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Technischer Bereich
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regulierung der
Verteilung der Kornwachstumsinhibitoren bei der Herstellung von
kornorientierten Elektroblechen, und insbesondere betrifft sie ein
Verfahren, bei welchem eine optimierte Verteilung dieser Inhibitoren
dadurch erreicht wird, dass man damit beginnt, die Brammen auf eine
hohe Temperatur für
das Warmwalzen zu erhitzen, jegliche Unebenheit infolge von Temperaturunterschieden
in der Bramme beim Verlassen des Ofens vermeidet und großen Wert
legt auf den nachfolgenden Umformprozess bis hinunter zum Blech
der gewünschten
Stärke,
bei welchem die sekundäre
Rekristallisation erfolgt.
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Stand der Technik
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Im
industriellen Maßstab
werden kornorientierte Elektrobleche typischerweise als Bleche mit
einer Stärke
zwischen 0,18 und 0,50 mm hergestellt und zeichnen sich durch magnetische
Eigenschaften aus, die von der Erzeugnisklasse abhängen, wobei
die besten Erzeugnisse Werte für
die magnetische Permeabilität über 1,9
T und Kernverluste unter 1 W/kg aufweisen. Die hohe Qualität der kornorientierten
Siliziumstahlbleche (im Wesentlichen eine Fe-Si-Legierung) hängt davon
ab, wie es gelingt, ein sehr scharfes kristallographisches Gefüge zu erhalten,
welches theoretisch dem sogenannten Goss-Gefüge entspricht, bei welchem
alle Körner ihre
eigene kristallographische Ebene {110} parallel zur Oberfläche des
Bleches und ihre eigene kristallographische Achse <001> parallel zur Walzrichtung
des Bleches haben. Diese Abhängigkeit
ist insbesondere auf die Tatsache zurück zu führen, dass die <001>-Achse die Richtung der leichtesten Übertragung
des magnetischen Flusses in den körperzentrierten kubischen Kristallen
der Fe-Si-Legierung ist. Im tatsächlichen
Erzeugnis gibt es jedoch stets eine gewisse Fehlausrichtung zwischen
den 001-Achsen von
benachbarten Körnern, und
je stärker
diese Fehlausrichtung ist, um so niedriger ist die magnetische Permeabilität des Erzeugnisses und
um so höher
ist der Leistungsverlust in den elektrischen Maschinen, bei denen
das genannte Erzeugnis zum Einsatz gelangt.
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Um
eine Ausrichtung der Stahlkörnchen
zu erhalten, welche derjenigen des Goss-Gefüges
möglichst nahe
kommt, benötigt
man ein ziemlich komplexes Verfahren, welches im Wesentlichen auf
der Steuerung einer metallurgischen Erscheinung beruht, die „sekundäre Rekristallisation" genannt wird. Während des
Auftretens dieser Erscheinung, welches während der Endphase des Herstellungsprozesses
erfolgt, d. h. nach dem Glühen
für die
primäre
Rekristallisation und vor dem abschließenden Kastenglühen, wachsen
die wenigen Körner,
die eine Ausrichtung dicht an derjenigen des Goss-Gefüges haben,
auf Kosten der anderen Körner
des primär-rekristallisierten
Erzeugnisses. Um zu bewirken, dass diese Erscheinung auftritt, werden
nichtmetallische Verunreinigungen (Zweitphasen) benutzt, die als
feine und gleichmäßig verteilte
Teilchen an den Grenzen der primär-rektristallisierten
Körner
abgeschieden werden. Solche Teilchen, die Kornwachstumsinhibitoren oder
kurz Inhibitoren genannt werden, benutzt man dazu, um die Bewegung
der Korngrenzen zu verzögern, damit
ermöglicht
wird, dass diejenigen Körner,
die eine der Goss-Ausrichtung
nahe kommende Ausrichtung haben, einen derartigen dimensionellen
Vorteil erhalten, dass sie schnell zu Lasten der anderen Körner wachsen,
sobald die Solubilisationstemperatur der Zweitphasen erreicht ist.
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Die
am häufigsten
benutzten Inhibitoren sind Sulfide oder Selenide (beispielsweise
von Mangan und/oder Kupfer) und Nitride insbesondere von Aluminium
oder von Aluminium und anderen Metallen, die allgemein Aluminiumnitride
genannt werden. Derartige Nitride ermöglichen, die beste Qualität zu erhalten.
