WO2003095683A1 - KALTGEWALZTES STAHLBAND MIT Si-GEHALTEN VON MINDESTENS 3,2 GEW.-% FÜR ELEKTROMAGNETISCHE ANWENDUNGEN - Google Patents

KALTGEWALZTES STAHLBAND MIT Si-GEHALTEN VON MINDESTENS 3,2 GEW.-% FÜR ELEKTROMAGNETISCHE ANWENDUNGEN Download PDF

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WO2003095683A1
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temperature
hot
steel
cold
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Yvan Houbaert
Carl-Dieter Wuppermann
Olaf Fischer
Jürgen Schneider
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Thyssenkrupp Stahl Ag
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    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon

Definitions

  • the invention relates to a cold-rolled steel strip or sheet in thicknesses of 0,7 0.70 mm for electromagnetic applications with Si contents of at least 3.2% by weight and Al contents of less than 2% by weight, and a method for its manufacture.
  • Cold strips or sheets produced on the basis of high-silicon FeSi steels are usually used as non-grain-oriented electrical sheets.
  • non-grain-oriented electrical sheet here means products falling under DIN EN 10106 (“final annealed electrical sheet”) and DIN EN 10165 (“non-final annealed electrical sheet”). In addition, more anisotropic grades are included as long as they are not considered grain-oriented electrical sheets.
  • the terms "steel strip for electromagnetic purposes” and “steel sheet for electromagnetic purposes” as well as “electrical steel strip” and “electrical sheet metal” are used synonymously in the following.
  • FeSi steels with a maximum Si content of 3.5% by weight are usually used for the production of non-grain-oriented electrical sheets. FeSi steel alloys with such limited Si contents permit problem-free production in the usual way. In particular, by a limitation of the Si content to contents of ⁇ 3.0% by weight ensures that, in a conventional procedure, the sheet obtained is free of cracks after cold rolling.
  • the melt is cast into a slab or thin slab.
  • This primary material is then rolled into a hot strip in direct use without reheating or after cooling and reheating in a descaling, a pre-rolling and a hot rolling process, which is generally carried out in a multi-stand hot rolling mill.
  • the hot strip is then subjected to a surface treatment which is usually carried out as pickling, which can be combined with annealing. If necessary, hot strip annealing is also carried out before the hot strip is cold rolled into cold strip. Finally, the strip is finally annealed or subjected to annealing with subsequent post-forming.
  • EP 0 377 734 B1 describes a process for FeSi alloys in which, after the slab has been reheated, it is shaped at temperatures of not less than 600 ° C. and then used directly for further hot rolling or for reheating to temperatures of not less than 400 ° C followed by hot rolling. Cold rolling is then carried out to the final thickness. These process parameters are not specific for higher silicided alloys. Practice shows that when using the process steps known from EP 0 377 734 B1 for highly silicified FeSi alloys of the type processed according to the invention, no satisfactory work results can be achieved.
  • a highly siliconized FeSi steel can be cold rolled by cold rolling at sheet temperatures in the range from 120 ° C to 350 ° C.
  • the hot strip is produced, which can be processed in this way.
  • the problem arises that, as the above-mentioned specialist articles and the applicant's own investigations have shown, the processing of highly silicated electrical steel is not independent of the parameters observed during hot strip processing. Practical tests have shown that, in the conventional production of hot strip with a Si content of more than 3.5% by weight and subsequent cold rolling under the conditions specified in EP 0 467 265 A2, cracking regularly occurred in the first cold rolling pass.
  • the object of the invention was to provide a practically producible, cold-rolled steel sheet or strip suitable for electromagnetic applications with thicknesses of at most 0.70 mm and an Si content of 3.5% by weight and to create more and to name a process with which such a product can be manufactured inexpensively.
  • this task is solved by a cold-rolled steel strip or sheet in thicknesses of ⁇ 0.70 mm for electromagnetic applications, which produces is made of a steel that contains (in% by weight) C: ⁇ 0.01%, Si: 3.2 - 7%, Al: ⁇ 2%, Mn: ⁇ 1%, balance iron and usual impurities, and after melting to form a starting material, such as a slab, a thin slab or a thin strip, which was then heated to a temperature T R > 1000 ° C and hot-rolled at a hot rolling end temperature T F of> 800 ° C to a hot strip is then cooled from a temperature T c of the hot strip of at least 750 ° C but less than 850 ° C to a temperature of less than 300 ° C at a cooling rate of at least 400 ° C / min, after cooling subjected to a surface treatment, such as mechanical descaling and / or pickling, after the surface treatment has been cold-rolled at a temperature T CR of not more than
  • the solution to the above-mentioned object according to the invention is that the following steps are carried out when producing a cold-rolled steel strip or sheet for electromagnetic applications:
  • a starting material such as a slab, a thin slab or a thin strip
  • Cooling of the hot strip after the finish hot rolling starting from a temperature T c of the hot strip of at least 750 ° C but less than 850 ° C with a cooling rate ⁇ T / ⁇ t of at least 400 ° C / min to a temperature of less than 300 ° C .
