DE69128624T3

DE69128624T3 - Verfahren zum Herstellen von normal kornorientiertem Stahl mit hohem Silizium- und niedrigem Kohlenstoffgehalt

Info

Publication number: DE69128624T3
Application number: DE1991628624
Authority: DE
Inventors: Jerry W. Schoen
Original assignee: Armco Inc
Current assignee: Armco Inc
Priority date: 1991-10-21
Filing date: 1991-10-21
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2011-10-22
Also published as: EP0538519A1; EP0538519B2; EP0538519B1; CN1033653C; DE69128624T2; CN1071960A; DE69128624D1

Description

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von regulär-kornorientiertem Elektrostahl mit einem hohen Anteil an Silizium, einem niedrigen Anteil an Kohlenstoff in der Schmelze und einer Stärke von 14 mil (0,35 mm) bis 6 mil (0,15 mm) oder weniger, insbesondere auf ein solches Verfahren, bei dem nach dem ersten Kaltwalzen ein Zwischenglühen mit einer sehr kurzen Durchwärmzeit und ein in zwei Phasen ablaufender, temperaturgesteuerter Kühlzyklus und vorzugsweise ein Ultraschnellglühprozeß vor der Entkohlung stattfinden.

Stand der Technik

Die Lehren der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf einen Siliziumstahl mit der Orientierung eines auf der Kante liegenden Würfels mit einem Miller-Index von (110) [001]. Solche Siliziumstähle bezeichnet man im allgemeinen als kornorientierte Elektrostähle. Diese werden in zwei Grundkategorien eingeteilt: regulär-kornorientierte Elektrostähle und kornorientierte Elektrostähle hoher Permeabilität. In regulär-kornorientierten Elektrostählen, die im allgemeinen bei 796 A/m eine Durchlässigkeit von weniger als 1870 aufweisen, dienen vor allem Mangan und Schwefel (und/oder Selen) als Kornwachstumsinhibitoren. Bei Elektrostählen hoher Permeabilität, die eine Durchlässigkeit von mehr als 1870 aufweisen, dienen neben oder anstelle von Mangansulfiden und/oder Manganseleniden Aluminiumnitride, Bornitride oder andere im Stand der Technik bekannte Substanzen als Kornwachstumsinhibitoren. Die Lehren der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf regulär-kornorientierten Siliziumstahl.
Die herkömmliche Bearbeitung von regulär-kornorientiertem Elektrostahl umfaßt die Herstellung einer Elektrostahlschmelze in einer herkömmlichen Anlage sowie das Entkohlen und Gießen des Elektrostahls in Gußblöcke oder Stranggußbrammen. Der gegossene Elektrostahl enthält vorzugsweise weniger als etwa 0,1 Gew.-% Kohlenstoff, 0,025 bis 0,25 Gew.-% Mangan, 0,01 bis 0,035 Gew.-% Schwefel und/oder Selen, 2,5 bis 4,0 Gew.-% Silizium, wobei der angestrebte Siliziumgehalt bei etwa 3,15 Gew.-% liegt, weniger als 50 ppm Stickstoff, eine Aluminiumgesamtmenge von weniger als 100 ppm und zum Rest im wesentlichen Eisen. Falls gewünscht, können Bor und/oder Kupfer zugesetzt werden.
Wird der Stahl in Gußblöcke gegossen, wird er durch Warmwalzen zu Brammen oder direkt aus den Gußblöcken zu Bandstahl verwalzt. Beim Strangguß können die Brammen wie im US-Patent 4,718,951 angegeben vorgewalzt werden. Im Falle einer großtechnischen Entwicklung würde man beim Bandstahlguß ebenfalls von dem Verfahren der vorliegenden Erfindung profitieren. Die Brammen werden bei etwa 2550º F (1400ºC) auf die Stärke eines Warmwalzbandes verwalzt und dann bei etwa 1850º F (1010ºC) und einer Durchwärmzeit von etwa 30 Sekunden. geglüht. Das Warmwalzband wird mit Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Danach wird das Material auf eine Zwischendicke kaltgewalzt, bei einer Temperatur von etwa 1740º F (950ºC) und einer Durchwärmzeit von 30 Sekunden zwischengeglüht und mit Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Nach dem Zwischenglühen wird der Elektrostahl auf seine endgültige Stärke kaltgewalzt und dann zum Zwecke der Rekristallisation des Stahls auf herkömmliche Weise entkohlt, damit der Kohlenstoffgehalt auf ein alterungsbeständiges Niveau sinkt und ein Fayalit-Oberflächenoxid entsteht. Das Entkohlen erfolgt normalerweise bei einer Temperatur von 1525º F bis 1550º F (830ºC bis 845º F) in einer feuchten Wasserstoffatmosphäre und innerhalb eines Zeitraums, der ausreicht, um den Kohlenstoffgehalt auf etwa 0,003% oder weniger zu senken. Danach wird der Elektrostahl mit einem Glühtrennmittel wie z. B. Magnesiumoxid beschichtet und bei einer Temperatur von etwa 2200º F (1200ºC) 24 Stunden lang endgeglüht. Dabei erfolgt die Nachkristallisation. Durch Reaktion der Fayalitschicht mit dem Trennmittelüberzug entsteht ein Forsterit- oder "Walz"-Glasüberzug.
