EP4208577A1 - Nicht kornorientiertes metallisches flachprodukt, verfahren zu dessen herstellung sowie verwendung - Google Patents

Nicht kornorientiertes metallisches flachprodukt, verfahren zu dessen herstellung sowie verwendung

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EP4208577A1
EP4208577A1 EP21730216.5A EP21730216A EP4208577A1 EP 4208577 A1 EP4208577 A1 EP 4208577A1 EP 21730216 A EP21730216 A EP 21730216A EP 4208577 A1 EP4208577 A1 EP 4208577A1
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EP
European Patent Office
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flat product
content
temperature
weight
flat
Prior art date
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Pending
Application number
EP21730216.5A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Olaf Fischer
Karl Telger
Anton Vidovic
Nina Maria WINKLER
Julia DAAMEN
Aleksander Matos COSTA
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ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Steel Europe AG
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Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP4208577A1 publication Critical patent/EP4208577A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C22C—ALLOYS
    • C22C2202/00—Physical properties

Definitions

  • Non-oriented metallic flat product process for its manufacture and use
  • the invention relates to a non-grain-oriented metallic flat product, a method for producing a flat product and also a use.
  • the term “metallic flat product” includes in particular rolled products, such as steel strips or steel sheets, blanks or blanks produced by casting.
  • the invention relates to flat products which are in the form of electrical steel and flat products which are in the form of electrical steel.
  • Non-grain-oriented flat products in particular non-grain-oriented electrical strip or sheet, are required in many electrotechnical applications.
  • NGO Non Grain Oriented
  • the non-grain oriented metallic flat product is used to control and amplify the course of electromagnetic fields.
  • Typical fields of application for such strips and sheets are rotors and stators in electric motors and electric generators.
  • non-grain-oriented metallic flat products in particular non-grain-oriented electrical strip and non-grain-oriented electrical steel sheet, are required which combine comparatively low core losses at comparatively high frequencies with comparatively high magnetic polarization and induction and comparatively high permeability.
  • the invention is based on the object of providing alternatives to known flat steel products which, with regard to their magnetic properties, remain the same or have better properties meet the requirements.
  • the flat products to be provided should also be usable with very low final thicknesses of, for example, less than 0.35 mm.
  • the invention is solved with a flat product with the features of claim 1.
  • the invention is also solved with a method with the features of claim 7.
  • the invention also includes a flat product with the features of claim 13 and a use with the features of claim 15 .
  • a non-grain-oriented metallic flat product which consists of a steel with the following alloy components, the elements given in weight percent, in short: weight %:
  • Ni, Cu, Sn, Co, Zr, Nb, V and Mo can be present as optional components, as long as the sum of the parts by weight of these elements does not exceed the limit specified above.
  • Mg and Ca can have a proportion between
  • a decisive measure for providing a flat product with a property combination of advantageous magnetic properties and advantageous mechanical properties could be achieved by significantly reducing the Mn content and the Cr content of the flat product with the alloy specification according to the invention compared to known compositions of electrical strips or sheets is increased .
  • the materials according to the invention combine a comparatively high magnetic polarization with comparatively low core losses.
  • the non-grain-oriented flat product is preferably non-grain-oriented electrical strip or non-grain-oriented electrical steel sheet, each made of a steel with an alloy composition according to the invention.
  • Preferred flat products according to the invention have polarization and core losses, for which the following relationships apply alternatively or cumulatively:
  • the relation P 1(O; 4oo ⁇ 16 W/kg indicates that core losses in W/kg in an alternating electromagnetic field with a core frequency of 400 Hz and a magnetic flux density of 1.0 T in the material are less than 16 W/kg.
  • the relation P 1(O; iooo ⁇ 16 W/kg indicates that core losses in W/kg in an alternating electromagnetic field with a core core frequency of 1000 Hz and a magnetic flux density of 1.0 T in the material are less than 70 W/kg.
  • the following preferably applies:
  • J2oo;iooo > 1.0, i.e. the magnetic polarization at a magnetic field strength of 200 A/m in an alternating electromagnetic field with 1000 Hz is greater than 1.0 T.
  • Preferred flat products can alternatively or additionally be characterized in that at a temperature between 18 °C and 28 °C inclusive, which also includes 18 and 28 °C, preferably at any temperature between 20 °C and 24 °C inclusive , the following relation is maintained:
  • [Mn] dimensionless value of the Mn content in % by weight
  • a particularly preferred flat product can alternatively or additionally be characterized by the surprisingly found property of the flat product that an increased content of Mn and Cr in the surface layers is set by annealing the production process.
  • Mn and Cr are enriched compared to the inside of the flat product.
  • the flat product preferably has a surface layer, ie a border area to the surface, with an Mn and Cr content which, integrated over the volume of this border area, has a value of 0.2 or higher in relation to the Al and Si content.
  • the flat product has a content of Mn and Cr in the top 0.95 micrometers below its surface, integrated over the volume of this boundary region, which has a value of 0. 2 or higher.
  • the surface layer from 0 to 0.95 ⁇ m, i.e. to a depth of 0.95 micrometers below the surface, after the final annealing, that the ratio of the sum of the mass occupancy of the volume integral of Mn and Cr to the sum of the mass occupancy of the volume integral of Si and Al is greater than or equal to 0.2.
