ZENZ Patentanwälte · Gutenbergstr. 39 · D-45128 Essen T00572WO CK Nicht kornorientiertes metallisches Elektroband oder -blech sowie Verfahren zur Herstellung eines nicht kornorientierten Elektrobands Die Erfindung betrifft nicht kornorientiertes metallisches Elektroband oder -blech. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines nicht kornorientierten Elektrobands. Der Begriff des metallischen Flachprodukts umfasst im Rahmen der beschriebenen Entwicklungen insbesondere Walzprodukte, wie beispielsweise Stahlbänder oder Stahlbleche, oder mittels Ausgießens hergestellte Vorprodukte, wie beispielsweise Brammen. Insbesondere betrifft die Erfindung Flachprodukte, die als Elektroband aus einem Stahl ausgebildet sind und Flachprodukte, die als Elektroblech aus einem Stahl ausgebildet sind. Nicht kornorientierte Flachprodukte, insbesondere nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech, werden in vielen elektrotechnischen Anwendungen benötigt und sind aus der Praxis bekannt. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech, häufig auch 5?E O01-,?9>FDB65A8N 69J=9<GA;EI9=E9 O01-,?9>FDB6?97<N 69J9=7<A9F" =@ ,A;?=E7<9A 5?E O0-1 ,?97FD=75? 2F99?N !O0-1N ) Non Grain Oriented), dient beispielsweise als Grundmaterial für die Herstellung von Bestandteilen einer rotierenden elektrischen Maschine. In einer solchen Anwendung wird mit dem nicht kornorientierten metallischen Elektroband oder -blech der Verlauf elektromagnetischer Felder gesteuert und verstärkt. Typische Anwendungsfelder derartiger Bänder und Bleche sind Rotoren und Statoren in elektrischen Motoren und elektrischen Generatoren.
Bei vielen Elektromotoren ist ein Betrieb bei hohen Drehzahlen pro Zeiteinheit gewünscht, beispielsweise bei Motoren, die für Anwendungen im Rahmen der sogenannten Elektromobilität entwickelt werden und dadurch zunehmend an Bedeutung gewinnen. Der Betrieb eines Elektromotors bei hohen Drehzahlen geht einher mit hohen Frequenzen des benötigten elektromagnetischen Wechselfelds, das letztlich die Basis für den Antrieb des Motors ist. Es sind daher zunehmend Werkstoffe erforderlich, die auf eine Anwendung in elektromagnetischen Wechselfeldern mit vergleichsweise hohen Frequenzen ausgelegt sind. Bei der Entwicklung von Elektromotoren für einen Betrieb mit hochfrequenten Wechselfeldern sieht sich der Materialentwickler vor die Herausforderung gestellt, einen Beitrag zur Effizienzerhöhung des Elektromotors zu leisten. Vor diesem Hintergrund werden nicht kornorientierte metallische Flachprodukte, insbesondere nicht kornorientiertes Elektroband und nicht kornorientiertes Elektroblech, benötigt, welche vergleichsweise niedrige Ummagnetisierungsverluste bei vergleichsweise hohen Frequenzen mit einer vergleichsweise hohen magnetischen Polarisation und Induktion sowie vergleichsweise hoher Permeabilität, insbesondere in den relevanten Bereichen der magnetischen Feldstärke, nämlich bei vergleichsweise geringer magnetischer Feldstärke, kombinieren. Gute Kombinationen dieser Eigenschaften werden in bewährten Elektrobändern und Elektroblechen durch einen hohen Gewichtsanteil von Silizium und/oder von Aluminium in der Ausgangslegierung des Elektrobands beziehungsweise des Elektroblechs herbeigeführt. Hohe Anteile dieser Elemente gehen jedoch in der Regel mit dem nachteiligen Effekt einher, dass entsprechende bisher bekannte NO-Elektrobänder beziehungsweise NO-Elektrobleche mit den genannten Eigenschaften infolge ihres hohen Silizium- und/oder
Aluminium-Gehalts ein vergleichsweise hohes Maß an Sprödigkeit aufweisen mit den damit einhergehenden Nachteilen in der Verarbeitbarkeit, beispielsweise in der Kaltwalzbarkeit. Beispielsweise können während einem Kaltwalzen entsprechenden NO-Elektrobands vermehrt Bandreißer auftreten. Das hinnehmbare Maß an Sprödigkeit ist wiederum mit der Blechdicke in dem Elektroband beziehungsweise -blech verknüpft, sodass eine Optimierung der Materialeigenschaften übereinander gegenläufigen physikalischen Effekten erforderlich ist. Vor dem Hintergrund der obigen Erläuterungen liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, Alternativen für bekannte Elektrobänder oder -bleche bereitzustellen, die hinsichtlich ihrer magnetischen Eigenschaften einerseits und ihrer mechanischen Eigenschaften andererseits in gleichbleibendem oder höherem Maße den gestellten Anforderungen entsprechen, dabei aber auch eine Ausführung in geringen Dicken ermöglicht. Die Erfindung wird gelöst mit einem nicht kornorientierten metallischen Elektroband oder -blech mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Verfahren zur Herstellung eines nicht kornorientierten Elektrobands mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Die Erfindung wird zudem mit einem Elektroband mit den Merkmalen des Anspruchs 16 und mit einer Verwendung gemäß Anspruch 17 gelöst. Es ist ein nicht kornorientiertes metallisches Elektroband oder -blech vorgesehen. Das nicht kornorientierte metallische Elektroband oder -blech besteht aus einer Zusammensetzung mit den nachfolgend genannten Bestandteilen, jeweils in Gewichts- Prozent, kurz: Gew.-%: C: 0,0005 bis zu 0,0040, das heißt: ein Wert von 0,0005 oder größer aber dabei höchstens 0,0040, bevorzugt 0,0025 bis zu 0,0037; Si: 3,2 bis zu 3,4, bevorzugt 3,25 bis 3,35; Al: 0,85 bis zu 1,05, bevorzugt 0,90 bis zu 1,05;
