EP1509627B1 - VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES KALTGEWALZTEN STAHLBANDES MIT EINEM Si-GEHALT VON MINDESTENS 3,2 GEW.-% FÜR ELEKTROMAGNETISCHE ANWENDUNGEN - Google Patents

VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES KALTGEWALZTEN STAHLBANDES MIT EINEM Si-GEHALT VON MINDESTENS 3,2 GEW.-% FÜR ELEKTROMAGNETISCHE ANWENDUNGEN Download PDF

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EP1509627B1
EP1509627B1 EP03722586A EP03722586A EP1509627B1 EP 1509627 B1 EP1509627 B1 EP 1509627B1 EP 03722586 A EP03722586 A EP 03722586A EP 03722586 A EP03722586 A EP 03722586A EP 1509627 B1 EP1509627 B1 EP 1509627B1
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EP
European Patent Office
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cold
foregoing
strip
temperature
hot
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EP03722586A
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Yvan Houbaert
Carl-Dieter Wuppermann
Olaf Fischer
Jürgen Schneider
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Stahl AG
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Publication date
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1205—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties involving a particular fabrication or treatment of ingot or slab
    • C21D8/1211—Rapid solidification; Thin strip casting
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
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    • C21D8/1255—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the heat treatment(s) being of interest with diffusion of elements, e.g. decarburising, nitriding
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    • C21D9/52—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for wires; for strips ; for rods of unlimited length
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a cold-rolled steel strip or sheet in thicknesses of ⁇ 0.70 mm for electromagnetic Applications with Si contents of at least 3.2 wt .-% and Al contents of less than 2% by weight.
  • Such based high-silicon FeSi steels produced cold strips or sheets are usually considered non-grain oriented Electric sheets used.
  • non-grain oriented electrical sheet are here under the DIN EN 10106 ("final annealed Electrical sheet ”) and DIN EN 10165 ("not fully annealed Elektroblech ”) falling products also more anisotropic varieties are included, as long as they are not considered as grain-oriented electrical sheets.
  • DIN EN 10106 final annealed Electrical sheet
  • DIN EN 10165 not fully annealed Elektroblech
  • the steel alloy melts the melt into a slab or thin slab potted.
  • This material is then in Direct deployment without reheating or after one Cooling and reheating in one Descaling, a rough rolling and one in a rule multistage hot roll relay performed Finished hot rolling comprehensive hot rolling process to a Rolled hot strip.
  • the hot strip is then one usually subjected to a pickling surface treatment, which can be combined with a glow. If necessary, in addition, a hot strip annealing performed before the hot strip is cold rolled to cold strip becomes. Finally, the tape is final annealed or one Subjected to annealing with subsequent post-deformation.
  • FeSi materials with an Si content of approximately 6.5% by weight are available on the market.
  • the production These products are made by chemical means Deposition of a highly-silica FeSi layer on one conventional electrical steel and a subsequent Diffusion annealing.
  • EP 0 377 734 B1 discloses a process for FeSi alloys been described in which after the Reheating the slab a transformation at temperatures of not less than 600 ° C and then one Direct use for another hot rolling or another Heating to temperatures of not less than 400 ° C with subsequent hot rolling is performed. Subsequently Cold rolling takes place to final thickness. These Process parameters are not specific for higher silicided alloys. In practice, that shows up when using the known from EP 0377 734 B1 Process steps for highly-silicided FeSi alloys of According to the invention processed kind no satisfactory Achieve work results.
  • the Cooling of the hot strip in direct connection to the Hot rolling to be performed. Otherwise, with the Start the rapid cooling wait until the temperature of the hot strip in the predetermined by the invention Area has dropped, within which the rapid Refrigeration should begin.
  • the cooled according to the invention Hot strip at a suitable time of Production process to be coiled before it the further processing is fed to cold strip.
  • the cooling rate ⁇ T / ⁇ t is at least 2000 ° C / min.
  • the reheating of the starting material preferably takes place at Temperatures ranging from 1000 ° C to 1190 ° C to the Formation of feyalite sure to avoid.
