DE60211542T2

DE60211542T2 - Verfahren zum kontinuierlichen giessen von elektrostahlband mit kontrollierter sprühkühlung

Info

Publication number: DE60211542T2
Application number: DE60211542T
Authority: DE
Inventors: W. Jerry Middletown SCHOEN; S. Robert Fairfield WILLIAMS; S. Glenn Monroe HUPPI
Original assignee: AK Steel Properties Inc
Current assignee: Cleveland Cliffs Steel Properties Inc
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2007-05-03
Anticipated expiration: 2022-09-14
Also published as: AU2002326892B2; KR20040047813A; WO2003023074A1; BR0212482A; JP4411069B2; JP2005502471A; MXPA04002419A; US6739384B2; RU2290448C2; PL368033A1; ATE326553T1; CA2459471A1; CN1289694C; DE60211542D1; CA2459471C; KR100728416B1; PL197123B1; US20030062147A1; EP1436432B1; BR0216054B1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Elektrostahlband mit guten magnetischen Eigenschaften aus einem kontinuierlich gegossenen, dünnen Band. Das gegossene Band wird auf eine Weise abgekühlt, durch die ein Kornwachstuminhibitor, der zur Entwicklung der Kornorientierung durch das Verfahren des sekundären Kornwachstums benötigt wird, als feine und gleichmäßig dispergierte Phase ausgefällt wird. Die durch die vorliegende Erfindung hergestellten gegossenen Bänder zeigen sehr gute physikalische Eigenschaften.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Kornorientierte Elektrostahlbänder sind durch den Typ der verwendeten Kornwachstuminhibitoren, die verwendeten Verfahrensschritte und dem Niveau an entwickelten magnetischen Eigenschaften gekennzeichnet. Typischerweise werden kornorientierte Elektrostähle in zwei Klassifikationen, die herkömmliche (oder reguläre) kornorientierte und hochpermeabilitätskornorientierte, auf Basis des Niveaus der in dem fertig hergestellten Stahlblatt erhaltenen magnetischen Permeabilität aufgeteilt. Die magnetische Permeabilität von Stahl wird typischerweise bei einer Magnetfeldstärke von 796 A/m gemessen und stellt ein Maß der Qualität der (110)[001] Kornorientierung, wie unter Verwendung der Millers-Indizes gemessen, in dem fertig hergestellten, kornorientiertem Elektrostahl bereit.
Herkömmliche, kornorientierte Elektrostähle weisen typischerweise eine Magnetpermeabilität, gemessen bei 796 A/m, von größer als 1700 und unterhalb 1880 auf. Reguläre kornorientierte Elektrostähle enthalten typischerweise Mangan und Schwefel (und/oder Selen), die sich vereinigen, um den bzw. die Hauptkornwachstuminhibitor(en) zu bilden, und werden unter Verwendung von einem oder zwei kalten Reduktionsschritten mit einem Glühschritt verarbeitet, der typischer weise zwischen den Kaltreduktionsschritten eingesetzt wird. Aluminium beträgt im Allgemeinen weniger als 0,005%, und andere Elemente, wie beispielsweise Antimon, Kupfer, Bor und Stickstoff können verwendet werden, um das Inhibitorsystem zur Bereitstellung von Kornwachstuminhibition zu ergänzen. Herkömmliche kornorientierte Elektrostähle sind im Stand der Technik wohl bekannt. Die U.S. Patente 5,288,735 und 5,702,539 (die beide hier unter Bezugnahme mit einbezogen sind) beschreiben beispielhafte Verfahren zur Herstellung eines herkömmlichen, kornorientierten Elektrostahls, bei denen jeweils ein oder zwei Kaltreduktionschritte verwendet werden.
Kornorientierte Elektrostähle mit hoher Permeabilität weisen typischerweise eine Magnetpermeabilität, gemessen bei 796 A/m, von größer als 1880 und unterhalb von 1980 auf. Kornorientierte Elektrostähle mit hoher Permeabilität enthalten typischerweise Aluminium und Stickstoff, die sich vereinigen, um den Hauptkornwachstuminhibitor mit einem oder zwei Kaltreduktionsschritten zu bilden, wobei typischerweise ein Glühschritt vor dem Kaltreduktionsschritt verwendet wird. In vielen beispielhaften Verfahren zur Herstellung von kornorientierten Elektrostählen mit hoher Permeabilität gemäß dem Stand der Technik werden andere Zusätze eingesetzt, um die Kornwachstuminhibition der Aluminiumnitridphase zu ergänzen. Derartige beispielhafte Zusätze umfassen Mangan, Schwefel und/oder Selen, Zinn, Antimon, Kupfer und Bor. Kornorientierte Elektrostähle mit hoher Permeabilität sind in dem Stand der Technik wohl bekannt. Die U.S. Patente 3,853,641 und 3,287,183 beschreiben beispielhafte Verfahren zur Herstellung eines kornorientierten Elektrostahls mit hoher Permeabilität.
