EP1420072A1 - Verfahren zum Herstellen eines für die Verarbeitung zu nicht kornorientiertem Elektroband bestimmten Warmbands, Warmband und daraus hergestelltes nicht kornorientiertes Elektroblech - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines für die Verarbeitung zu nicht kornorientiertem Elektroband bestimmten Warmbands, Warmband und daraus hergestelltes nicht kornorientiertes Elektroblech Download PDF

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EP1420072A1
EP1420072A1 EP03024299A EP03024299A EP1420072A1 EP 1420072 A1 EP1420072 A1 EP 1420072A1 EP 03024299 A EP03024299 A EP 03024299A EP 03024299 A EP03024299 A EP 03024299A EP 1420072 A1 EP1420072 A1 EP 1420072A1
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hot
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Brigitte Dr.-Ing. Hammer
Karl Ernst Dipl.-Ing. Friedrich
Wolfgang Dr.-Ing. Rasim
Karl Dipl.-Phys. Telger
Olaf Dipl.-Ing. Dr. Fischer
Carl-Dieter Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-I Wuppermann
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ThyssenKrupp Stahl AG
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    • C21D8/1272Final recrystallisation annealing

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a for processing into non-grain-oriented electrical steel certain hot bands.
  • the invention also relates to a for the production of non grain oriented electrical steel certain hot strip and a hot strip not produced from it grain-oriented electrical steel.
  • non-grain oriented electrical sheet are here under DIN EN 10106 ("final annealed Electrical sheet ”) and DIN EN 10165 (“ not finally annealed Electrical sheet ”) falling products understood.
  • DIN EN 10106 final annealed Electrical sheet
  • DIN EN 10165 not finally annealed Electrical sheet
  • more anisotropic varieties are included as long as they are not considered grain-oriented electrical sheets.
  • J 2500 hereinafter denotes the magnetic polarization at a magnetic field strength of 2500 A / m and a frequency of 50 Hz.
  • P 1.5 is the magnetic loss at a polarization of 1.5 T and a frequency of 50 Hz Roger that.
  • CSP plants have been set up for this purpose Service.
  • Casting and rolling plants The steel becomes a continuous device shed stripped from the "in-line” thin slab be divided, which then also "in-line” to hot strip be hot rolled.
  • the operation of casting and rolling plants gained experience and the advantages of "in-line” Casting rolls are carried out, for example, in W. Bald et al "Innovative technology for band production", steel and Eisen 119 (1999) No. 3, pages 77-85, or C. Hendricks et al "Commissioning and first results of the Casting mill from Thyssen Krupp Stahl AG ", steel and iron 120 (2000) No. 2, pages 61-68.
  • the invention was based on the object of a hot strip create, which is in a special way for generation of high quality non grain oriented electrical steel. It should also be a non-grain oriented Electrical sheet to be developed, which compared to that from the Known prior art electrical sheets superior has magnetic properties. Finally one should Procedures are specified with which a cost-effective Intermediate product for a non-grain-oriented electrical sheet or - can produce tape that compared to the prior art has further improved magnetic properties.
  • this task is performed by a Hot strip for the production of non-grain oriented Electrical steel loosened, the hot strip being made of steel (in mass%) C: ⁇ 0.010%, Si: 1.0 - 1.5%, Al: ⁇ 0.4%, with Si + 2Al ⁇ 1.85%, Mn: ⁇ 0.5%, Cu: ⁇ 0.05%, Ti: ⁇ 0.01%, P: ⁇ 0.1%, Sn: ⁇ 0.15%, Sb: ⁇ 0.15%, optional S, O and N, the sum of the contents of these elements ⁇ Is 0.02%, and the balance iron and unavoidable Contamination, is generated and in the hot strip
  • Extensive excretion is such that the existing excretions have an average particle size of have at least 300 nm.
  • the size of the particles should should preferably be distributed so that among the existing excretions the proportion of excretions with particle sizes from 50 to 190 nm on small traces is reduced.
  • the particle size of the Most of the excretions are more than 300
  • the invention is based on the knowledge that significantly improved magnetic properties Electrical sheets with silicon and aluminum contents of the Set order of magnitude selected according to the invention let go when the formation of excretions is controlled will keep the number of fine excretions to a minimum is reduced. Surprisingly, it has been shown that one on the formation of as few and with the largest possible excretions Particle sizes of more than 300 nm directed Procedural management of the structural and excretion state of the hot strip according to the invention is designed so that this favorable excretion characteristic of the hot strip about the production of the finished electrical sheet usually further steps up to Completion of the product is inherited with the result that a End product with excellent magnetic properties is obtained.
  • the structure of the finished non-grain-oriented electrical steel is due to the set according to the invention Elimination state of the hot strip over the entire
  • the strip thickness is particularly homogeneous as there are no smaller ones Excretions are more present, which is the emergence such a homogeneous structure in further processing of the hot strip according to the invention could interfere. Accordingly, the good values of polarization and the magnetic losses of the invention Electrical sheet is also particularly evenly distributed.
  • non-grain-oriented electrical sheet With regard to the non-grain-oriented electrical sheet, the above-mentioned object is achieved by a cold-rolled and finally annealed non-grain-oriented electrical sheet or sheet, which is produced from a hot strip obtained according to the invention and has a final thickness of up to 0.75 mm and polarization values J 2500 which are suitable for a Electrical steel 0.50 mm thick at 50 Hz and magnetic loss P 1.5 from 4.4 W / kg to 5 W / kg at least 1.65 T and at 50 Hz and magnetic loss P 1.5 of less 4.4 W / kg be at least 1.67 T.
  • Both configurations of the method according to the invention correspond to one another.
  • the treatment time is determined as a function of the oven temperature
  • the relevant calculation formula has been changed so that the required oven temperature T E can be determined based on a given treatment time.
  • the practical procedure has been taken into account, in which an oven temperature is usually known, according to which the duration of the treatment depends.
  • the second approach offers the possibility of optimizing the overall sequence of the method according to the invention by specifying a treatment duration that is suitable for the process flow and on the basis of which the furnace temperature must be based.
