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Technischer Bereich
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung kornorientierter
Elektrostahlbänder und
sie betrifft insbesondere ein Verfahren, bei dem ein Band direkt
aus dem Strangguss flüssigen
Stahls kommend kalt gewalzt wird und bei dem in dem Band eine kontrollierte
Kondensation von Partikeln zweiter Phasen veranlasst worden ist,
wobei die genannten zweiten Phasen das Kornwachstum nach der primären Rekristallisation
kontrollieren sollen (primäre
Inhibitoren). In einem weiteren Schritt wird während des Durchlaufglühens des
kalt gewalzten Bands über
die gesamte Dicke des Bands eine weitere Kondensation von Partikeln
zweiter Phasen veranlasst, deren Funktion es ist, zusammen mit den
primären
Inhibitoren die orientierte sekundäre Rekristallisation zu kontrollieren,
durch die eine Struktur erhalten wird, die den magnetischen Fluss
entlang der Walzrichtung begünstigt.
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Stand der Technik
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Kornorientierte
Elektrostahlbänder
(Fe-Si) werden typischerweise als Bänder mit einer Dicke im Bereich
von 0,18 bis 0,50 mm industriell hergestellt und sind durch magnetische
Eigenschaften gekennzeichnet, die je nach der bestimmten Produktklasse
variieren. Die genannte Klassifizierung betrifft im Wesentlichen
die spezifischen Leistungsverluste in dem Band unter vorgegebenen
elektromagnetischen Betriebsbedingungen (z.B. P50Hz bei
1,7 Tesla, in W/kg), wobei die Auswertung entlang einer bestimmten
Bezugsrichtung (Walzrichtung) erfolgt. Die wichtigste Anwendung
der genannten Bänder
ist die Herstellung von Transformatorkernen. Gute magnetische Eigenschaften
(stark anisotrop) werden dadurch erzielt, dass die endgültige Kristallstruktur der
Bänder
so kontrolliert wird, dass alle oder fast alle Körner so orientiert sind, dass
die Richtung, in der sie am leichtesten zu magnetisieren sind, (die <001>-Achse) möglichst vollkommen in der Walzrichtung
ausgerichtet ist. In der Praxis werden Endprodukte erhalten, deren
Körner
einen mittleren Durchmesser von 1 bis 20 mm aufweisen und deren
Orientierung im Bereich der Goss-Orientierung ({110}<001>) liegt. Je geringer
die Winkelstreuung um die Goss-Orientierung ist, desto besser ist
die magnetische Permeabilität
des Produkts und desto niedriger sind demnach die magnetischen Verluste.
Die Endprodukte mit niedrigen magnetischen Verlusten (Kernverlusten)
und hoher Permeabilität
besitzen interessante Vorteile hinsichtlich der Konstruktion, der
Abmessungen und der Leistungsfähigkeit
von Transformatoren.
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Die
industrielle Herstellung der vorstehend beschriebenen Materialien
wurde Anfang der 30er Jahre erstmals von der US-amerikanischen Firma
ARMCO beschrieben (USP 1.956.559). Wie in der Fachwelt bekannt ist,
wurden in der Produktionstechnik für kornorientierte Elektrobänder seither
viele Verbesserungen eingeführt,
die sowohl die magnetische und physikalische Qualität als auch
die Transformationskosten und die Zyklusrationalisierung betreffen.
Alle existierenden Technologien nutzen dieselbe metallurgische Strategie aus,
um in den Endprodukten eine sehr starke Goss-Struktur zu erhalten,
d.h. es wird der Prozess der orientierten sekundären Rekristallisation angewendet,
der von gleichförmig
verteilten zweiten Phasen und/oder auskristallisierenden Elementen
bestimmt ist. Die nicht-metallischen zweien Phasen und die auskristallisierenden Elemente
spielen bei der Kontrolle (beim Abbremsen) der Bewegung von Korngrenzen
während
des abschließenden
Glühens,
das den selektiven sekundären
Rekristallisationsprozess in Gang bringt, eine grundlegende Rolle.
