DE69706083T2

DE69706083T2 - Eisen-Nickel-Legierung und kaltgewalztes Band mit kubischer Textur

Info

Publication number: DE69706083T2
Application number: DE69706083T
Authority: DE
Inventors: Lucien Coutu; Pierre Louis Reydet
Original assignee: Imphy Ugine Precision SA
Current assignee: Aperam Stainless Precision SAS
Priority date: 1996-02-27
Filing date: 1997-01-29
Publication date: 2002-03-21
Anticipated expiration: 2017-01-30
Also published as: EP0792943B1; FR2745298A1; DE69706083D1; FR2745298B1; EP0792943A1; ATE204342T1; US5783145A; ES2162204T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Eisen-Nickel- Legierung.
Die Eisen-Nickel-Legierungen, deren chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozent 27% bis 60% Nickel und 0% bis 7% Cobalt umfaßt, wobei der Rest Eisen und aus der Verhüttung stammende Verunreinigungen sind, werden in Form kaltgewalzter und geglühter Bänder insbesondere zur Herstellung weicher Magnetkerne verwendet. Das Glühen, das an sehr stark verformten kaltgewalzten Bändern durchgeführt wird, hat den Vorteil, daß es diesen Legierungen eine kubische Rekristallisationstextur verleiht, deren magnetische Eigenschaften für bestimmte Anwendungen wie die Spulenkerne für magnetische Verstärker sehr geeignet sind. Insbesondere weisen die Bänder aus Eisen-Nickel-Legierung mit kubischer Textur eine sehr rechtwinklige Hystereseschleife auf (Br/Bs > 95%). Jedoch haben diese Legierungen den Nachteil, daß sie schwer herzustellen sind. Der zur Erzielung einer guten Textur und zufriedenstellender magnetischer Eigenschaften günstige Temperaturbereich für das Glühen ist sehr schmal, geringer als 25ºC, damit das Erzeugnis zuverlässig ist, insbesondere weil die Lage dieses Temperaturbereichs von wenig bekannten Parametern abhängt.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, diesen Nachteil zu beheben, indem sie eine Eisen-Nickel-Legierung vorschlägt, die leichter herzustellen ist als die Legierung des bisherigen Stands der Technik.
Zu diesem Zweck hat die Erfindung eine Eisen-Nickel- Legierung zum Gegenstand, deren chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozent umfaßt:
30% ≤ Ni + Co ≤ 85%
0% ≤ Co + Cu + Mn ≤ 10%
0% ≤ Mo + W + Cr ≤ 4%
0% ≤ V + Si ≤ 2%
0% ≤ Nb + Ta ≤ 1%
0,003% ≤ C ≤ 0,05%
0,003% ≤ Ti ≤ 0,15%
0,003% ≤ Ti + Zr + Hf ≤ 0,15%
0,001% ≤ S + Se + Te ≤ 0,015%
wobei der Rest Eisen und aus der Verhüttung stammende Verunreinigungen sind, wobei die chemische Zusammensetzung außerdem die Beziehung:
0% ≤ Nb + Ta + Ti + Al ≤ 1%
erfüllt.
Vorzugsweise ist die chemische Zusammensetzung derart, daß:
0,005% ≤ Ti ≤ 0,05% und 0,001% ≤ Hf + Zr ≤ 0,025%.
Es ist ebenfalls vorzuziehen, daß:
0,002% ≤ S ≤ 0,007%,
und es ist wünschenswert, daß:
0,005% ≤ C ≤ 0,02%.
Vorzugsweise sollte der Gehalt an Mangan höher als 0,05% sein, und es ist nicht zweckmäßig, wenn er höher als 1% ist. Desgleichen ist vorzuziehen, daß Nb + Ta ≤ 0,05%.
Es ist wünschenswert, daß die Gehalte an Verunreinigungen derart sind, daß:
Mg < 0,001%
Ca < 0,0025%
Al ≤ 0,05%
O < 0,0025%
N < 0,005%
P < 0,01%
Sc + Y + La + Ce + Pr + Nd + Sm < 0,01%.
Die Erfindung betrifft ebenfalls ein kaltgewalztes Band aus einer erfindungsgemäßen Eisen-Nickel-Legierung, deren Rekristallisationstextur kubisch vom Typ (100)< 001> ist, und seine Verwendung zur Herstellung einer Schattenmaske für eine Bildschirmröhre oder eines Ringmagnetkerns.
