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EP1194599B1 - Verfahren zum herstellen von nicht kornorientiertem elektroblech - Google Patents

Verfahren zum herstellen von nicht kornorientiertem elektroblech Download PDF

Info

Publication number
EP1194599B1
EP1194599B1 EP00920746A EP00920746A EP1194599B1 EP 1194599 B1 EP1194599 B1 EP 1194599B1 EP 00920746 A EP00920746 A EP 00920746A EP 00920746 A EP00920746 A EP 00920746A EP 1194599 B1 EP1194599 B1 EP 1194599B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
annealing
rolling
deformation
strip
hot
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP00920746A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1194599A1 (de
Inventor
Karl Ernst Friedrich
Brigitte Hammer
Rudolf Kawalla
Hans Pircher
Jürgen Schneider
Olaf Fischer
Carl-Dieter Wuppermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Steel Europe AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Stahl AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Stahl AG filed Critical ThyssenKrupp Stahl AG
Priority to SI200030173T priority Critical patent/SI1194599T1/xx
Publication of EP1194599A1 publication Critical patent/EP1194599A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1194599B1 publication Critical patent/EP1194599B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1244—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the heat treatment(s) being of interest
    • C21D8/1261—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the heat treatment(s) being of interest following hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1216—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the working step(s) being of interest
    • C21D8/1222—Hot rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1216—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the working step(s) being of interest
    • C21D8/1233—Cold rolling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/12—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties
    • C21D8/1244—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of articles with special electromagnetic properties the heat treatment(s) being of interest
    • C21D8/1272—Final recrystallisation annealing

Definitions

  • the invention relates to a method for producing not grain-oriented electrical sheet, in which from a made of a steel material, such as cast Slabs, bands, curtains or thin slabs, a Hot strip is made, the electric sheet a low core loss and high Polarization and good mechanical properties has.
  • a steel material such as cast Slabs, bands, curtains or thin slabs
  • a Hot strip is made, the electric sheet a low core loss and high Polarization and good mechanical properties has.
  • Such non-grain oriented electrical sheets are mainly used as nuclear material in electrical Machines, such as motors and generators, with rotating magnetic flux direction used.
  • non-grain oriented electrical sheet are here under the DIN EN 10106 ("final annealed Electrical sheet ”) and DIN EN 10165 (“not final annealed Electrical sheet ”) falling electric sheets understood In addition, more anisotropic varieties are included, as long as they are not grain-oriented electrical sheets be valid.
  • Non-grain oriented Electrical sheet metal not only affects Non-grain oriented electrical sheets with high losses (P1.5 ⁇ 5 - 6 W / kg), but also sheets with medium (3.5 W / kg ⁇ P1.5 ⁇ 5.5 W / kg) and low losses (P1.5 ⁇ 3.5). Therefore one strives, the entire spectrum the weak, medium and highly silicated Electrotechnical steels in terms of its to improve magnetic polarization values.
  • the object of the invention is a inexpensive way to produce electrical sheets indicate with improved properties.
  • a method for producing non-grain oriented electrical steel sheet comprising: a starting material, such as cast slab, strip or thin slab, made of a steel having% by weight 0.001-0.05% C, 0.7-1 , 5% Si, ⁇ 0.4% Al, with Si + 2 Al ⁇ 1.7%, 0.1-1.2% Mn, optionally up to a total of 1.5% of alloying additives from the group P, Sn, Sb , Zr, V, Ti, N, Ni, Co, Nb and / or B, and the remainder being iron and customary impurities, a hot strip is produced by directing the starting material directly from the casting heat or after a previous reheating to at least 1000 At least 1180 ° C reheating temperature hot rolled in several forming passes and then coiled, wherein during hot rolling at least the first forming pass in Austenit with a total change in shape ⁇ h of at least 45% one or more Umformstichetechnik GmbHmaschineneau, ⁇ h of at least 45% one or more Um
  • the invention is based on the recognition that Electrical sheets with optimized properties through the Selection of specific forming rates during hot rolling in the phase regions ⁇ -phase (austenite), ⁇ / ⁇ -phase (Two-phase mixed region) and ⁇ -phase (ferrite) at transforming alloy of the type in question here can be produced. It has been shown that by a suitable combination of the phase sequence in Hot rolling in conjunction with certain final rolling and Reel temperatures are a crucial boost to the can achieve magnetic polarization.
  • the magnetic Properties of an electrical sheet by deformation during the individual in the course of hot rolling souformenen forming passes depending on the respective Microstructure influenced specifically. Decisive share has rolling in the austenite and ferrite regions, whereas the proportion of deformation in the two-phase mixed area should be as low as possible.
  • the invention Procedure is therefore particularly for the processing of such Fe-Si alloys are suitable, which no pronounced two-phase mixed area between the austenite and have the ferrite region.