In den US-Patenten Nr. 4,202,711, 3,764,406 und 3,843,422 sind typische Verfahren zur Herstellung von regulär-kornorientiertem Siliziumstahl (mit der Orientierung eines auf der Kante liegenden Würfels) beschrieben.
Zur Minderung des Kernverlustes regulär-kornorientierter Produkte wandte man sich in den letzten Jahren der Anhebung des Durchgangswiderstandes mittels Erhöhung des Siliziumanteils zu, um die Makrowirbelstromverluste zu reduzieren. Der erhöhte Siliziumgehalt brachte jedoch bislang im allgemeinen nicht die erwartete Verbesserung. Ein für den Stand der Technik typischer Lösungsansatz war die Erhöhung des Silizium- und des Kohlenstoffgehalts in einem bestimmten Verhältnis, um so eventuell eine verbesserte magnetische Eigenschaft zu erzielen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß im Falle einer Erhöhung des Silizium- und des Kohlenstoffanteils der Stahl in der Hochtemperatur- Erwärmungsphase der Gußblöcke/Brammen an den Korngrenzen leichter anschmilzt und bei der darauffolgenden Bearbeitung nach dem Warmwalzen spröder wird. Bei Stahl mit einem erhöhten Silizium- und Kohlenstoffgehalt sind insbesondere die Handhabungs- und Kaltwalzeigenschaften beeinträchtigt. Bei der Herstellung von regulär-kornorientiertem Siliziumstahl muß durch Entkohlung ein Kohlenstoffgehalt von 0,003% oder weniger erreicht werden, um dem fertigen kornorientierten Elektrostahl alterungsbeständige magnetische Eigenschaften zu verleihen. Ein erhöhter Siliziumanteil verzögert jedoch die Entkohlung, was die Herstellung eines Materials mit einem hohen Anteil an Silizium und Kohlenstoff in der Schmelze noch schwieriger macht.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, daß das Zwischenglühen nach dem ersten Kaltwalzen und der Kühlzyklus bei der Herstellung von regulär-kornorientiertem Elektrostahl erhebliche Auswirkungen auf die magnetische Qualität des Endprodukts haben. Der beim Glühen entstehende Austenit-Volumenanteil, das Austenitabbauprvdukt und das während des Abkühlens ausfallende Karbid sind alle von ausschlaggebender Bedeutung. Dadurch, daß die Abkühlgeschwindigkeit nach dem Zwischenglühen keinen Austenitabbau nach dem Ausfallen von feinem Eisenkarbid erlaubt, sinkt die Durchlässigkeit, das Sekundärkornwachstum ist weniger stabil und/oder die Sekundärkorngröße nimmt zu. Dazu kommt noch, daß bei einem erhöhten Siliziumgehalt auch die Kohlenstoff- Aktivität zunimmt, wodurch die Karbidausscheidungstemperatur steigt und das Karbid gröber wird. Die durch falsches Abkühlen nach dem Zwischenglühen geschaffenen Probleme werden also durch einen erhöhten Siliziumanteil noch verschärft. Die Lehren der vorliegenden Erfindung beheben diese Probleme.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von regulär-kornorientiertem Siliziumstahl. Dafür wird eine Schmelze mit einem Siliziumanteil von 3% bis 4, 5% und einem niedrigen Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,07% verwendet. Die Verfahrensweise im Falle der vorliegenden Erfindung stimmt mit der zuvor beschriebenen herkömmlichen Verfahrensweise bis auf zwei Ausnahmen überein.
Erstens erfolgt bei der vorliegenden Erfindung nach der ersten Kaltwalzphase ein modifizierter Zwischenglühprozeß, bei dem die Durchwärmzeit vorzugsweise kurz und die Temperatur niedriger ist als bei dem im Stand der Technik üblichen Zwischenglühen und der einen temperaturgesteuerten Zwei- Phasen-Kühlzyklus aufweist, der später im Detail beschrieben wird.