  • [Mn] dimensionless value of the Mn content in % by weight
  • Al dimensionless value of the Al content in % by weight
  • Si dimensionless value of the Si content in % by weight, the limits of the integral indicate the depth in micrometers below the surface and the integral symbol symbolizes that up to a depth of 0.95 ⁇ m and over the entire surface of the flat product preferred according to the invention, the ratio of the sum of the Mn content and Cr content to the sum of the Al content and Si content is greater than 0.2.
  • a flat product according to the invention can alternatively or additionally be characterized in that the specific electrical resistance at a temperature of 28° C. has a value between 0.60 mm 2 /m and 0.70 mm 2 /m, more preferably between 0. 60 square mm 2 /m and 0.65 square mm 2 /m.
  • a specific electrical resistance with this proviso correlates with the good magnetic properties obtained.
  • the flat product is particularly preferably present with a maximum thickness of less than 0.35 mm, with a thickness between 0.19 mm and 0.31 mm being particularly preferred.
  • the flat product is sheet metal or strip, the thickness of which satisfies the specified criterion at every point.
  • the flat product is preferably present in the low thicknesses mentioned, since the core losses are lower with these low thicknesses than with greater thicknesses.
  • the improved processability of the flat product according to the invention unfolds its particular advantages as a result of the expected excellent cold-rollability.
  • final annealing is understood as meaning the annealing of the flat product according to the invention at the end of the production process, ie as the last process step before the insulating varnish coating.
  • Step D) takes place after Step C)
  • the hot strip is coiled after step C) or, if carried out, after step D) before, if carried out, step E) and/or before step F) with a coiling temperature between 500° C. and 750 °C
  • the hot strip annealing of step E) is carried out at a temperature between 700°C and 790°C. It is preferable that the hot strip annealing is carried out for not less than 12 hours and not more than 36 hours.
  • step F leads to particularly advantageous properties of the flat product obtained at a total degree of cold rolling of between 75% and 90%. It is particularly preferred if the flat product is rolled to a thickness of between 0.19 mm and 0.31 mm. Particularly preferably, no more than four stitches are carried out.
  • Properties have proven to be advantageous for the final annealing when it is carried out at a preferred temperature between 930° C. and 1070° C., with the duration of the final annealing particularly preferably not exceeding 300 seconds amounts to .
  • the minimum duration of the final anneal is preferably 50 seconds.
  • the final annealing preferably takes place in a continuously operated furnace through which the flat product has to pass, for example in a horizontal continuous furnace.
  • Steps A) to G) are particularly preferably carried out in their alphabetically specified order.
  • a further aspect of the present application is a flat product which can be obtained using one of the aforementioned methods or its developments.
  • a further aspect of the present application is the use of a section punched out of one of the aforementioned flat products as a lamella of a rotating electrical machine.
  • variant 1, variant 2 and variant 3 electrical strips according to the invention were produced, referred to below as variant 1, variant 2 and variant 3.
  • the compositions of variants 1, 2 and 3 are listed in Table 1. More variants, denoted as Variant Ref . 1 , variant ref . 2 and variant Ref. 3 serve as comparison samples not according to the invention, the alloy compositions of which are also listed in Table 1.
  • Low sulfur and nitrogen contents were adjusted from the specified alloys using a ladle furnace and slabs were produced using continuous casting or thin slab casting. A strip was then produced from each of these by means of hot rolling, pickling, hot strip annealing, cold rolling and final annealing. In the examples, the material was heated to a maximum of 1200° C. before hot rolling, rolled to a hot strip thickness of 1.3-1.9 mm up to a final rolling temperature of 820 °C-890 °C and a coiling temperature of 500 °C-750 °C.
  • the hot strips produced are pickled and then annealed at 700-790° C. for 24 hours, with this step not necessarily being part of the invention, it is therefore optional.
  • the annealed hot strip was formed with a total degree of cold rolling of 75-90% to a final thickness of 0.19-0.31 mm (+/- 8%) with a maximum of 4 passes.
  • the final annealing takes place at a maximum temperature between 930-1070°C.
  • the electrical resistivity of the samples was measured after the final anneal.
  • a Wheatstone measuring bridge according to DIN EN 60404-13:2015-01 was used for this.
  • the magnetic values P at 1.0 T and 1000 Hz and J at 200 A/m and 1000 Hz were determined using a 60 ⁇ 60 mm 2 table in accordance with IEC404-3, with a mean value being formed from a longitudinal and a transverse value.
  • Table 4 shows the following properties of the prepared samples 1.1, 2.1, 2.2, 2.3, 3.1 from analyzes 1-3 and samples ref. 1.1, 1.2, 2.1, 3.1 to 3.5 from analyzes ref. 1-3, where the digits after the point refer to the fact that several samples were randomly produced from one sample for the optical analysis in order to underpin the reliability of the tests carried out. For example, five samples were produced from the reference materials 3, which were numbered 3.1 to 3.5. The peculiarity of the element enrichment of Mn and Cr in the surface layers of the flat product was determined by means of glow discharge spectroscopy according to test specification ISO 11505:2012-12. The measurement is made on the top (US) and bottom (US) of the samples.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein nicht kornorientiertes metallisches Flachprodukt, das unter anderem vergleichsweise hohe Gewichtsanteile an Mn und Cr aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung und eine Verwendung.

