DE4337605A1 - Process for the production of grain-oriented electrical steel and magnetic cores made therefrom - Google Patents
Process for the production of grain-oriented electrical steel and magnetic cores made therefromInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von kornorientiertem Elektroband mit in vier Richtungen leichter Magnetisierbarkeit in der Walzebene und daraus hergestellte Magnetkerne für umlaufende und nicht umlaufende Elektromaschinen.The invention relates to a method for producing grain-oriented Electrical steel with easy magnetization in four directions in the roller plane and magnetic cores made therefrom for rotating and non-rotating electrical machines.
Verfahren zur Herstellung von kornorientierten Elektrobändern mit sogenannter GOSS-Textur {011}⟨100⟩ sind bekannt. Gemäß diesen Verfahren erfolgt die Ausrichtung der Elementarwürfel derart, daß eine Würfelkante eines Elementarwürfels in Walzrichtung liegt und zwei zueinander parallele Flächendiagonale in der Walzebene angeordnet sind. Auf diese Weise hergestelltes Material weist eine gute Magnetisierbarkeit in Walzrichtung auf. Als nachteilig tritt jedoch die schlechte Magnetisierbarkeit des Materials senkrecht zur Walzrichtung in Erscheinung. Zur Herstellung von kornorientiertem Elektroband mit anderer als GOSS-Textur ist in der DE-AS 12 12 124 ein Verfahren beschrieben, mit dem unter Verwendung eines Vormaterials mit 2-5% Si-Gehalt ein Elektroband erzeugt wird, dessen Gefügeorientierung dadurch gekennzeichnet ist, daß zwei Flächen der Elementarwürfel parallel zur Blechoberfläche liegen und die in der Blechebene liegenden Würfelkanten sich um mindestens vier ausgezeichnete Richtungen häufen oder eine nahezu regellose Verteilung aufweisen. Verfahrensgemäß wird das Material geglüht, warmgewalzt, gebeizt und anschließend in einem oder mehreren Schritten kaltgewalzt, wobei der Kaltwalzschritt oder der letzte Kaltwalzschritt mit einem Verformungsgrad von über <90% erfolgt. Eine Würfelflächentextur mit einer nahezu regellosen Würfelkantenverteilung in der Walzebene läßt sich danach erreichen, wenn nach dem Kaltwalzen mit <90% Verformungsgrad und einer Zwischenglühbehandlung das Material nochmals in einem Schritt oder in mehreren Stufen um 30 bis 80% kaltverformt wird. Für die Schlußglühung werden 1100°C, mehrere Stunden Glühzeit und Wasserstoffatmosphäre angegeben. Die Zwischenglühungen erfolgen verfahrensgemäß bei Temperaturen zwischen 800 und 1100°C. Dieses Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Elektroband ist auf Grund der erforderlichen technologischen Schritte, Zwischen glühungen bei 800-1100°C, mehrere Verformungsstufen sowie der vorgegebenen Materialzusammensetzung sehr aufwendig. Insbesondere das Glühen der Bunde bei Temperaturen bis 1100°C und einer Glühdauer von 5 Stunden erfordert Maßnahmen zur Vermeidung von Klebern, wodurch das Verfahren zusätzlich in seiner Wirt schaftlichkeit negativ beeinflußt wird. Weiterhin haben Versuche unter Anwendung des Verfahrens gezeigt, daß Kaltwalzgrade <90% nicht zwangsläufig zu einer scharfen vierzähligen Orientierungs ausbildung im Material führen.Process for the production of grain oriented electrical tapes with So-called GOSS texture {011} ⟨100⟩ are known. According to these The alignment of the elementary cubes takes place in such a way that a cube edge of an elementary cube lies in the rolling direction and two parallel diagonals in the roller plane are arranged. Material produced in this way has good magnetizability in the rolling direction. As a disadvantage however, the poor magnetizability of the material occurs vertically to the rolling direction in appearance. For the production of grain-oriented Electrical steel with a texture other than GOSS is in the DE-AS 12 12 124 describes a method with which using of a raw material with 2-5% Si content produces an electrical steel whose structure orientation is characterized in that two faces of the elementary cubes parallel to the sheet surface lie and the cube edges lying in the sheet plane around accumulate at least four excellent directions or one near