  • the invention is based on the knowledge that, based on a conventionally composed, highest content of silicon from -3.2% by weight to 7% by weight and Al contents of up to 2% by weight containing steel alloy while maintaining who uses conventional cold strip production steps to produce a high quality, especially crack-free cold strip, if
  • the hot strip can be cooled immediately after the hot rolling. Otherwise, it must be waited for the rapid cooling to begin until the temperature of the hot strip has dropped to the range specified by the invention, within which the rapid cooling is to begin.
  • the hot strip cooled according to the invention can be coiled into a coil at a suitable point in time of the production process before it is fed to the cold strip for further processing.
  • the speed at which the hot strip is cooled rapidly after hot rolling is of particular importance. If the hot strip is further processed into cold strip within a period within which cold embrittlement does not yet occur even in the range of the lower limit of the cooling rate to be observed, then a crack-free cold-rolled steel product can be produced even at relatively low cooling rates.
  • a longer period of time such as many days or weeks, elapses between hot strip production and cold rolling, a crack-free steel strip or sheet produced in accordance with the invention can still be safely produced for electromagnetic purposes by the fact that the
  • Cooling rate ⁇ T / ⁇ t is at least 2000 ° C / min. With such a high cooling rate, the embrittlement effects to be expected with a longer storage period of the hot strip and a slower cooling can be avoided.
  • the primary material is preferably reheated at temperatures in the range from 1000 ° C. to 1190 ° C. in order to reliably avoid the formation of feyalite.
  • a further essential feature of the invention consists in that during cold rolling the upper limit of the temperature of the processed strip, which is specified by the invention, is maintained within the scope of the tolerance that is unavoidable due to production. Basically, it is therefore favorable if the hot strip is at room temperature at the start of cold rolling.
  • the heat development during cold rolling which is unavoidable as a result of the input of deformation energy should preferably be managed in such a way that temperatures of ⁇ 200 ° C are not exceeded. If cold rolling should nevertheless be carried out at elevated temperatures, taking into account the research results explained at the outset, these should be in the range of 200 ° C and 500 ° C.
  • the time provided for preheating the hot strip before hot rolling should be limited to less than 20 minutes in order to avoid structural changes which would otherwise occur. These cause embrittlement.
  • the invention is suitable for the production of electrical sheets located in the lower region of the steels containing the highest silicon, 4.0-5.0% by weight Si, for the production of more than 5.0 wt.% Located in the middle region of the steels containing the highest silicon. % Of electrical sheets containing Si and for the production of 6.0 - 6.8% by weight of electrical sheets located in the upper region of the high-silicon steels.
  • the Al content the range of unavoidable impurities.
  • the slabs have been reheated to a reheating temperature T R , pre-rolled and finally hot-rolled in a hot rolling mill comprising seven rolling stands at a hot rolling end temperature T F to a hot strip with a thickness WB D.
  • the hot strip is at a temperature of at least 400 ° C / min
  • Cooling rate ⁇ T / ⁇ t was cooled as soon as its temperature T c was in the range from 750 ° C to 850 ° C.
  • the hot strip cooled to room temperature in this way is then subjected to a mechanical pretreatment of its surfaces and then pickled.
  • some of the hot strips produced in the manner described above have been heated to a temperature T CR within a time t CR .

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein kaltgewalztes Stahlband oder -blech in Dicken von ≤ 0,70 mm für elektromagnetische Anwendungen, bestehend aus einem Stahl, der (in Gew.-%) C: < 0,01 %, Si: 3,2 - 7 %, Al: < 2 %, Mn: ≤ 1 %, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen, enthält und nach dem Erschmelzen zu einem Vormaterial, wie einer Bramme, einer Dünnbramme oder einem Dünnband, vergossen worden ist, welches anschließend auf eine Temperatur TR > 1000 °C durchgewärmt und bei einer Warmwalzendtemperatur TF von > 800 °C zu einem Warmband fertig warmgewalzt worden ist, das anschließend ausgehend von einer mindestens 750 °C jedoch weniger als 850 °C betragenden Temperatur TC des Warmbands mit einer mindestens 400 °C/min betragenden Abkühlgeschwindigkeit ΔT/Δt auf eine weniger als 300 °C betragende Temperatur abgekühlt, nach dem Abkühlen einer Oberflächenbehandlung, wie mechanisches Entzundern und/oder Beizen, unterzogen, nach der Oberflächenbehandlung bei einer höchstens 500 °C betragenden Temperatur TCR kaltgewalzt und schließlich schlussgeglüht worden ist.

Description

Kaltgewalztes Stahlband mit Si-Gehalten von mindestens 3,2 Gew.-% für elektromagnetische Anwendungen
Die Erfindung betrifft ein kaltgewalztes Stahlband oder -blech in Dicken von ≤ 0,70 mm für elektromagnetische Anwendungen mit Si-Gehalten von mindestens 3,2 Gew.-% und AI-Gehalten von weniger als 2 Gew.-%, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Solche auf Basis höchstsiliziumhaltiger FeSi-Stähle erzeugter Kaltbänder oder -bleche werden üblicherweise als nichtkornorientierte Elektrobleche eingesetzt.