Die Erfindung wird nun genauer, jedoch in nicht einschränkender Weise beschrieben werden und durch die folgenden Beispiele erläutert werden.
Die Erfinder haben überraschenderweise festgestellt, daß durch Zugabe einer geringen Menge an Titan, gegebenenfalls begleitet von geringen Mengen an Zr oder Hf, in Gegenwart geringer Mengen an S, Se oder Te und gegebenenfalls an Nb, Ta oder Mn zu einer im übrigen dem Stand der Technik entsprechenden Eisen-Nickel-Legierung der Temperaturbereich für das Glühen der Legierung, der es ermöglicht, eine zur Erlangung guter magnetischer Eigenschaften sehr günstige kubische Textur (100)< 001> zu erzielen, wesentlich verbreitert wird. Mit diesen Zusätzen überschreitet die Breite des zufriedenstellenden Temperaturbereichs 50ºC, während diese Breite gewöhnlich geringer als 25ºC ist.
Die betreffenden Eisen-Nickel-Legierungen, welche eine kubische Textur aufweisen können, enthalten hauptsächlich Eisen und Nickel, wobei das Nickel teilweise durch Cobalt ersetzt werden kann. Sie können auch insbesondere Kupfer, Mangan, Molybdän, Wolfram, Vanadium, Chrom und Silicium enthalten.
Ausgedrückt in Gewichtsprozent, sind die Gehalte an diesen Elementen derart, daß:
30% ≤ Ni + Co ≤ 85%
0% ≤ Co + Cu + Mn ≤ 10%
0% ≤ Mo + W + Cr ≤ 4%
0% ≤ V + Si ≤ 2%.
Der Rest der Zusammensetzung besteht aus Eisen, den für die Erfindung charakteristischen Elementen und Verunreinigungen.
Damit diese Legierungen eine kubische Textur aufweisen können, ist es ebenfalls erforderlich, daß, wenn sie Titan, Aluminium, Niobium oder Tantal enthalten, gilt:
Ti + Al + Nb + Ta ≤ 1%.
Die Verunreinigungen sind insbesondere das Magnesium, das Calcium, das Aluminium, der Sauerstoff, der Stickstoff, der Phosphor und die seltenen Erden. Vorzugsweise sind die Gehalte an diesen Elementen derart, daß:
Mg < 0,001%
Ca < 0,0025%
Al < 0,05%
O < 0,0025%
N < 0,005%
P < 0,01%
Sc + Y + La + Ce + Pr + Nd + Sm < 0,01%.
Erfindungsgemäß enthält die Legierung:
- 0,003% bis 0,15% Titan,
- gegebenenfalls wenigstens eines der Elemente Zr und Hf, wobei die Summe der Gehalte an Ti, Zr und Hf zwischen 0,003% und 0,15% beträgt; es ist vorzuziehen, gleichzeitig 0,005% ≤ Ti ≤ 0,05% und 0,001% ≤ Hf + Zr ≤ 0,025% zu haben;
- 0,003% bis 0,05% und vorzugsweise 0,005% bis 0,02% Kohlenstoff;
- gegebenenfalls wenigstens eines der Elemente Nb und Ta, wobei die Summe der Gehalte an diesen Elementen vorzugsweise 0,05% nicht überschreitet;
- vorzugsweise mehr als 0,05% Mangan; wenn eine starke Zugabe von Mangan nicht zweckmäßig oder nicht wünschenswert ist, ist der Gehalt an diesem Element auf 1% begrenzt.
Diese Legierung kann im Lichtbogenofen erschmolzen, in Form von Brammen oder dünnen Bändern oder Blöcken stranggegossen, dann in Form von Warmbändern warmgewalzt werden. Das Warmband wird dann mit einem Verformungsgrad von 80% und vorzugsweise von größer oder gleich 90% kaltgewalzt, um ein kaltgewalztes Band zu erhalten.
Wenn das kaltgewalzte Band zur Herstellung von Ringmagnetkernen bestimmt ist, muß das Glühen der Legierung nicht nur eine kubische Textur, sondern auch eine möglichst schwache Koerzitivkraft verleihen. In diesem Fall ist es vorzuziehen, zunächst das Band zu zerschneiden und aufzurollen, um einen Ringkern zu bilden. Der Ringkern wird dann bei einer Temperatur zwischen 850ºC und 1200ºC geglüht, um eine primäre Rekristallisation hervorzurufen, die zur Bildung einer kubischen Textur (100)< 001> führt. Die Glühtemperatur muß so eingestellt werden, daß sie einerseits unter der kritischen Temperatur der sekundären Rekristallisation mit Riesenkörnern bleibt und daß andererseits die Größen Bm, Bm - Br, H1 und ΔH, gemessen mittels des CCFR-Verfahrens nach der ASTM-Norm A598-92 im Kapitel "Standard Method For Magnetic Properties of Magnetic Amplifier Cores", derart sind, daß:
Bm > 14500 Gauß
Bm - Br < 400 Gauß
H1 zwischen 0,15 und 0,30 Oersted
ΔH < 0,035 Oersted.
Die thermische Behandlung kann auch direkt an dem kaltgewalzten Band durchgeführt werden, mit gegebenenfalls weniger Beschränkungen bei der Suche nach magnetischen Eigenschaften. Dies ist vor allem der Fall, wenn der Gehalt an Nickel bei 36% liegt und wenn das Band zur Herstellung von Schattenmasken für Bildschirmröhren verwendet wird; die kubische Textur ist nämlich besonders günstig für eine gute Qualität des Löcherbohrens durch Ätzen. Das Glühen erfolgt dann bei einer Temperatur, die höher ist als 550ºC und niedriger als die Temperatur der sekundären Rekristallisation. Wenn es nicht unbedingt notwendig ist, eine besonders niedrige Koerzitivkraft zu erhalten, ist die Glühtemperatur gewöhnlich geringer als 800ºC.
Als Beispiel und zur Verdeutlichung der Wirkungen der Erfindung wurde für die mit einem Verformungsgrad von 83%, 90% und 95% kaltgewalzten Legierungen A (gemäß dem Stand der Technik) und B (erfindungsgemäß) die kritische Temperatur bestimmt, bei der die sekundäre Rekristallisation mit Riesenkörnern auftritt. Die kritischen Temperaturen wurden unter Verwendung eines Ofens mit Wärmegradienten bestimmt.
Die chemischen Zusammensetzungen der Legierungen waren in Gewichtsprozent:
Für die verschiedenen Verformungsgrade betrugen die kritischen Temperaturen:
Diese Beispiele zeigen, daß die erfindungsgemäße Legierung sogar bei einem relativ geringen Verformungsgrad (83%) bei einer Temperatur von über 1050ºC eine kubische Textur beibehält und in allen Fällen bei einer Temperatur, die um 50ºC höher ist als die Rekristallisationstemperaturen der Legierung des Stands der Technik.
Ebenfalls als Beispiel und zum Vergleich wurden die dem Stand der Technik entsprechenden Legierungen 1, 2 und 3 und die erfindungsgemäßen Legierungen 4, 5 und 6 hergestellt. Diese Legierungen wurden in Form von Bändern von 0,05 mm Stärke mit Verformungsgraden von 95% kaltgewalzt, dann wurde der Glühtemperaturbereich bestimmt, der die Erzielung einer kubischen Struktur (100)< 001> sowie der oben angeführten magnetischen Eigenschaften ermöglichte.
Die chemischen Zusammensetzungen waren in Gewichtsprozent:
*Fe und Verunreinigungen
Die magnetischen Eigenschaften und der zufriedenstellende Glühtemperaturbereich waren:
Anhand dieser Ergebnisse stellt man fest, daß es bei den Legierungen 1 und 2, die dem Stand der Technik entsprechen, nicht möglich ist, sämtliche erforderlichen magnetischen Eigenschaften zu erzielen, nämlich: Bm > 14500 Gauß, Bm - Br < 400 Gauß, H1 zwischen 0,15 und 0,30 Oersted, ΔH < 0,035 Oersted. Für Legierung 3, die dem Stand der Technik entspricht, hat der zufriedenstellende Glühtemperaturbereich eine Breite von 25ºC, während der zufriedenstellende Glühtemperaturbereich für die Legierungen 4, 5 und 6 eine jeweilige Breite von 60ºC, 100ºC und 100Cº aufweist. Diese Beispiele zeigen deutlich die Schwierigkeiten, auf die man bei den Legierungen des Stands der Technik trifft, und den von der Erfindung mitgebrachten Vorteil.