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Beim
klassischen Mechanismus der Kornwachstumsinhibition benutzt man
die Ausscheidungen, die sich während
der Stahlverfestigung, im Wesentlichen beim Stranggießen, gebildet
haben. Derartige Ausscheidungen werden jedoch infolge der relativ
niedrigen Abkühltemperatur
des Stahls als grobe Teilchen erzeugt, die ungleichmäßig in der
Metallmatrix verteilt sind und daher nicht imstande sind, das Kornwachstum
wesentlich zu inhibieren. Sie müssen
daher während
der Wärmebehandlung
auf den Brammen vor dem Warmwalzen aufgelöst werden und dann in einem
oder mehreren darauffolgenden Verfahrensschritten in der richtigen
Form erneut ausgefällt
werden. Die Gleichförmigkeit
einer derartigen Erhitzungsbehandlung ist ein wesentlicher Faktor,
um gute Ergebnisse beim nachfolgenden Umformvorgang des Erzeugnisses
zu erhalten.
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Obiges
ist zutreffend sowohl auf solche Herstellungsprozesse von Elektrostahlblechen,
bei denen all diejenigen Ausscheidungen, die tatsächlich imstande
sind, die sekundäre
Rekristallisation zu regulieren, vom warmgewalzten Blech an vorhanden
sind (wie dies beispielsweise in den Patenten
US 1.956.559 , USSS 4.225.366,
EP 8.385 ,
EP 17.830 ,
EP
202.339 ,
EP 219.181 ,
EP 314.876 beschrieben wird),
als auch auf diejenigen Prozesse, bei denen derartige Ausscheidungen
zumindest teilweise nach dem Kaltwalzen oder direkt vor der zweiten
Rekristallisation gebildet werden (beschrieben beispielsweise in
den Patenten
US 4.225.366 ,
US 4.473.416 ,
US 5.186.762 ,
US 5.266.129 ,
EP 339.474 ,
EP
477.384 ,
EP 391.335 ).
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In
den PCT-Anmeldungen EP/97/04088, EP97/04005, EP97/04007, EP97/04009
und EP97/040089 werden Prozesse beschrieben, bei welchen ein gewisser
Grand an Inhibition beim warmgewalzten Erzeugnis erreicht wird,
der, auch wenn er nicht ausreicht, um die sekundäre Rekristallisation zu regulieren,
doch wichtig ist für
die Regulierung der Korngrenzenbeweglichkeit während des ganzen ersten Teils
des Prozesses (Glühen des
warmgewalzten Blechstreifens, Entkohlungsglühen). Dieser setzt die Bedeutung
einer strengen Steuerung der Glühdauer-
und Temperaturparameter der industriellen Prozesse herab (siehe
PCT/EP/97/04009).
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Die
Prozesse und Anlagen, die bislang für das Aufheizen der Brammen
benutzt werden, während
der die groben Ausscheidungen (gänzlich
oder teilweise je nach dem Herstellungsverfahren) wieder aufgelöst werden,
können
jedoch im Innern der Brammen keine Hochtemperaturhomogenität gewährleisten.
Dieser Mangel an Homogenität
wird bei den neuesten Herstellungsverfahren, in denen die Aufheiztemperatur
für die
Brammen relativ niedrig ist, stark gefördert.
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Da
die Auflösung
von Ausscheidungen durch thermodynamische und kinetische Gesetze
gesteuert wird, die von der Temperatur exponentiell abhängen, ist
es in der Tat klar, dass selbst Temperaturunterschiede im Bereich
von 50 – 100 °C zu stark
unterschiedlichen kennzeichnenden Merkmalen führen können. Darüber hinaus ist die Verteilung
der Elemente, die für
die Bildung von Inhibitoren notwendig sind, ziemlich inhomogen, was
auch auf andere Faktoren (wie beispielsweise den Phasenübergang
von manchen Matrixbereichen von der Ferritstruktur zur Austenitstruktur
bei den Bearbeitungstemperaturen) zurück zu führen ist, wodurch eine Verstärkung der
unerwünschten
Auswirkungen der geringen Gleichförmigkeit der Verteilung und
der nichtoptimalen Abmessungen der ausgeschiedenen Inhibitoren bewirkt
wird. Darüber
hinaus leisten streng technische Faktoren ihren Beitrag dazu, den
Aspekt der Gleichförmigkeit
der Temperatur in der Bramme, welche die Heizöfen verlässt, noch komplexer zu gestalten.
In der Tat werden während
des Vorgangs des Aufheizens auf die gewünschte Temperatur thermische
Gradienten in den Brammen auf Grund rein praktischer Faktoren erzeugt: die
Halterungszonen der Brammen in den Öfen sowohl in denen vom Schubbalkentyp
als auch in denen vom Hubbalkentyp werden stark abgekühlt, wodurch
in den Brammen weitere Temperaturgradienten hervorgerufen werden.