Description

Nicht kornorientiertes metallisches Flachprodukt , Verfahren zu dessen Herstellung sowie Verwendung
Die Erfindung betri f ft ein nicht kornorientiertes metallisches Flachprodukt , ein Verfahren zur Herstellung eines Flachprodukts sowie außerdem eine Verwendung .
Der Begri f f des metallischen Flachprodukts umfasst im Rahmen der beschriebenen Entwicklungen insbesondere Wal zprodukte , wie beispielsweise Stahlbänder oder Stahlbleche , mittels Ausgießens hergestellte Zuschnitte oder Platinen . Insbesondere betri f ft die Erfindung Flachprodukte , die als Elektroband aus einem Stahl ausgebildet sind und Flachprodukte , die als Elektroblech aus einem Stahl ausgebildet sind .
Nicht kornorientierte Flachprodukte , insbesondere nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech, werden in vielen elektrotechnischen Anwendungen benötigt .
Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech, häufig auch als „NO-Elektroband" beziehungsweise „NO-Elektroblech" bezeichnet , im Englischen als „NGO Electrical Steel" ( „NGO" = Non Grain Oriented) , dient beispielsweise als Grundmaterial für die Herstellung von Bestandteilen einer rotierenden elektrischen Maschine . In einer solchen Anwendung wird mit dem nicht kornorientierten metallischen Flachprodukt der Verlauf elektromagnetischer Felder gesteuert und verstärkt . Typische Anwendungs felder derartiger Bänder und Bleche sind Rotoren und Statoren in elektrischen Motoren und elektrischen Generatoren .
Bei vielen Elektromotoren ist ein Betrieb bei hohen Drehzahlen pro Zeiteinheit gewünscht , beispielsweise bei Motoren, die für Anwendungen im Rahmen der sogenannten Elektromobilität entwickelt werden und dadurch zunehmend an Bedeutung gewinnen . Der Betrieb eines Elektromotors bei hohen Drehzahlen geht einher mit hohen Frequenzen des benötigten elektromagnetischen Wechsel felds , das letztlich die Basis für den Antrieb des Motors ist . Es sind daher zunehmend Werkstof fe erforderlich, die auf eine Anwendung in elektromagnetischen Wechsel feldern mit vergleichsweise hohen Frequenzen ausgelegt sind .
Bei der Entwicklung von Elektromotoren für einen Betrieb mit hochfrequenten Wechsel feldern sieht sich der Materialentwickler vor die Heraus forderung gestellt , einen Beitrag zur Ef fi zienzerhöhung des Elektromotors zu leisten . Vor diesem Hintergrund werden nicht kornorientierte metallische Flachprodukte , insbesondere nicht kornorientiertes Elektroband und nicht kornorientiertes Elektroblech, benötigt , welche vergleichsweise niedrige Ummagnetisierungsverluste bei vergleichsweise hohen Frequenzen mit einer vergleichsweise hohen magnetischen Polarisation und Induktion sowie vergleichsweise hoher Permeabilität kombinieren .
Gute Kombinationen dieser Eigenschaften werden in bewährten Elektrobändern und Elektroblechen durch einen hohen Gewichtsanteil von Sili zium und/oder von Aluminium in der Ausgangslegierung des Elektrobands beziehungsweise des Elektroblechs herbeigeführt . Hohe Anteile dieser Elemente gehen j edoch in der Regel mit dem nachteiligen Ef fekt einher, dass entsprechende bisher bekannte NO-Elektrobänder beziehungsweise NO-Elektrobleche mit den genannten Eigenschaften infolge ihres hohen Sili zium- und/oder Aluminium-Gehalts ein vergleichsweise hohes Maß an Sprödigkeit aufweisen mit den damit einhergehenden Nachteilen in der Verarbeitbarkeit , beispielsweise in der Kaltwal zbarkeit . Beispielsweise können während einem Kaltwal zen entsprechenden NO-Elektrobands vermehrt Bandreißer auftreten .
Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde , Alternativen für bekannte Stahl flachprodukte bereitzustellen, die hinsichtlich ihrer magnetischen Eigenschaften in gleichbleibendem oder höherem Maße den gestellten Anforderungen entsprechen. Die bereitzustellenden Flachprodukte sollen auch bei sehr niedrigen Enddicken von beispielsweise weniger als 0,35 mm verwendbar sein.
Die Erfindung wird gelöst mit einem Flachprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Die Erfindung wird außerdem gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7. Die Erfindung umfasst außerdem ein Flachprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
Es ist ein nicht kornorientiertes metallisches Flachprodukt vorgesehen, das aus einem Stahl mit den nachfolgend genannten Legierungsbestandteilen besteht, die Elemente angegeben in Gewichts-Prozent, kurz: Gew.-%:
C: 0,0020 bis 0,005;
Si: 2, 6 bis 2,9;
Al : 0,5 bis 0,8;
Mn : 1,1 bis 1,3;
Cr: 0,7 bis 1, 6, bevorzugt 0,9 bis 1, 6, besonders bevorzugt 1, 0 bis 1, 6;
N: 0, 0001 bis 0, 0060;
S : 0, 0001 bis 0, 0035;
Ti : 0, 001 bis 0,010;
P: 0,004 bis 0,060; optionale Bestandteile: 0,001 bis zu 0,15;
Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.
