WO1999009221A1 - Verfahren zur herstellung von kornorientiertem elektroblech und verwendung eines stahls für elektroblech - Google Patents

Verfahren zur herstellung von kornorientiertem elektroblech und verwendung eines stahls für elektroblech Download PDF

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Manfred Espenhahn
Klaus Günther
Andreas Böttcher
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    • C21D3/02—Extraction of non-metals
    • C21D3/04—Decarburising

Definitions

  • the invention relates to a method for producing grain-oriented electrical sheet.
  • a steel slab with (in aces%) more than 0.005 to 0.10% C, 2.5 to 4.5% Si, 0.03 to 0.15% Mn, more than 0.01 to 0, 05% S, 0.01 to 0.035% Al, 0.0045 to 0.012% N, 0.02 to 0.3% Cu, remainder Fe including unavoidable impurities, is at a temperature lower than the solubility temperature for manganese sulfides, in any case below 1320 ° C, but above the solubility temperature for copper sulfides, heated.
  • the slab is hot rolled with an initial temperature of at least 960 ° C and with a final temperature in the range of 880 to 1000 ° C to a final hot strip thickness in the range of 1.5 to 7.0 mm.
  • the hot strip is then annealed for 100 to 600 s at a temperature in the range from 880 to 1150 ° C. and cooled at a cooling rate of greater than 15 K / s.
  • the hot strip is cold rolled to its final thickness.
  • the cold strip is subjected to a recrystallizing annealing in an atmosphere containing moist hydrogen and nitrogen with simultaneous decarburization.
  • the cold strip After applying a release agent essentially containing MgO on both sides, the cold strip is annealed at a high temperature and finally annealed after applying an insulating coating.
  • a release agent essentially containing MgO essentially containing MgO
  • the slab preheating temperature can be reduced to below the solubility temperature of MnS, but in any case below 1320 ° C., by using copper sulfide as an essential grain growth inhibitor. Its solubility temperature is so low that preheating at this reduced temperature and the subsequent hot rolling in conjunction with the annealing of the hot-rolled strip also enable this inhibitor phase to be adequately formed. MnS plays because of its much higher
  • Solubility temperature does not matter as an inhibitor and AlN, whose solubility and excretion properties lie between those of Mn and Cu sulfide, has only an insignificant part in the inhibition.
  • the molten steel is usually at a sufficiently high, typically 25 ° C, above that
  • pre-rolling (DE 22 52 784 C, DE 23 156 808 B2), in which a deformation step is inserted between two stages of multi-stage slab preheating in order to reduce the dendritic structure, also has the same effect.
  • the invention is based on the object of minimizing the aforementioned scattering of the magnetic values and limiting it to a narrow range.
  • the grain diameter is given as the diameter of an area-equivalent circle with d, - in as the minimum and d maLX as the maximum real grain diameter. If the volume fraction of dendritic solidified slab structure does not exceed 10% fluctuations in the magnetic properties do not occur.
  • the combination with the generic measures disclosed in DE 43 11 151 Cl is important.
  • this is due to the fact that almost exclusively copper sulfides serve as inhibitors for controlling the secondary recrystallization process. In hot strip annealing, these require a sufficient number of germ sites for their excretion, which is why a structure as fine as possible makes sense.
  • the method according to DE 43 11 151 Cl does not provide any further possibility for the subsequent refinement of the slab structure, so that the solidification structure determines the further development.
  • Fig. 1 shows the amount of the watt loss over the length of a 0, '30 mm thick tape, which has been obtained from a normal steel slab produced
  • FIG. 2 shows the wattage loss curve over the length of a strip of the same thickness, which was produced from a steel slab produced in accordance with the invention.
  • the invention is based on the knowledge that the strong scatter of the magnetic property values is based on the use of steel slabs as a starting material for the production of grain-oriented electrical sheet which have a stem crystal structure.
  • the setting of the fine-grained globular structure on the steel slab proposed according to the invention makes it possible to achieve a homogeneous and finely structured hot strip structure.
  • Methods for producing a homogeneous slab structure are characterized in the subclaims. Homogeneous slab structure can be achieved by pouring a molten steel with an overheating temperature of max. Achieve 12 ° C above the solidus temperature in the distributor vessel of the continuous caster, as was known per se from Stahl und Eisen (1982), p. 451 ff. This is the method that requires the least equipment.