Mn: bis zu 0,2; P: bis zu 0,040, bevorzugt bis zu 0,020; S: bis zu 0,0030; N: bis zu 0,0020; Ti: bis zu 0,0040; optionale Bestandteile Mo, Nb, V, Zr, Sb, Sn, Cu, Cr, Ni, für all diese mit der Maßgabe: in Summe aller der genannten Elemente weniger als 0,1 Gew.-%; Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen. Weiterhin ist das erfindungsgemäße Elektroband oder -blech dadurch charakterisiert, dass es eine Dicke < 0,265 mm, bevorzugt < 0,260 mm, aufweist sowie eine 0,2-%-Dehngrenze Rp0,2 > 420 MPa aufweist. Der Werkstoffkennwert Dehngrenze Rp0,2 ist gemäß Bestimmung nach DIN EN ISO 6892-1:2020-06 aufzufassen. Mit der gezielten Kombination aus Legierungsvorschrift mit eng definierten Gehaltanteilen, insbesondere auch spezifisch für Si, Al und den zugelassenen Gesamtgehalt an optionalen Bestandteilen einerseits und vergleichsweise geringer Dicke des Elektrobands oder -blechs ausreichend hoher Dehngrenze konnte überraschenderweise ein Elektroband oder -blech bereitgestellt werden. Insbesondere konnten Wirbelstromverluste durch den vergleichsweise hohen Anteil an Si und Al in ihrem Ausmaß verhindert werden. Trotz des hohen Anteils an Si und Al als Legierungsbestandteile hat sich ergeben, dass auch die magnetische Polarisation bei den erfindungsgemäßen Proben sowie ihren Weiterbildungen vergleichsweise hoch ist. Die Begrenzung der optionalen Bestandteile Mo, Nb, V, Zr, Sb, Sn, Cu, Cr, Ni für all diese mit der Maßgabe, dass in Summe aller der genannten Elemente diese weniger als 0,1 Gew.- % des Elektrobands oder -blechs ausmachen sollen, wurde
getroffen, um eine Beeinträchtigung insbesondere der magnetischen Eigenschaften weitgehend zu vermeiden. In einer bevorzugten Weiterbildung wird der Gehalt der Bestandteile C, S, N und Ti derart beschränkt, dass er in der Summe der Gehalte an C, S, N und Ti maximal 0,0100 Gew.-% beträgt. Mit dieser Maßgabe wird eine Beeinträchtigung insbesondere der magnetischen Eigenschaften weitgehend vermieden. Bevorzugt beträgt die Dicke des Elektrobands oder -blechs zwischen 0,230 mm und 0,260 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,235 mm und 0,250 mm. Mit der genauen Anpassung der Banddicke beziehungsweise Blechdicke und der Legierungsvorschrift aufeinander wurde eine hohe Hürde genommen, da sich bei den genannten Werten für die Dicke und bei Beachtung der erfindungsgemäß vorgegebenen Legierungsvorschriften gezeigt hat, dass Proben mit zum einen sehr guten magnetischen Eigenschaften und mit zum anderen ausreichend guten mechanischen Eigenschaften, insbesondere den erfindungsgemäß vorgesehenen Werten für die 0,2%-Dehngrenze, erhalten werden. Besonders bevorzugt sind Ausführungen, in denen das Elektroband oder -blech eine 0,2-%-Dehngrenze Rp0,2 > 420 MPa und kleiner 460 MPa aufweist. In diesem Bereich liegen Proben mit ausreichend guter Festigkeit vor. Das Elektroband oder -blech zeigt in einer vorteilhaften Ausführung Verlustwerte P(1,0T;400Hz) < 13,00 W/kg, bevorzugt P(1,0T;400Hz) < 12,80 W/kg, besonders bevorzugt P(1,0T;400Hz) < 12,70 W/kg. Besonders bevorzugt ist, wenn zusätzlich außerdem einer, mehrere oder M bevorzugt M alle der nachfolgenden Verlustwerte gezeigt werden. P(1,5T;50Hz) < 2,3 W/kg, und/oder P(1,0T;700Hz) < 29 W/kg, und/oder P(1,0T;1000Hz) < 50 W/kg, und/oder
P(1,0T;2000Hz) < 150 W/kg. Das Formelzeichen P(1,0T;400Hz) symbolisiert dabei Ummagnetisierungsverluste in Watt pro Kilogramm, kurz: W/kg, in einem elektromagnetischen Wechselfeld mit 400 Hz Ummagnetisierungsfrequenz und 1,0 T magnetischer Flussdichte im Material. Bei anderen in der Klammer angegebenen Zahlenwerten gilt analog das gleiche. Da P ein dickenabhängiger Parameter ist, gilt er für die gemessene Probe, wie sie erfindungsgemäß vorliegt, wobei vorteilhaft die Dicke der Probe zwischen 0,230 mm und 0,260 mm, bevorzugt zwischen 0,235 mm und 0,250 mm, beträgt. Die angegebenen Parameter wurden stellvertretend gewählt, weil sie in Leistungsanforderungen an die Hersteller häufig auftretende Parameter sind. Die Ummagnetisierungsverluste sind im Sinne der DIN EN 60404-2:2019-05: Magnetische Werkstoffe - Teil 2: Verfahren zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von Elektroband und -blech mit Hilfe 9=A9E ,CEF9=AD5<@9AEN JG verstehen. Das Elektroband oder -blech weist bevorzugt außerdem eine Polarisation J100;50Hz > 0,970 T, bevorzugt J100;50Hz > 0,980 T, besonders bevorzugt J100;50Hz > 1,000 T auf. Das Formelzeichen J100;50Hz bezeichnet die magnetische Polarisation bei einer magnetischen Feldstärke von 100 A/m in einem elektromagnetischen Wechselfeld mit 50 Hz. Die angegebenen Parameter wurden stellvertretend gewählt, weil sie in Leistungsanforderungen an die Hersteller häufig auftretende Parameter sind. Verfahren zur Bestimmung von Polarisation und Feldstärke sind dem Fachmann bekannt, beispielsweise mittels eines Epsteinrahmens zur Bestimmung der Polarisation, insbesondere gemäß ODIN EN 60404-2:2019-05: Magnetische