Unter dem Begriff "nichtkornorientiertes Elektroblech" werden hier unter die DIN EN 10106 ("schlussgeglühtes Elektroblech") und DIN EN 10165 ("nicht schlussgeglühtes Elektroblech") fallende Produkte verstanden. Darüber hinaus werden auch stärker anisotrope Sorten einbezogen, solange sie nicht als kornorientierte Elektrobleche gelten. Insoweit werden im folgenden die Begriffe "Stahlband für elektromagnetische Zwecke" und "Stahlblech für elektromagnetische Zwecke" sowie "Elektroband" und "Elektroblech" synonym verwendet.
Üblicherweise werden für die Erzeugung von nichtkornorientierten Elektroblechen FeSi-Stähle verwendet, deren Si-Gehalte maximal 3,5 Gew.-% betragen. Derart begrenzte Si-Gehalte aufweisende FeSi-Stahllegierungen gestatten eine problemlose Fertigung auf dem üblichen Herstellungsweg. Insbesondere wird durch eine Beschränkung des Si-Gehaltes auf Gehalte < 3,0 Gew.-% sichergestellt, dass bei konventioneller Vorgehensweise das erhaltene Blech nach dem Kaltwalzen rissfrei ist.
Im Zuge der konventionellen Fertigung wird nach dem Erschmelzen der Stahllegierung die Schmelze zu einer Bramme oder Dünnbramme vergossen. Dieses Vormaterial wird dann im Direkteinsatz ohne Wiedererwärmung oder nach einer Abkühlung und einer Wiedererwärmung in einem ein Entzundern, ein Vorwalzen und ein in einer in der Regel mehrgerüstigen Warmwalzstaffel durchgeführtes Fertigwarmwalzen umfassenden Warmwalzprozess zu einem Warmband gewalzt. Das Warmband wird dann einer in der Regel als Beizen durchgeführten Oberflächenbehandlung unterzogen, die mit einem Glühen kombiniert sein kann. Erforderlichenfalls wird zusätzlich eine Warmbandglühung durchgeführt, bevor das Warmband zu Kaltband kaltgewalzt wird. Schließlich wird das Band schlussgeglüht oder einer Glühung mit anschließender Nachverformung unterzogen.
Schon bei Si-Gehalten von mehr als 3 Gew.-% zeigen sich erste Schwierigkeiten beim Kaltwalzen in Form von hohen Walzkräften und einer zunehmenden Rissanfälligkeit. So treten beim Kaltwalzen von aus FeSi-Legierungen mit FeSi- Gehalten mit mehr als 3,5 Gew.-% erzeugten Warmbändern regelmäßig Risse auf, die die Erzeugung eines qualitativ hochwertigen Elektroblechproduktes mit Dicken < 0,75 mm über den konventionellen Fertigungsweg ausschließen.
Den Schwierigkeiten bei der Herstellung steht gegenüber, dass die Erhöhung des Si-Gehaltes zu einer Erhöhung des elektrischen Widerstands und damit zu einer Erniedrigung der magnetischen Verluste im Einsatzfall führt. Für eine Reihe von Anwendungen, speziell für in der Audio-, Video-, Datenverarbeitungs- und Medizintechnik eingesetzte Klein- und Kleinstmaschinen sowie für Antriebe und für Magnetkerne in elektromagnetischen Anwendungen, die mit höheren Frequenzen arbeiten, sind daher aus FeSi-Legierungen mit Si-Gehalten im Bereich von 3,5 Gew.-% bis 7,0 Gew.-% erzeugte Elektrobleche von besonderem Interesse. Diese höchstsiliziumhaltigen Materialien weisen gegenüber den anderen weichmagnetischen Materialien, wie amorphe Fe-, FeNi-, FeCo-Basislegierungen, nanokristalline weichmagnetische Materialien oder weichmagnetische Ferrite, eine hohe Sättigungsmagnetisierung auf. Diese höhere Sättigungsmagnetisierung ist kombiniert mit im Vergleich zu konventionellen elektrotechnischen Stählen höheren Werten des elektrischen Widerstands und damit geringeren magnetischen Verlusten, wodurch eine Anwendung bei höheren Frequenzen ermöglicht wird.
FeSi-Werkstoffe mit einem Si-Gehalt von annähernd
6,5 Gew.-% sind auf dem Markt erhältlich. Die Herstellung dieser Produkte erfolgt auf dem Wege einer chemischen
Abscheidung einer höchstsilizierten FeSi-Schicht auf einem konventionellen Elektroband und einem anschließenden
Diffusionsglühen.
Auf diese Weise lassen sich zwar die bei konventioneller Produktion von hohe Silizumgehalte aufweisenden Blechen auftretenden Schwierigkeiten vermeiden. Es sind dazu jedoch zusätzliche Arbeitsschritte erforderlich, die die Herstellung verkomplizieren und verteuern.