  • the thickness of the course of the implementation of the Thin slab produced according to the inventive method variant is typically 35 to 100 mm.
  • the hot strip produced in the working steps stands out according to the invention in that in the finished hot strip An extensive elimination has taken place in such a way that the Excretions present in the finished hot strip on average have a particle size of at least 300 nm.
  • the Particle sizes should be distributed so that under the existing excretions the proportion of Excretions with particle sizes from 50 to 190 nm minor traces is reduced. This should include the particle size the excretions mostly more than 300 nm be.
  • the invention is based on the knowledge that significantly improved magnetic properties Electrical sheets with silicon and aluminum contents of the Set order of magnitude selected according to the invention leave if these electrical sheets on a caster generated and a suitable one in the course of processing Compensatory heat treatment is carried out.
  • This Heat treatment has one within narrow limits to follow precisely specified temperature or timing. In this way, the formation of excretions in the hot strip produced according to the invention controlled so that the Number of fine excretions reduced to a minimum becomes.
  • the structure of the finished, non-grain-oriented electrical steel is due to the set according to the invention Elimination state of the hot strip over the entire
  • the strip thickness is particularly homogeneous as there are no smaller ones Excretions are more present, which is the emergence such a homogeneous structure in further processing of the hot strip according to the invention could interfere. Accordingly, the good values of polarization and the magnetic losses of the invention Electrical sheet is also particularly evenly distributed.
  • the invention takes advantage of consistent use of a casting and rolling line Possibilities one in terms of workload and the cost optimized approach by starting with the casting of the thin slab the individual steps of the Hot strip production according to the invention "in-line" immediately be carried out consecutively. Is essential the equalizing heat treatment of the thin slabs given a certain duration Temperature window and at a given temperature in one defined time window.
  • the corridor, within which the effects used according to the invention occur, is on a small temperature or time span limited by the in the invention given formulas for determining the Heat treatment temperature or duration included Express deviations ⁇ T in the furnace target temperature.
  • Hot strip excretions can be found in known Wise electron microscopic or other determine suitable detection and evaluation methods. So the excretion state can be determined with, for example a transmission electron microscope (TEM) Carbon extraction marks with a lower detection limit of 5 nm and in the case of precipitations with a diameter of 30 nm with a personal scanning electron microscope (PSEM) by image analysis using the mass contrast.
  • TEM transmission electron microscope
  • PSEM personal scanning electron microscope
  • the hot strip produced according to the invention is not too grain-oriented electrical sheet finished, so can the hot strip is first subjected to hot strip cooling become. This additional annealing of the hot strip causes an improvement in texture. However, it should always be carried out so that there is none with regard to the desired improvement of the magnetic properties undesirable change in excretions comes.
  • the hot strip after rolling in the Finished relay at a reel temperature of less than 600 ° C, ideally in particular less than 530 ° C, coiled.
  • the reeling at these temperatures leads to the alloys concerned to a solidified Hot strip condition, so that the result improved magnetic properties can be achieved.
  • the reel temperature at least 720 ° C, ideally at least 750 ° C. If such a high reel temperature is maintained, a Hot strip annealing entirely or at least in part be saved.
  • the hot strip is already in the coil softened, which determine its properties Characteristics such as grain size, texture and excretions, positive to be influenced. This is how annealed hot strips can be used particularly good magnetic and technological Create properties.
  • Hot strip annealing Before or after, if applicable Hot strip annealing is usually pickled. Subsequent to pickling or hot strip annealing the hot strip is then cold rolled, this cold rolling in known way with two or more stages intermediate annealing can be performed. On cold rolling usually includes one Final heat treatment, which is carried out so that there is no austenite formation.
  • the thin slab samples I-P1, I-P2, I-P3, II-P1 and II-P2 in turn immediately afterwards entered a hot rolling mill, in which they started from a hot rolling start temperature W AT and at a hot rolling temperature W ET have been hot rolled to the final hot strip thickness.
  • the hot-rolled strips which were hot-rolled from the thin slab samples I-P1, I-P2, I-P3, II-P1 and II-P2, were then split in the hot-rolled state.
  • the first half of the hot strips obtained in this way has been aged at a temperature T H in order to simulate reeling at higher temperatures T H.
  • the second half of the hot strips was directly on Air cooled to room temperature at RT To simulate the reel variant with the temperature is coiled below 500 ° C. After the outsourcing they are the hot strip halves that have been removed from the pickling and in conventional way to an electrical steel EI-1, EI-2 and EI-3 and EII-1 and EII-2 with a thickness of 0.50 mm been cold rolled.
  • the cold rolled electrical strips EI-1, EI-2 and EI-3 and EII-1 and EII-2 are all in one Continuous furnace in an equally well-known way of shot annealing been subjected.
  • Table II shows the processing of thin slab samples I-P1, I-P2, I-P3, II-P1 and II-P2 into electrical strips EI-1, EI-2 and EI-3 as well as EII-1 and EII- 2 operating parameters set.
  • T VO temperature before the equalization furnace
  • W AT hot rolling start temperature
  • W ET hot rolling end temperature
  • T H aging temperature
  • P 1.0 is the loss of magnetization with a polarization of 1.0 T
  • P 1.5 the loss of magnetization with a polarization of 1.5 T
  • P 1.7 the loss of magnetization with a polarization of 1.7 T. referred to a frequency of 50 Hz.
  • the magnetic reversal loss P 1.5 shows the magnetic polarization values J 2500, the mixed value A M and, determined in the longitudinal direction for the electrical strips EI-1, EI-2 and EI-3 as well as EII-1 and EII-2 compared to the longitudinal value A L of the magnetic polarization J 2500 , which could be determined for non-grain-oriented sheets of comparable composition produced conventionally without hot strip annealing.
  • Diagram 3 shows that for electrical strips EI-1 and EI-3 resulting cumulative frequency distribution SHV shown.
  • the optimal range is Sum frequency distribution also by line G circumscribed.
  • Diagram 4 shows the area within which the compensating heat treatment according to the invention is carried out.
  • the upper horizontal line G o defines the maximum permissible temperature of 1160 ° C and the lower horizontal line G u the minimum required temperature of 1040 ° C.