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Derartige
Temperaturgradienten, insbesondere diejenigen, die auf die Hubbalken
zurückzuführen sind,
verursachen auch Unterschiede in der mechanischen Festigkeit zwischen
unterschiedlichen Zonen der Brammen und zugehörige Änderungen der Stärke der
gewalzten Blechstreifen bis zu ungefähr einem Zehntel Millimeter,
die ihrerseits mikrostrukturelle Veränderungen in die fertigen Blechstreifen
in einem Ausmaß bis
zu 15 % der Blechstreifenlänge
hineinbringen.
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Derartige
Probleme haften allen bekannten Technologien zur Herstellung von
Siliziumstahl-Elektroblechen an und bewirken insbesondere bei den
Erzeugnissen hoher Qualität
recht beachtliche Leistungsverluste.
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Das
Problem der Bildung der gewünschten
Menge an Ausscheidungen, die für
die Inhibierung des Kornwachstums (d. h. der Inhibitoren) während der
thermischen Behandlung der Brammen vor dem Warmwalzen von Nutzen
sind, und das der gleichmäßigen Verteilung
derartiger Ausscheidungen überall
in der gesamten Stahlmasse ist noch ungelöst geblieben, und das Fehlen
von solchen Bedingungen machen es noch schwieriger, ein Endprodukt
hoher und beständiger
Qualität
zu erhalten.
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Beschreibung der Erfindung
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, derartige Nachteile
zu beseitigen, und daher schlägt
sie eine Behandlung vor, welche ermöglicht, ein Endprodukt zu erhalten,
welches hinsichtlich der Homogenität ausgezeichnete Eigenschaften
aufweist insbesondere im Fall der Herstellungstechnologien für kornorientierte
Elektrostahlbleche unter Verwendung der folgenden Vorgehensweise:
(i) Herabsetzung der Aufheiztemperaturen für die Brammen im Vergleich
auf herkömmliche
Technologien, um das Auflösen
von groben Ausscheidungen (Zweitphasen), die während des Gießens erhalten
werden, gänzlich
oder teilweise zu vermeiden, und (ii) Erzeugung der erforderlichen
Menge an Inhibitoren, die imstande sind, die orientierte sekundäre Rekristallisation
nach dem Schritt des Warmwalzens zu regeln.
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In
einem Verfahren zur Herstellung von kornorientierten Elektrostahlblechen,
bei welchem ein Siliziumstahl stranggegossen, warmgewalzt und kaltgewalzt
wird, um einen kaltgewalzten Blechstreifen zu erhalten, welcher
dann einem kontinuierlichen Glühen
zum Zweck der primären
Rekristallisation und erforderlichenfalls zum Zweck der Entkarbonisierung
und anschließend
einem sekundären
Rekristallisationsglühen
bei einer höheren
Temperatur als der genannten Temperatur für die primäre Rekristallisation unterzogen
wird, werden gemäß der vorliegenden
Erfindung nacheinander die folgenden Schritte ausgeführt:
- – Aufheizen
der Bramme in einer Anzahl von Schritten, wobei die Behandlungstemperatur
während
des letzten Schritts, nämlich
dem der Entnahme aus dem Ofen, niedriger ist als mindestens eine
der vorhergehenden Behandlungstemperaturen;
- – Kaltwalzen
in einem oder in mehreren Schritten der Dickenabnahme, getrennt
durch zwischenzeitliches Glühen,
bei welchem in mindestens einem dieser Schritte eine Dickenabnahme
von mehr als 75 % durchgeführt
wird;
- – kontinuierliches
primäres
Rekristallisationsglühen
des kaltgewalzten Blechstreifens bei einer Temperatur zwischen 800
und 950 °C.
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Beim
Aufheizen der Bramme werden die Temperatur der Zonen der letzten
Behandlung sowie die Verweilzeit der Bramme in jeder der genannten
Zonen so reguliert, dass ein Wärmeübergang
zwischen dem Brammenkern und der Brammenoberfläche dergestalt erfolgt, dass
die jeweiligen Temperaturen (von Oberfläche und Kern) sich vor dem
Verlassen der letzten Behandlungszone ausgleichen bei einer Temperatur
unterhalb der Maximaltemperatur, die im Ofen von der Brammenoberfläche erreicht
wird. Dies ermöglicht,
die Auflösungs-
und Diffusionsvorgänge
der Elemente durchzuführen,
die erforderlich sind, damit sich die Inhibitoren während der
Behandlung bei höherer
Temperatur bilden, während
im Verlauf der letzten Behandlung nach dem Ausgleich von Oberflächen- und
Kerntemperatur der Bramme die zuvor gelösten Elemente ausgeschieden werden
in einer solchen Form und Verteilung, die der Steuerung des Kornwachstums
angemessen sind.