Der erfindungsgemäße Kühlvorgang beim Zwischenglühen bewirkt den Abbau des Austenits in der ersten, langsamen Kühlphase vor der Ausscheidung des feinen Eisenkarbids in der zweiten, schnellen Kühlphase. Die kurze Durchwärmzeit und der Austenitabbau werden durch den geringen Anteil an Kohlenstoff in der Schmelze begünstigt.
Zweitens verfährt man bei der vorliegenden Erfindung vorzugsweise so, daß vor dem Entkohlen ein Ultraschnellglühen stattfindet, das die magnetische Qualität insgesamt erhöht, indem es die Rekristallisationstruktur verbessert. Bei der Ultraschnellglühbehandlung handelt es sich um die in dem US-Patent 4,898,626 dargestellte.
Kurz zusammengefaßt lehrt das US-Patent 4,898,626, daß beim Ultraschnellglühen der Elektrostahl um mehr als 180º F (100ºC) pro Sekunde auf eine Temperatur erwärmt wird, die über der Rekristallisierungstemperatur, also über 1250º F (675ºC) liegt. Das Ultraschnellglühen kann jederzeit zwischen der ersten Kaltwalzphase und der dem Endglühen vorausgehenden Entkohlung erfolgen. Vorzugsweise erfolgt es nach Abschluß des Kaltwalzens und vor der Entkohlung. Das Ultraschnellglühen kann entweder vor der Entkohlung durchgeführt werden oder als Erwärmungsphase Teil des Entkohlungsprozesses sein.
In der US-A-3929522 ist eine erste, langsame Abkühlphase und eine zweite, schnelle Abkühlphase offenbart, wobei die zweite Phase durch Abschrecken mit Wasser erfolgt und wobei die zweite Phase einen Siliziumstahl hoher Permeabilität ergibt.

Beschreibung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung von regulär-kornorientiertem Siliziumstahl mit einer Stärke von 14 mil (0,35 mm) bis 6 mil (0,15 mm) oder weniger zur Verfügung gestellt, das folgende Schritte umfaßt: Es wird ein Elektrostahl bereitgestellt, der aus weniger als 0,07 Gew.-% Kohlenstoff, 0,025 bis 0,25 Gew.-% Mangan, 0,01 bis 0,035 Gew.-% Schwefel und/oder Selen, 3,0 bis 4,5 Gew.-% Silizium, insgesamt weniger als 100 ppm Aluminium, weniger als 50 ppm Stickstoff und zum Rest aus Eisen und Verunreinigungen besteht. Gegebenenfalls kann Bor und/oder Kupfer zugesetzt werden.
Das als "Warmwalzband" bezeichnete Ausgangsmaterial läßt sich zu diesem Zweck mit einer Reihe von im Stand der Technik bekannten Verfahren herstellen, z. B. durch Blockguß/- Strangguß und Warmwalzen oder Bandstahlguß.
Das Warmwalzband wird während einer Durchwärmzeit von etwa 30 Sekunden bei etwa 1850º F (1010ºC) geglüht und danach mit Luft auf Raumtemperatur gekühlt. Es hat sich herausgestellt, daß man auf dieses Glühen des Warmwalzbandes verzichten kann, insbesondere bei der Herstellung von regulär-kornorientiertem Elektrostahl mit einem Siliziumgehalt im unteren Bereichsabschnitt.