In der wissenschaftlichen Literatur finden sich zahlreiche Arbeiten, in denen das Umformverhalten von FeSi-Legierungen mit Si-Gehalten von mehr als 3,2 Gew.-% untersucht und die Möglichkeiten der Fertigung eines derartigen Stahls auf dem üblichen metallurgischen Weg betrachtet worden sind. So haben G. Schlatte, W. Pietsch in der Zeitschrift für Metallkunde, Band 66 (1975) Heft 11, Seite 661 ff., und W. Pepperhoff, W. Pietsch in Archiv Eisenhüttenwesen 47 (1976), Nr. 11, Seite 685 ff., erwähnt, dass ein Stahl mit bis zu ca. 6 Gew.-% Silizium noch bei rund 400 °C bis 300 °C umformbar sei (kritische Temperatur: 300 °C) . Unterhalb einer von dem Si-Gehalt abhängigen kritischen Temperatur stelle sich ein sprödes Verhalten und infolgedessen eine Kaltsprödigkeit ein, die keine Kaltverformung gestatte. Oberhalb der kritischen Temperatur sei dagegen für FeSi-Legierungen mit mehr als 4 Gew.-% Silizium eine Umformung möglich, sofern zusätzlich die jeweils verarbeitete Legierung von Temperaturen unterhalb 700 °C auf eine Temperatur unterhalb 400 °C gekühlt werde. Auch die in den genannten Fachartikeln festgestellte Einschränkung der Verformbarkeit auf einen Temperaturbereich oberhalb der kritischen Temperatur schränkt die Möglichkeiten der Herstellung von höchstsilizierten Elektrostahlprodukten über den konventionellen Fertigungsweg somit stark ein.
Von G. Rassmann, P. Klemm ist in Neue Hütte, Heft 7, 8. Jahrgang, 1963, Seite 403 ff. festgestellt worden, dass für Legierungen mit 5 und 6 Gew.-% Si ein Kaltwalzen bei 220 °C oder 350 °C mit einer Gesamtumformung bis etwa 40 % und ein Weiterwalzen bei Raumtemperatur realisierbar ist. Vergleichbare Hinweise finden sich im US-Patent 3,099,176. Bei dieser Art des zweistufig bei unterschiedlichen Temperaturen erfolgenden Kaltwalzens findet jedoch die Vorgeschichte des Materials bis zum Kaltwalzen keinen Niederschlag. In der Praxis zeigt sich jedoch, dass, wie die oben erwähnten Arbeiten von G. Schlatte und W. Pietsch bestätigen, ein solches Kaltwalzen in der Realität nicht ohne weiteres für ein beliebig gefertigtes Warmband verwirklicht werden kann, die Warmbandfertigung also einen erheblichen Einfluss auf die Verarbeitbarkeit eines höchste Siliziumgehalte aufweisenden Warmbandes zu Kaltband hat.
Neben dem voranstehend erwähnten Stand der Technik ist es aus der EP 0 229 846 Bl bekannt, den beim Warmwalzen erreichten Gesamtumformgrad in Abhängigkeit von der Korngröße vor dem Finalwalzen (Fertigwarmwalzen) einzustellen. Diesem Verfahrensweg haftet jedoch der Nachteil an, dass die Korngröße vor dem Finalwalzen von den Bedingungen der Wiedererwärmung und des Vorwalzens sowie von der jeweiligen chemischen Zusammensetzung abhängig ist. Infolgedessen lassen sich die vor dem Eintritt in die Fertigwarmwalzstaffel im vorgewalzten Stahlvorprodukt vorhandenen Korngrößen nicht eindeutig vorgeben. Zudem ist die Messung von Korngröße in einem in der Praxis kontinuierlich ablaufenden Fertigungsprozess nicht mit einem technisch und kostenmäßig vertretbaren Aufwand durchführbar.
In der EP 0 377 734 Bl ist ein Verfahren für FeSi- Legierungen beschrieben worden, bei dem nach der Wiedererwärmung der Bramme eine Umformung bei Temperaturen von nicht weniger als 600 °C erfolgt und danach ein Direkteinsatz für ein weiteres Warmwalzen oder eine erneute Erwärmung auf Temperaturen von nicht weniger als 400 °C mit anschließendem Warmwalzen durchgeführt wird. Anschließend erfolgt das Kaltwalzen auf Enddicke. Diese Verfahrensparameter sind nicht spezifisch für höher silizierte Legierungen. In der Praxis zeigt sich, dass sich bei Anwendung der aus der EP 0 377 734 Bl bekannten Verfahrenschritte für höchstsilizierte FeSi-Legierungen der erfindungsgemäß verarbeiteten Art keine befriedigenden Arbeitsergebnisse erreichen lassen.