  • the molten steel can be stirred mechanically with inert gas in the continuous casting mold and / or with a center induction of 0.02 to 0.8 T in the continuous casting mold, as is the case with Stahl und Eisen (1984), p. 435 ff. was known.
  • the strand pulled out of the continuous casting mold can preferably be cooled with spray water in an amount of at least 0.8 l / kg steel melt.
  • the invention further includes the use of slabs made of steel of the aforementioned composition with a fine-grained globulitic structure as a starting material for the production of grain-oriented electrical sheet.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Elektroblech, bei dem eine Stahlbramme bei einer Temperatur, die tiefer als die Löslichkeitstemperatur für Mangansulfid aber oberhalb der Löslichkeitstemperatur für Kupfersulfide liegt, durcherwärmt und im Anschluss daran mit einer Anfangstemperatur von mindestens 960 DEG C und mit einer Endtemperatur im Bereich von 880 bis 1000 DEG C bis auf Warmband-Enddicke im Bereich von 1,5 bis 7,0 mm warmgewalzt wird. Das Warmband wird danach 100 bis 600 s lang bei einer Temperatur im Bereich von 880 bis 1150 DEG C geglüht, abgekühlt und kaltgewazt. Das Kaltband wird rekristallisierend entkohlend geglüht. Nach dem Aufbringen eines MgO-haltigen Trennmittels wird das Kaltband hochtemperaturgeglüht und nach dem Aufbring en einer Isolierbeschichtung schlussgeglüht. Kennzeichen der Erfindung ist, dass eine Bramme mit feinkörnigem globulitischem Gefüge verwendet wird, in dem mindestens 90 % der Körner einen Durchmesser von höchstens 1/25 der Brammendicke und einen Streckungsfaktor von mindestens 0,5 aufweisen.

Description

Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Elektroblech und Verwendung eines Stahls für Elektroblech
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Elektroblech. Eine Bramme aus einem Stahl mit (in asse-%) mehr als 0,005 bis 0,10 % C, 2,5 bis 4,5 % Si, 0,03 bis 0,15 % Mn, mehr als 0,01 bis 0,05 % S, 0,01 bis 0,035 % AI, 0,0045 bis 0,012 % N, 0,02 bis 0,3 % Cu, Rest Fe einschließlich unvermeidbarer Verunreinigungen wird bei einer Temperatur, die tiefer als die Löslichkeitstemperatur für Mangansulfide, jedenfalls unter 1320 °C, aber oberhalb der Löslichkeitstemperatur für Kupfersulfide liegt, durcherwärmt . Im Anschluß daran wird die Bramme mit einer Anfangstemperatur von mindestens 960 °C und mit einer Endtemperatur im Bereich von 880 bis 1000 °C bis auf Warmband-Enddicke im Bereich von 1,5 bis 7,0 mm warmgewalzt. Das Warmband wird dann 100 bis 600 s lang bei einer Temperatur im Bereich von 880 bis 1150 °C geglüht und mit einer Abkühlrate von größer als 15 K/s abgekühlt. In einem oder mehreren Kaltwalzschritten wird das Warmband bis auf Enddicke kaltgewalzt. Das Kaltband wird einer rekristallisierenden Glühung in feuchter Wasserstoff und Stickstoff enthaltender Atmosphäre mit gleichzeitiger Entkohlung unterworfen. Nach dem beidseitigen Aufbringen eines im wesentlichen MgO enthaltenden Trennmittels wird das Kaltband hochtemperaturgeglüht und nach dem Aufbringen einer Isolierbeschichtung schlußgeglüht . Ein solches Verfahren ist in der DE 43 11 151 Cl offenbart . Die Absenkung der Brammenvorwärmtemperatur auf unterhalb der Löslichkeitstemperatur von MnS, in jedem Fall aber unterhalb von 1320 °C, ist durch die Anwendung von Kupfersulfid als wesentlichem Kornwachstumsinhibitor möglich. Dessen Löslichkeitstemperatur liegt derart tief, daß auch durch die Vorwärmung bei dieser abgesenkten Temperatur und dem nachfolgenden Warmwalzen in Verbindung mit der Glühung des warmgewalzten Bandes eine hinreichende Bildung dieser Inhibitorphase möglich ist. MnS spielt wegen seiner sehr viel höheren
Löslichkeitstemperatur als Inhibitor keine Rolle und AlN, dessen Löslichkeits- und Ausscheidungseigenschaften zwischen denen von Mn- und Cu-Sulfid liegen, hat nur einen unbedeutenden Anteil an der Inhibition.