  • the two lines L shown in dashed lines and running from the top left to the bottom right, limit the period of time within which the heat treatment according to the invention can be carried out at a given temperature.
  • the optimal duration of treatment is illustrated by the solid line L opt running in the middle between the lines L.
  • the temperature of the oven is generally predetermined and a certain interval of the required Duration of the heat treatment taking into account the respective cycle time of the casting and rolling system used be determined.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Warmband, das in besonderer Weise für die Herstellung von nicht kornorientiertem Elektroband mit verbesserten elektromagnetischen Eigenschaften geeignet ist. Dies wird dadurch erreicht, dass das Warmband aus einem Stahl, der (in Massen-%) C: <= 0,010 %, Si: 1,0 - 1,5 %, Al: < 0,4 %, mit Si + 2 Al <= 1,85 %, Mn: <= 0,5 %, Cu: < 0,05 %, Ti: < 0,01 %, P: < 0,1 %, Sn: < 0,15 %, Sb: < 0,15 %, wahlweise S, O und N, wobei die Summe der Gehalte dieser Elemente <= 0,02 % ist, und als Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, erzeugt ist und dass in dem Warmband eine weitgehende Ausscheidung derart erfolgt ist, dass die vorhandenen Ausscheidungen im Mittel eine Partikelgröße von mindestens 300 nm besitzen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein aus einem erfindungsgemäßen Warmband hergestelltes kaltgewalztes und schlussgeglühtes nicht kornorientiertes Elektroband. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Warmbandherstellung des erfindungsgemäßen Elektrobandes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines für die Verarbeitung zu nicht kornorientiertem Elektroband bestimmten Warmbands. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein zur Herstellung von nicht kornorientiertem Elektroband bestimmtes Warmband und ein daraus erzeugtes nicht kornorientiertes Elektroband.
Unter dem Begriff "nichtkornorientiertes Elektroblech" werden hier unter die DIN EN 10106 ("schlussgeglühtes Elektroblech") und DIN EN 10165 ("nicht schlussgeglühtes Elektroblech") fallende Produkte verstanden. Darüber hinaus werden auch stärker anisotrope Sorten einbezogen, solange sie nicht als kornorientierte Elektrobleche gelten. Insoweit werden im Folgenden die Begriffe "Stahlband für elektromagnetische Zwecke" und "Stahlblech für elektromagnetische Zwecke" sowie "Elektroband" und "Elektroblech" synonym verwendet.
"J2500" bezeichnet im Folgenden die magnetische Polarisation bei einer magnetischen Feldstärke von 2500 A/m und einer Frequenz von 50 Hz. Unter "P1,5" wird der Ummagnetisierungsverlust bei einer Polarisation von 1,5 T und einer Frequenz von 50 Hz verstanden.
Von der verarbeitenden Industrie wird die Forderung gestellt, nicht kornorientierte Elektrobleche zur Verfügung zu stellen, bei denen die magnetischen Polarisationswerte gegenüber herkömmlichen Elektroblechen nicht nur angehoben sind, sondern bei denen ebenso verbesserte Verlustwerte realisiert sind. Eine Absenkung der Werte der magnetischen Verluste ist stets vorteilhaft, wenn die Gesamtverluste von elektrischen, auf Basis von Elektroblechen der in Rede stehenden Art hergestellten elektrischen Maschinen abgesenkt und damit einhergehend der Wirkungsgrad dieser Maschinen verbessert werden soll.
Durch die Erhöhung der magnetischen Polarisation wird der für die äquivalente Magnetisierung erforderliche Feldbedarf reduziert. In allen Anwendungsfällen, in denen der Aufbau des magnetischen Feldes auf Basis einer elektrischen Erregung erfolgt, lassen sich auf diese Weise neben den Eisenverlusten vor allem auch die Kupferverluste senken, so dass im Ergebnis ebenfalls ein verbesserter Wirkungsgrad erreicht wird.
Üblicherweise umfasst die Herstellung von nicht kornorientiertem Elektroblech (NO-Elektroblech) die Schritte:
  • Erschmelzen des Stahls,
  • Vergießen des Stahls zu Brammen oder Dünnbrammen,
  • soweit erforderlich, Wiedererwärmen der Brammen oder Dünnbrammen,
  • Einsetzen der Brammen oder Dünnbrammen in eine Warmwalzstraße,
  • Vorwalzen der Brammen oder Dünnbrammen,
  • Fertigwarmwalzen der Brammen oder Dünnbrammen zu einem Warmband, dessen Enddicke typischerweise zwischen 2 mm und 3 mm liegt,
  • soweit erforderlich Glühen und Beizen des Warmbands,
wobei diese Warmbandbehandlungen als kombiniertes Glühbeizen ausgeführt werden können,
  • ein- oder mehrstufig mit zwischengeschalteter Glühung erfolgendes Kaltwalzen des Warmbands zu einem Kaltband, und
  • Schlussglühen solcher Kaltbänder, die mit einem > 65 % betragenden Gesamtumformgrad kaltgewalzt worden sind, oder
  • Glühen und Nachwalzen solcher Kaltbänder, die mit einem höchstens 20 % betragenden Gesamtumformgrad kalt nachgewalzt worden sind.
Die große Zahl der bei solch konventioneller Vorgehensweise durchzuführenden Arbeitsschritte führt zu hohem apparativen und kostenmäßigen Aufwand. Daher wird seit jüngerer Zeit verstärkt daran gearbeitet, das Vergießen des Stahls und die anschließenden Walzprozesse bei der Warmbandherstellung so aufeinander abzustimmen, dass eine kontinuierliche Abfolge des Gieß- und des Walzvorgangs unter Einsparung des Wiedererwärmens und des Vorwalzens bei gleichzeitig optimalem Arbeitsergebnis ermöglicht ist.
