DE69120738T2

DE69120738T2 - Verfahren zur Herstellung nichtkornorientierter magnetischer Stahlbleche und also erhaltene Stahlbleche

Info

Publication number: DE69120738T2
Application number: DE69120738T
Authority: DE
Inventors: Andre Bertoni; Jean-Luc Laverny; Jean Verdun
Original assignee: USINOR Sacilor SA
Current assignee: Sollac Immeuble "la Pacific" Puteaux Fr
Priority date: 1990-07-30
Filing date: 1991-07-29
Publication date: 1996-11-21
Anticipated expiration: 2011-07-30
Also published as: ES2091889T3; EP0469980A1; ATE140271T1; FR2665181A1; GR3020930T3; FR2665181B1; DE69120738D1; EP0469980B1; DK0469980T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Stahlbleches mit nicht-orientiertem Korngefüge, nach dem sogenannten "fully process" und das bei diesem Verfahren erhaltene Blech.
Bekannt ist ein Verfahren, das nach dem Erschmelzen eines Siliciumstahls unter Vakuum die folgenden aufeinanderfolgenden Stufen umfaßt:
- Warmwalzen mit anschließendem Aufwickeln (Haspeln);
- Sandstrahlen und saures Beizen;
- Kaltwalzen in einer oder mehreren Stufen mit anschließendem Glühen zur Herstellung eines Bleches mit der Enddicke, wobei das Schlußglühen unter einer kontrollierten decarburierenden (entkohlenden) Atmosphäre durchgeführt wird.
Ein solches Verfahren ist bekannt und wird derzeit auf dem Gebiet der Herstellung von magnetischen Stahlblechen mit nicht-orientiertem Korngefüge angewendet.
Die sogenannten magnetischen Stahlbleche mit nicht-orientiertem Korngefüge, d.h. die isotrope magnetische Eigenschaften aufweisen, sind insbesondere bestimmt für die Herstellung von elektromagnetischen Einrichtungen, in denen der durch die elektrischen Wicklungen erzeugte magnetische Fluß nicht konstant ist, wie beispielsweise in den elektrischen Maschinen. In bestimmten Transformatoren, die auf dem Gebiet der Elektrohaushaltsgeräte verwendet werden, wird dieser Typ der Qualität aus wirtschaftlichen Gründen ausgenutzt.
Diese elektromagnetischen Einrichtungen bestehen aus zerschnittenen und wieder zusammengefügten Blechen. Letztere haben einen Wirkungsgrad, der sich an zwei Parametern ablesen läßt, bei denen es sich um die Höhe der Induktion einerseits und die spezifischen Gesamtverluste andererseits handelt.
Die Induktion ist begrenzt durch die Sättigungsmagnetisierung der Bleche und diese Magnetisierung ist um so höher, je reicher das Material an Eisen ist. Es ist jedoch erforderlich, den spezifischen Widerstand von Stahl durch Zugabe von Silicium und/oder Aluminium zu erhöhen, um die Verluste durch den Foucault-Strom herabzusetzen. Das Erschmelzen unter Vakuum erlaubt die Verbesserung der Sauberkeit und Reinheit des Stahls und somit die Herabsetzung der Hysterese-Verluste.
Außerdem ist es erforderlich, einen Kompromiß zwischen den Blechen mit starker Sättigungsmagnetisierung und geringen Verlusten zu finden.
Die erschmolzenen Bleche mit nicht-orientiertem Korngefüge aus einem Stahl, dessen Siliciumgehalt etwa 3 % beträgt, haben derzeit die besten magnetischen Verlusteigenschaften und eine weniger hohe Sättigungsmagnetisierung als die magnetischen Bleche, deren Stahl kein oder wenig Silicium enthält.
Bei bestimmten industriellen Anwendungsbereichen, bei denen die technische Wahl einer Einrichtung ein Kompromiß zwischen ihren technischen Eigenschaften und ihren Kosten ist, verwendet man magnetische Bleche mit nicht-orientiertem Korngefüge, die aus einem Stahl erschmolzen worden sind, der in seiner Zusammensetzung nur einen sehr geringen Gehalt an Silicium, d.h. einen Siliciumgehalt von unter 0,5 %,hat.