Werkstoffe M Teil 2: Verfahren zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von Elektroband und -blech mit Hilfe eines EpsteinrahmensN. Die Polarisation gilt insbesondere für die gemessene Probe, wie sie erfindungsgemäß vorliegt, wobei vorteilhaft die Dicke der Probe zwischen 0,240 mm und 0,260 mm, bevorzugt zwischen 0,235 mm und 0,250 mm, beträgt. Die Parameter für Polarisation sind in diesem Sinne zu verstehen. Besonders bevorzugt weist das Elektroband oder -blech einen EC9J=:=E7<9A 9?9>FD=E7<9A 4=89DEF5A8 JI=E7<9A $"'% KL@ und $"'& KL@ 69= 9=A9D 39@C9D5FGD HBA &$ -D58 *9?E=GE auf. Insbesondere werden diese Werte bei einer Dicke, bevorzugt bei jeder Dicke, zwischen 0,230 mm und 0,260 mm erhalten, besonders bevorzugt zwischen 0,235 mm und 0,250 mm. Ein spezifischer elektrischer Widerstand mit dieser Maßgabe korreliert mit den erhaltenen guten magnetischen Eigenschaften. Ein weiterer Gedanke der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines nicht kornorientierten Elektrobands. Mit einem der nachfolgend erläuterten Verfahren können Materialien hergestellt werden, welche Vorteile der eingangs beschriebenen Art aufweisen. Beispielsweise wird durch das nachfolgend erläuterte erfindungsgemäße Verfahren ein Elektroband hergestellt, das eine besonders vorteilhafte Eigenschaftskombination aufweist. Es werden die folgenden Schritte durchgeführt: (A) Bereitstellen eines warmgewalzten, optional warmbandgeglühten, beispielsweise nicht kornorientierten, Elektrobands, mit einer Dicke zwischen 1 mm und 3 mm, bevorzugt zwischen 1,5 mm und 2,5 mm; (B) Kaltwalzen des in Schritt (A) bereitgestellten Elektrobands auf eine Dicke zwischen 0,200 mm und 0,300 mm, bevorzugt zwischen 0,200 mm und 0,265 mm;
(C) Schlussglühen und Abkühlen des in Schritt (B) erhaltenen Kaltbands, um das nicht kornorientierte Elektroband zu erhalten. Das Bereitstellen des Elektrobands höherer Dicke, wie in Schritt (A) genannt, wird an dieser Stelle nicht näher erläutert, da es sich um einen dem Fachmann wohlbekannten Vorgang handelt. Beispielsweise kann das Elektroband höherer Dicke über einen konventionellen Fertigungsweg via Stranggießanlage oder über Dünnbrammenfertigung hergestellt werden. In beiden Wegen wird eine Stahlschmelze mit einer geeigneten Vorgabe, beispielsweise der eingangs genannten Art, zu einem Vormaterial erschmolzen und zu einem Vormaterial vergossen, bei dem es sich bei konventioneller Fertigung um eine Bramme oder eine Dünnbramme handeln kann. Das so erzeugte Vormaterial kann anschließend auf eine Vormaterialtemperatur erwärmt werden, die beispielsweise zwischen 1100 und 1300 Grad Celsius beträgt. Dazu wird das Vormaterial erforderlichenfalls wiedererwärmt oder unter Ausnutzung der Gießhitze auf der jeweiligen Zieltemperatur gehalten. Das so erwärmte Vormaterial kann dann zu einem Warmband warmgewalzt werden mit einer Dicke, die beispielsweise zwischen 1 mm und 3 mm beträgt, bevorzugt zwischen 1,5 mm und 2,5 mm. Das Warmwalzen beginnt beispielsweise in an sich bekannter Weise bei einer Warmwalzanfangstemperatur in der Fertigstaffel von 900 bis 1150 Grad Celsius und endet beispielsweise mit einer Warmwalzendtemperatur von 700 bis 920 Grad Celsius, insbesondere 780 bis 850 Grad Celsius. Das erhaltene Warmband kann anschließend auf eine Haspeltemperatur abgekühlt und zu einem Coil gehaspelt werden. Die Haspeltemperatur wird idealerweise so gewählt, dass Probleme beim anschließend durchgeführten Kaltwalzen vermieden
werden. In der Praxis beträgt die Haspeltemperatur beispielsweise höchstens 700 Grad Celsius, bevorzugt zwischen 550 und 700 Grad Celsius. Das warmgewalzte Elektroband oder -blech aus Schritt (A) kann direkt, also unmittelbar im Anschluss, in Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens überführt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aber nach Schritt (A) und vor Schritt (B) in einem Schritt (A') eine Warmbandglühung bei einer Temperatur von 700 bis 1000 Grad Celsius durchgeführt. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Schlussglühen in einem Durchlaufofen durchgeführt wird. Während des Schlussglühens wird der spezifische Bandzug zumindest an einem der beiden Enden des Durchlaufofens kontrolliert gering gehalten. Dies erfolgt derart, dass wenigstens eine der beiden nachfolgend genannten Bedingungen erfüllt ist: - Der spezifische Einlaufbandzug beträgt höchstens 7 N/mm², bevorzugt höchstens 5,3 N/mm², besonders bevorzugt höchstens 4,0 N/mm², und/oder - der spezifische Auslaufbandzug beträgt höchstens 4 N/mm², bevorzugt höchstens 3,5 N/mm², besonders bevorzugt höchstens 3,0 N/mm². Bevorzugt werden beide Bedingungen kumulativ erfüllt. Der spezifische Bandzug ergibt sich aus dem Quotienten des Bandzugs, der eine Kraft mit der Einheit N ist, und dem Querschnitt des Bands. Der Bandzug ist bei Bandtransport von Stahlband eine dem Fachmann bekannte Größe, dessen Messung und Überwachung beim Betrieb von Bandstraßen eine übliche fachmännische Maßnahme ist. Die Messung kann beispielsweise mit einem handelsüblichen Kraftaufnehmer, auch als Dehnungsmesstreifen bekannt, mit Messverstärker erfolgen.