Zu diesem Zweck sind sogenannte "CSP-Anlagen" errichtet worden. In diesen auch "Gieß-Walz--Anlagen" genannten Vorrichtungen wird der Stahl zu einem kontinuierlich abgezogenen Strang vergossen, von dem "in-line" Dünnbrammen abgeteilt werden, die dann ebenso "in-line" zu Warmband warmgewalzt werden. Die beim Betrieb von Gieß-Walz-Anlagen gewonnenen Erfahrungen und die Vorteile des "in-line" erfolgenden Gieß-Walzens sind beispielsweise in W. Bald u.a. "Innovative Technologie zur Banderzeugung", Stahl und Eisen 119 (1999) Nr. 3, Seiten 77 - 85, oder C. Hendricks u.a. "Inbetriebnahme und erste Ergebnisse der Gießwalzanlage der Thyssen Krupp Stahl AG", Stahl und Eisen 120 (2000) Nr. 2, Seiten 61 - 68, dokumentiert worden.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Warmband zu schaffen, welches sich in besonderer Weise zur Erzeugung von hochwertigem nicht kornorientiertem Elektroband eignet. Darüber hinaus sollte ein nicht kornorientiertes Elektroblech entwickelt werden, das gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Elektroblechen überlegene magnetische Eigenschaften besitzt. Schließlich sollte ein Verfahren angegeben werden, mit dem sich kostengünstig ein Vorprodukt für ein nicht kornorientiertes Elektroblech oder - band erzeugen lässt, das gegenüber dem Stand der Technik weiter verbesserte magnetische Eigenschaften besitzt.
In Bezug auf das Vorprodukt wird diese Aufgabe durch ein Warmband für die Herstellung von nicht kornorientiertem Elektroband gelöst, wobei das Warmband aus einem Stahl mit (in Massen-%) C: ≤ 0,010 %, Si: 1,0 - 1,5 %, Al: < 0,4 %, mit Si + 2Al ≤ 1,85 %, Mn: ≤ 0,5 %, Cu: < 0,05 %, Ti: < 0,01 %, P: < 0,1 %, Sn: < 0,15 %, Sb: < 0,15 %, wahlweise S, O und N, wobei die Summe der Gehalte dieser Elemente ≤ 0,02 % ist, und als Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, erzeugt ist und in dem Warmband eine weitgehende Ausscheidung derart erfolgt ist, dass die vorhandenen Ausscheidungen im Mittel eine Partikelgröße von mindestens 300 nm besitzen. Die Größe der Partikel sollten dabei vorzugsweise so verteilt sein, dass unter den vorhandenen Ausscheidungen der Anteil der Ausscheidungen mit Partikelgrößen von 50 bis 190 nm auf geringe Spuren reduziert ist. Dazu sollte die Partikelgröße der Ausscheidungen zum überwiegenden Teil mehr als 300 nm betragen.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass sich deutlich verbesserte magnetische Eigenschaften bei Elektroblechen mit Silizium- und Aluminium-Gehalten der erfindungsgemäß ausgewählten Größenordnung einstellen lassen, wenn die Bildung von Ausscheidungen so gesteuert wird, dass die Anzahl feiner Ausscheidungen auf ein Minimum reduziert wird. Überraschend hat sich gezeigt, dass bei einer auf die Bildung von möglichst wenigen und gleichzeitig möglichst großen Ausscheidungen mit Partikelgrößen von mehr als 300 nm gerichteten Verfahrensführung der Gefüge- und Ausscheidungszustand des erfindungsgemäßen Warmbandes so gestaltet ist, dass sich diese günstige Ausscheidungscharakteristik des Warmbandes über die zur Herstellung des fertigen Elektroblechs üblicherweise erfolgenden weiteren Schritte bis zur Fertigstellung des Produkts vererbt mit der Folge, dass ein Endprodukt mit hervorragenden magnetischen Eigenschaften erhalten wird.
Das Gefüge des fertigen nicht kornorientierten Elektrobands ist dabei infolge des erfindungsgemäß eingestellten Ausscheidungszustandes des Warmbandes über die gesamte Banddicke besonders homogen, da keine kleineren Ausscheidungen mehr vorhanden sind, die die Entstehung eines solchen homogenen Gefüges bei der Weiterverarbeitung des erfindungsgemäßen Warmbandes stören könnten. Dementsprechend liegen die guten Werte der Polarisation und der magnetischen Verluste von erfindungsgemäßem Elektroblech auch besonders gleichmäßig verteilt vor.
Hinsichtlich des nicht kornorientierten Elektroblechs wird die oben angegebene Aufgabe durch ein kaltzgewalztes und schlussgeglühtes nicht kornorientiertes Elektroband oder - blech gelöst, welches aus einem erfindungsgemäß beschaffenen Warmband hergestellt ist und eine Enddicke von bis zu 0,75 mm und Polarisationswerte J2500 aufweist, die für ein 0,50 mm dickes Elektroband bei 50 Hz und Ummagnetisierungsverlusten P1,5 von 4,4 W/kg bis 5 W/kg mindestens 1,65 T und bei 50 Hz und Ummagnetisierungsverlusten P1,5 von weniger 4,4 W/kg mindestens 1,67 T betragen.
Dies wird durch den vom Warmband vererbten Ausscheidungszustand und die sich dadurch einstellende Korngrößenverteilung des Gefüges bewirkt. Dieser führt zu mittleren Korndurchmessern DK des fertigen Elektrobandes von 50 µm bis 80 µm bei einem Medianwert von 35 µm bis 65 µm. Gleichzeitig erfüllen 90 % der Gefügekörner bei Betrachtung ihrer prozentualen Summenhäufigkeitsverteilung (SHV) die Bedingung: 1,3 * DK - 30 µm < SHV < 1, 3 * DK + 15 µm.
Erfindungsgemäßes Elektroblech mit diesen Gefügeeigenschaften weist gegenüber herkömmlich erzeugtem nicht kornorientiertem Elektroblech gleicher Zusammensetzung deutlich verbesserte elektromagnetische Eigenschaften auf.
