DE1153045B - Verfahren zum gleichzeitigen Weichgluehen und Entkohlen von kaltverformtem Siliziumstahl - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gleichzeitigen Weichglühen und Entkohlen von kaltverformtem Siliziumstahl mit 1 bis 4% Silizium und maximal 0,05°/» Kohlenstoff, vorzugsweise 0,02 bis 0,03% Kohlenstoff.

Es ist allgemein bekannt, daß die magnetischen Eigenschaften eines Stahles um so besser sind, je geringer sein Kohlenstoffgehalt ist. Der Kohlenstoffgehalt von Siliziumstahlgußblöcken, die als Ausgangsmaterial für die Herstellung von Bandstahl für elektrische Zwecke verwendet werden, beträgt maximal 0,05% und hat normalerweise einen Wert von 0,02 bis 0,03 ⁰Zc. Der höchstzulässige Kohlenstoffanteil wird jedoch im Hinblick auf geringe magnetische Verluste heutzutage mit ungefähr 0,006% angegeben. Neuere Arbeiten haben ergeben, daß der Kohlenstoffgehalt von Magnetblechen unter 0,002% liegen muß, falls ein durch das Alter bedingtes Ansteigen der magnetischen Verluste bei Transformatoren vermieden werden soll. Der Kohlenstoffgehalt des Ausgangsmaterials muß daher durch entsprechende Verarbeitungsverfahren noch weiter gesenkt werden.

Bei den bekannten Herstellungsverfahren für Siliziumstahl der obengenannten Art wird der Gußblock ausgewalzt und zur Beseitigung von unerwünschten Verunreinigungen und Spannungen geglüht. Dabei wird das gewalzte Gut gewöhnlich bei ungefähr 950° C einer Wärmebehandlung unterworfen, um den Bandstahl zur Erleichterung des späteren Walzens weich zu machen und die vorhandenen Spannungen zu beseitigen. Üblicherweise wird der Bandstahl, nachdem er die gewünschte Stärke erhalten hat, in einer kohlenstoffentziehenden Atmosphäre bei einer Temperatur von ungefähr 800° C entkohlt.

Es wurde auch bereits vorgeschlagen, das Weichglühen und das Entkohlen zur Verbesserung der magnetischen Eigenschaften von Stählen in einer feuchten Wasserstoffatmosphäre in einem einzigen Verfahrensschritt vorzunehmen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verarbeitungsverfahren für Siliziumstahl anzugeben, mittels dessen der Kohlenstoffgehalt im Endprodukt auf einen noch tiefer als bisher erreichbaren Wert zu liegen kommt.

Nach der vorliegenden Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß der kaltverformte Siliziumstahl an seiner Oberfläche zunächst entfettet und metallisch blank gemacht wird und anschließend bei 875 bis 1025° C bis zu 10 Minuten in feuchtem, reinem neutralem Gas mit einem Taupunkt von minde-Verfahren zum gleichzeitigen Weichglühen

und Entkohlen von kaltverformtem

Siliziumstahl

Anmelder:

General Electric Company,
Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. M. Licht, München 2, Sendlinger Str. 55,

und Dr. R. Schmidt, Oppenau (Renchtal),

Patentanwälte

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 15. November 1957 (Nr. 696 616)

Elmore Joseph Fitz, Lanesboro, Mass. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

stens —40° C, vorzugsweise von über 2° C, geglüht wird.

Die verschiedensten Arten von Reduktions- und Oxydationsatmosphären sind für das frühere Verfahren zum Kohlenstoffentzug angewendet worden, aber die bisher verwendeten Gase haben sich insofern nicht als völlig zufriedenstellend erwiesen, als in einigen Fällen der erreichte Kohlenstoffanteil nicht genügend klein, die für einen hinreichenden Kohlenstoffentzug erforderliche Zeit zu lang war und die erzielten Ergebnisse nicht einheitlich waren; oder noch andere Gründe ließen sie unzulänglich erscheinen.