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Es
ist vorzuziehen, dass die Brammen die vorletzte Zone der thermischen
Behandlung in einem Zeitintervall zwischen 20 und 40 Minuten und
die letzte Zone in einem Zeitintervall zwischen 15 und 40 Minuten durchlaufen.
Die erreichte maximale Aufheiztemperatur liegt vorzugsweise zwischen
1200 und 1400 °C,
und die Temperatur der letzten Behandlungszone liegt vorzugsweise
zwischen 1100 und 1300 °C.
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Die
maximale Aufheiztemperatur der Bramme sollte vorzugsweise niedriger
liegen als diejenige für
die Bildung von flüssiger
Schlacke auf der Brammenoberfläche.
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Darüber hinaus
ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
zwischen der Aufheizzone der Bramme bei der Maximaltemperatur und
der letzten Zone mit einer niedrigeren Temperatur eine Reduzierung der
Brammenstärke
vorzugsweise um zwischen 15 und 40 % vorzunehmen. Diese Dickenreduzierung
ermöglicht
die Homogenisierung der Matrix des Brammenmaterials sowie die Verbesserung
der Steuerung der Abkühlgeschwindigkeit
und daher der thermischen Homogenität der Bramme.
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Es
soll hier darauf hingewiesen werden, dass die oben erwähnte Dickenreduzierung
nicht dem sogenannten „Vorwalzen" entspricht, welches
beim Warmwalzen von Brammen, die auf eine sehr hohe Temperatur aufgeheizt
worden sind, zur Anwendung gelangt; in der Tat wird das Vorwalzen
durchgeführt,
bevor die Bramme die maximale Behandlungstemperatur erreicht, während gemäß der vorliegenden
Erfindung die Dickenreduzierung während der Abkühlung der
Bramme zwischen der maximalen Behandlungstemperatur und der niedrigeren
Temperatur der Entnahme der Bramme aus dem Ofen durchgeführt wird.
Falls die Technik der Dickenreduzierung gewählt wird, ist es möglich, entweder
diskontinuierlich zu arbeiten, indem man zwei verschiedene Öfen bei
verschiedenen Temperaturen benutzt, oder kontinuierlich, indem man
beispielsweise einen Tunnelofen benutzt, welcher vor der letzten,
auf niedrigerer Temperatur befindlichen Behandlungszone eine Vorrichtung
für das
Zwischenwalzen aufweist. Diese letztere Lösung ist besonders für die Behandlung
von Brammen geeignet, die unter Anwendung der Dünnbrammen-Gusstechnologie hergestellt
werden.
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Diejenigen
Brammen, in denen die Ausscheidung von wenigstens einem Teil der
Kornwachstumsinhibitoren bereits erfolgt ist, werden warmgewalzt,
und die so erhaltenen warmgewalzten Blechstreifen werden dann geglüht und auf
die endgültige
Dicke kaltgewalzt. Wie bereits erwähnt worden ist, kann der Vorgang
des Kaltwalzens in einem oder in mehreren Schritten mit zwischenzeitlichem
Glühen
ausgeführt
werden, wobei mindestens einer der Walzschritte vorzugsweise mit
einer Dickenreduzierung von mindestens 75 ausgeführt wird.
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Auch
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Entkohlungsbehandlung während des primären Rekristallisationsglühens mit
einer Aufheizzeit auf die primäre
Rekristallisationstemperatur zwischen 1 und 10 s durchgeführt.
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In
dem Fall, wo für
die Bramme eine Aufheiztemperatur genommen wird, die für das vollständige Auflösen der
vorhandenen Ausscheidungen, welche danach die Kornwachstumsinhibitoren
bilden werden, nicht ausreicht, werden derartige Inhibitoren vorzugsweise
während
einer der thermischen Behandlungen nach dem Kaltwalzen und vor dem
Beginn der sekundären
Rekristallisation durch die Reaktion zwischen dem Blechstreifen
und geeigneten flüssigen,
festen oder gasförmigen
Elementen erzeugt, wodurch speziell der Stickstoffgehalt des Blechstreifens
erhöht
wird. Vorzugsweise wird der Stickstoffgehalt des Bleichstreifens
während
eines kontinuierlichen Glühens
des Blechstreifens, welcher die endgültige Dicke aufweist, durch
Reaktion mit undissoziiertem Ammoniak erhöht.
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In
diesem letztgenannten Fall ist es ratsam, die Stahlzusammensetzung
mit Bezug auf den anfänglichen
Gehalt von solchen Elementen, die für die Bildung von Nitriden
nützlich
sind wie beispielsweise Aluminium, Titan, Vanadium, Niob usw., streng
zu überwachen.
