WO2003097884A1 - Nichtkornorientiertes elektroband oder -blech und verfahren zu seiner herstellung - Google Patents

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WO2003097884A1
WO2003097884A1 PCT/EP2003/005114 EP0305114W WO03097884A1 WO 2003097884 A1 WO2003097884 A1 WO 2003097884A1 EP 0305114 W EP0305114 W EP 0305114W WO 03097884 A1 WO03097884 A1 WO 03097884A1
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steel
hot rolling
hot
sheet
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PCT/EP2003/005114
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Brigitte Hammer
Karl Ernst Friedrich
Olaf Fischer
Jürgen Schneider
Carl-Dieter Wuppermann
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Thyssenkrupp Stahl Ag
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    • C21D8/0273—Final recrystallisation annealing

Definitions

  • the invention relates to a non-grain-oriented electrical sheet or strip and a method for producing such products.
  • non-grain-oriented electrical sheet here means electrical sheets falling under DIN EN 10106 (“final annealed electrical sheet”) and DIN EN 10165 (“non-final annealed electrical sheet”).
  • more anisotropic grades are included as long as they are not considered grain-oriented electrical sheets.
  • electrical sheet and “electrical steel” are used synonymously.
  • J2500 or "J5000” in the following denote the magnetic polarization at a magnetic field strength of 2500 A / m or 5000 A / m.
  • P 1.5 is understood to mean the loss of remagnetization with a polarization of 1.5 T and a frequency of 50 Hz.
  • a non-grain-oriented electrical sheet is finally produced by using ⁇ 0.025% C, ⁇ 0.1% Mn, 0.1 to 4.4% Si and 0.1 to 4.4% Steel material (AI in mass%) is first hot-rolled to a thickness of not less than 3.5 mm.
  • the hot strip obtained in this way is then cold-rolled without recrystallizing intermediate annealing with a degree of deformation of at least 86% and subjected to an annealing treatment.
  • the band produced according to the known method has a particularly high magnetic polarization of more than 1.7 T with a field strength J 2 soo of 2500 A / m and low magnetic reversal losses.
  • SI / cs 020172WO a large-scale production of the necessary safety to produce electrical sheets with a total content of more than 1.4% by mass of Si and Al non-grain-oriented electrical strips or sheets which, measured in the longitudinal direction of the strip, have a magnetic polarization J 2500 of> 1.7 T.
  • the values determined for J 2 soo in the transverse direction of the belt and the mixed values of J 2500 are always smaller than the values of J 2 soo measured in the belt direction.
  • the object of the invention now is to make starting quality of the above-mentioned prior art non-grain oriented electrical steels, as final annealed as well as can be produced without additional production effort so as not final annealed varieties that they improved a comparison with the previously achievable values have magnetic polarization and reduced magnetic reversal losses.
  • a non-grain-oriented electrical steel sheet or sheet with a nominal thickness of ⁇ 0.75 mm made from a steel which, in addition to iron, contains the usual unavoidable levels of impurities (for example S, Ti) and optionally available levels of Mo, Sb, Sn , Zn, W and / or V, (in mass%) C: ⁇ 0.005%, Mn: ⁇ 1.0%, P: ⁇ 0.8%, AI: ⁇ 1%
  • the steel used in accordance with the invention is composed in such a way that it does not have a purely austenitic structure at any time when it cools down from 1300 ° C.
  • the composition should be selected so that a temperature range is necessary during cooling, within which the steel structure consists of a mixture of ⁇ and ⁇ phases. It is regarded as a tolerable deviation from this regulation in the sense of the invention if pure austenite structure occurs over a maximum temperature range of 50 ° C. This means that in the event that a pure austenite structure is formed, a two-phase mixed structure must be present again after a temperature decrease of another 50 ° C at the latest.
  • the temperatures are preferably carried out in such a way that the critical temperature range is avoided.
  • the rewarming temperature of the slab in the conventional hot strip manufacturing process or the temperature of the thin slab during casting rolling or thin strip casting before hot rolling can be selected so that it lies above the two-phase area.
  • the hot rolling end temperature is> 800 ° C.
  • the coiling temperature at which the hot strip is rolled up after the hot rolling process should be ⁇ 650 ° C.
  • the hot rolling process usually comprises a final rolling (finished hot rolling) which takes place in a hot rolling mill comprising a plurality of roll stands.
  • the overall degree of deformation achieved in the course of the final rolling should be> 75%.
  • Electrical sheets that have magnetic polarization J 2 soo values of more than 1.74 T with particularly low losses P ⁇ , 5 of significantly less than 4 W / kg can be produced by the degree of deformation achieved in the course of the final rolling in the two-phase mixing area is at least 35%.
  • At least one of the last forming passes is hot-rolled with lubrication.
  • Hot rolling with lubrication results in less shear deformation on the one hand, so that the rolled strip as a result obtains a more homogeneous structure across the cross section.
  • the lubrication reduces the rolling forces so that a greater decrease in thickness is possible over the respective roll pass. It can therefore be advantageous if all the forming passes in the ferrite area are carried out with roll lubrication.
  • the final annealing of the electrical steel that has been cold-rolled from the hot strip can generally be carried out in a continuous process or in a hood furnace (final-annealed electrical steel).
  • the annealed strip can be reshaped after the annealing carried out in a continuous or bell-type furnace with a degree of deformation ⁇ 12% and then subjected to a reference annealing at temperatures above 700 ° C, so that a non-final annealed electrical steel strip is then obtained.
  • the attached diagram shows the phase diagram of a binary FeSi alloy. Analog diagrams apply to technical alloys, whereby the respective "temperatures” change compared to those in the binary alloy shown.
  • the line L 0 marking the lower limit of the sum "% Si + 2% A1" of the Si and Al contents of alloys processed according to the invention over a temperature range T s corresponds to the smaller amounts of the sum "% Si + 2 % A1 "extends the austenite phase region ⁇ in which pure austenite is formed.
  • the temperature difference, which lies between the upper intersection T s0 and the lower intersection T su of the line L 0 with the austenite phase region ⁇ , is less than 50 ° C.
