 48 249 kein Unterschied zwischen Mangan und Kupfer gemacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kornorientiertes Elektrostahlblech oder -band mit niedrigem Ummagnetisierungsverlust und ein Verfahren zu seiner Herstellung bereitzustellen, das die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist, und im Hinblick auf den Ummagnetisierungsverlust stabile und gleichmäßige Eigenschaften über die gesamte Länge des aufgewickelten Produktes zeigt. Diese Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst. Das kornorientierte Elektrostahlblech gemäß der Erfindung weist gleichmäßige magnetische Eigenschaften aufgrund einer feinen Verteilung der Ausscheidungen auf.

Zur Verbesserung des Ummagnetisierungsverlustes eines kornorientierten Elektrostahlblechs ist es erforderlich, seine magnetische Induktion zu erhöhen und den Korndurchmesser des Endprodukts zu vermindern und dabei die erhöhte magnetische Induktion beizubehalten. Um diese zu erreichen, muß der abschließende Kaltwalzschritt mit hohem Kaltwalz-Dickenverminderungsverhältnis von 50 bis 80% durchgeführt werden. Im Fall eines Siliciumstahls, in dem die dispergierten Phasen allein aus ausgeschiedenem MnS bestehen, kann ein abschließendes Kaltwalz-Dickenverminderungsverhältnis von 60% oder mehr jedoch eine Unstabilität der sekundären Rekristallisation beim Schlußglühen verursachen. Dieser Nachteil ist vermutlich auf die Tatsache zurückzuführen, daß die aus ausgeschiedenem MnS bestehenden dispergierten Phasen schwach sind. Es wurden deshalb verschiedene Untersuchungen zur Überwindung des genannten Nachteils durchgeführt. Dabei wurde festgestellt, daß bei Verwendung eines Siliciumstahls mit einer bestimmten Menge Kupfer eine Stabilität der sekundären Rekristallisation auch bei hohem abschließenden Kaltwalz-Dickenverminderungsverhältnis von 50 bis 80%, insbesondere von 60 bis 80%, erreicht werden kann. Auf der Grundlage dieser Entdeckung wurde ein kornorientiertes Elektrostahlblech nach den in der JP-OS 48-69 720 (1973) beschriebenen Warmwalzbedingungen hergestellt (vgl. hierzu auch DE-OS 23 48 249). Das dabei erhaltene Stahlblech weist erheblich verbesserte magnetische Eigenschaften auf. Jedoch ist in dem unter den genannten Warmwalzbedingungen hergestellten kornorientierten Elektrostahlblech die Gleichmäßigkeit der magnetischen Eigenschaften über die gesamte Bandlänge innerhalb der gewickelten Spule noch unbefriedigend. Die Bandmitte und das Bandende der warmgewalzten Spule weisen eine gröbere Korngröße als der Bandanfang auf. Im Endprodukt zeigen diese Bereiche auch eine geringere magnetische Induktion als der Bandanfang. Die Verbesserung der magnetischen Eigenschaften in der Bandmitte und am Bandende ist somit nicht erheblich, da die magnetischen Eigenschaften in Längsrichtung des Bandes ungleichmäßig sind. Zur Bestimmung der Gründe für die Ungleichmäßigkeit der magnetischen Eigenschaften wurde der Ausscheidungszustand der aus ausgeschiedenem Cu₂S bestehenden dispergierten Phasen im warmgewalzten Blech mit Hilfe eines Elektronenmikroskops geprüft.

Nach dem Verfahren der Erfindung kann nicht nur ein kornorientiertes Elektrostahlblech mit der üblichen Dicke von 0,28 bis 0,30 mm hergestellt werden, sondern es können auch kornorientierte Bleche mit einer Dicke von 0,23 mm oder 0,15 mm erhalten werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung weiter erläutert.

Die Fig. 1A bis C und 2A bis C sind Elektronenmikroskop-Aufnahmen, die den Ausscheidungszustand der aus ausgeschiedenem Cu₂S bestehenden dispergierten Phasen am Bandanfang (Fig. 1A und 2A), in der Bandmitte (Fig. 1B und 2B) und am Bandende (Fig. 1C und 2C) des warmgewalzten Bandes zeigen, das nach einem herkömmlichen Verfahren bzw. nach dem Verfahren der Erfindung erhalten wurde. Fig. 3 zeigt den Temperaturbereich, innerhalb dessen die Austrittstemperatur der abschließenden Warmwalzstufe im Verfahren der Erfindung eingestellt werden soll.

Als Ergebnis der Prüfung des Ausscheidungszustandes der aus ausgeschiedenem Cu₂S bestehenden dispergierten Phasen im warmgewalzten Blech wurde festgestellt, daß kein großer Unterschied in der Gesamtmenge der ausgeschiedenen Sulfide in den drei Bereichen des warmgewalzten Bandes besteht, daß aber die Cu₂S-Teilchen in der Bandmitte und am Bandende eine Neigung zur Aggregation besitzen; vgl. Fig. 1A und B.