Kornorientierte Elektrostähle werden typischerweise unter Verwendung von Barren oder kontinuierlich gegossenen Gussblöcken als dem Ausgangsmaterial hergestellt. Unter Verwendung gegenwärtiger Herstellungsverfahren werden kornorientierte Elektrostähle verarbeitet, wobei die gegossenen Ausgangsgussblöcke oder Barren auf eine erhöhte Temperatur, typischerweise in dem Bereich von etwa 1200°C bis etwa 1400°C erhitzt und auf eine typische Dicke von etwa 1,5 mm bis etwa 4,0 mm heißgewalzt werden, die für eine weitere Verarbeitung geeignet ist.
Das Gussblockwiederaufheizen in gegenwärtigen Verfahren zur Herstellung von kornorientierten Elektrostählen dient dazu, die Kornwachstuminhibitoren zu lösen, die anschließend zur Bildung einer feinen, dispergierten Kornwachstuminhibitorphase ausgefällt werden. Die Inhibitorausfällung kann während oder nach dem Schritt des Heißwalzens, Glühens des heißgewalzten Bandes und/oder Glühens des kaltgewalzten Bandes durchgeführt werden. Der zusätzliche Schritt des Unterteilungs- bzw. Breakdownwalzens des Gussblocks oder Barrens vor dem Erhitzen des Gussblocks oder Barrens bei der Vorbereitung zum Heißwalzen kann zur Bereitstellung eines heißgewalzten Bandes eingesetzt werden, das Mikrostruktureigenschaften aufweist, die zur Entwicklung eines kornorientierten Elektrostahls von hoher Qualität besser geeignet sind, nachdem eine weitere Verarbeitung vollendet ist. Die U.S. Patente 3,764,406 und 4,718,951 (die beide hier unter Bezugnahme mit einbezogen sind) beschreiben beispielhaft Verfahren gemäß des Standes der Technik zum Breakdownwalzen, Gussblockwiedererhitzen und Heißbandwalzen, die zur Herstellung von kornorientierten Elektrostählen verwendet werden.
Typische zur Verarbeitung von kornorientierten Elektrostählen verwendete Verfahren können Heißbandwalzen, Beizen des heißgewalzten oder heißgewalzten und geglühten Bandes, ein oder mehr Kaltwalzschritte, einen normalisierenden Glühschritt zwischen den Kaltwalzschritten und einen Abkohlungsglühschritt zwischen Kaltwalzschritten oder nach dem Kaltwalzen auf eine Enddicke umfassen. Das abgekohlte Band wird anschließend mit einer Glühseparatorschicht beschichtet und anschließend einem Hochtemperatur-Endglühschritt unterworfen, wobei die (110)[001] Kornorientierung entwickelt wird.
Ein Bandgussverfahren wäre zur Herstellung eines kornorientierten Elektrostahls vorteilhaft, weil eine Anzahl der herkömmlichen Verfahrensschritte ausgeschlossen werden kann, die zur Herstellung eines Bandes verwendet werden, das zur weiteren Verarbeitung geeignet ist. Die Verarbeitungsschritte, die ausgeschlossen werden können, umfassen Gussblock- oder Barrengießen, Gussblock- oder Barrenwiedererhitzen, Gussblock- oder Barrenbreakdownwalzen, Warrmschruppen bzw. -schleifen und Warmbandwalzen, sind aber nicht darauf beschränkt. Band gießen ist im Stand der Technik bekannt und ist, zum Beispiel, in den folgenden U.S. Patenten 6,257,315; 6,237,673; 6,164,366; 6,152,210; 6,129,136; 6,032,722; 5,983,981; 5,924,476; 5,871,039; 5,816,311; 5,810,070; 5,720,335; 5,477,911; und 5,049,204 beschrieben. Beim Einsetzen eines Bandgussverfahrens werden wenigstens eine Gusswalze und, bevorzugt, ein Paar gegensätzlich rotierender Gusswalzen verwendet, um ein Band herzustellen, das eine Dicke von weniger als etwa 10 mm, bevorzugt eine Dicke von weniger als etwa 5 mm, und noch bevorzugter eine Dicke von etwa 3 mm, aufweist. Die Anwendung von Bandgießen zur Herstellung von kornorientierten Elektrostählen unterscheidet sich von Verfahren, die zur Herstellung von rostfreien Stählen und unlegierten Stählen etabliert sind, aufgrund der technisch komplexen Rollen des Kornwachstuminhibitorsystems (wie beispielsweise MnS, MnSe, AIN und dergleichen), der Kornstruktur und der kristallographische Beschaffenheit, die zur Herstellung der gewünschten (110)[001] Beschaffenheit durch sekundäres Kornwachstum essentiell sind.