  • the section A ⁇ cut off from the austenite phase region ⁇ from the line L D in the direction of the line L 0 thus represents the tolerance range enclosed by the two-phase mixing region ( ⁇ + ⁇ ), within which the embodiment of the invention forms pure Austenite may come.
  • each alloy according to the invention which has a value of its sum "% Si + 2% A1" lying between the lines L 0 and L 0 , passes through the two-phase mixing range ( ⁇ + ⁇ ) when it is cooled from an initial temperature below 1300 ° C. ,
  • the alloy of the steel S1 is chosen so that the structure of the steel S1 does not consist of pure austenite ⁇ at any time when it cools down from 1300 ° C.
  • steel S2 on the other hand, in the course of its cooling from the previously two-phase mixed structure ⁇ + ⁇ for a temperature range T s of less than 50 ° C, a briefly purely austentic structure is formed, which immediately changes again into two-phase mixed structure ⁇ + ⁇ when the temperature decreases further.
  • the slabs were then pre-rolled and, in the course of four different tests 1 to 4, with a hot-rolling start temperature, ran into a hot-rolling mill comprising seven rolling stands, in which they were each rolled into a hot strip.
  • test 1 the hot rolling starting temperature of four slabs Bl.l, B2.1, B3.1, B4.1 cast from steel S1 was so high when it entered the hot rolling mill that the steel had a two-phase mixed structure formed from austenite and ferrite. Are in the hot rolling season
  • the slabs Bl.l to Bl.4 were first rolled in the two-phase mixing area.
  • the degree of deformation achieved during rolling in the two-phase mixing area was 40% and the degree of forming in the ferrite area was 66%.
  • Table 2 shows the slabs Bl.l to B4.1 and the hot strips produced from them
  • SI / cs 020172WO had after their structure had previously passed through the two-phase mixing range ( ⁇ + ⁇ ) in the course of its cooling.
  • hot rolling in the hot rolling mill has been carried out exclusively in ferrite.
  • a total degree of forming Ug ⁇ of 80% was achieved.
  • the belt surface was lubricated during the second and third stitch.
  • Table 3 shows the final hot rolling temperature ET in ° C, the reel temperature HT in ° C and the reel holding time tH in min as well as the magnetic properties P 1 for the slabs B1.2 to B5.2 and the hot strips produced from them 5 in W / kg, J 250 o and J5000 in T.
  • the hot rolling starting temperature in test 3 was so high that the slabs Bl.3, B2.3, B3.3, B4.3 cast from steel S2 had a two-phase mixed structure formed from austenite and ferrite when they entered the hot rolling mill.
  • the slabs B1.3 to B .3 were therefore first rolled in the two-phase mixing area.
  • the degree of deformation Ug ⁇ / ⁇ achieved during this rolling was 70%.
  • Rolling in the two-phase mixing area was followed by rolling with a ferritic structure of the processed steel. In the course of this ferrite rolling, a degree of deformation Ug ⁇ of 33% was achieved.
  • the hot rolling starting temperature was chosen such that the three slabs B1.4, B2.4, B3.4 cast from steel S2 had a two-phase mixed structure formed from austenite and ferrite when they entered the hot rolling mill.
  • the slabs B1.4 to B3.4 were therefore also rolled in the two-phase mixing area.
  • a relatively low degree of deformation Ug ⁇ / ⁇ of 40% was observed.
  • Table 5 shows the slabs B1.4 to B3.4 and the hot strips produced from them
  • Table 6 shows the magnetic properties P 1 -5 in W / kg and J 2 500 and J5000 in T for two conventionally produced electrical sheets offered by the applicant under the trade names M 800-50 A and 530-50 AP specified, whose alloy with a Si content of 1.3 wt .-% is such that it has a pronounced austenite range in the course of its production.
  • the M 800-50 A electrical sheet has undergone standard production, while the 530-50 AP electrical sheet has been subjected to hot strip annealing in addition to the standard production steps.
  • Sl / cs 020172WO Hot rolling is carried out at least partially in the two-phase mixing area and an overall shape change ⁇ h of at least 35% is achieved.
  • Table 7 shows the magnetic properties P, 5 in W / kg and J 250 o and J5000 for an electrical sheet V.2, which was produced by the process described in DE 199 30 518 AI.
  • the special feature of this process is that during hot rolling at least the first forming pass is rolled in the austenite area and then one or more forming passes are carried out in the ferrite area with an overall shape change Sh of at least 45%.

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Abstract

Die Erfindung betrifft nicht kornorientierte Elektrobleche, die sowohl als schlussgeglühte als auch als nicht schlussgeglühte Sorten ohne zusätzlichen Fertigungsaufwand so hergestellt werden können, dass sie eine gegenüber den bisher erzielbaren Werten verbesserte magnetische Polarisation und verringerte Ummagnetisierungsverluste aufweisen. Dies wird dadurch erreicht, dass ein in geeigneter Weise zusammengesetzter Stahl bei seiner Abkühlung ausgehend von einer höchstens 1300 °C betragenden Anfangstemperatur unter im wesentlichen vollständigem Ausschluss eines rein austenitischen Gefüges (Ϝ-Phase) einen Temperaturbereich durchläuft, in welchem er ein Austenit/Ferrit-Zweiphasenmischgefüge (α-,Ϝ-Mischphasen) aufweist, so dass das Elektroblech nach einem Warmwalzen, Beizen, Kaltwalzen und Glühen des nach dem Warmwalzen erhaltenen Warmbands eine in Längsrichtung des Bandes oder Blechs bei einer magnetischen Feldstärke von 2500 A/m gemessene magnetische Polarisation J?2500&num;191 ≥ 1,74 T und einen in Längsrichtung des Bandes bei J = 1,5 T und einer Frequenz f = 50 Hz gemessenen Wert P1,5 (50) der magnetischen Verluste von < 4,5 W/kg besitzt.

