DE69730884T2

DE69730884T2 - Verfahren zum Herstellen nichtkornorientierter Elektrobleche und nach diesem Verfahren hergestellte Bleche

Info

Publication number: DE69730884T2
Application number: DE69730884T
Authority: DE
Inventors: Philippe Poiret; Jean-Claude Bavay; Jean Verdun; Andre Bertoni; Jacques Hernandez
Original assignee: USINOR SA
Current assignee: USINOR SA
Priority date: 1996-01-25
Filing date: 1997-01-21
Publication date: 2005-11-17
Anticipated expiration: 2017-01-22
Also published as: FR2744135A1; EP1473371A3; ES2230591T3; ATE343651T1; FR2744135B1; DE69736868T2; DE69730884D1; EP1473371B1; ATE278041T1; ES2276191T3; DE69736868D1; EP1473371A2; EP0786528A1; EP0786528B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines nichtkornorientierten Magnetblechs.
Die so genannten nichtkornorientierten Magnetbleche, d. h. die isotrope magnetische Eigenschaften aufweisen, sind für die Herstellung elektromagnetischer Vorrichtungen bestimmt, in denen der durch die elektrischen Wicklungen erzeugte Magnetfluss nicht konstant ist, wie beispielsweise bei den Drehmaschinen. Gewisse im Bereich der elektrischen Haushaltsgeräte verwendete Transformatoren verwenden diesen Blechtyp aus wirtschaftlichen Gründen.
Diese elektromagnetischen Vorrichtungen sind aus geschnittenen und zusammengebauten Blechen gebildet. Die Bleche haben eine Wirksamkeit, die in Abhängigkeit von zwei Parametern bewertet wird, nämlich einerseits der Induktion und andererseits der spezifischen Verluste.
Die Induktion ist durch die Magnetisierung bis zur Sättigung der Bleche begrenzt, und diese Magnetisierung ist umso höher, als der Stahl reich an Eisen ist. Die Beigabe von Legierungselementen in den Stahl führt zu einer Erhöhung der elektrischen Widerstandsfähigkeit, was zur Funktion hat, dass die Verluste durch Foucault'sche Ströme verringert werden.
Die Ausarbeitung des Stahls unter Vakuum ermöglicht es, einerseits die Sauberkeit und die Reinheit des Stahls zu verbessern und andererseits die Hystereseverluste zu verringern.
Daher ist es notwendig, im Hinblick auf die Zusammensetzung einen Kompromiss zwischen der Magnetisierung und den Verlusten zu finden.
Aus dem Patent EP 0 469 980 ist ein Verfahren bekannt, das im Bereich der Herstellung von nichtkornorientierten Magnetblechen verwendet wird, wobei das Verfahren nacheinander nach der Ausarbeitung eines Stahls unter Vakuum ein Verfahren des Warmwalzens, gefolgt von einem Aufhaspeln, einem so genannten raschen Glühen während des Durchlaufens des warmgewalzten Blechs, einem fakultativen Schritt der Strahlbehandlung, einem Schritt des Beizens, einem Schritt des Kaltwalzens in einer oder mehreren Phasen, gefolgt von einem Glühen, wobei das Schlussglühen unter einer kontrollierten, falls erforderlich dekarburierenden Atmosphäre durchgeführt wird.
Die durch dieses Verfahren hergestellten Bleche haben bei einer Enddicke von ungefähr 0,50 Millimeter spezifische Verluste von weniger als 6,5 W/kg unter einer Induktion von 1,5 Tesla und bei einer Frequenz von 50 Hertz, sowie eine Magnetisierung von mehr als 1,74 Tesla unter einem elektrischen Feld von 5000 A/m.
Bei einer Dicke des Blechs von ungefähr 0,65 Millimetern sind die Gesamtmasseverluste geringer als 7,5 W/kg unter einer Induktion von 1,5 Tesla und bei einer Frequenz von 50 Hertz. Die Magnetisierung ist größer als 1,75 Tesla unter einem Feld von 5000 A/m.
Die Erfindung soll die magnetischen Eigenschaften der nichtkornorientierten Bleche, die mit einem Stahl hergestellt sind, der nur sehr wenig Silizium enthält, verbessern, d. h. die magnetischen Verluste verringern und die Magnetisierung unter einem bestimmten elektrischen Feld erhöhen.
Sie betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines nichtkornorientierten Magnetblechs aus einem unter Vakuum erzeugten Stahl mit einer Zusammensetzung mit weniger als 0,5% Silizium, insbesondere:
Kohlenstoff < 0,01%
Silizium < 0,5%
Mangan 0,05 bis 0,5%
Aluminium < 0,03%
Phosphor < 0,20%
Schwefel < 0,015%
Stickstoff < 0,01%
Sauerstoff < 0,01%
Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen,
wobei der Stahl, der zu Brammen geformt ist, nacheinander mit einer Brammenerwärmungstemperatur unter 1300°C und einer Warmwalzendtemperatur unter 950°C warmgewalzt wird, das warmgewalzte Band bei einer Temperatur über 550°C aufgehaspelt wird, einer fakultativen Strahlbehandlung und einer Beizbehandlung unterzogen wird und dann in mindestens einem Arbeitsgang auf eine Dicke kleiner oder gleich 1,5 mm kaltgewalzt wird und das kaltgewalzte Blech schlussgeglüht wird.
Die weiteren Merkmale der Erfindung sind: bei einer Form der Erfindung