Gemäß der EP 0 467 265 A2 lässt sich ein höchstsilizierter FeSi-Stahl kaltwalzen, indem das Kaltwalzen bei Blechtemperaturen im Bereich von 120 °C bis 350 °C erfolgt. Allerdings wird dabei nicht angegeben, wie das Warmband erzeugt werden uss, welches in dieser Weise verarbeitet werden kann. Bei der praktischen Anwendung dieses bekannten Verfahrens stellt sich daher das Problem, dass, wie die oben erwähnten Fachartikel und eigene Untersuchungen der Anmelderin belegen, die Verarbeitung von höchstsiliziertem Elektrostahl gerade nicht unabhängig ist von den während des Warmbandprozessing eingehaltenen Parameter. So ergaben praktische Versuche, dass es bei konventioneller Herstellweise von Warmband mit über 3,5 Gew.-% liegenden Si-Gehalten und anschließendem Kaltwalzen unter den in der EP 0 467 265 A2 angegebenen Bedingungen regelmäßig schon im ersten Kaltwalzstich zur Rissbildung kam.
Ausgehend von dem voranstehend erläuterten Stand der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein praktikabel herstellbares, für elektromagnetische Anwendungen geeignetes kaltgewalztes Stahlblech oder -band mit Dicken von höchstens 0,70 mm und einem Si-Gehalt von 3,5 Gew.-% und mehr zu schaffen sowie ein Verfahren zu nennen, mit dem sich ein derartiges Produkt kostengünstig herstellen lässt.
In Bezug auf das Produkt wird diese Aufgabe durch ein kaltgewalztes Stahlband oder -blech in Dicken von < 0,70 mm für elektromagnetische Anwendungen gelöst, das hergestellt ist aus einem Stahl, der (in Gew.-%) C: < 0,01 %, Si: 3,2 - 7 %, AI: < 2 %, Mn: < 1 %, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen, enthält und nach dem Erschmelzen zu einem Vormaterial, wie einer Bramme, einer Dünnbramme oder einem Dünnband, vergossen worden ist, welches anschließend auf eine Temperatur TR > 1000 °C durchgewärmt und bei einer Warmwalzendtemperatur TF von > 800 °C zu einem Warmband fertig warmgewalzt worden ist, das anschließend ausgehend von einer mindestens 750 °C jedoch weniger als 850 °C betragenden Temperatur Tc des Warmbandes mit einer mindestens 400 °C/min betragenden Abkühlgeschwindigkeit ΔT/Δt auf eine weniger als 300 °C betragende Temperatur abgekühlt, nach dem Abkühlen einer Oberflächenbehandlung, wie mechanisches Entzundern und/oder Beizen, unterzogen, nach der Oberflächenbehandlung bei einer höchstens 500 °C betragenden Temperatur TCR kaltgewalzt und schließlich schlussgeglüht worden ist.
In Bezug auf das Verfahren besteht die erfindungsgemäße Lösung der oben genannten Aufgabe darin, dass bei der Herstellung eines kaltgewalzten Stahlbands oder -blechs für elektromagnetische Anwendungen, folgende Schritte durchlaufen werden:
- Erschmelzen eines (in Gew.-%) C: < 0,01 %,
Si: 3,2 - 7 %, AI: < 2 %, Mn: < 1 %, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen enthaltenden Stahls,
- Vergießen des Stahls zu einem Vormaterial, wie einer Bramme, einer Dünnbramme oder einem Dünnband,
- Durchwärmen des Vormaterials auf eine Temperatur TR > 1000 °C, - Fertigwarmwalzen des durchwärmten Vormaterials bei einer Warmwalzendtemperatur TF von > 800 °C zu einem Warmband,
- Abkühlen des Warmbands im Anschluss an das Fertigwarmwalzen ausgehend von einer mindestens 750 °C jedoch weniger als 850 °C betragenden Temperatur Tc des Warmbands mit einer mindestens 400 °C/min betragenden Abkühlgeschwindigkeit ΔT/Δt auf eine weniger als 300 °C betragende Temperatur,
- Oberflächenbehandeln des abgekühlten Warmbands,
- Kaltwalzen des oberflächenbehandelten Warmbands bei einer höchstens 500 °C betragenden Temperatur TCR und
- Schlussglühen des erhaltenen kaltgewalzten Stahlbands oder -blechs.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich ausgehend von einer konventionell zusammengesetzten, höchste Gehalte an Silizium von -3,2 Gew.-% bis 7 Gew.-% sowie Al-Gehalte von bis zu 2 Gew.-% enthaltenden Stahllegierung unter Beibehaltung der bei konventioneller Kaltbanderzeugung angewendeten Arbeitsschritte ein qualitativ hochwertiges, insbesondere rissfreies Kaltband herstellen lässt, wenn
- die Wiederwärmungstemperatur,
- die Warmwalzendtemperatur,
- die von einer in einem bestimmten Temperaturbereich liegenden Temperatur ausgehende gezielte rasche Abkühlung des Warmbands nach dem Ende des Fertigwalzens und - die Temperatur des Bandes beim Kaltwalzen
in der durch die Erfindung vorgegebenen Weise aufeinander abgestimmt werden.
