WO2019096734A1 - Kornorientiertes elektroband und verfahren zur herstellung eines solchen elektrobands - Google Patents

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WO2019096734A1
WO2019096734A1 PCT/EP2018/080925 EP2018080925W WO2019096734A1 WO 2019096734 A1 WO2019096734 A1 WO 2019096734A1 EP 2018080925 W EP2018080925 W EP 2018080925W WO 2019096734 A1 WO2019096734 A1 WO 2019096734A1
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cold
grain
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Christian Hecht
Carsten Schepers
Andreas Allwardt
Ludger Lahn
Heiner Schrapers
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Thyssenkrupp Electrical Steel Gmbh
Thyssenkrupp Ag
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    • C21D8/1288—Application of a tension-inducing coating

Definitions

  • the present invention relates to a grain-oriented electrical steel, wherein during its production, a high-temperature annealing in a
  • EP 1 025 268 B1 discloses a method for the production of grain-oriented electrical steel sheet, which after a hot rolling step and a
  • Cold rolling step recrystallizing and decarburizing is annealed, then provided with a Glühseparator and finally final annealing.
  • the setting of a specific annealing atmosphere is not disclosed in this document.
  • WO 2017/037019 A1 likewise discloses a method for the production of grain-oriented electrical steel strip.
  • This method comprises an annealing step after the cold rolling of the electrical strip, in which an oxide layer is formed on the surface. This oxide layer is examined by FTIR spectroscopy. From the FTIR investigation it is then determined how the Area ratio between Fe 2 SiO 4 and ⁇ SiO 2 in the layer.
  • a certain ratio of the maximum temperature attained in the annealing step and the dew point of the atmosphere in the annealing step is to be maintained.
  • EP 1752548 A1 and EP 1752549 A1 disclose processes for the production of grain-oriented electrical steel. These methods also each comprise an annealing step in which the cold-rolled electrical steel is annealed recrystallizing and decarburizing, and which preferably takes place in an ammonia atmosphere.
  • the control of the nitridic phase during the annealing is important because it already at temperatures below the secondary crystallization temperature with the
  • Annealing atmosphere can interact. Too low of a nitridic phase will result in too low an inhibitory effect and, consequently, in higher core losses, while an over-adjusted nitridic phase may both shift the secondary crystallization temperature above the inhibitor dissolution temperature and produce an inhomogeneous forsterite layer, resulting in unfavorable
  • the object of the present invention is therefore to a
  • Tensile stress of the insulating layer according to Stones formula has. Furthermore It is an object of the present invention to provide a method of making a corresponding grain oriented electrical tape.
  • DP means dew point in ° C.
  • a method for producing a grain-oriented electrical tape comprising at least the following steps:
  • step (G) annealing the cold strip from step (F) at a temperature of 700 to 900
  • step (K) optional final annealing of the cold strip, characterized in that step (G) takes place at a dew point DP, which is set according to the following formula (1):
  • N (melt) nitrogen content in the melt in ppm and DP means dew point in ° C.
  • electrical steel is understood to mean an electrical steel produced by rolling suitably composed steel and blanks divided therefrom and intended for the production of parts for electrotechnical applications.
  • Grain-oriented electrical tapes of the type in question are particularly suitable for applications in which a particularly low loss of magnetization is in the foreground and high demands are placed on the permeability or polarization. Such requirements exist in particular for parts for
  • the method according to the invention may comprise, in addition to the further steps explicitly described herein, which are carried out in the conventional production of electrical tapes in order to achieve optimized magnetic properties or properties which are important for practical use. These include, for example, reheating the precursor obtained after the casting of the steel, descaling the hot strip prior to cold rolling, or in the case of multi-stage cold rolling, performing each in a conventional manner between the cold rolling stages
  • Step (A) of the process according to the invention comprises the melting of a molten steel containing (in each case in% by weight)
  • N up to 0.02 N, optionally each up to 0.5 Cu, up to 0.060 S and also optionally up to 0.3 Cr, Mn, Ni, Mo, P, As, Sn, Sb, Se, Te, B or Bi, the remainder iron and contains unavoidable impurities,
  • step (A) of the process according to the invention preference is given to
  • Molten steel melt containing (in wt .-%) 2 to 4 Si, 0.01 to 0.1 C, 0.01 to 0.065 Al and 0.002 to 0.02 N, and in each case optionally 0.005 to 0.5 Cu, 0.005 to 0.060 S and also optionally each 0 to 0.3 Cr, Mn, Ni, Mo, P, As, Sn, Sb, Se, Te, B or Bi, the remainder contains iron and unavoidable impurities.
  • Step (A) of the process according to the invention can be carried out by all methods known to the person skilled in the art.
  • a molten steel of known composition is preferably melted.
  • This melt is then treated by secondary metallurgy.
  • This treatment is first preferably carried out in a vacuum plant to adjust the chemical composition of the steel to the required narrow analytical margins and preferably to achieve low hydrogen contents of at most 10 ppm in order to minimize the risk of strand breakage during casting of molten steel.
  • step (A) the use of a ladle furnace for slag conditioning would also be possible, followed by treatment in a vacuum system for adjusting the chemical composition of the slag Molten steel in narrow analytical limits.
  • this combination is associated with the disadvantage that in the case of casting delays the
  • step (A) it is also possible in step (A) to use only the ladle furnace.
  • this has the disadvantage that the analysis accuracy is not as good as in the treatment in a vacuum system and also high
  • Hydrogen contents in the casting melt can occur with the risk of strand breakthroughs.
  • step (A) it is further preferred in step (A) to use only the vacuum system.
  • this involves the risk that, in the case of casting delays, the temperature of the melt drops to such an extent that the molten steel can no longer be cast.
  • Step (B) of the method according to the invention comprises pouring the molten steel into a starting material, for example into a slab,
  • Thin slab or a cast strip Thin slab or a cast strip.
  • step (B) of the process according to the invention the molten steel produced in step (A) is then cast into a starting material.
  • This starting material may according to the invention be for example a slab, a thin slab or a cast strip.
  • a strand is first produced from the melt by casting.
  • a strand is preferably poured for this purpose, which has a thickness of, for example, 25 mm to 150 mm.
  • the aim is to avoid the formation of nitridic precipitates prior to hot rolling and during hot rolling as much as possible in order to make extensive use of the possibility of a controlled production of such precipitates during the cooling of the hot strip.
  • LCR Liquid Core Reduction
  • SR Soft Reduction
  • Thickness reduction of a cast strand can be used alone or in combination.
  • the strand thickness is reduced at the core liquid inside the strand just below the mold.
  • LCR is used in the prior art in thin slab continuous casters primarily to achieve lower hot strip thicknesses, especially for higher strength steels.
  • LCR can reduce the reduction in the number of passes or the rolling forces in the rolling mills of the hot strip mill with the result that the work roll wear of the rolling mills and the scale porosity of the rolling mills
  • Hot bands can be reduced and the tape can be improved.
  • the thickness reduction achieved by LCR according to the invention is preferably in the range of 5 mm to 30 mm.
  • SR is meant the targeted reduction in thickness of the strand in the swamp tip near Enderstarrung.
  • the SR aims to reduce mitigation and core porosity.
  • the achievable by the SR reduction, in particular the silicon Mitsenigerung in the subsequently hot-rolled precursors allows a homogenization of the chemical
  • thin slabs are preferably produced in step (B) of the process according to the invention.
  • the usually emerging from the casting mold strand is bent at lower points and guided in a horizontal direction.
  • the strand cast from the melt at a temperature of 700 to 1000 ° C, preferably 850 to 950 ° C, bent and directed, cracks can be avoided on the surface of the separated from the strand thin slabs which may otherwise be due, in particular, to edge cracks in the strand.
  • the steel used according to the invention has a good ductility at the strand surface or in the edge region, so that it can follow well the deformations occurring during bending and straightening. Of the thus cast strand thin slabs are divided in a conventional manner.