  • the hot rolling according to the invention is usually in one formed of several rolling stands Finishing roll completed.
  • There is the Purpose of one or more stitches Walzens Austenit on the one hand, the transition from austenite to ferrite controlled within the Finishing roll to be able to perform.
  • On the other hand serve the austenit with Vietnamese formenen Umformstiche in addition, the thickness of the hot strip before the start of rolling in the ferrite region so that during the Ferrite rolling desirable overall shape change safely is reached.
  • Rolling in the ferrite area comprises also at least one forming pass.
  • several Umformstiche in ferrite go through to the required overall shape change of At least 45% safe to reach and so the desired To obtain adjustment of the hot strip structure.
  • total change in shape ⁇ h is understood here to mean the ratio of the decrease in thickness during rolling in the respective phase region to the thickness of the strip when entering the relevant phase region.
  • a hot strip produced according to the invention has, for example, a thickness h 0 after rolling in the austenite region. In the course of the subsequent rolling in the ferrite region, the thickness of the hot strip is reduced to h 1 .
  • the total change in shape ⁇ h during ferrite rolling should reach at least 45% in order to set a state of hot-rolled strip favoring the desired magnetic and technological properties in terms of grain size, texture and precipitations or to prepare it for the subsequent processing steps.
  • hot rolling can thus produce a hot strip, which can be used in the further for the production of an electrical steel and for the production of components with excellent magnetic properties. Costly additional processing steps or the maintenance of certain high temperatures during hot rolling are not required for this purpose.
  • the method according to the invention makes it possible to inexpensively produce a high-quality electrical sheet material by means of a rolling strategy which is optimized both with regard to the temperature control and with regard to the staggering of the deformations in conjunction with a suitably selected coiling temperature.
  • a particular with respect to the resulting during the implementation of a method rolling forces and the technological properties of the produced hot strip particularly advantageous embodiment of the invention is characterized in that the hot strip is so strongly cooled after the Austenit capable in the transformation that the ferrite conversion before the subsequent performed Forming is essentially complete.
  • the two-phase mixed area austenite / ferrite is passed through the two shortest paths between two forming passes, so that the rolled strip is rolled in the austenite area only in the ferrite area after rolling.
  • the total change in shape ⁇ h during rolling in the ferrite region should preferably be at least 50%. This rolling in the austenite and ferrite is carried out under exclusion of rolling in the mixed area austenite / ferrite.
  • a particularly suitable embodiment of the invention is characterized in that after the at least one forming pass in the austenite region, the hot strip undergoes at least one forming pass in the two-phase mixed region austenite / ferrite, during which a total degree of deformation ⁇ h of at most 30% is reached, during which process at least one subsequently in Ferrit capable carried out Umformstichs a Rescueumformgrad ⁇ h of at least 45% is achieved.
  • the extent of rolling in the two-phase mixing area is largely restricted and the center of gravity of the forming is placed on the rolling in the ferrite area.
  • a reel temperature of at least 700 ° C In compliance with this reel temperature can be an additional hot strip annealing whole or at least be saved to a substantial extent.
  • the hot strip is already softened in the coil, with his Characteristics determining characteristics, such as grain size, Texture and excretions are positively affected. It is particularly advantageous in this context, if the coiled hot strip from the coil heat of a direct Annealing is subjected and when the annealing time at a Annealing temperature above 700 ° C for at least 15 minutes is.
  • Such "in-line” annealing of the uncoiled at high temperature, not in the coil otherwise cooled hot-rolled strip may be otherwise possibly required hot strip annealing completely replace. This is how annealed hot strips can be with particularly good magnetic and technological Create properties. The required time and Energy expenditure is considerably lower than with the conventionally for improving the properties of Electric sheet performed hot strip annealing.
  • the reel temperature is less than 600 ° C, especially less than 550 ° C, is.
  • the reeling in These temperatures leads to a solidified Hot strip state.
  • this approach especially for steel too particularly good results, which is at least 0.7 Contain% by weight of Si.
  • At least one of the last in the ferrite area completed forming passes should be done with lubrication hot rolled.
  • hot rolling with lubrication on the one hand, lower shear deformations occur, so that the rolled strip resulted in a more homogeneous structure over the cross section receives.
  • the lubrication reduces the rolling forces, so that over the each rolling pass a higher reduction in thickness possible is. Therefore, it may, depending on the desired properties of the electric sheet to be produced, be advantageous if all rolled passes passed during hot rolling a rolling lubrication be performed.
  • the hot strip produced in accordance with the invention is especially due to its mechanical properties suitable, in one or more stages in a conventional manner a final thickness to be cold rolled. If that Cold rolling is carried out in several stages, should be in Connect to at least one of the cold rolling stages Intermediate annealing done to the good mechanical Maintain properties of the band.
