DE69029483T2 - Verfahren zur Herstellung kornorientierter Elektrostahlbleche mit hoher magnetischer Flussdichte - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines kornorientierten Elektrostahlblechs mit hoher magnetischer Flußdichte, das durch ein Bandgußverfahren hergestellt wird und 2.5 bis 4.5 Gew.-% Si aufweist.
• Ein kornorientiertes Elektrostahlblech wird als Eisenkernmaterial einer elektrischen Vorrichtung, wie beispielsweise eines Transformators, verwendet, so daß die magnetischen Eigenschaften des Elektrostahlblechs derart sein müssen, daß eine verbesserte Erregungseigenschaft und ein verbesserter Watt- oder Ummagnetisierungsverlust erhalten werden.
• Außerdem ist der Bedarf für ein Material mit geringem Ummagnetisierungsverlust und einem geringen Energieverlust in der letzten Zeit gestiegen.
• Bei einem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen eines kornorientierten Stahlblechs sind jedoch komplexe Behandlungen, wie beispielsweise Warmwalzen, Kaltwalzen, Vergüten oder Glühen usw., erforderlich, wodurch die Herstellungskosten sehr hoch sind.
• Daher wurde ein Verfahren entwickelt, bei dem der geschmolzene Elektrostahl durch ein Abschreckungsverfestigungsverfahren direkt zu einem dünnen Band verarbeitet wird, wodurch, weil aus dem geschmolzenem Stahl ein Produkt oder ein Teil- bzw. Halb- oder Rohprodukt hergestellt werden kann, die Herstellungskosten wesentlich reduziert werden können. Es sind zwei Verfahren zum Herstellen kornorientierter Elektrostahlbleche bekannt, bei denen das Abschreckungsverfestigungsverfahren verwendet wird.
• Bei einem in der ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung (Kokai) Nr. 59-190326 beschriebenen Verfahren wird eine als tertiäre Rekristallisation bezeichnete Oberflächenenergie ausgenutzt, wobei jedoch in diesem Verfahren, um die tertiäre Rekristallisation mit der Orientierung {110} < 001> in Längsrichtung zu erzeugen, eine Glühbehandlung in Vakuum oder einer hochreinen H&sub2;-Atmosphäre erforderlich ist, so daß dieses Verfahren im industriellen Maßstab nicht einfach verwendet werden kann. Außerdem kann kein Band mit einer großen Dicke erhalten werden, so daß durch das Verfahren lediglich ein Band mit sehr geringer Dicke hergestellt werden kann. Beim anderen bekannten Verfahren wird ein Inhibitor auf die gleiche Weise verwendet wie bei einem herkömmlichen Warmwalzverfahren.
• Dieses zweite Verfahren, bei dem ein Warmwalzen vollständig weggelassen wird, ist beispielsweise in den ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichungen (Kokai) Nr. 53-97923, 54-83620, 61-238939, 63-11619, 63-176427 und 64- 229 beschrieben.
• In diesen Veröffentlichungen werden als Inhibitoren AlN, MnS, MnSe, BN, Sb usw. vorgeschlagen, wobei die vorliegenden Erfinder jedoch festgestellt haben, daß, wenn das Warmwalzverfahren vollständig weggelassen und durch ein Abschreckungsverfestigungsverfahren ersetzt wird, auch wenn die Sekundärabkühlungsgeschwindigkeit, d.h. die Abkühlungsgeschwindigkeit des verfestigten Bandes, auf 10ºC/sec oder mehr eingestellt wird, bei den herkömmlichen orientierten geschmolzenen Elektrostahlzusammensetzungen häufig Grobpräzipitatprodukte bzw. Grobausscheidungen mit einer Größe von 0.1 bis 1.0 µm erzeugt werden und die vorstehend erwähnten Inhibitoren nicht ausreichend reagieren.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kostengünstiges Verfahren zum Herstellen eines kornorientierten Elektrostahlblechs mit verbesserten magnetischen Eigenschaften bereitzustellen, indem die wirkungen des Inhibitors im Abschreckungsverfestigungsverfahren erhöht werden.
• Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 bis 5 gelöst.