Das Bandgussverfahren, das in der US-A-5 049 204 offenbart ist, umfasst kontinuierliches Gießen und Quench-Verfestigen eines Bandes aus kornorientiertem Elektrostahl mit einer Dicke von 0,7 bis 3 mm. Eine Abkühlgeschwindigkeit für die sekundäre Abkühlung bei Vertestigung von größer als 10°C/Sek oder größer als 50°C/Sek zum Erhalten einer vollständigen sekundären Umkristallisierung nach einem Kaltwalzen wird angenommen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Elektrostahl aus einem gegossenen Band, bei dem ein schnelles sekundäres Abkühlen des gegossenen Bandes eingesetzt wird, um die Ausfällung der kornwachstuminhibierenden Phasen zu steuern. Das Abkühlverfahren kann durch die direkte bzw. gerichtete Anwendung von Kühlsprühungen, direktem bzw. gerichtetem Kühlluft/Wassersprühregen, oder Prallabkühlung des gegossenen Bandes auf feste Medien, wie beispielsweise einem Metallgurt oder -blatt durchgeführt werden. Weil das gegossene Band typischerweise unter Verwendung eines Doppel walzenbandgießers hergestellt wird, können alternative Verfahren unter Verwendung einer einzigen Gusswalze oder eines gekühlten Gussgurtes ebenfalls zur Herstellung eines gegossenen Bandes mit einer Dicke von etwa 10 mm oder weniger verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines kornorientiertem Elektrostahls bereit, das die Schritte umfasst:

(a) Bilden eines kontinuierlich gegossenen Elektrostahlbandes mit einer Dicke von nicht größer als etwa 10 mm;
(b) Abkühlen des Bandes auf eine Temperatur unterhalb 1400°C, so dass es wenigstens teilweise verfestigt wird;
(c) Durchführen einer zweistufigen sekundären Abkühlung, umfassend eine anfängliche sekundäre Abkühlung an dem verfestigten Band auf eine Temperatur von 1150°C bis 1250°C; und
(d) weiterhin umfassend ein anschließendes Durchführen von einer schnellen sekundären Abkühlung an dem Stahlband, wobei das Band bei einer Geschwindigkeit von etwa 65°C/Sekunde bis etwa 150°C/Sekunde auf eine Temperatur abgekühlt wird, die nicht größer ist als etwa 950°C.

In einer Ausführungsform dieser Erfindung wird das durch das vorangehende Verfahren hergestellte Stahlband bei einer Temperatur unterhalb etwa 850°C, bevorzugt unterhalb etwa 800°C, gewickelt.
Dieses Verfahren stellt einen kornorientierten Elektrostahl mit der geeigneten Kornorientierung bereit, und stellt ebenfalls Stahl mit guten physikalischen Eigenschaften, wie beispielsweise verminderter Rissbildung, bereit.
Der Klarheit halber wird die Abkühlgeschwindigkeit während der Verfestigung als die Geschwindigkeit erachtet, bei der das geschmolzene Metall durch die Gusswalze oder -walzen abgekühlt wird, wobei das im Wesentlichen verfestigte, gegossene Band auf eine Temperatur bei oder oberhalb von etwa 1350°C abgekühlt wird. Die sekundäre Abkühlung des gegossenen Bandes wird als in zwei Stufen geteilt erachtet: (i) ein anfängliches sekundäres Abkühlen wird nach der Verfestigung auf einen Temperaturbereich von etwa 1150 bis 1250°C ausgeführt, und, (ii) eine schnelle sekundäre Abkühlung wird eingesetzt, nachdem das Band von der anfänglichen Abkühlung entladen wurde und dient zur Steuerung der Ausfällung der in dem Stahl vorhandenen, kornwachstuminhibierenden Phase(n).
Vor der Einleitung der schnellen sekundären Abkühlung stellt die vorliegende Erfindung eine Verlangsamung der Geschwindigkeit der anfänglichen sekundären Abkühlung des gegossenen Bandes bereit, um der Bandtemperatur zu erlauben, sich vor dem Einleiten der schnellen sekundären Abkühlung auszugleichen. Zum Beispiel kann das gegossene und verfestigte Band in eine isolierte Kammer (siehe 1) entladen und/oder durch eine isolierte Kammer (siehe 1) durchgeführt werden, um die anfängliche Abkühlgeschwindigkeit zu verlangsamen und/oder die Bandtemperatur nach der Verfestigung auszugleichen. Obwohl es in der Praxis der vorliegenden Erfindung nicht kritisch ist, kann eine nicht-oxidierende Atmosphäre optional in der Kammer verwendet werden, um eine Oberflächenaufblätterung zu minimieren, dadurch wird das Aufrechterhalten eines geringen Emissionsvermögens unterstützt, das weiterhin die Geschwindigkeit des anfänglichen sekundären Abkühlens verlangsamt, das dem schnellen sekundären Abkühlen der vorliegenden Erfindung vorangeht. Die Erfindung erlaubt, dass das schnelle sekundäre Abkühlen des verfestigten Bandes bei einem im Wesentlichen größeren Abstand von der Bandgießmaschine ausgeführt wird, wobei dadurch eine Isolierung der Bearbeitung des flüssigen Stahls und der Bandgießausrüstung von der Ausrüstung zu schnellen sekundären Abkühlen bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann irgendeine negative Interaktion zwischen den Medien, die für das schnelle sekundäre Abkühlungsverfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, und der Bearbeitung des flüssigen Stahls und/oder dem Bandgießverfahren und/oder der Ausrüstung minimiert werden. Zum Beispiel muss, wenn eine Wassersprühung und/oder ein Wasser/Luft-Dampf als die Abkühlmedien verwendet werden, die Ausrüstung für den flüssigen Stahl und/oder für das Bandgießen vor irgendeinem Dampf geschützt werden, der sich als Resultat des schnellen sekun dären Abkühlens bildet. Weiterhin wird das Durchführen von sowohl dem anfänglichen als auch dem schnellen sekundären Abkühlen in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre Metallausbeuteverluste aufgrund von Oxidation des Bandes während des Abkühlens minimieren.