  • Step (C) of the process according to the invention comprises hot rolling of the starting material from step (B), in particular of the produced thin slabs, into a hot strip.
  • the starting material obtained in step (B), in particular a thin slab is preferably heated in an oven to the appropriate hot rolling start temperature and then fed to hot rolling.
  • the temperature at which the starting material, in particular a thin slab, enter the furnace is preferably above 650 ° C.
  • the residence time in the oven should be less than 60 minutes in order to avoid adhesive scale.
  • the hot rolling is preferably carried out in step (C) following the first forming pass in the two-phase region (a / g). Also, this measure has the goal of reducing the formation of nitridic precipitates in the course of hot rolling as far as possible in order to control these excretions via the cooling conditions on the outlet roller table behind the last
  • the AIN is kept in solution at these temperatures.
  • Another positive aspect of hot rolling in the two-phase mixed area is the grain refining effect.
  • End product affects. Furthermore, the avoidance of nitridic precipitations during hot rolling is further supported, for example, in that a degree of deformation of at least 40% is achieved in the first forming pass, in order to have only relatively small stitch reductions in the last stands for achieving the desired end strip thickness. In this respect, therefore, preferred is the scored over the first two Umformstiche
  • the reduction in stitching in the last stand should preferably be limited to a maximum of 30%, more preferably less than 20%, and it is also favorable for an optimum warm rolling result in view of the desired properties if the reduction in the penultimate stand of the finishing train is less than 25 % is.
  • Hot strip precipitations which would adversely affect the magnetic properties of the final product, benefit from early cooling of the hot strip behind the last mill stand of the finishing train. According to a practical embodiment of the invention, it is therefore preferable to start with the water cooling within a maximum of five seconds after leaving the last mill stand.
  • the aim is to have the shortest possible break times, for example, of one second and less.
  • the cooling of the hot strip can be known to the expert
  • Step (D) of the process of the invention comprises coiling the hot strip obtained in step (C) into a coil.
  • Corresponding methods for coiling a hot strip are known per se to those skilled in the art.
  • the reel temperature should preferably be in the temperature range of 500 to 780 ° C. Overlying temperatures would on the one hand lead to undesirably coarse precipitates and on the other hand the Beizbarkeit
  • a so-called short-distance reel is preferably used, which is arranged directly after the compact cooling zone.
  • inventive method in the production of the hot strip is preferably carried out so that the resulting hot strip sulfidic and / or nitridic precipitates having an average particle diameter less than 150 nm and an average density of at least 0.05 mhT 2 is achieved.
  • Such a hot strip has optimal conditions for the effective control of grain growth during the subsequent process steps.
  • the thickness of the hot strip obtained according to the invention is preferably 1.5 to 3.5 mm, more preferably 2 to 2.7 mm.
  • the hot strip thus produced can optionally be annealed after reeling or before cold rolling.
  • step (F) the hot strip is rolled in one or more cold rolling steps to a cold strip.
  • step (F) the hot strip is rolled in one or more cold rolling steps to a cold strip.
  • multi-stage cold rolling between the cold rolling steps
  • the thickness of the cold strip obtained according to the invention is preferably 0.10 to 0.35 mm, more preferably 0.15 to 0.23 mm.
  • Step (G) of the process according to the invention comprises annealing the cold strip from step (F) at a temperature of 700 to 900 ° C, step (G) taking place at a dew point DP, which is set according to the following formula (1):
  • DP means dew point in ° C.
  • the annealing in step (G) is preferably carried out in an atmosphere in which the dew point DP indicated in ° C, the above
  • Equation (1) corresponds.
  • Al sl means the content of aluminum in the melt, which has been used in step (A) of the method according to the invention.
  • the unit of Al s) is ppm.
  • values for Al sl are preferably 100 to 650 ppm, particularly preferably 150 to 550 ppm, very particularly preferably 200 to 400 ppm.
  • N (melt) means the nitrogen content in the melt which has been used in step (A) of the process according to the invention.
  • the unit of N (melt) is ppm.
  • Values for N (melt) according to the invention are preferably from 20 to 200 ppm, particularly preferably from 40 to 150 ppm, very particularly preferably from 60 to 120 ppm).
  • the present invention preferably relates to the process according to the invention, wherein step (G) takes place at a dew point DP of from 20 to 90 ° C., more preferably from 30 to 70 ° C.
  • the nitrogen concentration N in the material results after step (G) according to equation (2).
  • N means the nitrogen content in the material after process step G in ppm.
  • the unit of N is ppm.
  • the nitrogen content N is preferably from 70 to 180 ppm, more preferably from 90 to 160 ppm.
  • step (G) of the process according to the invention is preferably a
  • Stoney-type insulation layer of at least 6 MPa normalized to a material thickness of 0.30 mm, to achieve with simple application, which would otherwise only be possible, as known in the art, with multiple application.
  • the present invention therefore preferably relates to the grain-oriented electrical strip according to the invention, wherein it is a simple application of a
  • Insulating layer allows a tensile stress of the insulating layer according to Stoney formula of at least 6 MPa, normalized to a material thickness of 0.30 mm.
  • the determination of the insulation voltage according to Stoney can be carried out according to EP 2 022 874 A1.
  • the grain-oriented electrical strip according to the invention has a particularly good adhesion of the forsterite layer (magnesium silicate layer) which is formed in step (I) of the method according to the invention.
  • This can be detected by a DRIFT spectrum of the magnesium silicate layer, preferably containing at least one peak in the range 960 to 975 cm 1 (A) and at least one peak in the range of 976 to 990 cm -1 , more preferably, the peak height of the at least one peak in the region (A) is higher than the peak height of the at least one peak in the region (B).
  • an annealing separator layer may be applied to at least one surface of the cold strip of step (G), preferably such an annealing separator layer is applied to both surfaces of the cold strip of step (G).
  • the annealing separator is typically MgO.
  • Annealing separator prevents the turns of a coil wound from the cold strip from welding together during subsequent high-temperature annealing.
  • Step (I) of the method according to the invention comprises
  • Al sl Aiuminiumgehalt (acid-soluble) in the melt in ppm
  • N mean nitrogen content in ppm.
  • Step (G) of the method according to the invention is under certain
  • Step (I) of the process according to the invention is typically carried out in a hood furnace under protective gas.
  • selective texture growth in the cold strip results in a structural texture which contributes significantly to the magnetic properties.
  • a forsterite layer is formed on the strip surfaces, often referred to in technical literature as "glass film.”
  • the steel material is cleaned by diffusion processes occurring during the high-temperature annealing.
  • the optional step (J) of the method according to the invention comprises applying an insulating layer to the surface of the cold strip having the forsterite layer.
  • Suitable materials which can act as an insulating layer are, for example, phosphates, silicates or mixtures of these,
  • step (J) of the method according to the invention characterized in that in the high temperature treatment in step (!) A certain nitrogen content has been set, it is possible in step (J) of the method according to the invention to apply in a single pass a thicker and more uniform insulation layer.
  • the present invention therefore preferably relates to
  • step (J) an insulating layer is applied in a single pass, and thereby further preferably a tensile stress of the insulating layer according to Stoney formula of at least 6 MPa normalized to a material thickness of 0.30 mm is obtained.
  • step (J) of the method according to the invention can be thermally directed. Corresponding methods for this purpose are likewise known to the person skilled in the art.
  • the optional step (K) of the process according to the invention comprises a final annealing of the cold strip according to the invention. In the so-called “stress relief annealing", the cold strip is stress relieved. This final annealing can be carried out before or after the assembly of the steel flat product produced in the manner described above into the blanks required for further processing.
  • Final annealing which is carried out after the blanks have been cut, may be supplemented by the additional costs incurred during the division process
  • grain-oriented electrical steel can be achieved with a tensile stress isolation of the insulating layer according to Stoney formula of at least 6 MPa, normalized to a material thickness of 0.30 mm, with simple application.