  • Cold-rolled electrical steel produced according to the invention is excellent cutting and punching and is suitable as such, especially to components, such as lamellae or blanks to be processed.
  • components such as lamellae or blanks to be processed.
  • Processing of a "semi-finished" sheet suitably from this electrical sheet finished components at the user final annealing.
  • the final annealing of the cold-rolled electric sheet preferably in one decarburizing atmosphere.
  • the invention is based on Embodiments explained in more detail.
  • J2500 refers to the following the magnetic polarization at magnetic field strengths of 2500 A / m, 5000 A / m or 10000 A / m.
  • P 1.0 or P 1.5 is the Loss of magnetization at a polarization of 1.0 T. or 1.5 T and a frequency of 50 Hz understood.
  • Magnetic properties are each on individual strips measured along the rolling direction.
  • the steel C is a steel of the present invention having an Si content ranging from 0.7 to 1.5% by weight.
  • the magnetic properties J 2500 , J 5000 , J 10000 , P 1.0 and P 1.5 measured on individual strips along the rolling direction are for three electric sheets B1, B2, B3 made of the steels A, B, C specified.
  • the slabs cast from the steels A, B and C, respectively, have been reheated as starting material to a temperature of more than 1000 ° C. in each case and passed into a rolling scale. At least the first forming pass has been carried out exclusively in the austenite area in the finishing hot rolling mill. Following rolling in the austenite region, the hot strips were cooled to such an extent that the two-phase mixed area austenite / ferrite passed in a very short time and the ferrite conversion was completed before the next rolling stand was reached.
  • Table 3 shows the magnetic properties J 2500 , J 50000 , J 10000 , P 1.0 and P 1.5 for an electric sheet B4 produced based on the steel C of the present invention.
  • this electrical steel strip B4 has been coiled after hot rolling in the finishing roll scale at a temperature of 600.degree. The coiled hot-rolled strip was immediately cooled before it was fed to the cold strip for further processing.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von nicht kornorientiertem Elektroblech, bei dem aus einem aus einem Stahl erzeugten Vormaterial, wie gegossenen Brammen, Bändern, Vorbändern oder Dünnbrammen, ein Warmband gefertigt wird, wobei das Elektroblech einen geringen Ummagnetisierungsverlust und eine hohe Polarisation sowie gute mechanische Eigenschaften besitzt. Derartige nichtkornorientierte Elektrobleche werden hauptsächlich als Kernmaterial in elektrischen Maschinen, wie Motoren und Generatoren, mit rotierender magnetischer Flußrichtung verwendet.
Unter dem Begriff "nichtkornorientiertes Elektroblech" werden hier unter die DIN EN 10106 ("schlußgeglühtes Elektroblech") und DIN EN 10165 ("nicht schlußgeglühtes Elektroblech") fallende Elektrobleche verstanden. Darüber hinaus werden auch stärker anisotrope Sorten einbezogen, solange sie nicht als kornorientierte Elektrobleche gelten.
Von der verarbeitenden Industrie wird die Forderung gestellt, nichtkornorientierte Elektrobleche zur Verfügung zu stellen, deren magnetische Eigenschaften gegenüber herkömmlichen Blechen dieser Art angehoben sind. So sollen die Ummagnetisierungsverluste herabgesetzt und die Polarisation im jeweils genutzten Induktionsbereich erhöht werden. Gleichzeitig ergeben sich aus den jeweiligen Be- und Verarbeitungsschritten, welchen die Elektrobleche im Zusammenhang mit ihren Verwendungen unterworfen werden, spezielle Anforderungen an die mechanisch-technologischen Eigenschaften der Elektrobleche. In diesem Zusammenhang kommt der Schneidbarkeit der Bleche, z.B. beim Stanzen, besondere Bedeutung zu.
Durch die Erhöhung der magnetischen Polarisation wird der Magnetisierungsbedarf reduziert. Damit einhergehend gehen auch die Kupferverluste zurück, welche einen wesentlichen Anteil an den beim Betrieb elektrischer Maschinen entstehenden Verluste haben. Der wirtschaftliche Wert nichtkornorientierter Elektrobleche mit erhöhter Permeabilität ist daher erheblich.
Die Forderung nach höherpermeablen nichtkornorientierten Elektroblechsorten betrifft nicht nur nichtkornorientierte Elektrobleche mit hohen Verlusten (P1,5 ≥ 5 - 6 W/kg), sondern auch Bleche mit mittleren (3,5 W/kg ≤ P1,5 ≤ 5,5 W/kg) und niedrigen Verlusten (P1,5 ≤ 3.5). Daher ist man bemüht, das gesamte Spektrum der schwach-, mittel- und hochsilizierten elektrotechnischen Stähle hinsichtlich seiner magnetischen Polarisationswerte zu verbessern.