In Bezug auf das Herstellverfahren wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass ein für die Verarbeitung zu nicht kornorientiertem Elektroband bestimmtes Warmband erzeugt wird, wobei dazu folgende Schritte durchlaufen werden:
  • Erschmelzen einer Stahlschmelze, die (in Massen-%) C: ≤ 0,010 %, Si: 1,0 - 1, 5 %, Al: < 0, 4 %, mit Si + 2Al ≤ 1,85 %, Mn: ≤ 0,5 %, Cu: < 0,05 %, Ti: < 0,01 %, P: < 0,1 %, Sn: < 0,15 %, Sb: < 0,15 %, wahlweise S, O und N, wobei die Summe der Gehalte dieser Elemente ≤ 0,02 % ist, und als Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält,
  • Vergießen der Schmelze zu einer Dünnbramme,
  • unmittelbar anschließend erfolgendes Ausgleichswärmebehandeln der Dünnbramme bei einer 1040 °C bis 1160 °C betragenden Ofentemperatur TE, wobei sich die jeweils eingehaltene Behandlungsdauer tH in Minuten wie folgt berechnet: tH[min] = -1/0,01873 * ln(((TE-870,934 °C) + ΔT)/528,83 °C), mit: -40 °C ≤ ΔT ≤ 40 °C,
  • unmittelbar auf die Ausgleichswärmebehandlung folgendes Warmwalzen und
  • Haspeln des Warmbandes.
Genauso wird die oben genannte Aufgabe in Bezug auf das Herstellungsverfahren auch durch ein Verfahren zum Herstellen eines für die Verarbeitung zu nicht kornorientiertem Elektroband bestimmten Warmband gelöst, bei dem folgende Schritte durchlaufen werden:
  • Erschmelzen einer Stahlschmelze, die (in Massen-%) C: ≤ 0,010 %, Si: 1, 0 - 1,5 %, Al: < 0,4 %, mit Si + 2Al ≤ 1, 85 %, Mn: ≤ 0, 5 %, Cu: < 0, 05 %, Ti: < 0,01 %, P: < 0, 1 %, Sn: < 0,15 %, Sb: < 0,15 %, wahlweise S, O und N, wobei die Summe der Gehalte dieser Elemente ≤ 0,02 % ist, und als Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält,
  • Vergießen der Schmelze zu einer Dünnbramme,
  • unmittelbar anschließend erfolgendes Ausgleichswärmebehandeln der Dünnbramme bei einer 25 bis 70 Minuten betragenden Behandlungsdauer tH, wobei sich die jeweils eingehaltene Ofentemperatur TE in Grad Celsius der Ausgleichswärmebehandlung wie folgt berechnet: TE[°C] = 528,83 * exp ((-0,01873 * tH) + 870,934) + ΔT, mit: -40 °C ≤ ΔT ≤ 40 °C,
  • unmittelbar auf die Ausgleichswärmebehandlung folgendes Warmwalzen und
  • Haspeln des Warmbandes.
Beide Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechen einander. Während jedoch im ersten Fall die Behandlungsdauer in Abhängigkeit von der Ofentemperatur ermittelt wird, ist im zweiten Fall die betreffende Berechnungsformel so umgestellt worden, dass die erforderliche Ofentemperatur TE basierend auf einer vorgegebenen Behandlungsdauer ermittelt werden kann. Auf diese Weise ist einerseits der praktischen Vorgehensweise Rechnung getragen worden, bei der üblicherweise eine Ofentemperatur bekannt ist, nach der sich die Behandlungsdauer richtet. Andererseits gibt der zweite Ansatz die Möglichkeit, den Gesamtablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zeitlich zu optimieren, indem eine in den Prozessfluss passende Behandlungsdauer vorgegeben wird, nach der sich die Ofentemperatur zu richten hat.
Die Dicke der im Zuge der Durchführung der erfindungsgemäßen Verfahrensvariante erzeugten Dünnbramme beträgt typischerweise 35 bis 100 mm.
Ein bei Befolgung der durch die Erfindung vorgegebenen Arbeitsschritte erzeugtes Warmband zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, dass in dem fertigen Warmband eine weitgehende Ausscheidung derart erfolgt ist, dass die im fertigen Warmband vorhandenen Ausscheidungen im Mittel eine Partikelgröße von mindestens 300 nm besitzen. Die Partikelgrößen sollten dabei so verteilt sein, dass unter den vorhandenen Ausscheidungen der Anteil der Ausscheidungen mit Partikelgrößen von 50 bis 190 nm auf geringe Spuren reduziert ist. Dazu sollte die Partikelgröße der Ausscheidungen zum überwiegenden Teil mehr als 300 nm betragen.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass sich deutlich verbesserte magnetische Eigenschaften bei Elektroblechen mit Silizium- und Aluminium-Gehalten der erfindungsgemäß ausgewählten Größenordnung einstellen lassen, wenn diese Elektrobleche auf einer Gießwalzanlage erzeugt und im Zuge der Verarbeitung eine geeignete Ausgleichswärmebehandlung durchgeführt wird. Diese Wärmebehandlung hat dabei innerhalb von engen Grenzen einer präzis vorgegebenen Temperatur bzw. Zeitführung zu folgen. Auf diese Weise wird die Bildung von Ausscheidungen in dem erfindungsgemäß erzeugten Warmband so gesteuert, dass die Anzahl feiner Ausscheidungen auf ein Minimum reduziert wird.
Überraschend hat sich gezeigt, dass bei erfindungsgemäßer, auf die Bildung von möglichst wenigen und gleichzeitig möglichst großen Ausscheidungen mit Partikelgrößen von mehr als 300 nm gerichteten Verfahrensführung der Gefüge- und Ausscheidungszustand des erfindungsgemäßen Warmbandes so gestaltet ist, dass sich diese günstige Ausscheidungscharakteristik des Warmbandes über die zur Herstellung des fertigen Elektroblechs üblicherweise erfolgenden weiteren Schritte bis zur Fertigstellung des Produkts vererbt mit der Folge, dass ein Endprodukt mit hervorragenden magnetischen Eigenschaften erhalten wird.
Das Gefüge des fertigen nicht kornorientieren Elektrobands ist dabei infolge des erfindungsgemäß eingestellten Ausscheidungszustandes des Warmbandes über die gesamte Banddicke besonders homogen, da keine kleineren Ausscheidungen mehr vorhanden sind, die die Entstehung eines solchen homogenen Gefüges bei der Weiterverarbeitung des erfindungsgemäßen Warmbandes stören könnten. Dementsprechend liegen die guten Werte der Polarisation und der magnetischen Verluste von erfindungsgemäßem Elektroblech auch besonders gleichmäßig verteilt vor.