Aufgrund der Tatsache, daß das Erschmelzen von Blechen aus einem Stahl ohne Silicium leichter und somit wirtschaftlicher ist, bevorzugt die Industrie die Verwendung eines solchen Stahls und versucht, die magnetischen Eigenschaften der erhaltenen Bleche zu verbessern.
Aus dem Dokument EP-A-0434641 ist eine Zusammensetzung bekannt, die 0,2 bis 2 % Silicium, aber auch 0,2 bis 0,5 % Aluminium enthält.
Darüber hinaus ist aus dem Dokument JP-A-58-204126 eine Zusammensetzung bekannt, in der die Gesamtmenge an Silicium und Aluminium ≤ 1,5% ist.
Auf einem anderen Gebiet der Herstellung von magnetischen Blechen mit einem sogenannten orientierten Korngefüge umfaßt das Herstellungsverfahren nach dem Erschmelzen eines Stahls, der in seiner Zusammensetzung einen Gehalt an Silicium von etwa 3 %, Schwefel, Mangan, Aluminium und Stickstoff für die Bildung von Inhibitoren, wie Mangansulfid oder Aluminiumnitrit, enthält:
- ein Warmwalzen;
- einen als Anfangsglühen bezeichneten Arbeitsgang, der darin besteht, die Temperatur des warmgewalzten Bleches innerhalb einiger Minuten unter einer kontrollierten Atmosphäre zu erhöhen;
- ein Sandstrahlen und saures Beizen;
- ein Kaltwalzen mit anschließdendem Glühen in einer kontrollierten Atmosphäre.
Die bei diesem Verfahren erhaltenen Bleche mit einem sogenannten orientierten Korngefüge weisen einen sehr hohen Mengenanteil an Korngefüge mit der Orientierung (110) [001] auf. Diese Bleche besitzen ausgezeichnete magnetische Eigenschaften in der Walzrichtung. Sie sind anisotrop, d.h. daß ihre Eigenschaften von der Walzrichtung abhängen. So sind beispielsweise die Verluste eines Magnetbleches mit der üblichen Zusammensetzung und einer Dicke von 0,35 mm dreimal höher in Richtung senkrecht zur Walzrichtung als in der Walzrichtung.
Die Bleche mit anisotropen magnetischen Eigenschaften haben somit den Nachteil, daß sie nur für solche Anwendungszwecke verwendet werden können, bei denen die Linien des Magnetfeldes der Walzrichtung entsprechen. Sie werden somit für statische Maschinen wie Transformatoren verwendet.
Beim Erschmelzen von Blechen mit orientiertem Korngefüge dient das Anfangsglühen nach dem Warmwalzen dazu, den Zustand der Präzipitate, beispielsweise von MnS und/oder AIN, in bezug auf die Mikrostruktur der Bleche so zu beeinflussen, daß die spätere Entwicklung des Wachstums eines orientierten Korngefüges begünstigt wird unter Bildung einer GOSS-Struktur.
Ziel der Erfindung ist es, die magnetischen Eigenschaften von Blechen mit nicht-orientiertem Korngefüge zu verbessern, die aus einem Stahl hergestellt sind, der nur sehr wenig Silicium enthält, d.h. die magnetischen Verluste zu verringern und die Magnetisierung in einem vorgegebenen magnetischen Feld zu verbessern.
Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zum Erschmelzen von magnetischen Blechen mit nicht-orientiertem Korngefüge, wie oben definiert, bei dem das Stahlblech die folgende, auf das Gewicht bezogene Zusammensetzung hat:
Kohlenstoff ≤0,008 %
Silicium ≤0,4 %
Mangan (0,05-0,4) %
Aluminium < 0,05 %
Schwefel < 0,01 %
Phosphor < 0,19 %
Stickstoff < 0,01 %
Sauerstoff < 0,01 %
Eisen Rest
wobei das Aufwickeln (Haspeln) nach dem Warmwalzen bei einer Temperatur oberhalb 600ºC durchgeführt wird, woran sich eine thermische Behandlung bei einer Temperatur von über 700ºC unter einer kontrollierten Atmosphäre, die ausschließlich aus Stickstoff besteht, anschließt.
