DE2856795C2

DE2856795C2 - Verwendung einer Stahlschmelze für ein Verfahren zum Stranggießen eines dünnen Bandes

Info

Publication number: DE2856795C2
Application number: DE2856795A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Tomizawa Sendai Arai; Noboru Prof. Sendai Tsuya
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-12-30
Filing date: 1978-12-29
Publication date: 1984-12-06
Also published as: DE2856795A1; US4257830A

Description

Die Erfindung betrifft eine Verwendung einer Stahlschmelze aus im wesentlichen 4 bis 7 Gew.-% Aluminium,

8 bis 11 Gew.-% Silizium, unvermeidbaren Verunreinigungen in einer Menge von weniger als 0,5 Gew.-°/o,

Rest-Eisen, für ein Verfahren zum Stranggießen eines dünnen Bandes aus magnetischem Werkstoff mit hoher Permeabilität sowie ausgezeichneter Biegsamkeit. Eine seit 1936 bekannte magnetische Legierung aus 84,9% Eisen, 9,5% Silizum und 5,6% Aluminium besitzt

bemerkenswerte weich magnetische Eigenschaften sowie nahezu keine Magnetostriktion oder magnetische Anisotropie; so besitzt sie eine anfängliche Permeabilität μο von 10⁴, eine Koerzitivkraft Hc von 0,05 Oe und einen spezifischen Widerstand von etwa 80 μ/cm. Diese Legierung ist aber spröde und nicht biegsam und sie kann durch Auswalzen, Schmieden oder Pressen nicht zu einem dünnen bzw. Feinblech geformt werden, so daß sie entweder in Form eines massiven Körpers im Niederfrequenzbereich verwendet wird oder ihre Anwendbarkeit auf einen »Staub«-Magnetkopf im Hochfrequenzbereich beschränkt ist. Außerdem treten beim Schneiden und Verarbeiten eines Blocks zu einem dünnen Blech für den Aufnahme- und Wiedergabe-Magnetkopf unvermeidlich Feinrißbildung und Materialabblätterungen auf.

Derzeit wird diese Legierung in der Magnetaufzeichnungstechnik verwendet, weil sie ausgezeichnete mechanische Abriebsbeständigkeit gegen Verschleiß durch das über sie hinweglaufende Magnetband, die erwähnten weichmagnetischen Eigenschaften und eine hohe Magnetflußsättigungsdichte besitzt. Dabei werden mehrere Magnetkopfkerne unmittelbar aus einem Rohblock aus dieser Legierung ausgeschnitten, obgleich diese mechanisch sehr hart und sehr spröde ist. Wenn diese Legierung zu einem dünnen Band oder einem Feinblech verarbeitet werden könnte, ließe es sich wesentlich leichter verarbeiten als ein Block oder eine Platte.

In der älteren Anmeldung der DE-O3 28 51 280 ist ein Verfahren zur Herstellung eines dünnen und biegsa-

men Bandes aus einem Superleitwerkstoff und einem danach hergestelltes dünnes und biegsames Band offenbart, bei dem die Schmelze auf eine Temperatur zwischen Schmelzpunkt und 300° über^dem Schmelzpunkt erhitzt wird, um der Schmelze eine geeignete Benetzbarkeit und Viskosität zu verleihen. Die bekannte Schmelze wird dann unter Druck, vorzugsweise zwischen 0,01 und 1,52 bar, durch eine Stranggießdüse auf eine sich bewegende Kühlfläche mit einer Kühlgeschwindigkeit von 10³ bis 10⁶°C/s vergossen. Ein Hinweis, mit diesem bekannten Stranggießverfahren auch Stahlschmelzen der erfindungsgemäßen Art zu vergießen, ist dort nicht enthalten.