have random distribution. According to the procedure, the material annealed, hot rolled, pickled and then in one or Cold rolled several steps, the cold rolling step or the last cold rolling step with a degree of deformation of over <90% he follows. A cube surface texture with an almost random one Cube edge distribution in the roller plane can then be achieved if after cold rolling with <90% degree of deformation and an intermediate annealing treatment the material again in one Step or in several stages is cold formed by 30 to 80%. For the final annealing, 1100 ° C, several hours of annealing time and hydrogen atmosphere. The intermediate annealing takes place according to the process at temperatures between 800 and 1100 ° C. This process for the production of grain-oriented electrical steel is due to the required technological steps, intermediate annealing at 800-1100 ° C, several deformation stages as well the given material composition is very complex. Especially the annealing of the coils at temperatures up to 1100 ° C and a 5 hour glow period requires measures to avoid of glue, which means that the process is also in its host society is negatively affected. Still have attempts using the method showed that cold rolling degrees <90% not necessarily to a sharp four-fold orientation lead training in material.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu finden, mit dem die Erzeugung von kornorientiertem Elektroband mit einer Anreicherung von Würfelflächen oder ihnen naher Lagen in der Walzebene sowie eine Häufung der Würfelkanten in Richtungen, die etwa 45° zur Walzrichtung liegen, möglich ist und die Fertigung daraus herge stellter Magnetkerne für Elektromaschinen verbessert werden kann.The object of the invention is to find a method by which Production of grain-oriented electrical steel with an enrichment of cube surfaces or layers close to them in the roller plane as well an accumulation of the cube edges in directions that are about 45 ° to Roll direction lie, is possible and the manufacture from herge provided magnetic cores for electrical machines can be improved.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Stahl mit einemAccording to the invention the object is achieved in that a steel with a
Kohlenstoffgehalt von C < 0,10%
vorzugsweise mit C = 0,02-0,07%
einem Si-Gehalt von Si = 0-2%Carbon content of C <0.10%
preferably with C = 0.02-0.07%
a Si content of Si = 0-2%
und Gehalten an Al, Mn, S, N, O in den für Elektroband üblichen Konzentrationen verwendet wird. Gemäß diesem Verfahren werden die 200-300 mm dicken Stahlbrammen dieser Zusammensetzung auf ca. 1250°C vorgewärmt und anschließend in 5 bis 9 Stichen bei geringen Einzelstichabnahmen in einer Vorstraße warmgewalzt, wobei die Stichabnahmen <20% für die ersten beiden und <30% für die folgenden Stiche betragen. Bei Einlauf in die Fertigstaffel weist das Material eine Temperatur zwischen 930°C und 1100°C auf, vorzugsweise <1000°C bei Einsatz von unlegiertem Stahl und vorzugsweise zwischen 1000°C und 1100°C bei Einsatz von Si- legiertem Stahl. Die Endwalztemperatur liegt verfahrensgemäß zwischen 800°C und 950°C, bei unlegiertem Material vorzugsweise zwischen 840°C und 870°C und bei legiertem vorzugsweise bis 920°C, wobei die Stichabnahmen beim Fertigwalzen 35% nicht übersteigen. Das so hergestellte Fertigband wird ohne Zwangskühlung anschließend bei einer Haspeltemperatur von <700°C gehaspelt. In Abhängigkeit von der gewünschten Kaltbanddicke im Bereich von 0,1 bis 0,6 mm ist die Warmbanddicke so zu wählen, daß bei der folgenden Kaltverformung Verformungsgrade von <86%, vorzugsweise <90% erreicht werden können. Dünnere Brammen, insbesondere solche nach der Dünnbrammengießwalztechnologie hergestellte, werden analog warmgewalzt, wobei hier aufgrund der geringeren Formänderungsgeschwindigkeiten, die Stichabnahmen jeweils um ca. 10% höher liegen können. Es wurde gefunden, daß mit einem derart hergestellten Warmband die angestrebte Gefüge ausbildung durch das anschließende Kaltverformen wesentlich wirtschaftlicher gestaltet werden kann. Verfahrensgemäß ist es vorteilhaft, wenn