DE1508366A1

DE1508366A1 - Verfahren zur Herstellung von Gusseisen und kohlenstoffarmem Stahl mit bevorzugten kristallographischen Orientierungen

Info

Publication number: DE1508366A1
Application number: DE19661508366
Authority: DE
Inventors: Kolder Dale Martin
Original assignee: Armco Inc
Current assignee: Armco Inc
Priority date: 1965-06-28
Filing date: 1966-11-12
Publication date: 1969-10-23
Also published as: US3392063A; BE689584A; GB1142552A

Description

Verfahren zur Herstellung von Gusseisen und kohlenstoffarmem Stahl mit bevorzugten kristallographischen Orientierungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von orientierten Eisenlegierungen und insbesondere ein Verfahren zur Erzeugung bevorzugter kristallographischer Orientierungen in Gusseisen und kohlenstoffarmem Stahl, sowie die nach diesem Verfahren erhaltenen Produkte.

Es wurde festgestellt, dass alle Metalle und ihre legierungen beim Walzen einen bestimmten Grad einer bevorzugten Orientierung und in der Regel eine andere Orientierung erhalten, wenn sie kalt bearbeitet und rekristallisiert werden« Wenn handelsübliches Eisen und kohlenstoffarme Stähle zu Blechen oder Bändern gewalzt und rekristallisiert werden, besitzen sie eine schwach entwickelte,nach

Br.Ha/Ma

den

den Miller¹ sehen Indices mit (100)/01j7 bezeichnete kubische Orientierung. Biese Orientierung hat für die derzeitige Verwendung von Gusseisen und kohlenstoffarmen Stählen keinen besonderen Wert·

Es wurden bereits Versuche zur Entwicklung günstigerer Orientierungen in diesem Material unternommen· Zum Beispiel wurde die chemische Ausgangszusammensetzung der Schmelze durch Zugabe von Stoffen variiert, welche ein primäres Kristallwachstum verhindern. Andere Methoden, einsohliesslich solcher, die mit einer kritischen Spannung arbeiten, wurden angewendet, wobei die Methode und der Grad der Walz- und Wärmebehandlung variiert wurden· Trotzdem fand man bis zu der vorliegenden Erfindung die bevorzugten Orientierungen in dem Endprodukt nur in einer verhältnismässig kleinen Anzahl von Kristallen, nämlich in bis zu etwa 25 $> der gesamten Kristallstruktur.

Es wurde nun gefunden, dass Gusseisen oder Armco-Eisen und kohlenstoffarmer Stahl so hergestellt werden können, dass sie mindestens zwei stark bevorzugte kristallographische Orientierungen aufweisen, welche einem polykristallinen Blech oder Band sehr günstige Eigenschaften verleihen« Diese Texturen sind so ausgeprägt, dass mehr als die Hälfte der gesamten Kristallstruktur die bevorzugten Texturen aufweist.

Unter Gusseisen oder Arraco-Eieen und kohlenstoffarmem Stahl iat ein Eisenmaterial zu verstehen, dessen Schmelzanlage bis su etwa 0,10 £ Kohlenstoff, 0,10 bis 0,40 # Mangan (vorzugsweise etwa 0,03 bis etwa 0,12 #), bis zu etwa 0,05 i» Schwefel, bis zu etwa 0,03 % Phosphor, bis zu etwa 0,25 fi Kupfer enthält und dessen Schmelze im übrigen aus Eisen besteht, bis auf die normalen Mengen von in solchen Materialien vorkommenden Verunreinigtingen. Das Gusseisen und der kohlenstoffarme Stahl können auch noch eine kleine Menge Aluminium enthalten. Auch Silicium kann als Desoxydationsmittel in geringen Mengen zugegen sein oder es kann in Mengen bis zu etwa 1,8 # zur Erhöhung dar Raumbeständigkeit des Produkts bei Verwendung für magnetische Zwecke zugesetzt werden. Die zugesetzte Silioiuamenge kann mit derjenigen übereinstimmen, die sich in bisher bekannten nieht-orientierten Siliciumstahl en findet und ergibt eich aus der Phasengrenze zwischen alpha-Eisen und gamma-Eisen· Der Kohlenstoff- und Mangangehalt richtet sich danach, ob das Material als Gusseisen oder kohlenstoffarmer Stahl eingestuft wird, wpbei der letztere in der Regel über 0,05 $> Kohlenstoff und über 0,20 + Mangan enthält.

Die

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Die beiden stark bevorzugten kristallographischen Orientierungen, die Gusseisen und kohlenstoffarmem Stahl gemäss der Erfindung erteilt werden können, entsprechen den Miller'sehen Indices (Ι1θ)^δ"θΐ7 und (112)/T1O7. Die (110^OO^-Ori en ti erung ist als Sossstruktur bekannt· Wie nachstehend beschrieben wird, besitzt ein aus Gusseisen und kohlenstoffarmem Stahl gemäss der Erfindung erhaltenes Material mit dieser Orientierung gewisse magnetische Eigenschaften, die etwa genau so gut oder sogar besser sind als sie in handelsüblichem, 3 i» Silicium enthaltendem, orientiertem Siliciumeisen gefunden werden. Bisher war ea unmöglich, stark orientierten, kohlenstoffarmen Stahl oder Gusseisen mit Gossstruktur ohne Verwendung von ainde~ stens 2 1> Silicium zu erhalten«

Die (I12)/Tio7-Orientierung ist eine Art ron Würfel-Eokteztur, die bisher in Eisenmaterial noch nie in wesentlichem Anteil erhalten wurde. Wie nachstehend näher beschrieben wird, besitzt ein erfindungegemäss erhaltenes Material mit dieser Orientierung eine gute Verformbarkeit.