Einige der früher benutzten Atmosphären enthielten Sauerstoff oder Wasserstoff. Im Zusammenhang mit der Erfindung hat man entdeckt, daß tatsächlich die Anwesenheit sowohl von Sauerstoff als von Wasserstoff in der kohlenstoffentziehenden Atmosphäre dazu führt, einen wirksamen Kohlenstoffentzug aus dem Stahl, d. h. bis auf einen ganz geringen Prozentsatz, zu verhindern, was im Gegensatz zu den Lehren der bisherigen Verfahrensweise steht. In anderen Fällen waren andere Gase, ζ. Β.

Kohlendioxyd, in der kohlenstoffentziehenden Atmosphäre enthalten; aber auch die kohlenstoffhaltigen Gase haben die Erzielung eines äußerst niedrigen

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Kohlenstoffanteils verhindert, wahrscheinlich auf wird. Da der optimale Temperaturbereich für das Grund eines zwischen dem kohlenstoffhaltigen Gas Entspannungsglühen bei ungefähr 925 bis 955° C und dem Stahl eintretenden Gleichgewichts, das liegt, ist das hier angegebene Verfahren außereinen weiteren Entzug des Kohlenstoffs vereitelte, ordentlich geeignet, gleichzeitig mit dem Entsobald der Gleichgewichtszustand erreicht worden 5 Spannungsglühen während der Bearbeitung des war. Siliciumstahls durchgeführt zu werden. Die bei An-

Es scheint, daß der erfindungsgemäß durchgeführte Wendung dieses Verfahrens für einen maximalen

Kohlenstoffentzug hauptsächlich von der Feuchtigkeit Kohlenstoffentzug erforderliche Zeit beträgt höch-

des anwesenden Gasgemisches bewirkt wird und daß stens 10 Minuten.

das Gas oder die Gase an sich lediglich zur Ver- io Es wurde eine Reihe von Versuchen ausgeführt,

dünnung des Wasserdampfes dienen und neutral um die Wirkung der verschiedenen bekannten

gegenüber dem Metall und seinen Bestandteilen sein Atmosphären mit der der Erfindung zu vergleichen,

müssen. Im Verlauf dieser Versuche wurden Gruppen von

Es ist also von besonderer Bedeutung für die Er- zehn Proben des gleichen Siliciumbandstahls von findung, daß reagierende Gase, z. B. Sauerstoff und 15 3,5 cm Stärke zuerst gereinigt, d. h. in einer sauren Wasserstoff, oder kohlenstoffhaltige Gase, wie Lösung gebeizt, entfettet und gewaschen. Nach-Kohlenstoffdioxyd, völlig vermieden werden und daß folgend wurde jede Probe einer 10 Minuten langen man für diesen Zweck ein reines, neutrales, ver- Wärmebehandlung unterworfen. Jede Gruppe von dünnendes Gas. z. B. Stickstoff, als Träger für den zehn Proben wurde in einer anderen der vier Arten kohlenstoffentziehenden Wasserdampf benutzt. Wäh- 20 von Atmosphären behandelt. Diese 4 Atmosphären rend Stickstoff ein besonders geeignetes neutrales waren die folgenden: (a) Leitungsstickstoff mit 0,2 Gas darstellt, allein schon vom wirtschaftlichen bis 0,3¹⁰Zo Sauerstoff; (b) reiner Stickstoff (Leitungs-Standpunkt aus betrachtet, können, falls gewünscht, stickstoff, dem der Sauerstoff entzogen wurde); ebenso andere neutrale Gase, wie Argon, Helium, (c) Luft; (d) im wesentlichen reiner Wasserstoff. In Krypton, Neon u. dgl. oder Mischungen dieser Gase 25 jede der genannten Atmosphären wurde Wasserdampf an seiner Stelle verwendet werden. eingeführt; der Taupunkt lag bei 26 bis 29° C.