die nach dem üblichen Beizen in mehreren Stichen erfolgende Kaltverformung bei erhöhten Temperaturen im Bereich von 150°C bis 350°C beginnt, vorzugsweise zwischen 200°C und 300°C. Das mit einem Umformgrad <86% kaltverformte Band wird anschließend 0,5 bis 20 h bei 500°C bis 750°C unter neutralem Gas geglüht, vorzugsweise 1 bis 5 h um 550°C für unle giertes und bei 620°C bis 680°C für Si-legiertes Material. Nach dieser Zwischenglühung wird das Material einer weiteren Kaltverformung von 2 bis 15%, vorzugsweise 6 bis 12% unterzogen (dressiert) und anschließend bei Temperaturen um 800°C je nach Zusammensetzung bei oder etwas oberhalb AG 1 in wenigstens zeitweise entkohlender Atmosphäre schlußgeglüht. Es hat sich als günstig erwiesen, wenn das so erzeugte Band ein zweites Mal dressiert und schlußgeglüht wird. Die Schlußglühung kann sowohl am Band (fully finished) als auch am Stanzteil bzw. nach dem Paketieren (Semifinished) vorgenommen werden. Das verfahrensgemäß hergestellte kornorientierte Elektroband ist gekennzeichnet durch vier magnetische Vorzugsrichtungen, die unter 45° zur Walzrichtung in der Blechebene liegen. Diese unter Vermeidung von Hoch temperaturglühungen erzeugte Gefügeausbildung kann mit einer Gefügeorientierung (001)⟨110⟩ bezeichnet werden. Das Band ist besonders geeignet für Einsatzfälle, in denen der Magnetfluß in zwei zueinander senkrechten Richtungen geführt wird. Das ist z. B. in Ständerpaketen umlaufender oder nicht umlaufender Elektro maschinen der Fall. Die dazu benötigten Stanzteile werden, unter Beachtung des Verlaufs der vier Vorzugsrichtungen leichter Magne tisierbarkeit, aus dem bandförmigen Material ausgestanzt und zu einem Paket zusammengefügt. Die Kernbleche für Magnetkerne für umlaufende Elektromaschinen können dabei aus Ronden gefertigt sein, die jeweils so zu einem Paket zusammengefügt sind, daß jeweils unmittelbar aufeinanderfolgende Kernbleche zueinander um 45° gedreht angeordnet sind. Beim Einsatz von Segmenten für Ma gnetkerne für umlaufende Elektromaschinen werden die einzelnen Segmente so aus dem bandförmigen Elektroband ausgestanzt, daß durch sie die Richtungen der leichten Magnetisierbarkeit erfaßt werden. Derartig hergestellte Magnetkerne weisen gegenüber bisher eingesetzten Stanzteilen einen bedeutend geringeren Herstellungs- und Verarbeitungsaufwand sowie bessere magnetische Eigenschaften auf. and contents of Al, Mn, S, N, O in the usual for electrical steel Concentrations is used. According to this procedure, the 200-300 mm thick steel slabs of this composition to approx. Pre-heated to 1250 ° C and then in 5 to 9 stitches at low Single stitch decreases hot rolled in a roughing mill, the Stitch decreases <20% for the first two and <30% for the following stitches. When entering the finishing line points the material has a temperature between 930 ° C and 1100 ° C, preferably <1000 ° C when using unalloyed steel and preferably between 1000 ° C and 1100 ° C when using Si alloy steel. The finish rolling temperature is according to the process between 800 ° C and 950 ° C, preferably for unalloyed material between 840 ° C and 870 ° C and preferably up to 920 ° C for alloys, the number of passes during finish rolling does not exceed 35%. The finished strip produced in this way is used without forced cooling then coiled at a reel temperature of <700 ° C. Depending on the desired cold strip thickness in the range of The hot strip thickness should be selected between 0.1 and 0.6 mm so that at following cold deformation degrees of deformation of <86%, preferably <90% can be achieved. Thinner slabs, in particular such manufactured according to the thin slab casting technology, are hot-rolled analogously, whereby here due to lower strain rates, the stitch decreases each can be about 10% higher. It was found that the desired structure with a hot strip produced in this way training through the subsequent cold forming essential can be made more economical. It is in accordance with the procedure advantageous if after the usual pickling in several passes Cold forming takes place at elevated temperatures in the Range