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DE19807122C2 - Verfahren zur Herstellung von nichtkornorientiertem Elektroblech - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von nichtkornorientiertem Elektroblech

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DE19807122C2
DE19807122C2 DE19807122A DE19807122A DE19807122C2 DE 19807122 C2 DE19807122 C2 DE 19807122C2 DE 19807122 A DE19807122 A DE 19807122A DE 19807122 A DE19807122 A DE 19807122A DE 19807122 C2 DE19807122 C2 DE 19807122C2
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ThyssenKrupp Stahl AG
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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Warmband mit einer Dicke ≦ 6 mm zur Erzeugung von nichtkornorientiertem Elektroblech aus Brammen- oder Dünnbrammenstrangguß mit geringem Ummagnetisierungs­ verlust und hoher Polarisation sowie guten mechanischen Eigenschaften.
Unter dem Begriff "nichtkornorientiertes Elektroblech" wird hier ein solches nach DINen 10106 (schlußgeglüht) oder 10165 (nicht schlußgeglüht) verstanden. Darüberhinaus werden auch stärker anisotrope Sorten mit einbezogen, solange sie nicht als kornorientiertes Elektroblech gelten (Ummagnetisierungsverlust-Anisotropie bis etwa 30%). Dieses Material findet hauptsächlich Einsatz als Kernmaterial in Maschinen (Motoren, Generatoren) mit rotierender magnetischer Flußrichtung.
Aus ökonomischen und ökologischen Gründen ergibt sich die Forderung nach weitergehender Verbesserung der magnetischen Eigenschaften (Polarisation J in T, Ummagnetisierungsverlust P in W/kg). Die Ummagnetisierungsverluste sollen herabgesetzt und die Polarisation im jeweils genutzten Induktionsbereich erhöht werden. Gleichzeitig ergeben sich spezielle Anforderungen an die mechanisch-technologischen Eigenschaften aus dem Blickwinkel der Be- und Verarbeitung. Hierbei kommt der Schneidbarkeit, z. B. beim Stanzen, besondere Bedeutung zu.
In Betracht kommen hier un-, niedrig- und mittel­ silizierte verlustarme Sorten mit hoher Polarisation. Solches Band ist besonders als Kernmaterial für Vorschaltgeräte und in Hocheffizienzmotoren, für Bahnmotoren, Industrieantriebe für Pumpen und Verdichter, Servoantriebe und Antriebe für die Haushaltstechnik geeignet.
Bekannt ist, daß durch zusätzliche Verarbeitungsschritte wie Warmbandglühung oder ein zweistufiges Kaltwalzen mit Zwischenglühung eine Verbesserung der magnetischen Eigenschaften erhalten wird.
In der WO 96/00306 wird für Stähle mit den Hauptlegie­ rungselementen Silizium, Mangan und Aluminium vorgeschlagen, das Warmband für Elektroblech im Austenitgebiet fertigzuwalzen und das Haspeln bei Temperaturen oberhalb der vollständigen Umwandlung in Ferrit vorzunehmen. Außerdem ist zusätzlich ein direktes Glühen des Coils aus der Walzhitze vorgesehen. Auf diesem Wege wird ein Endprodukt mit guten magnetischen Eigenschaften erhalten. Allerdings müssen dabei wegen des hohen Energieaufwandes beim Wärmen vor dem Warmwalzen und beim Warmwalzen wegen der Legierungszusätze erhöhte Kosten in Kauf genommen werden.
Die EP 0 469 980 B1 fordert erhöhte Haspeltemperaturen in Kombination mit einer zusätzlichen Warmbandglühung. Es werden auch bei niedrigen Legierungsgehalten brauchbare magnetische Eigenschaften eingestellt. Allerdings erfordert eine höhere Haspeltemperatur und die zusätzliche Warmbandglühung erhöhten Energie- und damit Kostenaufwand.
In der EP 0 651 061 B2 wird die Einstellung einer um 45° um die Blechnormale verdrehten Würfellagentextur vorgeschlagen. Dadurch werden interessante magnetische Eigenschaften besonders in bezug auf die Polarisation erhalten. Dazu ist aber ein aufwendiges Verfahren notwendig. Es müssen neben erhöhten Endwalz- und Haspeltemperaturen zusätzliche Schritte beim Kaltwalzen, wie Anwärmen und Zwischenglühen, sowie ein- oder mehrmaliges Dressieren, vorgenommen werden.
