DE69524989T2

DE69524989T2 - Verfahren zum Herstellen von Weichstahl

Info

Publication number: DE69524989T2
Application number: DE69524989T
Authority: DE
Inventors: Firmin Beco; Philippen Harlet; Lucien Renard
Original assignee: Cockerill Sambre SA
Current assignee: ArcelorMittal Liege Upstream SA
Priority date: 1994-02-07
Filing date: 1995-02-02
Publication date: 2002-08-29
Anticipated expiration: 2015-02-03
Also published as: ES2171494T3; EP0681031B1; BE1007927A3; DK0681031T3; EP0681031A1; DE69524989D1; ATE212070T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Weichstahl, insbesondere eines Weichstahls mit niedriger Koerzitivfeldstärke für die Herstellung von Magneten, die in den Teilchenbeschleunigern oder ähnlichen Einrichtungen, wie beispielsweise einem Speicherring, etc., verwendet werden.
Im allgemeinen benötigen die Teilchenbeschleuniger einer bestimmten Dimension Magnete aus einem Stahl, der eine Gesamtheit sehr spezifischer Merkmale aufweist. So ist vor allem erforderlich, daß dieser Stahl eine ausreichende mechanische Widerstandskraft aufweist und besondere magnetische Eigenschaften, wie beispielsweise eine relativ niedrige Koerzitivfeldstärke mit einem schwach streuenden Mittelwert, ein Fehlen von Alterung der magnetischen Eigenschaften, eine magnetische Permeabilität, die hohe Induktionsniveaus ebenso gewährleistet wie ein sehr niedriges Niveau des magnetischen Verlustes, das es erlaubt, bei Blechstärken zu arbeiten, die gleich groß sind wie oder größer sind als 1,5 mm.
Darüber hinaus muß die Ebenheit der konstitutiven Elemente des Magneten so beschaffen sein, daß sie es erlaubt, einen erhöhten Füllkoeffizienten zu gewährleisten, vorzugsweise einen Füllkoeffizienten von mehr als 98%. Diese Elemente müssen auch sehr enge Dickentoleranzen aufweisen, dürfen keine mechanische Spannung aufweisen, müssen praktisch frei von Kohlenstoff sein, korrosionsbeständig sein, müssen leicht bearbeitet und zerschnitten werden können und müssen schließlich in möglichst großen Dicken zur Verfügung gestellt werden können.
Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
Weitere Einzelheiten und Besonderheiten der Erfindung werden aus der nachstehend in nicht beschränkender Weise gegebenen Beschreibung einiger Ausführungsformen des Verfahrens der Erfindung, die durch konkrete Anwendungsbeispiele illustriert werden, hervorgehen.
Im allgemeinen, in Abhängigkeit von den Parametern der aufeinanderfolgenden Schritte des Verfahrens der Erfindung, geht man aus von einem Stahl, der der folgenden allgemeinen Zusammensetzung entspricht:
C ≤ 1%
Si ≤ 1
Mn < 1
P < 0,100
S < 0,100%
N < 0,100
Al ≤ 0,250%.
Ausgehend von diesem Stahl werden Brammen gegossen, beispielsweise mit einer Dicke von 200 bis 300 mm. Es ist hervorzuheben, daß eine Entkohlung des flüssigen Stahls vorteilhafterweise durchgeführt werden kann. Diese Entkohlung kann durch Hinzufügen von kohlestoffbindenden Elementen, insbesondere Nb, Ti, V, zu dem Stahl im geschmolzenen Zustand gefördert werden, vorzugsweise in solchen Konzentrationen, daß der freie Kohlenstoff in den gegossenen Brammen unterhalb von 0,006% liegt.
Gegebenenfalls werden die so erhaltenen Brammen wieder erwärmt mit dem Ziel, die Schmiedbarkeit des Stahls zu erhöhen und so den späteren Walzvorgang desselben zu erleichtern. Dieses Wiedererwärmen wird beispielsweise bei einer Temperatur von 900 bis 1250ºC durchgeführt.
Anschließend, nach einer Grobbearbeitung dieser Brammen in einer klassischen Walzstraße, wird ein Walzvorgang in der ferritischen Phase durchgeführt.
Um zu gewährleisten, daß zumindest das Ende dieses Walzvorgangs tatsächlich in dieser ferritischen Phase stattfindet, findet derselbe folglich vorteilhafterweise bei einer Temperatur unterhalb von 900ºC statt.
Dies erlaubt es, ein nicht kristallisiertes kaltverfestigtes Erzeugnis zu erhalten, welches sich ein wenig in der Form von sehr harten Fasern darstellt.
Dieser Walzvorgang wird durchgeführt, bis ein Stahlband mit einer Dicke von 2,5 bis 12 mm, je nach der vorgesehenen Anwendung, erhalten wird.
Dieses so erhaltene Stahlband erfährt ein Selbstglühen und/oder wird einem kontrollierten Glühen unterworfen, derart, daß eine Kristallisation erhalten wird, die mit derjenigen des gewalzten Stahls in der ferritischen Phase identisch ist.
Das Selbstglühen, das sich automatisch erzeugt, infolge der Temperatur, bei welcher sich das Band befindet, findet während und nach dem Aufwickeln dieser gewalzten Stahlbänder statt.
In dem Fall, in dem ein kontrolliertes Glühen erwünscht ist, wird hingegen die Stahlrolle während einer festgelegten Zeit in einen Offen eingeführt und auf eine Temperatur gebracht, die insbesondere von dieser Verweilzeit in dem Ofen abhängt.
So wird das kontrollierte Glühen bei einer Temperatur, die zwischen 750 und 910ºC liegt, während einer Dauer von 30 Minuten bis 48 Stunden durchgeführt, wobei darauf geachtet wird, daß die kürzesten Verweildauern in dem Ofen den höchsten Glühtemperaturen entsprechen und umgekehrt die längsten Dauern den niedrigsten Temperaturen entsprechen.
Darüber hinaus kann gemäß der Erfindung auch ein Schritt der Dekapierung des so gewälzten Stahlbandes vorgesehen sein.
Diese Dekapierung findet vorzugsweise vor dem Glühen statt. Jedoch können die Dekapierung und das Glühen gegebenenfalls gleichzeitig durchgeführt werden, beispielsweise in einer wasserstoffreichen reduzierenden Atmosphäre.
Nachstehend sind einige konkrete Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Verfahrens, ausgehend von einem Stahl einer wohlbestimmten Zusammensetzung, angegeben.