• Nachstehend werden die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. Wie vorstehend erläutert, haben die vorliegenden Erfinder festgestellt, daß, wenn ein Warmwalzverfahren vollständig weggelassen wird und durch ein schnelles Abschreckungsverfestigungsverfahren ersetzt wird, auch wenn die Sekundärabkühlungsgeschwindigkeit auf 10ºC/sec oder mehr eingestellt wird, bei den herkömmlichen orientierten geschmolzenen Elektrostahlzusammensetzungen oft grobe Ausscheidungen mit einer Größe von 0.1 bis 1.0 µm erzeugt werden und die vorstehend erwähnten Inhibitoren nicht ausreichend umgesetzt werden.
• Der Mechanismus dieser Erscheinung ist nicht klar, es wird jedoch vermutet, daß, weil im Vergleich mit dem durch das herkömmliche Warmwalzen hergestellten warmgewalzten Band das durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Band bei fehlendem Warmwalzschritt eine sehr geringe Ausscheidungsgröße und eine große Kristallgröße aufweist, die Sekundärrekristallisation durch minderwertige Inhibitoren und eine minderwertige Primärstruktur instabil wird, so daß beim Kaltwalzen kein hohes Reduktionsverhältnis erreicht und keine hohe magnetische Flußdichte erhalten werden kann.
• Trotzdem werden, wenn das geschmolzene Material eines kornorientierten Elektrostahls, der höchstens 0.01% S und höchstens 0.003% N enthält, verwendet wird, die Ausscheidung im erhaltenen Band und die Vergröberung des erhaltenen Ausscheidungsproduktes vermieden. In diesem Fall kann, auch wenn das Reduktionsverhältnis beim Kaltwalzen erhöht wird, die Wirkung des Inhibitors erhöht werden, indem S und N in einem späteren Verfahrensschritt zugeführt werden, die Sekundärrekristallisation auch bei dem vorstehend erwähnten hohen Reduktionsverhältnis stabilisiert und dadurch die magnetische Flußdichte verbessert werden.
• Die Gründe für die Einschränkungen bzw. Grenzwerte bezüglich der Stahlzusammensetzungen und den Herstellungsbedingungen für die vorliegende Erfindung werden nachstehend ausführlich erläutert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird als Ausgangsmaterial geschmolzener Stahl verwendet, der 0.03 bis 0.1% C, 2.5 bis 4.5% Si, 0.02 bis 0.15% Mn, höchstens 0.01% S, 0.01 bis 0.04 säurelösliches Al, höchstens 0.003% N und als Rest Fe enthält und kontinuierlich durch Abschrecken verfestigt wird, um ein Bandmaterial herzustellen.
• Der untere Grenzwert für C beträgt 0.03%, so daß die &gamma;- Phase geeignet erzeugt wird und das Ausscheidungsprodukt fein verteilt ist. Der obere Grenzwert für C beträgt 0.1%, so daß ein hoher Kohlenstoffanteil erhalten wird, insofern die Entkohlung ausgeführt werden kann.
• Außerdem ist der untere Grenzwert für Si auf 2.5% festgelegt, um einen hohen Ummagnetisierungsverlust zu erhalten. Andererseits beträgt der obere Grenzwert für Si 4.5%, um Rißbildung oder ähnliche Erscheinungen zu verhindern und die Bearbeitbarkeit während des Kaltwalzens zu verbessern.
• Andere Elemente, wie beispielsweise Mn, S, Al und N sind Beimengungen oder Verunreinigungen, die als ausgeschiedene Dispersions- oder Ausscheidungsphase für die Sekundärrekristallisation verwendet werden und enthalten sein müssen, um eine geeignete Reaktion zu erhalten.
• Außerdem kann gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, indem der obere Grenzwert für den S- bzw. N-Anteil im geschmolzenen Stahl auf höchstens 0.01% bzw. höchstens 0.003% festgelegt wird, die Vergröberung des Ausscheidungsproduktes im Band verhindert werden. Bei anderen Ausführungsformen beträgt der S-Anteil 0.01 bis 0.05% und der N-Anteil 0.003 bis 0.015%.
• Ferner kann, indem im geschmolzenen Stahl der Mn-Anteil auf 0.02 bis 0.1% und der Anteil des säurelöslichen Al auf 0.01 bis 0.04% festgelegt wird, eine Sekundärrekristallisation mit einem hohen Ausscheidungssgrad erhalten werden.
• Bei der vorliegenden Erfindung wird, um eine geeignete Reaktion des Inhibitors zu erhalten, wahlweise mindestens eines der Elemente Cu, Sn und Sb in einer Gesamtmenge von höchstens 1.0% hinzugefügt.