Im Hinblick auf diese Beobachtung wurden verschiedene Untersuchungen zur Steuerung der Größe und Verteilung der ausgeschiedenen Cu₂S-Teilchen im Siliciumstahlblech durchgeführt. Damit konnte ein Verfahren geschaffen werden, mit dem Elektrostahlblech mit hoher magnetischer Induktion in hoher Ausbeute und Stabilität hergestellt werden kann, indem bestimmte Warmwalzbedingungen angewendet werden. Im Verfahren der Erfindung wird die Austrittstemperatur des abschließenden Warmwalzschrittes derart kontrolliert, daß die Temperatur am Bandanfang des Stahlbands im Bereich von 900 bis 1050°C und die Temperatur in der Bandmitte und am Bandende im Bereich von 950 bis 1150°C liegt. Dies führt zu dem Ergebnis, daß die Größe der im Stahlblech ausgeschiedenen Cu₂S-Teilchen über die gesamte Länge des warmgewalzten Bleches oder Bandes gleichmäßig ist. Der Begriff "Austrittstemperatur" bezeichnet die Temperatur des Blechs beim Verlassen des abschließenden Warmwalzschrittes.

Vorzugsweise wird die Temperatur des Siliciumstahls über die ganze Länge des Grobblechs vor dem Durchführen des abschließenden Warmwalzens auf 1100°C eingestellt, um die Größe der im Stahlblech ausgeschiedenen MnS-Teilchen zu steuern, während gleichzeitig eine Temperatur gesichert wird, die sich zur Steuerung der folgenden Ausscheidung der Cu₂S-Teilchen eignet.

Die Elektronenmikroskop-Aufnahmen der Fig. 2A, 2B und 2C zeigen den gleichmäßigen Zustand der aus Cu₂S bestehenden ausgeschiedenen dispergierten Phase am Bandanfang, in der Bandmitte und am Bandende des Stahlbandes, das unter Anwendung des vorstehend beschriebenen besonderen Warmwalzens hergestellt wurde.

Die Grenzen der Herstellungsbedingungen im Verfahren der Erfindung werden nachstehend erläutert.

Bei einem Kohlenstoffgehalt des Siliciumstahls über 0,085% werden nicht nur die magnetischen Eigenschaften des erhaltenen Produktes unbefriedigend, sondern es ist auch lange Zeit zum Entkohlungsglühen erforderlich, was vom wirtschaftlichen Standpunkt nachteilig ist. Der maximale Kohlenstoffgehalt ist deshalb auf 0,085% begrenzt.

Silicium ist ein wirksames Element zur Erniedrigung des Ummagnetisierungsverlusts von kornorientiertem Elektrostahlblech. Bei einem Siliciumgehalt unter 2,0% ist seine den Ummagnetisierungsverlust vermindernde Wirkung unbefriedigend. Andererseits kann ein zu hoher Siliciumgehalt Rißbildung beim Kaltwalzen des Stahlblechs verursachen und erschwert deshalb das Kaltwalzen. Der maximale Siliciumgehalt im Siliciumstahl beträgt deshalb 4,0%.

Mangan, Schwefel und Kupfer sind für die Ausscheidungen von Inhibitoren notwendige Elemente. Sie bilden dispergierte Phasen, die für das Wachstum der sekundären Rekristallisationskörner wichtig sind. Wenn der Gehalt an Mangan, Schwefel oder Kupfer unter 0,030%, 0,010% bzw. 0,020% liegt, ist die absolute Menge an MnS und Cu₂S, die als dispergierte Phasen ausgeschieden werden, unbefriedigend. Dies führt dazu, daß eine ausreichende sekundäre Rekristallisation nicht stattfindet. Im Hinblick auf Mangan und Schwefel kann bei einem Mangangehalt über 0,090% und einem Schwefelgehalt über 0,060% eine ausreichende Menge zum Ausscheiden von MnS und Cu₂S als dispergierte Ausscheidungsphasen im Siliciumstahl nicht erreicht werden, da in diesem Fall Mangan und Schwefel nicht in ausreichendem Maß in Form einer festen Lösung in der Stahlmatrix bei den üblichen Temperaturen (1200 bis 1400°C), auf die die Siliciumstahlbramme erwärmt wird, gelöst werden. Als Folge davon kann eine ausreichende sekundäre Rekristallisation nicht erfolgen. Auch der maximale Kupfergehalt im Siliciumstahl soll auf 0,2% begrenzt werden, da bei einem Kupfergehalt über 0,2% der Wirkungsgrad der Bearbeitung des Siliciumstahls in den Stufen des Entzunderns und entkohlenden Glühens verschlechtert ist. Als Ergebnis dieser Feststellungen soll der Gehalt an Mangan, Schwefel und Kupfer im Siliciumstahl auf die Bereiche von 0,030 bis 0,090%, 0,010 bis 0,060% bzw. 0,02 bis 0,2% begrenzt werden.