Es versteht sich, dass die Angabe des Rests sich darauf bezieht, dass die Gewichtsanteile aller Legierungsbestandteile inklusive des Rests sich zu 100 Gew.-% summieren.
Als optionale Bestandteile können insbesondere Ni, Cu, Sn, Co, Zr, Nb, V und Mo vorliegen, solange die Summe der Gewichtsanteile dieser Elemente die oben angegebene Grenze nicht überschreitet .
Mg und Ca können prozessbedingt mit einem Anteil zwischen
0,0005 bis 0,005 Gew.-% enthalten sein und sind im Rahmen dieser Beschreibung in den oben erwähnten unvermeidbaren
Verunreinigungen enthalten .
Eine entscheidende Maßnahme für eine Bereitstellung eines Flachprodukts mit einer Eigenschaftskombination aus vorteilhaften magnetischen Eigenschaften und vorteilhaften mechanischen Eigenschaften konnte erzielt werden, indem mit der erfindungsgemäßen Legierungsvorschri ft der Mn-Anteil und der Cr- Anteil an dem Flachprodukt gegenüber bekannten Zusammensetzungen von Elektrobändern oder -blechen beträchtlich erhöht ist .
Durch den insoweit erhöhten Mn-Gehalt und durch den insoweit erhöhten Cr-Gehalt wird gegenüber Materialien mit hohem Si- und/oder Al-Gehalt , aber niedrigem Mn- und/oder Cr-Gehalt , überraschenderweise nicht nur ein Eigenschaftsprofil der magnetischen Eigenschaften im Rahmen der gewünschten Werte erreicht , sondern zusätzlich wurden überraschende Ergebnisse erhalten, die auf vorteilhaftes Verhalten bei mechanischer Beanspruchung, beispielsweise bei einem Kaltwal zen, schließen lassen . Beides wird nachfolgend im Rahmen von der Beschreibung hergestellter Beispiele eingehend erläutert und belegt .
Hinsichtlich der magnetischen Eigenschaften hat sich überraschenderweise gezeigt , dass die erfindungsgemäßen Materialien eine vergleichsweise hohe magnetische Polarisation mit vergleichsweise niedrigen Ummagnetisierungsverlusten kombinieren .
Bevorzugt handelt es sich bei dem nicht kornorientierten Flachprodukt um nicht kornorientiertes Elektroband oder nicht kornorientiertes Elektroblech, j eweils aus einem Stahl mit erf indungsgemäßer Le gie rungs Zusammensetzung .
Bevorzugte erfindungsgemäße Flachprodukte weisen Polarisationen und Ummagnetisierungsverluste auf , für welche alternativ oder kumulativ die nachfolgenden Relationen gelten :
Abs [ Pi, o; iooo x d / ( J2oo; iooo x ( [Mn] + [ Gr ] ) A2 ) ] < 9 , und/oder Pi, o;4oo < 16 W/ kg, und/oder Pi, o; iooo < 70 W/ kg . Die Formelzeichen in der oberen Formel sind dabei wie folgt gewählt :
„Abs [ ] " : Absolutbetrag der innerhalb der eckigen Klammer befindlichen Werte;
- Pi,o;ioocU Ummagnetisierungsverluste in W/kg in einem elektromagnetischen Wechselfeld mit 1000 Hz Ummagnetisierungsfrequenz und 1,0 T magnetischer Flussdichte im Material;
- Pi,o;4oo* Ummagnetisierungsverluste in W/kg in einem elektromagnetischen Wechselfeld mit 400 Hz Ummagnetisierungsfrequenz und 1,0 T magnetischer Flussdichte im Material;
- J2oo;iooo: Magnetische Polarisation bei einer magnetischen Feldstärke von 200 A/m in einem elektromagnetischen Wechselfeld mit 1000 Hz;
- d: Dicke des Materials in mm.
Alle Zahlenwerte der obigen Werte sind innerhalb der eckigen Klammer der Formel als dimensionslose Zahlenwerte, das heißt: ohne die Einheiten, einzusetzen. Es handelt sich um eine empirisch gefundene Formel, welche die erhaltenen Ergebnisse zusammenfasst und bei den bevorzugten erfindungsgemäßen Proben gültig ist, wenn die dimensionslosen Zahlenwerte eingesetzt werden, die zu den oben erläuterten Formelzeichen mit den oben angegeben Einheiten gehörig sind.
Die Relation P1(O;4oo < 16 W/kg gibt an, dass Ummagnetisierungsverluste in W/kg in einem elektromagnetischen Wechselfeld mit 400 Hz Ummagnetisierungsfrequenz und 1,0 T magnetischer Flussdichte im Material weniger als 16 W/kg betragen .