Danach wird der Elektrostahl auf eine Zwischenstärke kaltgewalzt. Dieser kaltgewalzte Elektrostahl mittlerer Dicke wird bei 1650º F bis 2100º F (900ºC bis 1150ºC), vorzugsweise 1650º F bis 1700º F (900ºC bis 930ºC) während einer Durchwärmzeit von 1 bis 30 Sekunden, vorzugsweise 3 bis 8 Sekunden zwischengeglüht und nachfolgend in zwei Phasen abgekühlt. In der ersten, langsamen Kühlphase wird die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von weniger als 1500º F (835ºC) pro Minute, vorzugsweise 500º F (280ºC) bis 1050º F (585ºC) pro Minute, von der Durchwärmtemperatur auf eine Temperatur von 1000º F bis 1200º F (540ºC bis 650ºC), vorzugsweise 1100º F ± 50º F (595ºC ± 30ºC) gesenkt. In der zweiten, schnellen Kühlphase wird die Temperatur um mehr als 1500º F (835ºC) pro Minute, vorzugsweise um 2500º F bis 3500º F (1390ºC bis 1945ºC) pro Minute von 1000º F (540º C) auf 600º F (315ºC) gesenkt und der Stahl danach mit Wasser abgeschreckt. Nach dem Zwischenglühen wird der Elektrostahl auf seine endgültige Stärke kaltgewalzt, entkohlt, mit einem Glühtrennmittel beschichtet und zum Zwecke der Nachkristallisation endgeglüht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Elektrostahl einem Ultraschnellglühverfahren des oben beschriebenen Typs unterzogen. Dies kann jederzeit nach zumindest einer ersten Kaltwalzphase und vor dem Entkohlen erfolgen. Im allgemeinen wird das Ultraschnellglühen bevorzugt nach Abschluß des Kaltwalzens und vor der Entkohlung durchgeführt. Es kann aber auch, wie zuvor angegeben, als Erwärmungsphase einen Teil des Entkohlungsprozesses darstellen.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Bei der Abbildung handelt es sich um ein Diagramm, das den Zwischenglühzeit/-temperaturzyklus der vorliegenden Erfindung und eines für den Stand der Technik typischen Zwischenglühprozesses darstellt.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen Bei der praktischen Ausführung der vorliegenden Erfindung verfährt man bei dem regulär-kornorientierten Elektrostahl mit hohem Anteil an Silizium und niedrigem Anteil an Kohlenstoff in der Schmelze auf herkömmliche Weise und im wesentlichen wie oben beschrieben. Es gibt jedoch drei Ausnahmen: Die erste ist, daß auf das Glühen des Warmwalzbandes, falls gewünscht, verzichtet werden kann. Wenn Gerätschaften und Verfahrensbedingungen es zulassen, wird das Glühen des Warmwalzbandes empfohlen, da der regulär-kornorientierte Elektrostahl mit hohem Siliziumanteil so weniger spröde ist und sich besser kaltwalzen läßt. Außerdem ist die Nachkristallisation dann häufig stabiler. Wird das Warmwalzband geglüht, erfolgt dies bei einer Temperatur von etwa 1850º F (1010ºC) während einer Durchwärmzeit von etwa 30 Sekunden. Nach dem Glühen wird das Warmwalzband mit Luft auf Raumtemperatur abgekühlt. Die zweite Ausnahme ist das erfindungsgemäße Zwischenglühen und Abkühlen nach der ersten Kaltwalzphase. Die dritte Ausnahme ist schließlich der wahlweise, jedoch bevorzugte Einsatz eines Ultraschnellglühverfahrens vor dem Entkohlen.
Nach der ersten Kaltwalzphase wird der Siliziumstahl gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung zwischengeglüht. Diesbezüglich wird auf die Abbildung, eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Zwischenglühzeit-/-temperaturzyklus, verwiesen. Die gestrichelte Linie in der Abbildung stellt den Zeit-/Temperaturzyklus eines für den Stand der Technik typischen Zwischenglühprozesses dar.
Ein Hauptvorstoß der vorliegenden Erfindung ist die Erkenntnis, daß das Zwischenglühen und der Kühlzyklus so eingestellt werden können, daß eine feine Karbidverteilung entsteht. Wir oben beschrieben werden durch das Glühen und den Kühlzyklus die negativen Auswirkungen des höheren Siliziumgehalts ausgeglichen.