  • the invention therefore also relates to a grain-oriented electrical steel which can be produced by the process according to the invention.
  • the present invention preferably relates to the invention
  • Nitrogen content N which is calculated according to the following equation (1):
  • N mean nitrogen content in ppm.
  • the grain-oriented electrical strip preferred according to the invention is preferably subjected to high-temperature annealing during its production.
  • this high-temperature annealing care must be taken in accordance with the invention that the electrical steel has a nitrogen content in accordance with equation (1) in a temperature range from 700 to 900 ° C.
  • the electrical steel according to the invention receives surprising technical properties.
  • the grain-oriented electrical strip according to the invention has a glass film (magnesium silicate layer) with an advantageous
  • the grain-oriented electrical strip according to the present invention preferably has a magnesium silicate layer on at least one surface, wherein in a DRIFT spectrum of the magnesium silicate layer at least one peak in the range 960 to 975 cm 1 (A) and at least one peak in the range of 976 to 990 cm 1 , wherein the peak height of the at least one peak in the region (A) is higher than the peak height of the at least one peak in the region (B).
  • DRIFT Diffuse Reflection Fourier Transform Infrared Spectroscopy
  • an IR light beam is directed onto the sample surface by means of concave mirrors and the reflected light is also detected by means of concave mirrors, see, for example, Beasley et al., "Comparison of Transmission FTIR, ATR and DRIFT sprecta ", Journal of Archeological Science, Vol. 46, June 2014, pages 16 to 2).
  • This allows the evaluation of deeper oxide layers and thus a deeper analysis of the molecular components in the oxide layer.
  • the electrical steel strip according to the invention is preferably characterized in that it comprises a magnesium silicate layer, ie a so-called forsterite layer, which has at least two peaks in a DRIFT spectrum of this layer, at least one peak in a wavenumber range from 960 to 975 cm -1 (range (A)), and at least one peak in a wavenumber range of 976 to 990 cm -1 . Furthermore, the peak height of the at least one peak in the region (A) is higher than the peak height of the
  • Invention means "higher” that the at least one peak in the range (A) is higher by at least 5%, preferably at least 30%, than the at least one peak in the range (B).
  • the ratio of the peak height of the at least one peak in the region (A) to the peak height of the at least one peak in the region (B) is greater than 1, 0, preferably greater than or equal to 1, 1, particularly preferably greater than or equal to 1.3 ,
  • the electrical strip according to the invention is particularly suitable in
  • Power transformers are Power transformers, distribution transformers, small transformers or to be used in rotating electrical machines.
  • the present invention therefore further relates to the use of a grain-oriented electrical tape according to the invention in
  • Power transformers Power transformers, distribution transformers, small transformers or rotating electrical machines. Examples
  • Grain-oriented electrical tapes 1 to 14 were obtained by the steps of melting a molten steel containing the alloying elements shown in Table 1, casting the molten steel into a thin slab, hot rolling the thin slab at a temperature of 1050 ° C. into a hot strip, and tumbling the hot strip at a temperature from 700 ° C to a coil, cold rolling the hot strip in 5 steps to a thickness between 0.23 and 0.3 mm, annealing the cold strip at a temperature of 700 to 900 ° C according to the process parameters given in Table 2. Subsequently, an insulating layer is applied.
  • the electrical strip according to the invention can be used in power transformers, distribution transformers, small transformers or in rotating electrical machines.
  • Table 1 Compositions of the melts used, remainder Fe and unavoidable impurities

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein kornorientiertes Elektroband, wobei während seiner Herstellung eine Hochtemperaturglühung in einem Temperaturbereich von 700 bis 900 °C bei einem bestimmten Taupunkt DP erfolgt, ein Verfahren zu dessen Herstellung und die Verwendung eines solchen Elektrobands.

Description

Kornorientiertes Elektroband und
Verfahren zur Herstellung eines solchen Elektrobands
Die vorliegende Erfindung betrifft ein kornorientiertes Elektroband, wobei während seiner Herstellung eine Hochtemperaturglühung in einem
Temperaturbereich von 700 bis 900 °C bei einem bestimmten Taupunkt DP erfolgt, ein Verfahren zu dessen Herstellung und die Verwendung eines solchen Elektrobands.
Mit der Erfindung gelingt eine Optimierung des Stickstoffleveis während einer im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführten Haubenglühung.
Verfahren zur Herstellung von kornorientierten Elektrobändern und
entsprechende Elektrobänder sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt.
EP 1 025 268 B1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Elektroblech, wobei dieses nach einem Warmwalzschritt und einem
Kaltwalzschritt rekristallisierend und entkohlend geglüht wird, dann mit einem Glühseparator versehen und abschließend schlussgeglüht wird. Das Einstellen einer bestimmten Glühatmosphäre wird in dieser Schrift nicht offenbart.
WO 2017/037019 A1 offenbart ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Elektroband. Dieses Verfahren umfasst einen Glühschritt nach dem Kaltwalzen des Elektrobands, bei dem sich auf der Oberfläche eine Oxidschicht ausbildet. Diese Oxidschicht wird mittels FTIR-Spektroskopie untersucht. Aus der FTIR-Untersuchung wird sodann bestimmt, wie das Flächenverhältnis zwischen Fe2SiO4 und□SiO2 in der Schicht ist. In dem in diesem Dokument offenbarten Glühschritt soll ein bestimmtes Verhältnis von maximal erreichter Temperatur im Glühschritt und Taupunkt der Atmosphäre im Glühschritt eingehalten werden.
EP 1752548 A1 und EP 1752549 A1 offenbaren Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Elektroband. Auch diese Verfahren umfassen jeweils einen Glühschritt, in dem das kaltgewalzte Elektroband rekristallisierend und entkohlend geglüht wird, und der bevorzugt in einer Ammoniak-Atmosphäre erfolgt.
Bei der Herstellung von kornorientiertem Elektroband ist die Kontrolle der nitridischen Phase während der Hochglühung wichtig, da diese schon bei Temperaturen unter der Sekundärkristallisationstemperatur mit der
Glühatmosphäre wechselwirken kann. Eine zu gering eingestellte nitridische Phase äußerst sich in einer zu niedrigen Inhibitionswirkung und damit verbunden in höheren Ummagnetisierungsverlusten, während eine zu hoch eingestellte nitridische Phase sowohl die Sekundärkristallisationstemperatur über die Inhibitorauflösungstemperatur verschieben kann als auch eine inhomogene Forsterit-Schicht erzeugt, was zu einer unvorteilhaften
Oberflächenbeschaffenheit führt, die keine gleichmäßige und dicke Auftragung der Isolationsschicht zulässt, vor allem nicht in einem Auftragungsschritt.
Dadurch kann keine Isolationsschicht erhalten werden, die eine genügend hohe Zugspannung der Isolationsschicht nach Stoney-Formel ermöglicht.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein
kornorientiertes Elektroband bereitzustellen, welches eine optimierte
Kombination von niedrigen Ummagnetisierungsverlusten und einer vorteilhaften Beschaffenheit der Forsterit-Schicht auf der Oberfläche aufweist, so dass eine Isolationsschicht aufgetragen werden kann, die eine genügend hohe
Zugspannung der Isolationsschicht nach Stones-Formel aufweist. Des Weiteren ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden kornorientierten Elektrobands bereitzustellen.
Gelöst werden diese Aufgaben durch ein kornorientiertes Elektroband, wobei während seiner Herstellung ein Entkohlungsschritt durchgeführt wird, der bei einem Taupunkt DP erfolgt, der nach folgender Formel (1 ) eingestellt wird:
AIS|/N(Schmelze)*10 < DP < Alst /N(Schmelze)*30 (1 ), wobei
A1Sl Aluminiumgehalt (säurelöslich) in der Schmelze in ppm,
N(Schmelze) Stickstoffgehalt in der Schmelze in ppm und
DP Taupunkt in °C bedeuten.