Insbesondere liegt der Gehalt an löslichem Aluminium im Stahl
zwischen 80 und 500 ppm, vorzugsweise zwischen 250 und 350 ppm.
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Soweit
Stickstoff betroffen ist, muss dieser in den Brammen in relativ
niedrigen Konzentrationen, beispielsweise zwischen 50 und 100 ppm,
vorhanden sein.
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Sobald
der kaltgewalzte Blechstreifen nitriergehärtet ist, so dass sich auf
direktem Wege Nitridausscheidungen von dem Typ, der Menge und der
Verteilung bilden, die geeignet sind, das Kornwachstum zu inhibieren,
unterliegt der Blechstreifen selbst einem kontinuierlichen Hochtemperaturglühen, und
während
dieses Glühens
wird die sekundäre
Rekristallisation durchgeführt
oder wenigstens gestartet.
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Die
ausgleichende Wirkung der Brammentemperatur gemäß der vorliegenden Erfindung
ist in den beigefügten
Zeichnungen dargestellt. Bei diesen bedeuten:
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1 stellt
ein herkömmliches
schematisches Diagramm des Aufheizens einer Bramme dar, bei welchem
die Temperatur bei der Entnahme aus dem Ofen die erreichte Maximaltemperatur
ist;
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2 stellt
ein schematisches Diagramm des Aufheizens einer Bramme gemäß der vorliegenden.
Erfindung dar;
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3 stellt
ein Diagramm über
die Veränderungen
der Streifendicke (Ordinate) längs
der Streifenlänge
(Abszisse) nach dem Warmwalzen unter Anwendung eines herkömmlichen
Aufheizens der Bramme dar (jede Unterteilung auf der Ordinatenachse
entspricht 0,01 mm);
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4 stellt
ein Diagramm über
die Veränderungen
der Streifendicke (Ordinate) längs
der Streifenlänge
(Abszisse) nach dem Warmwalzen unter Anwendung eines Aufheizens
der Bramme gemäß der Erfindung dar
(jede Unterteilung auf der Ordinatenachse entspricht 0,01 mm);
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Wie
aus 1 ersichtlich ist, liegt bei der bekannten Technologie
die kontinuierliche Temperaturänderungskurve
der Brammenhaut während
des Aufheizens stets höher
als die Kerntemperatur, welche durch die gestrichelte Kurve dargestellt
ist. Ein derartiger Temperaturunterschied hält im letzten Bereich des Ofens
noch an.
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Dagegen
nimmt gemäß der vorliegenden
Erfindung (2) die Temperatur der Brammenhaut,
die durch eine ausgezogene Linie dargestellt ist, nach dem Erreichen
eines Maximums ab und nähert
sich somit der Kerntemperatur, die durch eine gestrichelte Linie
dargestellt ist, und fällt
im letzten Bereich des Ofens praktisch mit ihr zusammen.
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Es
ist somit möglich,
eine sehr gleichförmige
Verteilung der die Inhibitoren bildenden Elemente zu erhalten und
folglich eine ausgezeichnete Verteilung derselben Inhibitoren während des
darauffolgenden Abkühlens.
Die genannte Vereinheitlichung der Temperatur betrifft wenigstens
teilweise auch die Temperaturunterschiede in der Brammenhaut, die
auf die abgekühlten
Halterungszonen des Ofens zurückzuführen sind.
In den 3 und 4 ist ersichtlich, dass es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich
ist, die Dickenänderungen im
warmgewalzten Blechstreifen infolge von kalten Stellen, welche durch
die genannten Zonen für
die Brammenhalterung verursacht werden, zu verringern.
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Die
vorliegende Erfindung soll nun in den folgenden Beispielen beschrieben
werden, die nicht den Umfang und den Inhalt der Erfindung einschränken sollen.
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Beispiel 1
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Ein
aus Schrott geschmolzener und in einem Elektroofen hergestellter
Siliziumstahl, welcher an der Gießstation die folgenden Beimengungen
(in Gew.-%) aufweist: Si 3,15 %; C 0,035 %; Mn 0,16 %, S 0,006 %, Alsol 0,030 %; N 0,0080 %, Cu 0,25 % sowie
die bei der Stahlherstellung üblichen
Verunreinigungen, wurde zu 18-t-Brammen stranggegossen. Acht Brammen
wurden ausgewählt
und paarweise den experimentellen industriellen Warmwalzprogrammen
unterzogen, welche durch unterschiedliche Aufheizzyklen für die Brammen
in einem Hubbalkenofen gekennzeichnet sind. Die vier Versuchszyklen
wurden ausgeführt,
wobei entschieden worden ist, die Temperatur für die letzten zwei Zonen des
Ofens so einzustellen, wie das in Tabelle 1 dargestellt ist. Die
Durchlaufgeschwindigkeit der Brammen durch den Ofen wurde so gewählt, dass
eine Verweilzeit in der vorletzten Ofenzone (Vorausgleichzone) von
35 Minuten und in der letzten Zone (Ausgleichzone) von 22 Minuten
garantiert wurde.