– erfolgt das Kaltwalzen in einem Arbeitsgang unter einer Querschnittsreduktion zwischen 25 und 90%,

– erfolgt das anschließende Schlussglühen bei einer Temperatur zwischen 700 und 1050°C während weniger als 10 min.

Nach dem Schlussglühen wird das vorher geschnittene Blech ferner einem Glühen zum Beseitigen der Spannungen unterzogen und

– erfolgt das Glühen zum Beseitigen der Spannungen bei einer Temperatur über 650°C während mehr als 3 min.

Die nachfolgende Beschreibung, die eine Folge von Ausführungsbeispielen beschreibt, macht die Erfindung gut verständlich.
Die einzige Figur stellt eine Magnetisierungskurve in Abhängigkeit von den Kaltwalzraten dar, wobei das Kaltwalzen in einem einzigen Arbeitsgang erfolgt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird aufgezeigt, dass die Masseverluste bei 1,5 Tesla und 50 Hertz auf weniger als 5 W/kg bei einer Blechdicke von ungefähr 0,35 mm, auf weniger als 6 W/kg bei einer Blechdicke von ungefähr 0, 50 mm, auf weniger als 8 w/kg bei einer Blechdicke von ungefähr 0,65 mm, auf weniger als 11 W/kg bei einer Blechdicke von ungefähr 1 mm verringert werden können, und dass eine Magnetisierung gleich oder größer als 1,72 T unter einem elektrischen Feld von 5000 A/m für ein Blech von 0,35 mm Dicke, eine Magnetisierung gleich oder größer als 1,75 Tesla für Bleche von 0,50 mm, 0,65 mm und 1 mm Dicke erzielt werden kann, wobei ein Stahl mit einer gegebenen Zusammensetzung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren unterzogen wird:

– einem Warmwalzen mit einer Brammenerwärmungstemperatur unter 1300°C und einer Warmwalztemperatur unter 950°C, wobei das warmgewalzte Band bei einer Temperatur über 550°C aufgehaspelt und dann mit einer Querschnittsreduktion größer oder gleich 25% in einem Arbeitsgang auf eine Dicke kleiner oder gleich 1,5 mm kaltgewalzt wird, wobei das kaltgewalzte Blech einem Schlussglühen unterzogen wird.

Bei diesem Verfahren erfolgt kein rasches Glühen des warmgewalzten Blechs.
Die nachfolgenden Beispiele 1 bis 5 stellen die allgemeinen Merkmale der vorliegenden Erfindung dar.
Beispiel 1
Eine Bramme des Stahls Nr. 1, dessen chemische Gewichtszusammensetzung in Tabelle 1 angeführt ist, wird auf 1200°C erwärmt, dann einem ersten Warmwalzen mit einer Querschnittsreduktion von 86% und einem zweiten Warmwalzen mit einer Querschnittsreduktion von 93% unterzogen. Die Endtemperatur des Warmwalzens beträgt 860°C, das warmgewalzte Blech mit einer Dicke von 2,5 mm wird bei der Temperatur von 710°C aufgehaspelt.
TABELLE 1 (Stahl Nr. 1)
Um vergleichende Messungen durchzuführen, wird das so erhaltene Band in Abschnitte geteilt:

– ein Teil der Abschnitte wird einem raschen Glühen von 2,5 Minuten bei 1050°C vor dem Kaltwalzen unterzogen, um als Referenz zu dienen,
– die anderen Abschnitte werden erfindungsgemäß kaltgewalzt, ohne ein Glühen vor dem Kaltwalzen durchzuführen.