from 150 ° C to 350 ° C begins, preferably between 200 ° C and 300 ° C. That is cold-formed with a degree of deformation <86% Band is then under 0.5 to 20 h at 500 ° C to 750 ° C annealed neutral gas, preferably 1 to 5 h around 550 ° C for unle gied and at 620 ° C to 680 ° C for Si-alloyed material. After this intermediate annealing, the material becomes another Cold worked from 2 to 15%, preferably 6 to 12% (trained) and then at temperatures around 800 ° C depending on Composition at or slightly above AG 1 in at least at times decarburizing atmosphere finally annealed. It turned out to be proved favorable when the tape thus produced a second time is trained and finally annealed. The final annealing can both on the belt (fully finished) as well as on the stamped part or after the Package (semifinished). According to the procedure Grain-oriented electrical steel produced is characterized by four magnetic preferred directions that are at 45 ° to the rolling direction lie in the sheet plane. This while avoiding high Structural formation produced by thermal annealing can be achieved with a Structure orientation (001) ⟨110⟩. The tape is Particularly suitable for applications in which the magnetic flux in two directions perpendicular to each other. That is e.g. B. in stand packages rotating or non-rotating electrical machines the case. The punched parts required for this are under Note the course of the four preferred directions of light magne tisierbarkeit, punched out of the band-shaped material and to put together in a package. The core sheets for magnetic cores for Rotating electrical machines can be made from round blanks be, which are each assembled into a package that each successive core sheets to each other Are arranged rotated 45 °. When using segments for Ma The individual cores for rotating electrical machines become Punched segments out of the band-shaped electrical steel so that through them the directions of easy magnetizability are grasped become. Magnetic cores manufactured in this way have been shown to date used stamping parts a significantly lower manufacturing and processing effort and better magnetic properties on.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend an drei Ausfüh rungsbeispielen näher erläutert werden.The method according to the invention is to be based on three embodiments tion examples are explained in more detail.
Eine unlegierte Stahlbramme mit einem C-Gehalt von 0,07% und einer Dicke von 250 mm wird auf 1250°C vorgewärmt und in 7 Stichen auf 32 mm vorgewalzt. Das Fertigwalzen erfolgt in 5 Stichen bei einer Einlauftemperatur von 965°C und einer Endwalz temperatur von 840°C, bei Einzelstichabnahme <30% auf 5,6 mm mit anschließender Luftabkühlung. Das gebeizte Band wird nach dem Kaltwalzen auf 0,55 mm (Verformungsgrad 90%) bei 560°C für 2 Stunden zwischengeglüht und anschließend mit 6% dressiert. Nachfolgend wird dieses Material einer Schlußglühung bei 780°C eine Stunde in feuchtem und vier Stunden im trockenen H₂ unterzogen. Das danach hergestellte kornorientierte Elektroband weist für 2500 (T) folgende Werte auf:An unalloyed steel slab with a C content of 0.07% and a thickness of 250 mm is preheated to 1250 ° C and in 7 Pre-rolled stitches to 32 mm. Finish rolling is done in 5 Stitches at an inlet temperature of 965 ° C and a finish roll temperature of 840 ° C, with single stitch decrease <30% to 5.6 mm with subsequent air cooling. The pickled tape is after the Cold rolling to 0.55 mm (degree of deformation 90%) at 560 ° C for 2 Annealed for hours and then trained with 6%. This material is then subjected to a final annealing at 780 ° C subjected to one hour in damp and four hours in dry H₂. The grain-oriented electrical steel produced afterwards shows for 2500 (T) the following values:
Winkelabhängigkeit der magnetischen Polarisation bei = 2500 Am-1 (ϕ = Winkel zur Walzrichtung)Angular dependence of the magnetic polarization at = 2500 Am -1 (ϕ = angle to the rolling direction)
