EP2729588B1 - Verfahren zum herstellen eines kornorientierten, für elektrotechnische anwendungen bestimmten elektrostahlflachprodukts - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines kornorientierten, für elektrotechnische anwendungen bestimmten elektrostahlflachprodukts Download PDF

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EP2729588B1
EP2729588B1 EP20120734890 EP12734890A EP2729588B1 EP 2729588 B1 EP2729588 B1 EP 2729588B1 EP 20120734890 EP20120734890 EP 20120734890 EP 12734890 A EP12734890 A EP 12734890A EP 2729588 B1 EP2729588 B1 EP 2729588B1
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temperature
strip
cold
target
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Thorsten KRENKE
Christof Holzapfel
Ludger Lahn
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ThyssenKrupp Electrical Steel GmbH
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ThyssenKrupp Electrical Steel GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing grain-oriented electrical steel flat products intended for electrotechnical applications. Electrical steel flat products of this type are also referred to in practice as grain-oriented “electrical sheets” or grain-oriented “electrical tapes”.
  • Grain-oriented electrical steel flat products have special magnetic properties and are produced by a complex manufacturing process.
  • Base material for electrical steel flat products is a silicon steel sheet.
  • the metallurgical properties of the material, the degree of deformation of the rolling processes and the parameters of the heat treatment steps are coordinated so that targeted recrystallization processes proceed. These recrystallization processes lead to a typical for the material "Goss texture" in which the direction of the easiest magnetization in the rolling direction of the finished strips.
  • Grain-oriented electrical steel or sheet of the type in question has a strongly anisotropic magnetic behavior. This is due to a uniform orientation of the grains (crystallites) of the structure. This crystallographic texture is achieved by effective grain growth selection by taking appropriate measures in the manufacturing process. The aim is to obtain, after a final annealing at the end of the production process, an electrical steel flat product in which the grains have a slight misorientation and, consequently, an almost ideal texture.
  • Grain-oriented electrical steel is particularly suitable for applications in which particularly high demands are placed on the magnetic properties, as is the case, for example, in the construction of transformers.
  • a continuous decarburization annealing takes place for a total time of between 50 and 350 seconds, at a temperature between 800 and 950 ° C.
  • so-called "low-heating process” can produce highly permeable, grain-oriented electrical sheets with an optimized distribution of properties. Characteristic of this method is a Slab heating temperature below 1250 ° C. As a result of this comparatively low temperature, aluminum nitrides, which are completely dissolved in the high-temperature annealing step at the end of the production process, are only partially dissolved and removed again. As a result, electrical steel produced by the low-heating process has weaker inherent inhibition than material produced by the high temperature slab heating conventional process path.
  • the purpose of the particle inhibition is to suppress the grain growth in the primary structure of the cold strip after and during the decarburization annealing. Only during the final annealing, in which the cold strips are annealed at temperatures of up to 1200 ° C, a controlled abnormal grain growth in the temperature range of 950 - 1100 ° C made in order to enable a high textured sharpness with Gossorienttechnik [001] (110) ,
  • the driving force for grain growth during annealing is the grain boundary energy stored in the microstructure. This is essentially determined by the particle size after the primary recrystallization.
  • the driving force for abnormal grain growth is thus generally lower.
  • a repulsive force opposing the abnormal grain growth is determined by the non-magnetic precipitates (inhibitors) precipitated in the cold strip. Therefore, it is important to have many finely divided particles.
  • the relevant particles are not produced in the hot strip but before, after or during the decarburization annealing or during the heating phase of the final annealing in the course of various nitriding processes.
  • an inhibiting strength Iz by nitrides and sulfides so that the primary grain growth is inhibited in the cold process, even at higher temperatures.
  • the slabs are heated to temperatures of 1100 ° C to 1320 ° C before hot rolling.
  • a nitriding treatment carried out simultaneously with the decarburization annealing at temperatures between 850 and 1050 ° C. in an ammonia-containing atmosphere enables the direct formation of aluminum nitrides.
  • the subsequent high-temperature annealing need not be modified compared to the conventional production method of grain-oriented electrical steel production.
  • the opposite is in the in the EP 0 219 611 B1 Nitriding after the Primary recrystallization, but performed before onset of abnormal grain growth.
  • the nitration can be carried out here by an atmosphere with nitriding ability or by a nitrogen-donating adhesive protection additive.
  • silicon-manganese nitrides are present ( Materials Science Forum 204-206 (1996), 143-154 ). Due to their lower thermodynamic stability they dissolve during the heating of the annealing. The nitrogen then diffuses into the steel matrix and recombines with the free aluminum present there to aluminum nitride ( Materials Science Forum 204-206 (1996), 593-598 ). The resulting aluminum nitrides are then the inhibitors effective for secondary grain growth. Although the inhibition is weaker compared to the conventional process used for the production of grain-oriented electrical steel sheet, but allows a complete secondary recrystallization at higher temperatures with a larger secondary grain size in the finished strip ( TMS Proceedings 3 (2008), 49-54 ).
  • a disadvantage of this approach is that a modified time-temperature cycle of the annealing is required.
  • To make this crucial process step completely possible, is in the implementation of the The method described above requires an isothermal holding step of at least four hours during the heating phase of the high-temperature annealing. This not only requires a significant extension of the entire process duration, but also leads to increased costs in the production.
  • a steel is melted, which besides iron and unavoidable impurities (in mass%) Si: 2.5-4.0%, C: 0.02-0.10%, Al: 0.01-0.065 % N: 0.003-0.015% optionally up to 0.30% Mn, up to 0.05% Ti, up to 0.3% P, one or more elements from the group S, Se in contents whose sum is at most 0, 04%, one or more elements from the group As, Sn, Sb, Te, Bi with contents of up to 0.2%, one or more elements from the group Cu, Ni, Cr, Co, Mo with contents of in each case up to 0, 5% and one or more elements from the group B, V, Nb at levels of up to 0.012%.
  • the composite Melt is then treated secondary metallurgically in a vacuum plant or a ladle furnace and then cast continuously into a strand. From the strand thus obtained thin slabs are divided, which are subsequently heated in a standing oven to a temperature between 1050 ° C and 1300 ° C. The residence time in the oven is at most 60 min. Following the heating of the thin slabs, the thin slabs are hot rolled into a hot strip of thickness 0.5-4.0 mm in a multi-stand hot mill line in line. During hot rolling, the first forming pass is carried out at a temperature of 900 - 1200 ° C with a degree of deformation of more than 40%.
  • the two forming passes subsequent to rolling at 900 to 1200 ° C. are rolled in the two-phase mixing zone ( ⁇ - ⁇ ).
  • the reduction is not more than 30%.
  • the resulting hot strip is cooled and coiled into a coil.
  • annealing of the hot strip after reeling or before cold rolling can be performed.
  • the hot strip is cold rolled to a cold strip having a final thickness of 0.15 mm to 0.50 mm.
  • the resulting cold strip is then annealed recrystallizing and decarburizing.
  • nitriding of the strip in a NH 3 -containing atmosphere can also be carried out at temperatures above 850 ° C.
  • an annealing separator has been applied to the surface of the annealed cold strip, the thus coated cold-rolled strip to the expression of Gosstextur recrystallizing final annealed.
  • the finally annealed cold strip can then be provided with an electrical insulation and finally annealed stress-free.
  • the object of the invention was to provide a method with which it is possible to carry out grain-oriented electrical steel flat products in a simple manner to produce an optimally uniform distribution of the grain size.
  • steps g) and h) carried out single- or multi-stage hot strip annealing, a thermal straightening of the cold strip and the application of an insulating layer, which can be carried out in the context of the inventive method using and taking into account the known from the prior art parameters.
  • Essential for the invention is that the cold strip in the course of the process step i) "decarburizing and nitriding annealing of the obtained cold strip" in at least two stages decarburizing and nitriding annealed.
  • the first stage of this annealing extends over a first time interval, which comprises heating the cold strip starting from a starting temperature to a first desired annealing temperature and then holding it at this desired annealing temperature.
  • the second stage of the annealing extends in a corresponding manner according to the invention over a second time interval, within which the cold strip is first heated to a second target annealing temperature and then maintained at this target annealing temperature.
  • the first target annealing temperature is lower by 10 to 50 ° C. than the second target annealing temperature.
  • the duration of the first time interval is 30-70% of the total duration of the annealing treatment comprising the first time interval and the second time interval.