Bei Anwendung des in DE 43 11 151 Cl offenbarten Verfahrens, bei dem die Inhibition nicht auf A1N- Partikeln, sondern auf Kupfersulfid beruht, treten jedoch bei Anwendung dieser Art während der Hochglühung gelegentlich Streuungen beim Ablauf der Texturbildung (Sekundärrekristallisation) auf. Diese Streuungen wirken sich direkt auf die magnetischen Werte ungünstig aus.
Zur Herstellung von kornorientiertem Elektroblech wird die Stahlschmelze üblicherweise mit einer hinreichend weit, typischerweise 25 °C, oberhalb der
Liquidustemperatur liegenden Temperatur vergossen, woraus sich entsprechende logistische Freiräume ergeben.
Nach dem Vergießen in der Kokille muß mittels leistungsfähiger Kühlungen in kurzer Zeit die Temperatur während der Erstarrung im gesamten Volumen auf unterhalb der Solidustemperatur fallen. Dabei bilden sich feste Keime in der flüssigen Phase. Deren Bildungs- und Wachstumsrate bestimmen schließlich das Gefüge der fertigen Bramme. Wegen der besonders kalten Kokillenwand bildet sich dort eine sog. "Strangschale" aus kleinen globulitischen Körnern aus. Weiter innen jedoch können dendritisch-stengelige Körner mit einem großen Streckungsfaktor, Fshape entstehen. Fertig erstarrte Brammen zeigen im Querschnitt häufig dendritisch erstarrte Zonen, die einen Volumenanteil von mehr als 10 % gegenüber dem globulitsch erstarrten Restgefüge einnehmen können.
Nach der Weiterverarbeitung solcher Brammen zu Warmband zeigt sich darin eine innere Struktur, die von diesem dendritischen Gefügeanteil der vormaligen Bramme nachteilig beeinflußt wird. Das aus einem solchen Warmband über Herstellungsschritte wie Glühen und Kaltwalzen, z.B. gemäß DE 29 09 500 C2 ("normales HGO") erzeugte Fertigprodukt zeigt keine Abhängigkeit der magnetischen Eigenschaften von dieser inneren Beschaffenheit des Warmbandes, die von der Gestaltung des Erstarrungsgefüges herrühren.
Wird jedoch ein Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Elektroblech durchgeführt, bei dem zur Vermeidung flüssiger Schlackeanteile auf der Brammenoberfläche die Brammenvorwärmtemperatur auf unter 1320 °C abgesenkt ist und bei dem Kupfersulfid als wesentlicher Kornwachstumsinhibitor benutzt wird, wie in der gattungsbildenden DE 43 11 151 C2 beschrieben, so zeigt die in der betrieblichen Praxis gewonnene Erfahrung, daß zunächst unerklärliche Schwankungen der magnetischen Eigenschaften bei ansonsten identischen Erzeugungsparametern auftreten können. Es treten mitunter, vor allem an kritischen Stellen, z.B. dort, wo die Brammen im Vorwärmofen auf Gleitschienen (skid marks) liegen, oder auch am Brammenanfang bzw. -ende, lokal schlechtere magnetische Werte auf. Die DE 27 35 667 C2 zeigt ebenfalls die Notwendigkeit eines homogen erstarrten Brammengefüges bei kornorientiertem Elektroblech. Dort wird die Verwendung von Stranggußbrammen geschützt, bei denen mindestens 95 % der Körner einer Kernzone maximal 9 mm2 Korngröße besitzen, sowie Maßnahmen beim Stranggießen, um dies zu ermöglichen. Dabei handelt es sich jedoch um Brammen für kornorientiertes Elektroblech mit der herkömmlichen Vorwärmung auf bis zu 1400 °C vor dem Warmwalzen. In derart hoch erwärmten Brammen kann ein starkes transkristallines Kornwachstum ablaufen, das ähnlich wie bei der Erstarrung einen dendritischen Gefügeanteil bewirkt. Dieses Problem kann durch die in DE 27 35 667 C2 beschriebenen Maßnahmen überwunden werden . Aber auch der als "Pre-Rolling" bekannte Verfahrensschritt (DE 22 52 784 C, DE 23 156 808 B2) , bei dem zwischen zwei Stadien einer mehrstufigen Brammenvorwärmung ein Verformungsschritt eingefügt wird, um den dendritischen Gefügeanteil zu verringern, hat dieselbe Wirkung.