Während der Verfestigung wird das flüssige Metall bei einer Geschwindigkeit von etwa 100°C/Sekunde abgekühlt, um ein gegossenes und verfestigtes Band mit einer Temperatur oberhalb von etwa 1300°C bereitzustellen. Das gegossene Band wird anschließend auf eine Temperatur von etwa 1150°C bis etwa 1250°C bei einer Geschwindigkeit von wenigstens etwa 10°C/Sekunde abgekühlt, wonach das Band dem schnellen sekundären Abkühlen unterworfen wird, um die Bandtemperatur von etwa 1250°C bis etwa 850°C zu vermindern. In der breiten Praxis dieser Erfindung wird das schnelle sekundäre Abkühlen bei einer Geschwindigkeit von wenigstens etwa 65°C/Sekunde durchgeführt, während eine bevorzugte Abkühlgeschwindigkeit wenigstens etwa 75°C/Sekunde ist, und eine bevorzugtere Geschwindigkeit wenigstens etwa 100°C/Sekunde ist. Das gegossene und abgekühlte Band kann bei einer Temperatur unterhalb von etwa 800°C zur weiteren Verarbeitung gewickelt werden.
Bei der Durchführung der Erfindung wurden mehrere Verfahren für das schnelle sekundäre Abkühlen, wie beispielsweise gerichtetes bzw. direktes Aufprallkühlen, um eine Abkühlgeschwindigkeit bei oder oberhalb von etwa 150°C/Sekunde bereitzustellen, oder Wassersprühkühlen eingesetzt, um eine Abkühlgeschwindigkeit bei oder oberhalb von etwa 75°C/Sekunde bereitzustellen. Weiterhin wurde bei der Entwicklung der vorliegenden Erfindung gefunden, dass ein Herstellen eines gegossenen und schnell abgekühlten Elektrostahlbandes mit guten mechanischen und physikalischen Eigenschaften die Geschwindigkeit des schnellen sekundären Abkühlens einschränken kann. Ein schnelles sekundäres Abkühlen bei Geschwindigkeiten oberhalb von etwa 100°C/Sekunde erfordert, dass das Band auf eine Weise abgekühlt wird, die verhindert, dass sich bedeutende Temperaturunterschiede während des Abkühlens entwickeln, weil festgestellt wurde, dass die durch unterschiedliches Abkühlen erzeugte Belastung zu Reißen des gegossen Bandes führt, was das gegossene Band für eine weitere Verarbeitung unverwendbar macht.
Die Bedingungen für das schnelle sekundäre Abkühlen des Stahlbandes können unter Verwendung eines Systems gesteuert werden, das eine Sprühdüsenbauart umfasst, wobei das schnelle Abkühlen durch Erzeugen einer gewünschten Wassersprühdichte bereitgestellt wird. Die Sprühdichte kann durch die Wasserdurchflussgeschwindigkeit, die Anzahl an Sprühdüsen, die Düsenkonfiguration und -typ, Sprühwinkel und Länge der Abkühlzone gesteuert werden. Es wurde festgestellt, dass eine Wassersprühdichte von etwa 125 Litern pro Minute pro Quadratmeter der Oberfläche(l/[min-m²]) bis etwa 450 l/[min-m²] die gewünschte Abkühlgeschwindigkeit bereitstellt. Weil es schwierig ist, die Bandtemperatur während dem Wassersprühkühlen aufgrund der Variationen in und Turbulenzen des Wasserfilms, der auf dem Band aufgebracht wird, zu überwachen, werden typischerweise Wassersprühdichtemessungen verwendet.