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Bei
der ursprünglichen
Technologie von ARMCO, bei der MnS als Inhibitor der Bewegung der
Korngrenzen verwendet wird, und bei der nachfolgend von NSC entwickelten
Technologie, bei der die Inhibitoren überwiegend Aluminiumnitride
(AIN + MnS) sind (
EP 8.385 ,
EP 17.830 ,
EP 202.339 ), besteht ein beiden Produktionsverfahren
gemeinsamer wichtiger Bindungsschritt darin, dass die im Stranggussverfahren
hergestellten Brammen (früher
Barren) unmittelbar, bevor sie heiß gewalzt werden, auf sehr
hohe Temperaturen (um 1400 °C)
erhitzt werden, und zwar so lange, dass sichergestellt ist, dass
Sulfide und/oder Nitride, die während des
Abkühlens
der Brammen nach dem Gießen
grob kondensiert sind, vollständig
gelöst
sind, damit sie über die
gesamte metallische Matrix der heiß gewalzten Bänder in
sehr feiner und gleichmäßig verteilter
Form wieder kondensieren. Entsprechend dem genannten bekannten Verfahren
lässt sich
während
des Prozesses, auf jeden Fall jedoch vor dem Kaltwalzen eine solche
feine erneute Kondensation einleiten und abschließen und die
Dimensionen des Kondensats lassen sich dabei kontrollieren. Das
Erhitzen der Brammen auf die genannten Temperaturen erfordert wegen
der Duktilität
der Fe-3%Si-Legierungen
bei hohen Temperaturen und der Bildung flüssiger Schlacken spezielle Öfen (Schiebeöfen, Flüssigschlacken-Hubbalkenöfen, Induktionsöfen).
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In
jüngerer
Zeit wurden für
den flüssigen
Stahl neue Gusstechnologien entwickelt, um die Produktionsprozesse
zu vereinfachen und kompakter und flexibler zu gestalten und um
die Kosten zu senken. Eine innovative Technologie, die mit Vorteil
für die
Herstellung von Elektrostahlbändern
für Transformatoren
verwendet wird, ist das „Gießen dünner Brammen", das im Stranggießen von
Brammen besteht, die die typische Dicke von herkömmlichen bereits vorgewalzten
Brammen besitzen, direkt heiß gewalzt
werden können
und in einer Abfolge vom Stranggießen der Brammen, der Behandlung
in einem Tunneldurchlaufofen zur Erhöhung/Aufrechterhaltung der
Temperatur der Brammen und dem abschließenden Walzen bis hin zum gewickelten
Band hergestellt werden. Die Probleme, die mit der Anwendung des
genannten Verfahrens zur Herstellung kornorientierter Produkte einhergehen,
bestehen hauptsächlich
in der Schwierigkeit die hohen Temperaturen aufrechtzuerhalten und
zu regeln, die erforderlich sind, um die Elemente, die die zweiten
Phasen bilden, in Lösung zu
halten, die zu Beginn des abschließenden Heißwalzschritts fein kondensieren
müssen,
wenn die Endprodukte die gewünschte
bestmöglichen
mikrostrukturellen und magnetischen Eigenschaften aufweisen sollen.
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Das
Gießverfahren,
das möglicherweise
den höchsten
Rationalisierungsgrad der Prozesse und die größere Flexibilität bei der
Herstellung ermöglicht,
ist dasjenige, das in der direkten Herstellung von Bändern aus
dem flüssigen
Stahl besteht (Bandgießen)
und bei dem der Schritt des Heißwalzens
völlig
entfällt.
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Die
Erfinder sind überzeugt,
dass es für
ein Industrieprodukt nicht günstig
ist, eine Strategie zu verfolgen, bei der die Inhibitoren des Kornwachstums,
die zur Kontrolle der orientierten sekundären Rekristallisation erforderlich
sind, direkt mittels Kondensation erzeugt werden, die durch rasches
Abkühlen
des gegossenen Bands veranlasst wird, wie es in der aktuellen wissenschaftlichen
Literatur und in aktuellen Patenten vorgeschlagen wird. Der Grund
für diese
Auffassung ist die in der Fachwelt wohlbekannte Tatsache, dass die
Stärke der
notwendigen Inhibition (Rücktriebkraft
entgegen der Bewegung der Korngrenzen) hoch ist und auf einen begrenzten
Bereich (1800 – 2500
cm–1)
eingeschränkt
bleiben muss; anders gesagt, bei zu schwacher oder zu starker Inhibition
wird die Qualität
des Endprodukts beeinträchtigt.
Außerdem
muss die Inhibition sehr gleichmäßig über die
metallische Matrix verteilt sein; denn ein lokales Fehlen der notwendigen
Inhibitionsstärke
führt zu
Strukturdefekten, die die Qualität
der Endprodukte kritisch beeinträchtigen.
Dies gilt insbesondere, wenn hochqualitative Produkte (z.B. mit
B800>1900mT) herzustellen
sind.