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorerwähnten Streuungen der magnetischen Werte zu minimieren und auf einen engen Bereich zu begrenzen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß eine Bramme mit feinkörnigem globulitischem Gefüge verwendet wird. Feinkörnig globulitisch ist ein Gefüge nach der Definition im Anspruch 1 dann, wenn mindestens 90 % der Körner einen Durchmesser von höchstens 1/25 der Brammendicke und einen Streckungsfaktor Fshape = d^/d^ von mindestens 0,5 aufweisen. Dabei wird der Korndurchmesser als Durchmesser eines flächenäquivalenten Kreises angegeben mit d,-in als minimalem und dmaLX als maximalem realem Korndurchmesser. Wenn der Volumenanteil von dendritisch erstarrtem Brammengefüge nicht mehr als 10 % beträgt, treten Schwankungen der magnetischen Eigenschaften nicht auf. Metallkundliche Untersuchungen ergaben, daß eine stabile Ausbildung guter magnetischer Eigenschaften immer dann gegeben ist, wenn das Warmband in der Bandmitte ein möglichst feinkörniges Ferritgefüge aufweist und daß dieses besonders stabil dadurch reproduzierbar erzeugbar ist, wenn die vorherige Bramme ein vollgolbulitisch erstarrtes Gefüge besaß. Dies ist die beste Voraussetzung, um mit dem in DE 43 11 151 Cl offenbarten Verfahren zur Herstellung kornorientierter Elektrobleche gute und gleichmäßige magnetische Eigenschaften zu erzielen. Die Ausbildung eines solchen Erstarrungsgefüges kann durch die erfindungsgemäß branspruchten Maßnahmen erreicht werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist die Kombination mit den in DE 43 11 151 Cl offenbarten gattungsgemäßen Maßnahmen wichtig. Dies rührt zum einen daher, daß fast ausschließlich Kupfersulfide als Inhibitoren zur Steuerung des Sekundärrekritstallisationsprozesses dienen. Diese benötigen bei der Warmbandglühung ausreichend viele Keimstellen für ihre Ausscheidung, weshalb ein möglichst feinkörniges Gefüge sinnvoll ist. Zum anderen steht dem Verfahren gemäß DE 43 11 151 Cl keine weitere Möglichkeit der nachträglichen Verfeinerung des Brammengefüges zur Verfügung, so daß bereits das Erstarrungsgefüge die weitere Entwicklung bestimmt.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Einstellung des feinkörnigen globulitischen Gefüges in der Stahlbramme wird ein homogenes und feinstrukturiertes Warmbandgefüge erzielt. Untersuchungen haben ergeben, daß die Streuungen der magnetischen Werte auf ein engeres Streuband beschränkt werden können, wenn man erfindungsgemäß als Vormaterial für die Erzeugung von kornorientiertem Elektroblech Stahlbrammen aus einem Stahl der im .Anspruch 1 genannten Zusammensetzung mit feinkörnigem globularem Gefüge verwendet . Dies kann anhand der Zeichnung verdeutlicht werden.
Fig. 1 zeigt die Höhe des Wattverlustes über die Länge eines 0,'30 mm dicken Bandes, welches aus einer normal erzeugten Stahlbramme gewonnen wurde und
Fig. 2 zeigt den Wattverlust-Verlauf über die Länge eines Bandes gleicher Dicke, das aus einer in erfindungsgemäßer Weise hergestellten Stahlbramme erzeugt wurde.
Deutlich sichtbar ist die geringere Streuung der Werte eines in erfindungsgemäßer Weise erzeugten Elektrobandes.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die starke Streuung der magnetischen Eigenschaftswerte auf der Verwendung von Stahlbrammen als Vormaterial für die Erzeugung von kornorientiertem Elektroblech beruhen, die ein Stengelkristallgefüge aufweisen.
Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Einstellung des feinkörnigen globulitischen Gefüges an der Stahlbramme wird ein homogenes und feinstrukturiertes Warmbandgefüge erzielbar. Methoden zur Erzeugung eines homogenen Brammengefüges sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet . Homogenes Brammengefüge läßt sich durch Vergießen einer Stahlschmelze mit einer Überhitzungstemperatur von max. 12 °C über der Solidustemperatur in das Verteilergefäß der Stranggießanlage erzielen, wie dies aus Stahl und Eisen (1982), S. 451 ff., an sich bekannt war. Es ist dies die Methode, die mit dem geringsten apparativen Aufwand verbunden ist . Alternativ oder zusätzlich kann die Stahlschmelze mit Inertgas in der Stranggußkokille mechanisch und/oder mit einer Zentrumsinduktion von 0,02 bis 0,8 T in der Stranggußkokille elektromagnetisch gerührt werden, wie an sich aus Stahl und Eisen (1984), S. 435 ff. bekannt war.