Die auf höhere Silizium- und Aluminium-Gehalte (Si + 2Al ≧ 2%) gerichtete EP 0 511 601 B1 sieht eine Warmbandglühung bei besonders hoher Temperatur oberhalb von 1000°C vor. Damit müssen teure Legierungselemente eingesetzt und sehr hohe Temperaturen bei einer zusätzlichen Glühung des Warmbandes angewandt werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, auf kostengünstige Weise ein Elektroblech mit für die verschiedenen Einsatzgebiete geeigneter Kombination von hoher Polarisation, niedrigem Ummagnetisierungsverlust und guten mechanischen Eigenschaften herzustellen.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei dem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß vorgesehen, Strangguß direkt aus der Gießhitze oder nach einem Wiedererwärmen auf T ≧ 900°C warmzuwalzen und im Zuge des Fertigwalzens zwei oder mehr Umformstiche im Zweiphasengebiet Austenit/­ Ferrit durchzuführen, um einen in bezug auf die Eigenschaften des Elektroblechs günstigen Zustand des Warmbandes einzustellen. Um diese Voraussetzung zu erfüllen, muß der Stahl so legiert sein, daß sich ein Austenitanteil von mindestens 10% bei der Warmwalztemperatur einstellt. Dies ist durch ein entsprechendes Abstimmen der Legierungszusätze an austenit- bzw. ferritbildenden Elementen bei einer Basiszusammensetzung von (Si + 2Al) ≦ 3% zu bewirken. Die dazu eingesetzten Stahlschmelzen enthalten 0,001 bis 0,1% C, 0,05 bis 3,0% Si, bis 0,85% Al mit Si + 2Al ≦ 3,0%, 0,05 bis 2,0% Mn, Rest Eisen und übliche Begleitelemente sowie Legierungszusätze an P, Sn, N, Ni, Co, Ti, Nb, Zr, V, B, Sb bis insgesamt 1,5%.
Beim Brammen-Stranggießen erfolgt üblicherweise ein Wiedererwärmen auf mindestens 900°C, damit sich Austenit bildet und das Fertigwalzen erfindungsgemäß im γ/α-Zweiphasengebiet erfolgen kann. Bei der Erzeugung von Dünnbrammen oder Band wird das Material in der Regel unter Ausnutzung der Gießhitze aus den oben angegebenen Gründen vor dem Fertigwalzen ebenfalls auf mindestens 900°C erwärmt.
Dünnbrammen- bzw. Bandstrangguß bieten, verglichen mit konventionellem Brammenstrangguß folgende zusätzliche Vorteile: Aufgrund der geringeren Abkühlzeit bis zur Durcherstarrung sind die Dendritenarmabstände geringer und damit weniger Seigerungen vorhanden, das Material wird also homogener. Aufgrund der geringeren Brammendicke und der Möglichkeit, die Gießhitze auszunutzen, wird das Warmbandwalzen verkürzt und eine Kosteneinsparung erreicht. Bei einer entsprechenden Auslegung der Dünnbrammengießwalzanlage sind ein breiteres Spektrum von Endwalz- und Haspeltemperatur und geringere Warmband­ dicken einstellbar. Bei geringen Warmbanddicken ≦1,5 mm kann das Warmwalzen mit Endwalzgeschwindigkeiten von über 10 m/s erfolgen, um eine hohe Produktivität zu erhalten.
Durch eine Walzenschmierung in mindestens einem der letzten drei Warmwalzstiche des Fertigwalzens kann aufgrund einer geringeren Scherverformung eine homogenere Struktur über den Querschnitt erhalten werden. Da zudem die Walzkraft vermindert wird, ist eine höhere Dickenabnahme auf geringere Enddicken möglich.
In einem weiteren Anspruch wird das Fertigwalzen durch mindestens einen Umformstich mit einer Formänderung εh = (hi - hi+1)/hi < 10% im Ferritgebiet abgeschlossen. Wird das Warmwalzen durch einen oder mehrere Umformstiche im Ferritgebiet abgeschlossen und das Warmband bei Temperaturen unter 650°C gehaspelt, so führt dies zu einem verfestigten Warmbandzustand und zu einer Unterdrückung bzw. feinen Dispersion der Ausscheidungen. Dadurch kann anschließend der notwendige Kaltwalzgrad vermindert werden. Grundsätzlich kann das Warmband einstufig oder mehrstufig mit Zwischenglühung auf Enddicke kaltgewalzt werden. Durch diese Maßnahmen wird ein feineres Gefüge eingestellt, wodurch die Schneid- und Stanzbarkeit des Kaltbandes verbessert wird.
Das so erzeugte bis zu 6 mm dicke Warmband wird abhängig vom Verwendungszweck bei Haspeltemperaturen entweder unterhalb von 650°C oder im Bereich von 650°C bis Ar1 gehaspelt. Wenn die Bänder bei hohen Temperaturen gehaspelt wurden, können die Coils anschließend entweder auf Raumtemperatur an ruhender Luft abgekühlt werden oder direkt aus der Coilhitze wärmebehandelt werden. Die Wärmebehandlung kann durch eine verzögerte Abkühlung unter einer Abdeckhaube mit einer Abkühlgeschwindigkeit von maximal 100°C/h bis hinunter zu 600°C oder durch einen Heißeinsatz in einem Ofen erfolgen. Dabei kann die Ofentemperatur auch oberhalb der Haspeltemperatur liegen.