Überraschend hat sich gezeigt, dass nur durch Einhaltung der erfindungsgemäßen Kombination der betreffenden Parameter eine übermäßige Sprödigkeit des verarbeiteten Materials vermieden werden kann und das Warmband eine für ein ordnungsgemäßes Kaltwalzen ausreichende Duktilität besitzt, welche für die Herstellung von rissfreiem Elektroblech mit der gewünschten Enddicke von höchstens 0,70 mm, vorzugsweise höchstens 0,35 mm erforderlich ist.
Dabei kommt jedem der betreffenden Parameter eine gleichwertige Bedeutung zu. So ist festgestellt worden, dass sich in solchen Fällen,' in denen die für den Beginn der Abkühlung angegebene Temperaturspanne über einen Toleranzbereich hinausgehend über- oder unterschritten worden ist, kein rissfreies Produkt erhalten ließ.
In Fällen, in denen die Warmwalzendtemperatur mehr als 800 °C, jedoch weniger als 850 °C beträgt, kann die Abkühlung des Warmbandes in unmittelbarem Anschluss an das Warmwalzen durchgeführt werden. Andernfalls ist mit dem Beginn der raschen Kühlung zu warten, bis die Temperatur des Warmbands in den durch die Erfindung vorgegebenen Bereich abgesunken ist, innerhalb dessen die rasche Abkühlung einsetzen soll.
Selbstverständlich kann das erfindungsgemäß abgekühlte Warmband zu einem geeigneten Zeitpunkt des Fertigungsablaufs zu einem Coil gehaspelt werden, bevor es der Weiterverarbeitung zu Kaltband zugeführt wird. Selbstverständlich ist es ebenso möglich, den erfindungsgemäßen Fertigungsweg auf Tafeln zu beschränken. In Bezug auf den Übergang von der Warmbanderzeugung zur Herstellung des Kaltbandes kommt dabei der Geschwindigkeit, mit der die rasche Abkühlung des Warmbandes im Anschluss an das Warmwalzen durchgeführt wird, besondere Bedeutung zu. Erfolgt die Weiterverarbeitung des Warmbands zu Kaltband in einem Zeitraum, innerhalb dessen es auch bei im Bereich der erfindungsgemäß einzuhaltenden Untergrenze der Abkühlgeschwindigkeit noch nicht zur Kaltversprödung kommt, so lässt sich auch bei relativ niedrigen Abkühlgeschwindigkeiten ein rissfreies kaltgewalztes Stahlprodukt erzeugen. Vergeht jedoch zwischen der Warmbanderzeugung und dem Kaltwalzen ein längerer Zeitraum, wie beispielsweise viele Tage oder Wochen, so lässt sich ein in erfindungsgemäßer Weise erzeugtes, rissfreies Stahlband oder -blech für elektromagnetische Zwecke immer noch dadurch sicher erzeugen, dass die
Abkühlgeschwindigkeit ΔT/Δt mindestens 2000 °C/min beträgt. Durch eine derart hohe Abkühlgeschwindigkeit lassen sich die bei einer längeren Lagerzeit des Warmbands und einer langsamer erfolgenden Abkühlung zu erwartenden Versprödungseffekte sicher vermeiden.
Bevorzugt erfolgt die Wiedererwärmung des Vormaterials bei Temperaturen im Bereich von 1000 °C bis 1190 °C, um die Bildung von Feyalit sicher zu vermeiden.
Besonders gute elektromagnetische Eigenschaften des erhaltenen kaltgewalzten Elektroblechs stellen sich ein, wenn das gegebenenfalls vorgewalzte Vormaterial in maximal sieben Stichen bei einer Gesamtumformung von mehr als 90 % auf eine Warmbandenddicke des von höchstens 1,5 mm fertigwarmgewalzt wird. Dem gleichen Zweck dient es, wenn der Umformgrad beim Kaltwalzen größer 60 % jedoch kleiner als 82 %. ist.
Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, dass während des Kaltwalzens die von der Erfindung vorgegebene Obergrenze der Temperatur des verarbeiteten Bandes im Rahmen der fertigungsbedingt unvermeidbaren Toleranz eingehalten wird. Grundsätzlich ist daher günstig, wenn das Warmband zu Beginn des Kaltwalzens Raumtemperatur aufweist. Dabei sollte die in Folge des Eintrags an Verformungsenergie unvermeidbare Wärmeentwicklung während des Kaltwalzens bevorzugt so geführt werden, dass Temperaturen von < 200 °C nicht überschritten werden. Soll dennoch unter Berücksichtigung der eingangs erläuterten Forschungsergebnisse das Kaltwalzen bei erhöhten Temperaturen durchgeführt werden, so sollten diese im Bereich von 200 °C und 500 °C liegen. Die für das Vorerwärmen des Warmbands vor dem Warmwalzen vorgesehene Zeit sollte dabei auf weniger als 20 Minuten beschränkt sein, um andernfalls eintretende Gefügeveränderungen zu vermeiden. Diese ziehen Versprödungserscheinungen nach sich.