Die Relation P1(O;iooo < 16 W/kg gibt an, dass Ummagnetisierungsverluste in W/kg in einem elektromagnetischen Wechselfeld mit 1000 Hz Ummagnetisierungsfrequenz und 1,0 T magnetischer Flussdichte im Material weniger als 70 W/kg betragen . Alternativ oder zusätzlich gilt bevorzugt:
J2oo;iooo > 1,0, dass also die magnetische Polarisation bei einer magnetischen Feldstärke von 200 A/m in einem elektromagnetischen Wechselfeld mit 1000 Hz größer als 1,0 T ist .
Verfahren zu Bestimmung von Polarisation und Feldstärke sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise mittels eines Epsteinrahmens zur Bestimmung der Polarisation, insbesondere gemäß DIN EN 60404-2:2009-01: Magnetische Werkstoffe - Teil 2: Verfahren zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von Elektroband und -blech mit Hilfe eines Epsteinrahmens.
Bevorzugte Flachprodukte können alternativ oder zusätzlich dadurch charakterisiert werden, dass bei einer Temperatur zwischen jeweils einschließlich 18 °C und 28 °C, wobei also 18 und 28 °C ebenfalls mitumfasst sind, bevorzugt bei jeder Temperatur zwischen jeweils einschließlich 20 °C und 24 °C, die folgende Relation eingehalten ist:
2,2 < ( [Mn] + [Cr] ) 2 x [pspez] < 5,5 mit :
[Mn] : dimensionsloser Wert des Mn-Gehalts in Gew.-%,
[Cr] : dimensionsloser Wert des Cr-Gehalts in Gew.-%,
[Pspez] * dimensionsloser Wert des spezifischen elektrischen Widerstands in Qmm2/m, insbesondere an schlussgeglühtem Kaltband.
Es hat sich gezeigt, dass Flachprodukte, bei denen die oben genannte Relation zwischen spezifischem elektrischen Widerstand und Mn- sowie Cr-Gehalt erfüllt ist, in besonders erwünschtem Maße die gewünschten Eigenschaften kombinieren. Mit der Relation wird der Gewichtsanteil von Mn an der Stahllegierung mit dem Gewichtsanteil von Cr an der Stahllegierung verknüpft. Dadurch wird für einen gegebenen spezifischen Widerstand erreicht, dass zum einen ein Mindestgehalt an auch in der Summe der beiden Mn oder Cr vorhanden ist, mit dem ein Herbeiführen des spezifischen Widerstands und der damit einhergehenden elektromagnetischen Eigenschaften möglich ist und zum Anderen ein Maximalgehalt an Mn oder Cr auch in der Summe der beiden nicht überschritten wird mit den damit einhergehenden Nachteilen in den elektromagnetischen Eigenschaften .
Ein besonders bevorzugtes Flachprodukt lässt sich alternativ oder zusätzlich durch die überraschend festgestellte Eigenschaft des Flachprodukts charakterisieren, dass sich durch ein Glühen des Produktionsverfahrens ein erhöhter Gehalt an Mn und Cr in den Oberflächenschichten einstellt . Das heißt mit anderen Worten : In den Randschichten des Flachprodukts reichert sich Mn und Cr gegenüber dem Inneren des Flachprodukts an .
Das heißt beispielsweise , dass eine Tiefe unterhalb der Oberfläche existiert , bis zu welcher hin das Flachprodukt in einem oberhalb eines bestimmten Maßes einen höheren Mn-Gehalt und einen höheren Cr-Gehalt aufweist als im Inneren des Flachprodukts , wobei selbstverständlich diese Tiefe beidseitig existiert , also an der Oberseite und an der Unterseite des Flachprodukts .
Bevorzugt weist das Flachprodukt in einer Randschicht , das heißt : einem Grenzbereich zur Oberfläche , einen Gehalt an Mn und Cr auf , der integriert über das Volumen dieses Grenzbereichs im Verhältnis zu einem Gehalt an Al und Si einen Wert von 0 , 2 oder höher beträgt .
In einem besonders bevorzugten Spezial fall weist das Flachprodukt in den obersten 0 , 95 Mikrometern unterhalb seiner Oberfläche , integriert über das Volumen dieses Grenzbereichs , einen Gehalt an Mn und Cr auf , der im Verhältnis zu einem Gehalt an Al und Si einen Wert von 0 , 2 oder höher beträgt .
Mit anderen Worten gilt bevorzugt , dass die Oberflächenschicht von 0 bis 0 , 95 μm , das heißt bis in eine Tiefe von 0 , 95 Mikrometern unterhalb der Oberfläche , nach der Schlussglühung, dass das Verhältnis von der Summe der Massenbelegung des Volumenintegrals von Mn und Cr zu der Summe der Massenbelegung des Volumenintegrals von Si und Al größer oder gleich 0 , 2 ist .
Mathematisch ausgedrückt : 0,2 mit :
[Mn] : dimensionsloser Wert des Mn-Gehalts in Gew.-%,
[Gr] : dimensionsloser Wert des Cr-Gehalts in Gew.-%,
[Al] : dimensionsloser Wert des Al-Gehalts in Gew.-%,
[Si] : dimensionsloser Wert des Si-Gehalts in Gew.-%, die Grenzen des Integrals geben die Tiefe in Mikrometern unterhalb der Oberfläche an und das Integralsymbol symbolisiert, dass bis zu einer Tiefe von 0,95 μm und über die gesamte Fläche des erfindungsgemäß bevorzugten Flachprodukts integriert das Verhältnis der Summe aus Mn-Gehalt und Cr-Gehalt zu der Summe aus Al-Gehalt und Si-Gehalt größer ist als 0,2.