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Darstellung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung löst
die vorstehend genannten Probleme durch ein industrielles Verfahren zur
Herstellung kornorientierter Elektrostahlbänder, wie es in Anspruch 1
definiert ist. Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung werden in den Ansprüchen 2 – 6 definiert.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die
Qualität,
die die gemäß Beispiel
1 erhaltenen Produkte aufweisen, ist in den beigefügten Abbildungen
dargestellt, wobei:
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1 die
Ergebnisse von Permeabilitätsmessungen
zeigt, die an 29 verschiedenen Bändern
als Funktion von der gemessenen primären Inhibition erhalten wurden;
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2 die
Streuung der genannten Permeabilitätsmessergebnisse für jedes
Band zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
der Erfindung
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Gemäß der Erfindung
ist es günstig,
den Gehalt an Inhibitoren (Verteilung zweiter Phasen) im Band vor
dem Kaltwalzen zu regeln, und zwar auf Werte unterhalb derjenigen,
die zur Kontrolle der sekundären
Rekristallisation erforderlich sind, um die Rekristallisationsstruktur
nach dem Walzen des Bands auf einem gleichmäßigen Niveau zu halten, damit
an allen Stellen des Bands selbst ein gleich bleibendes Verhalten
der Mikrostruktur unter der Wärmebehandlung
sichergestellt ist.
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Demnach
ist es wichtig, zwischen den Schritten des Gießens und des Kaltwalzens eine
homogene Verteilung von Inhibitoren herbeizuführen. Dies erlaubt eine größere Freiheit
bei der Wahl der industriellen Behandlungsbedingungen, unter denen
das Durchlaufglühen
des kalt gewalzten Bands erfolgt, und zwar sowohl hinsichtlich der
Regelung der Prozessparameter als auch hinsichtlich der anzuwendenden
Temperaturen.
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Tatsächlich führt ein
Fehlen oder eine zu geringe Menge von Kornwachstumsinhibitoren in
der Metallmatrix oder ihre inhomogene Verteilung dazu, dass selbst
kleine Fluktuationen der Glühparameter
(beispielsweise Bandgeschwindigkeit, Banddicke oder lokale Temperatur)
wegen der mikrostrukturellen Unregelmäßigkeit eine große Häufigkeit
von Qualitätsmängeln bewirken,
wobei eine starke Empfindlichkeit auf die die Bedingungen der Wärmebehandlung
besteht. Demgegenüber
verringert eine kontrollierte Menge gleichmäßig in der Matrix verteilter
Inhibitoren die Empfindlichkeit der Mikrostruktur auf die Prozessparameter
erheblich (Abbremsen der Bewegung der Korngrenzen) und erlaubt so
einen stabilen Prozess im industriellen Maßstab.
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Es
existiert keine metallurgisch begründete Grenze für die maximale
Inhibition im Band vor dem Walzen. Unter praktischen Gesichtspunkten
erkannten die Erfinder jedoch bei der Untersuchung unterschiedlicher Testbedingungen
wie Modifikationen der Legierungszusammensetzung, der Abkühlbedingungen
und so weiter, dass Inhibitionswerte über 1500 cm–1 für ein industrielles
Verfahren nicht günstig
sind, und zwar aus demselben Grund, aus dem auf dieser Stufe die
volle Inhibition, die zur Kontrolle der sekundären Rekristallisation erforderlich
ist (höher
als 1500 cm–1),
nicht günstig
ist.
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Werden
die genannten Inhibitionsstärken überschritten,
müssen
die Dimensionen der Kondensate stark verkleinert werden, und was
die Prozessregelung angeht, reagiert die erzeugte Inhibitionsstärke selbst auf
kleine Fluktuationen der Gieß-
und Behandlungsbedingungen sehr empfindlich. Tatsächlich ist
die Wirkung der Inhibitoren auf die Bewegung der Korngrenzen proportional
zur Oberfläche
der zweiten Phasen, die in der Matrix vorliegen. Diese Oberfläche ist
direkt proportional zum Volumenanteil der genannten zweiten Phasen und
umgekehrt proportional zu ihren Dimensionen. Es kann gezeigt werden,
dass der Volumenanteil der Kondensate bezogen auf ihre Löslichkeit
in der Metallmatrix bei derselben Zusammensetzung der Legierung
so von der Temperatur abhängt,
dass der Volumenanteil der in der Metallmatrix vorliegenden zweiten
Phasen umso kleiner ist, je höher
die Behandlungstemperatur ist. Ähnlich
stehen die Partikeldimensionen in direkter Beziehung zur Behandlungstemperatur.