Beispiel 1

Der für die Bildung der Brammen verwendete Stahl wies die folgende Zusammensetzung auf:
C = 0,002%
Mn = 0,110%
S = 0,004%
Si = 0,005%
P = 0,012%
Al = 0,012%
N = 0,0015%
Die erhaltenen Brammen wurden einer Wiedererwärmung während einer Stunde 30 Minuten bei einer Temperatur von 1250ºC unterworfen.
Anschließend fand der Walzvorgang bei einer Temperatur statt, die 900ºC am Eingang und 780ºC am Ausgang der Endbearbeitungsvorrichtung betrug.
Die Dicke des erhaltenen Stahlbandes betrug 2,5 mm. Anschließend fand das Aufwickeln des Stahlbandes bei einer mittleren Temperatur in der Größenordnung von 680ºC statt, und deshalb erfuhr es ein Selbstglühen. Schließlich wurde eine klassische chemische Dekapierung auf das Stahlband angewandt, nachdem es flach ausgelegt und in Bögen zerschnitten worden war.
Die Korngröße in dem fertiggestellten Band betrug 5 ASTM, und die Koerzitivfeldstärke war gleich 95 A/m.

Beispiel 2

Der verwendete Stahl wies die folgende Zusammensetzung auf:
C = 0,003%
Mn = 0,300%
S = 0,001% kugelförmig
Si = 0,250%
P = 0,015%
Al = 0,250%
V = 0,150%
Die Wiedererwärmungstemperatur betrug 1050ºC während 2 Stunden.
Die mittlere Temperatur in der Endbearbeitungsvorrichtung betrug 840ºC.
Die Aufwickeltemperatur betrug 730ºC.
Ein Selbstglühen erfolgte automatisch in der Rolle.
Anschließend wurde eine Entrollung, gefolgt von einem Flachlegen des "schwarzen Blechs", d. h. ohne Dekapierung, durchgeführt.
Dieses Blech wies dann eine Koerzitivfeldstärke von 50 A/m und eine Induktion von 1,95 Ts bei einer Magnetfeldstärke von 100 A/cm auf.