Description

NICHTKORNORIENTIERTES ELEKTROBAND ODER -BLECH UND VERFAHREN
ZU SEINER HERSTELLUNG
Die Erfindung betrifft ein nichtkornorientiertes Elektroblech oder -band und ein Verfahren zum Herstellen derartiger Produkten.
Unter dem Begriff "nichtkornorientiertes Elektroblech" werden hier unter die DIN EN 10106 ("schlussgeglühtes Elektroblech") und DIN EN 10165 ("nicht schlussgeglühtes Elektroblech") fallende Elektrobleche verstanden. Darüber hinaus werden auch stärker anisotrope Sorten einbezogen, solange sie nicht als kornorientierte Elektrobleche gelten. Insoweit werden hier die Begriffe "Elektroblech" und "Elektroband" synonym verwendet.
"J2500" bzw. "J5000" bezeichnen im Folgenden die magnetische Polarisation bei einer magnetischen Feldstärke von 2500 A/m bzw. 5000 A/m. Unter "P 1,5" wird der Ummagnetisierungsverlust bei einer Polarisation von 1,5 T und einer Frequenz von 50 Hz verstanden.
Von der verarbeitenden Industrie wird die Forderung gestellt, nichtkornorietierte Elektrobleche zur Verfügung zu stellen, deren magnetische Polarisationswerte gegenüber herkömmlichen Blechen angehoben sind. Dies gilt insbesondere für den Bereich der Anwendungen, bei denen die elektrischen Maschinen elektrisch erregt werden. Durch die Erhöhung der magnetischen Polarisation wird der
SI /cs 020172 Magnetisierungsbedarf reduziert. Damit einhergehend gehen auch die Kupferverluste zurück, welche bei einer Vielzahl der elektrischen Maschinen einen wesentlichen Anteil an den beim Betrieb elektrischer Maschinen entstehenden Verlusten haben.
Der wirtschaftliche Wert nicht kornorientierter Elektrobleche mit erhöhter Permeabilität ist erheblich. Elektrische Maschinen mit elektrischer Erregung, speziell Industrieantriebe mit Leistungen, die 1 kW bis 100 kW und darüber hinaus betragen, stellen das Hauptanwendungsgebiet von nichtkornorientiertem Elektroblech dar.
Die Forderung nach höherpermeablen nichtkornorientierten Elektroblechsorten betrifft nicht nur nichtkornorientierte Elektrobleche mit hohen Verlusten (Pl,5 > 5 - 6 W/kg), sondern auch Bleche mit mittleren (3,5 W/kg < Pl,5 < 5,5 W/kg) und niedrigen Verlusten (Pl,5 < 3,5). Daher ist man bemüht, das gesamte Spektrum der schwach-, mittel- und hochsilizierten elektrotechnischen Stähle hinsichtlich seiner magnetischen Polarisationswerte zu verbessern. Dabei besitzen die Elektroblechsorten mit Si-Gehalten von bis zu 2,5 Masse-% Si im Hinblick auf ihr Marktpotential eine besondere Bedeutung.
Speziell Elektroblechsorten, die einen hohen Wert der magnetischen Polarisation J2soo bzw. J5000 bei gleichzeitig niedrigen Werten der Ummagnetisierungsverluste Pι,5 bei 50 Hz, vorteilhaft < 4 W/kg, sind von Intersee, da mit ihnen sowohl eine Reduzierung des magnetischen Erregerstroms im Falle der elektrisch erregten Maschinen als auch eine Reduzierung der Eisenverlsute gegenüber herkömmlichen Elektroblechsorten mit Pι,5 > 4 W/kg bei 50 Hz erfolgen kann.
SI/cs 020172 O Eine Reduzierung der Ummagnetisierungsverluste lässt sich durch eine Erhöhung des Si-Gehaltes erreichen. So stellen sich deutliche verminderte Verluste ein, wenn die aus dem Si-Gehalt und dem Zweifachen des Al-Gehalts gebildete Summe %Si + 2%A1 in für die Herstellung von Elektroblechen der in Rede stehenden Art verwendeten Stählen mehr als 1,4 % beträgt.
Es sind verschiedene Wege bekannt, wie derartig hohe Gehalte an Si und AI aufweisenden Elektroblechen hohe J2soo oder J5000 zu erreicht werden können. So ist in der EP 0 651 061 AI vorgeschlagen worden, zu diesem Zweck hohe Umformgrade beim Kaltwalzen zu erzielen, wobei dieses Kaltwalzen zweistufig mit Zwischenglühung durchgeführt werden kann. Ebenso ist es bekannt, dass durch ein Zwischenglühen des Warmbandes höherpermeable Elektroblechsorten erzeugt werden können (EP 0 469 980 Bl, DE 40 05 807 C2) . Gemäß dem aus der EP 0 431 502 A2 bekannten Verfahren wird schließlich ein nichtkornorientiertes Elektroblech hergestellt, indem ein < 0,025 % C, < 0,1 % Mn, 0,1 bis 4,4 % Si und 0,1 bis 4,4 % AI (Angaben in Masse-%) enthaltendes Stahlvormaterial zunächst auf eine Dicke von nicht weniger als 3,5 mm warmgewalzt wird. Anschließend wird das so erhaltene Warmband ohne rekristallisierendes Zwischenglühen mit einem Verformungsgrad von mindestens 86 % kaltgewalzt und einer Glühbehandlung unterzogen. Das gemäß dem bekannten Verfahren hergestellte Band weist eine besonders hohe magnetische Polarisation von mehr als 1,7 T bei einer Feldstärke J2soo von 2500 A/m und niedrige Ummagnetisierungsverluste auf.
In der Praxis zeigt sich allerdings, dass es mit den bekannten Maßnahmen jedoch nicht möglich ist, mit der für
SI/cs 020172WO eine großtechnische Herstellung notwendigen Sicherheit Elektrobleche mit in Summe mehr als 1,4 Masse-% betragenden Gehalten an Si und AI nichtkornorientierte Elektrobänder bzw. -bleche herzustellen, die in Längsrichtung des Bandes gemessen eine magnetische Polarisation J2500 von > 1, 7 T aufweisen. (Die für J2soo in Querrichtung des Bandes ermittelten Werte sowie die Mischwerte von J2500 sind stets kleiner als die Werte von J2soo gemessen in Bandrichtung.)