Tatsächlich
neigen in einer Partikelverteilung die kleineren Partikel mit steigender
Temperatur dazu sich in der Matrix aufzulösen und dann wieder an den
größeren Partikeln
abgeschieden zu werden, wodurch sich deren Dimensionen vergrößern, wodurch
sich ihre gesamte Oberfläche
verringert (ein als Auflösung
und Wachstum bekannter Vorgang). Die beiden genannten Phänomene,
die in der Fachwelt wohlbekannt sind, steuern die Stärke der
Rücktriebkraft
einer Verteilung der zweiten Phasen in einer Wärmebehandlung. Mit ansteigender
Temperatur steigt auch die Geschwindigkeit, mit der sich die Stärke der Inhibition
verringert, wobei eine Abhängigkeit
von dem exponentiellen Zusammenhang zwischen der Temperatur und
den Phänomenen
der Auflösung
und der Diffusion besteht.
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Auf
der Grundlage zahlreicher Experimente, ausgehend vom direkten Stranggießen von
Siliziumstahlbändern,
an denen mittels Elektronenmikroskopie die durch lz
= 1,9 Fv/r (cm–1)ausgedrückte Inhibitionsstärke gemessen
wurde, wobei Fv der Volumenanteil der bei Temperaturen unter 800 °C stabilen
nichtmetallischen zweiten Phasen und r der mittlere Radius derselben
Kondensate in cm ist, stellten die Erfinder fest, dass die besten
Ergebnisse in dem Intervall 600 cm–1 < lz < 1500 cm–1 erzielt
werden.
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Es
konnte gezeigt werden, dass die primäre Rekristallisationsstruktur
unterhalb 600 cm–1 zu empfindlich auf
Prozessfluktuationen reagiert, insbesondere hinsichtlich Temperatur
und Banddicke, während
es bei Werten über
1500 cm–1 sehr
schwierig ist, ein gleichmäßiges Verhalten über das
gesamte Bandprofil sicherzustellen.
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Das
genannte Intervall für
die Inhibitionsstärke
(primäre
Inhibition) ist erforderlich für
die Kondensation zweiter Phasen, die zur Kontrolle der erfindungsgemäßen orientierten
sekundären
Rekristallisation (sekundäre Inhibition)
nötig ist.
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Die
Erfinder stellten fest, dass es zum Erzielen einer feinen und homogen
verteilten Kondensation von Partikeln zweiter Phasen, die zusammen
mit den bereits in der Matrix vorhandenen Inhibitoren den selektiven sekundären Rekristallisationsprozess
zu kontrollieren, günstig
ist, ein Element, das mit mikrolegierenden Elementen reagieren kann
und so die Kondensation zweiter Phasen herbeiführt, mittels Festphasendiffusion
in das Band, das die gewünschte
endgültige
Dicke besitzt, eindringen zu lassen. Es wurde festgestellt, dass Stickstoff
insofern das günstigste
Element ist, als er hinreichend stabile Nitride und Carbonitride
bildet, ein interstitielles Element ist, das also innerhalb der
metallischen Matrix sehr mobil ist und insbesondere viel mobiler ist
als die Elemente mit denen er zu Nitriden reagiert.
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Die
vorstehend genannte Eigenschaft erlaubt es günstige Behandlungsbedingungen
herzustellen, damit die erforderlichen Nitride über die gesamte Banddicke homogen
kondensieren.
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Das
Verfahren, nach dem während
des Glühens
der Bänder
eine nitrierende Atmosphäre
erzeugt wird, spielt keine Rolle. Um jedoch sicherzustellen, dass
die Diffusionsfront des Stickstoffs die gewünschte Inhibition zur Kontrolle
der orientierten sekundären
Rekristallisation bewirkt, ist das Vorhandensein gleichmäßig verteilter
mikrolegierender Elemente in der Metallmatrix nötig, die Nitride bilden, die
bei hohen Temperaturen stabil sind. Verfahrenstechnisch ist die
Verwendung von Gemischen der Zusammensetzung NH3 +
N2 + H2O sehr günstig, die
die es erlauben, die Menge des in das Stahlband diffundierenden
Stickstoffs problemlos zu modulieren, indem das Nitriervermögen, das
zu dem Verhältnis
pNH3/pH2 proportional
ist, und das Oxidationspotential, das zu dem Verhältnis pH2O/pH2 proportional
ist, gleichzeitig geregelt werden.