  • Another essential feature of the invention is in that during cold rolling those of the invention given upper limit of the temperature of the processed Bandes in the context of manufacturing unavoidable Tolerance is maintained. Basically, therefore, is favorable when the hot strip is at room temperature at the beginning of cold rolling having. It should be in consequence of the entry to Deformation energy unavoidable heat generation during the cold rolling preferably be performed so that Temperatures of ⁇ 200 ° C are not exceeded. Should Nevertheless, taking into account the above-explained Research findings elevated the cold rolling at Temperatures should be carried out so these should be in the Range of 200 ° C and 500 ° C lie. The for the Preheating the hot strip provided before cold rolling Time should be limited to less than 20 minutes be, to otherwise occurring structural changes avoid. These emasculate embrittlement phenomena yourself.
  • the invention is suitable for the production of the lower Area of high-silicon steels settled, 4.0-5.0% by weight Si-containing electric sheets for which Production of in the middle range of high-silicon steels settled, more than 5.0 wt .-% Si containing electrical sheets and to Production of in the upper region of the most silicon-containing Steels containing 6.0 to 6.8 wt .-% Si containing Electrical sheets. It can especially in the higher Si-containing alloys, the content of A1 limited the range of unavoidable impurities be.
  • the invention is based on Embodiments explained in more detail.
  • the slabs are reheated to a reheating temperature T R , pre-rolled and final hot rolled in a seven roll stand hot roll stand at a hot rolling end temperature T F to a hot strip of WB D thickness.
  • the hot strip was cooled with a cooling rate ⁇ T / At at least 400 ° C / min as soon as its temperature T c was in the range of 750 ° C to 850 ° C.
  • the thus cooled to room temperature hot strip is then subjected to a mechanical pretreatment of its surfaces and then pickled.
  • Table 2 shows the process parameters observed in the course of production for six cold strips E1 to E6 produced according to the invention.
  • three cold strips V1 to V3 are made from the alloy HiSi and a cold strip V4 from the alloy LoSi using the method steps used to produce the samples E1 to E6 according to the invention, but with process parameters outside the specifications of the invention , The relevant parameters are listed in Table 3 for the non-inventive cold strips V1 to V4 produced for comparison.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines kaltgewalzten Stahlbandes oder -bleches in Dicken von ≤ 0,70 mm für elektromagnetische Anwendungen mit Si-Gehalten von mindestens 3,2 Gew.-% und Al-Gehalten von weniger als 2 Gew.-%. Solche auf Basis höchstsiliziumhaltiger FeSi-Stähle erzeugter Kaltbänder oder -bleche werden üblicherweise als nichtkornorientierte Elektrobleche eingesetzt.
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.
Üblicherweise werden für die Erzeugung von nichtkornorientierten Elektroblechen FeSi-Stähle verwendet, deren Si-Gehalte maximal 3,5 Gew.-% betragen. Derart begrenzte Si-Gehalte aufweisende FeSi-Stahllegierungen gestatten eine problemlose Fertigung auf dem üblichen Herstellungsweg. Insbesondere wird durch eine Beschränkung des Si-Gehaltes auf Gehalte ≤ 3,0 Gew.-% sichergestellt, dass bei konventioneller Vorgehensweise das erhaltene Blech nach dem Kaltwalzen rissfrei ist.
Im Zuge der konventionellen Fertigung wird nach dem Erschmelzen der Stahllegierung die Schmelze zu einer Bramme oder Dünnbramme vergossen. Dieses Vormaterial wird dann im Direkteinsatz ohne Wiedererwärmung oder nach einer Abkühlung und einer Wiedererwärmung in einem ein Entzundern, ein Vorwalzen und ein in einer in der Regel mehrgerüstigen Warmwalzstaffel durchgeführtes Fertigwarmwalzen umfassenden Warmwalzprozess zu einem Warmband gewalzt. Das Warmband wird dann einer in der Regel als Beizen durchgeführten Oberflächenbehandlung unterzogen, die mit einem Glühen kombiniert sein kann. Erforderlichenfalls wird zusätzlich eine Warmbandglühung durchgeführt, bevor das Warmband zu Kaltband kaltgewalzt wird. Schließlich wird das Band schlussgeglüht oder einer Glühung mit anschließender Nachverformung unterzogen.