Die Aufgaben werden des Weiteren gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines kornorientierten Elektrobands mindestens umfassend die folgenden Schritte:
(A) Erschmelzen einer Stahlschmelze, die (jeweils in Gew.-%) 2,0 bis 4,0 Si, 0,010 bis 0,100 C, bis zu 0,065 AI und bis zu 0,02 N, sowie jeweils optional bis zu 0,5 Cu, bis zu 0,060 S und ebenso optional jeweils bis zu 0,3 Cr, Mn, Ni, Mo, P, As, Sn, Sb, Se, Te, B oder Bi, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält,
(B) Vergießen der Stahlschmelze zu einem Vormaterial, beispielsweise zu
einer Bramme, Dünnbramme oder einem gegossenen Band,
(C) Warmwalzen des Vormaterials zu einem Warmband,
(D) Haspeln des Warmbands zu einem Coil, (E) optionales Glühen des Warmbands
(F) Kaltwalzen des Warmbands in einem oder mehreren Kaltwalzschritten zu einem Kaltband,
(G) Glühen des Kaltbands aus Schritt (F) bei einer Temperatur von 700 bis 900
°C,
(H) optionaler Auftrag einer Glühseparatorschicht auf wenigstens eine
Oberfläche des Kaltbands aus Schritt (G),
(I) Hochtemperaturglühen des gegebenenfalls mit dem Glühseparator
beschichteten Kaltbands bei einer Temperatur von 700 bis 900 °C unter Ausbildung einer Forsterit-Schicht auf der Oberfläche des geglühten Kaltbands,
(J) optionaler Auftrag einer Isolierschicht auf die die Forsterit-Schicht
aufweisende Oberfläche des Kaltbands, und
(K) optionales Schlussglühen des Kaltbands dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (G) bei einem Taupunkt DP erfolgt, der nach folgender Formel (1 ) eingestellt wird:
AIS|/N(Schmelze)*10 < DP < Alsl /N(Schmelze)*30 (1 ), wobei
Alsl Aluminiumgehalt (säurelöslich) in der Schmelze in ppm,
N(Schmelze) Stickstoffgehalt in der Schmelze in ppm und DP Taupunkt in °C bedeuten.
Erfindungsgemäß wird unter„Elektroband“ ein durch Walzen von geeignet zusammengesetztem Stahl erzeugtes Elektroblech sowie daraus abgeteilte Zuschnitte verstanden, die für die Herstellung von Teilen für elektrotechnische Anwendungen vorgesehen sind. Kornorientierte Elektrobänder der hier in Rede stehenden Art eignen sich dabei insbesondere für Verwendungen, bei denen ein besonders niedriger Ummagnetisierungsverlust im Vordergrund steht und hohe Ansprüche an die Permeabilität oder Polarisation gestellt werden. Solche Anforderungen bestehen insbesondere bei Teilen für
Leistungstransformatoren, Verteilungstransformatoren, höherwertige
Kleintransformatoren oder in rotierenden elektrischen Maschinen.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren detailliert beschrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren kann neben den hier explizit beschriebenen weitere Arbeitsschritte umfassen, die bei der konventionellen Herstellung von Elektrobändern durchgeführt werden, um optimierte magnetische oder für die praktische Verwendung wichtige Eigenschaften zu erzielen. Hierzu zählen beispielsweise eine Wiedererwärmung des nach dem Vergießen des Stahls erhaltenen Vorprodukts, ein Entzundern des Warmbands vor dem Kaltwalzen oder im Fall der mehrstufigen Durchführung des Kaltwalzens ein jeweils zwischen den Kaltwalzstufen in konventioneller Weise durchgeführtes
Zwischenglühen.
Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Erschmelzen einer Stahlschmelze, die (jeweils in Gew.-%)
2,0 bis 4,0 Si,
0,010 bis 0,100 C,
bis zu 0,065 AI und
bis zu 0,02 N, sowie jeweils optional bis zu 0,5 Cu, bis zu 0,060 S und ebenso optional jeweils bis zu 0,3 Cr, Mn, Ni, Mo, P, As, Sn, Sb, Se, Te, B oder Bi, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält,
Bevorzugt wird in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens eine
Stahlschmelze erschmolzen, die (jeweils in Gew.-%) 2 bis 4 Si, 0,01 bis 0,1 C, 0,01 bis 0,065 AI und 0,002 bis 0,02 N, sowie jeweils optional 0,005 bis 0,5 Cu, 0,005 bis 0,060 S und ebenso optional jeweils 0 bis 0,3 Cr, Mn, Ni, Mo, P, As, Sn, Sb, Se, Te, B oder Bi, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält.
Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen. Bevorzugt wird dazu eine Stahlschmelze mit bekannter Zusammensetzung erschmolzen. Diese Schmelze wird dann sekundärmetallurgisch behandelt. Diese Behandlung findet zunächst bevorzugt in einer Vakuumanlage statt, um die chemische Zusammensetzung des Stahls in den gefordert engen Analysenspannen einzustellen und bevorzugt niedrige Wasserstoffgehalte von maximal 10 ppm zu erreichen, um das Risiko des Auftretens von Strangdurchbrüchen beim Vergießen der Stahlschmelze auf ein Minimum zu reduzieren.
Im Anschluss an die Behandlung in der Vakuumanlage ist ein Einsatz in einem Pfannenofen zweckmäßig, um im Fall von Angießverzögerungen die für das Gießen erforderliche Temperatur sicherstellen zu können und um durch dortige Schlacken-Konditionierung das Zusetzen der Tauchrohrausgüsse in der Kokille beim Dünnbrammen-Stranggießen und damit einen Gießabbruch zu vermeiden.
Erfindungsgemäß in Schritt (A) möglich wäre auch zunächst der Einsatz eines Pfannenofens zur Schlackenkonditionierung, gefolgt von der Behandlung in einer Vakuumanlage zur Einstellung der chemischen Zusammensetzung der Stahlschmelze in engen Analysengrenzen. Diese Kombination ist allerdings mit dem Nachteil verbunden, dass im Fall von Angießverzögerungen die
Temperatur der Schmelze so weit absinkt, dass die Stahlschmelze nicht mehr vergossen werden kann.
Es ist in Schritt (A) auch möglich, nur den Pfannenofen einzusetzen. Dies ist allerdings mit dem Nachteil verbunden, dass die Analysentreffsicherheit nicht so gut ist wie bei der Behandlung in einer Vakuumanlage und zudem hohe
Wasserstoffgehalte in der Gießschmelze auftreten können mit der Gefahr von Strangdurchbrüchen.
Erfindungsgemäß ist in Schritt (A) weiterhin bevorzugt, nur die Vakuumanlage einzusetzen. Dies beinhaltet jedoch zum einen die Gefahr, dass im Fall von Angießverzögerungen die Temperatur der Schmelze so weit absinkt, dass die Stahlschmelze nicht mehr vergossen werden kann. Zum anderen besteht die Gefahr, dass sich die Tauchausgüsse im Sequenzverlauf zusetzen und damit die Sequenz abgebrochen werden muss.
Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Vergießen der Stahlschmelze zu einem Vormaterial, beispielsweise zu einer Bramme,
Dünnbramme oder einem gegossenen Band.
In Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird sodann die in Schritt (A) erzeugte Stahlschmelze zum einem Vormaterial vergossen. Dieses Vormaterial kann erfindungsgemäß beispielsweise eine Bramme, eine Dünnbramme oder ein gegossenes Band sein. Dazu wird erfindungsgemäß bevorzugt zunächst aus der Schmelze durch Gießen ein Strang erzeugt.