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Die
Nitriertemperatur kann gemäß der Erfindung
nicht niedriger als 800 °C
liegen. Tatsächlich
dominiert bei niedrigeren Nitriertemperaturen die Reaktion von Stickstoff
mit Silizium (das typischerweise in Mengen zwischen 3 und 4 Gewichtsprozent
vorliegt), so dass Siliziumnitride entstehen und den Stickstoff
an der Bandoberfläche
blockieren, ihn davon abhalten in den Kern des Bands einzudringen
und somit verhindern, dass eine homogene Verteilung von Inhibitoren über die
gesamte Dicke des Bands entsteht. Je höher der Siliziumgehalt in der
Matrix ist, desto höher
muss die Nitriertemperatur sein. Es gibt keine Obergrenze für die Nitriertemperatur,
und die Wahl der besten Temperatur wird durch einen Ausgleich zwischen
der gewünschten
Nitridverteilung und den Erfordernissen des Verfahrens bestimmt.
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Fehlt
in der Metallmatrix eine vorgegebene minimale und kontrollierte
Verteilung von Partikeln zweiter Phase (als primäre Inhibition) im Sinne der
vorliegenden Erfindung, ist die Möglichkeit der Nitrierung bei
hoher Temperatur begrenzt angesichts der Gefahr der Erzeugung temperaturaktivierter
lokaler und unerwünschter Veränderungen
der Mikrostruktur, die die Entwicklung von Heterogenitäten und
Defekten der endgültigen
Qualität
zur Folge haben. Demgegenüber
stellt das Vorhandensein einer vorgegebenen Inhibitionsstärke innerhalb des
vorstehend genannten Intervalls vor der Nitrierbehandlung die Stabilität der Mikrostruktur
selbst bei hohen Prozesstemperaturen sicher.
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Um
in dem Band eine solche Kondensation zweiter Phasen zu erreichen,
haben die Erfinder außer dem
Vorhandensein von Schwefel und/oder Stickstoff in begrenzten Mengen,
jedoch mehr als 30 ppm, die Gruppe bestehend aus Al, V, B, Nb, Ti,
Mn, Mo, Cr, Ni, Co, Cu, Zr, Ta, W ermittelt, aus der die Elemente
oder Mischungen aus ihnen an der Entstehung der Inhibition unterstützend beteiligt
sind, wenn sie in der chemischen Zusammensetzung des Stahls enthalten
sind. Analog verbessert sich die Homogenität der Mikrostruktur tendenziell,
wenn wenigstens eines der Elemente Sn, Sb, P, Se, Bi als mikrolegierender
Zusatz vorhanden ist.
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Die
Kontrolle der Verteilung der primären Inhibitoren und der Größe der sich
ergebenden Rücktriebkraft
wird gemäß der vorliegenden
Erfindung dadurch erreicht, dass zwischen den folgenden Verfahrensschritten
eine Balance hergestellt wir: (i) Konzentration der mikrolegierenden
Elemente und (ii) kontrollierte In-line-Verformung des gegossenen
Bands, bevor es gewickelt wird, innerhalb eines Intervalls von definierten Bedingungen
der Reduzierung der Dicke.
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Insbesondere
haben die Erfinder auf der Grundlage zahlreicher Labor- und Industrietests
an Bandgießanlagen
ermittelt, dass bei einer Reduzierung der Dicke um weniger als 15
% in der Matrix des gewalzten Bands unerwünschte Bedingungen inhomogener
Kondensation eintreten können,
vielleicht wegen unkontrollierter thermischer Gradienten und unregelmäßiger Deformationsmuster,
die dazu führen,
dass sich in bestimmten Zonen des Bands die Bedingungen für eine bevorzugte
Keimbildung der Partikel zweiter Phasen besonders leicht ansiedeln.
Es wurde auch eine obere Grenze der Deformation von 60 % bestimmt,
da oberhalb dieser Grenze keine Unterschiede in der Verteilung der
Kondensate gefunden wird und technische Probleme hinzukommen, die
auf Schwierigkeiten bei der Steuerung der Abfolge Gießen-Walzen-Wickeln
des Bands zurückgehen.
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Die
Kontrolle der Inhibitoren lässt
sich überdies
nicht bewerkstelligen, wenn die Temperatur, bei der die Dicke reduziert
wird, unter 750 °C
liegt, da das Abkühlen
vor dem Walzen dann dazu führt,
dass die spontane Kondensation vorherrscht und somit den Walzbedingungen
entgegenwirkt, unter denen sich die Inhibition signifikant kontrollieren
lässt.