Schon bei Si-Gehalten von mehr als 3 Gew.-% zeigen sich erste Schwierigkeiten beim Kaltwalzen in Form von hohen Walzkräften und einer zunehmenden Rissanfälligkeit. So treten beim Kaltwalzen von aus FeSi-Legierungen mit FeSi-Gehalten mit mehr als 3,5 Gew.-% erzeugten Warmbändern regelmäßig Risse auf, die die Erzeugung eines qualitativ hochwertigen Elektroblechproduktes mit Dicken ≤ 0,75 mm über den konventionellen Fertigungsweg ausschließen.
Den Schwierigkeiten bei der Herstellung steht gegenüber, dass die Erhöhung des Si-Gehaltes zu einer Erhöhung des elektrischen Widerstands und damit zu einer Erniedrigung der magnetischen Verluste im Einsatzfall führt. Für eine Reihe von Anwendungen, speziell für in der Audio-, Video-, Datenverarbeitungs- und Medizintechnik eingesetzte Klein- und Kleinstmaschinen sowie für Antriebe und für Magnetkerne in elektromagnetischen Anwendungen, die mit höheren Frequenzen arbeiten, sind daher aus FeSi-Legierungen mit Si-Gehalten im Bereich von 3,5 Gew.-% bis 7,0 Gew.-% erzeugte Elektrobleche von besonderem Interesse. Diese höchstsiliziumhaltigen Materialien weisen gegenüber den anderen weichmagnetischen Materialien, wie amorphe Fe-, FeNi-, FeCo-Basislegierungen, nanokristalline weichmagnetische Materialien oder weichmagnetische Ferrite, eine hohe Sättigungsmagnetisierung auf. Diese höhere Sättigungsmagnetisierung ist kombiniert mit im Vergleich zu konventionellen elektrotechnischen Stählen höheren Werten des elektrischen Widerstands und damit geringeren magnetischen Verlusten, wodurch eine Anwendung bei höheren Frequenzen ermöglicht wird.
FeSi-Werkstoffe mit einem Si-Gehalt von annähernd 6,5 Gew.-% sind auf dem Markt erhältlich. Die Herstellung dieser Produkte erfolgt auf dem Wege einer chemischen Abscheidung einer höchstsilizierten FeSi-Schicht auf einem konventionellen Elektroband und einem anschließenden Diffusionsglühen.
Auf diese Weise lassen sich zwar die bei konventioneller Produktion von hohe Silizumgehalte aufweisenden Blechen auftretenden Schwierigkeiten vermeiden. Es sind dazu jedoch zusätzliche Arbeitsschritte erforderlich, die die Herstellung verkomplizieren und verteuern.
In der wissenschaftlichen Literatur finden sich zahlreiche Arbeiten, in denen das Umformverhalten von FeSi-Legierungen mit Si-Gehalten von mehr als 3,2 Gew.-% untersucht und die Möglichkeiten der Fertigung eines derartigen Stahls auf dem üblichen metallurgischen Weg betrachtet worden sind. So haben G. Schlatte, W. Pietsch in der Zeitschrift für Metallkunde, Band 66 (1975) Heft 11, Seite 661 ff., und W. Pepperhoff, W. Pietsch in Archiv Eisenhüttenwesen 47 (1976), Nr. 11, Seite 685 ff., erwähnt, dass ein Stahl mit bis zu ca. 6 Gew.-% Silizium noch bei rund 400 °C bis 300 °C umformbar sei (kritische Temperatur: 300 °C). Unterhalb einer von dem Si-Gehalt abhängigen kritischen Temperatur stelle sich ein sprödes Verhalten und infolgedessen eine Kaltsprödigkeit ein, die keine Kaltverformung gestatte. Oberhalb der kritischen Temperatur sei dagegen für FeSi-Legierungen mit mehr als 4 Gew.-% Silizium eine Umformung möglich, sofern zusätzlich die jeweils verarbeitete Legierung von Temperaturen unterhalb 700 °C auf eine Temperatur unterhalb 400 °C gekühlt werde. Auch die in den genannten Fachartikeln festgestellte Einschränkung der Verformbarkeit auf einen Temperaturbereich oberhalb der kritischen Temperatur schränkt die Möglichkeiten der Herstellung von höchstsilizierten Elektrostahlprodukten über den konventionellen Fertigungsweg somit stark ein.