Die Abschnitt unterliegen einem Kaltwalzen in einem einzigen Arbeitsgang, um Abschnitte mit der Enddicke von 0,35 Millimetern, 0,50 Millimetern, 0,65 Millimetern und 1 Millimeter zu erhalten, was Querschnittsreduktionen von 86%, 80%, 74% und 60% entspricht.
Ein Schlussglühen erfolgt bei einer Temperatur von 880°C während 2 min für die Blechabschnitte von 0,35 mm, 0,50 mm und 1 mm Dicke. Das Schlussglühen erfolgt bei einer Temperatur von 920°C während 2,5 Minuten (min) für die Blechabschnitte mit einer Enddicke von 0,65 mm.
Die Tabelle 2 stellt die Eigenschaften in Masseverlusten in Watt/Kilogramm bei 1,5 Tesla und 50 Hertz und die Magnetisierung in Tesla unter einem elektrischen Feld von 5000 A/m bei einer Blechdicke von ungefähr 0,35 mm, ungefähr 0,50 mm, ungefähr 0,65 mm und ungefähr 1 mm dar.
TABELLE 2
Die Fähigkeit des Blechs mit einer Enddicke von 1 mm, 0,65 mm und 0,50 mm zur Magnetisierung ist gleich oder größer als 1,75 Tesla unter einem Feld von 5000 A/m, wenn die Dicke vor dem Kaltwalzen von 2 mm bis 3,3 mm (wie in Tabelle 2bis zusammengefasst) im Falle des Aufhaspelns des warmgewalzten Blechs bei der Temperatur über 650°C und ohne Glühen vor dem Kaltwalzen variiert. Für das Blech mit einer Enddicke von 0, 35 mm muss die Dicke vor dem Kaltwalzen geringer als 3,3 mm sein, um eine Magnetisierung gleich oder größer als 1,75 Tesla zu erzielen.
TABELLE 2bis
Beispiel 2
Eine Bramme des Stahls Nr. 1 wird auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 warmgewalzt, aber mit einem Aufhaspeln bei der Temperatur von 610°C, wobei ein Abschnitt des Blechs mit einer Querschnittsreduktion von 80% kaltgewalzt wird und der andere Abschnitt mit einer Querschnittsreduktion von 74%, ohne Anfangsglühen, d. h. ohne Glühen vor dem Kaltwalzen.
Nach demselben Schlussglühen wie in Beispiel 1 wurden die in Tabelle 3 dargestellten magnetischen Eigenschaften erhalten.
TABELLE 3
Beispiel 3
Eine Bramme des Stahls Nr. 1 wird auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1 warmgewalzt, allerdings mit einer Schlusswarmwalztemperatur von 910°C, wobei das Blech mit einer Querschnittsreduktion von 80% ohne Anfangsglühen kaltgewalzt wird.
Nach demselben Schlussglühen wie in Beispiel 1 wurden die in Tabelle 4 dargestellten magnetischen Eigenschaften erhalten.
TABELLE 4
Die vorhergehenden vergleichenden Beispiele zeigen durch die Variation der erhaltenen Verlust- und Induktionswerte und mit der Zusammensetzung der vorliegenden Erfindung die Notwendigkeit auf, die Aufhaspeltemperatur zu erhöhen sowie die Warmwalzschlusstemperatur bei Nichtvorhandensein einer Glühbehandlung des warmgewalzten Bandes zu begrenzen.
Beispiel 4
Eine Bramme des Stahls Nr. 2, dessen Gewichtszusammensetzung in Tabelle 5 angeführt ist, wird unter denselben Bedingungen wie die Stahlbramme Nr. 1 des Beispiels 1 behandelt, wobei das Blech ohne Anfangsglühen kaltgewalzt wird.
TABELLE 5 (Stahl Nr. 2)
Die erhaltenen magnetischen Eigenschaften sind in Tabelle 6 dargestellt.
TABELLE 6
Beispiel 5
Eine Bramme des Stahls Nr. 3, dessen Gewichtszusammensetzung in Tabelle 7 angeführt ist, wird unter denselben Bedingungen wie die Stahlbramme Nr. 1 des Beispiels 1 behandelt, wobei das Blech ohne Anfangsglühen kaltgewalzt wird.
TABELLE 7 (Stahl Nr. 3)
Die erhaltenen magnetischen Eigenschaften sind in Tabelle 8 dargestellt.
TABELLE 8
Bei Vergleich der Beispiele 4 und 5 und der Wertetabellen 6 und 8 ist zu bemerken, dass der Gehalt an Mangan geringer als 0,5% sein muss, da ein hoher Mangangehalt zu einer Verringerung der Magnetisierung führt. Jedoch ein Minimum von 0,05% Mangan ist erforderlich, da eine Verringerung des Mangangehalts dazu neigt, eine Erhöhung der Verluste nach sich zu ziehen.
Im Hinblick auf die Zusammensetzung erhöht das Vorhandensein von Silizium und Mangan in fester Lösung im Eisen beträchtlich die elektrische Widerstandsfähigkeit und verringert folglich die Energieverluste, die die Variation des magnetischen Induktionsflusses begleiten. Jedoch die magnetische Polarisierung mit Sättigung nimmt in Abhängigkeit vom Gehalt an Silizium, Aluminium und Mangan ab. Daraus ergibt sich eine geringere magnetische Durchlässigkeit des Stahls am üblichen Funktionspunkt der Maschinen. Es ist somit erforderlich, den besten Kompromiss zwischen dem Gehalt an Legierungselementen und den angestrebten magnetischen Leistungen zu finden. Folglich besitzt der erfindungsgemäße Stahl einen Massegehalt an Silizium unter 0,5% und einen Mangangehalt unter 0,5%, um eine hohe Durchlässigkeit zu erzielen.
Die Wärmeleitfähigkeit ist ein wesentlicher Parameter bei der Konstruktion der elektrischen Maschinen. Die Energieverluste durch Joule-Effekt in den Materialien werden nach außen durch die Magnetschaltung, die von gestapelten geschnittenen Blechen gebildet ist, beseitigt. Die Beigabe von Silizium, Mangan und Aluminium in das Eisen zeigt sich in einer Verringerung der Wärmeleitfähigkeit.
Aus dieser Sicht muss der Stahl nicht oder sehr wenig legiert sein, der geringe Gehalt des Stahls an Silizium, Mangan und Aluminium gemäß der Erfindung ermöglicht es, die Erhitzung der Motoren zu begrenzen, was für den ordnungsgemäßen Halt der die Leiter umgebenden Isoliermittel nachteilig ist. Die beste Beseitigung der Kalorien kann auch eine Erhöhung der Masseleistung über die Erhöhung der Induktionspegel ohne Erhöhung der Temperatur gestatten.
Mit anderen Worten sichert die Zusammensetzung der Erfindung auf Grund der Wärmeleitfähigkeit, die sie dem Stahl verleiht, eine Kühlung der elektrischen Vorrichtungen durch Wärmeinduktion.
Erfindungsgemäß wird gezeigt, dass mit einem Stahl mit einer bestimmten chemischen Zusammensetzung die Herstellung eines Magnetblechs erzielt werden kann, das bemerkenswerte Eigenschaften aufweist:

– ohne ein rasches Glühen des warmgewalzten Blechs durchzuführen, dank einer besseren Kontrolle der Warmwalzschlusstemperatur und der Aufhaspeltemperatur und unter der Bedingung, dass der Gehalt an in der Zusammensetzung des Stahls enthaltenem Mangan begrenzt wird.

Das durch das Verfahren erhaltene Blech kann nach dem Schneiden und Zusammenbau der magnetischen Schaltungen einem Glühen zur Beseitigung der Spannungen unterzogen werden.
Dieses Glühen zur Beseitigung der Spannungen auf Grund des Schneidens führt zu einer erheblichen Verringerung der Verluste ohne Verschlechterung der Magnetisierungsfähigkeit:

– bei Nichtvorhandensein eines Anfangsglühens und mit einem einzigen Kaltwalzarbeitsgang.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines nichtkornorientierten Magnetblechs aus einem unter Vakuum erzeugten Stahl mit der Zusammensetzung Kohlenstoff < 0,01% Silizium < 0,5% Mangan < 0,05–0,5% Aluminium < 0,03% Phosphor < 0,20% Schwefel < 0,015% Stickstoff < 0,01% Sauerstoff < 0,01% wobei der Rest Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen sind, wobei der zu Brammen geformte Stahl nacheinander mit einer Brammenerwärmungstemperatur unter 1300°C und einer Warmwalzendtemperatur unter 950°C warmgewalzt wird, das warmgewalzte Band bei einer Temperatur über 550°C aufhaspelt wird, einer fakultativen Strahlbehandlung und einer Beizbehandlung unterworfen wird und dann mit einer Querschnittsreduktion von größer oder gleich 25% in einem Arbeitsgang auf eine Dicke von kleiner oder gleich 1,5 mm kaltgewalzt wird und das kaltgewalzte Band schlussgeglüht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltwalzen in einem Arbeitsgang unter einer Querschnittsreduktion von 25 bis 90% durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das anschließende Schlußglühen bei einer Temperatur zwischen 700 und 1050°C während weniger als 10 min. durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vorher zugeschnittene Blech nach dem Schlussglühen zusätzlich spannungsarmgeglüht wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungsarmglühen bei einer Temperatur über 650°C während mehr als 3 min. durchgeführt wird.