Der Ausdruck "Band" wird in dieser Beschreibung verwendet, um das Elektrostahlmaterial zu beschreiben. Es gibt keine Einschränkungen für die Breite des gegossenen Materials mit der Ausnahme durch die Einschränkung durch die Breite der Gussoberflächen der Walze(n). Das gegossene und abgekühlte Band wird typischerweise unter Verwendung von Warm- und/oder Kaltwalzen des Bandes, Glühen des Bandes vor dem Kaltwalzen zu einer Enddicke in ein oder mehreren Schritten, Glühen zwischen Kaltwalzstufen, wenn mehr als ein Kaltreduktionsschritt verwendet wird, Abkohlglühen des schließlich kaltgewalzten Bandes, um den Kohlenstoffgehalt auf weniger als etwa 0,003% zu erniedrigen, Aufbringen einer Glühseparatorschicht, wie beispielsweise Magnesia, und einem Endglühschritt weiter verarbeitet, bei dem die (110)[001] Kornorientierung durch das Verfahren des sekundären Kornwachstums entwickelt wird und die magnetischen Endeigenschaften erzeugt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine einfache Ausführung für einen Doppeltrommeigießer, um die Verwendung des Verfahrens der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Entwicklung der (110)[001] Kornorientierung ist beim Erreichen der gewünschten magnetischen Eigenschaften in einem herkömmlichen Elektrostahlband oder kornorientierten Elektrostahlband mit hoher Permeabilität wichtig. Um eine derartige Kornorientierung zu erreichen, müssen bestimmte Bedingungen erfüllt sein. Diese umfassen: (i) das Vorhandensein von Kernkörnern mit einer Orientierung bei oder nahe (110)[001]; (ii) das Vorhandensein einer primären umkristallisierten Struktur mit einer Verteilung von kristallinen Orientierungen, die das Wachstum von (110)[001] Kernen fördern; und (iii) ein Mittel zum Verzögern des primären Körnerwachstums der nicht-(110)[001]-orientierten Körnern und Erlauben, dass die (110)[001]-orientierten Körner bevorzugt wachsen und die nicht-(110)[001]-orientierten Körner verbrauchen. Der Einschluss einer feinen, gleichmäßigen Dispersion von Inhibitorpartikeln, wie beispielsweise MnS und/oder AIN, ist ein übliches Mittel zum Erreichen derartiger Kornwachstuminhibition.
Die Abkühlgeschwindigkeiten, die durch gegenwärtige herkömmliche Verfahren für Gussblock- oder Barrengießen bereitgestellt sind, stellen ein sehr langsames Abkühlen während und nach dem Verfestigen bereit, was zu der Ausfällung der Inhibitorphase(n) als ein grobkörniges Partikel führt. Bei der Anwendung von Bandgießen zur Herstellung von kornorientierten Elektrostählen kann die Bildung der grobkörnigen Inhibitorpartikelphase, die allgemein in Barren und kontinuierlichen Gussblockgießen gefunden wird, durch Steuern des Abkühlens des gegossenen Bandes vermieden werden. Dementsprechend kann(können) die Inhibitorphase(n) in feiner und dispergierter Form in dem gegossenen und abgekühlten Band ausfallen, wobei dadurch der Bedarf an einer Hochtemperaturgussblockwiederaufhei zungsbehandlung zum Lösen der kornwachstuminhibierenden Phase(n) ausgeschlossen wird.
Für die vorliegende Erfindung kann der flüssige Stahl in einer Bandform unter Verwendung von entweder einer oder zwei gegensätzlich drehender Gusswalzen oder -trommeln (oder Doppelwalzen) verfestigt werden, auf einen beweglichen Abkühlgurt oder ein Band oder einer Kombination davon gegossen werden. In einem typischen Verfahren der vorliegenden Erfindung wird das gegossene Stahlband unter Verwendung einer Doppelwalzengießmaschine hergestellt. In einem derartigen Verfahren wird der flüssige Stahl typischerweise bei einer Temperatur oberhalb von 1500°C bei einer Geschwindigkeit von wenigstens etwa 100°C/Sekunde abgekühlt, um ein gegossenes und verfestigtes Band bereitzustellen, wobei das gegossene Band die Doppelwalzengießmaschine bei einer Temperatur von etwa 1350°C verlässt. Nach dem Verfassen der Gusswalze(n) wird das Band bei einer Geschwindigkeit von wenigstens 10°C/Sekunde auf eine Temperatur von etwa 1250°C bis etwa 1150°C weiterhin abgekühlt, wobei bei dieser Temperatur das gegossene Band dem schnellen sekundären Abkühlen bei einer Geschwindigkeit von größer als etwa 65°C/Sekunde; und bevorzugt größer als etwa 70°C/Sekunde; bevorzugter größer als etwa 75°C/Sekunde; und, am meisten bevorzugt bei einer Geschwindigkeit von größer als etwa 100°C/Sekunde unterworfen wird, um die Bandtemperatur auf unterhalb von etwa 950°C; bevorzugt unterhalb etwa 850°C; bevorzugt unterhalb etwa 800°C; und, bevorzugter unterhalb etwa 750°C; und am meisten bevorzugt unterhalb etwa 700°C, zu erniedrigen. Die Zeit, die für ein schnelles sekundäres Abkühlen erforderlich ist, ist eine Funktion der Herstellungsgeschwindigkeit des Bandgießers, der schnellen sekundären Abkühlgeschwindigkeit und der gewünschten Länge der schnellen sekundären Abkühlzone. In der Praxis der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass das schnelle sekundäre Abkühlen mit einem hohen Grad an Gleichmäßigkeit sowohl über die Breite des Bandes als auch auf den oberen und unteren Oberflächen des Bandes, insbesondere an dem Ende der Abkühlzone (siehe 1), angewendet wird. Auf diese Weise kann ein Band mit guter physikalischer Integrität und frei von Rissen hergestellt werden.