Aufgabe

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Aufgabe der Erfindung ist daher die Erzeugung von kohlenstoffarmem Eisen oder Stahl mit ausgeprägter (110)/$0i7-0rientierung und ferner die Herstellung von kohlenstoffarmem Eisen oder Stahl mit stark entwickelter (112)/Ti07-0rientierung.

Die Erfindung betrifft daher die Sohaffung eines Verfahrens zur Erzeugung stark bevorzugter kristallographischer Orientierungen in Gusseisen und kohlenstoff armem Stahl.

Nach dem erfindungsgemässen Verfahren kann man Gusseisen und kohlenstoff armen Stahl mit einer (11O)/o"Oji7-Orientierung erhalten, wobei mehr als die Hälfte der gesamten Kristallstruktur diese Orientierung aufweist.

Das erfindungsgemäss erhaltene Gusseisen und der kohlenstoffarme Stahl mit Gossstruktur zeichnen sich duroh überlegene magnetische Eigenschaften aus.

Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zur Erzeugung von Gusseisen und kohlenstoffarmem Stahl mit einer (112)^Tio7-Orientierung, wobei mehr als die Hälfte der gesamten Kristallstruktur sioh duroh diese Orientierung auszeichnet·

Das 909843/0720

Das erfindungsgemäss erhaltene Gusseisen und der kohlenstoff arme Stahl mit der (112)/T1^-Orientierung kennzeichnen sich durch gute Verformbarkeit.

Die Erfindung wird durch die nachstehenden Ausführungen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Mikrophotographie in 50-fächer Vergrösserung, welche die bevorzugte, gleichmässige, feinkörnige Struktur des erfindungsgemässen, warm gewalzten Materials zeigt,

Fig. 2 eine Mikrophotographie in 50-fächer Vergrößerung,

welche das warm gewalzte, erfindungsgemässe Material mit unerwünscht grossen Kristallen an den Oberflächen zeigt,

Fig. 3 eine Mikrophotographie in 100-facher Vergrösserung, welche ein warm gewalztes Material zeigt, in dem grosse Oberflächenkristalle, wie z.B. die in Fig. 2 dargestellten, nicht verfeinert sind und nach dem Walzen und der Entkohlung bestehen bleiben,

Fig. 909843/0720

Pig. 4 eine Mikrophotographie in 100-fächer Vergröeserung, welche ein warn gewalztes Material zeigt, in dem grosse Oberfläehenkristalle nicht verfeinert sind und naoh der Kaltwalzung, der Entkohlung und der abschiieasenden Glühung bestehen bleiben,

Pig. 5 eine Mikrophotographie in 100-facher Vergröeserung, welche das erfindungsgemässe Material nach dem Warmwalzen, Kaltwalzen und der Entkohlung zeigt, wobei sich die Kristalle nach dem Warmwalzen in einem idealen Zustand befinden,

Pig. 6 eine (lOO)-optische Polfigur, welche orientiertes Eisen mit einer (i10)/0£i7-Textur zeigt,

Pig. 7 eine (lOO)-optisohe Folfigur, welche orientiertes Eisen mit einer (112)/TiCj7-Textur zeigt, und

Pig. 8 eine graphische Darstellung, in welcher die Gleichstrommagnetisierungskurven für erfindungsgemässes, orientiertes Gusseisen mit den Kurven für übliches magnetisches Gusseisen, nicht-orientierten Siliciumstahl und orientierten 3 % Siliciumstahl verglichen werden.

Kurz 909843/0720

Kurz ausgedrückt, beruht die Erfindung auf der Feststellung, dass die Rekristallisationetextur τοη Gruse-' eisen und kohlenstoffarmem Stahl dadurch geändert werden kann, dass man als abschliessende Behandlungsstufe das Wachstum von Kristallen mit den bevorzugten Orientierungen auf Kosten von Kristallen mit anderen Orientierungen fördert, welcher Vorgang als sekundäre Rekristallisation bezeichnet wirdo In der derzeitigen Praxis wendet der Hersteller von kohlenstoffarmem Eisenmaterial zur Erzielung einer gewünschten Endstärke eine Warm- und eine Kalt walzung und eine Glühung etwas unterhalb der A^ oder der unteren kritischen Temperatur zur Erweichung des Materials durch Rekristallisation der Kristallstruktur an. Es wurde gefunden, dass, wenn man das Material während dieser abschiiessenden Glühung höheren Temperaturen unterwirft oder es längere Zeit auf Temperatur hält, die Korngrösse zunimmt, was jedoch wenig Einfluss auf die Orientierung der Kristalle ausübt. Es ist dies darauf zurückzuführen, dass das Material eher eine primäre Rekristallisation und ein willkürliches und nicht-selektives Kristallwachstum als eine sekundäre Rekristallisation mit selektivem Kristallwachstum durchmacht.

Eine ausgeprägte bevorzugte Orientierung kann erfindungsgemäss dadurch erzielt werden, dass man Schwefel in die

909843/0720 Korngrenzen

Korngrenzen der Primärkörner oder -kristalle eindiffundieren lässt und dadurch deren Wachstum beschränkt, Das ermöglicht eine sekundäre Rekristallisation mit den vorstehend angegebenen Ergebnissen.