Beispiel 3

Der verwendete Stahl wies die folgende Zusammensetzung auf:
C = 0,017%
Ti = 0,150%
Al = 0,025%
Si = 0,030%
P = 0,017%
S = 0,007%
N = 0,0065%.
Die Wiedererwärmungstemperatur betrug 1250ºC während einer Stunde 30 Minuten.
Die mittlere Temperatur in der Endbearbeitungsvorrichtung betrug 760ºC.
Die Aufwickeltemperatur betrug 300ºC, und dieses letztere wurde von einer chemischen Dekapierung gefolgt.
Das Glühen wurde in einem Wasserstoffmilieu bei einer Temperatur von 750ºC durchgeführt.
Der erhaltene Stahl wies ein Korn von 5 bis 6 ASTM auf.
Die Koerzitivfeldstärke betrug 110 A/m.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die verschiedenen vorstehend beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, und mehrere Varianten können im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, insbesondere in Bezug auf die Art des Glühens und der angewandten Dekapierung. So kann eine Behandlung zur Elimination des Zunders, falls erforderlich, verschiedenen Schritten des Verfahrens zwischengeschaltet sein. Diese Behandlung kann eine chemische Dekapierung oder eine mechanische Entzunderung sein, wie beispielsweise eine Reduktion des metallischen Oxids durch ein Reduktionsmittel, wie zum Beispiel Wasserstoff, oder ein Putzen mit metallischen Strahlmitteln.
Im übrigen kann das gewalzte Stahlband vor seinem Aufrollen auf einer im wesentlichen gleichförmigen, relativ niedrigen Temperatur von höchstens 150ºC gehalten werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines Weichstahls mit niedriger Koerzitivfeldstärke, die kleiner ist als oder gleich groß ist wie 110 A/m, und mit verbesserter magnetischer Permeabilität, welcher der folgenden Zusammensetzung entspricht:

C ≤ 1

Si ≤ 1

Mn < 1

P < 0,100

S < 0,100

N < 0,100

Al ≤ 0,250%,

umfassend eine Bildung von Brammen ausgehend von einem Stahl, der die oben genannte Zusammensetzung aufweist, ein Unterwerfen dieser Brammen einem Walzvorgang, der zumindest teilweise in der ferritischen Phase durchgeführt wird, bis ein Produkt mit einer Dicke von 2,5 bis 12 mm erhalten wird, und ein Glühen dieses Produktes derart, daß eine Kristallisation des Stahls in der ferritischen Phase erreicht wird, wobei der von dem Glühen gefolgte Walzvorgang derart ist, daß eine Korngröße in dem fertigen Stahlprodukt von 1 bis 6 ASTM erhalten wird,

dadurch gekennzeichnet,

daß es einen einzigen Walzvorgang eines Stahlbandes, der zumindest in der ferritischen Phase, zwischen ungeschmierten Walzzylindern, durchgeführt wird, ein Aufwickeln des gewalzten Bandes mit der genannten Dicke und einen abschließenden Glühschritt des Bandes durch Selbstglühen durch Aufwickeln bei einer Temperatur, die mindestens gleich groß ist wie 680ºC, und/oder durch kontrolliertes Glühen des Bandes, im aufgewickelten Zustand, bei einer Temperatur von 750ºC bis 910ºC, während einer Dauer von mindestens 30 Minuten, umfaßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stahl verwendet wird, der der folgenden Zusammensetzung entspricht:

C ≤ 0,010%

Si ≤ 0,30%

Mn < 1%

P < 0,030%

S < 0,020%

N < 0,010%

Al < 0,100%.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stahl einer Entkohlungsbehandlung, vorzugsweise vor dem Walzvorgang, unterworfen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Brammen vor dem Walzvorgang auf eine Temperatur von 900 bis 1200ºC gebracht werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stahl verwendet wird, der kohlenstoffbindende Elemente enthält, insbesondere Nb, Ti, V, in solchen Konzentrationen, daß der freie Kohlenstoff unterhalb von 0,006% liegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das durch den vorstehend genannten Walzvorgang erhaltene Stahlband einer Dekapierungsbehandlung unterworfen wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlband vor und/oder gleichzeitig mit dem vorstehend genannten kontrollierten Glühen einer Dekapierung unterworfen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorstehend genannte Glühen während einer Dauer von 30 Minuten bis 48 Stunden durchgeführt wird, wobei die kürzesten Dauern den höchsten Glühtemperaturen entsprechen und, umgekehrt, die längsten Dauern den niedrigsten Temperaturen entsprechen.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das gewalzte Stahlband vor dem Aufwickeln auf eine im wesentlichen gleichförmige Temperatur von höchstens 150ºC abgekühlt wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Walzvorgang bei einer Eingangstemperatur, die höchstens gleich groß ist wie 900ºC, durchgeführt wird und daß das Aufwickeln bei einer Temperatur, bei welcher das Band das vorstehend genannte Selbstglühen in der ferritischen Phase erfährt, durchgeführt wird.