Besonders bevorzugt wird das Elektroband mit einem in Bandtransportrichtung gesehen vor dem Durchlaufofen positionierten Einlaufrollengerüst mit dem Einlaufbandzug und mit einem in Bandtransportrichtung gesehen nach dem Durchlaufofen positionierten Auslaufrollengerüst mit dem Auslaufbandzug transportiert. Beim Schlussglühen des Schritts (C) wird bevorzugt eine Hochglühtemperatur, das heißt: Maximaltemperatur, erreicht, die zwischen 970 Grad Celsius und 1100 Grad Celsius liegt, bevorzugt zwischen 1000 Grad Celsius und 1060 Grad Celsius. Besonders bevorzugt erfolgt das im Schritt (C) durchgeführte Schlussglühen mit den folgenden Parametern: (C1) Zunächst wird mit einer Aufheizrate von mindestens 40 K/s auf eine Temperatur zwischen 850 Grad Celsius und 950 Grad Celsius erwärmt, bevorzugt auf eine Temperatur zwischen 880 Grad Celsius und 920 Grad Celsius. (C2) Sobald die in Schritt (C1) vorgesehene Temperatur erreicht wurde, wird über diese Temperatur hinaus mit einer Aufheizrate zwischen 5 und 150 K/s auf die Hochglühtemperatur erwärmt. Besonders bevorzugt wird das Verfahren, derart eingestellt, dass die Hochglühtemperatur für einen Zeitraum gehalten wird, der zwischen 10 und 90 Sekunden beträgt. Das Halten der Hochglühtemperatur wird in der betrieblichen Praxis in bestimmten Ofenzonen unter anderem durch die Ofenlänge und durch die entsprechende Einstellung der Bandtransportgeschwindigkeit eingestellt. Nach dem Schlussglühen kühlt das Kaltband bis auf Raumtemperatur ab, wobei das Abkühlen des Kaltbands bevorzugt bis auf Raumtemperatur mit einer Kühlrate von maximal 25 K/s erfolgt, das heißt, dass eine Kühlrate von 25 K/s während des gesamten Abkühlens nicht überschritten wird. Das kontrollierte Abkühlen dient unter anderem der Vermeidung der Ausbildung
unerwünschter Eigenspannungen in dem Elektroband, die nachteilige Eigenschaften auf das magnetische Verhalten des Bands haben. Das Glühen des Schritts (C) findet bevorzugt in einer Glühatmosphäre statt, die - zu mindestens 70 Vol.-Prozent aus H2 besteht, und/oder - bei einem Taupunkt von Tp < 0 Grad Celsius durchgeführt wird. Bevorzugt liegen beide Bedingungen kumulativ vor. Besonders bevorzugt ist, dass das in Schritt (A) bereitgestellte Elektroband aus einem Material mit der nachfolgend genannten Legierungsvorschrift hergestellt wird, wobei die Angaben jeweils in Gewichts-Prozent, kurz: Gew.-%, angeführt sind: C: 0,0005 bis zu 0,0040; Si: 3,2 bis zu 3,4; Al: 0,85 bis zu 1,05; Mn: bis zu 0,2; P: bis zu 0,040, bevorzugt bis zu 0,020; S: bis zu 0,0030; N: bis zu 0,0020; Ti: bis zu 0,0040; Mo+Nb+V+Zr+Sb+Sn+Cu+Cr+Ni: bis zu 0,1; Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen; bevorzugt mit einem Gehalt der Summe von C, S, N und Ti von maximal 0,0100 Gew.-%. Bei Befolgung dieser Legierungsvorschrift wird ein Elektroband der eingangs genannten Weise erhalten, einhergehend mit der entsprechend vorteilhaften Eigenschaftskombination aus magnetischen und mechanischen Eigenschaften. Das Kaltwalzen in Schritt (B) wird bevorzugt bis auf eine Dicke des Kaltbands zwischen 0,230 mm und 0,260 mm
durchgeführt, bevorzugt auf eine Dicke zwischen 0,235 mm und 0,250 mm. Ein weiterer Gedanke der Erfindung betrifft ein Elektroband, wie es mit einem Verfahren der vorgenannten Weise erhalten werden kann, aber mit einem beliebigen anderen Verfahren hergestellt ist. Dies umfasst insbesondere, aber nicht nur, die Elektrobänder der eingangs genannten Art und ihrer Weiterbildungen sowie die ihnen zugeordneten vorteilhaften Materialeigenschaften. Ein Elektroband oder ein Elektroblech der eingangs genannten Art oder einer Weiterbildung von diesen eignet sich in besonderer Weise zur Verwendung in elektrischen Maschinen. Ein Gedanke der Erfindung umfasst daher einen aus einem Elektroband oder einem Elektroband ausgestanzten Ausschnitt, der als Lamelle eines Bestandteils einer elektrischen Maschine genutzt wird, insbesondere als Bestandteil eines Stators oder eines Rotors einer elektrischen Maschine. Beispielsweise kann eine Anzahl von mehreren Lamellen aus einem Elektroband oder einem Elektroblech der eingangs genannten Art oder einer Weiterbildung von diesen ausgestanzt werden, miteinander gefügt werden, beispielsweise durch Kleben mit einem geeigneten Kleber, sodass die miteinander gefügten Lamellen einen Stator oder einen Rotor bilden. Beispiele Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher illustriert. Es wurden Bänder aus Legierungen mit unterschiedlichen Analysen hergestellt. Die Analysen sind in Tabelle 3 gezeigt. Sie sind unter Bezeichnungen B1 und B2 klassifiziert. Ein Kaltband mit der angegebenen Dicke wurde schlussgeglüht und hiernach abgekühlt.