Während der Erwärmungsphase des Zwischenglühens kommt es bei etwa 1250º F (675ºC) rund 20 Sekunden nach Einführung in den Ofen zur Rekristallisation. Danach findet ein normales Kornwachstum statt. In der Abbildung ist der Beginn der Rekristallisation mit "0" gekennzeichnet. Bei einer Temperatur über etwa 1280º F (690ºC) beginnen sich die Karbide zu lösen (in der Abbildung durch "A" gekennzeichnet). Dieser Prozeß schreitet voran und läuft mit steigender Temperatur immer schneller ab. Bei einer Temperatur über etwa 1650º F (900ºC) wird ein kleiner Teil des Ferrits zu Austenit. Der Austenit sorgt für eine schnellere Lösung des Kohlenstoffs und beschränkt das normale Kornwachstum, wodurch die Zwischenglühkorngröße festgesetzt wird. Die im Stand der Technik bekannte Zwischenglühmethode findet bei einer Durchwärmtemperatur von etwa 1740º F (950ºC) während mindestens 25 bis 30 Sekunden statt. Das erfindungsgemäße Zwischenglühen findet während einer Durchwärmzeit von 1 bis 30 Sekunden, vorzugsweise 3 bis 8 Sekunden statt. Die Durchwärmtemperatur ist hierbei nicht ausschlaggebend. Das Durchwärmen kann bei einer Temperatur von 1650º F (900ºC) bis 2100º F (1150ºC) stattfinden. Vorzugsweise erfolgt es bei einer Temperatur von 1650º F (900ºC) bis 1700º F (930ºC), ganz bevorzugt bei etwa 1680º F (915ºC). Die kürzere Durchwärmzeit und die niedrigere Durchwärmtemperatur werden bevorzugt, da sich. dann weniger Austenit bildet. Außerdem ist der Austenit, der an den Korngrenzen des ursprünglichen Ferrits in Form von dispergierten Inseln vorliegt, feiner. Der Austenit kann somit leichter zu Ferrit mit Kohlenstoff in fester Lösung abgebaut werden, so daß danach feines Eisenkarbid ausfällt. Eine höhere Durchwärmtemperatur bzw. Durchwärmzeit führt zu einer Vergrößerung der Austenitinseln, die sich im Vergleich zu der ursprünglichen Ferritmatrix schnell mit Kohlenstoff anreichern. Das Wachstum des Austenits und seine Anreicherung mit Kohlenstoff verhindern dessen Abbau während des Abkühlens. Die gewünschte, im Ofen entstehende Struktur ist eine rekristallisierte Ferritmatrix, in der weniger als etwa 5% Austenit gleichmäßig in Form kleiner Inseln verteilt vorliegen. Am Ende des Glühvorgangs liegt der Kohlenstoff in fester Lösung vor und kann während des Abkühlens wieder ausfallen. Der Hauptgrund für die Neufestsetzung von Zwischenglühzeit und -temperatur ist die Steuerung des Wachstums der Austenitinseln. Infolge der niedrigeren Temperatur wird die Gleichgewichtsvolumenfraktion des sich bildenden Austenits reduziert. Die kürzere Durchwärmzeit verringert die Kohlenstoffdiffusion und hemmt so das Wachstum und eine übermäßige Anreicherung des Austenits. Infolge der niedrigeren Temperatur des Bandstahls, der verringerten Volumenfraktion und der feineren Morphologie des Austenits kann dieser während des Kühlzyklus leichter abgebaut werden.
Unmittelbar nach dem Durchwärmen beginnt der Kühlzyklus. Der erfindungsgemäße Kühlzyklus besteht aus zwei Phasen. In der ersten, langsamen Abkühlphase (Durchwärmtemperatur bis Punkt "E" in der Abbildung) wird die Temperatur von der Durchwärmtemperatur auf eine Temperatur von 1000º F (540ºC) bis 1200º F (650ºC), vorzugsweise 1100º F ± 50º F (595ºC ± 30ºC) gesenkt. In dieser ersten, langsamen Abkühlungsphase wird der Austenit zu kohlenstoffgesättigtem Ferrit abgebaut. Unter Gleichgewichtsbedingungen geschieht dies bei Temperaturen zwischen etwa 1650º F (900ºC) und 1420º F (770ºC). Die Kinetik des Kühlvorganges ist jedoch so beschaffen, daß der Austenitabbau erst richtig iwrnittleren Bereich bei 1500º F (815ºC) beginnt und bis kurz unter 1100º F (595ºC) fortschreitet.
Wenn der Austenit in der ersten Kühlphase nicht abgebaut wird, führt dies zur Bildung von Martensit und/oder Perlit. Das Vorhandensein von Martensit bewirkt eine Zunahme der Sekundärkorngröße und eine Verschlechterung der Qualität der (110) [001]-Orientierung. Seine Gegenwart beeinträchtigt die Energiespeicherung in der zweiten Kaltwalzphase, was zu einer minderwertigeren und uneinheitlicheren Magnetqualität des Elektrostahl-Endprodukts führt. Schließlich werden durch Martensit auch die mechanischen Eigenschaften negativ beeinflußt, insbesondere die Kaltwalzeigenschaften. Perlit hat zwar weniger negative Auswirkungen, bindet Kohlenstoff jedoch ebenfalls in nicht gewünschter Form.