• Erfindungsgemäß wird nach einer Glühbehandlung bei einer Temperatur von 950 bis 1200ºC für 30 s bis 30 min gegebenenfalls ein einmaliges Kaltwalzen vorzugsweise mit einem Endreduktionsverhältnis von mindestens 80% ausgeführt, oder es wird ein bzw. mehrmaliges Kaltwalzen mit jeweils einem dazwischenliegenden Glühschritt ausgeführt.
• Anschließend wird dem kaltgewalzten Band ein Glühseparator, wie beispielsweise MgO, zugeführt, woraufhin eine Endglühbehandlung bei einer Temperatur von vorzugsweise mindestens 1100ºC ausgeführt wird, um eine Sekundärrekristallisation des Stahls zu erhalten und den Stahl zu reinigen bzw. zu raffinieren, wobei im Glühseparator Sulfid und/oder Nitrid enthalten sind oder vor der Sekundärrekristallisation N&sub2; in der Glühatmosphäre enthalten ist, wodurch ein kornorientiertes Elektrostahlblech mit einer erforderlichen magnetischen Flußdichte hergestellt wird.
• Der Sulfidanteil beträgt an einer Seite des Blechs vorzugsweise 50 bis 2000 mg/m² als bezüglich der Menge von S umgewandelter Wert.
• Vorzugsweise enthält die Glühatmosphäre mindestens 1% N&sub2; und als Rest H&sub2;. Weil im Glühseparator Nitrid enthalten ist, werden die Wirkungen der Inhibitoren verstärkt. Nachstehend werden Beispiele der vorliegenden Erfindung erläutert.
Beispiel 1
• Ein geschmolzener Stahl mit den in Tabelle 1 dargestellten Stahlzusammensetzungen wurde einer Doppelwalze zugeführt und ein dünnes Band mit einer Dicke von 2.4 mm hergestellt.
• Daraufhin wurde für 5 Minuten eine Glühbehandlung bei einer Temperatur von 1050ºC ausgeführt, woraufhin das Band gebeizt wurde und ein Kaltwalzen ausgeführt wurde, um ein sehr dünnes Band mit einer Dicke von 0.30 mm zu erhalten. Tabelle 1 Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)
• Das Band wurde dann in feuchtem Wasserstoff durch Glühen entkohlt, woraufhin ein im wesentlichen aus MgO bestehender Glühseparator aufgebracht wurde. Nur im Fall des Stahls A wurden dem Glühseparator 0.6% MgSO&sub4; in einem bezüglich S umgewandelten Wert hinzugefügt. Außerdem war, wenn ein Hochtemperaturglühen bei einer Temperatur von 1200ºC für Stunden in einer Wasserstoffgasatmosphäre ausgeführt wurde, das Atmosphärengas während des Erwärmungsvorgangs auf die Temperatur von 1200ºC folgendermaßen zusammengesetzt:
• Stähle A und B: 75% N&sub2; + 25% H&sub2;
• Stahl C: 15% N&sub2; + 85% H&sub2;
• Die magnetischen Flußdichten der erhaltenen Stähle sind in Tabelle 2 dargestellt.
• Wie in Tabelle 2 dargestellt, werden durch das erfindungsgemäße Verfahren bessere magnetische Eigenschaften erhalten als bei einem herkömmlichen Verfahren. Tabelle 2
Beispiel 2
• Ein geschmolzener Stahl mit den in Tabelle 3 dargestellten Stahlzusammensetzungen wurde einer Doppelwalze zugeführt, und ein dünnes Band mit einer Dicke von 2.1 mm wurde hergestellt.
• Daraufhin wurde für 5 Minuten ein Glühen bei einer Temperatur von 1050ºC durchgeführt, woraufhin das Band gebeizt und kaltgewalzt wurde, um ein sehr dünnes Band mit einer Dicke von 0.22 mm zu erhalten.
• Das Band wurde daraufhin in feuchtem Wasserstoff durch Glühen entkohlt, woraufhin ein im wesentlichen aus MgO bestehender Glühseparator zugeführt wurde. Nur im Fall der Stähle D und F wurden dem Glühseparator 0.5% MgSO&sub4; in einem bezüglich S umgewandelten Wert hinzugefügt.
• Außerdem war, wenn ein Hochtemperaturglühen bei einer Temperatur von 1200ºC für 10 Stunden in einer Wasserstoffgasatmosphäre durchgeführt wurde, das Atmosphärengas während des Erwärmungsvorgangs auf eine Temperatur von 1200ºC für alle Stähle zusammengesetzt aus 15% N&sub2; + 85% H&sub2;.
• Die magnetischen Flußdichten der erhaltenen Stähle sind in Tabelle 4 dargestellt.
• Wie in Tabelle 4 dargestellt, werden durch das erfindungsgemäße Verfahren bessere magnetische Eigenschaften erhalten als durch das herkömmliche Verfahren. Tabelle 3 Chemische Zusammensetzung (Gew.-%) Tabelle 4