Für die Erzeugung von Dünnbrammen wird dazu bevorzugt ein Strang gegossen, der eine Dicke von beispielsweise 25 mm bis 150 mm aufweist. Erfindungsgemäß wird angestrebt, die Bildung von nitridischen Ausscheidungen vor dem Warmwalzen und während des Warmwalzens möglichst zu vermeiden, um die Möglichkeit einer kontrollierten Erzeugung solcher Ausscheidungen bei der Abkühlung des Warmbandes in großem Umfang nutzen zu können. Um dies zu unterstützen, ist es gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bevorzugt, eine Inline-Dickenreduzierung des aus der Schmelze gegossenen, jedoch noch kernflüssigen Strangs vorzunehmen.
Als an sich bekannte Verfahren zur Dickenreduzierung bieten sich die so genannte "Liquid Core Reduction", nachfolgend "LCR", und die so genannte "Soft Reduction", nachfolgend "SR", an. Diese Möglichkeiten der
Dickenreduktion eines gegossenen Strangs können alleine oder in Kombination eingesetzt werden. Bei der LCR wird die Strangdicke bei kernflüssigem Inneren des Strangs dicht unter der Kokille reduziert. LCR wird beim Stand der Technik in Dünnbrammen-Stranggießanlagen in erster Linie eingesetzt, um geringere Warmband-Enddicken insbesondere bei höherfesten Stählen zu erreichen. Daneben können durch LCR die Stichabnahmen bzw. die Walzkräfte in den Walzgerüsten der Warmbandstraße mit dem Erfolg gemindert werden, dass der Arbeitswalzenverschleiß der Walzgerüste und die Zunderporigkeit des
Warmbands vermindert und der Bandlauf verbessert werden kann. Die durch LCR erzielte Dickenreduktion liegt erfindungsgemäß bevorzugt im Bereich von 5 mm bis 30 mm.
Unter SR wird die gezielte Dickenreduktion des Stranges in der Sumpfspitze nahe der Enderstarrung verstanden. Die SR hat zum Ziel, Mittenseigerungen und Kernporosität zu verringern. Die durch die SR erzielbare Verringerung insbesondere der Silizium-Mittenseigerung in den anschließend warmgewalzten Vorprodukten ermöglicht eine Vergleichmäßigung der chemischen
Zusammensetzung über die Banddicke, was für die magnetischen Werte von Vorteil ist. Gute Ergebnisse der SR werden erhalten, wenn die bei der Anwendung von SR erzielte Dickenabnahme beispielsweise 0,5 bis 5 mm beträgt. Als Anhalt für den Zeitpunkt, zu dem die SR im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäß durchgeführten Stranggießen angewendet wird, kann folgende Vorgabe dienen: Beginn der SR-Zone bei einem Erstarrungsgrad fs von 0,2 und Ende der SR-Zone bei fs gleich 0,7 bis 0,8.
Erfindungsgemäß bevorzugt werden in Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens Dünnbrammen erzeugt. Bei Dünnbrammen-Stranggießanlagen wird der aus der Gießkokille üblicherweise vertikal austretende Strang an tiefer gelegenen Stellen gebogen und in eine horizontale Richtung geführt. Dadurch, dass in einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung der aus der Schmelze gegossene Strang bei einer Temperatur von 700 bis 1000 °C, vorzugsweise 850 bis 950 °C, gebogen und gerichtet wird, können Risse an der Oberfläche der von dem Strang abgetrennten Dünnbrammen vermieden werden, zu denen es andernfalls insbesondere in Folge von Kantenrissen des Strangs kommen kann. Im genannten Temperaturbereich weist der erfindungsgemäß verwendete Stahl eine gute Duktilität an der Strangoberfläche bzw. im Kantenbereich auf, so dass er den beim Biegen und Richten auftretenden Verformungen gut folgen kann. Von dem so gegossenen Strang werden in an sich bekannter Weise Dünnbrammen abgeteilt.
Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Warmwalzen des Vormaterials aus Schritt (B), insbesondere der erzeugten Dünnbrammen, zu einem Warmband. Dazu wird das in Schritt (B) erhaltene Vormaterial, insbesondere eine Dünnbramme, bevorzugt in einem Ofen auf die geeignete Warmwalzanfangstemperatur erwärmt und dann dem Warmwalzen zugeführt. Die Temperatur, mit der das Vormaterial, insbesondere eine Dünnbrammen, in den Ofen einlaufen, liegt bevorzugt oberhalb von 650 °C. Die Verweilzeit im Ofen sollte unter 60 min betragen, um Klebzunder zu vermeiden. Bevorzugt wird das Warmwalzen in Schritt (C) im Anschluss an den ersten Umformstich im Zweiphasengebiet (a/g) durchgeführt. Auch diese Maßnahme hat zum Ziel, die Entstehung von nitridischen Ausscheidungen im Zuge des Warmwalzens weitestgehend zu reduzieren, um diese Ausscheidungen gezielt über die Kühlbedingungen auf dem Auslaufrollgang hinter dem letzten
Walzgerüst der Warmbandstraße steuern zu können. Um dies sicherzustellen, wird erfindungsgemäß bevorzugt bei Temperaturen warmgewalzt, bei denen im Gefüge des Warmbands austenitische und ferritische Anteile gemischt vorliegen. Typische Temperaturen, bei denen dies für die erfindungsgemäß verwendeten Stahllegierungen gegeben ist, liegen über rund 800 °C,
insbesondere im Bereich von 850 bis 1150 °C. In der g-Phase wird bei diesen Temperaturen das AIN in Lösung gehalten. Als weiterer positiver Aspekt des Warmwalzens im Zweiphasenmischgebiet ist der Kornfeinungseffekt zu nennen. Durch die Umwandlung des Austenits in Ferrit im Anschluss an die Warmwalzstiche wird ein feinkörnigeres und homogeneres Warmbandgefüge erzielt, welches sich positiv auf die magnetischen Eigenschaften des
Endproduktes auswirkt. Weiter unterstützt wird die Vermeidung von nitridischen Ausscheidungen während des Warmwalzens beispielsweise dadurch, dass schon im ersten Umformstich ein Umformgrad von mindestens 40% erreicht wird, um nur relativ geringe Stichabnahmen in den letzten Gerüsten für die Erzielung der gewünschten Endbanddicke nötig zu haben. In dieser Hinsicht bevorzugt liegt daher der über die ersten beiden Umformstiche erzielte
Gesamtumformgrad über 60%, wobei in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung im ersten Gerüst der Fertigstraße ein Umformgrad von mehr als 40% erzielt wird und im zweiten Gerüst der Fertigstraße die Stichabnahme mehr als 30% beträgt.
Die bevorzugte Anwendung hoher Stichabnahmen (Umformgrade) in den ersten beiden Gerüsten bewirkt die erforderliche Umwandlung des
grobkörnigen Erstarrungsgefüges in ein feines Walzgefüge, was eine
Voraussetzung für gute magnetische Eigenschaften des herzustellenden Endprodukts ist. Dementsprechend sollte die Stichabnahme im letzten Gerüst bevorzugt auf maximal 30%, besonders bevorzugt weniger als 20%, beschränkt werden, wobei es für ein im Hinblick auf die angestrebten Eigenschaften optimales Warmwalzergebnis zudem günstig ist, wenn die Stichabnahme im vorletzten Gerüst der Fertigstraße weniger als 25% beträgt.
Zur Vermeidung eines groben ungleichmäßigen Gefüges bzw. grober
Ausscheidungen am Warmband, die sich ungünstig auf die magnetischen Eigenschaften des Endprodukts auswirken würden, ist eine früh einsetzende Abkühlung des Warmbands hinter dem letzten Walzgerüst der Fertigstraße vorteilhaft. Gemäß einer praxisgerechten Ausgestaltung der Erfindung ist es daher bevorzugt, innerhalb von maximal fünf Sekunden nach Verlassen des letzten Walzgerüstes mit der Wasserkühlung zu beginnen. Angestrebt werden dabei möglichst kurze Pausenzeiten, beispielsweise von einer Sekunde und weniger.