Bas Gusseisen oder der kohlenstoffarme Stahl können nach beliebigen bekannten Schmelz- und Vergütungsverfahren erhalten werden. Bei Verwendung von kohlenstoffarmem Stahl kann dies entweder unberuhigter oder beruhigter Stahl sein; wenn es jedoch beruhigter Stahl ist, wird beruhigter Siliciumstahl bevorzugt. Bas kohlenstoffarme Eisen oder der Stahl können kontinuierlich oder in Abständen zu Blöcken, Knüppeln oder Brammen vergossen werden. Bas Material kann auf eine beliebige Stärke, je nach der verwendeten Walzeinrichtung, warm gewalzt werden· Je nach den auf die Warmwalzung folgenden Kaltverformungen und der gewünschten Endstärke des Endprodukts kann die Bicke des warm gewalzten Bandes bei einer derzeitigen Einrichtung zwischen etwa 0,318 und 0,127 cm variieren.

Bas Warmwalzen kann in Bezug auf die Temperatur des Guts beim Erhitzen vor dem Walzen, beim Eintritt in das Walzwerk, während des Walzens auf die verschiedenen zwischen« zeitlichen Stärken und während der Abkühlung auf Raumtemperatur variiert werden. Biese Temperaturen stehen

909843/0720 sowohl

sowohl für Gusseisen als auch für kohlenstoffarmen Stahl) je nach den Endverwendungszweoken, festj diese Richtlinien können auch für das erfindungsgemässe Material befolgt werden.

Wichtig ist jedoch, dass die Korngröase des Materials nach dm Warmwalzen und vor dem Kaltwalzen duroh die ganze Dicke des Materials hindurch verhältnismässig klein und gleichförmig ist. Aus diesem Grund liegt die bevorzugte Temperatur bei der Beendigung des Warmwalzens von kohlenstoffarmen Stählen zur Erzielung einer feinen Kornstruktur über etwa 871 C. Eine solche erwünschte, feine Kornstruktur ist in der Mikrophotographie von Pig. 1 dargestellt. Gusseisen wird bei einer niedrigeren Temperatur in der üblichen Weise fertiggewalzt. Sowohl für Gusseisen als auch für kohlenstoffarmen Stahl sind Wickeltemperaturen unterhalb 704 G zur Verhinderung eines zu starken Kornwachstums bevorzugt.

Zur sicheren Erzielung einer gleichförmigen, feinen Kornstruktur nach dem Warmwalzen kann das Material einer offenen Ausglühung oder einer normalisierenden Wärmebehandlung unterworfen werden. Obwohl während dieser Verfahrensstufe eine Entkohlung stattfinden kann, wird doch bevorzugt der Kohlenstoff i^isinem späteren Stadium ent-

909842/0720 f erat.

fernt, wie nachstehend näher beschrieben wird. Der Hauptsweck der auf die Warmwalzung folgenden Wärmebehandlung besteht in einer Verfeinerung und Ausgleichung der Kornstruktur· Das kann durch eine kontinuierliche oder Strangnornalisierungsglühung erfolgen, die in einer kurzzeitigen Erhitzung über den A, oder oberen kritischen Funkt (etwa 885⁰C) besteht. Eine Temperatur von etwa 982⁰C ist ausreichend· Es wurde gefunden, dass, wenn nach den Warmwalzen grosse Körner an der Materialoberfläohe verbleiben (wie dies in Fig· 2 gaseigt ist), was in Innern eines bei verhältnisnäesig hoher Temperatur erhaltenen Wickels der Fall ist, und wenn diese grossen Körner nicht durch eine HoohtemperaturglUhung verfeinert werden« sie auch während einer späteren Entkohlung (siehe Fig. 3) und während der abeohliessenden Glühung (siehe Fig. 4} bestehen bleiben· Fig. 5 ist eine Mikrophotographie, welche die ideale Kornstruktur naoh der Entkohlung zeigt_f wobei die Kornstruktur nach den Warmwaisen etwa der in Fig. 1 gezeigten entsprach oder durch eine Hormalisierungsglühung verfeinert wurde· Aus wirtschaftlichen Gründen empfiehlt es sich, naoh dem Warmwaisen eine Kornstruktur der in Fig. 1 gezeigten Art zu erhalten, so dass die Normalisierungsglühung entfalen kann·

Ea 909843/0720

Es wurde ferner gefunden, dass, wenn anfängliche G-lühungen nach dem Warmwalzen bei Temperaturen unterhalb des oberen kritischen Punkts.durchgeführt werden, sie nahezu keinen Einfluss auf die Kornstruktur des Materials besitzen, wenn eine solche Glühung weniger als 5 Minuten dauert· Bei längeren Zeiten erfolgt ein Kornwachsturn und eine Entkohlung und ein späteres sekundäres Kornwachstum ist schwieriger zu erzielen·

Das Gusseisen oder der kohlenstoffarme Stahl mit einem ·' Kristallzustand ähnlich dem in Fig. 1 gezeigten wird zur Erzielung der gewünschten Endstärke in einer oder mehreren Stufen kalt gewalzt. Wie dem Fachmann klar ist, ist eine einstufige Kaltverminderung oft aus wirtschaftlichen Gründen bevorzugt, da eine mehrstufige Kaltverminderung eine Glühung zwischen den einzelnen Stufen erfordert. Wenn eine mehrstufige Kaitverminderung erforderlich ist, soll die zwischenzeitliche Glühung in einer offenen Ausglühung bei einer Temperatur zwischen etwa 593 und etwa 982⁰C in einer reduzierenden Atmosphäre, gegebenenfalls einer entkohlenden Atmosphäre, wenn eine Beizung vermieden werden soll, bestehen. Wenn die Atmosphäre oxydierend ist, ist eine Beizung erforderlich.