Wie oben angegeben beginnt der Austenitabbau in der Abbildung etwa bei Punkt "C" und endet etwa bei Punkt "E". Bei Punkt "D" fällt allmählich feines Eisenkarbid aus dem kohlenstoffgesättigten Ferrit aus. Unter Gleichgewichtsbedingungen fallen Karbide aus kohlenstoffgesättigtem Ferrit bei Temperaturen unter 1280º F (690ºC) aus. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist jedoch eine weitere Absenkung der Temperatur notwendig, damit die Ausfällung beginnt, was erst richtig bei etwa 1200º F (650ºC) geschieht. Es ist zu beachten, daß der Abbau von Austenit zu kohlenstoffgesättigtem Ferrit und die Karbidausscheidung aus dem Ferrit sich leicht überschneiden. Das Karbid liegt in zwei Formen vor, nämlich als intergranularer Film und als feiner intragranularer Niederschlag. Der intergranulare Film fällt bei Temperaturen über etwa 1060º F (570ºC) aus, der intragranulare Niederschlag bei Temperaturen unter etwa 1060º F (570ºC). In der ersten, langsamen Kühlphase von Punkt "C" bis Punkt "E" in der Abbildung wird die Temperatur um weniger als 1500º F (835ºC) pro Minute, vorzugsweise um S00º F bis 1050º F (280ºC bis 585ºC) pro Minute gesenkt.
Die zweite, schnelle Phase des Kühlzyklus findet in der Abbildung zwischen Punkt "E" und Punkt "G" statt, also zwischen 1000º F und 600º F (540ºC und 315ºC), wo der Bandstahl zum Abschluß der schnellen Kühlphase mit Wasser abgeschreckt werden kann. Der Bandstahl hat nach dem Abschrecken mit Wasser eine Temperatur von 150º F (65ºC) oder weniger, was in der Abbildung als Raumtemperatur angegeben ist (75º F oder 25ºC). Während der zweiten Kühlphase beträgt die Kühlgeschwindigkeit vorzugsweise 2500º F bis 3500º F (1390ºC bis 1945ºC) pro Minute und ganz bevorzugt mehr als 3000º F (1665ºC) pro Minute. Dadurch wird sichergestellt, daß feines Eisenkarbid ausfällt.
Aus den obigen Ausführungen wird ersichtlich, daß zum Erhalt der gewünschten Mikrostruktur der gesamte erfindungsgemäße Zyklus aus Zwischenglühen und Kühlen sowie eine genaue Steuerung unerläßlich sind. Ein für den Stand der Technik typischer Zyklus dauert mindestens 3 Minuten (siehe Abbildung) und wird mit einem Wasserbad (nicht dargestellt) beendet, wobei der Bandstahl mit einer Geschwindigkeit von etwa 220 Fuß pro Minute (57 Meter in der Minute) läuft. Der erfindungsgemäße Zwischenglühzyklus dauert etwa 2 Minuten und 10 Sekunden, was eine Geschwindigkeit von etwa 260 Fuß pro Minute (80 Meter in der Minute) ermöglicht. Es ist also zu beachten, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Glühzyklus die Fertigungsstraße produktiver arbeiten kann. Ein Vergüten nach dem Glühen ist weder vonnöten noch erwünscht, da sich herausgestellt hat, daß dies zu einer Zunahme der Sekundärkorngröße führt, was wiederum die magnetische Qualität des Elektrostahl-Endprodukts verschlechtert.
Dem Zwischenglühen folgt die zweite Kaltwalzphase, durch die der Elektrostahl auf die gewünschte endgültige Stärke reduziert wird. In dieser Phase kann der Elektrostahl entkohlt, mit einem Glühtrennmittel beschichtet und zum Zwecke der Nachkristallisation endgeglüht werden.
In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Elektrostahl nach dem Kaltwalzen auf seine endgültige Stärke und vor dem Entkohlen einer Ultraschnellglühbehandlung unterzogen. Zu diesem Zweck wird der Elektrostahl endgültiger Stärke mit einer Geschwindigkeit von mehr als 180º F (100ºC) pro Sekunde auf eine Temperatur von über 1250º F (675ºC) erwärmt. Vorzugsweise wird der Elektrostahl mit einer Geschwindigkeit von 1000º F (540ºC) pro Sekunde erwärmt. Außerdem stellt das Ultraschnellglühen vorzugsweise die Erwärmungsphase der Entkohlung dar.
Die chemische Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung sieht bevorzugt folgendermaßen aus: Weniger als 0,05 Gew.-% Kohlenstoff, 0,04 bis 0,08 Gew.-% Mangan, 0,015 bis 0,25 Gew.-% Schwefel und/oder Selen, 3,25 bis 3,75 Gew.-% Silizium, weniger als 100 ppm Aluminium, weniger als 50 ppm Stickstoff, wobei gegebenenfalls Bor und/oder Kupfer zugesetzt werden können, und zum Rest im wesentlichen Eisen. Das Ultraschnellglühen verbessert die Rekristallisationsstruktur nach dem Entkohlen, indem es zur Bildung von mehr (110) [001] Primärkörnern führt. Außerdem verringert es die Größe der Sekundärkörner. Ist das Ultraschnellglühen Teil des Entkohlungsprozesses, so sind Zwischen- und Endstärke des regulär-kornorientierten Siliziumstahls nachher einheitlicher und seine magnetischen Eigenschaften besser und beständiger.