Eine Si-legierte Stahlbramme mit einem Si-Gehalt von 1,1% und einem C-Gehalt von 0,05% sowie einer Dicke von 250 mm wird auf eine Temperatur von 1250°C vorgewärmt und in der gleichen Weise bezüglich Stichanzahl und Verformungsgrad warm- und kaltgewalzt wie in Beispiel A, jedoch unter Änderung folgender Parameter:A Si alloy steel slab with a Si content of 1.1% and a C content of 0.05% and a thickness of 250 mm a temperature of 1250 ° C preheated and in the same way hot and cold rolled in terms of number of stitches and degree of deformation as in example A, but changing the following parameters:
Einlauftemperatur Fertigwalzen 1080°C
Endwalztemperatur 895°C
Zwischenglühtemperatur 660°C (2 h)Inlet temperature of finish rolls 1080 ° C
Final rolling temperature 895 ° C
Intermediate annealing temperature 660 ° C (2 h)
Die Winkelabhängigkeit der magnetischen Polarisation ergibt sich zuThe angular dependence of the magnetic polarization results to
Eine unlegierte Stahlbramme wie nach Beispiel A wird jedoch mit einer etwas höheren Temperatur warmgewalzt, anschließend kaltgewalzt und zwischengeglüht, wobei sich dem 1. Dressieren (10%) eine weitere Zwischenglühung bei 780°C/2 h in trockenem H₂ anschließt und danach das Band einer weiteren 10%igen Kaltverformung unterzogen wird. Die Schlußglühung erfolgt bei 780°C/1 h in feuchtem und 4 h in trockenem H2. Das danach hergestellte kornorientierte Elektroband weist für 2500 (T) folgende Werte auf:An unalloyed steel slab as in Example A is included hot rolled at a slightly higher temperature, then cold rolled and annealed, the first skin pass (10%) a further intermediate annealing at 780 ° C / 2 h in dry H₂ and then the strip of another 10% cold deformation is subjected. The final annealing is carried out at 780 ° C / 1 h in moist and 4 h in dry H2. The manufactured afterwards grain-oriented electrical steel shows the following values for 2500 (T) on:
Das erfindungsgemäß hergestellte kornorientierte Elektroband eignet sich besonders für Einsatzfälle, bei denen der Magnetfluß in zwei zueinander senkrechten Richtungen geführt wird. Dazu werden in nicht umlaufenden elektrischen Maschinen, die für den Aufbau der Magnetkörper erforderlichen Stanzteile entsprechend der in Fig. 1 dargestellten Anordnung der Schnittformen aus dem Bandmaterial gefertigt, wobei die Strahlen 1, 2, 3, 4 die vier Richtungen leichter Magnetisierbarkeit kennzeichnen. Die Magnetkerne für umlaufende Elektromaschinen werden so gefertigt, daß entweder jeweils unmittelbar aufeinanderfolgende Kernbleche zueinander um 45° gedreht angeordnet sind oder daß entsprechend Fig. 2 der Magnetkern aus Segmenten aufgebaut ist, wobei die Segmente die Winkel leichter Magnetisierbarkeit erfassen. Bei der erstgenannten alternierenden Schichtung der Ronden wurde für die Winkelabhängigkeit der -2500-Werte für Ronden nach Beispiel C folgende Ergebnisse gefunden:The grain-oriented electrical steel produced according to the invention is particularly suitable for applications in which the magnetic flux is conducted in two directions perpendicular to one another. For this purpose, in non-rotating electrical machines, the stamped parts required for the construction of the magnetic bodies are manufactured from the strip material in accordance with the arrangement of the sectional shapes shown in FIG. 1, the beams 1, 2, 3, 4 characterizing the four directions of easier magnetization. The magnetic cores for rotating electrical machines are manufactured in such a way that either immediately successive core sheets are arranged at 45 ° to one another or that, according to FIG. 2, the magnetic core is made up of segments, the segments capturing the angles of easy magnetization. In the former alternating layering of the round blanks, the following results were found for the angular dependence of the -2500 values for round blanks according to Example C:
Als Mittelwerte J 2500 über alle Richtungen erhält man fürThe mean values J 2500 for all directions are obtained for
Die danach hergestellten Magnetkerne zeichnen sich durch bessere magnetische Eigenschaften aus.The magnetic cores produced afterwards are characterized by better ones magnetic properties.
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