Von G. Rassmann, P. Klemm ist in Neue Hütte, Heft 7, 8. Jahrgang, 1963, Seite 403 ff. festgestellt worden, dass für Legierungen mit 5 und 6 Gew.-% Si ein Kaltwalzen bei 220 °C oder 350 °C mit einer Gesamtumformung bis etwa 40 % und ein Weiterwalzen bei Raumtemperatur realisierbar ist. Vergleichbare Hinweise finden sich im US-Patent 3,099,176. Bei dieser Art des zweistufig bei unterschiedlichen Temperaturen erfolgenden Kaltwalzens findet jedoch die Vorgeschichte des Materials bis zum Kaltwalzen keinen Niederschlag.
In der Praxis zeigt sich jedoch, dass, wie die oben erwähnten Arbeiten von G. Schlatte und W. Pietsch bestätigen, ein solches Kaltwalzen in der Realität nicht ohne weiteres für ein beliebig gefertigtes Warmband verwirklicht werden kann, die Warmbandfertigung also einen erheblichen Einfluss auf die Verarbeitbarkeit eines höchste Siliziumgehalte aufweisenden Warmbandes zu Kaltband hat.
Neben dem voranstehend erwähnten Stand der Technik ist es aus der EP 0 229 846 B1 bekannt, den beim Warmwalzen erreichten Gesamtumformgrad in Abhängigkeit von der Korngröße vor dem Finalwalzen (Fertigwarmwalzen) einzustellen. Diesem Verfahrensweg haftet jedoch der Nachteil an, dass die Korngröße vor dem Finalwalzen von den Bedingungen der Wiedererwärmung und des Vorwalzens sowie von der jeweiligen chemischen Zusammensetzung abhängig ist. Infolgedessen lassen sich die vor dem Eintritt in die Fertigwarmwalzstaffel im vorgewalzten Stahlvorprodukt vorhandenen Korngrößen nicht eindeutig vorgeben. Zudem ist die Messung von Korngröße in einem in der Praxis kontinuierlich ablaufenden Fertigungsprozess nicht mit einem technisch und kostenmäßig vertretbaren Aufwand durchführbar.
In der EP 0 377 734 B1 ist ein Verfahren für FeSi-Legierungen beschrieben worden, bei dem nach der Wiedererwärmung der Bramme eine Umformung bei Temperaturen von nicht weniger als 600 °C erfolgt und danach ein Direkteinsatz für ein weiteres Warmwalzen oder eine erneute Erwärmung auf Temperaturen von nicht weniger als 400 °C mit anschließendem Warmwalzen durchgeführt wird. Anschließend erfolgt das Kaltwalzen auf Enddicke. Diese Verfahrensparameter sind nicht spezifisch für höher silizierte Legierungen. In der Praxis zeigt sich, dass sich bei Anwendung der aus der EP 0 377 734 B1 bekannten Verfahrenschritte für höchstsilizierte FeSi-Legierungen der erfindungsgemäß verarbeiteten Art keine befriedigenden Arbeitsergebnisse erreichen lassen.
Gemäß der EP 0 467 265 A2 lässt sich ein höchstsilizierter FeSi-Stahl kaltwalzen, indem das Kaltwalzen bei Blechtemperaturen im Bereich von 120 °C bis 350 °C erfolgt. Allerdings wird dabei nicht angegeben, wie das Warmband erzeugt werden muss, welches in dieser Weise verarbeitet werden kann. Bei der praktischen Anwendung dieses bekannten Verfahrens stellt sich daher das Problem, dass, wie die oben erwähnten Fachartikel und eigene Untersuchungen der Anmelderin belegen, die Verarbeitung von höchstsiliziertem Elektrostahl gerade nicht unabhängig ist von den während des Warmbandprozessing eingehaltenen Parameter. So ergaben praktische Versuche, dass es bei konventioneller Herstellweise von Warmband mit über 3,5 Gew.-% liegenden Si-Gehalten und anschließendem Kaltwalzen unter den in der EP 0 467 265 A2 angegebenen Bedingungen regelmäßig schon im ersten Kaltwalzstich zur Rissbildung kam.
Ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein koslengünstiges und praktikables Herstellungsfahren für kaltgewalztes Stahlblech oder -band mit Dicken von höchstens 0,70 mm und einem Si-Gehalt von 3,5 Gew.-% und mehr zu schaffen, welches für elektromagnetische Anwendungen geeignet ist. .
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1.
Bei der Herstellung eines kaltgewalzten Stahlbands oder -blechs für elektromagnetische Anwendungen werden folgende Schritte durchlaufen :
  • Erschmelzen eines (in Gew.-%) C: < 0,01 %, Si: 3,2 - 7 %, Al: < 2 %, Mn: < 1 %, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen enthaltenden Stahls,
  • Vergießen des Stahls zu einem Vormaterial, wie einer Bramme, einer Dünnbramme oder einem Dünnband,
  • Durchwärmen des Vormaterials auf eine Temperatur TR > 1000 °C,
  • Fertigwarmwalzen des durchwärmten Vormaterials bei einer Warmwalzendtemperatur TF von > 800 °C zu einem Warmband,
  • Abkühlen des Warmbands im Anschluss an das Fertigwarmwalzen ausgehend von einer mindestens 750 °C jedoch weniger als 850 °C betragenden Temperatur TC des Warmbands mit einer mindestens 400 °C/min betragenden Abkühlgeschwindigkeit ΔT/Δt auf eine weniger als 300 °C betragende Temperatur,
  • Oberflächenbehandeln des abgekühlten Warmbands,
  • Kaltwalzen des oberflächenbehandelten Warmbands bei einer höchstens 500 °C betragenden Temperatur TCR und
  • Schlussglühen des erhaltenen kaltgewalzten Stahlbands oder -blechs.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich ausgehend von einer konventionell zusammengesetzten, höchste Gehalte an Silizium von 3,2 Gew.-% bis 7 Gew.-% sowie Al-Gehalte von bis zu 2 Gew.-% enthaltenden Stahllegierung unter Beibehaltung der bei konventioneller Kaltbanderzeugung angewendeten Arbeitsschritte ein qualitativ hochwertiges, insbesondere rissfreies Kaltband herstellen lässt, wenn
  • die Wiederwärmungstemperatur,
  • die Warmwalzendtemperatur,
  • die von einer in einem bestimmten Temperaturbereich liegenden Temperatur ausgehende gezielte rasche Abkühlung des Warmbands nach dem Ende des Fertigwalzens
    und
  • die Temperatur des Bandes beim Kaltwalzen
in der durch die Erfindung vorgegebenen Weise aufeinander abgestimmt werden.
Überraschend hat sich gezeigt, dass nur durch Einhaltung der erfindungsgemäßen Kombination der betreffenden Parameter eine übermäßige Sprödigkeit des verarbeiteten Materials vermieden werden kann und das Warmband eine für ein ordnungsgemäßes Kaltwalzen ausreichende Duktilität besitzt, welche für die Herstellung von rissfreiem Elektroblech mit der gewünschten Enddicke von höchstens 0,70 mm, vorzugsweise höchstens 0,35 mm erforderlich ist.
Dabei kommt jedem der betreffenden Parameter eine gleichwertige Bedeutung zu. So ist festgestellt worden, dass sich in solchen Fällen, in denen die für den Beginn der Abkühlung angegebene Temperaturspanne über einen Toleranzbereich hinausgehend über- oder unterschritten worden ist, kein rissfreies Produkt erhalten ließ.
In Fällen, in denen die Warmwalzendtemperatur mehr als 800 °C, jedoch weniger als 850 °C beträgt, kann die Abkühlung des Warmbandes in unmittelbarem Anschluss an das Warmwalzen durchgeführt werden. Andernfalls ist mit dem Beginn der raschen Kühlung zu warten, bis die Temperatur des Warmbands in den durch die Erfindung vorgegebenen Bereich abgesunken ist, innerhalb dessen die rasche Abkühlung einsetzen soll.
Selbstverständlich kann das erfindungsgemäß abgekühlte Warmband zu einem geeigneten Zeitpunkt des Fertigungsablaufs zu einem Coil gehaspelt werden, bevor es der Weiterverarbeitung zu Kaltband zugeführt wird.