Verbesserungen in Bezug auf höhere Werte von J25oo lassen sich für den Fall des Einsatzes von hochsilizierten Legierungen sehr hoher Reinheit, speziell mit sehr geringem Si- und Ti-Gehalt bei gleichzeitig sehr geringem C-Gehalt erzielen. Jedoch erfordert dieser Weg zusätzliche Aufwendungen bei der Stahlerzeugung gegenüber den in der Praxis üblicherweise eingesetzten FeSi-Stählen.
Die Aufgabe der Erfindung bestand nun darin, ausgehend von dem voranstehend erwähnten Stand der Technik hochwertige nicht kornorientierte Elektrobleche herzustellen, die sowohl als schlussgeglühte als auch als nicht , schlussgeglühte Sorten ohne zusätzlichen Fertigungsaufwand so hergestellt werden können, dass sie eine gegenüber den bisher erzielbaren Werten verbesserte magnetische Polarisation und verringerte Ummagnetisierungsverluste aufweisen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein nichtkornorientiertes Elektroband oder -blech mit Nenndicken < 0,75 mm, hergestellt aus einem Stahl, der neben Eisen, den üblichen unvermeidbaren Gehalten an Verunreinigungen (beispielsweise S, Ti) und wahlweise vorhandenen Gehalten an Mo, Sb, Sn, Zn, W und / oder V, (in Masse-%) C: < 0,005 %, Mn: < 1,0 %, P: < 0,8 %, AI: < 1 %
' SI/cs 020172WO sowie Si mit der Maßgabe 1,4 % < %Si + 2 %A1 < 2,5 % (mit %Si = Si-Gehalt und %A1 = Al-Gehalt) enthält, wobei der so zusammengesetzte Stahl bei seiner Abkühlung ausgehend von einer höchstens 1300 °C betragenden Anfangstemperatur unter im Wesentlichen vollständigem Ausschluss eines rein austenitischen Gefüges (γ-Phase) einen Temperaturbereich durchläuft, in welchem er ein Austenit/Ferrit- Zweiphasenmischgefüge (α-,γ-Mischphasen) aufweist, so dass das Elektroblech nach einem Warmwalzen, Beizen, Kaltwalzen und Glühen des nach dem Warmwalzen erhaltenen Warmbands eine in Längsrichtung des Bandes oder Blechs bei einer magnetischen Feldstärke von 2500 A/m gemessene magnetische Polarisation J2500 ≥ 1,74 T und einen in Längsrichtung des Bandes bei J = 1,5 T und einer Frequenz f = 50 Hz gemessenen Wert Pι,s(50) der magnetischen Verluste von < 4,5 W/kg besitzt.
Die voranstehend angegebene Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Herstellung eines nach einem der voranstehenden Ansprüche beschaffenen nichtkornorientierten Elektrobandes oder -blechs gelöst, bei dem folgende Schritte durchlaufen werden:
- Vergießen eines Stahls, der neben Eisen, den üblichen unvermeidbaren Gehalten an Verunreinigungen (beispielsweise S, Ti) und wahlweise vorhandenen Gehalten an Mo, Sb, Sn, Zn, W und / oder V, (in Masse-%) C: < 0,005 %, Mn: ≤ 1,0 %, P: < 0,8 %, AI: < 1 % sowie Si mit der Maßgabe 1,4 % < %Si + 2 %A1 < 2,5 % (mit %Si = Si-Gehalt und %A1 = Al-Gehalt) enthält,, zu einem Vorprodukt, wie einer Bramme, einer Dünnbramme oder einem gegossenen Band,
SI/cs 020172WO - Verarbeiten des Vorprodukts zu einem Warmband in einem Warmwalzprozess bei Warmwalztemperaturen, die ausgehend von < 1300 °C so eingestellt werden, dass unter im Wesentlichen vollständigem Ausschluss eines rein austenitischen Gefüges (γ-Phase) ein Temperaturbereich durchlaufen wird, in welchem der verarbeitete Stahl ein Austenit/Ferrit-Zweiphasenmischgefüge (α-,γ-Mischphasen) sowie ein Ferritgebiet aufweist,
- so dass das Elektroband oder -blech nach einer ein Beizen umfassenden Oberflächenbehandlung, einem Kaltwalzen und einem Glühen des nach dem Warmwalzprozess erhaltenen Warmbands eine in Längsrichtung des Bandes oder Blechs bei einer magnetischen Feldstärke von
2500 Ä/m gemessene magnetische Polarisation J25 > 1,74 T und einen in Längsrichtung des Bandes bei J = 1,5 T und einer Frequenz f = 50 Hz gemessenen Wert Pι,s(50) der magnetischen Verluste von < 4,5 W/kg besitzt.
Überraschend hat sich gezeigt, dass sich durch die Auswahl einer geeignet zusammengesetzten Stahllegierung und die besondere Temperaturführung während der Warmprozessierung des aus dieser Stahllegierung gegossenen Vorproduktes ein Elektroblech herstellen lässt, dass gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbesserte Werte der magnetischen Verluste und der magnetischen Permeabilität besitzt. So kann bei erfindungsgemäß beschaffenen Elektroblechen .eine in Längsrichtung gemessene magnetische Polarisation J2soo von mindestens 1,74 T, im Speziellen sogar mindestens 1,76 T, gewährleistet werden. Ebenso können magnetische Verluste P ι,5 von weniger als 4,5 W/kg, speziell 4 W/kg, garantiert werden.