  • the invention is based on the recognition that can be produced by an at least two-stage "step annealing" during the step i) a cold strip in which on the one hand the grains have an optimal mean grain size and on the other hand, the deviation of the grain size of the individual grains of the average grain size is low.
  • this can be achieved by passing the cold strip for decarburizing and nitriding annealing obtained after cold rolling through a continuous annealing furnace divided into at least two zones, setting a target annealing temperature in its first zone passed through first in accordance with the invention is, which is 10 to 50 ° C lower than the target annealing temperature in the subsequently passed by the cold strip second zone of the furnace, the duration of the time interval within which the first stage of the annealing runs, 30-70% of the total duration of the decarburizing and nitriding annealing is.
  • the cold band structure obtained after annealing thus has a significantly smaller variance with the same average grain size set by the higher annealing temperature annealing in the rear furnace zone, thus allowing for a high temperature during the final annealing final annealing achieved a homogeneous secondary grain growth.
  • An electric flat steel product produced according to the invention thus has a crystallographic texture after the annealing treatment carried out after at least two stages following the cold rolling, which optimally ensures homogeneous secondary grain growth during the final high-temperature annealing.
  • the invention combines in this way the known from the low-heating process approach with a modern thin-slab production, which takes place according to the known, characterized by a continuous manufacturing process casting-rolling process.
  • an electrical steel flat product is available in accordance with the method according to the invention which has optimum magnetic properties in relation to the uses typical of grain-oriented electrical sheets or tapes.
  • a nitriding and decarburizing annealing (working step i) carried out according to the invention in at least two stages does not mean that a combined nitriding and decarburization always necessarily has to take place in both stages of this annealing.
  • the first stage of this annealing carried out according to the invention can also be carried out as a pure heating stage and the decarburization and nitration take place in the second stage. It is also conceivable to carry out a decarburization over the two annealing stages and then to carry out a residual decarburization and nitration in a further annealing step.
  • the decarburization and nitriding can take place in succession distributed over the at least two stages of the annealing carried out according to the invention.
  • the inventive annealing stages carried out without decarburization or nitriding and to finish the decarburization and nitriding only in an annealing step following the two stages of the annealing according to the invention.
  • the first and second stages of the annealing can be completed following each other and subsequently a further annealing step can be carried out in which the cold strip is subjected to a decarburizing and nitriding annealing.
  • the first and second stages of the annealing in step i) can be carried out taking into account the parameters provided according to the invention for these annealing stages with regard to the position of the temperature levels and the time portion of the first annealing stage, based on the total time of the annealing stages.
  • a further annealing step takes place in which decarburization and nitriding are carried out in a conventional manner.
  • the duration of the first time interval is limited to 30-60% of the total duration of the annealing treatment.
  • the heating of the cold strip to the desired temperature of the first annealing stage should be as fast as possible.
  • the cold-worked strip first undergoes recovery. Then the primary recrystallization begins. At higher temperatures and longer annealing times, grain growth processes are added. In order to provide as much stored energy as possible for recrystallization, the temperature range of the recovery should be run through quickly.
  • an advantageous embodiment of the invention provides that the heating rate with which the cold strip is heated in the first stage of the annealing from the start temperature to the first target annealing temperature, 25 - 500 ° C / s.
  • the heating rate is typically 30-70 ° C / s.
  • a rapid heating rate can be achieved, in particular in the case of continuous production, in that an inductive rapid heating takes place at the entrance of the respective continuous furnace, in which the cold strip is heated by the action of an electromagnetic field induced in the strip.
  • the hot strips produced in the manner described above have been subjected to a two-stage hot strip annealing.
  • the annealing temperature in the first stage of the hot strip annealing was 1090 ° C, while the annealing temperature in the second stage was 850 ° C.
  • a single-stage hot strip annealing with a uniform uniform annealing temperature could have been carried out.
  • the annealed hot strip was cold rolled in one stage with a degree of deformation of 87% to a final thickness of 0.285 mm. Sheet samples have been separated from the cold strips thus obtained.
  • a comparison group A of these sheet samples has been annealed in a continuous annealing furnace.
  • a second furnace section passed after the first furnace section a second annealing step lasting 30 seconds was carried out under a humid atmosphere composed of an ammonia / hydrogen / nitrogen mixture to effect residual decarburization and nitriding.
  • the temperature of the annealing was always 910 ° C.
  • step i) of the method according to the invention divided into two annealing steps, of which the first annealing step according to the invention predetermined subdivision has been performed again in two annealing stages on the following has been completed as a second annealing step a conventional decarburizing and nitriding annealing.
  • step i) has thus been completed here in three consecutive parts.
  • a second group B of the sheet metal samples has first been annealed in the course of the first annealing step in two consecutive annealing stages according to the invention and then restet carburized and nitrided in a second annealing step.
  • five variants Ba) - Be) of the two-stage annealing according to the invention have been investigated.
  • the first annealing stage which proceeds over a first duration t 1 , in each case one target annealing temperature T 1 and in the second annealing stage a respective target annealing temperature T 2 have been set.
  • the total duration t 2 of the two consecutively completed annealing stages was also 150 s in this case.
  • the first stage of the the first annealing section comprised a rapid heating to the respective desired annealing temperature T 1 at a heating rate of 40 ° C./sec.
  • the temperature curve during the annealing in the first annealing step is shown in a dashed line over the annealing time t on the one hand for the group A electrical sheet samples produced for comparison in a solid line and on the other hand for one of the variants B.a) - B.e).
  • the first two annealing stages of the variant exemplified here of the method according to the invention are mainly used for decarburization and are optimized in this regard with respect to gas composition and temperature.
  • the Entkohlungsglühung takes place in two stages with respect to the temperature control in such a way that in the first passed first section is first gently decarburized to avoid grain enlargements as possible, and in the subsequently passed section at the optimal temperature for the effectiveness of the decarburization decarburization is continued and terminated.
  • the third annealing step of the process according to the invention is optimized with respect to nitriding. At the same time a residual decarburization occurs here to a small extent.
  • the optimization of the third annealing stage in relation to the nitriding is done essentially by the choice of an optimized gas composition, but may also mean a temperature adjustment. In Diag. 1 is an example carried out accordingly Temperature control to detect a small temperature jump, which occurs after the end of the annealing time t 2 .
  • the first furnace section of the continuous annealing furnace has been divided into two equal-length temperature zones, for their passage each required to be glowing sheet metal samples so each 75 s. Accordingly, in these tests, the duration t 1 of the first annealing stage was 50% of the total duration t 2 of 150 s.
  • the desired annealing temperature has been changed from variant to variant when carrying out the experiments according to the invention, while in the second temperature zone when carrying out the second annealing stage a constant amount of 860 ° C. is in each case Target annealing temperature has been set.
  • the target annealing temperature in the second annealing step was 910 ° C.
  • the samples were subsequently coated with magnesia and final annealed under an annealing atmosphere consisting of 50% by volume of H2 and 50% by volume of N2.
  • Hot strips produced from the melt 1 as discussed above were subjected to a two-stage hot strip annealing at 1130 ° C / 900 ° C, hot strips of the melt 2 to a one step hot strip annealing at 980 ° C. Subsequently, the hot-rolled strip was cold rolled with a degree of deformation of 87% in one stage to 0.285 mm thick cold strips. From the obtained cold tapes sheet samples have been divided.
  • a second group B of samples was annealed in the same atmosphere according to the invention in two stages in the first process part of the continuous furnace used.
  • the electric sheet samples were then subsequently coated with magnesium oxide and finally annealed under an annealing atmosphere consisting of 50% by volume of H2 and 50% by volume of N2.
  • Diag. 2 is for the samples prepared from the melts 1 and 2 in accordance with the invention Polarization J 800 applied over the annealing time t 1 of the first stage of the inventive annealing.
  • Hot melts of melts 1 and 2 were subjected to a single-stage hot strip annealing at 950 ° C. This was followed by one-stage cold rolling to cold-rolled strip with a final thickness of 0.165 mm. From the obtained cold tapes sheet samples have been divided.
  • a second group B of sheet metal samples was annealed in the same atmosphere in the first part of the process used in the experiments reported here in two stages, during the first, until the 70th second (t 1 / t 2 ⁇ 55%) continuous annealing stage of the annealing a target annealing temperature of 850 ° C and then in the second, from the 70th to the 130th second annealing stage a target annealing temperature of 880 ° C was set. Subsequently, as in Example 1, nitriding and residual decarburization were also carried out at 900 ° C. in each case.