Selbstverständlich ist es ebenso möglich, den erfindungsgemäßen Fertigungsweg auf Tafeln zu beschränken.
In Bezug auf den Übergang von der Warmbanderzeugung zur Herstellung des Kaltbandes kommt dabei der Geschwindigkeit, mit der die rasche Abkühlung des Warmbandes im Anschluss an das Warmwalzen durchgeführt wird, besondere Bedeutung zu. Erfolgt die Weiterverarbeitung des Warmbands zu Kaltband in einem Zeitraum, innerhalb dessen es auch bei im Bereich der erfindungsgemäß einzuhaltenden Untergrenze der Abkühlgeschwindigkeit noch nicht zur Kaltversprödung kommt, so lässt sich auch bei relativ niedrigen Abkühlgeschwindigkeiten ein rissfreies kaltgewalztes Stahlprodukt erzeugen. Vergeht jedoch zwischen der Warmbanderzeugung und dem Kaltwalzen ein längerer Zeitraum, wie beispielsweise viele Tage oder Wochen, so lässt sich ein in erfindungsgemäßer Weise erzeugtes, rissfreies Stahlband oder -blech für elektromagnetische Zwecke immer noch dadurch sicher erzeugen, dass die Abkühlgeschwindigkeit ΔT/Δt mindestens 2000 °C/min beträgt.
Durch eine derart hohe Abkühlgeschwindigkeit lassen sich die bei einer längeren Lagerzeit des Warmbands und einer langsamer erfolgenden Abkühlung zu erwartenden Versprödungseffekte sicher vermeiden.
Bevorzugt erfolgt die Wiedererwärmung des Vormaterials bei Temperaturen im Bereich von 1000 °C bis 1190 °C, um die Bildung von Feyalit sicher zu vermeiden.
Besonders gute elektromagnetische Eigenschaften des erhaltenen kaltgewalzten Elektroblechs stellen sich ein, wenn das gegebenenfalls vorgewalzte Vormaterial in maximal sieben Stichen bei einer Gesamtumformung von mehr als 90 % auf eine Warmbandenddicke des von höchstens 1,5 mm fertigwarmgewalzt wird. Dem gleichen Zweck dient es, wenn der Umformgrad beim Kaltwalzen größer 60 % jedoch kleiner als 82 % ist.
Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass während des Kaltwalzens die von der Erfindung vorgegebene Obergrenze der Temperatur des verarbeiteten Bandes im Rahmen der fertigungsbedingt unvermeidbaren Toleranz eingehalten wird. Grundsätzlich ist daher günstig, wenn das Warmband zu Beginn des Kaltwalzens Raumtemperatur aufweist. Dabei sollte die in Folge des Eintrags an Verformungsenergie unvermeidbare Wärmeentwicklung während des Kaltwalzens bevorzugt so geführt werden, dass Temperaturen von ≤ 200 °C nicht überschritten werden. Soll dennoch unter Berücksichtigung der eingangs erläuterten Forschungsergebnisse das Kaltwalzen bei erhöhten Temperaturen durchgeführt werden, so sollten diese im Bereich von 200 °C und 500 °C liegen. Die für das Vorerwärmen des Warmbands vor dem Kaltwalzen vorgesehene Zeit sollte dabei auf weniger als 20 Minuten beschränkt sein, um andernfalls eintretende Gefügeveränderungen zu vermeiden. Diese ziehen Versprödungserscheinungen nach sich.
Die Erfindung eignet sich zur Erzeugung von im unteren Bereich der höchstsiliziumhaltigen Stähle angesiedelten, 4,0 - 5,0 Gew. -% Si enthaltenden Elektrobleche, für die Erzeugung von im mittleren Bereich der höchstsiliziumhaltigen Stähle angesiedelten, mehr als 5,0 Gew.-% Si enthaltenden Elektrobleche sowie zur Erzeugung von im oberen Bereich der höchstsiliziumhaltigen Stähle angesiedelten, 6,0 - 6,8 Gew.-% Si enthaltenden Elektrobleche. Dabei kann insbesondere bei den die höheren Si-Gehalte aufweisenden Legierungen der Gehalt an A1 auf den Bereich der unvermeidbaren Verunreinigungen beschränkt sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Zum Nachweis der Wirkung der Erfindung wurden ein Stahl HiSi und ein Stahl LoSi erschmolzen und zu Brammen vergossen. Die Legierungen der Stähle HiSi und LoSi sind in Tabelle 1 angegeben.