Ein Weg, basierend auf mittel- oder schwachsilizierten Legierungen ein höherpermeables Elektroblech herzustellen, besteht darin, im Zuge der Herstellung das Warmband einer Warmbandglühung zu unterziehen. So wird beispielsweise in der WO 96/00306 vorgeschlagen, ein für die Erzeugung eines Elektroblechs bestimmtes Warmband im Austenitgebiet fertig zu walzen und das Haspeln bei Temperaturen oberhalb der vollständigen Umwandlung in Ferrit vorzunehmen. Zusätzlich ist ein Glühen des Coils unmittelbar aus der Gießhitze vorgesehen. Auf diese Weise wird ein Endprodukt mit guten magnetischen Eigenschaften erhalten. Allerdings müssen dazu wegen des hohen Energieaufwands für das Wärmen vor und während des Warmwalzens sowie wegen der erforderlichen Legierungszusätze erhöhte Kosten in Kauf genommen werden.
Gemäß der EP 0 469 980 ist eine erhöhte Haspeltemperatur in Kombination mit einer zusätzlichen Warmbandglühung anzustreben, um auch bei niedrigen Legierungsgehalten brauchbare magnetische Eigenschaften zu erhalten. Auch dies kann nur unter Inkaufnahme zusätzlicher Kosten bewerkstelligt werden.
Neben dem voranstehend erläuterten Stand der Technik ist aus der EP 0 609 190 A1 ein Verfahren zum Herstellen von nicht kornorientiertem Elektroblech bekannt, bei dem aus einem Vormaterial, das aus einem Stahl mit (in Gew.-%) < 0,03 % C, < 0,004 % N, < 0,010 % S, < 0,010 % P, < 0,2 % Mn, < 0,5 Si, < 0,05 % Al und als Rest Eisen hergestellt ist, ein Warmband erzeugt wird, indem das Vormaterial nach einem vorangehenden Wiedererwärmen auf eine höchstens 1100 °C betragende Wiedererwärmungstemperatur in mehreren Umformstichen warmgewalzt und anschließend gehaspelt wird, wobei während des Warmwalzens mindestens der erste Umformstich im Austenitgebiet und anschließend mit einer Gesamtumformänderung von mindestens 90 % ein oder mehrere Umformstiche im Ferrigebiet durchgeführt werden. Der Zweck dieser Vorgabe besteht darin, das Walzen im Zweiphasenmischgebiet möglichst weitgehend zu vermeiden, bei dem es zu unbestimmbaren, schwer zu beherrschenden Walzbedingungen kommen kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen kostengünstigen Weg zur Herstellung von Elektroblechen mit verbesserten Eigenschaften anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen von nicht kornorientiertem Elektroblech gelöst, bei dem aus einem Vormaterial, wie gegossenen Brammen, Bändern oder Dünnbrammen, das aus einem Stahl mit in Gewichts-% 0,001 - 0,05 % C, 0,7 - 1,5 % Si, ≤ 0,4 % Al, mit Si + 2 Al ≤ 1,7 %, 0,1 - 1,2 % Mn, gegebenenfalls bis insgesamt 1,5 % an Legierungszusätzen aus der Gruppe P, Sn, Sb, Zr, V, Ti, N, Ni, Co, Nb und/oder B, und als Rest Eisen sowie üblichen Verunreinigungen hergestellt ist, ein Warmband erzeugt wird, indem das Vormaterial direkt aus der Gießhitze oder nach einem vorhergehenden Wiedererwärmen auf eine mindestens 1000 °C und höchstens 1180 °C betragende Wiedererwärmungstemperatur in mehreren Umformstichen warmgewalzt und anschließend gehaspelt wird, wobei während des Warmwalzens mindestens der erste Umformstich im Austenitgebiet und anschließend mit einer Gesamtformänderung εh von mindestens 45 % ein oder mehrere Umformstiche im Ferritgebiet durchgeführt werden.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Elektrobleche mit optimierten Eigenschaften durch die Auswahl bestimmter Umformraten während des Warmwalzens in den Phasengebieten γ-Phase (Austenit), γ/α-Phase (Zweiphasenmischgebiet) und α-Phase (Ferrit) bei umwandelnden Legierung der hier in Rede stehenden Art hergestellt werden können. Es hat sich gezeigt, daß sich durch eine geeignete Kombination der Phasenabfolge beim Warmwalzen in Verbindung mit bestimmten Endwalz- und Haspeltemperaturen eine entscheidende Anhebung der magnetischen Polarisation erreichen läßt.