SI/cs 020172 O Voraussetzung ist dazu, dass der erfindungsgemäß verwendete Stahl so zusammengesetzt ist, dass er bei einer von 1300 °C ausgehenden Abkühlung zu möglichst keinem Zeitpunkt eine rein austenitische Gefügestruktur aufweist. Stattdessen ist die Zusammensetzung so zu wählen, dass bei der Abkühlung notwendig ein Temperaturgebiet durchlaufen wird, innerhalb dessen das Stahlgefüge aus einer Mischung von γ- und α- Phasen besteht. Als im Sinne der Erfindung noch tolerierbare Abweichung von dieser Vorschrift wird es dabei angesehen, wenn reines Austenitgefüge über eine Temperaturspanne von maximal 50 °C auftritt. Dies bedeutet, dass für den Fall, dass sich reines Austenitgefüge bildet, spätestens nach einer Temperaturabnahme um weitere 50 °C wieder Zweiphasenmischgefüge vorliegen uss.
Es konnte nachgewiesen werden, dass bei einer 50 °C über den Temperaturtoleranzbereich hinausgehenden Abweichung die durch die Erfindung erzielte Steigerung der Qualität von Elektroblechen nicht erreicht werden kann. Vorzugsweise werden daher während der Herstellung erfindungsgemäßen Elektrobands die Temperaturen so geführt, dass die kritische Temperaturspanne umgangen wird. Dazu kann beispielsweise die Wiedererwämungste peratur der Bramme im konventionellen Warmbandherstellungsprozess bzw. die Temperatur der Dünnbramme beim Gießwalzen oder Dünnbandgießen vor dem Warmwalzen so gewählt werden, dass sie oberhalb des Zweiphasengebietes liegt. Die Warmwalzendtemperatur beträgt > 800 °C.
Umfasst das Warmbandprozessing ein Haspeln, so sollte die Haspeltemperatur, mit der das Warmband nach dem Warmwalzprozess aufgehapselt wird, < 650 °C betragen.
SI/cs 020172WO Werden bei der Herstellung erfindungsgemäßer Elektrobleche Brammen oder Dünnbrammen größerer Dicke verarbeitet, so umfasst der Warmwalzprozess üblicherweise ein in einer mehrere Walzgerüste umfassenden Warmwalzstaffel erfolgendes Finalwalzen (Fertigwarmwalzen) . Um qualitativ besonders hochwertige Elektrobleche zu erzeugen, sollte der im Zuge des Finalwalzens erzielte Gesamtumformgrad > 75 % sein. Elektrobleche, die Werte der magnetischen Polarisation J2soo von mehr als 1,74 T bei besonders geringen Verlusten Pχ,5 von deutlich weniger als 4 W/kg aufweisen, lassen sich dabei dadurch erzeugen, dass der im Zuge des Finalwalzens im Zweiphasenmischgebiet erzielte Umformgrad mindestens 35 % beträgt.
Ebenso lassen sich Elektrobleche mit erfindungsgemäß guten Eigenschaften herstellen, wenn das jeweils warmgewalzte Vorprodukt vor seinem Eintritt in die Warmwalzstaffel unter Durchlauf des Zweiphasen ischgebiets soweit abgekühlt ist, dass das Finalwalzen beim Warmwalzen im wesentlichen bei ferritischem Gefüge des verarbeiteten Stahls stattfindet.
Vorzugsweise wird dann, wenn das Finalwalzen beim Warmwalzen bei sich im ferritischen Zustand befindenden Stahl durchgeführt wird, mindestens bei einem der letzten Umformstiche mit Schmierung warmgewalzt. Durch das Warmwalzen mit Schmierung treten einerseits geringere Scherverformungen auf, so dass das gewalzte Band im Ergebnis eine homogenere Struktur über den Querschnitt erhält. Andererseits werden durch die Schmierung die Walzkräfte vermindert, so dass über dem jeweiligen Walzstich eine höhere Dickenabnahme möglich ist. Daher kann es vorteilhaft sein, wenn sämtliche im Ferritgebiet erfolgende Umformstiche mit einer Walzschmierung durchgeführt werden.
SI/cs 020172WO Verbesserte Oberflächeneigenschaften erfindungsgemäßer Elektrobleche lassen sich dadurch erzielen, dass das Warmband im Zuge seiner Oberflächenbehandlung vor dem Beizen mechanisch entzundert wird.
Das Schlussglühen des aus dem Warmband fertig kaltgewalzten Elektroband kann grundsätzlich im Durchlauf oder im Haubenofen erfolgen (schlussgeglühtes Elektroband) . Alternativ kann das geglühte Band nach der im Durchlauf oder im Haubenofen durchgeführten Glühung mit einem Umformgrad < 12 % nachverformt und danach einer Referenzglühung bei Temperaturen oberhalb 700 °C unterzogen werden, so dass dann ein nicht schlussgeglühtes Elektroband erhalten wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Das beigefügte Diagramm zeigt das Phasendiagramm einer binären FeSi-Legierung. Analoge Diagramme gelten für technische Legierungen, wobei sich die jeweiligen "Temperaturen" gegenüber denen bei der dargestellten binären Legierung ändern.
In dem Diagramm sind die Gebiete, in denen eine rein ferritische (α) , eine rein austenitische (γ) bzw. eine aus Ferrit und Austenit gebildete Zweiphasenmischstruktur (γ+oc) vorliegt, in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur und der aus dem jeweiligen Si-Gehalt und dem Doppelten des Al- Gehalts des jeweils verarbeiteten Stahls gebildeten Summe "%Si + 2%A1" aufgetragen. Zusätzlich ist durch die parallel zur Achse der Temperaturen verlaufenden Linien Lσ, L0 der Bereich eingegrenzt, innerhalb dessen erfindungsgemäß ausgewählte Legierungen liegen.
SI/cs 020172 O Es zeigt sich, dass die die untere Grenze der Summe "%Si + 2%A1" der Si- und Al-Gehalte erfindungsgemäß verarbeiteter Legierungen markierende Linie L0 über eine Temperaturspanne Ts den sich zu geringeren Beträgen der Summe "%Si + 2%A1" erweiternden Austenitphasen-Bereich γ schneidet, in dem es zur Bildung von reinem Austenit kommt. Die Temperaturdifferenz, die zwischen dem oberen Schnittpunkt Ts0 und dem unteren Schnittpunkt Tsu der Linie L0 mit dem Austenitphasen-Bereich γ liegt, beträgt weniger als 50 °C. Der von dem Austenitphasen-Bereich γ von der Linie LD in Richtung der Linie L0 abgeschnittene Abschnitt Aτ stellt somit den vom Zweiphasenmisch-Bereich (γ+α) umschlossenen Toleranzbereich dar, innerhalb dessen es bei der Ausführung der Erfindung zur Bildung von reinem Austenit kommen darf.
