DE4337605C2 - Method for producing grain-oriented electrical steel and magnetic cores made therefrom - Google Patents
Method for producing 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 strip with easy magnetization in four directions in the rolling plane and magnetic cores made therefrom circulating and non-rotating electric 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 Method, the alignment of the elementary cube is such that a cube edge of an elementary cube lies in the rolling direction and two parallel surface diagonals in the rolling plane are arranged. Made in this way material 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 Electric tape with other than GOSS texture is in the DE-AS 12 12 124 describes a method with which using a starting material with 2-5% Si content produced an electrical steel strip whose structural orientation is characterized in that two surfaces of the elementary cubes parallel to the sheet surface lie and lie in the plane of the sheet cube edges around at least four excellent directions pile up or one nearly have random distribution. According to the method, the material annealed, hot-rolled, pickled and then in one or cold-rolled in several steps, wherein the cold rolling step or the last cold rolling step with a degree of deformation of <90% he follows. A cube surface texture with a nearly random Cube edge distribution in the roll 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 by 30 to 80% cold deformation. For the final annealing, 1100 ° C, several hours glow time and hydrogen atmosphere. The intermediate anneals take place according to the method 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 stages of deformation as well the given material composition very expensive. In particular the annealing of the bundles at temperatures up to 1100 ° C and An annealing time of 5 hours requires measures for avoidance of adhesives, which adds to the process in its host economy is adversely affected. Continue to have trials using the method showed that cold rolling degrees <90% not necessarily a sharp fourfold orientation training in the material lead.
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 with which the Production of grain-oriented electrical steel with an enrichment of cube faces or near layers in the roll plane as well as them an accumulation of cube edges in directions that are about 45 ° to Rolling direction lie, is possible and herge manufacturing Magnetic cores for electric 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%
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 Levels of Al, Mn, S, N, O in the usual for electrical steel Concentrations is used. According to this method, the 200-300 mm thick steel slabs of this composition to approx. Preheated to 1250 ° C and then in 5 to 9 stitches at low Single engraving decreases in a roughing mill hot rolled, the Reductions <20% for the first two and <30% for the following stitches amount. At the entrance to the finishing relay 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 alloyed steel. The final rolling temperature is in accordance with the procedure between 800 ° C and 950 ° C, preferably unalloyed material between 840 ° C and 870 ° C and in alloyed preferably up to 920 ° C, the pass decreases during finish rolling do not exceed 35%. The finished strip thus produced is without forced cooling then coiled at a reel temperature of <700 ° C. Depending on the desired cold strip thickness in the range of 0.1 to 0.6 mm is the hot strip thickness to be chosen so that in the following cold deformation degrees of deformation of <86%, preferably <90% can be achieved. Thinner slabs, in particular those produced by thin-slab caster technology, are analog hot rolled, here due to the lower strain rates, the Stichabnahmen each may be about 10% higher. It was found that with a hot strip produced in this way the desired structure training by the subsequent cold forming essential can be made more economical. According to the method it is advantageous if after the usual pickling in several stitches cold deformation at elevated temperatures in Range of 150 ° C to 350 ° C begins, preferably between 200 ° C and 300 ° C. The cold formed with a degree of deformation <86% The strip is subsequently submerged at 500 ° C. to 750 ° C. for 0.5 to 20 h annealed neutral gas, preferably for 1 to 5 h to 550 ° C for unle and at 620 ° C to 680 ° C for Si-alloyed material. After this Zwischenglühung the material is another Cold deformation of 2 to 15%, preferably 6 to 12% subjected (trained) and then at temperatures around 800 ° C depending on Composition at or slightly above AG 1 in at least temporary decarburizing atmosphere finally annealed. It turned out to be proved favorable, if the tape thus produced a second time is trained and finally annealed. The final annealing can both on the band (fully finished) as well as on the stamped part or after the Packeting (Semifinished). The procedure according to grain-oriented electrical steel is characterized by four magnetic preferred directions that are less than 45 ° to the rolling direction lie in the sheet metal plane. This while avoiding high Temperaturgegungen generated microstructure education can with a Microstructure orientation (001) ⟨110⟩. The band is particularly suitable for applications in which the magnetic flux in two mutually perpendicular directions is performed. This is z. B. in stator packages circulating or non-rotating electric machines the case. The required stampings are, under Pay attention to the course of the four preferred directions of light magne tisierbarkeit, punched out of the band-shaped material and to put together a package. The core sheets for magnetic cores for Circulating electrical machines can be made from round blanks be, which are each joined together to form a package that each immediately successive core sheets to each other Are arranged rotated 45 °. When using segments for Ma Gnet cores for rotating electrical machines are the individual Segments so punched out of the band-shaped electrical steel, that through it detects the directions of easy magnetizability become. Magnetic cores produced in this way have compared to hitherto used punching parts have a significantly lower manufacturing and processing overhead and better magnetic properties on.
Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend an drei Ausfüh rungsbeispielen näher erläutert werden.The process according to the invention is intended below to three Ausfüh 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 Strokes pre-rolled to 32 mm. The finish rolling takes place in 5 Stitches at an inlet temperature of 965 ° C and a final roll temperature of 840 ° C, with single engraving decrease <30% to 5.6 mm followed by air cooling. The stained tape will after the Cold Rolling to 0.55 mm (Deformation 90%) at 560 ° C for 2 Stirred for hours and then trained with 6%. Subsequently, this material is a final annealing at 780 ° C one hour in humid and four hours in dry H₂ subjected. The grain-oriented electrical steel produced thereafter exhibits for 2500 (T) the following values:
Der Mittelwert über alle Richtungen beträgtThe mean over all directions is
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-alloyed steel slab with Si content of 1.1% and a C content of 0.05% and a thickness of 250 mm is on a temperature of 1250 ° C preheated and in the same way hot and cold rolled with regard to number of stitches and degree of deformation as in example A, but changing the following parameters:
Die Winkelabhängigkeit der magnetischen Polarisation ergibt sich zuThe angular dependence of the magnetic polarization results to
mit einem Mittelwert über alle Richtungenwith an average over all directions
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, however, with hot rolled at a slightly higher temperature, then cold rolled and intermediately annealed, whereby the first (10%) another intermediate annealing at 780 ° C / 2 h in dry H₂ followed and then the band of another 10% cold deformation is subjected. The final annealing takes place at 780 ° C / 1 h in humid and 4 h in dry H2. The made after that grain-oriented electrical steel has the following values for 2500 (T) on:
Die Mittelwerte über alle Richtungen betragen im 1. FallThe mean values over all directions are in the 1st case
im zweitenin the second
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 guided in two mutually perpendicular directions. For this purpose, in non-rotating electrical machines, the stamped parts required for the construction of the magnetic body according to the arrangement of the sectional forms shown in Fig. 1 made of the strip material, the beams 1, 2, 3, 4, the four directions of easy magnetization characterize. The magnetic cores for rotating electrical machines are made so that either immediately successive core laminations are arranged rotated by 45 ° to each other or that according to FIG. 2, the magnetic core is constructed of segments, wherein the segments detect the angle easy magnetization. In the first-mentioned alternating layering of the blanks, the following results were found for the angle dependence of the -2500 values for blanks according to Example C:
Als Mittelwerte J 2500 über alle Richtungen erhält man fürAs means J 2500 over all directions one receives for
Die danach hergestellten Magnetkerne zeichnen sich durch bessere magnetische Eigenschaften aus.The magnetic cores produced thereafter are characterized by better magnetic properties.
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