Dieses Verfahren trägt zu einer Verbesserung der magnetischen Eigenschaften, d.h. zu einer Verminderung der spezifischen Gesamtverluste und auch zu einer Erhöhung der Magnetisierung bei.
Gemäß weiteren Charakteristika gilt folgendes:
- das Sandstrahlen und das saure Beizen werden nach dem Aufwickeln (Haspeln) und nach der thermischen Behandlung durchgeführt;
- die Aufwickel (Haspel)-Temperatur liegt in dem Intervall (600-750)ºC und vorzugsweise zwischen (600 und 680)ºC,
- die vor dem Kaltwalzen durchgeführte thermische Behandlung umfaßt:
- die Einstellung einer kontrollierten Atmosphäre,
- die Erhöhung der Temperatur auf einen Wert in dem Intervall von 700- 1100ºC,
- das Aufrechterhalten der Temperatur während einer Zeitspanne, die in dem Intervall von 1 bis 10 min liegt.
Darüber hinaus und vorzugsweise gilt:
- die Temperatur der thermischen Vorbehandlung liegt in dem Intervall von 800-1050ºC;
- die Zeit der Aufrechterhaltung der Temperatur der thermischen Behandlung liegt in dem Intervall von 1 bis 4 min.
Die Erfindung betrifft außerdem das bei dem Verfahren erhaltene Magnetblech mit nicht-orientiertem Korngefüge, das die folgenden Eigenschaften hat:
- es hat die folgende auf das Gewicht bezogene Zusammensetzung:
Kohlenstoff ≤0,008 %
Silicium ≤0,4 %
Mangan (0,05-0,4) %
Aluminium < 0,05 %
Schwefel < 0,01 %
Phosphor < 0,19 %
Stickstoff < 0,01 %
Sauerstoff < 0,01 %
wobei der Rest der Zusammensetzung aus Eisen und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht, und
- für ein Blech mit einer Dicke von etwa 0,5 mm liegen die spezifischen Verluste bei 1,5 Tesla und 50 Hertz unterhalb 6,3 W/kg und die Magnetisierung erfolgt jeweils bei Magnetfeldern von 2500, 5000 und 10 000 A/m oberhalb 1,65; 1,74; bzw. 1,85 Tesla,
- vorzugsweise liegen die spezifischen Verluste bei 1,5 Tesla und 50 Hertz unterhalb 5,1 W/kg und die Magnetisierung erfolgt bei Magnetfeldern von 2500, 5000 bzw. 10 000 A/m oberhalb 1,68; 1,77 bzw. 1,89 Tesla;
- bei einem Blech mit einer Dicke von etwa 0,65 mm liegen die spezifischen Verluste bei 1,5 Tesla und 50 Hertz unterhalb 7,5 W/kg und die Magnetisierung erfolgt bei Magnetferldern von 2500, 5000 bzw. 10 000 A/m oberhalb 1,66; 1,75 bzw. 1,86 Tesla,
- vorzugsweise liegen die spezifischen Verluste bei 1,5 Tesla und 50 Hertz unterhalb 7,1 W/kg und die Magnetisierung erfolgt bei Magnetfeldern von 2500, 5000 bzw. 10 000 A/m jeweils oberhalb 1,67; 1,76 bzw. 1,88 Tesla.
Die magnetischen und mechanischen Eigenschaften, die bei den nachstehend beschriebenen Vergleichsversuchen erhalten wurden, sind als nicht beschränkendes Beispiel angegeben und zeigen den Effekt der Erfindung.
In einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel hat der für die Herstellung von Magnetblechen nach dem "fully process" hergestellte Stahl die folgende auf das Gewicht bezogene Zusammensetzung:
Kohlenstoff ≤0 008 %
Silicium ≤0,4 %
Schwefel < 0,01 %
Aluminium < 0,05 %
Phosphor < 0,19 %
Mangan (0,05-0,4) %
Stickstoff < 0,010 %
Sauerstoff < 0,01 %
Rest Eisen und unvermeidliche Verunreinigungen:
Die Anwesenheit von Mangan in der Stahl-Zusammensetzung ist erforderlich, um eine gute Warm- und Kalt-Duktilität in Gegenwart von Silicium zu erhalten.
Der Stahl wird unter Vakuum erschmolzen und kontinuierlich zu Brammen gegossen. Das Blech wird hergestellt durch Warmwalzen nach einem Walzen zu Brammen auf einem Bandstahlwalzwerk.