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Die
vorliegende Erfindung macht jedoch keinen Gebrauch von einer Messung
der Inhibitionsstärke
als Faktor, der zur direkten On-line-Steuerung des Prozesses beträgt. Insbesondere
erhebt die vorliegende Erfindung Anspruch auf ein Verfahren zur
Herstellung kornorientierter Elektrostahlbänder, bei dem ein Siliziumstahl, der
wenigstens 30 ppm Schwefel und/oder Stickstoff sowie wenigstens
ein Element aus der Gruppe Al, V, Nb, B, Ti, Mn, Mo, Cr, Ni, Co,
Cu, Zr, Ta, W und wenigstens eine Element aus der Gruppe Sn, P,
Se, Bi enthält,
im Stranggussverfahren direkt in die Form eines Bands mit einer
Dicke von 1,5 bis 4,5 mm gebracht wird und kalt auf eine endgültige Dicke
von 0,15 bis 1,00 mm gewalzt wird, wobei das genannte kalt gewalzte
Band danach zur primären
Rekristallisation geglüht
wird, falls erforderlich in einer oxidierenden Atmosphäre zur Entkohlung des
Bands und/oder um eine kontrollierte Oberflächenoxidation desselben durchzuführen, gefolgt
von einem Glühschritt
zur sekundären
Rekristallisation bei Temperaturen, die höher als diejenigen für die primäre Rekristallisation
sind. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass im Verlauf
des Herstellungszyklus die folgende Gruppe von Schritten der Reihe
nach durchgeführt
wird:
- – Kühlzyklus
des erstarrten Bands, umfassend einen Schritt der Verformung bei
kontrollierter Temperatur, um in der Metallmatrix eine homogene
Verteilung nichtmetallischer zweiter Phasen zu erhalten, die in
der Lage sind, die Bewegung der Korngrenzen mit einer Rücktriebkraft
zu hemmen, die insbesondere in dem Intervall 600
cm–1 < lz < 1500 cm–1 liegt,
wobei lz durch lz = 1,9 Fv/r (cm–1)
definiert ist mit dem Volumenanteil Fv der nichtmetallischen zweiten Phasen,
die bei Temperaturen unter 800 °C
stabil sind, und mit dem mittleren Radius r der genannten Kondensate
in cm;
- – heißes In-line-Walzen
des genannten Bands zwischen seiner Erstarrungsphase und seinem
Wickeln, wobei die Dicke bei einer Temperatur über 750 °C um 15 bis 60 reduziert wird;
optionales Glühen
des Bands nach dem Abkühlen;
- – einstufiges
Kaltwalzen oder mehrstufiges Kaltwalzen mit Zwischenglühen, wobei
die Dicke in wenigsten einem dem Walzdurchgänge um 60 bis 92 % reduziert
wird;
- – Durchlaufglühen zur
primären
Rekristallisation des kalt gewalzten Bands bei einer Temperatur
zwischen 750 und 1100 °C,
wobei der Stickstoffgehalt in der Metallmatrix mittels einer nitrierenden
Atmosphäre
um wenigstens 30 ppm im Bandkern gegenüber dem Wert nach dem Gießen erhöht wird;
- – Glühen zur
orientierten sekundären
Rekristallisation bei einer Temperatur, die höher ist, als diejenige, bei der
die primäre
Rekristallisation durchgeführt
wurde.
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Die
folgenden Beispiele dienen ausschließlich dem Zweck der Illustration
und schränken
die Erfindung und ihren relevanten Geltungsbereich in keiner Weise
ein.
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Beispiel 1
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Eine
Anzahl von Stahlzusammensetzungen wurde als Band gegossen durch
Erstarren zwischen zwei gegensinnig rotierenden gekühlten Walzen,
beginnend mit Legierungen mit Gehalten von 2,8 bis 3,5 % Si, 30 bis
300 ppm S und 100 ppm N und unterschiedlichen Mengen mikrolegierender
Elemente entsprechend Tabelle 1 (Konzentrationen in ppm):
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Alle
Bänder
wurden vor dem Wickeln entsprechend einem definierten Verformungsprogramm
kontinuierlich gewalzt, so dass jedes Band eine Abfolge von Abschnitten
mit abnehmender Dicke umfasste, wobei die Reduzierung der Dicke
immer stärker
wurde und zwischen 5 und 50 % lag. Alle Bänder wurden mit einer Dicke zwischen
3 und 4,5 mm bei unterschiedlichen Gießgeschwindigkeiten gegossen,
wobei die Temperaturen der Bänder
zu Beginn des Walzens zwischen 790 und 1120 °C lagen. Die Abschnitte unterschiedlicher
Dicke eines jeden Bands wurden abgeschnitten und separat zu kleinen
Rollen gewickelt; jeder Abschnitt wurde mittels Elektronenmikroskopie
detailliert charakterisiert, um die jeweils erhaltene Verteilung
der zweiten Phasen zu ermitteln, woraus der Mittelwert der Inhibitionsstärke lz erfindungsgemäß in cm–1 berechnet
wurde.