Claims (6)

1. Verfahren zum Herstellen eines kornorientierten Elektrostahlblechs mit einer hohen magnetischen Flußdichte, mit den Schritten:

Bereitstellen eines geschmolzenen Stahls mit 0.03 bis 0.10% C, 2.5 bis 4.5% Si, 0.02 bis 0.15% Mn, 0.01 bis 0.04% säurelöslichem Al, höchstens 0.01% S, höchstens 0.003% N und gegebenenfalls höchstens 1%. von mindestens einem der Elemente Cu, Sn und Sb, wobei der Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht;

kontinuierliches schnelles Abschreckungsverfestigen des geschmolzenen Stahls, um ein dünnes Band zu erhalten;

Kaltwalzen des dünnen Bandes in einem oder in zwei oder mehr Schritten mit jeweils einer dazwischenliegenden Glühbehandlung,

Entkohlungsglühen; und

Schlußglühen,

wobei im Glühseparator für das Schlußglühen Sulfid und Nitrid enthalten sind.

2. Verfahren zum Herstellen eines kornorientierten Elektrostahlblechs mit einer hohen magnetischen Flußdichte, mit den Schritten:

Bereitstellen eines geschmolzenen Stahls mit 0.03 bis 0.10% C, 2.5 bis 4.5% Si, 0.02 bis 0.15% Mn, 0.01 bis 0.04% säurelöslichem Al, höchstens 0.01% S, höchstens 0.003% N und gegebenenfalls höchstens 1% von mindestens einem der Elemente Cu, Sn und Sb, wobei der Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht;

kontinuierliches schnelles Abschreckungsverfestigen des geschmolzenen Stahls, um ein dünnes Band zu erhalten;

Kaltwalzen des dünnen Bandes in einem oder in zwei oder mehr Schritten mit jeweils einer dazwischenliegenden Glühbehandlung,

Entkohlungsglühen; und

Schlußglühen,

wobei im Glühseparator für das Schlußglühen Sulfid enthalten ist und der N&sub2;-Partialdruck in der Glühatmosphäre vor dem Rekristallisieren erhöht wird.

3. Verfahren zum Herstellen eines kornorientierten Elektrostahlblechs mit einer hohen magnetischen Flußdichte, mit den Schritten:

Bereitstellen eines geschmolzenen Stahls mit 0.03 bis 0.10% C, 2.5 bis 4.5% Si, 0.02 bis 0.15% Mn, 0.01 bis 0.04% säurelöslichem Al, 0.01 bis 0.05% S, höchstens 0.003% N und gegebenenfalls höchstens 1% von mindestens einem der Elemente Cu, Sn und Sb, wobei der Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht;

kontinuierliches schnelles Abschreckungsverfestigen des geschmolzenen Stahls, um ein dünnes Band zu erhalten;

Kaltwalzen des dünnen Bandes in einem oder in zwei oder mehr Schritten mit jeweils einer dazwischenliegenden Glühbehandlung,

Entkohlungsglühen; und

Schlußglühen,

wobei im Glühseparator für das Schlußglühen Nitrid enthalten ist.

4. Verfahren zum Herstellen eines kornorientierten Elektrostahlblechs mit einer hohen magnetischen Flußdichte, mit den Schritten:

Bereitstellen eines geschmolzenen Stahls mit 0.03 bis 0.10% C, 2.5 bis 4.5% Si, 0.02 bis 0.15% Mn, 0.01 bis 0.04% säurelöslichem Al, 0.01 bis 0.05% S, höchstens 0.003% N und gegebenenfalls höchstens 1% von mindestens einem der Elemente Cu, Sn und Sb, wobei der Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht;

kontinuierliches schnelles Abschreckungsverfestigen des geschmolzenen Stahls, um ein dünnes Band zu erhalten;

Kaltwalzen des dünnen Bandes in einem oder in zwei oder mehr Schritten mit jeweils einer dazwischenliegenden Glühbehandlung,

Entkohlungsglühen; und

Schlußglühen,

wobei der N&sub2;-Partialdruck in der Glühatmosphäre vor dem Rekristallisieren erhöht wird.

5. Verfahren zum Herstellen eines kornorientierten Elektrostahlblechs mit einer hohen magnetischen Flußdichte, mit den Schritten:

Bereitstellen eines geschmolzenen Stahls mit 0.03 bis 0.10% C, 2.5 bis 4.5% Si, 0.02 bis 0.15% Mn, 0.01 bis 0.04% säurelöslichem Al, höchstens 0.01% S, 0.003 bis 0.015% N und gegebenenfalls höchstens 1% von mindestens einem der Elemente Cu, Sn und Sb, wobei der Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht;

kontinuierliches schnelles Abschreckungsverfestigen des geschmolzenen Stahls, um ein dünnes Band zu erhalten;

Kaltwalzen des dünnen Bandes in einem oder in zwei oder mehr Schritten mit jeweils einer dazwischenliegenden Glühbehandlung,

Entkohlungsglühen; und

Schlußglühen,

wobei im Glühseparator für das Schlußglühen Sulfid enthalten ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das abschreckverfestigte dünne Band geglüht wird.