Es hat sich in tiefenaufgelösten Elementanalysen überraschenderweise gezeigt, dass mit der erfindungsgemäß vorliegenden Element zusammenset zung die Voraussetzung für die genannte Anreicherung an Mn und Gr in oberflächennahen Bereichen des Flachprodukts geschaffen ist. Diese Besonderheit der Elementanreicherung von Mn und Gr in den oberflächennahen Bereichen wurde an schlussgeglühten Proben mittels Glimmentladungsspektroskopie (engl. Glow-discharge optical emission spectroscopy (GDOES) ) nach Prüfvorschrift ISO 11505:2012-12 experimentell ermittelt.
Aufgrund der besonderen und neuartigen Verteilung der Elemente in der Oberflächenschicht bis in eine Tiefe von 0,95 gm des erfindungsgemäßen Flachprodukts mit einem höheren Mn- und Cr-Gehalt im Vergleich zu herkömmlichen hochsilizierten Elektroband-Flachprodukten kann in einem gewissen Maße unterbunden werden, dass sich die dem Fachmann bekannten versprödenden Ordnungsphasen (D03-Strukturen) durch eine Anreicherung hoher Si- und Al-Gehalte in der Oberfläche ausbilden, vermutlich herbeigeführt durch eine Mn- und Cr- bedingte „Störung" der Ordnung im Atomgitter. Dadurch, dass die bekannten Si- und Al-induzierten Sprödphasen aufgrund des beschriebenen anteiligen Übergewichts im Sinne einer relativ zum Si-Gehalt und Al-Gehalt erfolgten Anreicherung von Mn und Gr zwangsläufig in ihrem Ausmaß zurückgehen, entfallen folglich die dem Fachmann bekannten nachteiligen Auswirkungen dieser Sprödphasen auf die Umformeignung, weswegen die erfindungsgemäßen Flachprodukte und ihre Weiterbildungen eine bessere Verarbeitbarkeit beim Kaltwal zen, Stanzen und Beschichten sowie generell beim Umformen aufweist .
Besonders bevorzugt kann ein erfindungsgemäßes Flachprodukt alternativ oder zusätzlich dadurch charakterisiert werden, dass der spezi fische elektrische Widerstand bei einer Temperatur von 28 ° C einen Wert zwischen 0 , 60 Qmm2 /m und 0 , 70 Qmm2 /m, noch bevorzugter zwischen 0 , 60 Qmm2 /m und 0 , 65 Qmm2 /m, aufweist . Ein spezi fischer elektrischer Widerstand mit dieser Maßgabe korreliert mit den erhaltenen guten magnetischen Eigenschaften .
Besonders bevorzugt liegt das Flachprodukt mit einer Höchstdicke von weniger als 0 , 35 mm vor, wobei eine Dicke zwischen 0 , 19 mm und 0 , 31 mm besonders bevorzugt ist . In einer Aus führung ist das Flachprodukt ein Blech oder ein Band, dessen Dicke an j eder Stelle das genannte Kriterium erfüllt . Das Flachprodukt liegt bevorzugt in den genannten niedrigen Dicken vor, da bei diesen niedrigen Dicken die Ummagnetisierungsverluste geringer sind als bei höheren Dicken . Die verbesserte Verarbeitbarkeit des erfindungsgemäßen Flachprodukts entfaltet infolge der erwarteten hervorragenden Kaltwal zbarkeit dadurch seine besonderen Vorteile .
Mit einem der nachfolgend erläuterten Verfahren können Materialien hergestellt werden, welche die auf der eingangs beschriebenen Legierungsvorschri ft basierenden Vorteile aufweisen . Beispielsweise wird durch das nachfolgend erläuterte erfindungsgemäße Verfahren ein Flachprodukt hergestellt , das eine besonders vorteilhafte Eigenschaftskombination aufweist . Es werden die folgenden Schritte durchgeführt :
A) das Schmel zen einer Schmel ze , enthaltend eine
Element zusammenset zung nach der eingangs genannten Legierungsvorschri ft ; B) Vergießen der Schmelze zu einem walzbaren Vorprodukt, insbesondere einem Vorband, einer Bramme oder einer Dünnbramme;
C) Warmwalzen des Vorprodukts mit einer Walzendtemperatur zwischen 820°C und 890°C;
D) Beizen;
E) optional Warmbandglühung;
F) Kaltwalzen;
G) Schlussglühung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird unter Schlussglühung die Glühung des erfindungsgemäßen Flachprodukts am Ende des Herstellungsverfahrens, das heißt: als letzter Verfahrensschritt vor der Isolierlackbeschichtung, verstanden.
Besonders vorteilhafte Eigenschaften werden erhalten, wenn das Vorprodukt zu Beginn des Warmwalzens auf eine Vorwärmtemperatur von nicht mehr als 1200°C erwärmt wird.
Schritt D) erfolgt nach Schritt C)
Besonders bevorzugt ist, dass das Warmband im Anschluss an Schritt C) oder, sofern durchgeführt, im Anschluss an Schritt D) vor, sofern durchgeführt, Schritt E) und/oder vor Schritt F) aufgehaspelt wird mit einer Haspeltemperatur zwischen 500°C und 750°C.