Die Abkühlung des Warmbands kann nach dem Fachmann bekannten
Verfahren erfolgen, beispielsweise durch Wasser und/oder Luft.
Schritt (D) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Haspeln des in Schritt (C) erhaltenen Warmbands zu einem Coil. Entsprechende Verfahren zum Haspeln eines Warmbands sind dem Fachmann an sich bekannt.
Die Haspel-Temperatur sollte bevorzugt im Temperaturbereich von 500 bis 780 °C liegen. Darüber liegende Temperaturen würden einerseits zu unerwünscht groben Ausscheidungen führen und andererseits die Beizbarkeit
verschlechtern. Für die Einstellung höherer Haspeltemperaturen von über 700 °C wird bevorzugt ein so genannter Kurzdistanzhaspel eingesetzt, der direkt im Anschluss an die Kompaktkühlzone angeordnet ist. Innerhalb der durch die Erfindung vorgegebenen Grenzen wird das
erfindungsgemäße Verfahren bei der Herstellung des Warmbandes bevorzugt so durchgeführt, dass das erhaltene Warmband sulfidische und/oder nitridische Ausscheidungen mit einem mittleren Teilchendurchmesser unter 150 nm und einer mittleren Dichte von mindestens 0,05 mhT2 erreicht wird. Ein derart beschaffenes Warmband weist optimale Voraussetzungen für die effektive Steuerung des Kornwachstums während der nachfolgenden Prozessschritte auf. Die Dicke des erfindungsgemäß erhaltenen Warmbands beträgt bevorzugt 1 ,5 bis 3,5 mm, besonders bevorzugt 2 bis 2,7 mm.
In dem optionalen Schritt (E) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann zur weiteren Optimierung des Gefüges das so erzeugte Warmband optional noch nach dem Haspeln bzw. vor dem Kaltwalzen geglüht werden.
In Schritt (F) wird das Warmband in einem oder mehreren Kaltwalzschritten zu einem Kaltband gewalzt. Dabei kann bei einem mehrstufigen, in mehreren Schritten erfolgenden Kaltwalzen zwischen den Kaltwalzschritten
erforderlichenfalls eine Zwischenglühung durchgeführt werden. Die Dicke des erfindungsgemäß erhaltenen Kaltbands beträgt bevorzugt 0,10 bis 0,35 mm, besonders bevorzugt 0,15 bis 0,23 mm.
Schritt (G) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Glühen des Kaltbands aus Schritt (F) bei einer Temperatur von 700 bis 900 °C, wobei Schritt (G) bei einem Taupunkt DP erfolgt, der nach folgender Formel (1 ) eingestellt wird:
AISi/N(Schmelze)*10 < DP < Alsl /N(Schmelze)*30 (1 ), wobei Alsl Aluminiumgehalt (säurelöslich) in der Schmelze in ppm, N(Schmelze) Stickstoffgehalt in der Schmelze in ppm und
DP Taupunkt in °C bedeuten.
Erfindungsgemäß bevorzugt soll das Glühen in Schritt (G) in einer Atmosphäre erfolgen, in der der Taupunkt DP angegeben in °C, der oben genannten
Gleichung (1 ) entspricht. Dabei bedeutet Alsl den Gehalt an Aluminium in der Schmelze, die in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt worden ist. Die Einheit von Als) ist ppm. Werte für Alsl liegen erfindungsgemäß bevorzugt bei 100 bis 650 ppm, besonders bevorzugt bei 150 bis 550 ppm, ganz besonders bevorzugt bei 200 bis 400 ppm.
N(Schmelze) bedeutet den Stickstoffgehalt in der Schmelze, die in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens eingesetzt worden ist. Die Einheit von N(Schmelze) ist ppm. Werte für N(Schmelze) liegen erfindungsgemäß bevorzugt bei 20 bis 200 ppm, besonders bevorzugt bei 40 bis 150 ppm, ganz besonders bevorzugt bei 60 bis 120 ppm).
Bevorzugt betrifft die vorliegende Erfindung das erfindungsgemäße Verfahren, wobei Schritt (G) bei einem Taupunkt DP von 20 bis 90 °C, besonders bevorzugt 30 bis 70 °C, erfolgt.
Durch den in Schritt (G) bevorzugt eingestellten Taupunkt DP resultiert die Stickstoffkonzentration N im Material nach Schritt (G) gemäß Gleichung (2)
2/3*AIS|*( 14/27) - 0,7*DP < N < Alsl*( 14/27) + N(Schmelze) (2).
Darin haben Alsl und N(schmelze) die oben genannten Bedeutungen. N bedeutet den Stickstoffgehalt im Material nach Prozessschritt G in ppm. Die Einheit von N ist ppm. Bevorzugt beträgt der Stickstoffgehalt N 70 bis 180 ppm, besonders bevorzugt 90 bis 160 ppm. In Schritt (G) des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt bevorzugt ein
Stickstoffgehalt in der Ofenatmosphäre N (Atmosphäre) vor, der die Ausbildung des erfindungsgemäßen Gehalts N im Material nach Schritt (G) begünstigt.
Dadurch, dass Schritt (G) des erfindungsgemäßen Verfahrens unter
bestimmten Bedingungen bezüglich Taupunkt der Ofenatmosphäre und einer bevorzugten Stickstoffkonzentration im Material nach Schritt (G) durchgeführt wird, gelingt es erfindungsgemäß, ein kornorientiertes Elektroband
bereitzustellen, welches sich durch besonders niedrige
Ummagnetisierungsverluste und eine vorteilhafte Oberflächenbeschaffenheit, die eine gleichmäßige und dicke Auftragung der Isolationsschicht zulässt, auszeichnet. Beispielsweise ist es mit dem erfindungsgemäßen kornorientierten Elektroband möglich mit einer Isolationsschicht eine Zugspannung der
Isolationsschicht nach Stoney-Formel von mindestens 6 MPa, normiert auf eine Materialdicke von 0,30 mm, mit einfacher Auftragung zu erreichen, was sonst nur, wie dem Fachmann bekannt, mit mehrfacher Auftragung möglich wäre.
Dies ist beispielsweise in DE10 2010 038 038 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße kornorientierte Elektroband, wobei es bei einfacher Auftragung einer
Isolationsschicht eine Zugspannung der Isolationsschicht nach Stoney-Formel von mindestens 6 MPa, normiert auf eine Materialdicke von 0,30 mm, ermöglicht. Die Bestimmung der Isolationsspannung nach Stoney kann gemäß der EP 2 022 874 A1 erfolgen.
Des Weiteren weist das erfindungsgemäße kornorientierte Elektroband eine besonders gute Haftung der Forsterit-Schicht (Magnesiumsilikat-Schicht), die in Schritt (I) des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildet wird, auf. Dies kann durch ein DRIFT-Spektrum der Magnesiumsilikat-Schicht nachgewiesen werden, bevorzugt enthaltend mindestens ein Peak im Bereich 960 bis 975 cm 1 (A) und mindestens ein Peak im Bereich von 976 bis 990 cm-1, wobei weiter bevorzugt die Peakhöhe des mindestens einen Peaks im Bereich (A) höher ist als die Peakhöhe des mindestens einen Peaks im Bereich (B). in dem optionalen Schritt (H) des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Glühseparatorschicht auf wenigstens eine Oberfläche des Kaltbands aus Schritt (G) aufgetragen werden, bevorzugt wird eine solche Glühseparatorschicht auf beide Oberflächen des Kaltbands aus Schritt (G) aufgetragen.
Bei dem Glühseparator handelt es sich typischerweise um MgO. Der
Glühseparator verhindert, dass die Windungen eines aus dem Kaltband gewickelten Coils bei einer nachfolgend durchgeführten Hoch- temperaturglühung miteinander verschweißen.