Gemäß der Erfindung werden nun die magnetischen Eigenschaften eines Elektroblechs durch eine Verformung während der einzelnen im Zuge des Warmwalzens durchlaufenen Umformstiche in Abhängigkeit vom jeweiligen Gefügezustand gezielt beeinflußt. Entscheidenden Anteil hat dabei das Walzen im Austenit- und Ferritgebiet, wogegen der Anteil der Umformung im Zweiphasenmischgebiet möglichst gering sein soll. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher insbesondere für die Verarbeitung von solchen Fe-Si-Legierungen geeignet, welche kein ausgeprägtes Zweiphasenmischgebiet zwischen dem Austenitund dem Ferritgebiet aufweisen.
Die Abstimmung der Legierungszusätze an ferrit- und austenitbildenden Elementen ist unter Berücksichtigung der erfindungsgemäß vorgesehenen Gehaltsbereiche der einzelnen Elemente ausgehend von einer Basiszusammensetzung von (Si + 2Al) ≤ 1,7 vorzunehmen.
Im Fall der Verwendung von gegossenen Brammen als Vormaterial werden diese auf eine Temperatur ≥ 1000 °C derart wiedererwärmt, daß sich das Material vollständig im austenitschen Zustand befindet. Aus dem gleichen Grunde werden auch Dünnbrammen oder Bänder unter Ausnutzung der Gießhitze direkt eingesetzt und erforderlichenfalls auf Walzanfangstemperatur von mehr als 1000 °C erwärmt. Dabei wächst die erforderliche Wiedererwärmungstemperatur mit zunehmendem Si-Gehalt, wobei eine Obergrenze von 1180 °C nicht überschritten wird.
Das Warmwalzen gemäß der Erfindung wird in der Regel in einer aus mehreren Walzgerüsten gebildeten Fertigwalzstaffel durchgeführt. Dabei besteht der Zweck des in einem oder mehreren Stichen erfolgenden Walzens im Austenitgebiet zum einen darin, den Übergang vom Austenit ins Ferrit kontrolliert innerhalb der Fertigwalzstaffel durchführen zu können. Zum anderen dienen die im Austenitgebiet durchlaufenen Umformstiche dazu, die Dicke des Warmbands vor dem Beginn des Walzens im Ferritgebiet so einzustellen, daß die während des Ferritwalzens erwünschte Gesamtformänderung sicher erreicht wird. Das Walzen im Ferritgebiet umfaßt ebenfalls mindestens einen Umformstich. Vorzugsweise werden jedoch mehrere Umformstiche im Ferritgebiet durchlaufen, um die geforderte Gesamtformänderung von mindestens 45 % sicher zu erreichen und so die gewünschte Einstellung des Warmbandgefüges zu erhalten.
Unter der "Gesamtformänderung εh" wird hier das Verhältnis der Dickenabnahme während des Walzens im jeweiligen Phasengebiet zur Dicke des Bandes beim Eintritt in das betreffende Phasengebiet verstanden. Dieser Definition entsprechend weist ein gemäß der Erfindung hergestelltes Warmband beispielsweise nach dem Walzen im Austenitgebiet eine Dicke h0 auf. Im Zuge des darauffolgenden Walzens im Ferritgebiet wird die Dicke des Warmbands auf h1 reduziert. Definitionsgemäß ergibt sich damit die beispielsweise während des Ferritwalzens erreichte Gesamtformänderung εh zu (h0 - h1) / h0 mit h0 = Dicke beim Eintritt in das erste im Ferritzustand durchlaufene Walzgerüst und h1 = Dicke beim Verlassen der Walzstaffel, dem Ende des Walzens im Ferritgebiet.
Gemäß der Erfindung soll die Gesamtformänderung εh während des Ferritwalzens mindestens 45 % erreichen, um einen die gewünschten magnetischen und technologischen Eigenschaften begünstigenden Zustand des warmgewalzten Bandes hinsichtlich Korngröße, Textur und Ausscheidungen einzustellen bzw. für die nachfolgenden Verarbeitungsschritte vorzubereiten. Durch das schwerpunktmäßig im Ferritwalzen unter weitestgehender Umgehung des Zweiphasenmischgebiets erfolgende Warmwalzen läßt sich so ein Warmband erzeugen, welches im weiteren zur Herstellung eines Elektroblechs und zur Fertigung von Bauteilen mit hervorragenden magnetischen Eigenschaften genutzt werden kann. Kosten verursachende zusätzliche Verarbeitungsschritte oder das Einhalten bestimmter hoher Temperaturen während des Warmwalzens sind zu diesem Zweck nicht erforderlich. Statt dessen ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren durch eine sowohl hinsichtlich der Temperaturführung als auch hinsichtlich der Staffelung der Umformungen optimierte Walzstrategie in Verbindung mit einer geeignet gewählten Haspeltemperatur die kostengünstige Erzeugung eines hochwertigen Elektroblechmaterials.