Die Erfindung nutzt auf diese Weise die sich durch konsequenten Einsatz einer Gießwalzanlage bietenden Möglichkeiten einer hinsichtlich des Arbeitsaufwands und der Kosten optimierten Verfahrensweise, indem beginnend mit dem Guss der Dünnbramme die einzelnen Schritte der erfindungsgemäßen Warmbandherstellung "in-line" unmittelbar aufeinander folgend durchgeführt werden. Wesentlich ist dabei die Ausgleichswärmebehandlung der Dünnbrammen, die bei vorgegebener Dauer in einem bestimmten Temperaturfenster und bei vorgegebener Temperatur in einem definierten Zeitfenster durchzuführen ist. Der Korridor, innerhalb dessen die erfindungsgemäß genutzten Effekte eintreten, ist auf eine geringe Temperatur- bzw. Zeitspanne begrenzt, die sich durch die in den erfindungsgemäß vorgegebenen Formeln zur Bestimmung der Wärmebehandlungstemperatur bzw. -dauer enthaltenen Abweichungen ΔT der Ofenzieltemperatur ausdrücken.
Erst durch Einhaltung der durch die Erfindung bestimmten Verfahrensparameter während der Wärmebehandlung der Dünnbramme wird die erfindungsgemäß angestrebte Entstehung möglichst weniger und, sofern vorhanden grober Ausscheidungen bei gleichzeitig weitgehender Unterdrückung der wegen ihres negativen Einflusses auf die magnetischen Eigenschaften besonders unerwünschten Ausscheidungen mit Partikelrößen im Bereich von 50 nm bis 190 nm sicher erreicht.
Die Anzahl, Größe und Verteilung der in erfindungsgemäßem Warmband vorhandenen Ausscheidungen lässt sich in bekannter Weise elektronenmikroskopisch oder mittels anderer geeigneter Erkennungs- und Auswertverfahren feststellen. So lässt sich der Ausscheidungszustand beispielsweise mit einem Transmissionenelektronenmikroskop (TEM) über Kohlenstoffausziehabdrücke bei einer unteren Nachweisgrenze von 5 nm sowie bei Ausscheidungen ab einem Durchmesser von 30 nm mit einem Personal Scanning Electron Microscope (PSEM) per Bildanalyse über den Massenkontrast ermitteln. Für die Bestimmung der chemischen Zusammensetzung der Ausscheidungen steht beispielsweise die EDX-Analyse zur Verfügung.
Wird das erfindungsgemäß erzeugte Warmband zu nicht kornorientiertem Elektroblech fertig verarbeitet, so kann das Warmband dazu zunächst einer Warmbandlühung unterzogen werden. Diese zusätzliche Glühung des Warmbandes bewirkt eine Verbesserung der Textur. Sie sollte allerdings stets so durchgeführt werden, dass es zu keiner im Hinblick auf die angestrebte Verbesserung der magnetischen Eigenschaften unerwünschten Veränderung der Ausscheidungen kommt.
Gemäß einer besonders geeigneten Ausgestaltung der Erfindung wird das Warmband nach dem Walzen in der Fertigstaffel bei einer Haspeltemperatur von weniger als 600 °C, idealerweise insbesondere weniger als 530 °C, gehaspelt. Das Haspeln bei diesen Temperaturen führt bei den betreffenden Legierungen zu einem verfestigten Warmbandzustand, so dass im Ergebnis verbesserte magnetische Eigenschaften erzielt werden.
Alternativ kann es günstig sein, wenn die Haspeltemperatur mindestens 720 °C, idealerweise mindestens 750 °C beträgt. Bei Einhaltung derart hoher Haspeltemperatur kann eine Warmbandglühung ganz oder zumindest zum wesentlichen Teil eingespart werden. Das Warmband wird schon im Coil entfestigt, wobei die seine Eigenschaften bestimmenden Merkmale, wie Korngröße, Textur und Ausscheidungen, positiv beeinflusst werden. So lassen sich geglühte Warmbänder mit besonders guten magnetischen und technologischen Eigenschaften herstellen.
Vor oder nach der gegebenenfalls erfolgenden Warmbandglühung wird das Warmband üblicherweise gebeizt. Anschließend an die Beizung oder die Warmbandglühung wird das Warmband dann kaltgewalzt, wobei dieses Kaltwalzen in bekannter Weise zwei- oder mehrstufig mit zwischengeschalteter Glühung durchgeführt werden kann. An das Kaltwalzen schließt sich in der Regel eine Schlusswärmebehandlung an, die so durchgeführt wird, dass es zu keiner Austenitbildung kommt.
Zum Nachweis der sich bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise einstellenden Verbesserungen wurden zwei Stahlschmelzen mit der in Tabelle I angegebenen Zusammensetzung erschmolzen (Gehaltsangaben in Massen-%):
Rest jeweils Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen
Element Stahl I Stahl II
C 0,0019 0,0025
Si 1,14 1,42
Al 0,132 0,117
Mn 0,22 0,225
Cu 0,010 0,010
Ti 0,0034 0,0031
P 0,052 0,052
Sn < 0,002 -
Sb - -
S 0,032 0,010
O 0,0006 -
N 0,0027 0,0034
Aus dem Stahl I sind dann in einer Gießwalzanlage in bekannter Weise drei Dünnbrammenproben I-P1, I-P2 und I-P3 erzeugt worden, während der Stahl II zu Dünnbrammenproben II-P1 und II-P2 vergossen worden ist. Anschließend sind die Dünnbrammenproben I-P1, I-P2, I-P3, II-P1 und II-P2 "inline" mit einer Temperatur TVO in einen Ausgleichsofen eingelaufen, in dem sie für eine Haltezeit tH auf eine Ofentemperatur TE erwärmt worden sind.
Nach Beendigung der derart durchgeführten Ausgleichswärmebehandlung sind die Dünnbrammenproben I-P1, I-P2, I-P3, II-P1 und II-P2 wiederum unmittelbar anschließend in eine Warmwalzstaffel eingelaufen, in der sie ausgehend von einer Warmwalzanfangstemperatur WAT und bei einer Warmwalzendtemperatur WET auf Warmbandenddicke fertig warmgewalzt worden sind.