Die Sprühdichte von Kühlwasser ist das bevorzugte Verfahren zum Definieren der Abkühlgeschwindigkeit. Die Sprühdichte wird durch die folgenden Ausdrücke gegeben: Sprühdichte = Q/(π/4)d2 wobei:

Q: = Wasserdurchflussgeschwindigkeit (unter Verwendung einer einzigen Düse)
d: = Durchmesser der Sprühfläche

Bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung ist die typischerweise verwendete Wassersprühdichte zwischen etwa 125 und etwa 450 l/[min-m²]; bevorzugt zwischen etwa 300 und etwa 400 l/[min-m²]; und bevorzugter zwischen etwa 330 und etwa 375 l/[min-m²]. Die Temperatur des zum Abkühlen verwendeten Wassers ist bevorzugt zwischen etwa 10°C und etwa 75°C, bevorzugt etwa 25°C. Das Sprühen auf eine gegebene Fläche eines Bandes dauert typischerweise zwischen etwa 3 und etwa 12 Sekunden, bevorzugt zwischen etwa 4 und etwa 9 Sekunden (d.h., die Länge der Zeit, in der das Band in der Sprühzone ist).
1 ist eine einfache Bauart für einen Doppeltrommelgießer, der das Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet. In der in dieser Figur gezeigten Ausführungsform bewegt sich geschmolzener Stahl (1) durch den Doppelwalzengießer (2), wobei ein Stahlband (3) gebildet wird. Das Band (3) wird von dem Gießer bei etwa 1300°C–1400°C entladen. Das Band (3) bewegt sich durch eine isolierte Anfangsabkühlkammer (4), wobei die Temperatur des Bandes auf etwa 1200°C abgekühlt wird. Diese Kammer (4) verlangsamt die Abkühlgeschwindigkeit des Bandes, um dem Wasserkühlsystem zu erlauben, bei einem größeren Abstand von dem Gießer angeordnet zu werden. Das Band bewegt sich dann zu einem Wasserkühlsystem (5), das Walzen (6) zum Durchbewegen des Bandes und Wassersprüher (7) an beiden Seiten des Bandes umfasst. Hier findet die schnelle sekundäre Abkühlung statt. Die Wassersprüher (7) kühlen das Band von etwa 1200°C auf etwa 800°C ab. In dieser besonderen Ausführungsform ist das Sprühmittel auf drei diskrete Zonen aufgeteilt, wobei jede eine unterschiedliche Wassersprühdichte aufweist (wie in der Figur angezeigt). Nach dem Abkühlen wird das Band auf einen Wickler (8) bei einer Temperatur unterhalb von etwa 800°C gewickelt. Typischerweise ist die Wickeltemperatur etwa 725°C.
Beispiel 1
Ein herkömmlicher kornorientierter Elektrostahl mit der in der Tabelle I gezeigten Zusammensetzung wird geschmolzen und zu einem Blatt mit einer Dicke von etwa 2,9 mm und einer Breite von etwa 80 mm gegossen. Die gegossenen Blätter werden bei einer Temperatur von etwa 1315°C für einen Zeitraum von etwa 60 Sekunden in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre gehalten und bei einer Geschwindigkeit von etwa 25°C/Sekunde in die Umgebungsluft auf eine Temperatur von etwa 1200°C abgekühlt. Die Blätter werden anschließend direkt einem schnellen sekundären Abkühlen durch Wassersprühung auf beide Oberflächen für einen Zeitraum von etwa 7 Sekunden unterworfen, wobei an diesem Punkt die Oberflächentemperatur des Blattes bei oder unterhalb von 510°C (950°F) ist. Tabelle I Zusammensetzung von kornorientiertem Elektrostahl
Die Tabelle II fasst die für das schnelle sekundäre Abkühlen verwendete Bedingungen und Resultate der Anwendungen der schnellen sekundären Abkühlung zusammen: Tabelle II Wirkung der Kühlsprühwasserdichte auf die physikalische Qualität des bandgegossenen, kornorientierten Elektroblattstahls
Die Wirkung der Verwendung von Kühlwasserdichten, die etwa 570 l/[min-m²] und bis zu 1100 l/[min-m²] pro Seite auf jeder Blattoberfläche überschreiten, führte zum Reißen des Stahlblattes während des schnellen sekundären Abkühlens.