  • Hot strips produced from the melt 3 in the manner explained above were subjected to a two-stage Warrnbandglühung at 1070 ° C / 950 ° C and cold rolled in one stage to form a cold strip with a final thickness of 0.215 mm. From the obtained cold tapes sheet samples have been divided.
  • the annealing temperature was set at 850 ° C for the second annealing stage, while the target annealing temperature in the second annealing stage, which lasted from the 70th to the 120th second, was 870 ° C.
  • the sheet samples were nitrided at 910 ° C in a wet ammonia / hydrogen / nitrogen mixture and restetalled.
  • the first annealing stage of the first annealing step involved rapid heating of the sheet samples to the desired annealing temperature of the first annealing stage.
  • the heating rates AHR were varied in four different experimental runs under otherwise unchanged conditions.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von kornorientierten, für elektrotechnische Anwendungen bestimmten Elektrostahlflachprodukten. Elektrostahlflachprodukte dieser Art werden in der Praxis auch als kornorientierte "Elektrobleche" oder kornorientierte "Elektrobänder" bezeichnet.
  • Kornorientierte Elektrostahlflachprodukte weisen spezielle magnetische Eigenschaften auf und werden über einen aufwendigen Herstellungsprozess erzeugt. Grundmaterial für Elektrostahlflachprodukte ist ein Siliziumstahlblech. Die metallurgischen Eigenschaften des Werkstoffs, die Umformgrade der Walzprozesse und die Parameter der Wärmebehandlungsschritte sind dabei so aufeinander abgestimmt, dass gezielte Rekristallisationsprozesse ablaufen. Diese Rekristallisationsprozesse führen zu einer für den Werkstoff typischen "Goss-Textur", bei der die Richtung der leichtesten Magnetisierbarkeit in Walzrichtung der Fertigbänder liegt.
  • Von kornorientiertem Elektroblech oder -band der hier in Rede stehenden Art zu unterscheiden sind Elektrostahlflachprodukte, bei denen die Körner keine ausgeprägte Ausrichtung besitzen. In solchem nicht-kornorientiertem Elektroband oder -blech ist der magnetische Fluss auf keine bestimmte Richtung festgelegt, so dass sich in allen Richtungen gleiche magnetische Eigenschaften ausbilden (isotrope Magnetisierung).
  • Kornorientiertes Elektroband oder -blech der hier in Rede stehenden Art weist dagegen ein stark anisotropes magnetisches Verhalten auf. Dieses ist auf eine einheitliche Orientierung der Körner (Kristallite) des Gefüges zurückzuführen. Diese kristallographische Textur wird durch eine durch entsprechende Maßnahmen im Herstellungsprozess erfolgende wirksame Kornwachstumsauslese erzielt. Ziel ist es dabei, nach einer am Ende des Herstellungsprozesses erfolgenden Schlussglühung ein Elektrostahlflachprodukt zu erhalten, bei dem die Körner eine geringe Fehlorientierung und daraus folgend eine nahezu ideale Textur aufweisen.
  • Kornorientiertes Elektroband eignet sich insbesondere für Verwendungen, bei denen besonders hohe Anforderungen an die magnetischen Eigenschaften gestellt werden, wie es beispielsweise beim Bau von Transformatoren der Fall ist.
  • Verfahren der zur Herstellung von hochwertigem kornorientiertem Elektroblech sind in größerer Zahl bekannt.
  • In der DE 697 03 590 T2 wird ein Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Elektrostahlblech offenbart, wobei ein Stahl mit 2,5-4,5% Si, 0.015-0.075% C, 0.03-0.40% Mn, weniger als 0.012% S, 0.01-0.04% Alsol, 0.003-0.013% N, weniger als 0.005% Ti, Rest Eisen und geringfügige Verunreinigungen, verwendet wird.
  • Nach dem Kaltwalzen erfolgt ein kontinuierliches Decarbonisierungsglühen für eine Gesamtzeit zwischen 50 und 350 Sekunden, bei einer Temperatur zwischen 800 und 950°C.
  • Danach erfolgt ein kontinuierliches Nitrierglühen bei einer Temperatur zwischen 850°C und 1050°C, für eine Zeitdauer zwischen 15 und 120 Sekunden.
  • Mit dem in der EP 0 910 676 B1 beschriebenen, so genannten "Low-Heating-Verfahren" lassen sich hochpermeable, kornorientierte Elektrobleche mit einer optimierten Eigenschaftsverteilung erzeugen. Kennzeichnend für dieses Verfahren ist eine Brammenerwärmungstemperatur unterhalb von 1250 °C. Durch diese vergleichbar niedrige Temperatur werden Aluminiumnitride, die beim zum Abschluss des Herstellungsprozesses erfolgenden Hochtemperatur-Glühschritt vollständig in Lösung gebracht werden, nur partiell gelöst und wieder ausgeschieden. Infolgedessen weist nach dem Low-Heating-Prozess hergestelltes Elektroband eine schwächere inhärente Inhibition auf als über den herkömmlichen Prozessweg via Hochtemperaturbrammenerwärmung erzeugtes Material.
  • Zweck der Teilchen-Inhibition ist es, das Kornwachstum im Primärgefüge des Kaltbandes nach und während der Entkohlungsglühung zu unterdrücken. Erst während der abschließenden Hochglühung, bei der die Kaltbänder bei Temperaturen von bis zu 1200 °C geglüht werden, soll im Temperaturbereich von 950 - 1100 °C ein kontrolliertes abnormales Kornwachstum erfolgen, um eine hohe Texturschärfe mit Gossorientierung [001](110) zu ermöglichen.
  • Damit ein optimales abnormales Kornwachstum mit hoher Texturschärfe einsetzt, muss nach der Entkohlungsglühung ein idealer Gleichgewichtszustand zwischen treibenden und rücktreibenden Kräften eingestellt werden. Die treibende Kraft für das Kornwachstum während der Hochglühung ist die im Gefüge gespeicherte Korngrenzenenergie. Diese ist im Wesentlichen durch die Korngröße nach der Primärrekristallisation bestimmt.
  • Bedingt durch die schwächere inhärente Inhibition beim Low-Heating-Verfahren ist die mittlere Primärkorngröße nach einer Entkohlungsglühung größer als beim konventionellen Verfahren und unterliegt größeren Schwankungen durch den Kaltprozess. Die treibende Kraft für das abnormale Kornwachstum ist somit generell geringer. Auf der anderen Seite wird eine dem abnormalen Kornwachstum entgegenstehende rücktreibende Kraft durch die im Kaltband ausgeschiedenen nichtmagnetischen Ausscheidungen (Inhibitoren) bestimmt. Daher kommt es darauf an, viele fein verteilte Teilchen vorliegen zu haben. Beim Low-Heating Verfahren werden die relevanten Partikel jedoch nicht im Warmband sondern vor, nach oder während der Entkohlungsglühung oder während der Aufheizphase der Schlussglühung im Zuge verschiedenster Nitrierverfahren erzeugt.
  • In Zuge der in der EP 0 950 119 B1 und der EP 0 950 120 B1 beschriebenen Verfahren wird über den Warmwalzprozess eine Inhibitionsstärke Iz durch Nitride und Sulfide so eingestellt, dass das primäre Kornwachstum beim Kaltprozess auch bei höheren Temperaturen gehemmt wird. Die Brammen werden dabei vor dem Warmwalzen auf Temperaturen von 1100 °C bis 1320 °C erwärmt. Eine simultan zur Entkohlungsglühung durchgeführte Nitrierbehandlung bei Temperaturen zwischen 850 und 1050 °C in einer Ammoniak enthaltenden Atmosphäre ermöglicht die direkte Bildung von Aluminiumnitriden. Die anschließende Hochglühung muss gegenüber dem herkömmlichen Herstellungsweg der Fertigung von kornorientiertem Elektroband nicht modifiziert werden.
  • Dem gegenüber wird beim in der EP 0 219 611 B1 beschriebenen Verfahren die Nitrierung nach der Primärrekristallisation, aber vor Einsetzen des abnormalen Kornwachstums durchgeführt. Die Nitrierung kann hierbei durch eine Atmosphäre mit Nitriervermögen oder durch einen stickstoffspendenden Klebschutzzusatz erfolgen.