Die aus den Dünnbrammenproben I-P1, I-P2, I-P3, II-P1 und II-P2 fertig warmgewalzten Warmbänder sind dann im walzheißen Zustand geteilt worden. Die so erhaltene erste Hälfte der Warmbänder ist bei einer Temperatur TH ausgelagert worden, um ein Haspeln bei höheren Temperaturen TH zu simulieren.
Die zweite Hälfte der Warmbänder wurde dagegen direkt an Luft auf Raumtemperatur RT abgekühlt, um eine Haspelvariante zu simulieren, bei der mit Temperaturen unter 500 °C gehaspelt wird. Nach der Auslagerung sind die der Auslagerung unterzogenen Warmbandhälften gebeizt und in konventioneller Weise zu einem Elektroband EI-1, EI-2 und EI-3 sowie EII-1 und EII-2 mit einer Dicke von 0,50 mm kaltgewalzt worden.
Die derart kaltgewalzten Elektrobänder EI-1, EI-2 und EI-3 sowie EII-1 und EII-2 sind schließlich in einem Durchlaufofen in ebenso bekannter Weise einer Schussglühung unterzogen worden.
In Tabelle II sind die bei der Verarbeitung der Dünnbrammenproben I-P1, I-P2, I-P3, II-P1 und II-P2 zu den Elektrobändern EI-1, EI-2 und EI-3 sowie EII-1 und EII-2 jeweils eingestellten Betriebsparameter angegeben.
Probe TVO [°C] TE [°C] tH [min] WAT [°C] WET [°C] TH [°C]
I-P1 1000 1050 60 1045 830 RT
I-P2 900 1050 60 1040 830 RT
I-P3 800 1050 60 1040 825 RT
II-P1 980 1150 45 1040 830 750
II-P2 1000 1050 40 1040 810 750
RT = Raumtemperatur
TVO = Temperatur vor dem Ausgleichsofen
TE = Ofentemperatur im Ausgleichsofen
tH = Haltezeit
WAT = Warmwalzanfangstemperatur
WET = Warmwalzendtemperatur
TH = Auslagerungstemperatur
Die elektromagnetischen Eigenschaften der fertigen Elektrobänder EI-1, EI-2 und EI-3 sowie EII-1 und EII-2 in Längsrichtung sind in Tabelle III verzeichnet. Dabei sind mit P1,0 der Ummagnetisierungsverlust bei einer Polarisation von 1,0 T, mit P1,5 der Ummagnetisierungsverlust bei einer Polarisation von 1,5 T und mit P1,7 der Ummagnetisierungsverlust bei einer Polarisation von 1,7 T bei einer Frequenz von jeweils 50 Hz bezeichnet. Des weiteren sind in Tabelle III mit J800 die magnetische Polarisation bei einer magnetischen Feldstärke von 800 A/m, mit J1000 die magnetische Polarisation bei einer magnetischen Feldstärke von 1000 A/m, mit J2500 die magnetische Polarisation bei einer magnetischen Feldstärke von 2500 A/m, mit J5000 die magnetische Polarisation bei einer magnetischen Feldstärke von 5000 A/m und mit J10000 die magnetische Polarisation bei einer magnetischen Feldstärke von 10000 A/m bezeichnet.
Probe Elektro- blech P1,0 [W/kg] P1,5 [W/kg] P1,7 [W/kg] J800 [T] J1000 [T] J2500 [T] J5000 [T] J10000 [T]
I-P1 EI-1 2,07 4,32 5,69 1,608 1,619 1,698 1,773 1,871
I-P2 EI-2 2,09 4,36 5,78 1,617 1,627 1,702 1,780 1,878
I-P3 EI-3 1,95 4,12 5,50 1,621 1,629 1,707 1,783 1,883
II-P1 EII-1 2,21 4,53 5,92 1,590 1,608 1,691 1,768 1,864
II-P2 EII-2 1,97 4,13 5,44 1,589 1, 604 1,684 1,759 1,855
Im beigefügten Diagramm 1 sind aufgetragen über den Ummagnetisierungsverlust P1,5 die für die Elektrobänder EI-1, EI-2 und EI-3 sowie EII-1 und EII-2 in Längsrichtung ermittelten Werte der magnetischen Polarisation J2500 dem Mischwert AM und dem in Längsrichtung ermittelten Wert AL der magnetischen Polarisation J2500 gegenübergestellt, die für konventionell ohne Warmbandglühung erzeugte nicht kornorientierte Bleche vergleichbarer Zusammensetzung ermittelt werden konnten.
Im beigefügten Diagramm 2 ist für die Elektrobänder EI-1 und EI-3 die Korngrößenverteilung dargestellt. Durch die senkrecht verlaufenden Geraden G1, G2 ist der gemäß der Erfindung als optimal festgelegte Bereich der Medianwerte eingegrenzt.
Im Diagramm 3 ist für die Elektrobänder EI-1 und EI-3 die sich dementsprechend ergebende Summenhäufigkeitsverteilung SHV dargestellt. Dabei ist der optimale Bereich der Summenhäufigkeitsverteilung ebenfalls durch Geraden G umgrenzt.
Im Diagramm 4 ist der Bereich dargestellt, innerhalb dessen die erfindungsgemäße Ausgleichswärmebehandlung durchgeführt wird. Dabei ist durch die obere waagerecht verlaufende Gerade Go die maximal zulässige Temperatur von 1160 °C und durch die untere waagerecht verlaufende Gerade Gu die minimal erforderliche Temperatur von 1040 °C festgelegt. Die beiden gestrichelt dargestellten, von oben links nach unten rechts verlaufenden Linien L grenzen die Zeitspanne ein, innerhalb der sich bei gegebener Temperatur die erfindungsgemäße Wärmebehandlung durchführen lässt. Die jeweils optimale Behandlungsdauer ist durch die durchgezogene, mittig zwischen den Linien L verlaufende Linie Lopt verdeutlicht.