Claims

1. Eisen-Nickel-Legierung, dadurch gekennzeichnet, daß ihre chemische Zusammensetzung in Gewichtsprozent umfaßt:

30% ≤ Ni + Co ≤ 85%

0% ≤ Co + Cu + Mn ≤ 10%

0% ≤ Mo + W + Cr ≤ 4%

0% ≤ V + Si ≤ 2%

0% ≤ Nb + Ta ≤ 1%

0,003% ≤ C ≤ 0,05%

0,003% ≤ Ti ≤ 0,15%

0,003% ≤ Ti + Zr + Hf ≤ 0,15%

0,001% < S + Se + Te < 0,015%

Mg < 0,001%

Ca < 0,0025%

Al ≤ 0,05%

O < 0,0025%

N < 0,005%

P < 0,01%

Sc + Y + La + Ce + Pr + Nd + Sm < 0,01%.

wobei der Rest Eisen und aus der Verhüttung stammende Verunreinigungen sind, wobei die chemische Zusammensetzung außerdem die Beziehung:

0% ≤ Nb + Ta + Ti + Al ≤ 1%

erfüllt.

2. Eisen-Nickel-Legierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß:

0,005% ≤ Ti ≤ 0,05%

0,001% ≤ Hf + Zr ≤ 0,025%.

3. Eisen-Nickel-Legierung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß:

0,002% ≤ S ≤ 0,007%.

4. Eisen-Nickel-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß:

0,005% ≤ C ≤ 0,02%.

5. Eisen-Nickel-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß:

0,05% ≤ Mn.

6. Eisen-Nickel-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß:

Mn ≤ 1%.

7. Eisen-Nickel-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß:

Nb + Ta ≤ 0,05%.

8. Verfahren zur Herstellung eines kaltgewalzten Bandes aus einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die eine kubische Textur aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß:

- ein warmgewalztes Band hergestellt wird,

- das Band mit einem Verformungsgrad von über 80% kaltgewalzt wird,

- das Kaltband bei einer Temperatur, die höher ist als 550ºC und niedriger als die Temperatur der sekundären Rekristallisation der Legierung, geglüht wird, um dieser eine kubische Textur zu verleihen.

9. Verfahren zur Herstellung eines Ringmagnetkerns aus einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß:

- ein kaltgewalztes Band mit einem Verformungsgrad von über 80% hergestellt wird,

- das Band zerschnitten und aufgerollt wird, um einen Ringkern zu bilden,

- der Ringkern bei einer Temperatur, die höher ist als 850ºC und niedriger als die Temperatur der sekundären Rekristallisation der Legierung, geglüht wird.

10. Kaltgewalztes Band aus einer Eisen-Nickel-Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, deren Rekristallisationstextur kubisch vom Typ (100)< 001> ist.

11. Verwendung eines Bandes nach Anspruch 10 zur Herstellung einer Schattenmaske für eine Bildschirmröhre.

12. Ringmagnetkern aus einer Legierung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, die eine kubische Textur aufweist.