  • Speziell beim Verfahren mit einer Ammoniak enthaltenden Atmosphäre bei der die Nitriertemperatur unterhalb von 850 °C liegt, liegen nach der Nitrierung nahe der Oberfläche Silizium-Mangan-Nitride vor (Materials Science Forum 204-206 (1996), 143-154). Aufgrund ihrer geringeren thermodynamischen Stabilität lösen sich diese während der Aufheizphase der Hochglühung auf. Der Stickstoff diffundiert dann in die Stahlmatrix und rekombiniert mit dem dort vorliegenden freien Aluminium zu Aluminiumnitrid (Materials Science Forum 204-206 (1996), 593-598). Die so entstandenen Aluminiumnitride sind daraufhin die für das Sekundärkornwachstum wirksamen Inhibitoren. Die Inhibition ist dabei zwar im Vergleich zum beim konventionellen für die Erzeugung von kornorientiertem Elektroblech angewendeten Prozess schwächer, ermöglicht aber eine vollständige Sekundärrekristallisation bei höheren Temperaturen mit einer größeren Sekundärkorngröße im Fertigband (TMS Proceedings 3 (2008), 49-54).
  • Ein Nachteil dieses Vorgehens besteht allerdings darin, dass ein modifizierter Zeit-Temperatur-Zyklus der Hochglühung erforderlich ist. Die Auflösung der Silizium-Mangan-Nitride sowie die Neubildung von AlN durch Stickstoff-Diffusion erfolgt bei Temperaturen zwischen 700 bis 800 °C. Um diesen entscheidenden Prozessschritt vollständig zu ermöglichen, ist bei der Durchführung des voranstehend erläuterten Verfahrens eine isotherme Haltestufe von mindestens vier Stunden während der Aufheizphase der Hochglühung erforderlich. Diese bedingt nicht nur eine deutliche Verlängerung der gesamten Prozessdauer, sondern führt auch zu erhöhten Kosten bei der Herstellung.
  • Neben dem voranstehend erläuterten Stand der Technik ist aus der EP 1 752 549 A1 ein Verfahren zur Herstellung von hochwertigem kornorientierten Elektroband auf Basis von Dünnbrammen-Strangguss bekannt, bei dem die Arbeitsschritte so aufeinander abgestimmt sind, dass unter Verwendung von konventionellen Aggregaten ein Elektroblech mit optimierten magnetischen Eigenschaften erhalten wird. Dabei wird angestrebt, die Bildung von nitridischen Ausscheidungen vor dem Warmwalzen und während des Warmwalzens möglichst zu vermeiden, um die Möglichkeit einer kontrollierten Erzeugung solcher Ausscheidungen bei der Abkühlung des Warmbandes in großem Umfang nutzen zu können. Im Einzelnen wird dazu zunächst ein Stahl erschmolzen, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Masse-%) Si: 2,5 - 4, 0 %, C: 0,02 - 0,10 %, Al: 0,01 - 0,065 % N: 0,003 - 0,015 % wahlweise bis zu 0,30 % Mn, bis zu 0,05 % Ti, bis zu 0,3 % P, eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe S, Se in Gehalten, deren Summe höchstens 0,04 % beträgt, eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe As, Sn, Sb, Te, Bi mit Gehalten von jeweils bis zu 0,2 %, eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe Cu, Ni, Cr, Co, Mo mit Gehalten von jeweils bis zu 0, 5 % sowie eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe B, V, Nb mit Gehalten von jeweils bis zu 0,012 % enthält. Die so zusammengesetzte Schmelze wird dann sekundärmetallurgisch in einer Vakuumanlage oder einem Pfannenofen behandelt und anschließend kontinuierlich zu einem Strang vergossen. Von dem so erhaltenen Strang werden Dünnbrammen abgeteilt, die nachfolgend in einem in Linie stehenden Ofen auf eine Temperatur zwischen 1050 °C und 1300 °C aufgeheizt werden. Die Verweilzeit im Ofen beträgt dabei höchstens 60 min. Im Anschluss an die Erwärmung der Dünnbrammen werden die Dünnbrammen in einer in Linie stehenden mehrgerüstigen Warmwalzstraße zu einem Warmband mit einer Dicke von 0,5 - 4,0 mm warmgewalzt. Während des Warmwalzens wird der erste Umformstich bei einer Temperatur von 900 - 1200 °C mit einem Umformgrad von mehr als 40 % durchgeführt. Des Weiteren werden während des Warmwalzend zumindest die sich an das Walzen bei 900 - 1200 °C anschließenden zwei Umformstiche im Zweiphasenmischgebiet (α-γ) gewalzt. Schließlich beträgt beim letzten Umformstich des Warmwalzens beträgt die Stichabnahme höchstens 30 %. Im Anschluss an das Warmwalzen wird das so erhaltene Warmband abgekühlt und zu einem Coil gehaspelt. Optional kann daraufhin ein Glühen des Warmbands nach dem Haspeln oder vor dem Kaltwalzen durchgeführt werden. Anschließend wird das Warmband zu einem Kaltband mit einer Enddicke von 0,15 mm bis 0,50 mm kaltgewalzt. Das erhaltene Kaltband wird dann rekristallisierend und entkohlend geglüht. Zusätzlich zu der Entkohlungsglühung kann auch noch eine Nitrierung des Bandes in einer NH3-haltigen Atmosphäre bei Temperaturen oberhalb von 850 °C durchgeführt werden. Nachdem anschließend auf die Oberfläche des glühbehandelten Kaltbands ein Glühseparator aufgetragen worden ist, wird das so beschichtete Kaltband zur Ausprägung einer Gosstextur rekristallisierend schlussgeglüht. Ebenso optional kann das schlussgeglühte Kaltband daraufhin noch mit einer elektrischen Isolierung versehen und abschließend spannungsfrei geglüht werden.
  • In der EP 0 378 131 B1 wird auf die Bedeutung der mittleren Korngröße aber auch deren Varianz hingewiesen. Neben einer optimalen mittleren Korngröße ist demnach von besonderer Bedeutung, dass die Abweichung von der mittleren Korngröße im Blech gering ist. Dies resultiert aus der Tatsache, dass Kornwachstumsprozesse aufgrund der geringeren Inhibition unkontrollierter ablaufen (Materials Science Forum 204-206 (1996), 623-628). Demzufolge können unter ungünstigen Prozessbedingungen Körner wachsen, die keine Goss-Orientierung aufweisen, aber bei hohen Temperaturen nicht wachstumsfähig sind und zur Feinkornbildung beitragen.
  • In der EP 0 392 534 B1 werden schließlich die in Frage kommenden Atmosphären der Entkohlungsglühung im Detail beschrieben. In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass zu Beginn der Entkohlungs- und Nitrierglühung der Partialdruck pH2O/pH2 abgesenkt werden muss, um eine geeignete Oxidschicht einzustellen. Das Resultat dieses Verfahrens ist eine zufriedenstellende Ausbildung des Glasfilms während der Hochglühung.
  • Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zu nennen, mit dem es auf einfache Weise gelingt, kornorientierte Elektrostahlflachprodukte mit einer optimal gleichmäßigen Verteilung der Korngröße herzustellen.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Verfahren gelöst worden, das die in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen und Merkmale umfasst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.
  • In Übereinstimmung mit dem voranstehend erläuterten Stand der Technik umfasst ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines kornorientierten, für elektrotechnische Anwendungen bestimmten Elektrostahlflachprodukts folgende Arbeitsschritte:
    1. a) Erzeugen einer Stahlschmelze, die neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) Si: 2,5-4,0 %, C: 0,02 - 0,1 %, Al: 0,01 - 0,065 %, N: 0,003-0,015 % sowie jeweils wahlweise bis zu 0,30 % Mn, bis zu 0,05 % Ti, bis zu 0,3 % P, eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe S, Se in Gehalten, deren Summe höchstens 0,04 % beträgt, eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe As, Sn, Sb, Te, Bi mit Gehalten von jeweils bis zu 0,2 %, eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe Cu, Ni, Cr, Co, Mo mit Gehalten von jeweils bis zu 0, 5 %, eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe B, V, Nb mit Gehalten von jeweils bis zu 0,012 %, enthält,
    2. b) Vergießen der Schmelze zu einem Strang in einer Stranggussmaschine,
    3. c) Abteilen mindestens einer Dünnbramme von dem gegossenen Strang,
    4. d) Erwärmen der Dünnbramme auf eine Temperatur zwischen 1050 °C und 1300 °C,
    5. e) Warmwalzen der Dünnbramme in einer Warmwalzstraße zu einem Warmband mit einer Dicke von 0,5 - 4,0 mm,
    6. f) Abkühlen des Warmbands,
    7. g) Haspeln des Warmbands zu einem Coil,
    8. h) Kaltwalzen des Warmbands zu einem Kaltband mit einer Enddicke von 0,15 - 0,50 mm,
    9. i) entkohlendes und nitrierendes Glühen des erhaltenen Kaltbands,
    10. j) Auftrag eines Glühseparators auf die Oberfläche des geglühten Kaltbands,
      und
    11. k) Schlussglühen des mit dem Glühseparator versehenen Kaltbands zur Ausprägung einer Gosstextur.