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1 zeigt
die Ergebnisse der Charakterisierung, angeordnet nach ansteigenden
Messwerten für
die primäre
Inhibition.
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Die
getesteten Materialien wurden dann im Labormaßstab zu fertigen Bändern von
0,22 mm Dicke umgeformt, wobei der folgende Zyklus angewendet wurde:
- – Kaltwalzen
auf 1,9 mm Dicke;
- – 1
Minute Glühen
bei 850 °C
in trockenem Stickstoff;
- – Kaltwalzen
auf 0,22 mm Dicke;
- – Durchlaufglühen umfassend
die Schritte der Rekristallisation und der Nitrierung, und
zwar
nacheinander in feuchter Wasserstoff-/Stickstoffatmosphäre mit einem
Verhältnis
pH2O/pH2 von 0,58 bei
Temperaturen von 830, 850 bzw. 870 °C über 180 s zur primären Rekristallisation
und in feuchter Wasserstoff-/Stickstoffatmosphäre unter Zusatz von Ammoniak
mit einem Verhältnis
pH2O/pH2 von 0,15
und einem Verhältnis
pNH3/pH2 von 0,2
bei 830 °C über 30 s;
Beschichtung
der Bänder
mit einem Glühseparator
auf MgO-Basis und Kastenglühen
in Wasserstoff + Stickstoff mit einer Erhitzungsgeschwindigkeit
von 40 °C/h
von 700 auf 1200 °C,
20-stündigem
Verweilen bei 1200 °C
in Wasserstoff und anschließendes
Abkühlen.
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Von
jedem Band wurden Proben für
eine Labormessung der magnetischen Eigenschaften genommen.
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Außerhalb
des Intervalls, das gemäß der Erfindung
für die
primäre
Inhibition einzuhalten ist, ist die als magnetische Permeabilität gemessene
Orientierung der Endprodukte (2) entweder
zu schwach oder zu instabil.
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Beispiel 2
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Stahl
enthaltend: Si 3,1 Gew.-%; C 300 ppm; Alsol 240
ppm; N 90 ppm; Cu 1000 ppm; B 40 ppm; P 60 ppm; Nb 60 ppm; Ti 20
ppm; Mn 700 ppm; S 220 ppm wurde als Band gegossen, 30 s bei 1100 °C geglüht, ab 800 °C in Wasser
und Dampf abgeschreckt, gebeizt, geschliffen und dann auf fünf Rollen
verteilt. Die Dicke des Bands betrug anfangs 3,8 mm und wurde vor
dem Wickeln durch Walzen auf 2,3 mm reduziert, wobei die Temperatur
zu Beginn des Walzens über
die gesamte Länge
des Bands 1050–1080 °C betrug.
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Jede
der fünf
Rollen wurde anschließend
auf eine Dicke von ungefähr
0,30 mm nach dem folgenden Schema kalt gewalzt:
eine erste
Rolle (A) wurde direkt auf eine Dicke von 0,28 mm gewalzt;
die
zweite Rolle (B) wurde direkt auf eine Dicke von 0,29 mm gewalzt
bei einer Walztemperatur an der 3°-,
4°- und
5°-Passage
von ungefähr
200 °C;
die
dritte Rolle (C) wurde kalt auf eine Dicke von 1,0 mm gewalzt, 60
s bei 900 °C
geglüht
und dann kalt auf eine Dicke von 0,29 mm gewalzt;
die vierte
Rolle (D) wurde kalt auf eine Dicke von 0,8 mm gewalzt, 40 s bei
900 °C geglüht und dann
kalt auf eine Dicke von 0,30 mm gewalzt;
die fünfte Rolle
(E) wurde kalt auf eine Dicke von 0,6 mm gewalzt, 30 s bei 900 °C geglüht und dann
kalt auf eine Dicke von 0,29 mm gewalzt.