Beispiel 2
Zusätzliche Proben des herkömmlichen kornorientierten Elektrostahls von Beispiel 1 wurden einem schnellen sekundären Abkühlen des gegossenen Bandes unterworfen, wie in der nachstehenden Tabelle III gezeigt ist.
Die Sprühdichte wird von etwa 200 II[min-m²] bis etwa 400 l/[min-m²] pro Seite variiert, während die Endtemperatur des schnellen sekundären Abkühlverfahrens der vorliegenden Erfindung von etwa 100°C bis etwa 600°C variiert wird. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur werden die Blätter auf körperliche Eigenschaften untersucht und zur Untersuchung der Morphologie des Kornwachstuminhibitors sektioniert. Wie in der Tabelle III gezeigt ist, ist ein schnelles sekundäres Abkühlen bei einer Kühlwasserdichte oberhalb von etwa 300 l/[min-m²] pro Seite ausreichend, um eine Steuerung der Inhibitorausfällung bereitzustellen, während Kühlwasserdichten unterhalb von 300 l/[min-m²] pro Seite zu einer leichten, vergröberten Ausfällung der Inhibitorphase führen.
Beispiel 3
Herkömmliche kornorientierte Elektrostähle mit den Zusammensetzungen, die in der Tabelle IV gezeigt sind, werden geschmolzen und in Blätter von einer Dicke von etwa 2,5 mm unter Verwendung eines Doppelwalzenbandgießers gegossen. Das gegossene und verfestigte Blatt wird in Luft bei einer Temperatur von etwa 1415°C entladen und in einer isolierten Umschließung bei einer Geschwindigkeit von etwa 15°C/Sekunde bei einer Oberflächentemperatur von etwa 1230°C abgekühlt, wobei an diesem Punkt das gegossene Band einem schnellen sekundären Abkühlen unter Verwendung des Wassersprühverfahrens der vorliegenden Erfindung unterworfen wird. Ein schnelles sekundäres Abkühlen wird durch Anwenden von Sprühwasser auf beide Oberflächen des Blattes durchgeführt. Tabelle IV Zusammensetzung vom kornorientiertem Elektrostahl
Stahl A von Tabelle IV wird mit dem schnellen sekundären Abkühlen bereitgestellt, wobei eine Wassersprühdichte von 1000 l/[min-m²] auf jeder Oberfläche des Blattes für einen Zeitraum von etwa 5 Sekunden angewendet wird, um die Bandoberflächentemperatur von etwa 1205°C auf etwa 680°C zu erniedrigen. Stahl B wird mit dem schnellen sekundären Abkühlen unter Verwendung einer Wassersprühdichte von etwa 175 l/[min-m²] für etwa 0,9 Sekunden, gefolgt von einer 400 l/[min-m²] Anwendung für 4,5 Sekunden auf jeder Oberfläche des Stahlblattes zur Erniedrigung der Bandoberflächentemperatur von etwa 1230°C auf 840°C bereitgestellt. Das gegossene und abgekühlte Band wird bei 650°C mit Luft abgekühlt, gewickelt und danach auf Raumtemperatur abgekühlt.
Ein extensives Reißen trat in Stahl A auf, was zu einem Material führte, das nicht weiter verarbeitet werden konnte, während Stahl B exzellente körperliche Eigenschaften aufweist und sofort verarbeitbar ist. Eine Untersuchung der MnS-Ausfällungen zeigte, dass die Abkühlbedingungen, die für Stähle A und B verwendet wurden, beide einen feinen und gleichmäßig dispergierten Inhibitor bereitstellen, wie er gewünscht wurde.