Wenn 909843/0720

Wenn das Endprodukt eine Grossstruktur besitzen soll,

soll der Grad der Kaltverminderung in jeder Stufe weniger als 90 i» betragen. Verminderungen zwischen etwa 50 und 83 # haben sich als zufriedenstellend erwiesen·

Wenn das Endprodukt eine (i12)/TiC>7-0rlentierung besitzen soll, soll die Kaltverminderung in einem einstufigen Verfahren 90 1> oder mehr betragen. Bei einer in zwei oder mehr Stufen erfolgenden Kaltverminderung mit zwischenzeitlichen Glühungen muss nur die letzte Kalt walzung eine Verminderung um 90 i» oder mehr ergeben. Verminderungen von 90 # haben sioh zur Erzielung einer (I12)/Tio7-Orientierung ia dem Endprodukt als ausgezeichnet erwiesen. Die maximale Verminderung wird lediglich durch die Kapazität des Walzwerke und die Fähigkeit des Materials, eine drastische Deformation auszuhalten, beschränkt.

Während die vorstehend zur Erzielung der beiden Arten von Kristallorientierung angegebenen Kaltverminderungsbereiche ziemlich genau sind, besitzen die Warmwalzbedingungen, die chemische Zusammensetzung und die Endstärke einen gewissen Einfluss auf die Neigung zur Ausbildung der einen oder anderen Orientierungsart.

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Wie bereits gesagt, kann eine Entkohlung vor dem Kaltwalzen durchgeführt werden· Zweokmässig .entkohlt «an jedoch nach dem Kaltwalzen· Die Entkohlung erfolgt vorzugsweise mittels einer wenige Minuten dauernden Durchlaufglühung in einer feuchten, wasserstoffhaltig«! Atmosphäre bei etwa 816⁰G, wie dem Fachmann bekannt ist. Die Temperatur kann zwischen 649 und etwa 871 0 variieren und billigere» wasserstoffhaltige Gase, s.B. diasosiierter Ammoniak, können verwendet werden· Der Endkohlenstoffgehalt soll weniger als 0,01 £ und für einige Verwendungszwecke weniger als 0,005 1· betragen· Die Entkohlung kann auch mittels einer Kistenglühung erfolgen· Während der Entkohlungsglühung oder während einer der anderen Wärmebehandlungen kann auch Stickstoff bis auf weniger als 0,001 i» Stickstoff entfernt werden·

Die abschliessende Behandlung besteht in einer Kistenglühung bei einer Temperatur unmittelbar unterhalb der oberen kritischen oder A,-Temperatur in einer reduzierenden, nicht-oxydierenden Atmosphäre· Das Eisen oder der kohlenstoffarme Stahl muss in der alpha-Phase gehalten werden; wegen des Kohlenstoffverlusts bei der Entkohlung liegt die obere kritische Temperatur oder die A,-Temperatur dann jedoch bei etwa 899 C· Etwa 843⁰C sind dann

ausreichend, 909843/0720

auereichend, wenn 48 Stunden oder langer auf Temperatur gehalten wird· Ein bevorzugter Temperaturbereich liegt «wischen etwa 871 und etwa 899°C, und Innerhalb eines solohen beschränkten Temperaturbereiche kann die Zeit, wihrend welcher auf der Temperatur gehalten wird, weniger als 24 Stunden betragen*

Mit fortschreitender Entwicklung der Glühung offener Wickel können die Entkohlung, die Stickstoffentfernung und die absohliessende Glühung in einem einsigen Ofen erfolgen, indem man die Temperatur und die Atmosphäre in gleicher Weise ändert, wie wenn eine Strangglühung von einer Kistenglühung gefolgt wird·

Eine ausgeprägte bevorzugte Orientierung kann in dem Gusseisen oder dem kohlenstoffarmen Stahl dadurch ersielt werden, dass man Sohwefel in die Korngrensen der Primärkristalle eindiffundieren lässt, wodurch deren Wachstum beschränkt und eine sekundäre Rekristallisation mit selektivem Kornwachstum ermöglicht wird· Es erfolgt dies durch Behandlung des Gusseisens oder des kohlenstoffarmen Stahls mit Sohwefel oder Schwefelverbindungen naoh Erreichen der Endstärke und unmittelbar vor oder während des ein primäres Kornwachstum ergebenden Teils einer Glühung· Hierzu existieren verschiedene Möglichkeiten·

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Die Erfindung kann so durchgeführt werden, dass man Ferrosulfid oder andere Schwefelverbindungen, welche bei den Temperaturen des primären Kornwachstums dissoziieren oder sich zersetzen, dem während der abeohliessenden Glühung verwendeten Glühseparator zusetzt. Auch elementarer Schwefel kann dem Separator zu den gleichen Zweck zugesetzt werden.

Bevorzugte Glühseparatoren sind Magnesia, Aluminiumoxyd oder Calciumoxyd oder Mischungen derselben in fein- ' teiliger Form; auch andere Stoffe können gegebenenfalls verwendet werden, z.B. Titanoxyd und andere hochschmelzende Metalloxyde·

Die abschliessende Glühung, die sowohl eine primäre als auch sekundäre Rekristallisation einschliessen kann, besteht in der Regel in einer Ausglühung in trockenem Wasserstoff in einem Muffel- oder Kistenofen. Das der Glühung unterworfene Material kann sich entweder in Form gestapelter Bleche oder von Wickeln befinden? wenn die Glühatmosphäre auf das Gusseisen oder den kohlenstoffarmen Stahl einwirken soll, erzielt man ausgezeichnete Ergebnisse beim Glühen lockerer Wickel, die nach modernen Methoden erhalten werden. Unabhängig davon, ob das Material als Blechstapel oder als Wickel vorliegt, soll bevorzugt