Legierung Si Al C Mn S Rest
LoSi 4,2 0,003 0,009 0,047 0,003 Fe, sonstige Verunreinigungen
HiSi 6,3 0,002 0,006 0,088 0,002 Fe, sonstige Verunreinigungen
Angaben in Gew.-%
Die Brammen sind auf eine Wiedererwärmungstemperatur TR wiedererwärmt, vorgewalzt und in einer sieben Walzgerüste umfassenden Warmwalzstaffel bei einer Warmwalzendtemperatur TF zu einem Warmband mit einer Dicke WBD finalwarmgewalzt worden.
Nach dem Verlassen der Warmwalzstaffel ist das Warmband mit einer mindestens 400 °C/min betragenden Abkühlgeschwindigkeit ΔT/Δt abgekühlt worden, sobald seine Temperatur Tc im Bereich von 750 °C bis 850 °C lag. Das derart auf Raumtemperatur abgekühlte Warmband ist anschließend einer mechanischen Vorbehandlung seiner Oberflächen unterzogen und dann gebeizt worden.
Um den Einfluss einer Erwärmung des Warmbands vor dem Kaltwalzen nachzuweisen, sind ein Teil der in der voranstehend beschriebenen Weise erzeugten Warmbänder innerhalb einer Zeit tCR auf jeweils eine Temperatur TCR erwärmt worden.
Beim Kaltwalzen selbst sind Gesamtumformgrade ΔKW erzielt worden.
In Tabelle 2 sind für sechs erfindungsgemäß erzeugte Kaltbänder E1 bis E6 die im Zuge der Herstellung eingehaltenen Prozessparameter eingetragen.
E1 E2 E3 E4 E5 E6
Legierung HiSi HiSi HiSi LoSi LoSi LoSi
TR [°C] 1150 1150 1150 1150 1150 1150
TF [°C] ≈940 ≈940 ≈940 ≈950 ≈950 ≈950
WBD [mm] 1, 8 1,8 1,8 1,7 1, 7 1,7
TC [°C] ≈780 ≈780 ≈780 ≈820 ≈820 ≈820
ΔT/Δt [°C/min] ≈2100 ≈2100 ≈2100 ≈2100 ≈2100 ≈2100
TCR [°C] RT 300 500 RT *) 300 500
tCR [min] - ≈18 ≈18 ≈14 ≈18
ΔKW [%] 67 68 68 72 72 72
Rissbildung NEIN NEIN NEIN NEIN NEIN NEIN
Mit diesen Beispielen ist belegt, dass trotz der hohen Siliziumgehalte beider verarbeiteter Stahllegierungen HiSi bzw. LoSi rissfreie Elektrobleche erzeugt werden können, solange die Wiedererwärmungstemperatur, die Warmwalzendtemperatur, die Temperatur, bei der die Abkühlung beginnt, die Abkühlgeschwindigkeit und die Temperatur beim Warmwalzen im von der Erfindung vorgegebenen Rahmen bleiben.
Um dies weiter zu verifizieren, sind aus der Legierung HiSi drei Kaltbänder V1 bis V3 und aus der Legierung LoSi ein Kaltband V4 unter Anwendung der bei der Erzeugung der erfindungsgemäßen Proben E1 bis E6 angewendeten Verfahrensschritte, jedoch bei außerhalb der Vorgaben der Erfindung liegenden Prozessparametern hergestellt worden. Die betreffenden Parameter sind für die zum Vergleich hergestellten, nicht erfindungsgemäßen Kaltbänder V1 bis V4 in Tabelle 3 eingetragen.