Es ist festgestellt worden, daß sich schon durch die Kombination der erfindungsgemäßen Maßnahmen Elektrobleche herstellen lassen, deren Eigenschaften den Eigenschaften von solchen in herkömmlicher Weise hergestellten Elektroblechen gleichkommen, die zusätzliche zeit- und kostenaufwendige Verfahrensschritte, wie ein ergänzendes Warmbandglühen, durchlaufen haben. Weiter ist festgestellt worden, daß für den Fall, daß ein Warmbandglühen in Ergänzung der erfindungsgemäßen Vorgehensweise angewendet wird, das Zusammenwirken dieser Maßnahmen zu Elektroblechen führt, die in ihren magnetischen und mechanischen Eigenschaften herkömmlich hergestellten Elektroblechen überlegen sind. Somit bewirkt die Erfindung einerseits eine deutliche Verminderung der Kosten bei der Herstellung von qualitativ hochwertigen Elektroblechen. Andererseits lassen sich auf Grundlage des erfindungsgemäßen Verfahrens Bleche erzeugen, deren Eigenschaften herkömmlich erzeugten Elektroblechen weit überlegen sind.
Eine insbesondere im Hinblick auf die während der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens entstehenden Walzkräfte und die technologischen Eigenschaften des erzeugten Warmbands besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband nach der Umformung im Austenitgebiet so stark abgekühlt wird, daß die Ferritumwandlung vor der darauffolgend durchgeführten Umformung im wesentlichen abgeschlossen ist. Bei dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Zweiphasenmischgebiet Austenit/Ferrit zwischen zwei Umformstichen auf kürzestem Wege durchschritten, so daß das Warmband nach dem Walzen im Austenitgebiet nur noch im Ferritgebiet gewalzt wird. Dabei sollte die Gesamtformänderung εh während des Walzens im Ferritgebiet vorzugsweise mindestens 50 % betragen. Dieses Walzen im Austenit- und Ferritgebiet erfolgt unter weitestgehendem Ausschluß des Walzens im Mischgebiet Austenit/Ferrit.
Eine besonders geeignete Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband nach dem mindestens einen Umformstich im Austenitgebiet mindestens einen Umformstich im Zweiphasenmischgebiet Austenit / Ferrit, während dessen ein Gesamtumformgrad εh von höchstens 30 % erreicht wird, durchläuft, wobei während des mindestens einen anschließend im Ferritgebiet durchgeführten Umformstichs ein Gesamtumformgrad εh von mindestens 45 % erreicht wird. Auch bei dieser Variante der Erfindung wird der Umfang des Walzens im Zweiphasenmischgebiet weitgehend eingeschränkt und der Schwerpunkt der Umformung auf das Walzen im Ferritgebiet gelegt.
Grundsätzlich eignet sich für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Haspeltemperatur von mindestens 700 °C. Bei Einhaltung dieser Haspeltemperatur kann eine zusätzliche Warmbandglühung ganz oder zumindest zum wesentlichen Teil eingespart werden. Das Warmband wird schon im Coil entfestigt, wobei die seine Eigenschaften bestimmenden Merkmale, wie Korngröße, Textur und Ausscheidungen, positiv beeinflußt werden. Besonders vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, wenn das gehaspelte Warmband aus der Coilhitze einer direkten Glühung unterzogen wird und wenn die Glühzeit bei einer Glühtemperatur oberhalb 700 °C mindestens 15 Minuten beträgt. Eine solche "in-line" ausgeführte Glühung des bei hoher Temperatur aufgehaspelten, im Coil nicht wesentlich abgekühlten Warmbandes kann eine andernfalls unter Umständen erforderliche Warmbandhaubenglühung vollständig ersetzen. So lassen sich geglühte Warmbänder mit besonders guten magnetischen und technologischen Eigenschaften herstellen. Der dazu erforderliche Zeitund Energieaufwand ist erheblich geringer als bei der herkömmlicherweise zur Verbesserung der Eigenschaften von Elektroblech durchgeführten Warmbandglühung.
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich Verbesserungen der Materialeigenschaften, wenn die Haspeltemperatur weniger als 600 °C, insbesondere weniger als 550 °C, beträgt. Das Haspeln bei diesen Temperaturen führt zu einem verfestigten Warmbandzustand. In der Praxis ist festgestellt worden, daß diese Vorgehensweise insbesondere bei Stählen zu besonders guten Ergebnissen führt, die mindestens 0,7 Gewichts-% Si enthalten.
Je nach Art des zu fertigenden Bandes kann es in diesem Zusammenhang günstig sein, wenn das Warmband unmittelbar nach dem Haspeln beschleunigt abgekühlt wird.