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Die
so erhitzten Brammen wurden mittels eines Walzentisches zu einem
Vorwalzwerk gebracht, in welchem in 5 Durchläufen eine gesamte Dickenreduzierung
von 79 erhalten wurde, und die so erhaltenen Stangen wurden in 7
Durchläufen
in einem kontinuierlichen Fertigwalzwerk herunter auf die endgültige Dicke
von 2,10 mm warmgewalzt.
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Die
so erhaltenen warmgewalzten Blechstreifen wurden dann einstufig
(6 Durchgänge)
kaltgewalzt bei einer mittleren Dicke von 0,285 mm. Jeder kaltgewalzte
Streifen wurde auf zwei Coils mit einem Gewicht von je etwa 8 Tonnen
aufgeteilt. Vier Coils, einer für
jeden Zustand (Tabelle 1), wurden dann in einer versuchsmäßigen kontinuierlichen
Entkohlungs- und Nitrierlinie konditioniert und behandelt. Jeder
Streifen wurde mit 3 verschiedenen Entkohlungstemperaturen und einer
Temperatur für
die primäre
Rekristallisation behandelt; in jedem Fall wurden am Ende dieses
Entkohlungsschrittes die Blechstreifen kontinuierlich in einer nassen
ammoniakhaltigen Wasserstoff-Stickstoff-Mischung
bei einer Temperatur von 930 °C
nitriergehärtet,
um den Stickstoffgehalt des Blechstreifens um 90 – 120 ppm
zu erhöhen.
Proben von jedem Blechstreifen wurden mit MgO beschichtet und dann
einer Nachbildung des endgültigen
Kastenglühens
unterzogen, wie es für
jene Erzeugnisse üblich
ist, und zwar mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 20 °C/h bis auf
1200 °C,
einem Tränken
bei 1200 °C über 20 Stunden
in trockenem Wasserstoff und dann Abkühlung unter kontrollierten
Bedingungen. In Tabelle 2 sind die erhaltenen Werte für die magnetische
Induktion (in Tesla) bei 800 A/m angegeben.
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Beispiel 2
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Die
vier Coils, die von den vier unterschiedlichen Aufheizzuständen von
Beispiel 1 übrig
geblieben sind, wurden in einer industriellen kontinuierlichen Entkohlungslinie
bei einer Temperatur von 850 °C
behandelt und bei 930 °C
kontinuierlich nitriergehärtet
unter denselben Bedingungen der Versuchslinie (Beispiels 1) und dann
mit industriellem Kastenglühen
gemäß demselben
thermischen Zyklus, wie er im Beispiel 1 beschrieben worden ist,
auf das Endprodukt umgeformt. Die Blechstreifen wurden dann auf
kontinuierliche Weise thermisch gerichtet und mit einem spannungsisolierenden Überzug überzogen
und dann hinsichtlich ihrer Qualität bewertet. Die mittleren Werte
der magnetischen Kenndaten der vier Blechstreifen sind in Tabelle
3 dargestellt.
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Dabei
sind B800 die Werte der magnetischen Induktion, die bei 800 A/m
gemessen wurden, und P 17 sind die Werte für die Kernverluste, gemessen
bei 1,7 T.
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Beispiel 3
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Eine
Siliziumstahlschmelze wurde erzeugt, die folgende Gehalte (in Gew.-%)
aufwies: Si 3,10 %, C 0,028 %, Mn 0,150 %, S 0,010 %, Al 0,0350
%, N 0,007 %, Cu 0,250 %.
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Diese
Schmelze wurde unter Verwendung einer industriellen Stranggießanlage
zu Brammen von 240 mm Stärke
und 18 t verfestigt.
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Nach
einer thermischen Behandlung von ungefähr 200 min Dauer in einem Hubbalkenofen
und Erreichen einer Maximaltemperatur von 1340 °C wurden diese Brammen dann
warmgewalzt, gefolgt von einer Überführung in
die letzte Zone des Ofens, bevor das Warmwalzen bei einer Temperatur
von 1220 °C
von 40 min Dauer folgte.