  • Selbstverständlich können bei der Erzeugung des Elektrostahlflachprodukts zusätzliche Arbeitsschritte durchgeführt werden, die bei der konventionellen Herstellung von kornorientierten Elektrobändern oder -blechen üblicherweise erforderlich sind. Hierzu zählen beispielsweise eine zwischen den Arbeitsschritten g) und h) durchgeführte ein- oder mehrstufige Warmbandglühung, ein thermisches Richten des Kaltbands und der Auftrag einer Isolationsschicht, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Anwendung und Berücksichtigung der aus dem Stand der Technik bekannten Parameter durchgeführt werden können.
  • Wesentlich für die Erfindung ist, dass das Kaltband im Zuge des Arbeitsschritts i) "entkohlendes und nitrierendes Glühen des erhaltenen Kaltbands" in mindestens zwei Stufen entkohlend und nitrierend geglüht wird.
  • Die erste Stufe dieses Glühens erstreckt sich dabei erfindungsgemäß über ein erstes Zeitintervall, das eine Erwärmung des Kaltbands ausgehend von einer Starttemperatur auf eine erste Soll-Glühtemperatur und ein anschließendes Halten auf dieser Soll-Glühtemperatur umfasst.
  • Die zweite Stufe des Glühens erstreckt sich in entsprechender Weise erfindungsgemäß über ein zweites Zeitintervall, innerhalb dessen das Kaltband zunächst auf eine zweite Soll-Glühtemperatur erwärmt und anschließend bei dieser Soll-Glühtemperatur gehalten wird.
  • Erfindungsgemäß ist dabei die erste Soll-Glühtemperatur um 10 - 50 °C niedriger als die zweite Soll-Glühtemperatur. Gleichzeitig beträgt erfindungsgemäß die Dauer des ersten Zeitintervalls 30 - 70 % der das erste Zeitintervall und das zweite Zeitintervall umfassenden Gesamtdauer der Glühbehandlung.
  • Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass sich durch eine mindestens zweistufig erfolgende "Stufenglühung" während des Arbeitsschritts i) ein Kaltband erzeugen lässt, bei dem einerseits die Körner eine optimale mittlere Korngröße aufweisen und bei dem andererseits die Abweichung der Korngröße der einzelnen Körner von der mittleren Korngröße gering ist.
  • In der Praxis kann dies dadurch erzielt werden, dass das nach dem Kaltwalzen erhaltene Kaltband für das entkohlende und nitrierende Glühen im kontinuierlichen Durchlauf durch einen in mindestens zwei Zonen gegliederten Durchlaufglühofen geleitet wird, in dessen zuerst durchlaufenen vorderer Zone in erfindungsgemäßer Weise eine Soll-Glühtemperatur eingestellt wird, die um 10 - 50 °C niedriger ist als die Soll-Glühtemperatur in der anschließend vom Kaltband durchlaufenen zweiten Zone des Ofens, wobei die Dauer des Zeitintervalls, innerhalb dessen die erste Stufe der Glühung abläuft, 30 - 70 % der Gesamtdauer der entkohlenden und nitrierende Glühung beträgt. Durch die erfindungsgemäß vorgegebene Temperaturdifferenz zwischen der ersten und zweiten Stufe der entkohlenden und nitrierenden Glühung und die erfindungsgemäß für die beiden Stufen dieser Glühung vorgesehenen Zeiten wird ein übermäßiges Kornwachstum der für die Gosstexturausbildung ungünstigen Orientierungen unterdrückt. Das nach dem Glühen erhaltene Kaltbandgefüge weist auf diese Weise bei gleicher mittlerer Korngröße, die durch die bei höherer Glühtemperatur erfolgende Glühung in der hinteren Ofenzone eingestellt wird, eine signifikant kleinere Varianz auf und ermöglicht somit während der abschließenden, bei einer hohen Temperatur durchgeführten Schlussglühung ein homogenes sekundäres Kornwachstum.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es so, eine im Zuge des Kaltwalzprozess eingetretene Varianz der Korngrößen zu minimieren. Insgesamt wird so das Ergebnis des vorangegangenen Kaltprozesses gegenüber Schwankungen der Korngrößenverteilung stabilisiert. Ein erfindungsgemäß erzeugtes Elektrostahlflachprodukt weist auf diese Weise nach der im Anschluss an das Kaltwalzen erfindungsgemäß mindestens zweistufig durchgeführten Glühbehandlung eine kristallographische Textur auf, durch die ein homogenes sekundäres Kornwachstum während der abschließenden Hochtemperaturglühung in optimaler Weise gewährleistet ist.
  • Die Erfindung verbindet auf diese Weise die vom Low-Heating-Prozess bekannte Vorgehensweise mit einer modernen Dünnbrammenfertigung, die nach dem bekannten, durch einen kontinuierlichen Fertigungsablauf gekennzeichneten Gieß-Walz-Prozess erfolgt. Im Ergebnis steht bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise ein Elektrostahlflachprodukt zur Verfügung, das bezogen auf die für kornorientierte Elektrobleche oder -bänder typischen Verwendungen optimale magnetische Eigenschaften besitzt.
  • Wenn hier von einem erfindungsgemäß in mindestens zwei Stufen durchgeführten nitrierenden und entkohlenden Glühen (Arbeitsschritts i)) die Rede ist, bedeutet dies nicht, dass in beiden Stufen dieses Glühens notwendig stets eine kombinierte Nitrierung und Entkohlung stattfinden muss. Vielmehr kann die erste Stufe dieser erfindungsgemäß durchgeführten Glühung auch als reine Erwärmungsstufe ausgeführt werden und die Entkohlung und Nitrierung in der zweiten Stufe stattfinden. Ebenso ist denkbar, über die beiden Glühstufen eine Entkohlung durchzuführen und anschließend in einem weiteren Glühschritt eine Restentkohlung und Nitrierung durchzuführen. Alternativ können die Entkohlung und Nitrierung über die mindestens zwei Stufen der erfindungsgemäß durchgeführten Glühung aufeinander folgend verteilt stattfinden. Schließlich ist es auch denkbar, mindestens eine der erfindungsgemäße absolvierten Glühstufen ohne Entkohlung oder Nitrierung stattfinden zu lassen und erst in einem sich an die beiden Stufen der erfindungsgemäßen Glühung anschließenden Glühschritt die Entkohlung und Nitrierung fertig zu stellen.
  • Demgemäß kann im Rahmen der Erfindung in der Praxis im Arbeitsschritt i) die erste und zweite Stufe des Glühens im Anschluss aneinander absolviert und darauf folgend ein weiterer Glühschritt durchgeführt werden, in dem das Kaltband einer entkohlenden und nitrierenden Glühung unterzogen wird. Die erste und zweite Stufe des Glühens im Arbeitsschritt i) kann dabei unter Berücksichtigung der erfindungsgemäß für diese Glühstufen hinsichtlich der Lage der Temperaturniveaus und des Zeitanteils der ersten Glühstufe vorgesehenen Parameter bezogen auf die Gesamtzeit der Glühstufen durchgeführt werden. Anschließend erfolgt dann ein weiterer Glühschritt, in dem in konventioneller Weise entkohlt und nitriert wird. Insgesamt werden bei dieser Variante der Erfindung im Zuge des Arbeitsschritts i) also mindestens drei Teilglühschritte aufeinander folgend absolviert, wobei für die ersten beiden Glühschritte die erfindungsgemäßen Vorgaben gelten und der dritte, das Nitrieren umfassende Schritt in konventioneller Weise absolviert wird.
  • Praktische Versuche haben gezeigt, dass sich optimale Eigenschaften eines erfindungsgemäß erzeugten Elektrostahlflachprodukts ergeben, wenn die Soll-Glühtemperatur der ersten Stufe um 10 - 30 °C niedriger ist als die Soll-Glühtemperatur der zweiten Stufe der Glühung.
  • Ebenso wirkt es sich günstig auf das Ergebnis des erfindungsgemäß mindestens zweistufig durchgeführten Glühschritts aus, wenn die Dauer des ersten Zeitintervalls auf 30 - 60 % der Gesamtdauer der Glühbehandlung beschränkt ist.