Zumindest bei einem der letzten im Ferritgebiet durchgeführten Umformstiche sollte mit Schmierung warmgewalzt werden. Durch das Warmwalzen mit Schmierung treten einerseits geringere Scherverformungen auf, so daß das gewalzte Band im Ergebnis eine homogenere Struktur über den Querschnitt erhält. Andererseits werden durch die Schmierung die Walzkräfte vermindert, so daß über dem jeweiligen Walzstich eine höhere Dickenabnahme möglich ist. Daher kann es, je nach den gewünschten Eigenschaften des zu erzeugenden Elektroblechs, vorteilhaft sein, wenn alle während des Warmwalzens durchlaufenen Walzstiche mit einer Walzschmierung durchgeführt werden.
Unabhängig von der jeweils gewählten Abfolge der Walzschritte kann eine weitere Verbesserung der Eigenschaften des erzeugten Elektrobandes dadurch erreicht werden, daß das Warmband nach dem Haspeln zusätzlich bei einer Glühtemperatur von mindestens 740 °C geglüht wird. Dieses Glühen kann im Haubenofen oder im Durchlaufofen durchgeführt werden.
Das auf erfindungsgemäße Weise hergestellte Warmband ist aufgrund seiner mechanischen Eigenschaften besonders dazu geeignet, in herkömmlicher Weise ein- oder mehrstufig auf eine Enddicke kaltgewalzt zu werden. Sofern das Kaltwalzen mehrstufig durchgeführt wird, sollte im Anschluß an mindestens eine der Kaltwalzstufen ein Zwischenglühen erfolgen, um die guten mechanischen Eigenschaften des Bandes beizubehalten.
Soll ein "fully-finished"-Elektroband hergestellt werden, so schließt sich an das Kaltwalzen ein Schlußglühen bei einer Glühtemperatur an, welche vorzugsweise > 740 °C ist.
Soll dagegen ein "semi-finished"-Elektroband erzeugt werden, so schließt sich an das gegebenenfalls mehrstufig durchgeführte Kaltwalzen ein rekristallisierendes Glühen im Hauben- oder Durchlaufofen bei Temperaturen von mindestens 650 °C an. Im Anschluß daran wird das kaltgewalzte und geglühte Elektroband gerichtet und nachgewalzt.
Erfindungsgemäß hergestelltes, kaltgewalztes Elektroband ist hervorragend schneid- und stanzbar und eignet sich als solches besonders dazu, zu Bauelementen, wie Lamellen oder Ronden, verarbeitet zu werden. Im Falle der Verarbeitung eines "semi-finished"-Elektroblechs werden zweckmäßigerweise die aus diesem Elektroblech hergestellten Bauelemente beim Anwender schlußgeglüht.
Unabhängig davon, ob ein "semi-" oder ein "fullyfinished" Elektroblech erzeugt wird, erfolgt gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die Schlußglühung des kaltgewalzten Elektroblechs vorzugsweise in einer entkohlenden Atmosphäre.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
"J2500", "J5000" bzw. "J10000" bezeichnen im folgenden die magnetische Polarisation bei magnetischen Feldstärken von 2500 A/m, 5000 A/m bzw. 10000 A/m.
Unter "P 1,0" bzw. "P 1,5" wird der Ummagnetisierungsverlust bei einer Polarisation von 1,0 T bzw. 1,5 T und einer Frequenz von 50 Hz verstanden.
Die in den nachfolgenden Tabellen angegebenen magnetischen Eigenschaften sind jeweils an Einzelstreifen längs der Walzrichtung gemessen worden.
In Tabelle 1 sind für drei zur Herstellung von Elektroblech verwendete Stähle die Gehalte der wesentlichen Legierungsbestandteile in Gewichts-% angegeben. Bei dem Stahl C handelt es sich um einen erfindungsgemäßen Stahl mit einem Si-Gehalt, der im Bereich von 0,7 - 1,5 Gew.-% liegt.
Stahl C Si Al Mn
A 0,008 0,1 0,12 0,34
B 0,008 0,33 0,25 0,81
C 0,007 1,19 0,13 0,23
In Tabelle 2 sind die magnetischen Eigenschaften J2500, J5000, J10000, P1,0 und P1,5, gemessen an Einzelstreifen längs der Walzrichtung, für drei aus den Stählen A, B, C erzeugte Elektrobleche B1, B2, B3 angegeben. Die aus den Stählen A, B bzw. C gegossenen Brammen sind als Vormaterial jeweils auf eine Temperatur von mehr als 1000 °C wiedererwärmt und in eine Walzstaffel geleitet worden. In der Fertigwarmwalzstaffel ist mindestens der erste Umformstich ausschließlich im Austenitgebiet durchgeführt worden. Im Anschluß an das Walzen im Austenitgebiet sind die Warmbänder so stark abgekühlt worden, daß das Zweiphasenmischgebiet Austenit/Ferrit in kürzester Zeit durchschritten und die Ferritumwandlung abgeschlossen war, bevor das nächste Walzgerüst erreicht worden ist. Die anschließenden Umformstiche in der Fertigwalzstaffel sind dementsprechend ausschließlich im Ferritgebiet durchgeführt worden. Dabei betrug der im Ferritgebiet erreichte Gesamtumformgrad εh 50 %. Die gewalzten Warmbänder sind daraufhin bei einer Haspeltemperatur von 750 °C gehaspelt worden. Die gehaspelten Coils sind dann für eine verlängerte Zeit von mindestens 15 Minuten auf der Haspeltemperatur gehalten worden.