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Sechs
derartige Brammen wurden dann bei einer Dicke von 50 mm aufgeraut
und in einer Walzanlage in Folge auf Enddicken zwischen 3,0 und
1,8 mm gewalzt. Die so hergestellten Blechstreifen wurden einem Durchlaufglühen bei
einer Maximaltemperatur von 1100 °C
unterzogen und auf ihre Enddicke von 0,23 mm kaltgewalzt. In der
Tabelle 4 sind die erhaltenen unterschiedlichen Dicken sowie das
relevante Dickenabnahmeverhältnis
dargestellt. Alle Blechstreifen wurden in das Endprodukt unter Anwendung
desselben industriellen Herstellungszyklus umgeformt (speziell wurde
eine Entkohlungstemperatur von 865 °C gewählt), mit Durchlaufglühen nitriergehärtet zwecks
Zuführung
von Stickstoff zwischen 100 und 130 ppm und dann kastengeglüht, wobei
zum Aufheizen auf 1200 °C
eine Aufheizgeschwindigkeit von 40 °C/h zur Anwendung gelangte. Die
erhaltenen magnetischen Kenndaten, die auch in Tabelle 4 angeführt sind,
zeigen eine Verknüpfung
zwischen dem Kaltwalzreduktionsfaktor und den magnetischen Kenngrößen des
Endprodukts. Unter den benutzten Bedingungen werden die besten Ergebnisse
mit einer Kaltwalzreduktion zwischen 89 % und 91,6 % erhalten. Es
muss jedoch angemerkt werden, dass in dem gesamten untersuchten
Bereich der Kaltwalzreduktion mit einstufigen Kaltwalzverfahren
Erzeugnisse erhalten werden, welche magnetische Kenngrößen aufweisen, die
für die
verschiedenen Handelsklassen von kornorientierten Elektroblechen
angemessen sind.
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Beispiel 4
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Eine
Stahlschmelze, die folgende Gehalte (in Gew.-%) aufwies: Si 3,180
%, C 0,025 %, Mn 0,150 %, S 0,012 %, Cu 0,150, Al 0,028 %, N 0,008
%, wurde in einer industriellen Stranggießanlage zu Brammen von 240
mm Stärke
und 18 t verfestigt. Einige dieser Brammen wurden dann in einem
Hubbalkenofen bei einer Temperatur von 1320 °C ungefähr 200 min lang thermisch behandelt
mit einer Überführung der
Brammen in die letzte Zone des Ofens mit einer Temperatur von 1150 °C über 40 min
und dann warmgewalzt.
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Die
Brammen wurden dann bei einer Dicke von 40 mm aufgeraut und in einer
Walzanlage in Folge zu Blechstreifen mit einer konstanten Stärke von
2,8 mm warmgewalzt. Diese Blechstreifen wurden dann einem Durchlaufglühen bei
einer Maximaltemperatur von 1000 °C
unterzogen, auf Zwischendicken zwischen 2,3 und 0,76 mm kaltgewalzt;
alle diese Blechstreifen wurden dann einem Durchlaufglühen bei
900 °C unterzogen
und abermals kaltgewalzt auf die Enddicke von 0,29 mm. Tabelle 5
zeigt die erhaltenen Dicken und die relevanten Kaltwalzreduktionsfaktoren.
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Alle
diese Streifen wurden dann zwecks Entkohlung und Nitrierhärtung einem
Durchlaufglühen
unterzogen, mit einem Glühtrennmittel
auf MgO-Grundlage überzogen
und bis zu einer Maximaltemperatur von 1210 °C kastengeglüht, so dass sich auf der Oberfläche des
Blechstreifens eine Forsteritschicht bildet, sich die sekundäre Rekristallisation
entwickelt und S und N aus dem Stahl eliminiert werden. Die endgültigen magnetischen
Kenngrößen, die
in Tabelle 5 angeführt
sind, bestätigen
die Abhängigkeit
vom Kaltwalzreduktionsfaktor, wie es im Beispiel 3 gezeigt ist,
und belegen die günstige
Gelegenheit der Wahl eines endgültigen
Kaltwalzreduktionsfaktors größer als
75 %, um industriell die kommerziell verlangten magnetischen Kenngrößen zu erhalten.
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Beispiel 5
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Eine
Stahlzusammensetzung, die folgende Gehalte (in Gew.-%) aufwies:
Si 3,30 %, C 0,050 %, Mn 0,160 %, S 0,010 %, Alsol 0,029
%, N 0,0075 %, Sn 0,070 %, Cu 0,300 %, Cr 0,080 %, Mo 0,020 %, P
0,010 %, Ni 0,080 %, B 0,0020 %, wurde zu dünnen Brammen von 60 mm Dicke
gegossen. Sechs dieser Brammen wurden gemäß dem folgenden Zyklus warmgewalzt:
Thermische Behandlung bei 1210 °C,
anschließender Ausgleich
bei 1100 °C
und direktes Warmwalzen zu 2,3 mm dicken Blechstreifen (Zyklus A).