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Jede
der vorstehend genannten kalt gewalzten Rollen wurde in eine Anzahl
von kürzeren
Bändern
geteilt und dann in einer kontinuierlichen Pilotlinie behandelt,
um unterschiedliche Zyklen des Glühens zur primären Rekristallisation,
der Nitrierung und des Glühens
zur sekundären
Rekristallisation zu simulieren. Jedes Band wurde nach dem folgenden
Schema behandelt:
- – die erste Behandlung des
Glühens
zur primären
Rekristallisation wurde bei drei verschiedenen Temperaturen, nämlich 840,
860 und 880 °C,
in einer feuchten Wasserstoff-/Stickstoffatmosphäre mit einem Verhältnis pH2O/pH2 von 0,62 für eine Dauer
von 180 s (von denen 50 s auf die Heizphase entfielen) durchgeführt;
- – die
zweite Behandlung zur Nitrierung wurde in einer feuchten Wasserstoff-/Stickstoffatmosphäre mit einem
Verhältnis
pH2O/pH2 von 0,1
und einem Zusatz von 20 % Ammoniak für eine Dauer von 50 s durchgeführt;
- – die
dritte Behandlung zur sekundären
Rekristallisation wurde bei 1100 °C
in einer feuchten Wasserstoff-/Stickstoffatmosphäre mit einem Verhältnis pH2O/pH2 von 0,01 für eine Dauer
von 50 s durchgeführt.
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Nach
der Beschichtung der Bänder
mit einem Glühseparator
auf der Basis von MgO erfolgte Kastenglühen der Bänder durch Erhitzen mit einer
Geschwindigkeit von ungefähr
100 °C/h
auf 1200 °C
in einer Atmosphäre
aus 50 % Wasserstoff + Stickstoff, wobei diese Temperatur 3 h lang
in reinem Wasserstoff gehalten wurde, gefolgt von einem ersten Abkühlen auf
800 °C in
Wasserstoff und dann auf Raumtemperatur in Stickstoff. Die an den
wie vorstehend beschrieben behandelten Bändern gemessenen magnetischen
Eigenschaften B800 in Tesla sind in Tabelle 2 aufgeführt.
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Beispiel 3
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Das
entsprechend dem vorstehend definierten Zyklus B gewalzte Band wurde
unter einer weiteren Gruppe von Behandlungsbedingungen behandelt,
wobei für
die Kondensation der sekundären
Inhibition durch Nitrieren unterschiedliche Temperaturen gewählt wurden.
Das Band durchlief zuerst Glühen
zur primären
Rekristallisation bei einer Temperatur von 880 °C unter denselben allgemeinen
Bedingungen wie in Beispiel 2; danach wurde das Glühen zur
Nitrierung bei den Temperaturen 700, 800, 900, 1000, 1100 °C durchgeführt. Jedes
Band wurde dann wie in Beispiel 2 in ein fertiges Produkt geformt,
beprobt und gemessen. Die gemessenen magnetischen Eigenschaften
(B800, mT) sind zusammen mit einigen chemischen Informationen in
Tabelle 3 aufgeführt.
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Beispiel 4
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Es
wurde ein Siliziumstahl hergestellt mit folgenden Bestandteilen:
Si 3,0 Gew.-%; C 200 ppm; Alsol 265 ppm;
N 40 ppm; Mn 750 ppm; Cu 2400 ppm; S 280 ppm; Nb 50 ppm; B 20 ppm;
Ti 30 ppm.
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Ein
mit einer Dicke von 4,6 mm gegossenes Band wurde in-line auf eine
Dicke von 3,4 mm heiß gewalzt,
bei einer mittleren Temperatur von ungefähr 820 °C gewickelt und in vier kürzere Bänder geteilt.
Zwei der genannten Bänder
wurden in zwei Stufen kalt auf eine Dicke von 0,60 mm gewalzt, wobei
an dem 1 mm dicken Band 120 s ein Zwischenglühen bei 900 °C vorgenommen
wurde. Die beiden anderen Bänder
wurden in einer Stufe von 3,0 mm ausgehend auf dieselbe Dicke gewalzt.
Alle Bänder
wurden dann bei 880 °C
in einer Wasserstoff-/Stickstoffatmosphäre mit einem Taupunkt von 67,5 °C zur primären Rekristallisation
geglüht.
Danach wurden die genannten Bänder
in einer Wasserstoff-/Stickstoffatmosphäre nitriert, der 10 % Ammoniak zugesetzt
war und die einen Taupunkt von 15 °C besaß. Die Bänder wurden dann mit einem
Glühseparator
auf MgO-Basis beschichtet, darauf erfolgte Kastenglühen mit
einem Temperaturanstieg von 750 auf 1200 °C in 35 Stunden in einer Wasserstoff-/Stickstoffatmosphäre, und
nach 15-stündigem Verharren
bei dieser Temperatur wurden die Bänder abgekühlt. Die magnetischen Eigenschaften
der erhaltenen Endprodukte sind in Tabelle 4 aufgeführt.
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