Die Erfindung eignet sich zur Erzeugung von im unteren Bereich der höchstsiliziumhaltigen Stähle angesiedelten, 4,0 - 5,0 Gew. -% Si enthaltenden Elektrobleche, für die Erzeugung von im mittleren Bereich der höchstsiliziumhaltigen Stähle angesiedelten, mehr als 5,0 Gew.-% Si enthaltenden Elektrobleche sowie zur Erzeugung von im oberen Bereich der höchstsiliziumhaltigen Stähle angesiedelten, 6,0 - 6,8 Gew.-% Si enthaltenden Elektrobleche. Dabei kann insbesondere bei den die höheren Si-Gehalte aufweisenden Legierungen der Gehalt an AI auf den Bereich der unvermeidbaren Verunreinigungen beschränkt sein.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Zum Nachweis der Wirkung der Erfindung wurden ein Stahl HiSi und ein Stahl LoSi erschmolzen und zu Brammen vergossen. Die Legierungen der Stähle HiSi und LoSi sind in Tabelle 1 angegeben.
Figure imgf000013_0001
Angaben in Gew.-% Tabelle 1
Die Brammen sind auf eine Wiedererwärmungstemperatur TR wiedererwärmt, vorgewalzt und in einer sieben Walzgerüste umfassenden Warmwalzstaffel bei einer Warmwalzendtemperatur TF zu einem Warmband mit einer Dicke WBD finalwarmgewalzt worden.
Nach dem Verlassen der Warmwalzstaffel ist das Warmband mit einer mindestens 400 °C/min betragenden
Abkühlgeschwindigkeit ΔT/Δt abgekühlt worden, sobald seine Temperatur Tc im Bereich von 750 °C bis 850 °C lag. Das derart auf Raumtemperatur abgekühlte Warmband ist anschließend einer mechanischen Vorbehandlung seiner Oberflächen unterzogen und dann gebeizt worden. Um den Einfluss einer Erwärmung des Warmbands vor dem Kaltwalzen nachzuweisen, sind ein Teil der in der voranstehend beschriebenen Weise erzeugten Warmbänder innerhalb einer Zeit tCR auf jeweils eine Temperatur TCR erwärmt worden.
Beim Kaltwalzen selbst sind Gesamtumformgrade ΔKw erzielt worden.
In Tabelle 2 sind für sechs erfindungsgemäß erzeugte Kaltbänder El bis E6 die im Zuge der Herstellung eingehaltenen Prozessparameter eingetragen.
Figure imgf000014_0001
*) RT = Raumtemperatur Tabelle 2
Mit diesen Beispielen ist belegt, dass trotz der hohen Siliziumgehalte beider verarbeiteter Stahllegierungen HiSi bzw. LoSi rissfreie Elektrobleche erzeugt werden können, solange die Wiedererwärmungstemperatur, die Warmwalzendtemperatur, die Temperatur, bei der die Abkühlung beginnt, die Abkühlgeschwindigkeit und die Temperatur beim Warmwalzen im von der Erfindung vorgegebenen Rahmen bleiben.
Um dies weiter zu verifizieren, sind aus der Legierung HiSi drei Kaltbänder VI bis V3 und aus der Legierung LoSi ein Kaltband V4 unter Anwendung der bei der Erzeugung der erfindungsgemäßen Proben El bis E6 angewendeten Verfahrensschritte, jedoch bei außerhalb der Vorgaben der Erfindung liegenden Prozessparametern hergestellt worden. Die betreffenden Parameter sind für die zum Vergleich hergestellten, nicht erfindungsgemäßen Kaltbänder VI bis V4 in Tabelle 3 eingetragen.
Figure imgf000015_0001
) RT = Raumtemperatur
**) Abbruch des Kaltwalzens wg. Rissbildung im ersten Stich
Tabelle 3
Es zeigte sich, dass schon eine Abweichung bei nur einem Verfahrensparameter dazu führt, dass kein rissfreies Kaltband mehr erzeugt werden kann. So führt bei der Vergleichsprobe VI schon die zu hohe Temperatur Tc, von der ausgehend die rasche Abkühlung erfolgte, bei im übrigen mit der erfindungsgemäßen Probe El im wesentlichen übereinstimmenden, innerhalb der Erfindung liegenden Parametern zur Rissbildung. Denselben Effekt hatten die zu niedrige Temperatur Tc bei der Vergleichsprobe V2 und die zu niedrige Abkühlgeschwindigkeit ΔT/Δt bei den Vergleichsproben V3, V4.

Claims

P A T E N TAN S P RÜ C H E
Kaltgewalztes Stahlband oder -blech in Dicken von < 0,70 mm für elektromagnetische Anwendungen, bestehend
- aus einem Stahl, der (in Gew.-%) C: < 0,01 %,
AI: < 2 %,
Mn: < 1 %,
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen, enthält und
- nach dem Erschmelzen zu einem Vormaterial, wie einer Bramme, einer Dünnbramme oder einem Dünnband, vergossen worden ist,
- welches anschließend auf eine Temperatur TR > 1000 °C durchgewärmt und
- bei einer Warmwalzendtemperatur TF von > 800 °C zu einem Warmband fertig warmgewalzt worden ist,
- das anschließend ausgehend von einer mindestens 750 °C jedoch weniger als 850 °C betragenden Temperatur Tc des Warmbands mit einer mindestens 400 °C/min betragenden Abkühlgeschwindigkeit ΔT/Δt auf eine weniger als 300 °C betragende Temperatur abgekühlt,
- nach dem Abkühlen einer Oberflächenbehandlung, wie mechanisches Entzundern und/oder Beizen, unterzogen,
- nach der Oberflächenbehandlung bei einer höchstens 500 °C betragenden Temperatur TCR kaltgewalzt und - schließlich schlussgeglüht worden ist.