V1 V2 V3 V4
Legierung HiSi HiSi HiSi LoSi
TR [°C] 1150 1150 1250 1250
TF [°C] ≈1000 ≈730 ≈850 ≈800
WBD [mm] 2,1 1,4 1,65 1,85
TC [°C] ≈1000 ≈650 ≈800 ≈800
ΔT/Δt [°C/min] ≈2100 ≈2100 ≈1 ≈1
TCR [°C] RT RT *) RT *) RT *)
tCR [min] - - - -
ΔKW [%] **) **) **)
Rissbildung JA JA JA JA
Es zeigte sich, dass schon eine Abweichung bei nur einem Verfahrensparameter dazu führt, dass kein rissfreies Kaltband mehr erzeugt werden kann. So führt bei der Vergleichsprobe V1 schon die zu hohe Temperatur Tc, von der ausgehend die rasche Abkühlung erfolgte, bei im übrigen mit der erfindungsgemäßen Probe E1 im wesentlichen übereinstimmenden, innerhalb der Erfindung liegenden Parametern zur Rissbildung. Denselben Effekt hatten die zu niedrige Temperatur Tc bei der Vergleichsprobe V2 und die zu niedrige Abkühlgeschwindigkeit ΔT/Δt bei den Vergleichsproben V3, V4.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Herstellen eines kaltgewalzten Stahlbands oder -blechs für elektromagnetische Anwendungen, bei dem folgende Schritte durchlaufen werden:
    Erschmelzen eines (in Gew.-%)
    C: < 0,01 %,
    Si: 3,2 - 7 %,
    Al: < 2 %,
    Mn: ≤ 1 %,
    Rest Eisen und übliche Verunreinigungen enthaltenden Stahls,
    Vergießen des Stahls zu einem Vormaterial, wie Brammen, Dünnbrammen oder Dünnband,
    Durchwärmen des Vormaterials auf eine Temperatur
    TR > 1000 °C,
    Fertigwarmwalzen des durchwärmten Vormaterials bei einer Warmwalzendtemperatur TF von > 800 °C zu einem Warmband,
    Abkühlen des Warmbands im Anschluss an das Fertigwärmwalzen ausgehend von einer mindestens 750 °C jedoch weniger als 850 °C betragenden Temperatur Tc des Warmbands mit einer mindestens 400 °C/min betragenden Abkühlgeschwindigkeit ΔT/Δt auf eine weniger als 300 °C betragende Temperatur,
    Oberflächenbehandeln des abgekühlten Warmbands,
    Kaltwalzen des oberflächenbehandelten Warmbands bei einer höchstens 500 °C betragenden Temperatur TCR und
    Schlussglühen des erhaltenen kaltgewalzten Stahlbands oder -blechs.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abkühlgeschwindigkeit ΔT/Δt ≥ 2000 °C/min ist.
  3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wiedererwärmung des Vormaterials bei Temperaturen im Bereich von 1000 °C bis 1190 °C erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Vormaterial in maximal sieben Stichen bei einer Gesamtumformung von mehr als 90 % auf eine Dicke des Warmbands von höchstens 1,5 mm fertigwarmgewalzt wird.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Umformgrad beim Kaltwalzen größer 60 % jedoch kleiner als 82 % ist.
  6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erhaltene kaltgewalzte Stahlband oder -blech eine Dicke von höchstens 0,35 mm aufweist.
  7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmband zu Beginn des Kaltwalzens Raumtemperatur aufweist.
  8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltwalzen bei Temperaturen durchgeführt wird, welche ≤ 200 °C betragen.
  9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmband vor dem Kaltwalzen innerhalb eines Zeitraums von weniger als 20 Minuten auf eine 200 °C bis 500 °C betragende Temperatur erwärmt und bei in diesem Temperaturbereich liegenden Temperaturen kaltgewalzt wird.
  10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlussglühung in einer entkohlenden Atmosphäre erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlussglühung in einer nichtentkohlenden Atmosphäre erfolgt.
  12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl 4,0 - 5,0 Gew.-% Si enthält.
  13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl >5,0 - 6,8 Gew.-% Si enthält.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl 6,0 - 6,8 Gew.-% Si enthält.
  15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Al auf den Bereich der unvermeidbaren Verunreinigungen beschränkt ist.
  16. Verfahren nach einem der.voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung ein mechanisches Entzundern und / oder ein Beizen umfasst.
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