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die Menge des schwefelhaltigen Stoffs an den Oberflächen des Guts innerhalb bestimmter, nachstehend näher angegebener Grenzen gehalten werden. Man nimmt an, dass der Schwefel oder die schwefelhaltige Verbindung mit der trockenen, wasserstoffhaltigen Glühatmosphäre unter Bildung von Schwefelwasserstoff reagiert; dass der Schwefel dann über den Schwefelwasserstoff als Träger auf den Stahl übertragen wird und der Schwefelwasserstoff dann mit dem Stahl unter Bildung von Sulfiden an den Korngrenzen reagiert. Die Reaktion tritt bei einer Ofentemperatur zwischen etwa 538 und 899° 0 ein· Durch die Schwefelabsorption stellen sich an den Korngrenzen der Primärstruktur hohe Schwefelkonzentrationen ein, was die primäre Kornstruktur an einem solchen Kornwachstum hindert, welches die anschliessende sekundäre Rekristallisation stören würde. Auf diese Weise wird eine feinkörnige Matrix bewahrt, bis sekundäre Kristalle mit der bevorzugten Orientierung die Kristalle mit anderen Orientierungen anfangen aufzubrauchen. Dann schreitet mit weiter ansteigender Temperatur das sekundäre Kornwachstum durch Korngrenzenenergie fort und wandelt die feinkörnige Matrix in eine gut entwickelte Struktur mit bevorzugter Orientierung um.

Aus 909843/0720

Aus den vorstehenden Erklärungen ergibt sich, dass man den Schwefel oder eine schwefelhaltige Ve-rbindung anstatt dem Glühseparator zuzugeben auch unter Erzielung vergleichbarer Ergebnisse der Glühatmosphäre in Form von Schwefelwasserstoff oder einer anderen gasförmigen Schwefelverbindung, z.B„ Schwefeldioxyd, Schwefelbacafluorid und dergleichen, zusetzen kann, welche Verbindung dann an den Korngrenzen bei Temperaturen bei oder etwas über 338⁰G reagiert. Es kann dies während der primären Kornwachstumsperiode, die während des Erhitzens des Materials auf die Temperatur, bei weloher eine sekundäre Rekristallisation in einer abschliessenden Glühung erfolgt, auftritt, geschehen. Selen oder Selenwasserstoff verhalten sich ähnlich wie Schwefel oder Schwefelwasserstoff, obwohl diese Substanzen teuerer sind; sie werden daher als die Äquivalente von Schwefel und Schwefelwasserstoff betrachtet.

Bei noch einer anderen Ausführungsform kann der Schwefel oder die schwefelhaltige Verbindung an den Oberflächen des Blechmaterials während einer Entkohlungsglühung vor der abschliessenden Glühung zugegen sein. Wenn beispielsweise das Gusseisen oder kohlenstoffarmes Stahlband durch einen eine SpezialatmoSphäre zur Entfernung von Kohlenstoff enthaltenden, länglichen Ofen geführt wird, kann man

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Schwefelwasserstoff mit der Entkohlungsatmosphäre unter Bildung eines geregelten.Eisensulfidfilms auf dem Material mischen, welcher PiIm das während der anschliessenden abschliessenden Glühung andauernde primäre Kornwaohstum unterbindet·

Sie Menge elementaren Schwefels oder von Schwefel in Form einer schwefelhaltigen Verbindung, die dem Glühseparator zugesetzt wird, kann etwa 1/2 bis 10 Gew. bezogen auf den Glühseparator, betragen, wenn dieser in einer Menge von etwa 5 kg pro, Tonne Gusseisen oder kohlenstoffarmem Stahl aufgebracht wird. Es wurde gefunden, dass innerhalb dieses Schwefelzusatzbereichs erzeugte Sekundärkristalle eine Neigung besitzen, mit zunehmendem Sohwefelzusatz grosser zu werden. Die Menge ▼on den Gusseisen oder dem kohlenstoffarmen Stahl zugängigem Schwefel kann die Löslichkeit von Schwefel im Bereich der Korngrenzen übersteigen. Etwas Schwefel geht während des Trocknens einer Uberzugsaufschlämmung und der Handhabung des getrockneten Überzugs verloren. Deshalb muss man einen diesen Verlust ausgleichenden Überschuss zugeben, und die angegebenen Werte beziehen sich in allen Fällen auf die während der Glühbehandlung anwesende Schwefel« oder Sulfidmenge.

Wie 909843/0720

Wie bereits gesagt, können der Glühatmosphäre Schwefelwasserstoff oder andere schwefelhaltige Gase zugesetzt werden, anstatt Schwefel dem Glühseparator einzuverleiben. In diesem Fall und in der Annahme, dass die Atmosphäre freien Zutritt zu allen Oberflächen des Gusseisens oder des kohlenstoffarmen Stahls hat, sollen in der Atmosphäre mindestens 750 ppm Schwefelwasserstoff oder von dessen Äquivalent enthalten sein. Man kann jedoch auch grössere Mengen schwefelhaltiger Gase zusetzen, und zwar sogar so grosse Mengen, dass sich ein Eisensulfidfilm oder eine · Eisensulfidoberflächenschicht bildet, wie dies in der belgischen Patentschrift 665 687 beschrieben ist. Wenn das Gusseisen oder der kohlenstoffarme Stahl einer Glühbehandlung, z.B. einer Entkohlungsglühung, vor der abschliessenden Glühung unterworfen wird, bildet sich der Sulfidfilm vor der abschliessenden Glühung und die Sulfide diffundieren dann während der abschliessenden Glühung in die Korngrenzen der Primärkristalle ein.