  • Die Erwärmung des Kaltbands auf die Soll-Temperatur der ersten Glühstufe sollte möglichst schnell erfolgen. Während der Aufheizphase der Entkohlungs- und Nitrierungsglühung durchläuft das kaltverformte Band zunächst eine Erholung. Dann setzt die Primärrekristallisation ein. Bei höheren Temperaturen und längeren Glühzeiten kommen Kornwachstumsprozesse hinzu. Um möglichst viel gespeicherte Energie für die Rekristallisation zur Verfügung zu stellen, sollte der Temperaturbereich der Erholung schnell durchlaufen werden. Zu diesem Zweck sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Aufheizrate, mit der das Kaltband in der ersten Stufe der Glühung von der Starttemperatur auf die erste Soll-Glühtemperatur erwärmt wird, 25 - 500 °C/s beträgt. Bei einer konventionellen Erwärmung beträgt dabei die Aufheizrate typischerweise 30 - 70 °C/s. Im Hinblick auf eine besonders gute Primärrekristallisation und damit einhergehend optimale Arbeitsergebnisse kann es jedoch auch vorteilhaft sein, besonders schnelle Aufheizraten von 200 - 500 °C/s einzustellen. In der Praxis kann eine solche schnelle Aufheizrate insbesondere bei einer im kontinuierlichen Durchlauf erfolgenden Fertigung dadurch erzielt werden, dass am Eingang des jeweiligen Durchlaufofens eine induktive Schnellaufheizung stattfindet, bei der das Kaltband durch die Wirkung eines in das Band induzierten elektromagnetischen Feldes erwärmt wird.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
    • Diag. 1 eine schematische Darstellung des Temperaturverlaufs T über die Glühzeit t für ein konventionell geglühtes Elektrostahlband (Kurve A) und ein erfindungsgemäßes Elektrostahlband (Kurve B);
    • Diag. 2 die Polarisation bei 800 A/m in Tesla für zwei unterschiedlich zusammengesetzte Elektrostahlbleche S1,S2, aufgetragen über das Verhältnis t1/t2 der Dauer des bei der erfindungsgemäßen Glühung für die erste Glühstufe vorgesehenen Zeitintervalls t1 zur Gesamtdauer t2 der Glühung.
  • In einer konventionellen Stranggießmaschine sind vier Stahlschmelzen S1 - S4 mit den in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen nach einer in einem Pfannenofen und einer Vakuumanlage durchgeführten sekundärmetallurgischen Behandlung kontinuierlich zu einem 63 mm dicken Strang abgegossen worden.
  • Von dem Strang sind in ebenfalls konventioneller Weise Dünnbrammen abgeteilt worden. Nach einer Ausgleichsglühung in einem Ausgleichsofen bei 1165 °C sind diese Dünnbrammen entzundert und in der Fertigstraße auf eine Enddicke von 2,34 mm warmgewalzt und zu einem Coil gehaspelt worden.
    • Beispiel 1:
  • Die in der voranstehend beschriebenen Weise erzeugten Warmbänder sind einer zweistufigen Warmbandglühung unterzogen worden. Die Glühtemperatur in der ersten Stufe der Warmbandglühung betrug 1090 °C, während die Glühtemperatur in der zweiten Stufe bei 850 °C lag. Anstelle einer zweistufigen Warmbandglühung hätte auch eine einstufige Warmbandglühung mit einer einheitlich gleichmäßigen Glühtemperatur durchgeführt werden können.
  • Nach der Warmbandglühung ist das geglühte Warmband einstufig mit einem Umformgrad von 87 % auf eine Enddicke von 0,285 mm kaltgewalzt worden. Von den so erhaltenen Kaltbändern sind Blechproben abgeteilt worden.
  • Eine Vergleichsgruppe A dieser Blechproben ist im Durchlauf in einem Durchlaufglühofen geglüht worden. Dabei ist in einem zuerst durchlaufenen ersten Ofenabschnitt zunächst ein 150 Sekunden dauernder Glühschritt bei einer Temperatur von 860 °C unter einer feuchten, aus einem Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch (pH2O/pH2 = 0,50) gebildeten Atmosphäre durchgeführt worden. Dann erfolgte in einem im Anschluss an den ersten Ofenabschnitt durchlaufenen zweiten Ofenabschnitt ein 30 Sekunden dauernder zweiter Glühschritt unter einer feuchten, aus einem Ammoniak/Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch bestehenden Atmosphäre, um eine Restentkohlung und Nitrierung zu bewirken. Die Temperatur der Glühung betrug stets 910 °C. Entsprechend der oben bereits erwähnten, für die Praxis wichtigen Ausgestaltung der Erfindung erfolgte hier somit die Glühung in Arbeitsschritt i) des erfindungsgemäßen Verfahrens unterteilt in zwei Glühschritte, von denen der erste Glühschritt der erfindungsgemäß vorgegebenen Unterteilung folgend noch einmal in zwei Glühstufen durchgeführt worden ist, auf die folgend als zweiter Glühschritt eine konventionelle entkohlende und nitrierende Glühung absolviert worden ist. Insgesamt ist der Arbeitsschritt i) hier also in drei aufeinander folgenden Teilen absolviert worden.
  • Eine zweite Gruppe B der Blechproben ist in einer entsprechenden Arbeitsabfolge zunächst im Zuge des ersten Glühschritts in erfindungsgemäßer Weise in zwei aufeinander folgenden Glühstufen geglüht und anschließend in einem zweiten Glühschritt restentkohlt und nitriert worden. Dabei sind fünf Varianten B.a) - B.e) der erfindungsgemäßen zweitstufigen Glühung untersucht worden. In der ersten über eine erste Dauer t1 ablaufende Glühstufe ist dabei jeweils eine Soll-Glühtemperatur T1 und in der zweiten Glühstufe jeweils eine Soll-Glühtemperatur T2 eingestellt worden. Die Gesamtdauer t2 der beiden aufeinanderfolgend absolvierten Glühstufen betrug auch in diesem Fall 150 s. Die erste Stufe des ersten Glühabschnitts umfasste zudem eine mit einer Aufheizrate von 40 °C/sec erfolgende schnelle Erwärmung auf die jeweilige Soll-Glühtemperatur T1.
  • In Diag. 1 ist der Temperaturverlauf bei der Glühung im ersten Glühschritt jeweils über die Glühzeit t einerseits für die zum Vergleich erzeugten Elektroblechproben der Gruppe A in einer durchgezogenen Linie und andererseits für eine der Varianten B.a) - B.e) in einer gestrichelten Linie dargestellt.
  • Demnach dienen die ersten beiden Glühstufen der hier beispielhaft erläuterten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens schwerpunktmäßig der Entkohlung und sind in dieser Hinsicht bezüglich Gaszusammensetzung und Temperatur optimiert. Die Entkohlungsglühung erfolgt hinsichtlich der Temperaturführung zweistufig und zwar derart, dass im zuerst durchlaufenen vorderen Abschnitt zunächst sachte entkohlt wird, um Kornvergrößerungen möglichst zu vermeiden, und im anschließend durchlaufenen Abschnitt bei für die Wirksamkeit des Entkohlungsprozesses optimaler Temperatur die Entkohlung fortgesetzt und beendet wird.
  • Demgegenüber ist die dritte Glühstufe des erfindungsgemäßen Verfahrens in Bezug auf das Nitrieren optimiert. Gleichzeitig erfolgt hier im geringen Maße eine Restentkohlung. Die Optimierung der dritten Glühstufe in Bezug auf das Nitrieren geschieht im Wesentlichen durch die Wahl einer optimierten Gaszusammensetzung, kann aber auch eine Temperaturanpassung bedeuten. In Diag. 1 ist beispielhaft eine entsprechend durchgeführte Temperaturführung an einem kleinen Temperatursprung zu erkennen, der nach Ablauf der Glühzeit t2 eintritt.
  • Konkret ist für die Durchführung der erfindungsgemäßen Glühbehandlungsvarianten B.a) - B.e) ist der erste Ofenabschnitt des Durchlaufglühofens in zwei gleichlange Temperaturzonen aufgeteilt worden, für deren Durchlauf die jeweils zu glühenden Blechproben also jeweils 75 s benötigten. Dementsprechend betrug bei diesen Versuchen die Dauer t1 der ersten Glühstufe 50 % der Gesamtdauer t2 von 150 s.