Schließlich ist im hinsichtlich der Geraden Go, Gu und der Linien L,Lopt mit dem Diagramm 4 übereinstimmenden Diagramm 5 für eine gegebene Zeitdauer t1 die sich bei Beachtung der erfindungsgemäßen Vorschriften ergebende optimale Temperatur Topt sowie die innerhalb der Toleranz zulässigen Grenztemperaturen Tmin und Tmax angegeben. Ebenso sind in Diagramm 5 für eine gegebene Temperatur T1 die sich bei Beachtung der erfindungsgemäßen Vorschriften ergebende optimale Dauer topt und die innerhalb der Toleranz minimal zulässige Dauer tmin sowie die maximal zulässige Dauer tmax eingetragen.
In der Praxis wird im Allgemeinen die Temperatur des Ofens vorgegeben und ein bestimmtes Intervall der erforderlichen Dauer der Ausgleichswärmebehandlung unter Berücksichtigung der jeweiligen Taktzeit der eingesetzten Gießwalzanlage bestimmt werden.

Claims (11)

  1. Warmband für die Herstellung von nicht kornorientiertem Elektroband, wobei das Warmband aus einem Stahl, der (in Massen-%) C ≤ 0,010 % Si 1,0 - 1,5 %, Al < 0,4 %, mit Si + 2Al ≤ 1,85 %, Mn ≤ 0,5 %, Cu < 0,05 %, Ti < 0,01 %, P < 0,1 %, Sn < 0,15 %, Sb < 0,15 %,
       wahlweise S, O und N, wobei die Summe der Gehalte dieser Elemente ≤ 0,02 % ist, und als
       Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält,
    erzeugt ist
    und
    wobei in dem Warmband eine weitgehende Ausscheidung derart erfolgt ist, dass die vorhandenen Ausscheidungen im Mittel eine Partikelgröße von mindestens 300 nm besitzen.
  2. Warmband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass unter den vorhandenen Ausscheidungen der Anteil der Ausscheidungen mit Partikelgrößen von 50 nm bis 190 nm auf Spuren reduziert ist.
  3. Warmband nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelgröße zum überwiegenden Teil mehr als 300 nm beträgt.
  4. Kaltgewalztes und schlussgeglühtes nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech, hergestellt aus einem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 beschaffenen Warmband,
    mit einer Enddicke ≤ 0,75 mm,
    und mit Polarisationswerten J2500, die für ein 0,50 mm dickes Elektroband bei 50 Hz und Ummagnetisierungsverlusten P1,5 von 4,4 W/kg bis 5 W/kg mindestens 1,65 T und bei 50 Hz und Ummagnetisierungsverlusten P1,5 von weniger 4,4 W/kg mindestens 1,67 T betragen,
    indem der mittlere Korndurchmesser DK des fertigen Elektrobandes 50 µm bis 80 µm mit einem Medianwert von 35 bis 65 µm beträgt und
    in der prozentualen Summenhäufigkeitsverteilung (SHV) 90 % der Körner folgende Bedingung erfüllen: 1,3 * DK - 30 µm < SHV < 1,3 * DK + 15 µm.
  5. Verfahren zum Herstellen eines für die Verarbeitung zu nicht kornorientiertem Elektroband bestimmtem Warmbands, bei dem folgende Schritte durchlaufen werden:
    Erschmelzen einer Stahlschmelze, die (in Massen-%) C ≤ 0,010 %, Si 1,0 - 1,5 %, Al < 0,4 %, mit Si + 2Al ≤ 1,85 %, Mn ≤ 0,5 %, Cu < 0,05 %, Ti < 0,01 %, P < 0,1 %, Sn < 0,15 %, Sb < 0,15 %,
    wahlweise S, O und N, wobei die Summe der Gehalte dieser Elemente ≤ 0,02 % ist, und als
    Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält,
    Vergießen der Schmelze zu einer Dünnbramme,
    unmittelbar anschließend erfolgendes Ausgleichswärmebehandeln der Dünnbramme bei einer 1040 °C bis 1160 °C betragenden Ofentemperatur TE, wobei sich die jeweils eingehaltene Behandlungsdauer tH in Minuten wie folgt berechnet: tH[min] = 1/0,01873* ln(((TE-870,934 °C) + ΔT)/528,83 °C), mit: -40 °C ≤ ΔT ≤ 40 °C,
    unmittelbar auf die Ausgleichswärmebehandlung folgendes Warmwalzen und
    Haspeln des Warmbandes.
  6. Verfahren zum Herstellen eines für die Verarbeitung zu nicht kornorientiertem Elektroband bestimmten Warmbands, bei dem folgende Schritte durchlaufen werden:
    Erschmelzen einer Stahlschmelze, die (in Massen-%) C ≤ 0,010 % Si 1,0 - 1,5 %, Al < 0,4 %, mit Si + 2Al ≤ 1,85 %, Mn ≤ 0,5 %, Cu < 0,05 %, Ti < 0,01 %, P < 0,1 %, Sn < 0,15 %, Sb < 0,15 %,
       wahlweise S, O und N, wobei die Summe der Gehalte dieser Elemente ≤ 0,02 % ist, und als
       Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält,
    Vergießen der Schmelze zu einer Dünnbramme,
    unmittelbar anschließend erfolgendes Ausgleichswärmebehandeln der Dünnbramme bei einer 25 bis 70 Minuten betragenden Behandlungsdauer tH, wobei sich die jeweils eingehaltene Ofentemperatur TE der Ausgleichswärmebehandlung in Grad Celsius wie folgt berechnet: TE[°C] = 528,82 * exp((-0,01873*tH) + 870,934) + ΔT, mit: -40 °C ≤ ΔT ≤ 40 °C,
    unmittelbar auf die Ausgleichswärmebehandlung folgendes Warmwalzen und
    Haspeln des Warmbandes.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Dicke der Dünnbramme 35 bis 100 mm beträgt.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Haspeltemperatur weniger als 600 °C beträgt.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
    Haspeltemperatur weniger als 530 °C beträgt.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Haspeltemperatur mehr als 720 °C beträgt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die
    Haspeltemperatur mehr als 750 °C beträgt.
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