Bevorzugt ist, dass das Warmbandglühen des Schritts E) bei einer Temperatur zwischen 700 °C und 790 °C durchgeführt wird. Bevorzugt ist, dass das Warmbandglühen nicht weniger als 12 Stunden und nicht mehr als 36 Stunden lang durchgeführt wird.
Das Kaltwalzen des Schritts F) führt bei einem Gesamtkaltwalzgrad zwischen 75 % und 90 % zu besonders vorteilhaften Eigenschaften des erhaltenen Flachprodukts. Besonders bevorzugt ist, wenn das Flachprodukt auf eine Dicke zwischen 0,19 mm und 0,31 mm gewalzt wird. Besonders bevorzugt werden nicht mehr als vier Stiche durchgeführt.
Für das Schlussglühen haben sich Eigenschaften als vorteilhaft erwiesen, wenn es bei einer bevorzugten Temperatur zwischen 930°C und 1070°C durchgeführt wird, wobei besonders bevorzugt die Dauer des Schlussglühens maximal 300 Sekunden beträgt . Die minimale Dauer des Schlussglühens beträgt bevorzugt 50 Sekunden .
Das Schlussglühen erfolgt bevorzugt in einem kontinuierlich betriebenen und von dem Flachprodukt zu durchfahrenen Ofen, beispielsweise in einem hori zontalen Durchlauf of en .
Besonders bevorzugt ist , wenn die beschriebene Schlussglühung einstufig, aber nicht zweistufig erfolgt .
Besonders bevorzugt erfolgen die Schritte A) bis G) in ihrer alphabetisch vorgegebenen Reihenfolge .
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Anmeldung ist ein Flachprodukt , welches mit einem der vorgenannten Verfahren oder seiner Weiterbildungen erhältlich ist .
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Anmeldung ist eine Verwendung eines Ausschnitts , der aus einem der vorgenannten Flachprodukte ausgestanzt ist , als Lamelle einer rotierenden elektrischen Maschine .
Beispiele :
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Aus führungsbeispielen näher erläutert .
Es wurden 3 erfindungsgemäße Elektrobänder hergestellt , nachfolgend als Variante 1 , Variante 2 und Variante 3 bezeichnet . Die Zusammensetzungen der Varianten 1 , 2 und 3 sind in Tabelle 1 auf geführt . Weitere Varianten, bezeichnet als Variante Ref . 1 , Variante Ref . 2 und Variante Ref . 3 , dienen als nicht erfindungsgemäße Vergleichsproben, deren Legierungs zusammensetzungen ebenfalls in Tabelle 1 aufgeführt sind .
Aus den angegebenen Legierungen wurden geringe Schwefel- und Stickstof f gehalte über einen Pfannenofen eingestellt und über Strangguß beziehungsweise Dünnbrammengießen Brammen erzeugt . Aus diesen wurde sodann mittels Warmwal zen, Bei zen, Warmbandglühung, Kaltwal zen und Schlussglühung j eweils ein Band hergestellt . Das Material wurde bei den Beispielen vor dem Warmwal zen auf maximal 1200 ° C erwärmt , gewal zt auf eine Warmbanddicke von 1 , 3-1 , 9 mm bis zu einer Walzendtemperatur von 820 °C-890 °C und Haspeltemperatur von 500 °C-750 °C.
Die erzeugten Warmbänder werden gebeizt und anschließend bei 700-790 °C für 24 Stunden geglüht, wobei dieser Schritt nicht zwingend Bestandteil der Erfindung ist, er ist also optional.
Das geglühte Warmband wurde mit einem Gesamtkaltwalzgrad von 75- 90 % auf eine Enddicke von 0,19-0,31 mm (+/- 8%) mit maximal 4 Stichen umgeformt.
Die Schlussglühung erfolgt mit einer maximalen Temperatur zwischen 930-1070°C.
Die Herstellungsparameter der Varianten 1 bis 3 sowie Ref. 1 bis Ref. 3 sind in Tabelle 1 wiedergegeben.
Der spezifische elektrische Widerstand der Proben wurde nach der Schlussglühung gemessen. Hierzu wurde eine Wheatstonesche Messbrücke gemäß DIN EN 60404-13:2015-01 verwendet.
In Tabelle 3 sind Eigenschaften der hergestellten Proben 1 bis 3 und Ref. 1 bis Ref. 3 gezeigt.
Die magnetischen Werte P bei 1,0 T und 1000 Hz sowie J bei 200 A/m und 1000 Hz wurden mittels 60 x 60 mm2-Tafel gemäß IEC404-3 bestimmt, wobei jeweils ein Mittelwert aus einem Längsund einem Querwert gebildet wurde.
Es zeigt sich insbesondere, dass neben der sehr guten Polarisation, bei 1000 Hz und einer magnetischen Feldstärke von 200 A/m, ein wünschenswert geringer magnetischer Ummagnetisierungsverlust P bei 1,0 T und 1000 Hz auftritt, der in etwa in der Größenordnung der an den Referenzproben erhaltenen Ergebnisse liegt.