  • In der von der jeweiligen Probe zuerst durchlaufenen ersten Temperaturzone des ersten Ofenabschnitts ist bei der Durchführung der erfindungsgemäßen Versuche die Soll-Glühtemperatur von Variante zu Variante verändert worden, während in der zweiten Temperaturzone bei der Durchführung der zweiten Glühstufe jeweils eine konstante, 860 °C betragende Soll-Glühtemperatur eingestellt worden ist. Die im ersten Ofenabschnitt des Durchlaufglühofens erfindungsgemäß durchgeführten beiden Glühstufen sind jeweils wie bei der Verarbeitung der Blechproben der Gruppe A unter einer feuchten, aus einem Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch (pH2O/pH2 = 0,50) gebildeten Atmosphäre durchgeführt worden.
  • Dann erfolgte wie bei der Behandlung der Vergleichsproben der Gruppe A im sich an den ersten Ofenabschnitt anschließenden zweiten Ofenabschnitt eine entkohlende und nitrierende Glühung über 30 Sekunden unter einer feuchten, aus einem Ammoniak/Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch bestehenden Atmosphäre. Die Soll-Glühtemperatur im zweiten Glühschritt betrug währenddessen auch hier 910 °C.
  • Nach dem Glühen wurden die Proben im Anschluss mit Magnesiumoxid beschichtet und unter einer zu 50 Vol.-% aus H2 und zu 50 Vol.-% aus N2 bestehenden Glühatmosphäre schlussgeglüht worden.
  • In Tabelle 2 sind zu jeder Variante a) - e) der erfindungsgemäßen Wärmebehandlung die in der ersten Glühstufe jeweils eingestellten Soll-Glühtemperatur T1, die Differenz ΔT zwischen der ersten Soll-Glühtemperatur und der Soll-Glühtemperatur der zweiten Glühstufe sowie die Polarisation J800 bei 800 A/m, angegeben in Tesla, und der in W/kg angegebene Ummagnetisierungsverlust P1,7 bei einer Polarisation von 1,7 T und einer jeweiligen Frequenz von 50 Hz aufgezählt. Es zeigt sich, dass die erfindungsgemäß erzeugten Elektrostahlbleche unabhängig davon, nach welcher der Varianten a) - e) sie hergestellt sind, bessere Eigenschaften besitzen als die in konventioneller Weise glühbehandelten Proben.
    • Beispiel 2:
  • In der oben erläuterten Weise aus der Schmelze 1 erzeugte Warmbänder wurden einer zweistufigen Warmbandglühung bei 1130 °C / 900 °C, Warmbänder der Schmelze 2 einer einstufigen Warmbandglühung bei 980 °C unterzogen. Anschließend sind die Warmbänder mit einem Umformgrad von 87 % einstufig zu 0,285 mm dicken Kaltbändern kaltgewalzt worden. Von den erhaltenen Kaltbändern sind Blechproben abgeteilt worden.
  • In diesem Fall ist ebenfalls zum Vergleich eine Gruppe A von aus den Kaltbändern gewonnenen Elektroblechproben für die Dauer von 150 Sekunden bei einer Temperatur von 840 °C in einer feuchten Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch-Atmosphäre (PH2O/PH2=0,45) geglüht worden. Anschließend erfolgte bei 860 °C für 30 Sekunden eine Glühung in einem feuchten Ammoniak/Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch wobei restentkohlt und nitriert wurde. Anschließend wurde wie beim Beispiel 1 bei 910 °C nitriert und restentkohlt.
  • Eine zweite Gruppe B von Proben wurde in gleicher Atmosphäre erfindungsgemäß in zwei Stufen im ersten Prozessteil des genutzten Durchlaufofens geglüht. Die Temperatur der ersten Ofenzone wurde dabei auf 810 °C (ΔT = 30 °C) gesetzt. Auch in diesem Fall wurden fünf Varianten B.a) - B.e) erzeigt. Die Glühzeit t1 bis zur Anhebung der Soll-Glühtemperatur im zweiten Teil der Glühung auf 840 °C betrug bei der Variante B.a) 120 s (Glühzeitverhältnis t1/t2=80 %), bei der Variante B.b) 90 s (t1/t2 = 60 %), bei der Variante B.c) 75 s (t1/t2 = 50 %), bei der Variante B.d) 45 s (t1/t2 = 30 %) und bei der Variante B.e) 30 s (t1/t2 = 20 %). Anschließend wurde auch hier wie beim Beispiel 1 bei 910 °C nitriert und restentkohlt.
  • Die Elektroblechproben wurden jeweils im Anschluss mit Magnesiumoxid beschichtet und unter einer zu 50 Vol.-% aus H2 und zu 50 Vol.-% aus N2 bestehenden Glühatmosphäre schlussgeglüht.
  • In Diag. 2 ist für die aus den Schmelzen 1 und 2 in erfindungsgemäßer Weise hergestellten Proben die Polarisation J800 über die Glühzeit t1 der ersten Stufe der erfindungsgemäßen Glühung aufgetragen.
    • Beispiel 3:
  • Warmbänder der Schmelzen 1 und 2 wurden einer einstufigen Warmbandglühung bei 950 °C unterzogen. Anschließend erfolgte ein einstufiges Kaltwalzen zu Kaltband mit einer Enddicke von 0,165 mm. Von den erhaltenen Kaltbändern sind Blechproben abgeteilt worden.
  • Eine erste Gruppe A der von dem Kaltband abgeteilten Probenbleche wurde für die Dauer von 130 Sekunden bei einer Temperatur von 880 °C in einer feuchten Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch-Atmosphäre (PH2O/PH2 = 0,44) geglüht. Anschließend erfolgte bei 900 °C für 30 Sekunden eine Glühung in einer feuchten Ammoniak/Wasserstoff/ Stickstoff-Atmosphäre. Im Zuge dieses zweiten Glühschritts wurde zum einen restentkohlt und zum anderen nitriert.
  • Eine zweite Gruppe B von Blechproben wurde unter gleicher Atmosphäre im ersten Prozessteil des für die vorliegend berichteten Versuche eingesetzten Durchlaufofens in zwei Stufen geglüht, wobei während der ersten, bis zur 70. Sekunde (t1/t2 ∼ 55 %) dauernde Glühstufe der Glühung eine Soll-Glühtemperatur von 850 °C und daran anschließend in der zweiten, von der 70. bis zur 130. Sekunde dauernden Glühstufe eine Soll-Glühtemperatur von 880 °C eingestellt wurde. Anschließend wurde auch hier wie beim Beispiel 1 jeweils bei 900 °C nitriert und restentkohlt.
  • Nach dieser Glühbehandlung der Elektroblechproben sind sie jeweils im Anschluss mit Magnesiumoxid beschichtet und unter einer zu 50 Vol.-% aus H2 und zu 50 Vol.-% aus N2 bestehenden Glühatmosphäre schlussgeglüht.
  • Die magnetischen Eigenschaften J800 und P1,7 der erfindungsgemäß und zum Vergleich erzeugten Proben sind in Tabelle 3 zusammengefasst. Es zeigt sich auch hier die Überlegenheit der erfindungsgemäß erzeugten Produkte.
    • Beispiel 4:
  • In der oben erläuterten Weise aus der Schmelze 3 erzeugte Warmbänder sind einer zweistufigen Warrnbandglühung bei 1070 °C / 950 °C unterzogen und einstufig zu einem Kaltband mit einer Enddicke von 0,215 mm kaltgewalzt worden. Von den erhaltenen Kaltbändern sind Blechproben abgeteilt worden.
  • Eine erste Gruppe A der Blechproben wurde für die Dauer von 120 Sekunden bei einer Temperatur von 870 °C in einer aus einem feuchten Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch bestehenden Atmosphäre (pH2O/pH2=0,51) geglüht. Anschließend erfolgte bei 910 °C für 30 Sekunden eine Glühung unter einer aus einem feuchten Ammoniak/Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch bestehenden Atmosphäre, bei der zum einen eine Restentkohlung und zum anderen eine Nitrierung stattgefunden hat.
  • Ein zweite Gruppe B von Blechproben ist in einem feuchten Wasserstoff/Stickstoff-Gemisch mit pH2O/pH2=0,51 erfindungsgemäß in einem ersten in erfindungsgemäßer Weise in zwei Stufen aufgeteilten Glühschritt im ersten Ofenabschnitt des hier eingesetzten Durchlaufglühofens geglüht worden. Dabei ist in einer ersten bis zur 65. Sekunde dauernden Glühstufe die Sollglühtemperatur auf 850°C gesetzt worden, während die Soll-Gluhtemperatur in der zweiten Glühstufe, die von der 70. bis zur 120. Sekunde dauerte, bei 870 °C lag. Nach Abschluss des ersten, im ersten Ofenabschnitt in dieser Weise zweistufig absolvierten Glühschritts wurden die Blechproben bei 910 °C in einem feuchten Ammoniak/Wasserstoff/StickstoffGemisch nitriert und restentkohlt.