2. Stahlband oder -blech nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Warmband zu Beginn des Kaltwalzens Raumtemperatur aufwies.
3. Stahlband oder -blech nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die beim Kaltwalzen erreichte Temperatur < 200 °C gewesen ist.
4. Stahlband oder -blech nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Warmband vor dem Warmwalzen innerhalb eines Zeitraums von weniger als 20 Minuten auf eine 200 °C bis 500 °C betragende Temperatur erwärmt worden ist und bei in diesem Temperaturbereich liegenden Temperaturen kaltgewalzt worden ist.
5. Stahlband oder -blech nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Schlussglühung in einer entkohlenden Atmosphäre erfolgt ist.
6. Stahlband oder -blech nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Schlussglühung in einer nichtentkohlenden Atmosphäre erfolgt ist.
7. Stahlband oder -blech nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s seine Dicke höchstens 0,35 mm beträgt.
8. Stahlband oder -blech nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Stahl 4,0 - 5,0 Gew.-% Si enthält.
9. Stahlband oder -blech nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Stahl > 5,0 - 6,8 Gew.-% Si enthält.
10. Stahlband nach Anspruch 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Stahl 6,0 - 6,8 Gew.-% Si enthält.
11. Verfahren zum Herstellen eines kaltgewalzten Stahlbands oder -blechs für elektromagnetische Anwendungen, bei dem folgende Schritte durchlaufen werden:
- Erschmelzen eines (in Gew.-%) C: < 0,01 %,
Si: 3,2 — / 'S,
AI: < 2 %,
Mn: < 1 %,
Rest Eisen und übliche Verunreinigungen enthaltenden Stahls,
- Vergießen des Stahls zu einem Vormaterial, wie einer Brammen, einer Dünnbrammen oder einem Dünnband, - Durchwärmen des Vormaterials auf eine Temperatur TR > 1000 °C,
- Fertigwarmwalzen des durchwärmten Vormaterial bei einer Warmwalzendtemperatur TF von > 800 °C zu einem Warmband,
- Abkühlen des Warmbands im Anschluss an das Fertigwarmwalzen ausgehend von einer mindestens 750 °C jedoch weniger als 850 °C betragenden Temperatur Tc des Warmbands mit einer mindestens
400 °C/min betragenden Abkühlgeschwindigkeit ΔT/Δt auf eine weniger als 300 °C betragende Temperatur,
- Oberflächenbehandeln des abgekühlten Warmbands,
- Kaltwalzen des oberflächenbehandelten Warmbands bei einer höchstens 500 °C betragenden Temperatur TCR und
- Schlussglühen des erhaltenen kaltgewalzten Stahlbands oder -blechs .
12. Verfahren nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Abkühlgeschwindigkeit ΔT/Δt > 2000 °C/min ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Wiedererwärmung des Vormaterials bei Temperaturen im Bereich von 1000 °C bis 1190 °C erfolgt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Vormaterial in maximal sieben Stichen bei einer GesamtUmformung von mehr als 90 % auf eine Dicke des Warmbands von höchstens 1,5 mm fertigwarmgewalzt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Umformgrad beim Kaltwalzen größer 60 % jedoch kleiner als 82 % ist.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das erhaltene kaltgewalzte Stahlband oder -blech eine Dicke von höchstens 0,35 mm aufweist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Warmband zu Beginn des Kaltwalzens Raumtemperatur aufweist.
18. Verfahren nach einem Ansprüche 11 bis 17, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Kaltwalzen bei Temperaturen durchgeführt wird, welche < 200 °C betragen.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Warmband vor dem Warmwalzen innerhalb eines Zeitraums von weniger als 20 Minuten auf eine 200 °C bis 500 °C betragende Temperatur erwärmt und bei in diesem Temperaturbereich liegenden Temperaturen kaltgewalzt wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 19, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Schlussglühung in einer entkohlenden Atmosphäre erfolgt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 20, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Schlussglühung in einer nichtentkohlenden Atmosphäre erfolgt.
22. Verfahren nach einem, der Ansprüche 11 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Stahl 4,0 - 5,0 Gew.-% Si enthält.
23. Verfahren nach Anspruch 11 bis 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Stahl >5,0 - 6,8 Gew.-% Si enthält.
24. Verfahren nach Anspruch 23, d a d r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Stahl 6,0 - 6,8 Gew.-% Si enthält.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 24, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Gehalt an AI auf den Bereich der unvermeidbaren Verunreinigungen beschränkt ist.
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