Erfindungsgemäß wird das warmgewalzte Stahlband vor dem Kaltwalzen bei einer Temperatur von 650ºC aufgewickelt (gehaspelt) und einer thermischen Behandlung vor dem Kaltwalzen unterworfen, die bei einem Versuch, gute Eigenschaften zu erzielen, darin besteht, daß man
- es 2 min lang einer Temperatur von 800ºC unter einer Stickstoffatmosphäre aussetzt;
- es in einer oder mehreren Stufen kalt auswalzt, um es auf Blechdicke zu bringen, wobei das so erhaltene gewalzte Blech einem kontinuierlichen Schlußglühen bei 880ºC unter einer entkohlenden Atmosphäre wie gecracktem NH&sub3; unterworfen wird.
In der Tabelle 1 sind die Werte für die magnetischen Eigenschaften angegeben, die bei einer Reihe von Versuchen mit variierenden thermischen Behandlungsbedingungen vor dem Kaltwalzen erhalten wurden.
Die Versuche wurden durchgeführt, indem man die Behandlungstemperatur von 700 bis 1100ºC variierte, wobei die Zeiten der Aufrechterhaltung der Temperatur zwischen 1 und 5 min variierten.
Die in dem Verfahren angewendeten übrigen Parameter sind folgende:
- eine Stickstoffatmosphäre bei der thermischen Vorbehandlung;
- ein Kaltwalzen zur Erzielung einer Enddicke des Bleches von etwa 0,5 mm;
- ein Schlußglühen bei 880ºC unter gecracktem NH&sub3; während 2 min bei einem Taupunkt von +20ºC.
Die magnetischen Induktionseigenschaften wurden bei drei Magnetfeldem von 2500, 5000 und 10 000 A/m gemessen, während die spezifischen Gesamtverlusteigenschaften bei 1 und 1,5 Tesla angegeben sind. Tabelle I Vorbehandlung B (TESLA) für H (A/m) Dauer d'Aufrechterhaltung (min) Dicke nach dem Kaltwalzen Schluß glühen ohne Behandlung 880ºC 2 min in gecracktem NH&sub3;
Die Versuchsergebnisse zeigen im Vergleich zu den Eigenschaften einer Probe, die keiner Behandlung unterzogen wurde, daß die Vorbehandlung erlaubt einerseits die Erhöhung der Induktionen um etwa 5 % und andererseits die Verminderung der Verluste um etwa 12 %.
Diese Versuche zeigen, daß die besten magnetischen Eigenschaften der Bleche durch eine Vorbehandlung zwischen 800 und 1050ºC erhalten werden bei Stahlblechen, welche die oben angegebene Zusammensetzung haben.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel wurden mit einem Stahl mit der folgenden Zusammensetzung:
C = 0,004%
Si = 0,280%
S = 0,009%
Al = 0,020%
P = 0,140 %
Mn = 0,300 %
N&sub2; = 0,007 %
O&sub2; = 0,005 %
der unter den gleichen Bedingungen wie der Stahl des obigen Beispiels 1 behandelt wurde, Versuche durchgeführt, bei denen die Induktions-Eigenschaften bei drei Magnetfeldern von 2500, 5000 und 10 000 A/m und die spezifischen Gesamtverluste gemessen wurden.
In der Tabelle II sind für zwei Magnetblechdicken die Verlusteigenschaften in W/kg bei 50 Hertz bei einer Induktion von 1 und 1,5 Tesla sowie die Induktion angegeben, die bei den drei Werten von als Vergleich verwendeten Magnetfeldern erhalten wurde. Tabelle II Dicke 0,50 mm Bezugsblech erfindungsgemäßes Magnetblech magnetische Verluste in W/kg bei 50 Hz Induktion in T
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt auf überraschende Weise die Herstellung eines Magnetbleches, das einerseits gute magnetische Eigenschaften und andererseits mechanische Eigenschaften aufweist, die mit denjenigen vergleichbar sind, wie sie nach dem Verfahren des Standes der Technik erhalten werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Stahlbleches mit einem nicht-orientierten Korngefüge, nach dem sogenannten "fully process", das nach dem Erschmelzen eines Siliciumstahls unter Vakuum die folgenden aufeinanderfolgenden Stufen umfaßt:

- Warmwalzen und anschließendes Aufwickeln (Haspeln);

- Sandstrahlen und Beizen;

- Kaltwalzen, das mindestens eine Stufe umfaßt, und anschließendes Glühen zur Herstellung eines Bleches mit der Enddicke, wobei das Schlußglühen unter einer kontrollierten entkohlenden Atmosphäre durchgeführt wird;

wobei in dem Verfahren:

- das Stahlblech die folgende, auf das Gewicht bezogene Zusammensetzung hat:

Kohlenstoff ≤0,008 %

Silicium ≤04 %

Mangan (0,05-0,4) %

Aluminium < 0,05 %

Schwefel < 0,01 %

Phosphor < 0,19 %

Stickstoff < 0,01 %

Sauerstoff < 0,01 %

wobei der Rest der Zusammensetzung aus Eisen und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht; und

- das Aufwickeln nach dem Warmwalzen bei einer Temperatur oberhalb 600ºC durchgeführt wird, woran sich eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur oberhalb 700ºC unter einer im wesentlichen aus Stickstoff bestehenden kontrollierten Atmosphäre anschließt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sandstrahlen und saure Beizen nach dem Aufwickeln (Haspeln) und nach der thermischen Behandlung durchgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufwikkel(Haspel)temperatur in dem Intervall von 600ºC bis 750ºC und vorzugsweise zwischen 600 und 680ºC liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Kaltwalzen vorhergehende Wärmebehandlung umfaßt:

- die Einstellung einer kontrollierten Atmosphäre;

- die Erhöhung der Temperatur auf einen Wert in dem Intervall von 700 bis 1100ºC;

- und das Aufrechterhalten der Temperatur während einer Zeitspanne in dem Intervall von 1 bis 10 min.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der thermischen Behandlung vor dem Kaltwalzen zwischen 800 und 1050ºC liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitspanne, während der die Temperatur der vorhergehenden Wärmebehandlung aufrechterhalten wird, 1 bis 5 min beträgt.

7. Magnetblech mit nicht-orientiertem Korngefüge, wie es bei dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgende, auf das Gewicht bezogene Zusammensetzung hat:

Kohlenstoff ≤0,008 %

Silicium ≤04 %

Mangan (0,05-0,4) %

Aluminium < 0,05 %

Schwefel < 0,01 %

Phosphor < 0,19 %

Stickstoff < 0,01 %

Sauerstoff < 0,01 %

wobei der Rest der Zusammensetzung aus Eisen und unvermeidlichen Verunreinigungen besteht;

und daß für ein Blech mit einer Dicke von etwa 0,5 mm die spezifischen Verluste bei 1,5 Tesla und 50 Hertz unterhalb 6,3 W/kg liegen und die Magnetisierung bei Magnetfeldern von 2500, 5000 bzw. 10 000 A/m oberhalb 1,65; 1,74 bzw. 1,85 Tesla erfolgt.

8. Blech nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifischen Verluste bei 1,5 Tesla und 50 Hertz unterhalb 5,1 W/kg liegen und die Magnetisierung bei Magnetfeldern von 2500, 5000 bzw. 10 000 A/m oberhalb 1,68; 1,77 bzw. 1,89 Tesla erfolgt.

9. Magnetblech mit nicht-orientiertem Korngefüge, wie es nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgende, auf das Gewicht bezogene Zusammensetzung hat:

Kohlenstoff < 0 008 %

Silicium < 0,4 %

Mangan (0,05-0,4) %

Aluminium < 0,05 %

Schwefel < 0,01 %

Phosphor < 0,19 %

Stickstoff < 0,01 %

Sauerstoff < 0,01 %

und daß für ein Blech mit einer Dicke von etwa 0,65 mm die spezifischen Verluste bei 1,5 Tesla und 50 Hertz unterhalb 7,5 W/kg liegen und die Magnetisierung bei Magnetfeldern von 2500, 5000 und 10 000 A/m oberhalb 1,66; 1,75 bzw. 1,86 Tesla erfolgt.

10. Blech nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die spezifischen Verluste bei 1,5 Tesla und 50 Hertz unterhalb 7,1 W/kg liegen und die Magnetisierung bei Magnetfeldern von 2500, 5000 und 10 000 A/m oberhalb 1,67; 1,76 bzw. 1,88 Tesla erfolgt.