Im Zuge des Schlussglühens wurde der spezifische Einlaufbandzug zwischen 2,5 N/mm² und 7,2 N/mm² variiert. Ebenfalls im Zuge des Schlussglühens wurde der spezifische Auslaufbandzug variiert, nämlich zwischen 2,1 N/mm² und 4,6 N/mm². Die erhaltenen Proben wurden in ihren magnetischen und in ihren mechanischen Eigenschaften charakterisiert. Die Ummagnetisierungsverluste P wurden mittels eines Epsteinrahmens bestimmt, und zwar gemäß DIN EN 60404-2:2019- 05: OMagnetische Werkstoffe - Teil 2: Verfahren zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von Elektroband und -blech mit .=?:9 9=A9E ,CEF9=AD5<@9AEN# ,?9>FDobleche wurden in Längs- und Querstreifen geschnitten und als Mischprobe im Epsteinrahmen vermessen. Die magnetischen Werte P wurden bei 1,0 T sowie bei 1,5 T jeweils für 200 Hz und 400 Hz ermittelt. Die magnetischen Werte P wurden bei 1,0 T jeweils für 700 Hz, 1000 Hz, 1500 Hz und 2000 Hz ermittelt. Diese Werte wurden ebenso wie J bei 50Hz und jeweils 100 A/m, 200 A/m, 2500 A/m, 5000 A/m und 10000 A/m mittels eines Epsteinrahmens, insbesondere gemäß DIN EN 60404-2:2019-$&( O/5;A9F=E7<9 Werkstoffe- Teil 2: Verfahren zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von Elektroband und -blech mit Hilfe eines ,CEF9=AD5<@9AEN# +569= IGD89A 9AFECD97<9A89 ,?9>FDB6?97<9 =A Längs- und Querstreifen geschnitten und als Mischprobe im Epsteinrahmen vermessen. Der Werkstoffkennwert Dehngrenze Rp0,2 wurde gemäß DIN EN ISO 6892-1:2020-06 bestimmt. Die Ergebnisse sind der Tabelle 1 und der Tabelle 2 zu entnehmen. Die Ergebnisse wurden lediglich aus Platzgründen in zwei Tabellen dargestellt, wobei Tabellen 1 und 2 partiell redundant sind. Tabelle 1 und Tabelle 2 zeigen die Temperatur und die spezifischen Ein- und Auslaufbandzüge beim Schlussglühen,
wobei das Schlussglühen bei den Proben zwischen 23 und 28 Sekunden stattfand, in Zusammenschau mit ausgewählten magnetischen Eigenschaften. Entsprechend der Maßgabe, dass Proben mit einer Kombination vorteilhafter magnetischer Eigenschaften und vorteilhafter mechanischer Eigenschaften erhalten werden sollte, können die Proben klassifiziert werden. Es ergeben sich folgende Ergebnisse: 1. Mit einer Legierung einer Analyse aus B1 konnte ein vorteilhafter Verlustwert P(1,0T;400Hz) < 13 W/kg erhalten werden. Mit einer Legierung einer Analyse aus B2 gelang dies nicht. 2. Mit einer Legierung einer Analyse aus B1 konnten Werte J100;50Hz > 0,970 T erreicht werden. Mit einer Legierung einer Analyse aus B2 gelang dies nicht. 3. Um mit einer Legierung einer Analyse aus B1 Werte J100;50Hz > 0,970 T zu erhalten, müssen für die Bandzüge ausreichend kleine Werteeingestellt werden. 4. Eine besonders vorteilhafte Kombination aus geringen Verlusten P(1,0T;400Hz) < 13 W/kg, (bevorzugt <12,7 W/kg) und gleichzeitig hohen Polarisationswerten J100;50Hz > 0,970 T kann erhalten werden, wenn mit einer Legierung einer Analyse aus B1 eine geeignete Legierung erhalten wird und beim Schlussglühen die Bandzüge ausreichend kleine Werte eingestellt werden. Im Ergebnis ergibt sich ein Bild, gemäß welchem erfindungsgemäße Proben mit geringen Dicken und ausreichender Dehngrenze Rp0,2 erhalten werden können, indem systematische Eigenschaftsprofile in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Ausgangslegierung klassifiziert werden.
Außerdem ergibt sich, dass die erfindungsgemäß klassifizierten Proben mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden können, während ein nicht erfindungsgemäßes Verfahren nicht erfindungsgemäße Proben ausgibt.