Eine Siliciumstahlschmelze mit einem Gehalt an den vorstehend genannten Elementen in den erwähnten Bereichen wird in üblicher Weise zu einer Bramme gegossen oder durch Stranggießen zu einer Bramme oder einem Block verarbeitet. Die Bramme oder der Block werden auf eine Temperatur von 1200 bis 1400°C erwärmt. Das besondere Warmwalzen nach dem Verfahren der Erfindung wird nachstehend beschrieben.

Wenn die Austrittstemperatur des abschließenden Warmwalzschrittes am Bandanfang des Stahlbands 1050°C übersteigt, wird der Ausscheidungsgrad der Sulfide leicht unbefriedigend, so daß die sekundäre Rekristallisation unstabil wird. Liegt die Temperatur am Bandanfang dagegen unter 900°C, dann erfolgt Aggregation der Cu₂S-Teilchen, was auch einen Nachteil darstellt. Wenn die Temperatur in der Bandmitte und am Bandende des Stahlbands unter 950°C liegt, aggregieren die ausgeschiedenen Cu₂S-Teilchen in derartigem Ausmaß, daß ihre Inhibitorwirkung drastisch vermindert wird. Es findet dann eine Kornvergrößerung im Produkt statt, und es entstehen Streifen. Wenn die Temperatur in der Bandmitte und am Bandende andererseits über 1150°C liegt, dann ist die Ausscheidung von Cu₂S so unzureichend, daß das Endprodukt verschlechterte magnetische Eigenschaften und anomales magnetisches Verhalten zeigt. Im Verfahren der Erfindung soll deshalb die Eintrittstemperatur des abschließenden Warmwalzschrittes im Bereich von 1100 bis 1250°C und die Austrittstemperatur des abschließenden Warmwalzschrittes im Bereich von 900 bis 1050°C vorzugsweise von 950 bis 1000°C am Bandanfang sowie von 950 bis 1150°C vorzugsweise von 1000 bis 1100°C in der Bandmitte und am Bandende liegen.

Fig. 3 zeigt den Temperaturbereich, innerhalb dessen die Austrittstemperatur einzustellen ist. Eine Austrittstemperatur des abschließenden Warmwalzschrittes, die in dem in Fig. 3 gezeigten Bereich liegt, kann durch Steuerung des Entzunderns oder durch Einstellen der Umdrehungszahl der Walzen beim Grobwalzen oder Endwalzen erreicht werden. Wenn die Eintrittstemperatur des abschließenden Warmwalzschrittes über 1250°C beträgt, zeigt sich eine Neigung zu unbefriedigender Sulfidausscheidung, so daß die sekundäre Rekristallisation unstabil wird und das Endprodukt anomal grobe Körner enthält, die während des Aufheizens der Bramme entstanden sind. Liegt die Eintrittstemperatur des abschließenden Warmwalzschrittes dagegen unter 1100°C, dann aggregieren die ausgeschiedenen Sulfidteilchen in solchem Ausmaß, daß ihre Inhibitor-Wirkung drastisch vermindert wird. Dies führt zu unstabiler sekundärer Rekristallisation.

Nachstehend wird noch die Kaltwalzstufe des Verfahrens der Erfindung beschrieben. Das Kaltwalzen wird nach einem üblichen doppelten Kaltwalzverfahren durchgeführt, das ein erstes Kaltwalzen, Zwischenglühen und ein zweites Kaltwalzen einschließt, wonach Entkohlungs- und Schlußglühen durchgeführt werden.

Der in der Erfindung verwendete Siliciumstahl muß als notwendige Legierungselemente Mangan, Schwefel und Kupfer in den vorstehend bezeichneten Mengen enthalten. Ferner kann der Stahl Spurenmengen von Zinn zum Zweck der Verminderung der Korngröße der Kristalle enthalten, wodurch ein weiter verminderter Ummagnetisierungsverlust im Endprodukt erreicht wird. Der Zinngehalt beträgt vorzugsweise höchstens 0,10%.