Der Gesamtschwefelgehalt des Gusseisens oder kohlenstoffarmen Stahls ist nicht unbedingt von Bedeutung. Von primärer Wichtigkeit ist die Anwesenheit von fein dispergierten Sulfiden an den Korngrenzen während der abschliessenden Glühung. Daraus folgt, dass ein kohlenstoffarmer 909843/0720

armer Stahl oder Gusseisen mit einer ausreichenden Sulfidkonzentration an den Korngrenzen für ein primäres und sekundäres Kornwachstum geeignet sein kann, selbst wenn der G-esamtschwefelgehalt verhältnismässig niedrig ist, während eine Behandlung, welche eine Entfernung von Sulfiden an den Korngrenzen bewirkt, die Fähigkeit des Materials, eine ausgeprägte, bevorzugte Orientierung zu erlangen, beeinträchtigen kann, selbst wenn durch diese Behandlung der Gesamtschwefelgehalt des Materials nicht wesentlich verringert wird. Bei Durchführung der Erfindung wird daher etwas Schwefel oder Sulfid dem Gusseipen oder kohlenstoffarmen Stahl nach dem Walzen auf die Endetärke, im wesentlichen unabhängig von seinem Gesamtschwefelgehalt, . zugegeben, insbesondere da die hier beschriebenen Methoden zur Schwefel- oder Sulfidzugabe sich i#erster Linie an den Korngrenzen bemerkbar machen.

Die Eigenschaften des Eisens oder Stahls können durch zu viel Schwefel beeinträchtigt werden. Obwohl begrenzte Mengen bei Glühtemperaturen unterhalb 899°C entfernt werden können, wird der Sohwefel dadurch doch in der Regel nicht beträchtlich verringert.

Wenn auf den Metalloberflächen ein Eisensulfidfilm gebildet wird, z.B. durch Vermischen von Sohwefelwasser-

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stoff mit der Entkohlungsatmosphäre, soll die Eisensulf id schicht etwa 0,02 bis etwa 0,10 mil dick sein.

Die Anwendung einer Vakuumglühung ist bei dem erfindungsgemässen Verfahren nicht ausgeschlossen. Auch kann Stickstoff oder ein anderes inertes Gas mit oder ohne Wasserstoff oder in einem partiellen Vakuum verwendet werden. Schwefel kann offensichtlich aus dem Glühseparator direkt in das Metall eindiffundieren·

Beispiel 1
Einstufiges Verfahren zur Erzeugung einer (112 )/Ti ÖJ-Textur

Schmelzanalyse t

Kohlenstoff 0,010 i»

Mangan 0,965 Ί»

Schwefel 0,025 *

Die Stufen des Verfahrens;

1. Das Material wurde warm auf 0,100 Zoll heruntergewalzt.

2. Das Material wurde dann gebeizt.

3. Das Material wurde unter 92jiiger Dickever*inderung auf 0,008 Zoll kalt heruntergewaist.

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4. Dae Material wurde in einer Streifenglühung entkohlt, indem man es 4 Minuten in feuohteo Wasserstoff auf 816⁰G erhitzte, bis zu einem Kohlenstoffgehalt von etwa 0,004 J*.

5. Das Material wurde mit 8 % Schwefel enthaltender Magnesia überzogen·

6. Das Material wurde 16 Stunden in einer trockenen Wasserstoffatmosphäre bei 882⁰C geglüht.

Das Endprodukt besass eine ausgeprägte (112)/Tio7-Textur und sehr gute Verformbarkeit.

Beispiele 2 und 3

Die folgende Tabelle 2 gibt die Endstärke, die prozentuale Diokererminderung, die Art der Behandlung, die magnetischen Eigenschaften und die Art der erzielten Orientierung für fünf verschiedene Proben wieder. Alle Proben waren ron dem gleichen warm gewalzten Wickel wie in Beispiel 1 genommen worden.

Der kohlenstoffarme Stahl wurde kalt gewalzt, in einer Bandglühung bei 816°C entkohlt, mit 4 Gew.# elementaren Schwefel enthaltender Magnesia überzogen und 24 Stunden

bei 909843/0720

bei 888^UC kistengeglüht,

Tabelle

Endstärke

i» Kaltverformung

Verfahrensweise

Permeabilität
bei H-1O
Örsted

Art der Orientierung

Beisp.1 0,017 Zoll

Beisp.2 0,015 Zoll 70 +

einstufig 1820

zweistufig* 1762

Sekundärkristalle mit Grossstruktur

Sekundärkristalle mit Grossstruktu-r

* Das Material wurde in der ersten Kaltwalzstufe um 70 Ji auf eine mittlere Stärke von 0,030 Zoll und um 50 *f» in der zweiten Stufe auf die Bndstärke von 0,015 Zoll vermindert .

Beispiele 4t 5 und

Eine andere Gruppe von Proben wurde aus einer Gusseisenschmelze mit der folgenden Schmelzanalyse entnommen:

Kohlenstoff

Mangan

Schwefel

0,015
0,052
0,022

Das

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Das Material wurde warm auf eine Stärke von 0,100 Zoll heruntergewalzt und bei etwa 816⁰C abschiiessend geglüht. Das warm gewalzte Band wurde in einem Bandofen bei 982 C normalisiert und gebeizt. Nach einer einstufigen, verschieden starken, in der nachstehenden Tabelle 3 angegebenen Kaltwalzung wurde das Material bei 816 0 entkohlt, mit 4 $> elementaren Schwefel enthaltender Magnesia überzogen und 24 Stunden bei 871⁰C kistengeglüht. Die Permeabilität war bei allen Stärken ausgezeichnet, was anzeigt, dass das Produkt eine ausgeprägte G-ossstruktur besitzt·