Haspeltemperaturen zwischen 650°C und der mit den Legierungsanteilen variierenden Ar1-Temperatur können eine Warmbandglühung ganz oder teilweise ersetzen. Eine kurze Distanz zum Haspel beispielsweise von 40 m und darunter in Kombination mit hohen Endwalzgeschwin­ digkeiten macht speziell in einer Gießwalzanlage hohe, in konventionellen Walzstraßen, insbesondere bei geringen Banddicken, nicht einstellbare, Haspeltemperaturen möglich. Dadurch wird das Warmband schon im Coil entfestigt, wobei die eigenschaftsrelevanten Struktur­ merkmale, wie Korngröße, Textur und Ausscheidungen, positiv beeinflußt werden. Die Verbesserung magnetischer Eigenschaften, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber dem konventionellen Verfahren erreicht wird, ist mit einer Zeit- und Energieeinsparung bei der Erzeugung des Elektroblechs verbunden.
Zur Herstellung des Elektroblechs stehen verschiedene Wege zur Verfügung: Das erfindungsgemäße Warmband kann als Elektroblech direkt verwendet werden. Es kann mit oder ohne Nachwalzen bei Schlußglühung nach Verarbeitung eingesetzt werden (semi finished = nicht schlußgeglüht). Das Warmband kann davor geglüht werden. In weiteren Alternativen wird das Warmband einstufig oder mehrstufig mit Zwischenglühung auf Enddicke kaltgewalzt, wobei die bereits vorgenannten Fertigungsschritte nachgeschaltet werden. Bei diesen Alternativen kann das Warmband im Walzzustand oder nach einer Warmbandglühung eingesetzt werden. Falls die Nachverformung und die Schlußglühung nach der Verarbeitung entfallen, ist die Glühung bereits nach dem Walzen auf Enddicke so auszulegen, daß das geforderte Eigenschaftsprofil eingestellt wird (fully finished = schlußgeglüht). Alle Glühungen können entweder im Hauben- oder Durchlaufofen bei Temperaturen über 650°C erfolgen.
Beispiele
In Tafel 1 sind magnetische Eigenschaftswerte, Ummagnetisierungsverlust (P) und Polarisation (J), die nach einem konventionellen Verfahren und nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht worden sind, mitgeteilt.
Tafel 1
Die Beispiele zeigen die durch Anwendung des erfindungs­ gemäßen Verfahrens erzielbare Verbesserung zum einen für semi finished (sf) und zum anderen für fully-finished (ff) Standardgüten ohne Warmbandglühung und mit einer konventionellen Warmbandglühung (WBG). Auf dem erfindungsgemäßem Erzeugungsweg werden stets höhere Polarisationswerte (J) und meistens niedrigere Ummagnetisierungsverluste (P) erreicht.

Claims (16)

1. Verfahren zur Herstellung von Warmband mit einer Dicke ≦ 6 mm zur Erzeugung von nichtkornorientiertem Elektroblech aus Strangguß in Brammen, Dünnbrammen oder Band aus einem Stahl mit (in Masse-%):
0,001 bis 0,1% C
0,05 bis 3,0% Si bis 0,85% Al mit Si + 2Al ≦ 3,0%
0,05 bis 2,0% Mn
Rest Eisen, und übliche Begleitelemente sowie Legierungszusätze an P, Sn, N, Ni, Co, Ti, Nb, Zr, V, B, Sb bis insgesamt 1,5%, dadurch gekennzeichnet, daß die Stahlbrammen direkt aus der Gießhitze oder nach einem Wiedererwärmen auf T ≧ 900°C warmgewalzt werden und im Zuge des Fertigwalzens zwei oder mehr Umformstiche im Zweiphasengebiet Austenit/Ferrit durchgeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der letzte Umformstich des Fertigwalzens mit einer Formänderung von < 10% am Ende des Warmwalzprozesses im Ferritgebiet liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der letzten drei Warmwalzstiche des Fertigwalzens mit Walzenschmierung ausgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der letzte Stich des Fertigwalzens im Ferritgebiet mit Walzenschmierung durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband bei einer Temperatur im Bereich von 650°C bis Ar1 gehaspelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband bei einer Temperatur im Bereich von 650°C bis Ar3 geglüht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband direkt nach dem Haspeln im Coil geglüht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband erst abgekühlt und für die Glühung wiedererwärmt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband aus der Walzhitze in Linie geglüht wird.
10. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das gehaspelte Band unter einer Haubenabdeckung mit einer Geschwindigkeit von maximal 100°C/h bis hinunter auf 600°C abgekühlt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband bei Temperaturen < 650°C gehaspelt wird.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband durch ein- oder mehrstufiges Kaltwalzen weiterverarbeitet wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltwalzen mehrstufig durchgeführt wird und daß nach mindestens einer der Stufen ein Zwischenglühen durchgeführt wird.
14. Verfahren zur Herstellung eines schlußgeglühten Elektroblechs nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Enddicke warm- oder warm- und kaltgewalzte Band unter Schutzgas oberhalb von 650°C schlußgeglüht wird.
15. Verfahren zur Herstellung eines nicht schlußgeglühten Elektroblechs nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das warm- oder warm- und kaltgewalzte Band in einem Hauben- oder Durchlaufglühofen unter Schutzgas rekristallisierend geglüht und anschließend gerichtet oder nachgewalzt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Band vor der Schlußglühung entkohlend geglüht wird.
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