Sechs weitere Blechstreifen wurden auf dieselbe Dicke warmgewalzt,
aber mit direkter thermischer Behandlung bei 1100 °C ohne das
Vorheizen auf eine höhere
Temperatur (Zyklus B).
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Alle
die warmgewalzten Blechstreifen wurden dann zum Endprodukt unter
Anwendung desselben Zyklus umgeformt: Beizen, einstufiges Kaltwalzen
auf 0,29 mm, Durchlaufglühen
zur Entkohlung und Nitrierhärtung, Überziehen
mit einem Glühtrennmittel
auf MgO-Grundlage, abschließendes
Kastenglühen,
thermisches Ausplatten und Überziehen
mit einem isolierenden Überzug.
Die Endergebnisse, ausgedrückt
als Mittelwerte der magnetischen Eigenschaften längs eines jeden Blechstreifens,
sind in Tabelle 6 dargestellt.
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Es
ist ersichtlich, dass unter Anwendung eines Brammenheizzyklus gemäß der vorliegenden
Erfindung bessere Ergebnisse erhalten werden können, insbesondere in Bezug
auf ihre Einheitlichkeit. In den 3 und 4 sind
Dickenänderungen
von warmgewalzten Blechstreifen dargestellt, die am Ende der Warmwalzanlage
an den Blechstreifen 7 bzw. 1 gemessen wurden.
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Beispiel 6
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Ein
Stahl, welcher die folgenden Beimischungen (in Gew.-%) enthielt:
Si 3,30 %, C 0,015 %, Mn 0,100 %, S 0,010 %, Cu 0,200, Al 0,032
%, N 0,007 %, wurde in einer industriellen Gießanlage zu Brammen von 240 mm
Stärke
stranggegossen.
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Einige
Brammen wurden dann nach dem folgenden thermomechanischen Zyklus
(Zyklus A) gewalzt: Thermische Behandlung in einem Stoßofen bei
einer Maximaltemperatur von 1360 °C;
Dickenreduktion im Warmzustand von 240 mm auf 160 mm in einer Aufrauanlage;
thermische Behandlung in einem Hubbalkenofen bei einer Maximaltemperatur
von 1220 °C.
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Die
anderen Brammen wurden für
Vergleichszwecke nach der thermischen Behandlung in einem Hubbalkenofen
bei einer Maximaltemperatur von 1220 °C ohne Vorheizen und Aufrauen
gewalzt (Zyklus B).
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Die
Dicke der warmgewalzten Blechstreifen lag zwischen 2,1 und 2,3 mm.
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Die
warmgewalzten Blechstreifen wurden alle einem Durchlaufglühen bei
einer Maximaltemperatur von 1000 °C
unterzogen, dann einstufig kaltgewalzt auf eine mittlere Dicke von
0,29 mm, wobei gewährleistet wurde,
dass die Blechstreifen nach dem zweiten Walzstich eine Temperatur
von 210 °C
erreichten. Die kaltgewalzten Blechstreifen wurden dann einem Durchlaufglühen zwecks
Entkohlung und Nitrierhärtung
unterzogen, damit sie einen Kohlenstoffgehalt zwischen 100 und 130
ppm erhalten.
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Nach
dem Überziehen
mit MgO wurden die Blechstreifen kastengeglüht zwecks sekundärer Rekristallisation
und Ausbildung einer Forsterit-Oberflächenschicht. Die erhaltenen
magnetischen Kenngrößen sind
in Tabelle 7 dargestellt.
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Bei
allen Tests, die in jedem der obigen Beispiele durchgeführt worden
sind, wurde beobachtet, dass man dann, wenn man gemäß der vorliegenden
Erfindung vorging, stets bessere Werte für die magnetische Permeabilität und die
Kernverluste erhielt als diejenigen, die man erhielt, wenn man entsprechend
den bereits bekannten Brammenaufheizverfahren vorging, bei denen
die Temperatur der Brammen bei der Entnahme aus dem Ofen der Maximaltemperatur
entspricht, die von den Brammen erreicht worden ist. Darüber hinaus
sind dann, wenn man gemäß der vorliegenden
Erfindung arbeitet, die Schwankungen der magnetischen Kenngrößen längs der
Blechstreifen viel stärker
begrenzt (um ungefähr
50 – 60
%) als diejenigen, die mit den herkömmlichen Aufheizmethoden für Brammen
erhalten werden können.
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Dementsprechend
liegt die maximale Schwankung der Werte für die Permeabilität und die
Kernverluste, die im Abstand von 1 m längs des erfindungsgemäßen Stahlblechstreifens
gemessen wurden, innerhalb von 2 % bzw. 6 %.