ZENZ Patentanwälte · Gutenbergstr. 39 · D-45128 Essen T00572WO CK Non-grain-oriented metallic electrical strip or sheet and method for producing a non-grain-oriented electrical strip The invention relates to non-grain-oriented metallic electrical strip or sheet. The invention also relates to a method for producing a non-grain-oriented electrical strip. In the context of the developments described, the term metallic flat product includes in particular rolled products, such as steel strips or steel sheets, or pre-products produced by casting, such as slabs. In particular, the invention relates to flat products that are designed as electrical strip made of a steel and flat products that are designed as electrical sheet made of a steel. Non-grain-oriented flat products, in particular non-grain-oriented electrical strip or sheet, are required in many electrical engineering applications and are known from practice. Non-grain-oriented electrical strip or sheet, often also called 5?E O01-,?9>FDB65A8N 69J=9<GA;EI9=E9 O01-,?9>FDB6?97<N 69J9=7<A9F" =@ ,A;?=E7<9A 5?E O0-1 ,?97FD=75? 2F99?N !O0-1N ) Non Grain Oriented), is used, for example, as a base material for the manufacture of components of a rotating electrical machine. In such an application, the course of electromagnetic fields is controlled and strengthened using the non-grain-oriented metallic electrical strip or sheet. Typical fields of application for such strips and sheets are rotors and stators in electric motors and electric generators. Many electric motors require operation at high speeds per unit of time, for example motors that are being developed for applications in the context of so-called electromobility and are therefore becoming increasingly important. The operation of an electric motor at high speeds is accompanied by high frequencies of the required alternating electromagnetic field, which is ultimately the basis for driving the motor. Materials that are designed for use in alternating electromagnetic fields with comparatively high frequencies are therefore increasingly required. When developing electric motors for operation with high-frequency alternating fields, the material developer is faced with the challenge of making a contribution to increasing the efficiency of the electric motor. Against this background, non-grain-oriented metallic flat products are required, in particular non-grain-oriented electrical steel and non-grain-oriented electrical sheet, which combine comparatively low remagnetization losses at comparatively high frequencies with comparatively high magnetic polarization and induction as well as comparatively high permeability, especially in the relevant ranges of the magnetic field strength, namely at comparatively low magnetic field strength. Good combinations of these properties are achieved in proven electrical strips and sheets by a high weight proportion of silicon and/or aluminum in the starting alloy of the electrical strip or sheet. However, high proportions of these elements are usually accompanied by the disadvantageous effect that corresponding previously known NO electrical strips or NO electrical sheets with the properties mentioned are not suitable for use due to their high silicon and/or Aluminum content have a comparatively high degree of brittleness with the associated disadvantages in processability, for example in cold rolling. For example, during cold rolling of corresponding NO electrical strip, strip tears can occur more frequently. The acceptable degree of brittleness is in turn linked to the sheet thickness in the electrical strip or sheet, so that an optimization of the material properties over opposing physical effects is necessary. Against the background of the above explanations, the invention is based on the object of providing alternatives to known electrical strips or sheets which, with regard to their magnetic properties on the one hand and their mechanical properties on the other, meet the requirements to a constant or greater extent, but also enable a design in small thicknesses. The invention is achieved with a non-grain-oriented metallic electrical strip or sheet with the features of claim 1 and with a method for producing a non-grain-oriented electrical strip with the features of claim 8. The invention is also achieved with an electrical strip with the features of claim 16 and with a use according to claim 17. A non-grain-oriented metallic electrical strip or sheet is provided. The non-grain-oriented metallic electrical strip or sheet consists of a composition with the following components, each in percent by weight, in short: % by weight: C: 0.0005 up to 0.0040, that is: a value of 0.0005 or greater but not more than 0.0040, preferably 0.0025 up to 0.0037; Si: 3.2 up to 3.4, preferably 3.25 to 3.35; Al: 0.85 up to 1.05, preferably 0.90 up to 1.05; Mn: up to 0.2; P: up to 0.040, preferably up to 0.020; S: up to 0.0030; N: up to 0.0020; Ti: up to 0.0040; optional components Mo, Nb, V, Zr, Sb, Sn, Cu, Cr, Ni, for all of these with the proviso: the sum of all of the elements mentioned is less than 0.1% by weight; the remainder is Fe and unavoidable impurities. Furthermore, the electrical strip or sheet according to the invention is characterized in that it has a thickness of < 0.265 mm, preferably < 0.260 mm, and a 0.2% yield strength Rp0.2 > 420 MPa. The material characteristic yield strength Rp0.2 is to be understood as determined according to DIN EN ISO 6892-1:2020-06. With the targeted combination of alloy specifications with narrowly defined content proportions, in particular also specific for Si, Al and the permitted total content of optional components on the one hand and a comparatively low thickness of the electrical strip or sheet with a sufficiently high yield strength, it was surprisingly possible to provide an electrical strip or sheet. In particular, eddy current losses could be prevented to their extent due to the comparatively high proportion of Si and Al. Despite the high proportion of Si and Al as alloy components, it has been found that the magnetic polarization in the samples according to the invention and their further developments is also comparatively high. The limitation of the optional components Mo, Nb, V, Zr, Sb, Sn, Cu, Cr, Ni for all of these with the proviso that in total all of the elements mentioned should make up less than 0.1 wt.% of the electrical strip or sheet, was in order to largely avoid impairment of the magnetic properties in particular. In a preferred development, the content of the constituents C, S, N and Ti is limited in such a way that the sum of the contents of C, S, N and Ti is a maximum of 0.0100 wt.