Schritt (I) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst ein
Hochtemperaturgiühen des gegebenenfalls mit dem Glühseparator
beschichteten Kaltbands bei einer Temperatur von 700 bis 900 °C unter Ausbildung einer Forsterit-Schicht auf der Oberfläche des geglühten Kaltbands, wobei das Kaltband einen Stickstoffgehalt N aufweist, der sich nach folgender Gleichung (1 ) bemisst:
Als*(14/27) < N < 2/3* Alsl*(14/27) (1 ), worin
Alsl Aiuminiumgehalt (säurelöslich) in der Schmelze in ppm und
N Stickstoffgehalt in ppm bedeuten.
Schritt (G) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird unter bestimmten
Bedingungen durchgeführt, die ergeben, dass der Stickstoffgehalt N bestimmte Werte annehmen, die gemäß Gleichung (1 ) anhängig sind von dem
Aluminiumgehalt in der Schmelze, die in Verfahrensschritt (A) eingesetzt wurde.
Schritt (I) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird typischerweise in einem Haubenofen unter Schutzgas durchgeführt. Dadurch entsteht im Kaltband durch selektives Kornwachstum eine wesentlich zu den magnetischen Eigenschaften beitragende Gefügetextur. Gleichzeitig bildet sich während der Hoch- temperaturglühung auf den Bandoberflächen eine Forsterit-Schicht aus, in der Fachliteratur oft auch als "Glasfilm” bezeichnet. Darüber hinaus wird durch während der Hochtemperaturglühung ablaufende Diffusionsvorgänge das Stahlmaterial gereinigt.
Der optionale Schritt (J) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst den Auftrag einer Isolierschicht auf die die Forsterit-Schicht aufweisende Oberfläche des Kaltbands. Geeignete Materialien, die als Isolierschicht fungieren können, sind beispielsweise Phosphate, Silikate bzw. Mischungen aus diesen,
Entsprechende Verfahren sind dem Fachmann an sich bekannt. Dadurch, dass bei der Hochtemperaturbehandlung in Schritt (!) ein bestimmter Stickstoffgehalt eingestellt wurde, gelingt es in Schritt (J) des erfindungsgemäßen Verfahrens, in einem Durchgang eine dickere und gleichmäßigere Isolationsschicht aufzubringen. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das
erfindungsgemäße Verfahren, wobei in Schritt (J) eine Isolationsschicht in einem einzigen Durchgang aufgetragen wird, und dadurch weiter bevorzugt eine Zugspannung der Isolationsschicht nach Stoney-Formel von mindestens 6 MPa, normiert auf eine Materialdicke von 0,30 mm, erhalten wird.
Des Weiteren kann das aus Schritt (J) des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltene Kaltband thermisch gerichtet werden. Entsprechende Verfahren hierzu sind dem Fachmann ebenfalls bekannt. Der optionale Schritt (K) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst ein Schlussglühen des erfindungsgemäß hergestellten Kaltbands. In der so genannten„Spannungsarmglühung“ wird das Kaltband spannungsarm geglüht. Diese Schlussglühung kann vor oder nach der Konfektionierung des in der voranstehend beschriebenen Weise erzeugten Stahlflachprodukts zu den für die Weiterverarbeitung benötigten Zuschnitten erfolgen. Durch eine
Schlussglühung, die nach dem Abteilen der Zuschnitte durchgeführt wird, können die im Zuge des Abteilvorgangs entstandenen zusätzlichen
Spannungen abgebaut werden.
Das erfindungsgemäße kornorientierte Elektroband zeichnet sich dadurch aus, dass es niedrige Ummagnetisierungsverluste und eine vorteilhafte
Oberflächenbeschaffenheit, die eine gleichmäßige und dicke Auftragung der Isolationsschicht zulässt, aufweist. Bei dem erfindungsgemäßen
kornorientierten Elektroband kann eine Isolation mit einer Zugspannung der Isolationsschicht nach Stoney-Formel von mindestens 6 MPa, normiert auf eine Materialdicke von 0,30 mm, mit einfacher Auftragung erreicht werden.
Dies ist laut Stand der Technik nur mit mehrfacher Auftragung möglich wäre, wie beispielsweise in DE 10 2010 038 038 beschrieben. Die vorliegende
Erfindung betrifft daher auch ein kornorientiertes Elektroband, herstellbar durch das erfindungsgemäße Verfahren.
Die vorliegende Erfindung betrifft bevorzugt das erfindungsgemäße,
kornorientierte Elektroband, wobei während seiner Herstellung eine
Hochtemperaturglühung in einem Temperaturbereich von 700 bis 900 °C erfolgt und das Elektroband während dieser Hochtemperaturglühung einen
Stickstoffgehalt N aufweist, der sich nach folgender Gleichung (1 ) bemisst:
Alsl *(14/27) < N < 2/3*AISi*( 14/27) (1), worin AIS| Aluminiumgehalt (säurelöslich) in der Schmelze in ppm und
N Stickstoffgehalt in ppm bedeuten.
Das erfindungsgemäß bevorzugte kornorientierte Elektroband wird während seiner Herstellung bevorzugt einer Hochtemperaturglühung unterworfen. Bei dieser Hochtemperaturglühung muss erfindungsgemäß darauf geachtet werden, dass in einem Temperaturbereich von 700 bis 900 °C das Elektroband einen Stickstoffgehalt gemäß Gleichung (1 ) aufweist. Dadurch erhält das erfindungsgemäße Elektroband überraschende technische Eigenschaften. Beispielsweise weist das erfindungsgemäße kornorientierte Elektroband einen Glasfilm (Magnesiumsilikat-Schicht) mit einer vorteilhaften
Oberflächenbeschaffenheit auf, die eine gleichmäßigere und dickere Auftragung der Isolationsschicht zulässt, so dass es mit dem erfindungsgemäßen kornorientierten Elektroband möglich ist eine Isolation mit einer Zugspannung der Isolationsschicht nach Stoney-Formel von mindestens 6 MPa, normiert auf eine Materialdicke von 0,30 mm, mit einfacher Auftragung zu erreichen.
Bevorzugt weist das kornorientierte Elektroband gemäß der vorliegenden Erfindung eine Magnesiumsilikat-Schicht auf mindestens einer Oberfläche auf, wobei in einem DRIFT-Spektrum der Magnesiumsilikat-Schicht mindestens ein Peak im Bereich 960 bis 975 cm 1 (A) und mindestens ein Peak im Bereich von 976 bis 990 cm 1 vorliegen, wobei die Peakhöhe des mindestens einen Peaks im Bereich (A) höher ist als die Peakhöhe des mindestens einen Peaks im Bereich (B).
Das so genannte DRIFT-Verfahren (Diffuse Reflexions-Fourier- Transformations-Infrarot-Spektroskopie) ist dem Fachmann an sich bekannt. Beim DRIFT-Verfahren wird ein IR-Lichtstrahl mittels Hohlspiegeln auf die Probenfläche gerichtet und das reflektierte Licht auch mittels Hohlspiegeln detektiert, siehe dazu beispielsweise Beasley et al., "Comparison of transmission FTIR, ATR and DRIFT sprecta”, Journal of Archeological Sience, Vol. 46, June 2014, Seiten 16 bis 2). Dies ermöglicht die Auswertung von tiefer gelegenen Oxidschichten und damit eine tiefergehende Analyse der Molekül- Anteile in der Oxidschicht.
Das erfindungsgemäße Elektroband zeichnet sich bevorzugt dadurch aus, dass es eine Magnesiumsilikat-Schicht, d.h. eine so genannte Forsterit-Schicht, aufweist, die in einem DRIFT-Spektrum dieser Schicht wenigstens zwei Peaks aufweist, zum einen wenigstens ein Peak in einem Wellenzahlbereich von 960 bis 975 cm-1 (Bereich (A)), und zum anderen wenigstens einen Peak in einem Wellenzahlbereich von 976 bis 990 cm-1. Des Weiteren ist die Peakhöhe des mindestens einen Peaks im Bereich (A) höher als die Peakhöhe des
mindestens einen Peaks im Bereich (B). Im Rahmen der vorliegenden
Erfindung bedeutet„höher“, dass der wenigstens eine Peak im Bereich (A) um mindestens 5 %, bevorzugt mindestens um 30%, höher ist als der wenigstens eine Peak im Bereich (B).