Das Verhältnis von Wasserdampf zum verwende- Außerdem wurde eine weitere Gruppe von zehn

ten Stickstoff oder zu einem entsprechenden Gas ist Proben, die nicht in der oben beschriebenen Weise

bei der Erfindung nicht entscheidend, da man fest- vorher gereinigt worden war, bei der gleichen Tem-

stellte, daß die gleichen Ergebnisse im Hinblick auf 30 peratur in einer feuchten reinen Stickstoffatmosphäre

den Kohlenstoffentzug erzielt werden, wenn die mit dem oben angegebenen Feuchtigkeitsgehalt

Atmosphäre mit Feuchtigkeit gesättigt ist oder wenn wärmebehandelt.

sie nur einen verhältnismäßig geringen Feuchtig- Die Analyse des Kohlenstoffgehalts dieser Proben

keitsanteil aufweist. Es ist z. B. ein erfolgreicher zeigte nach der Behandlung zum Kohlenstoffentzug

Kohlenstoffentzug bei einem Taupunkt von nur 35 die nachstehend aufgeführten Durchschnittswerte für

—40° C durchgeführt worden. Es ist jedoch vor- die in den genannten Atmosphären behandelten

zuziehen, mit Taupunkten über 2° C zu arbeiten, Proben:
da das Verfahren dann weniger empfindlich gegenüber geringen Unterschieden in der Oberflächen- Atmosphäre

behandlung ist. Die Erhöhung des Taupunkts auf 40

Temperaturen über 2° C verstärkt die Wirksamkeit

des Verfahrens nicht, bietet aber den praktischen Leitungsstickstoff .

Vorteil, daß der gewünschte Wasserdampf dem Luft

reinen neutralen Gas auf die folgende Weise zu- Leitungswasserstoff gesetzt werden kann: Man leitet das reine neutrale 45 Reiner Stickstoff ..

Kohlenstoffgehalt

0,002% 0,003% 0,014% 0,001%

Gas durch ein Wasserbad bei Zimmertemperatur,

d. h. bei 21 bis 29° C. Die zusätzlichen Proben, die nicht vorher ge-

Es ist wichtig, sich zu vergewissern, daß die reinigt und die einer reinen feuchten Stickstoff-Stahloberfläche vor der Behandlung zum Kohlen- atmosphäre unterworfen worden waren, wiesen einen Stoffentzug gründlich gereinigt ist; besonders muß 50 Kohlenstoffgehalt von 0,003% auf. aller Zunder, der von dem vorangegangenen Warm- Ein Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,002% walzen zurückgeblieben sein kann, beseitigt werden. kann mit den heute üblichen Analyseverfahren nur Zu diesem Zweck kann der Stahl abgeblasen oder schwierig genau bestimmt werden, und so besteht ein in einer sauren Lösung, z.B. einer Mischung aus berechtigter Grund zu der Annahme, daß der Chlorwasserstoff und Fluorwasserstoffsäure, ge- 55 Prozentsatz für diejenigen Proben, die in der reinen, beizt und dann in Wasser gewaschen werden. Die feuchten Stickstoffatmosphäre der Erfindung be-Reinigung muß gründlich sein, so daß eine saubere, handelt wurden, weit unter dem angegebenen Wert metallblanke Oberfläche auf dem Stahl entsteht. von 0,001% liegt. Neun von den zehn geprüften Auch alle Fettspuren sollen von der Oberfläche ent- Proben dieser Gruppe besaßen einen Kohlenstofffernt werden, was mit HiKe des bekannten Dampf- 60 gehalt von 0,001% und eine einen von 0,002%. Die entfetters vor Einführung in die Kohlenstoffentzugs- Ergebnisse, die mit den vorher gereinigten und erkammer erreicht werden kann. findungsgemäß in reinem, feuchtem Stickstoff be-

Bei Anwendung des Verfahrens der Erfindung wird handelten Proben erzielt wurden, zeigten eine be-

der Kohlenstoffentzug in einem Temperaturbereich achtliche Verbesserung im Vergleich zu denen, die

von 875 bis 1025° C wirkungsvoll durchgeführt. 65 in den anderen zum Kohlenstoffentzug verwendeten

Diese Tatsache steht im Gegensatz zu der früheren Atmosphären erreicht wurden. Die damit erzielte

Verfahrensweise, die lehrte, daß der beste Kohlen- Herabsetzung des magnetischen Alterungsverlustes

Stoffentzug bei Temperaturen unter 875° C erzielt des Siliciumstahls macht den bedeutenden praktischen

Wert des beschriebenen Verfahrens aus. Diese Tatsache ist von besonderer Bedeutung, da experimentell bewiesen ist, daß die magnetische Alterung bei einem Kohlenstoffgehalt von mehr als 0,002% erheblich zunimmt.