Beispiel I

Vier Chargen mit einer Zusammensetzung (in Gew.-%) wie in Tabelle I dargestellt wurden geschmolzen und mittels Strangguß in 8" (200 mm) dicke Brammen gegossen. Diese werden auf 6" (150 mm) vorgewalzt, erneut auf 2550º F (1400ºC ) erwärmt und zur weiteren Bearbeitung zu 0,084" (2,1 mm) dicken Warmwalzbändern warmgewalzt. Bei der Bearbeitung im Werk wurde das Warmwalzband bei 1850º F (1010ºC) geglüht und in verschiedene Zwischenstärken kaltgewalzt. Dabei wurden die Chargen A und B einem für den Stand der Technik typischen Zwischenglühverfahren mit einer Durchwärmzeit von 25-30 Sekunden, einer Durchwärmtemperatur von 1740º F (950º C) und normaler Abkühlung auf Raumtemperatur unterzogen, die Chargen C und D jedoch dem erfindungsgemäßen Zwischenglühverfahren. Nach dem Zwischenglühen wurden die Materialien auf die endgültige Stärke von 7 mil (0,18 mm) bzw. 9 mil (0,28 mm) kaltgewalzt und dann bei 1525º F (830ºC) in einer feuchten Wasserstoffatmosphäre entkohlt, mit MgO beschichtet und bei 2200º F (1200ºC) endgeglüht. Die bei diesen Versuchen erhaltenen Daten über die magnetische Qualität sind in Tabelle III zusammengefaßt. Tabelle I Tabelle II
Die Ergebnisse zeigen klar, daß der erfindungsgemäße Zwischenglühzyklus den Kernverlust verringert und die Stabilität des Sekundärkornwachstums dieser regulär-kornorientierten Materialien verbessert hat.

Beispiel II

Von den Chargen A und B wurden während der Bearbeitungsexperimente im Werk weitere Proben für Laborversuche genommen. Die Bearbeitung im Werk erfolgte auf herkömmliche Weise wie in Beispiel I; nach dem Kaltwalzen auf die Zwischenstärke wurden dort jedoch Proben genommen und gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung im Labor bearbeitet. Dabei wurden die Durchwärmtemperaturen und -zeiten des erfindungsgemäßen Zwischenglühverfahrens sowie die erfindungsgemäße gesteuerte Kühlung eingesetzt bzw. nach dem Kaltwalzen und vor dem Entkohlen das bevorzugte Ultraschnellglühverfahren. Das Ultraschnellglühverfahren, bei dem die Temperatur um 1000º F (556ºC) pro Sekunde von Raumtemperatur auf 1375º F erhöht wird, wurde als Erwärmungsphase in den Entkohlungsprozeß integriert. Nach dem Zwischenglühen wurden die Materialien auf eine Endstärke von 7 mil (0,18 mm) kaltgewalzt und bei 1525º F (830ºC) in einer feuchten Wasserstoffatmosphäre entkohlt, wobei die Erwärmung entweder durch herkömmliche Techniken oder mit Hilfe des Ultraschnellglühverfahrens erzielt wurde. Nach dem Entkohlen wurden die Proben mit MgO beschichtet und bei 2200º F (1200ºC) endgeglüht. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle III zusammengefaßt. Tabelle III
Die Ergebnisse zeigen klar, daß der erfindungsgemäße Zwischenglühzyklus den Kernverlust verringert und die Stabilität des Sekundärkornwachstums dieser regulär-kornorientierten Materialien verbessert hat. In der bevorzugteren Ausführungsform wird die magnetische Qualität durch ein den erfindungsgemäßen Zwischenglühzyklus ergänzendes Ultraschnellglühverfahren noch weiter verbessert.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von regulär-kornorientiertem Elektrostahl mit einem hohen Anteil an Silizium und einem niedrigen Anteil an Kohlenstoff in der Schmelze sowie einer Stärke von 14 mil (0,35 mm) bis 6 mil (0,15 mm) oder weniger, das folgende Schritte umfaßt: Bereitstellung eines Warmwalzbandes aus Siliziumstahl, wobei der Siliziumstahl aus weniger als 0,07 Gew.-% Kohlenstoff, 0,025 bis 0,25 Gew.-% Mangan, 0,01 bis 0,035 Gew.-% Schwefel und/oder Selen, 3,0 bis 4,5 Gew.