Beispiel 4
Blätterproben von Stahl B des vorherigen Beispiels werden unter Verwendung der folgenden Bedingungen verarbeitet. Zuerst wird das gegossene Band auf etwa 150°C erwärmt, und zu einem Bereich einer Dicke von etwa 1,25 mm, etwa 1,65 mm und etwa 2,05 mm kaltgewalzt, wonach die Blätter in einer mild oxidierenden Atmosphäre für etwa 10–25 Sekunden bei oder über einer Temperatur von etwa 1030°C und einer maximalen Temperatur von etwa 1050°C geglüht werden. Die Proben werden weiterhin auf eine Dicke von etwa 0,56 mm kaltgewalzt, wonach die Blätter in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre für etwa 10–25 Sekunden bei oder über einer Temperatur von etwa 950 °C und einer maximalen Temperatur von etwa 980 °C geglüht werden. Die Proben werden auf eine Dicke von etwa 0,26 mm kaltgewalzt, wonach die Blätter in einer befeuchteten Wasserstoff-Stickstoff-Atmosphäre unter Verwendung einer Glühzeit von etwa 45–60 Sekunden bei oder über einer Temperatur von etwa 850°C und eine maximale Temperatur von 870 °C auf weniger als etwa 0,0025 % Kohlenstoff abkohlungsgeglüht werden. Die Proben werden dann mit einer Glühseparatorbeschichtung beschichtet, die im Wesentlichen Magnesiumoxid umfasst, und weiterhin einer Hochtemperaturglühung zum Bewirken eines sekundären Kornwachstums und zum Reinigen des Stahls von Schwefel, Selen, Stickstoff und ähnliche Elemente unterworfen. Die Hochtemperaturglühung wird derart durchgeführt, dass die Proben unter Verwendung einer Glühzeit von 15 Stunden auf eine Temperatur bei oder über 1150°C in einer Atmosphäre erwärmt werden, die Wasserstoff umfasst. Nachdem der Hochtemperaturglühschritt vollendet ist, werden die Proben ausgewaschen, um irgendwelches verbleibendes Magnesiumoxid zu entfernen, in Abmessungen geschnitten, die zum Testen geeignet sind, und in einer nicht-oxidierenden Atmosphäre spannungsentlastungsgeglüht, die 95% Stickstoff und 5% Wasserstoff umfasst, wobei eine Glühzeit von zwei Stunden bei oder über 830°C verwendet wird, wonach ihre magnetischen Eigenschaften bestimmt werden. Tabelle V Magnetische Eigenschaften von kornorientiertem Stahl
Die magnetische Permeabilität, gemessen bei 796 A/m, und die Kernverluste, gemessen bei 1,5 T 60 Hz und 1,7 T 60 Hz, in der Tabelle V zeigen, dass Stahl B (vorliegende Erfindung) magnetische Eigenschaften bereitstellt, die mit einem herkömmlichen, kornorientiertem Stahl vergleichbar sind, der unter Verwendung gegenwärtiger herkömmlicher Herstellungsverfahren hergestellt wird.

Claims

Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Elektrostahlband, das die Schritte umfasst: (a) Bilden eines kontinuierlich gegossenen Elektrostahlbandes (3) mit einer Dicke von nicht größer als 10 mm; (b) Abkühlen des gegossenen Bandes (3) auf eine Temperatur unterhalb 1400°C, so dass es wenigstens teilweise verfestigt wird; und (c) Durchführen einer zweistufigen sekundären Abkühlung, umfassend: (i) eine anfängliche sekundäre Abkühlung an dem wenigstens teilweise verfestigten, gegossenen Band (3) bei einer Geschwindigkeit von wenigstens 10°C/Sekunde auf eine Temperatur von 1150°C bis 1250°C, und (ii) weiterhin umfassend anschließendes Durchführen von einer schnellen sekundären Abkühlung an dem gegossenen Band (3) bei einer Geschwindigkeit von 65°C/Sekunde bis 150°C/Sekunde, wobei die Geschwindigkeit größer ist als die anfängliche sekundäre Abkühlgeschwindigkeit, auf eine Temperatur, die nicht größer ist als 950°C.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei, Schritt (d) folgend, das hergestellte gegossene Band (3) bei einer Temperatur unterhalb 800°C gewickelt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 2, wobei die schnelle sekundäre Abkühlung stattfindet, um eine relative Temperatureinheitlichkeit entlang der Breite des gegossenen Bandes (3) aufrecht zu erhalten.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die schnelle sekundäre Abkühlung durch einen Prozess erfolgt, der ausgewählt ist aus direkte Prallabkühlung, Luft/Wasser-Dampfabkühlung, Wassersprühabkühlung und Kombinationen davon.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die schnelle sekundäre Abkühlung durch Wassersprühabkühlung erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das Wassersprühmittel (7) eine Sprühwasserdichte von 125 bis 450 l/[min-m²] aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei das Sprühwasser (7) eine Temperatur von 10 bis 75°C aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei die Dauer des Sprühens auf eine gegebene Fläche des Bandes 3 bis 12 Sekunden beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei die schnelle sekundäre Abkühlung bei einer Geschwindigkeit von wenigstens 75°C/Sekunde erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die schnelle sekundäre Abkühlung bei einer Geschwindigkeit von wenigstens etwa 100°C/Sekunde erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei die schnelle sekundäre Abkühlung bei einer Temperatur erfolgt, die nicht größer als etwa 800°C ist.
Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die schnelle sekundäre Abkühlung bei einer Temperatur von nicht größer als 700°C erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Sprühwasserdichte 300 bis 400 l/[min-m²] beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Band (3) durch wenigstens eine isolierte Abkühlkammer (4) für wenigstens einen Teil von Schritt (b) durchgeführt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 14, wobei die isolierte Abkühlkammer (4) eine nicht-oxidierende Atmosphäre enthält.