Durch eine Verminderung des Phosphorgehalts im Siliciumstahl auf ein besonders niedriges Maß kann die Menge an Phosphor-Einschlüssen vermindert werden, so daß ein besonders günstiger Ausscheidungszustand der dispergierten Phasen erreicht wird, der eine wirksame Verbesserung der magnetischen Flußdichte und Verminderung des Ummagnetisierungsverlustes im Endprodukt zur Folge hat. Zur Verminderung der Menge der Phosphor-Einschlüsse und um damit die vorstehend genannten Ergebnisse zu erreichen, darf der Phosphorgehalt höchstens 0,01% betragen. Bei einem Phosphorgehalt über 0,01% können die genannten günstigen Eigenschaften kaum erreicht werden.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Es werden drei Arten von Siliciumstahlschmelzen mit den in nachstehender Tabelle I angegebenen Zusammensetzungen hergestellt. Die Schmelzen werden sodann zu Brammen mit einer Dicke von 250 mm stranggegossen. Die erhaltenen Brammen werden auf eine Temperatur von 1200 bis 1400°C erwärmt und hierauf unter den in Tabelle I angegebenen Bedingungen warmgewalzt, wobei eine Spule aus warmgewalztem Band mit einer Dicke von 2,5 mm erhalten wird. Das warmgewalzte Band wird dann einem zweistufigem Kaltwalzen mit Zwischenglühen unterzogen, das bei einer Temperatur von 850°C 3 Minuten lang durchgeführt wird. Beim zweistufigen Kaltwalzen wird die zweite Stufe mit einem Kaltwalz-Dickenverminderungsverhältnis von 65% ausgeführt. Es werden Stahlbänder mit einer Enddicke von 0,30 mm erhalten. Die Stahlbänder werden hierauf in feuchtem Wasserstoff bei einer Temperatur von 840°C 3 Minuten lang entkohlungsgeglüht. Die entkohlten Stahlbänder werden schließlich 20 Stunden bei einer Temperatur von 1170°C in Wasserstoffatmosphäre schlußgeglüht. Die erhaltenen Endprodukte zeigen die in Tabelle II aufgeführten Eigenschaften.

Tabelle I

Tabelle II

Beispiel 2

Eine Siliciumstahlschmelze mit einem Gehalt von 0,043% C, 3,14% Si, 0,060% Mn, 0,026% S, 0,002% lösliches Al, 0,0025% Gesamtstickstoff und 0,18% Cu wird mit 0,08% Sn versetzt. Der erhaltene Stahl und der herkömmliche Stahl mit der in Tabelle I angegebenen Zusammensetzung werden wie in Beispiel 1 angegeben verarbeitet, wobei das Warmwalzen unter der Bedingung 6 von Tabelle I durchgeführt wird.

Tabelle III

Beispiel 3

Eine Siliciumstahlschmelze wird derart behandelt, daß sie 0,043% C, 3,14% Si, 0,060% Mn, 0,026% S, 0,002% lösliches Al, 0,0025% Gesamtstickstoff und 0,18% Cu enthält, und daß ihr Phosphorgehalt auf das niedrige Maß von 0,006% vermindert wird. Der erhaltene Siliciumstahl wird dann gemäß Beispiel 2 verarbeitet.

Tabelle IV

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Elektrostahlblech oder -band mit niedrigem Ummagnetisierungsverlust durch Warmwalzen, zweistufiges Kaltwalzen und Schlußglühen einer Siliciumstahlbramme mit einem Gehalt von höchstens 0,085 Gew.-% C, 2,0 bis 4,0 Gew.-% Si, 0,030 bis 0,090 Gew.-% Mn und 0,010 bis 0,060 Gew.-% S, Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen, wobei der Temperaturverlauf beim Warmwalzschritt gesteuert und das abschließende Kaltwalzen mit einem Dickenverminderungsverhältnis von 50 bis 80% durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die Siliciumstahlbramme zusätzlich 0,02 bis 0,2 Gew.-% Cu enthält und
b) daß die Austrittstemperatur des abschließenden Warmwalzschrittes derart gesteuert wird, daß die Größe der ausgeschiedenen Cu₂S-Teilchen über die gesamte Länge des warmgewalzten Bleches oder Bandes gleichmäßig ist, wobei die Temperatur am Bandanfang im Bereich von 900 bis 1050°C und die Temperatur in der Bandmitte und am Bandende im Bereich von 950 bis 1150°C liegt, und höher ist als die Temperatur am Bandanfang.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittstemperatur des abschließenden Warmwalzschrittes 1100 bis 1250°C beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur am Bandanfang 950 bis 1000°C beträgt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur in der Bandmitte und am Bandende 1000 bis 1100°C beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciumstahlbramme höchstens 0,010 Gew.-% P enthält.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliciumstahlbramme höchstens 0,1 Gew.-% Sn enthält.

7. Kornorientiertes Elektrostahlblech oder -band mit einem Ummagnetisierungsverlust P 1,7 von höchstens 1,19 W/kg und einer magnetischen Induktion B ₁₀ von mindestens 1,86 T, hergestellt mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6.