Tabelle 3

Endstärke # Kaltver- Permeabilität formung bei H»10 Örsted

Beispiel 4 0,025 Zoll 62 1885

Beispiel 5 0,014 Zoll 79 1892

Beispiel 6 0,011 Zoll 83 1835

Beispiele 7 bis 12

Die magnetischen Eigenschaften von erfindungsgemäss behandeltem Material wurden für Gusseisenproben mit der folgenden Schmelzanalyse bestimmt:

Kohlenstoff 909843/0720

Kohlenstoff

Mangan

Schwefel

0,020 0,045 0,023

Das Material wurde kalt auf eine Stärke von 0,065 Zoll heruntergewalzt und in einem Bandofen bei 982 C normalisiert. Nach dem Beizen wurden Proben kalt auf sechs verschiedene Endstärken heruntergewalzt, 5 Minuten bei 816⁰C in feuchtem Wasserstoff entkohlt, mit einer Aufschlämmung von 2 1/2 # elementaren Schwefel enthaltendem Magnesia überzogen und 24 Stunden bei 888⁰C kistengeglüht.

Endstärke

Tabelle 4

i» Kaltver- Permeabili- Kernverlust Watt/Lb. formung tat bei H*10
örsted

P10;60 P15;6O P17;60

is]	?. 7	0,025	Zoll	62
η	8	0,0185	It	72
Il	9	0,014	It	79
η	10	0,011	It	83
Il	11	0,009	It	86
Il	12	0,006	It	70 + 70

1880	1,	55	3,	9	5,5
1924	1,	05	2,	4	3,3
1942	o,	90	2,	0	2,6
1960	o,	80	1,	6	2,05
1939	°»	75	1,	45	1,8
1889	0,	65	1,	25	1,65

909843/0720

Die

Die ausgezeichneten Kernverlustwerte der erfindungsgemäseen Materialien sind bei hohen Frequenzen auegeprägter· Die Materialien von Beispiel 9 und 11 wurden bei einer Frequenz τοη 400 Hs und bei Induktionen yon 1O₁ 15 und 17 Kilogaues getestet. Die Ergebniese sind in Tabelle 5 zusammengefasst.

	9 11	Tabelle 5	Kernverlust Watt / Ib.	P17J400
		P15;400	65 33
	P1O.-4OO	47 25
Beispiel Beispiel	17 11

Aus den Tabellen 4 und 5 ergibt sich ohne weiteres, dass die Permeabilität und die Werte für den Kernverlust der Materialien ausgezeichnet sind, was anzeigt, dass in allen diesen Proben eine ausgeprägte Gossstruktur existierte.

In Fig. 8 sind die Gleichstrommagnetisierungskurven für die Materialien von Beispiel 7, 8 und 9 mit den Gleichstrommagnetisierungskurven für übliches Gusseisen, nichtorientierten Siliciumstahl und orientierten 3#igen Silicium

stahl 909843/0720

stahl aufgezeichnet. Wie aus Fig. 8 ersichtlich, er« fordert das erfindungsgemäss behandelte Gusseisen eine wesentlich geringere Magnetisierungsstärke bis zum Erreichen der gleichen Induktion wie handelsübliches Gusseisen und nicht»orientierte Siliciumstähle. Bei Magnetisierungsstärken von etwa 1 Örsted und höher ist das erfindungsgemäss erhaltene Gusseisen günstig mit den teuereren, orientierten 3#igen Siliciumstahlen vergleichbar.

Der wirksame Schwefelgehalt in Nähe des Stahls soll während der primären Kornwaohstumsperiode, bis der Stahl eine Temperatur von etwa 816 bis 871⁰O erreicht hat, aufrechterhalten werden. Alsdann wird das Kornwaohstum in ausreichender Weise gehemmt und die Kristalle mit der bevorzugten Orientierung werden frei und können so die endgültige Orientierung des Produkts während des sekundären Kornwachstums bestimmen und steuern. Allgemein gesprochen, kann die zur Durchführung der Erfindung wirksame Schwefelmenge wie folgt angegeben werden:

1) Bei Zugabe von elementarem Schwefel, z.B. als gelbes Schwefelpulver oder Schwefelblüte, zu einem Glühseparator werden etwa 1/2 bis etwa 10 f> Schwefel, bezogen auf das Gewicht des Überzugs, eingesetzt,

wenn

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wenn dieser Überzug in für Glühseparatoren üblichen Stärken zur Anwendung kommt.

2) Bei Verwendung von Ferrosulfid zur Lieferung des Schwefels soll der Glühseparator etwa l/K) bis 1 Gew.$> dieser Verbindung enthalten·

3) Wenn Schwefelwasserstoff einer Entkohlungsatmosphare zur Bildung eines Eisensulfidfilms zur Steuerung des primären Kornwachstums in einer anschliessenden Glühung zugesetzt wird, soll die Behandlung so geregelt werden, dass sich ein etwa 0,1 bis 0,02 Mil dicker Sulfidfilm ausbildet.

4) Auf jeden Fall, unabhängig davon, ob Schwefel zur Bildung eines Eisensulfidfilms oder ob Schwefel während der primären Kornwachstumsperiode einer abschliessenden Glühung zugesetzt wird, oder ob der Zusatz zur Glühatmosphäre oder zum Glühseparator oder zu beiden erfolgt, erzielt man beste Ergebnisse dann, wenn die so zugesetzte Schwefelmenge den Schwefelgehalt des Gusseisens oder des kohlenstoffarmen Stahls um nicht mehr als etwa 0,005 i» und um nicht weniger als etwa 0,001 $> zu dem Zeitpunkt erhöht wird, in welohem der Stahl bei der abschliessenden Glühung eine Temperatur von etwa 871 bis 899°0 erreicht hat.