Die Ergebnisse der oben beschriebenen Versuche zeigen außerdem, daß der auf den Proben verbliebene Zunder den Kohlenstoffentzug wesentlich beeinträchtigt, wenn solche Proben der Behandlung zum Kohlenstoffentzug unterworfen werden, und daß also die Beseitigung des Zunders und anderer Verunreinigungen durch die beschriebene vorangehende Reinigung den maximalen Kohlenstoffentzug aus dem Stahl sehr fördert.

Bei einem Verfahren, das als Ausführungsbeispiel für die Erfindung gelten kann, wird ein Siliciumstahlgußblock mit ungefähr 3% Silicium und 0,02% Kohlenstoff zuerst auf eine Stärke von ungefähr 2,16 cm warmgewalzt und nach der Beseitigung von Zunder und anderen Verunreinigungen kaltgewalzt auf eine Stärke von ungefähr 0,07 cm. Anschließend wird der Bandstahl dem Entspannungsglühen gleichzeitig mit der Behandlung zum Kohlenstoffentzug bei Temperaturen zwischen 925 und 955° C 4 Minuten lang unterworfen. Nachfolgend wird der kohlenstoffarme Bandstahl auf eine Stärke von 0,03 bis 0,04 cm kaltgewalzt. Der auf diese Weise hergestellte Stahl kann den bekannten Verfahren zur weiteren Verfeinerung und Gefügeverbesserung unterworfen werden.

Bei dem oben geschilderten Vorgehen kann die Reinigung unmittelbar anschließend an das Warmwalzen geschehen, wie beschrieben wurde, oder sie kann bis unmittelbar vor das gleichzeitig mit dem Entspannungsglühen stattfindende Kohlenstoffentzugsverfahren verschoben werden.

Mit Hilfe der Erfindung kann Siliciumbandstahl mit einem Minimum an feststellbarem Kohlenstoff hergestellt werden. Er läßt sich durch Anwendung einer Wärmebehandlung zum Kohlenstoffentzug anfertigen, die einen verhältnismäßig weiten Temperaturbereich gestattet, wenn man die früher als optimale Temperaturen für den größtmöglichen Kohlenstoffentzug betrachteten zum Vergleich heranzieht. Von besonderem Vorteil ist die Vereinigung des Kohlenstoffentzugs mit dem Entspannungsglühen unter Anwendung von Temperaturen weit über 900° C, welches der optimale Bereich für das Ausglühen ist. Auf diese Weise fällt der früher abschließende Arbeitsgang des Kohlenstoffentzugs fort. Außerdem wird der Kohlenstoffgehalt stärker verringert, als durch irgendeines der herkömmlichen Verfahren in gleicher Zeit erreichbar war.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zum gleichzeitigen Weichglühen und Entkohlen von kaltverformtem Siliziumstahl mit 1 bis 4% Silizium und maximal 0,05% Kohlenstoff, vorzugsweise 0,02 bis 0,03% Kohlenstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Glühgutes zunächst entfettet und metallisch blank gemacht wird und das Gut anschließend bei 875 bis 1025° C bis zu 10 Minuten in feuchtem, reinem neutralem Gas mit einem Taupunkt von mindestens —40° C, vorzugsweise von über 2° C, geglüht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühen bei einer Temperatur von 925 bis 955° C in einer feuchten Stickstoffatmosphäre durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühgut vor der Glühbehandlung zunächst im warmen Zustande auf eine Zwischenstärke ausgewalzt, anschließend gereinigt und dann im kalten Zustand weiter ausgewalzt und nach der Glühbehandlung im kalten Zustand auf die endgültige Stärke ausgewalzt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 884 813, 931661;
USA.-Patentschrift Nr. 2765 246;
Auszüge deutscher Patentanmeldungen, Vol. 19 (1948), S. 160; (H 175140 VIa/18c).

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