In Tabelle 4 sind die folgenden Eigenschaften der hergestellten Proben 1.1, 2.1, 2.2, 2.3, 3.1 aus den Analysen 1- 3 und den Proben Ref. 1.1, 1.2, 2.1, 3.1 bis 3.5 aus den Analysen Ref. 1-3 gezeigt, wobei sich die Ziffern nach dem Punkt darauf beziehen, dass stichprobenartig aus einer Probe für die optische Analyse mehrere Proben hergestellt wurden, um die Belastbarkeit der durchgeführten Untersuchungen zu untermauern. Aus den Referenzmaterialien 3 beispielsweise wurden fünf Proben hergestellt, die mit 3.1 bis 3.5 durchnummeriert wurden. Die Besonderheit der Elementanreicherung von Mn und Cr in den Oberflächenschichten des Flachprodukts wurde mittels Glimmentladungsspektroskopie nach Prüfvorschrift ISO 11505:2012- 12 ermittelt. Die Messung erfolgt an der Oberseite (OS) und Unterseite (US) der Proben. Außerdem wurde an den Probenstellen Rand (R1/R2) und Mitte (M) über Bandbreite gemessen. Aus den erhaltenen Messkurven der Masse über Probentiefe von 0 bis 12 μm wurde eine das Integralauswertung der Massenbelegung von der Oberfläche (0 μm) bis zu einer Probentiefe von 0,95 μm für Mn, Cr, Al und Si berechnet.
Tabelle 4

Claims

Patentansprüche
1. Nicht kornorientiertes metallisches Flachprodukt, bestehend aus den nachfolgend genannten Bestandteilen in Gewichts-Prozent, kurz: Gew.-%:
C: 0,0020 bis 0,005;
Si: 2, 6 bis 2,9;
Al : 0,5 bis 0,8;
Mn : 1,1 bis 1,3;
Cr : 0,7 bis 1, 6;
N: 0, 0001 bis 0, 0060;
S : 0, 0001 bis 0, 0035;
Ti : 0, 001 bis 0,010;
P: 0,004 bis 0,060; optionale Bestandteile: 0,001 bis zu 0,15;
Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.
2. Flachprodukt nach Anspruch 1, bei 28 °C einen spezifischen elektrischen Widerstand aufweisend von
3. Flachprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeweils bevorzugt bei einer Dicke des Flachprodukts zwischen 0,19 mm und 0,31 mm.
4. Flachprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei einer Temperatur zwischen jeweils einschließlich 18 °C und 28 °C, bevorzugt bei jeder Temperatur zwischen 20 °C und 24 °C, gilt mit :
[Mn] : dimensionsloser Wert des Mn-Gehalts in Gew.-%,
[Gr] : dimensionsloser Wert des Cr-Gehalts in Gew.-%, dimensionsloser Wert des spezifischen elektrischen Widerstands in Ωmm2/m an schlussgeglühtem
Kaltband .
5. Flachprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem Grenzbereich zur Oberfläche bis zu einer Tiefe von 0,95 μm das Verhältnis von einem Gehalt in an Summe von Mn und Gr zu einem Gehalt in kg/mA3 an Summe von Al und Si 0,2 oder größer ist.
6. Flachprodukt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Dicke d von d < 0,35 mm, bevorzugt 0,19 mm < d < 0,31 mm.
7. Verfahren zur Herstellung eines Flachprodukts, insbesondere aus einer Legierung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend die nachfolgenden Herstellungsschritte:
A) Erschmelzen einer Schmelze, enthaltend eine Element zusammenset zung nach Anspruch 1;
B) Vergießen der Schmelze zu einem walzbaren Vorprodukt, insbesondere einem Vorband, einer Bramme oder einer Dünnbramme ;
C) Warmwalzen des Vorprodukts mit einer Walzendtemperatur zwischen 820 °C und 890 °C;
D) Beizen; E) optional Warmbandglühung;
F) Kaltwalzen;
G) Schlussglühung.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Vorprodukt zu Beginn des Warmwalzens auf eine Vorwärmtemperatur von höchstens 1200 °C erwärmt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder nach Anspruch 8, wobei das Warmband in Anschluss an Schritt C) oder in Anschluss an Schritt D) aufgehaspelt wird mit einer Haspeltemperatur zwischen 500 °C und 750 °C.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Warmbandglühen des Schritts E) bei einer Temperatur zwischen 700 und 790 °C, bevorzugt für einen Zeitraum zwischen 12 h und 36 h, durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das Kaltwalzen des Schritts F) mit einem Gesamtkaltwalzgrad zwischen 75 % und 90 % durchgeführt wird, wobei bevorzugt das Flachprodukt mit maximal vier Stichen und auf eine Dicke zwischen 0,19 mm und 0,31 mm gewalzt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei das Schlussglühen bei einer Temperatur zwischen 930 °C und 1070 °C durchgeführt wird.
13. Flachprodukt, erhältlich mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12.
14. Flachprodukt nach Anspruch 13, aufweisend die
Eigenschaften nach einem der Ansprüche 2 bis 6.
15 . Verwendung eines aus einem Flachprodukt nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgestanzten Ausschnitts als Lamelle einer rotierenden elektrischen Maschine .
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