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Es wurde ferner festgestellt, dass bei einen hohen Mangangehalt des kohlenstoffarmen Stahls oder Gusseisens der Schwefelzusatz zu dem Glüheeparator zur Erzielung des besten sekundären Wachstums erhöht werden muss. Aus diesem Grund soll der Mangangehalt zweckmässig unter etwa 0,2 $> liegen.

Wie sich aus den vorstehenden Beispielen ergibt, bestimmen die Unterschiede in der Behandlung des Gusseisens oder kohlenstoffarmen Stahls weitgehend, ob in dem Endprodukt eine Gossstruktur oder eine Würfel« eckenorientierung oder eine Mischung dieser beiden Orientierungen erzielt wird. Pig. 6 ist eine Polfigur, welche die Orientierung des Materials von Beispiel 7 zeigt. Wie man sieht, zeigt das Muster unmissverständlich eine ausgeprägte (i10)/0"0j£7-0rientierung an.

Fig. 7 ist eine Polfigur, welche die Orientierung des Materials vonBeJEtp. 6 erläutert, und das Muster zeigt eine ausgeprägte (112)/Ti0J7-0rientierung an·

Me Korngrösse der erfindungsgemäss als Endprodukt erhaltenen Materialien ist verhältnismässig gross. Während die A.S.T.M. Korngrössen-Normentabelle eine 100-fache Vergrösserung vorsieht, können die Korngrössen

der 909843/0720

der erfindungsgemäss erhaltenen Materialien bei gleicher Vergrösaerung mit der S.D.T.M, Tabelle verglichen werden, und entsprechen bei diesem Vergleich im allgemeinen der Nr. 8 bis Nr. OO und sogar grosser. Auseerdem sind die Kristalle in der Regel mindestens etwa 10 mal so lang wie das Blech dick ist.

Wie bereite gesagt, erhöht die Erzeugung einer (112)/T1O7~ Orientierung in Gusseisen oder kohlenstoffarmem Stahl die Verformbarkeit des Produkts wesentlich, trotz einer verhältnismässig grossen Korngrösse.

Die Erfindung kann weitgehende Abänderungen erfahren, ohne dass dadurch ihr Rahmen verlassen wird.

Pat entansprüche

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Claims

Patentansprüche

1) Verfahren zur Herstellung von Gusseisen und kohlenstoffarmein Stahlblech mit einer ausgeprägten (110)/j5oiJ- oder (112 )^Ϊ1 (^-Orientierung, dadurch gekennzeichnet, dass man ein bis zu 0,10 1> Kohlenstoff, 0,01 bis 0,40 Ji Hangan, bis zu 0,05 # Schwefel enthaltendes und im übrigen ausser zufälligen Verunreinigungen aus Eisen bestehendes Material warm zu einem Band mit mittlerer Stärke walzt, dieses warm gewalzte Band kalt auf die ' Endstärke herunterwalzt, das kalt gewalzte Gut einer abschliessenden Glühung unterwirft, dass man während der primären Kornwaohstumsperiode dieser Glühung für die Anwesenheit von elementarem Sohwefel, Selen und/oder zersetzbaren Verbindungen derselben sorgt und dann das Gut einer eine sekundäre Rekristallisation bewirkenden Kistenglühung bei einer Temperatur zwischen 816 und 899°C unterwirft.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Eisen und der Stahl bis zu 1,8 ^ Silicium enthalten.

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3) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das kalt gewalzte Gut vor der abschiiessenden Glühung einer Entkohlungsgiühung unterworfen wird.

4) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmwalzen des kohlenstoffarmen Stahls bei einer Temperatur oberhalb etwa 871⁰C beendet wird.

5) Verfahrennach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass anschlie3send an die Warmwalzung eine Normalisierungsstrangglühung zur Erzielung einer gleichmassig feinen Kornstruktur durchgeführt wird.

6) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer überwiegenden (112)^107-Orientierung beim kalt Herunterwalzen des Guts auf die Endstärke eine mindestens 9O#ige Dickeverminderung durchgeführt wird.

7) Verfahren naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzielung einer überwiegenden (110)/Ü0jy~ Orientierung das Material zur Erzielung der Endstärke unter einer Dickeverminderung von weniger als 90 $> kalt gewalzt wird.

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δ) Verfahren nach Anspruch-1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material in zwei Stufen kalt auf die Endstärke gewalzt und zwischen den beiden Stufen eine. Bandglühung eingeschaltet wird.

9) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schwefel dem Gut während der primären Kornwachstumsperiode der abschliessenden Glühung zugesetzt wird.

10) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gut Schwefel von einer ausseren Quelle während der Entkohlungsbehandlung in einer zur Bildung eines dünnen Ferrosulfidfilms auf dem Gut ausreichenden Menge zugeführt wird.

11) Gusseisen und kohlenstoffarmes Stahlblech, gekennzeichnet durch eine ausgeprägte (110)/0"0i7-0rientierung.

12) Gusseisen und kohlenstoffarmes Stahlbleoh, gekennzeichnet duroh eine ausgeprägte (112)/Tio7-Orientierung.

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13) Grusseisen und kohlenstoff armes Stahlblech, gekennzeichnet durch eine überwiegende ('\'\O)/j5oY7- oder (112)/Ti (^/-Orientierung und eine mindestens das 10-fache der Bleohdicke betragende Länge der Kristalle.

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