Erfindungsgemäß weiter bevorzugt ist das Verhältnis der Peakhöhe des mindestens einen Peaks im Bereich (A) zu der Peakhöhe des mindestens einen Peaks im Bereich (B) größer 1 ,0, bevorzugt größer oder gleich 1 ,1 , besonders bevorzugt größer oder gleich 1 ,3.
Das erfindungsgemäße Elektroband ist besonders geeignet, in
Leistungstransformatoren, Verteilungstransformatoren, Kleintransformatoren oder in rotierenden elektrischen Maschinen eingesetzt zu werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher des Weiteren die Verwendung eines erfindungsgemäßen kornorientierten Elektrobands in
Leistungstransformatoren, Verteilungstransformatoren, Kleintransformatoren oder in rotierenden elektrischen Maschinen. Beispiele
Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung.
Es wurden erfindungsgemäße kornorientierte Elektrobänder 1 bis 14 durch die Schritte Erschmelzen einer Stahlschmelze, enthaltend die in Tabelle 1 angegebenen Legierungselemente, Vergießen der Stahlschmelze zu einer Dünnbramme, Warmwalzen der Dünnbramme bei einer Temperatur von 1050 °C zu einem Warmband, Haspeln des Warmbands bei einer Temperatur von 700 °C zu einem Coil, Kaltwalzen des Warmbands in 5 Schritten auf eine Dicke zwischen 0,23 und 0,3 mm, Glühen des Kaltbands bei einer Temperatur von 700 bis 900 °C gemäß den in Tabelle 2 angegebenen Verfahrensparametern. Anschließend wird eine Isolationsschicht aufgetragen.
Die Oberflächen der erhaltenen kornorientierten Elektrobänder wurden mittels DRIFT -Spektroskopie vermessen. Die Ergebnisse zu den Peaks bei 977 und 985 ppm sind in Tabelle 2 wiedergegeben. Des Weiteren wurden die
Polarisierbarkeit bei 1 ,7 Tesla und die Zugspannung der Isolationsschicht nach der Stoney-Formel gemäß EP 2 022 874 A1 bestimmt. Auch diese Ergebnisse sind in Tabelle 2 wiedergegeben. Zum Vergleich wurden die Vergleichsbeispiel V15 bis V28 erstellt. Diese unterscheiden sich von den erfindungsgemäßen Beispielen dadurch, dass die Gleichungen (1 ) und (2) nicht erfüllt sind.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Das erfindungsgemäße Elektroband kann in Leistungstransformatoren, Verteilungstransformatoren, Kleintransformatoren oder in rotierenden elektrischen Maschineneingesetzt werden.
Figure imgf000022_0001
Tabelle 1 : Zusammensetzungen der eingesetzten Schmelzen, Rest jeweils Fe und unvermeidbare Verunreinigungen
Figure imgf000023_0001
Figure imgf000024_0001

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Kornorientiertes Elektroband, dadurch gekennzeichnet, dass während seiner Herstellung ein Entkohlungsschritt durchgeführt wird, der bei einem Taupunkt DP erfolgt, der nach folgender Formel (1 ) eingestellt wird:
AIS|/N(Schmelze)*10 < DP < Alsl /N(Schmelze)*30 (1 ), wobei
AIS| Aluminiumgehalt (säurelöslich) in der Schmelze in ppm,
N(Schmelze) Stickstoffgehalt in der Schmelze in ppm und
DP Taupunkt in °C
bedeuten.
2. Elektroband nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zugrunde liegende Stahlschmelze (jeweils in Gew.-%) 2,0 bis 4,0 Si, 0,010 bis 0,100 C, bis zu 0,065 AI und bis zu 0,02 N, sowie jeweils optional bis zu 0,5 Cu, bis zu 0,060 S und ebenso optional jeweils bis zu 0,3 Cr, Mn, Ni, Mo, P, As, Sn, Sb, Se, Te, B oder Bi, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält.
3. Elektroband nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es bei einfacher Auftragung einer Isolationsschicht eine Zugspannung der Isolationsschicht nach Stoney-Formel von mindestens 6 MPa, normiert auf eine Materialdicke von 0,30 mm, aufweist.
4. Elektroband nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Magnesiumsilikat-Schicht auf mindestens einer Oberfläche aufweist, wobei in einem DRIFT -Spektrum der Magnesiumsiiikat-Schicht mindestens ein Peak im Bereich 960 bis 975 cm-1 (A) und mindestens ein Peak im Bereich von 976 bis 990 cm-1 vorliegen, wobei die Peakhöhe des mindestens einen Peaks im Bereich (A) höher ist als die Peakhöhe des mindestens einen Peaks im Bereich (B).
5. Verfahren zur Herstellung eines kornorientierten Elektrobands mindestens umfassend die folgenden Schritte:
(A) Erschmelzen einer Stahlschmelze, die (jeweils in Gew.-%) 2,0 bis 4,0 Si, 0,010 bis 0,100 C, bis zu 0,065 AI und bis zu 0,02 N, sowie jeweils optional bis zu 0,5 Cu, bis zu 0,060 S und ebenso optional jeweils bis zu 0,3 Cr, Mn, Ni, Mo, P, As, Sn, Sb, Se, Te, B oder Bi, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält,
(B) Vergießen der Stahlschmelze zu einem Vormaterial, beispielsweise zu einer Bramme, Dünnbramme oder einem gegossenen Band,
(C) Warmwalzen des Vormaterials zu einem Warmband,
(D) Haspeln des Warmbands zu einem Coil,
(E) optionales Glühen des Warmbands
(F) Kaltwalzen des Warmbands in einem oder mehreren
Kaltwalzschritten zu einem Kaltband, (G) Glühen des Kaltbands aus Schritt (F) bei einer Temperatur von 700 bis 900 °C,
(H) optionaler Auftrag einer Glühseparatorschicht auf wenigstens eine Oberfläche des Kaltbands aus Schritt (G),
(I) Hochtemperaturglühen des gegebenenfalls mit dem Glühseparator beschichteten Kaltbands bei einer Temperatur von 700 bis 900 °C unter Ausbildung einer Forsterit-Schicht auf der Oberfläche des geglühten Kaltbands,
(J) optionaler Auftrag einer Isolierschicht auf die die Forsterit-Schicht aufweisende Oberfläche des Kaltbands, und
(K) optionales Schlussglühen des Kaltbands dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (G) bei einem Taupunkt DP erfolgt, der nach folgender Formel (1 ) eingestellt wird:
Als!/N(Schmelze)*10 < DP < Alsl /N(Schmelze)*30 (1 ), wobei
AIS| Aluminiumgehalt (säurelöslich) in der Schmelze in ppm,
N(Schmelze) Stickstoffgehalt in der Schmelze in ppm und
DP Taupunkt in °C
bedeuten.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminiumgehalt Alsl bei 100 bis 650 ppm, bevorzugt bei 150 bis 550 ppm, besonders bevorzugt bei 200 bis 400 ppm.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stickstoffgehalt
N(Schmelze) bei 20 bis 200 ppm, bevorzugt bei 40 bis 150 ppm, besonders bevorzugt bei 60 bis 120 ppm) liegt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (G) bei einem Taupunkt DP von 20 bis 90 °C, besonders bevorzugt 30 bis 70 °C, erfolgt.
9. Kornorientiertes Elektroband, herstellbar durch das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8.
10. Verwendung eines kornorientierten Elektrobands nach einem der Ansprüche 1 bis 4 oder 9 in Leistungstransformatoren, Verteilungstransformatoren, Kleintransformatoren oder in rotierenden elektrischen Maschinen.
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