Aus der DE-OS 26 06 581 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Metallegierungsfadens bekannt wobei die Metallegierung zunächst geschmolzen und dann die Schmelze unter einem Überdruck von z. B. 0,5 bar auf eine Kühlfläche geleitet wird. Dieses Kühlen mit Abkühlgeschwindigkeiten von 10⁵ bis 1O⁶⁰CZs erfolgt unter einem

vermindernden Druck von ... (Zeile 30 bis 37 der Seite 2 unverändert)... liegen. Über mögliche Werte der Temperatur der Schmelze oberhalb des Schmelzpunktes werden keine Angaben gemacht. Auch enthalten die hergestellten Metallegierungsfäden eine sogenannte »amorphe« Struktur, bei der wenigstens 50% amorph, der Rest kristallin vorliegt. Bei der erfindungsgemäßen Verwendung wird dagegen ein strangförmiges Band mit rein kristalliner Struktur erzeugt.

Schließlich ist aus der DE-OS 23 55 524 ein Verfahren zur Herstellung von Fäden aus reinen Metallen, aus Legierungen oder aus Keramikwerkstoffen bekannt. Der geschmolzene Werkstoff wird unter einem Überdruck von 0,7 bis 1,4 bar bei einer Temperatur von 5O⁰C bis 100°C, in besonderen Fällen 250⁰C oberhalb des Schmelzpunktes des zu vergießenden Werkstoffes als Strang in Fadenform aus einer Stranggießdüse ausgepreßt. Der gebildete Strang wird nacheinander durch eine eingestellte, gasförmige Zwischenzone in eine flüssige Abschreckzone eingeführt. Als Kühlgeschwindigkeit wird dafür ein Wert von größer als 10⁴⁰CZs, z. B. 2· 1O⁴⁰CZs erwähnt. Hierbei können die erzeugten Fäden ein fein kristallines Gefüge aufweisen. Bei den verwendeten Werkstoffen sind jedoch magnetische Werkstoffe der eingangs genannten Zusammensetzung nicht besonders erwähnt.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verwendung der erwähnten Stahlschmelze anzuge-

ben, nach der diese in vorteilhafter Weise zu einem dünnen, kristallinen und magnetischen Band hoher Permeabilität sowie ausgezeichneter Biegsamkeit verarbeitet werden kann.

Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Verwendung einer an sich bekannten Stahlschmelze erfindungsgemäß durch die Kombination mit dem an sich bekannten .Stranggießverfahren gelöst, bei dem die

Schmelze auf eine Temperatur bis 300" C über dem Schmelzpunkt des zu vergießenden Werkstoffs überhitzt und

die Schmelze durch eine Stranggießdüse unter einem Druck von 0,01 bis 1,5 bar auf eine sich bewegende

Kühlfläche mit einer Kühlgeschwindigkeit von 10³ bis 10⁶" C pro Sekunde vergossen wird. Bei einer Kohlgeschwindigkeit von IJ³ bis WC/s wird erreicht, daß ein dünner bandartiger Strang mit K kompaktem, feinkristallinem Gefüge durch überschnelle Abkühlung der Schmelze auf der sich bewegenden oder

(I drehenden Oberfläche des Kühlsubstrats gebildet wird, während die Schmelze an dieser Substratoberfläche

jp haftet

i ⁿ Die Wahl der geeigneten Schmelztemperatur sollte unter Berücksichtigung des Düsenöffnungsdurchmessers

h und des Spritzdrucks erfolgen. Die Viskosität der Schmelze sollte durch entsprechende Bestimmung ihrer

§j Temperatur auf einen Bereich von 5,5 χ 10-² ~ 3 χ 10-² dynxs/cm² eingestellt werden. Weiterhin sollte die

ti Kühlfläche eine gute Benetzbarkeit für d?e Schmelze besitzea Hierbei wird das Kühlsubstrat im Vakuum oder in

' einer Inertgasatmosphäre auf einer Temperatur zwischen Raumtemperatur und 400⁰C gehalten.

f$ Die Benetzbarkeil bestimmt sich hauptsächlich durch die Oberflächenspannungen von Schmelze und Sub-

$1 strat Die Viskosität der Schmelze wird so eingestellt, daß bei ihrem Ausspritzen über die Düse eine gute

(i Ausbreitung auf dem Kühlsubstrat ohne Erstarrung auf diesem gewährleistet ist. Wenn die Schmelzentempera-

K tür um mehr als 300⁰C über dem Schmelzpunkt liegt, kann sich die Schmelze über der Kühlfläche des Substrats Hi; so verteilen, daß die Bandlage zu dünn wird und zeitweilig ein eingekerbtes oder eingeschnürtes Band, ähnlich