Zur Förderung der homogenen feinkörnigen globulitischen Erstarrung des Brammengefüges kann bevorzugt der aus der Stranggußkokille ausgezogene Strang mit Spritzwasser in einer Menge von mindestens 0,8 1/kg Stahlschmelze gekühlt werden .
Die Erfindung beinhaltet ferner die Verwendung von Brammen aus einem Stahl der vorgenannten und im Anspruch 1 näher spezifizierten Zusammensetzung mit feinkörnigem globulitischen Gefüge als Vormaterial für die Erzeugung von kornorientiertem Elektroblech.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Elektroblech, bei dem eine Bramme aus einem Stahl mit (in Masse-%) mehr als 0,005 bis 0,10 % C, 2, 5 bis 4,5 % Si, 0, 03 bis 0,15 % Mn, mehr als 0,01 bis 0,05 % S,
0, 01 bis 0,035 % AI, 0, 0045 bis 0, 012 % N, 0,02 bis 0,3 % Cu, Rest Fe einschl . unvermeidbarer Verunreinigungen bei einer Temperatur, die tiefer als die Löslichkeitstemperatur für Mangansulfid, jedenfalls unter 1320 °C, aber oberhalb der Löslichkeitstemperatur für Kupfersulfide liegt, durcherwärmt wird, im Anschluß daran mit einer Anfangstemperatur von mindestens 960 °C und mit einer Endtemperatur im Bereich von 880 bis 1000 °C bis auf Warmband-Enddicke im Bereich von 1,5 bis 7 , 0 mm warmgewalzt wird, das Warmband danach 100 bis 600 s lang bei einer Temperatur im Bereich von 880 bis 1150 °C geglüht, sodann mit einer Abkühlrate von größer als 15 K/s abgekühlt und in einem oder mehreren Kaltwalzschritten bis auf Kaltband-Enddicke kaltgewalzt wird, worauf das Kaltband einer rekristallisierenden Glühung in feuchter Wasserstoff und Stickstoff enthaltender Atmosphäre mit gleichzeitiger Entkohlung unterworfen wird und nach dem beidseitigen Aufbringen eines im wesentlichen MgO enthaltenden Trennmittelε hochtemperaturgeglüht und nach dem Aufbringen einer Isolierbeschichtung schlußgeglüht wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß eine Bramme mit feinkörnigem globulitischem Gefüge verwendet wird, in dem mindestens 90 % der Körner einen Durchmesser von höchstens 1/25 der Brammendicke und einen Streckungsfaktor Fshape = d^/d,,,^ von mindestens 0,5 aufweisen ( Korndurchmesser = Durchmesser eines flächenäquivalenten Kreises mit dmin = minimaler und d-„ax = maximaler realer Korndurchmesser) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß das homogene Brammengefüge durch das Vergießen einer Stahlschmelze mit einer Überhitzungstemperatur von maximal 12 °C über der Solidustemperatur in das Verteilergefäß der Stranggießanlage erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Stahlschmelze mit Inertgas in der Stranggußkokille mechanisch und/oder mit einer Zentrumsinduktion von 0,02 bis 0,8 T in der Stranggußkokille elektromagnetisch gerührt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der aus der Stranggußkokille ausgezogene Strang mit Spritzwasser in einer Menge von mindestens 0,8 1/kg Stahlschmelze gekühlt wird.
5. Verwendung von Brammen aus einem Stahl mit (in Masse-%) mehr als 0,005 bis 0,10 % C, 2, 5 bis 4,5 % Si, 0, 03 bis 0,15 % Mn, mehr als 0,01 bis 0,05 % S, 0,01 bis 0,035 % AI, 0,0045 bis 0,012 % N, 0,02 bis 0,3 % Cu, Rest Fe einschl . unvermeidbarer Verunreinigungen it feinkörnigem globulitischem Gefüge als Vormaterial für die Erzeugung von kornorientiertem Elektroblech.
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