Die die obere Grenze der Summe "%Si + 2%A1" der Si- und Al- Gehalte erfindungsgemäß verarbeiteter Legierungen markierende Linie L0 berührt dagegen gerade noch die Grenze des Zweiphasenmisch-Bereichs (γ+α) , innerhalb dessen Zweiphasenmischgefüge entsteht. Somit durchläuft jede erfindungsgemäße Legierung, die eine zwischen den Linien L0 und L0 liegenden Wert ihrer Summe "%Si + 2%A1" aufweist, bei einer Abkühlung von einer unterhalb 1300 °C liegenden Anfangstemperatur den Zweiphasenmisch-Bereich (γ+α) .
Zum Nachweis der Wirkung der Erfindung sind zwei Stähle Sl und S2 erschmolzen worden, deren Zusammensetzungen in Tabelle 1 angegeben sind (Angaben in Masse-%, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen) .
Figure imgf000011_0001
Sl/cs 020172 O
Figure imgf000012_0001
Tabelle 1
Die Legierung des Stahls Sl ist dabei so gewählt, dass das Gefüge des Stahls Sl bei dessen von 1300 °C ausgehenden Abkühlung zu keinem Zeitpunkt aus reinem Austenit γ besteht. Beim Stahl S2 entsteht dagegen im Zuge seiner Abkühlung aus dem zuvor zweiphasigen Mischgefüge γ+α für eine weniger als 50 °C betragende Temperaturspanne Ts kurzzeitig rein austentisches Gefüge, welches sich bei der weiteren Temperaturabnahme unmittelbar anschließend wieder in Zweiphasenmischgefüge γ+α wandelt.
Die Stähle Sl und S2 sind jeweils zu Brammen vergossen worden, welche anschließend auf eine unterhalb 1300 °C jedoch oberhalb der den Übergang zum Zweiphasenmisch- Bereich (γ+α) markierenden Grenztemperatur zum Übergang liegende Temperatur wiedererwärmt worden sind. Bei dieser Wiedererwärmungstemperatur besaßen die Brammen jeweils eine rein ferritische Gefügestruktur.
Anschließend sind die Brammen vorgewalzt worden und in Rahmen von vier unterschiedlichen Versuchen 1 bis 4 mit einer Warmwalzanfangstemperatur in eine sieben Walzgerüste umfassende Warmwalzstaffel eingelaufen, in der sie zu jeweils einem Warmband fertig gewalzt worden sind.
Beim Versuch 1 lag die Warmwalzanfangstemperatur von vier aus dem Stahl Sl gegossenen Brammen Bl.l, B2.1, B3.1, B4.1 beim Eintritt in die Warmwalzstaffel so hoch, dass der Stahl ein aus Austenit und Ferrit gebildetes Zweiphasenmischgefüge aufwies. In der Warmwalzstaffel sind
SI/cs 020172 O die Brammen Bl.l bis Bl.4 dementsprechend zunächst im Zweiphasenmischgebiet gewalzt worden.- Der während des Walzens im Zweiphasenmischgebiet erzielte Umformgrad betrug 40 % und der Umformgrad im Ferritgebiet 66 %.
An das Walzen im Zweiphasenmischgebiet schloss sich ein Walzen bei ferritischem Gefüge des verarbeiteten Stahls an. Im Zuge dieses Walzens im Ferritgebiet wurde ein Umformgrad von 66 % erreicht. Die aus den Brammen Bl.l bis Bl.4 fertig warmgewalzten Warmbänder verließen die Warmwalzstaffel mit einer Warmwalzendtemperatur ET und wurden bei einer Haspeltemperatur HT gehaspelt.
In Tabelle 2 sind für die Brammen Bl.l bis B4.1 bzw. die daraus erzeugten Warmbänder die jeweilige
Warmwalzendtemperatur ET in °C, die Haspeltemperatur HT in °C und die Haspel-Haltezeit tH in min sowie die magnetischen Eigenschaften Pι5 in W/kg, J2500 und J5000 jeweils in T angegeben. Darüber hinaus sind in Tabelle 2 für die Brammen Bl.l bis B4.1 die beim Walzen im Mischgebiet erzielten Umformgrade Ug γ/α und die beim Walzen im Ferritgebiet erzielten Umformgrade Ug α verzeichnet .
Figure imgf000013_0001
Tabelle 2, Versuch 1
Beim Versuch 2 lag die Warmwalzanfangstemperatur so niedrig, dass die fünf wiederum aus dem Stahl Sl gegossenen Brammen Bl .2 bis B5.2 eine rein ferritische Gefügestruktur
SI/cs 020172WO besaßen, nachdem ihr Gefüge im Zuge ihrer Abkühlung zuvor den Zweiphasenmisch-Bereich (γ+α) durchlaufen hatte. Demzufolge ist das Warmwalzen in der Warmwalzstaffel ausschließlich im Ferrit durchgeführt worden. Es wurde ein Gesamtumformgrad Ug α von 80 % erreicht. Dabei ist während des zweiten und dritten Stichs mit Schmierung der Bandoberfläche gearbeitet worden.
In Tabelle 3 sind für die Brammen B1.2 bis B5.2 bzw. die daraus erzeugten Warmbänder jeweils die jeweils eingehaltenen Warmwalzendtemperatur ET in °C, die Haspeltemperatur HT in °C und die Haspel-Haltezeit tH in min sowie die magnetischen Eigenschaften P1 5 in W/kg, J250o und J5000 in jeweils T angegeben.