ν 5 einer Lamellenjalousie, entsteht, während sich bei zu niedriger Schmelzentemperatur der aus der Düse austre-

{{. tende Schmelzenstrahl nicht ausbreiten kann und sich vielmehr in eine große Zahl kleiner Teilchen unregelmäßi-

ger Form aufteilt Es wird daher eine solche Schmelzenviskosität gewählt, daß die Ränder der Schmelze unter '■ '■'; einem Winkel von 10 bis 170° zur Substratoberfläche mit dem Substrat in Berührung gelangen. Aus diesem

Grund liegt die Temperatur der Schmelze in einem Bereich vom Schmelzpunkt bis zu einer Temperatur von ; ί 300°C über diesem, insbesondere 100 bis 150⁰C über dem Schmelzpunkt.

Wenn der Auspreßdruck der Schmelze zu hoch ist, verteilt sich die Schmelze als Nebel oder in Form von feinen Teilchen unregelmäßiger Form, oder das entstehende Band erhält eine stark eingekerbte, lamellenartige bzw. streifenförmige Gestalt.

Ein in der erfindungsgemäß verwendeten Stahlschmelze enthaltener Zusatz besteht vorzugsweise aus minde- : stens einem Element wie Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, Kupfer, Titan, Mangan, Germanium, Zirkonium, Antimon, Zinn, Beryllium, Bor, Wismut, Blei, Yttrium und Elementen der seltenen Erden in einem Gesamtanteil von unter 7%.

Ein Grunderfordernis für die Erzielung eines dünnen Bandes mit einem kompakten, feinkristallinen Gefüge : besteht darin, daß eine Schmelze benutzt wird, deren Gehalt an unvermeidbaren Verunreinigungen, wie Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel, im voraus auf vorzugsweise weniger als 0,1% insgesamt verringert \ worden ist Diese Verunreinigungen besitzen dann eine sehr niedrige Löslichkeitsgrenze, so daß sie während des

überschnellen Abkühlens in der festen Lösung der Schmelze nicht gelöst werden können und sich daher als feine Ausfällung bzw, Ausseigerung im schnell abgekühlten dünnen Band verteilen.

^: Durch diese Ausseigerung werden die Biegefestigkeit und auch die magnetischen Eigenschaften beeinträchtigt. Weiterhin stellen dem magnetischen Rohmaterial zugemischte Oxide, insbesondere Schlacke in Verbindung mit vor Beginn der überschnellen Abkühlung in der Legierungsschmelze enthaltenen feinen Teilchen eine Ursache für Biegebruch des dünnen Bands in seinem abgekühlten Zustand dar. Es werden daher das Aufschmelzen und Erstarrenlassen der Schmelzenmaterialien einmal oder öfter wiederholt, um die Schlacke an der Schmelzenoberfläche aufschwimmen zu lassen und sie von dort entfernen zu können.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert Diese zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines dünnen Bandes aus magnetischem Material.

Bei dieser wird eine Schmelze 2 aus magnetischem Werkstoff, das im wesentlichen aus 4 bis 7 Gew.-% Aluminium, 8 bis 11 Gew.-% Silizium und im Rest im wesentlichen aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht in ein hitzebeständiges Rohr 1 eingefüllt. Letzteres besteht aus Schmelzsiliziumoxid, das mit Bornitrit ausgekleidet ist. Am freien unteren Ende ist das Rohr 1 mit einer Stranggießdüse 3 versehen, die einen Durchmesser von 0,1 bis 0,5 mm besitzt. Die im Rohr 1 befindliche Magnetmaterialschmelze 2 wird mittels eines Heizwiderstands 4 auf einer Temperatur von 1250 bis 1550⁰C gehalten.