-% Silizium, weniger als 100 ppm Aluminium, weniger als 50 ppm Stickstoff, gegebenenfalls Bor- und/oder Kupferzusätzen, und zum Rest aus Eisen und Verunreinigungen besteht, Glühen des Warmwalzbandes, gegebenenfalls Entfernung des Walzzunders vom Warmwalzband, Kaltwalzen auf eine mittlere Stärke, Zwischenglühen dieses Materials mittlerer Stärke bei einer Durchwärmtemperatur von 1650º F (9000C) bis 2100º F (1150ºC) und einer Durchwärmzeit von 1 Sekunde bis 30 Sekunden, langsames Abkühlen des Materials von der Durchwärmtemperatur auf eine Temperatur von 1000º F (540ºC) bis 1200º F (650ºC) mit einer Abkühlgeschwindigkeit von weniger als 1500º F (835ºC) pro Minute, danach schnelles Abkühlen auf eine Temperatur von 600º F (315ºC) bis 1000º F (540ºC) mit einer Abkühlgeschwindigkeit von mehr als 1500º F (835ºC) pro Minute, anschließendes Abschrecken mit Wasser, Kaltwalzen des Siliziumstahls auf die endgültige Stärke, Entkohlen des Siliziumstahls endgültiger Stärke, Beschichten des entkohlten Siliziumstahls mit einem Glühtrennmittel und Endglühen des Siliziumstahls zum Zwecke der Nachkristallisation.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumgehalt 3,25-3,75 Gew.-% beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmwalzband bei einer Temperatur von etwa 1850º F (1010ºC) während einer Durchwärmzeit von etwa 30 Sekunden geglüht und mit Luft auf Raumtemperatur abgekühlt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch Ultraschnellglühen des Siliziumstahls endgültiger Stärke vor dem Entkohlen mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit von mehr als 180º F (100ºC) pro Sekunde auf eine Temperatur von mehr als 1250º F (675ºC).

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglühen während einer Durchwärmzeit von 3 bis 8 Sekunden erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglühen bei einer Durchwärmtemperatur von 1650º F (900ºC) bis 1700º F (930ºC) erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglühen bei einer Durchwärmtemperatur von etwa 1680º F (915ºC) erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die langsame Abkühlung bei einer Temperatur von 1100º F ± 50º F (595ºC ± 30ºC) beendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die langsame Abkühlung mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 500º F (280ºC) bis 1050º F (585ºC) pro Minute erfolgt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schnelle Abkühlung mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 2500º F (1390ºC) bis 3500º F (1945ºC) pro Minute erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zwischenglühen bei einer Durchwärmtemperatur von etwa 1680º F (915ºC) während einer Durchwärmzeit von 3 bis 8 Sekunden erfolgt, das langsame Abkühlen mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 500º F (280ºC) bis 1050º F (585ºC) pro Minute erfolgt und bei einer Temperatur von 1100º F ± 50º F (595ºC ± 30ºC) beendet wird, und daß die schnelle Abkühlung mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 2500º F (1390ºC) bis 3500º F (1945ºC) pro Minute erfolgt.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumstahl endgültiger Stärke vor dem Entkohlen in einem Ultraschnellglühverfahren mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit von mehr als 180ºF (100ºC) pro Sekunde auf eine Temperatur von mehr als 1250º F (675ºC) gebracht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmwalzband bei einer Temperatur von etwa 1850º F (1010ºC) während einer Durchwärmzeit von etwa 30 Sekunden geglüht und mit Luft auf Raumtemperatur abgekühlt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ultraschnellglühen als eine Erwärmungsphase der Entkohlung durchgeführt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumstahl endgültiger Stärke vor dem Entkohlen in einem Ultraschnellglühverfahren mit einer Erwärmungsgeschwindigkeit von mehr als 180º F (100ºC) pro Sekunde auf eine Temperatur von mehr als 1250º F (675ºC) gebracht wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ultraschnellglühen als eine Erwärmungsphase der Entkohlung durchgeführt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Siliziumstahl weniger als 0,05 Gew.-% Kohlenstoff, 0,04 bis 0,08 Gew.-% Mangan, 0,015 bis 0,025 Gew.-% Schwefel und/oder Selen und 3,25 bis 3,75 Gew.-% Silizium enthält.