Figure imgf000014_0001
Tabelle 3, Versuch 2
Wie beim Versuch 1 lag die Warmwalzanfangstemperatur beim Versuch 3 so hoch, dass die aus dem Stahl S2 gegossenen Brammen Bl.3, B2.3, B3.3, B4.3 beim Eintritt in die Warmwalzstaffel ein aus Austenit und Ferrit gebildetes Zweiphasenmischgefüge aufwiesen. In der Warmwalzstaffel sind die Brammen B1.3 bis B .3 daher zunächst im Zweiphasenmischgebiet gewalzt worden. Der während dieses Walzens erzielte Umformgrad Ug γ/α betrug 70 %. An das Walzen im Zweiphasenmischgebiet schloss sich ein Walzen bei ferritischem Gefüge des verarbeiteten Stahls an. Im Zuge dieses Ferrit-Walzens wurde ein Umformgrad Ug α von 33 % erreicht .
SI/cs 020172WO In Tabelle 4 sind für die Brammen Bl .3 bis B4.3 bzw. die daraus erzeugten Warmbänder die jeweilige
Warmwalzendtemperatur ET in °C, die Haspeltemperatur HT in °C und die Haspel-Haltezeit tH in min sowie die magnetischen Eigenschaften P1|5 in W/kg, J2500 und J5000 in jeweils T angegeben.
Figure imgf000015_0001
Tabelle 4, Versuch 3
Auch beim Versuch 4 wurde die Warmwalzanfangstemperatur so gewählt, dass die drei aus dem Stahl S2 gegossenen Brammen B1.4, B2.4, B3.4 beim Eintritt in die Warmwalzstaffel ein aus Austenit und Ferrit gebildetes Zweiphasenmischgefüge aufwiesen. In der Warmwalzstaffel sind die Brammen B1.4 bis B3.4 daher zunächst ebenfalls im Zweiphasenmischgebiet gewalzt worden. Im Gegensatz zum Versuch 3 wurde dabei jedoch ein relativ niedriger Umformgrad Ug γ/α von 40 % eingehalten.
An das Walzen im Zweiphasenmischgebiet schloss sich ein Walzen bei ferritischem Gefüge des verarbeiteten Stahls an. Im Zuge dieses Ferrit-Walzens wurde ein Umformgrad Ug α von 66 % erreicht. Dabei erfolgten der zweite und der dritte Stich unter Schmierung der Bandoberfläche. Die fertig warmgewalzten Warmbänder verließen die Warmwalzstaffel mit einer Warmwalzendtemperatur ET und wurden bei einer Haspeltemperatur HT gehaspelt.
In Tabelle 5 sind für die Brammen B1.4 bis B3.4 bzw. die daraus erzeugten Warmbänder die jeweilige
SI/cs 020172 O Warmwalzendtemperatur ET in °C, die Haspeltemperatur HT in °C und die Haspel-Haltezeit tH in min sowie die magnetischen Eigenschaften P1/5 in W/kg, J250o und J50oo in T angegeben.
Figure imgf000016_0001
Tabelle 5, Versuch 4
In Tabelle 6 sind zum Vergleich die magnetischen Eigenschaften P1-5 in W/kg sowie J2500 und J5000 jeweils in T für zwei konventionell erzeugte, unter der Handelsbezeichnung M 800-50 A bzw. 530-50 AP von der Anmelderin angebotene Elektrobleche angegeben, deren Legierung mit einem Si-Gehalt von 1,3 Gew.-% so beschaffen ist, dass sie im Zuge seiner Erzeugung einen ausgeprägten Austenitbereich aufweist. Das Elektroblech M 800-50 A hat dabei eine Standardfertigung durchlaufen, während das Elektroblech 530-50 AP zusätzlich zu den Arbeitsschritten der Standardfertigung einer Warmbandhaubenglühung unterzogen worden ist.
Figure imgf000016_0002
Tabelle 6, Vergleichsbeispiel
In Tabelle 7 sind ebenfalls zum Vergleich die magnetischen Eigenschaften Plf5 in W/kg sowie J25oo und J5000 für ein Elektroblech V.l angegeben, das nach dem in der DE 199 30 519 AI beschriebenen Verfahren erzeugt worden ist. Die Besonderheit dieses Verfahrens besteht darin, dass das
Sl/cs 020172WO Warmwalzen mindestens teilweise im Zweiphasenmischgebiet durchgeführt wird und dabei eine Gesamtformänderung εh von mindestens 35 % erreicht wird.
Zusätzlich sind in Tabelle 7 die magnetischen Eigenschaften Pι,5 in W/kg sowie J250o und J5000 für ein Elektroblech V.2 angegeben, das nach dem in der DE 199 30 518 AI beschriebenen Verfahren erzeugt worden ist. Die Besonderheit dieses Verfahrens besteht darin, dass während des Warmwalzens mindestens der erste Umformstich im Austenitgebiet gewalzt wird und anschließend mit einer Gesamtformänderung Sh von mindestens 45 % ein oder mehrere Umformstiche im Ferritgebiet durchgeführt werden.
Figure imgf000017_0001
Tabelle 7, Vergleichsbeispiel
Es zeigt sich, dass weder die konventionell erzeugten Elektroblechgüten M 800-50 A oder 540-50 AP noch die Vergleichsbleche VI.1 und VI .2 die magnetischen Werte, die erfindungsgemäße Produkte aufweisen und die sich bei erfindungsgemäßer Vorgehensweise gezielt erreichen lassen, auch dann nicht erreichen, wenn über die konventionelle Herstellweise hinausgehende Maßnahmen beim Warmwalzen ergriffen werden.