Unter dem Rohr 1 ist ein Kühlsubstrat 5 aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von 300 mm drehbar gelagert. Dieses läuft dabei mit einer Drehzahl von 2000 U/min und besitzt eine glatte, von Unregelmäßigkeiten freie Oberfläch. Die Düse 3 ist dicht an der Mantelfläche des Kühlsubstrats 5 angeordnet. Die Schmelze wird aus dem Rohr t mit einem Druck im Bereich von 0,03 bis 1,5 bar extrudiert. Sobald die Schmelze mit der umlaufenden Mantelfläche des Kühlsubstrats 5 in Berührung gelangt, erfährt sie eine augenblickliche Abkühlung, wobei ein dünnes, langes, ununterbrochenes Band aus magnetischem Werkstoff mit feinem, kompaktem, mikroskopischem Gefüge und hoher Permeabilität entsteht.

Das auf diese Weise hergestellte dünne Magnetwerkstoffband besitzt eine Dicke von 5 bis 30 μπι und eine Breite von 0,1 bis 0,8 mm und besteht im wesentlichen aus einem gleichmäßigen, kompakten und feinen Kristallgefüge.

Das auf diese Weise hergestellte dünne Band eignet sich nicht nur für Magnetköpfe, sondern auch für Magnetkerne von Transformatoren, Stromwandlern und dergleichen.

In einem speziellen Ausführungsbeispiel wurde ein Ausgangswerkstoff verwendet, das aus 9,5% Silizium, 5,5% Aluminium und 85% Eisen bestand, wobei ein Teil des Eisens durch Ti₁ Mn, Co, Ni, Mo, W, La, Sm, Dy, Yb, Cr, Zr₁ Ag und Au ersetzt war. Dieser modifzierte Werkstoff wurde aufgeschmolzen und auf eine trommeiförmige, umlaufende Kühlsubstratoberfläche aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von 300 mm bei einer Drehzahl von 1700 U/min extrudiert, wobei ein dünnes Band mit einer Dicke von 30 um und einer Rrpit° vnn

3 mm erhalten wurde. Die Kühltemperatur des Kühlsubstrats betrug dabei 100°C. Das auf diese Weise hergestellte dünne Band wurde 1 h lang bei 800° C im Vakuum geglüht bzw. angelassen, worauf seine magnetische Permeabilität (Hc) und seine Vickers-Härte gemessen wurden. Die Meßergebnisse sind in folgender Tabelle aufgeführt.

Bandzusammensetzung Koerzitivkraft Vickers-Härte Formbarkeit Flexibilität

Hc(mOe) (Hv)

Fe₈₀W₅Si₁₀AI₅

Fe₈₀Yb₅SiI₀Al₅

25 Fe₈₂ZrIAg₁AUiSUAI₆

Anmerkung: O - ausgezeichnete Eigenschaften.

25	560	O	O
95	450	O	O
75	500	O	O
80	480	O	O
75	450	O	O
!00	450	ο	Q
80	490	δ	O
120	460	O	O
50	470	O	O
40	490	O	O
30	520	O	O
75	480	O	O
150	400	O	O
180	400	O	O
80	470	O	O
100	490	O	O

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verwendung einer Stahlschmelze aus im wesentlichen 4 bis 7 Gew.-% Aluminium, 8 bis 11 Gew.-% Silizium, unvermeidbaren Verunreinigungen in einer Menge von weniger als 0,5 Gew.-%, Rest Eisen, für ein Verfahren zum Stranggießen eines dünnen Bands aus magnetischem Werkstoff mit hoher Permeabilität sowie ausgezeichneter Biegsamkeit, bei dem die Schmelze auf eine Temperatur bis 300⁰C über dem Schmelzpunkt des zu vergießenden Werkstoffs überhitzt und die Schmelze durch eine Stranggießdüse unter einem Druck von 0,01 bis 1,5 bar auf eine sich bewegende Kühlfläche mit einer Kühlgeschwindigkeit von 10³ bis 10⁶⁰C pro Sekunde vergossen wird.

2. Anwendung der Verwendung nach Anspruch 1 auf eine Stahlschmelze, die noch zusätzlich insgesamt weniger als 7 Gew.-% mindestens eines der Elemente Vanadium, Niob, Tantal, Chrom, Molybdän, Wolfram, Kupfer, Titan, Mangan, Germanium, Zirkon, Antimon, Zinn, Beryllium. Bor, Wismut, Blei, Yttrium und/oder seltene Erdmetalle enthält und bei der die unvermeidbaren Verunreinigungen auf weniger als 0,5 Gew.-% begrenzt werden.