  • Alle Bleche wurden im Anschluss mit Magnesiumoxid beschichtet und unter einer zu 50 Vol.-% aus H2 und zu 50 Vol.-% aus N2 bestehenden Glühatmosphäre schlussgeglüht.
  • Beim vorliegenden Beispiel umfasste die erste Glühstufe des ersten Glühschritts wie bei den voranstehend beschriebenen Beispielen eine schnelle Erwärmung der Blechproben auf die Soll-Glühtemperatur der ersten Glühstufe. Um den Einfluss der Aufheizraten "AHR" zu zeigen, sind im vorliegenden Beispiel 4 in vier verschiedenen Versuchsdurchläufen die Aufheizraten AHR bei ansonsten unveränderten Bedingungen variiert worden. (Versuch 4.1: AHR = 70 °C/s; Versuch 4.2: AHR = 150 °C/s; Versuch 4.3: AHR = 300 °C/s; Versuch 4.4: AHR = 500 °C/s).
  • Die magnetischen Kenngrößen der so erhaltenen Elektrostahlbleche sind in Tabelle 4 zusammengefasst. Tabelle 1
    Schmelze Si [%] C [ppm] Al [ppm] N [ppm] Mn [ppm] S [ppm] Cu [ppm] Sn [ppm] Cr [ppm]
    S1 3,10 470 260 93 1470 78 1950 580 1140
    S2 3,32 580 287 105 1390 82 1810 720 780
    S3 3,24 720 320 87 1580 92 1470 630 820
    S4 2,90 450 348 112 1420 85 1610 1050 930
    Angaben in Gew.-% bzw. Gew.-ppm;
    Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen
    Tabelle 2
    Variante B.a) Variante B.b)
    erfindungsgemäß erfindungsgemäß
    T1: 800 °C T1: 820 °C
    ΔT: 60 °C ΔT: 40 °C
    J800 [T] P1,7[W/kg] J800 [T] P1,7[W/kg]
    Schmelze 1 1,865 1,317 1,920 1,038
    Schmelze 2 1,845 1,432 1,909 1,089
    Schmelze 3 1,872 1,238 1,914 1,101
    Schmelze 4 1,853 1,365 1,918 1,030
    Variante B.c) Variante B.d)
    erfindungsgemäß erfindungsgemäß
    T1: 830 °C T1: 840 °C
    ΔT: 30 °C ΔT: 20 °C
    J800 [T] P1,7 [W/kg] J800 [T] P1,7 [W/kg]
    Schmelze 1 1,931 1,017 1,922 1,048
    Schmelze 2 1,915 1,056 1,910 1,062
    Schmelze 3 1, 924 1,088 1,924 1,087
    Schmelze 4 1,923 1,026 1,919 1,031
    Variante B.e) Vergleichsversuch
    erfindungsgemäß Nicht erfindungsgemäß
    T1: 850 °C T1: 860 °C
    ΔT: 10 °C ΔT: 0 °C
    J80[T] P1,7 [W/kg] J800 [T] P1,7[W/kg]
    Schmelze 1 1, 910 1,113 1, 904 1,123
    Schmelze 2 1,908 1,077 1,899 1,092
    Schmelze 3 1,915 1,092 1,890 1,116
    Schmelze 4 1,899 1,104 1,882 1,107
    Tabelle 3
    Referenz 880 °C Erfindung
    J800 [T] P1,7 [W/kg] J800 [T] P1,7 [W/kg]
    Schmelze 1 1,867 0,882 1,899 0,803
    Schmelze 2 1,873 0,853 1, 901 0,779
    Tabelle 4
    J800 [T] P1,7[W/kg]
    Versuch 4.1 1,879 0,879
    AHR = 70 °C/s
    erfindungsgemäß
    Versuch 4.2 1,885 0,853
    AHR = 150 °C/s
    erfindungsgemäß
    Versuch 4.3 1,904 0, 837
    AHR = 300 °C/s
    erfindungsgemäß
    Versuch 4.4 1, 903 0,842
    AHR = 500 °C/s
    erfindungsgemäß
    Vergleichsproben 1,872 0, 894
    nicht
    erfindungsgemäß

Claims (8)

  1. Verfahren zum Herstellen eines kornorientierten, für elektrotechnische Anwendungen bestimmten Elektrostahlflachprodukts umfassend folgende Arbeitsschritte:
    a) Erzeugen einer Stahlschmelze, die neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%)
    Si: 2,5 -4,0 ,
    C: 0,02 - 0,1 %,
    Al: 0,01 - 0,065 %,
    N: 0,003 - 0,015 %,
    wahlweise
    - bis zu 0,30 % Mn,
    - bis zu 0,05 % Ti,
    - bis zu 0,3 % P,
    - eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe S, Se in Gehalten, deren Summe höchstens 0,04 % beträgt,
    - eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe As, Sn, Sb, Te, Bi mit Gehalten von jeweils bis zu 0,2 %,
    - eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe Cu, Ni, Cr, Co, Mo mit Gehalten von jeweils bis zu 0, 5 %,
    - eines oder mehrere Elemente aus der Gruppe B, V, Nb mit Gehalten von jeweils bis zu 0,012 %, enthält,
    b) Vergießen der Schmelze zu einem Strang in einer Stranggussmaschine,
    c) Abteilen mindestens einer Dünnbramme von dem gegossenen Strang,
    d) Erwärmen der Dünnbramme auf eine Temperatur zwischen 1050 °C und 1300 °C,
    e) Warmwalzen der Dünnbramme in einer Warmwalzstraße zu einem Warmband mit einer Dicke von 0,5 - 4,0 mm,
    f) Abkühlen des Warmbands,
    g) Haspeln des Warmbands zu einem Coil,
    h) Kaltwalzen des Warmbands zu einem Kaltband mit einer Enddicke von 0,15 - 0,50 mm,
    i) entkohlendes und nitrierendes Glühen des erhaltenen Kaltbands,
    j) Auftrag eines Glühseparators auf die Oberfläche des geglühten Kaltbands,
    k) Schlussglühen des mit dem Glühseparator versehenen Kaltbands zur Ausprägung einer Gosstextur,
    dadurch gekennzeichnet,
    - dass das Kaltband im Zuge des Arbeitsschritts i) in mindestens zwei Stufen geglüht wird,
    - dass die erste Stufe dieses Glühens sich über ein erstes Zeitintervall erstreckt und eine Erwärmung des Kaltbands ausgehend von einer Starttemperatur auf eine erste Soll-Glühtemperatur und ein anschließendes Halten des erwärmten Kaltbands auf der Soll-Glühtemperatur umfasst,
    - dass die zweite Stufe des Glühens sich über ein zweites Zeitintervall erstreckt, innerhalb dessen das Kaltband zunächst auf eine zweite Soll-Glühtemperatur erwärmt und anschließend bei dieser Soll-Glühtemperatur gehalten wird,
    - dass die erste Soll-Glühtemperatur um 10 - 50 °C niedriger ist als die zweite Soll-Glühtemperatur,
    und
    - dass die Dauer des ersten Zeitintervalls 30 - 70 % der das erste Zeitintervall und das zweite Zeitintervall umfassenden Gesamtdauer der Glühbehandlung beträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Soll-Glühtemperatur um 10 - 30 °C niedriger ist als die zweite Soll-Glühtemperatur.
  3. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer des ersten Zeitintervalls 30 - 60 % der Gesamtdauer der Glühbehandlung beträgt.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizrate, mit der das Kaltband in der ersten Stufe der Glühung von der Starttemperatur auf die erste Soll-Glühtemperatur erwärmt wird, 25 - 500 °C/s beträgt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufheizrate mindestens 200 °C beträgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung des Kaltbands induktiv erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Arbeitsschritt i) die erste und zweite Stufe des Glühens im Anschluss aneinander absolviert werden und darauf folgend ein weiterer Glühschritt durchgeführt wird, in dem das Kaltband einer entkohlenden und nitrierenden Glühung unterzogen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Stufe des Glühens im Arbeitsschritt i) als reine Entkohlungsglühung durchgeführt werden.
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