SI/cs 020172WO

Claims

PA T E N TAN S P RÜ C H E
Nichtkornorientiertes Elektroband oder -blech mit Nenndicken < 0,75 mm, hergestellt aus einem Stahl, der neben Eisen, den üblichen unvermeidbaren Gehalten an Verunreinigungen und wahlweise vorhandenen Gehalten an Mo, Sb, Sn, Zn, W und/oder V, (in Masse-%) C: < 0,005 %, Mn: < 1,0 %, P: < 0,8 %, AI: < 1 % sowie
Si mit der Maßgabe 1,4 % < %Si + 2 %A1 < 2,5 % (mit %Si = Si-Gehalt und %A1 = Al-Gehalt) enthält, wobei der so zusammengesetzte Stahl bei seiner Abkühlung ausgehend von einer höchstens 1300 °C betragenden Anfangstemperatur unter im wesentlichen vollständigem Ausschluss eines rein austenitischen Gefüges (γ-Phase) einen Temperaturbereich durchläuft, in welchem er ein Austenit/Ferrit-
Zweiphasenmischgefüge (α-,γ-Mischphasen) aufweist, so dass das Elektroblech nach einem Warmwalzen, Beizen, Kaltwalzen und Glühen des nach dem Warmwalzen erhaltenen Warmbands eine in Längsrichtung des Bandes oder Blechs bei einer magnetischen Feldstärke von 2500 A/m gemessene magnetische Polarisation J2soo ≥ 1,74 T und einen in Längsrichtung des Bandes bei J = 1,5 T und einer Frequenz f = 50 Hz gemessenen Wert Pι,s(50) der magnetischen Verluste von < 4,5 W/kg besitzt.
SI/cs 020172
2. Nichtkornorientiertes Elektroband 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 der Temperaturbereich, in dem während Warmwalzens in dem Stahl ein ausschließlich austenitisches Gefüge (γ- Phase) auftritt, auf eine weniger als 50 °C große Temperaturspanne beschränkt ist.
3. Nichtkornorientiertes Elektroband 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 in Längsrichtung gemessene magnetische Polarisation J25oo ≥ 1,76 T beträgt.
4. Verfahren zur Herstellung eines nach einem der voranstehenden Ansprüche beschaffenen nichtkornorientierten Elektrobandes oder -blechs, umfassend folgende Schritte:
- Vergießen eines Stahls, der neben Eisen, unvermeidbaren Verunreinigungen und wahlweise vorhandenen Gehalten an Mo, Sb, Sn, Zn, W und/oder V, (in Masse-%) C: < 0,005 %, Mn: < 1,0 %, P: < 0,8 %, AI: < 1 % sowie Si mit der Maßgabe 1,4 % < %Si + 2 %A1 < 2,5 % (mit %Si = Si-Gehalt und %A1 = Al- Gehalt) enthält, zu einem Vorprodukt, wie einer Bramme, einer Dünnbramme oder einem gegossenen Band,
- Verarbeiten des Vorprodukts zu einem Warmband in einem- Warmwalzprozess bei Warmwalztemperaturen, die ausgehend von < 1300 °C so eingestellt werden, dass
SI/cs 020172 O unter im wesentlichen vollständigem Ausschluss eines rein austenitischen Gefüges (γ-Phase) ein Temperaturbereich durchlaufen wird, in welchem der verarbeitete Stahl ein Austenit/Ferrit- Zweiphasenmischgefüge (α-,γ-Mischphasen) aufweist,
- so dass das Elektroband oder -blech nach einer ein Beizen umfassenden Oberflächenbehandlung, einem Kaltwalzen und einem Glühen des nach dem Warmwalzprozess erhaltenen Warmbands eine in Längsrichtung des Bandes oder Blechs bei einer magnetischen Feldstärke von 2500 A/m gemessene magnetische Polarisation J2500 ≥ 1,74 T und einen in Längsrichtung des Bandes bei J = 1,5 T und einer Frequenz f = 50 Hz gemessenen Wert Pι,s(50) der magnetischen Verluste von < 4,5 W/kg besitzt.
5. Verfahren nach Anspruch 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 Spanne des Temperaturbereichs, innerhalb dessen der verarbeitete Stahl ein rein austenitisches Gefüge (γ-Phase) besitzt, weniger als 50 °C groß ist, und d a s s die Temperaturen während des Warmwalzprozesses unter Umgehung dieser Temperaturspanne geführt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, 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 Temperatur des Vorprodukts vor dem Beginn des Warmwalzprozesses bis 1150 °C reicht.
Verfahren nach Anspruch 6, 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
ΞI/cs 020172WO Warmwalzprozess erreichte Endwalztemperatur > 800 °C ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 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 die Haspeltemperatur, mit der das Warmband nach dem Warmwalzprozess aufgehapselt wird, < 650 °C beträgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, 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 Warmwalzprozess ein in einer mehrere Walzgerüste umfassenden Warmwalzstaffel erfolgendes Finalwalzen umfasst .
10. 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 der im Zuge des Finalwalzens erzielte Gesamtumformgrad > 75 % ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, 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 im Zuge des Finalwalzens im Zweiphasenmischgebiet erzielte Umformgrad < 45 % ist.
12. Verfahren nach Anspruch 10, 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 im Zuge des Finalwalzens im Zweiphasenmischgebiet erzielte Umformgrad mindestens 35 % beträgt.
13. Verfahren 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 das Finalwalzen
SI/cs 020172 O ausschließlich bei Temperaturen erfolgt, in denen der jeweils verarbeitete Stahl auschließlich ein Ferrit- Gefüge aufweist.
14. Verfahren nach Anspruch 9 und einem der Ansprüche 12 oder 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 die bei ferritschem Gefüge des verarbeiteten Stahls durchgeführten Warmwalzstiche mit Schmierung erfolgen.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 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 das Warmband im Zuge seiner Oberflächenbehandlung vor dem Beizen mechanisch entzundert wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 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 nach dem Kaltwalzen erhaltene Kaltband einer Glühung in einem Durchlaufofen unterzogen wird.
17. Verfahren nach Anspruch 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 die Glühung in einer nicht entkohlenden Atmosphäre erfolgt.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 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 nach dem Kaltwalzen erhaltene Kaltband einer Glühung in einem Haubenglühofen unterzogen wird
SI/cs 020172WO
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 18, 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 geglühte Band mit einem Umformgrad < 12 % nachverformt und danach einer Referenzglühung bei Temperaturen oberhalb 700 °C unterzogen wird, so dass ein schlussgeglühtes Elektrobrand erhalten wird.
SI/cs 020172WO
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