%. With this provision, impairment of the magnetic properties in particular is largely avoided. The thickness of the electrical strip or sheet is preferably between 0.230 mm and 0.260 mm, particularly preferably between 0.235 mm and 0.250 mm. By precisely matching the strip thickness or sheet thickness to the alloying specification, a major hurdle has been overcome, since with the stated values for the thickness and when observing the alloying specifications specified in the invention, it has been shown that samples with very good magnetic properties on the one hand and sufficiently good mechanical properties on the other, in particular the values for the 0.2% yield strength provided for in the invention, are obtained. Particularly preferred are designs in which the electrical strip or sheet has a 0.2% yield strength Rp0.2 > 420 MPa and less than 460 MPa. In this range, samples with sufficiently good strength are available. In an advantageous design, the electrical strip or sheet shows loss values P(1.0T;400Hz) < 13.00 W/kg, preferably P(1.0T;400Hz) < 12.80 W/kg, particularly preferably P(1.0T;400Hz) < 12.70 W/kg. It is particularly preferred if one, several or M preferably M all of the following loss values are also shown. P(1.5T;50Hz) < 2.3 W/kg, and/or P(1.0T;700Hz) < 29 W/kg, and/or P(1.0T;1000Hz) < 50 W/kg, and/or P(1.0T;2000Hz) < 150 W/kg. The formula symbol P(1.0T;400Hz) symbolizes magnetization losses in watts per kilogram, in short: W/kg, in an alternating electromagnetic field with 400 Hz magnetization frequency and 1.0 T magnetic flux density in the material. The same applies analogously to other numerical values given in brackets. Since P is a thickness-dependent parameter, it applies to the measured sample as it is presented according to the invention, whereby the thickness of the sample is advantageously between 0.230 mm and 0.260 mm, preferably between 0.235 mm and 0.250 mm. The parameters given were chosen as representative because they are parameters that frequently appear in the performance requirements placed on manufacturers. The core losses are to be understood in the sense of DIN EN 60404-2:2019-05: Magnetic materials - Part 2: Methods for determining the magnetic properties of electrical steel strip and sheet using 9=A9E ,CEF9=AD5<@9AEN JG. The electrical steel strip or sheet preferably also has a polarization J100;50Hz > 0.970 T, preferably J100;50Hz > 0.980 T, particularly preferably J100;50Hz > 1.000 T. The formula symbol J100;50Hz denotes the magnetic polarization at a magnetic field strength of 100 A/m in an alternating electromagnetic field of 50 Hz. The parameters given were chosen as representative because they are parameters that frequently occur in the performance requirements placed on manufacturers. Methods for determining polarization and field strength are known to those skilled in the art, for example by means of an Epstein frame for determining polarization, in particular according to ODIN EN 60404-2:2019-05: Magnetic Materials M Part 2: Method for determining the magnetic properties of electrical steel strip and sheet using an Epstein frameN. The polarization applies in particular to the measured sample as it is in accordance with the invention, the thickness of the sample being advantageously between 0.240 mm and 0.260 mm, preferably between 0.235 mm and 0.250 mm. The parameters for polarization are to be understood in this sense. The electrical steel strip or sheet particularly preferably has a EC9J=:=E7<9A 9?9>FD=E7<9A 4=89DEF5A8 JI=E7<9A $"'% KL@ and $"'& KL@ 69= 9=A9D 39@C9D5FGD HBA &$ -D58 *9?E=GE. In particular, these values are obtained at a thickness, preferably at any thickness, between 0.230 mm and 0.260 mm, particularly preferably between 0.235 mm and 0.250 mm. A specific electrical resistance with this requirement correlates with the good magnetic properties obtained. A further idea of the invention relates to a method for producing a non-grain-oriented electrical steel strip. Using one of the methods explained below, materials can be produced which have advantages of the type described at the outset. For example, the method according to the invention explained below produces an electrical steel strip which has a particularly advantageous combination of properties. The following steps are carried out: (A) providing a hot-rolled, optionally hot-strip annealed, for example non-grain-oriented, electrical steel strip with a thickness between 1 mm and 3 mm, preferably between 1.5 mm and 2.5 mm; (B) cold rolling the electrical steel strip provided in step (A) to a thickness between 0.200 mm and 0.300 mm, preferably between 0.200 mm and 0.265 mm; (C) Final annealing and cooling of the cold strip obtained in step (B) to obtain the non-grain-oriented electrical steel strip. The provision of the electrical steel strip of greater thickness, as mentioned in step (A), is not explained in more detail here, as it is a process well known to those skilled in the art. For example, the electrical steel strip of greater thickness can be produced via a conventional production route via a continuous casting plant or via thin slab production. In both routes, a steel melt with a suitable specification, for example of the type mentioned at the beginning, is melted to form a starting material and cast to form a starting material, which in conventional production can be a slab or a thin slab. The starting material produced in this way can then be heated to a starting material temperature which is, for example, between 1100 and 1300 degrees Celsius. For this purpose, the starting material is reheated if necessary or kept at the respective target temperature using the casting heat. The pre-material heated in this way can then be hot-rolled into a hot strip with a thickness of, for example, between 1 mm and 3 mm, preferably between 1.5 mm and 2.5 mm. Hot rolling begins, for example, in a manner known per se at a hot rolling start temperature in the finishing stage of 900 to 1150 degrees Celsius and ends, for example, with a hot rolling end temperature of 700 to 920 degrees Celsius, in particular 780 to 850 degrees Celsius. The hot strip obtained can then be cooled to a coiling temperature and coiled into a coil. The coiling temperature is ideally chosen so that problems are avoided during the subsequent cold rolling. In practice, the coiling temperature is, for example, at most 700 degrees Celsius, preferably between 550 and 700 degrees Celsius. The hot-rolled electrical strip or sheet from step (A) can be transferred directly, i.e. immediately afterwards, to step (B) of the process according to the invention. In a preferred embodiment of the process according to the invention, however, after step (A) and before step (B), in a step (A'), hot strip annealing is carried out at a temperature of 700 to 1000 degrees Celsius. According to the invention, the final annealing is carried out in a continuous furnace. During the final annealing, the specific strip tension is kept low in a controlled manner at least at one of the two ends of the continuous furnace. This is done in such a way that at least one of the two following conditions is met: - the specific infeed belt tension is at most 7 N/mm², preferably at most 5.3 N/mm², particularly preferably at most 4.0 N/mm², and/or - the specific outfeed belt tension is at most 4 N/mm², preferably at most 3.5 N/mm², particularly preferably at most 3.0 N/mm². Preferably, both conditions are met cumulatively. The specific belt tension results from the quotient of the belt tension, which is a force with the unit N, and the cross-section of the belt. When transporting steel belts, the belt tension is a quantity known to those skilled in the art, and its measurement and monitoring is a common professional measure when operating belt lines. The measurement can be carried out, for example, using a commercially available force transducer, also known as a strain gauge, with a measuring amplifier. Particularly preferably, the electrical steel is transported with the infeed belt train using an infeed roller stand positioned upstream of the continuous furnace as viewed in the direction of strip transport, and with the outfeed roller stand positioned downstream of the continuous furnace as viewed in the direction of strip transport, using the outfeed belt train. During the final annealing of step (C), a high annealing temperature, i.e. a maximum temperature, of between 970 degrees Celsius and 1100 degrees Celsius, preferably between 1000 degrees Celsius and 1060 degrees Celsius, is preferably reached. The final annealing carried out in step (C) particularly preferably takes place with the following parameters: (C1) First, the steel is heated at a heating rate of at least 40 K/s to a temperature between 850 degrees Celsius and 950 degrees Celsius, preferably to a temperature between 880 degrees Celsius and 920 degrees Celsius. (C2) As soon as the temperature specified in step (C1) has been reached, it is heated above this temperature to the high annealing temperature at a heating rate of between 5 and 150 K/s. The process is particularly preferably set up in such a way that the high annealing temperature is maintained for a period of between 10 and 90 seconds. In operational practice, the high annealing temperature is maintained in certain furnace zones by, among other things, the furnace length and the corresponding setting of the strip transport speed. After the final annealing, the cold strip cools down to room temperature, with the cooling of the cold strip preferably taking place to room temperature at a maximum cooling rate of 25 K/s, i.e. that a cooling rate of 25 K/s is not exceeded during the entire cooling process. The controlled cooling serves, among other things, to prevent the formation of undesirable residual stresses in the electrical steel strip which have detrimental properties on the magnetic behavior of the strip. The annealing in step (C) preferably takes place in an annealing atmosphere which - consists of at least 70 vol. percent H2, and/or - is carried out at a dew point of Tp < 0 degrees Celsius. Both conditions are preferably present cumulatively. It is particularly preferred that the electrical steel strip provided in step (A) is made from a material with the alloy specification stated below, with the details being given in weight percent, in short: wt. %, in each case: C: 0.0005 up to 0.0040; Si: 3.2 up to 3.4; Al: 0.85 up to 1.05; Mn: up to 0.2; P: up to 0.040, preferably up to 0.020; S: up to 0.0030; N: up to 0.0020; Ti: up to 0.0040; Mo+Nb+V+Zr+Sb+Sn+Cu+Cr+Ni: up to 0.1; balance Fe and unavoidable impurities; preferably with a content of the sum of C, S, N and Ti of a maximum of 0.0100 wt.%. By following this alloying specification, an electrical strip is obtained as described above, along with the corresponding advantageous combination of magnetic and mechanical properties. The cold rolling in step (B) is preferably carried out to a thickness of the cold strip between 0.230 mm and 0.260 mm. carried out, preferably to a thickness between 0.235 mm and 0.250 mm. A further idea of the invention relates to an electrical strip, as can be obtained with a method of the aforementioned manner, but is produced with any other method. This includes in particular, but not only, the electrical strips of the type mentioned at the beginning and their developments as well as the advantageous material properties associated with them. An electrical strip or an electrical sheet of the type mentioned at the beginning or a development of these is particularly suitable for use in electrical machines. One idea of the invention therefore includes a cutout punched out of an electrical strip or an electrical strip, which is used as a lamella of a component of an electrical machine, in particular as a component of a stator or a rotor of an electrical machine. For example, a number of several lamellas can be punched out of an electrical strip or an electrical sheet of the type mentioned at the beginning or a development of these, joined together, for example by gluing with a suitable adhesive, so that the lamellas joined together form a stator or a rotor. Examples The invention is illustrated in more detail below using exemplary embodiments. Strips were produced from alloys with different analyses. The analyses are shown in Table 3. They are classified under the designations B1 and B2. A cold strip with the specified thickness was finally annealed and then cooled. During the final annealing, the specific infeed strip tension was varied between 2.5 N/mm² and 7.2 N/mm². During the final annealing, the specific outfeed strip tension was also varied, namely between 2.1 N/mm² and 4.6 N/mm². The samples obtained were characterized in terms of their magnetic and mechanical properties. The core losses P were determined using an Epstein frame in accordance with DIN EN 60404-2:2019- 05: OMagnetic materials - Part 2: Methods for determining the magnetic properties of electrical strip and sheet with .=?:9 9=A9E ,CEF9=AD5<@9AEN# ,?9>FDo sheets were cut into longitudinal and transverse strips and measured as a mixed sample in the Epstein frame. The magnetic values P were determined at 1.0 T and at 1.5 T for 200 Hz and 400 Hz respectively. The magnetic values P were determined at 1.0 T for 700 Hz, 1000 Hz, 1500 Hz and 2000 Hz respectively. These values, like J, were measured at 50Hz and 100 A/m, 200 A/m, 2500 A/m, 5000 A/m and 10000 A/m using an Epstein frame, in particular in accordance with DIN EN 60404-2:2019-06 Materials - Part 2: Method for determining the magnetic properties of electrical steel strip and sheet using a ,CEF9=AD5<@9AEN# +569= IGD89A 9AFECD97<9A89 ,?9>FDB6?97<9 =A longitudinal and transverse strips and measured as a mixed sample in the Epstein frame. The material characteristic yield strength Rp0.2 was determined in accordance with DIN EN ISO 6892-1:2020-06. The results can be found in Table 1 and Table 2. The results were only divided into two for reasons of space. Tables are shown, whereby Tables 1 and 2 are partially redundant. Table 1 and Table 2 show the temperature and the specific inlet and outlet strip tensions during final annealing, the final annealing of the samples took place for between 23 and 28 seconds, in conjunction with selected magnetic properties. The samples can be classified according to the requirement that samples with a combination of advantageous magnetic properties and advantageous mechanical properties should be obtained. The following results were obtained: 1. With an alloy with an analysis from B1, a favorable loss value P(1.0T;400Hz) < 13 W/kg was obtained. With an alloy with an analysis from B2, this was not possible. 2. With an alloy with an analysis from B1, values J100;50Hz > 0.970 T could be achieved. With an alloy with an analysis from B2, this was not possible. 3. In order to obtain values J100;50Hz > 0.970 T with an alloy with an analysis from B1, sufficiently small values must be set for the strip tension. 4. A particularly advantageous combination of low losses P(1.0T;400Hz) < 13 W/kg, (preferably <12.7 W/kg) and simultaneously high polarization values J100;50Hz > 0.970 T can be obtained if a suitable alloy is obtained with an alloy of an analysis from B1 and the strip tensions are set to sufficiently small values during the final annealing. The result is a picture according to which samples according to the invention with low thicknesses and sufficient yield strength Rp0.2 can be obtained by classifying systematic property profiles depending on the composition of the starting alloy. It also follows that the samples classified according to the invention can be produced by the method according to the invention, while a method not according to the invention produces samples not according to the invention.
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