Blech J2500 [T] J5000 [T] J10000 [T] P1,0 [W/kg] P1,5 [W/kg]
B1 1,732 1,806 1,904 3,480 7,045
B2 1,722 1,799 1,898 3,177 6,382
B3 1,724 1,799 1,893 2,609 5,243
In Tabelle 3 sind die magnetischen Eigenschaften J2500, J50000, J10000, P1,0 und P1,5 für ein Elektroblech B4 angegeben, welches basierend auf dem erfindungsgemäßen Stahl C erzeugt worden ist. Im Unterschied zu den Elektroblechen B1, B2, B3 ist dieses Elektroband B4 nach dem Warmwalzen in der Fertigwalzstaffel bei einer Temperatur von 600 °C gehaspelt worden. Das gehaspelte Warmband ist unmittelbar anschließend abgekühlt worden, bevor es der Weiterverarbeitung zu Kaltband zugeführt worden ist.
Blech J2500 [T] J5000 [T] J10000 [T] P1,0 [W/kg] P1,5 [W/kg]
B4 1,671 1,748 1,845 2,660 5,413

Claims (17)

  1. Verfahren zum Herstellen von nicht kornorientiertem Elektroblech, bei dem aus einem Vormaterial, wie gegossenen Brammen, Bändern, Vorbändern oder Dünnbrammen, das aus einem Stahl mit in Gewichts-%
       C: 0,001 - 0,05 %
       Si: 0,7 - 1,5 %
       Al: ≤ 0,4 %
       mit Si + 2Al ≤ 1,7 %
       Mn: 0,1 - 1,2 %
       gegebenenfalls bis insgesamt 1,5 % an Legierungszusätzen aus der Gruppe P, Sn, Sb, Zr, V, Ti, N, Ni, Co, Nb und/oder B, und
       als Rest Eisen sowie üblichen Verunreinigungen
    hergestellt ist, ein Warmband erzeugt wird, indem das Vormaterial direkt aus der Gießhitze oder nach einem vorhergehenden Wiedererwärmen auf eine mindestens 1000 °C und höchstens 1180 °C betragende Wiedererwärmungstemperatur in mehreren Umformstichen warmgewalzt und anschließend gehaspelt wird, wobei während des Warmwalzens mindestens der erste Umformstich im Austenitgebiet und anschließend mit einer Gesamtformänderung εh von mindestens 45 % ein oder mehrere Umformstiche im Ferritgebiet durchgeführt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband nach der Umformung im Austenitgebiet so stark abgekühlt wird, daß die Ferritumwandlung vor der darauffolgend durchgeführten Umformung im wesentlichen abgeschlossen ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die während des Walzens im Ferritgebiet erreichte Gesamtformänderung εh mindestens 50 % beträgt.
  4. Verfahren nach einem der voranstehenden Anspüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband nach dem mindestens einen Umformstich im Austenitgebiet mindestens einen Umformstich im Zweiphasenmischgebiet Austenit / Ferrit, während dessen ein Gesamtumformgrad εh von höchstens 30 % erreicht wird, durchläuft und daß während des mindestens einen, anschließend im Ferritgebiet durchgeführten Umformstichs ein Gesamtumformgrad εh von mindestens 45 % erreicht wird.
  5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Haspeltemperatur mindestens 700 °C beträgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das gehaspelte Warmband aus der Coilhitze einer direkten Glühung unterzogen wird und daß die Glühzeit bei einer Glühtemperatur oberhalb 700 °C mindestens 15 Minuten beträgt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Haspeltemperatur weniger als 600 °C, insbesondere weniger als 550 °C, beträgt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband in unmittelbarem Anschluß an das Haspeln im Coil beschleunigt abgekühlt wird.
  9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Warmwalzens im Ferritgebiet mindestens ein Umformstich mit Schmierung durchgeführt wird.
  10. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband nach dem Haspeln bei einer Glühtemperatur von mindestens 740 °C geglüht wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühen des zu einem Coil gehaspelten Warmbands im Haubenofen durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Glühen im Durchlaufofen durchgeführt wird.
  13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmband ein- oder mehrstufig auf eine Enddicke kaltgewalzt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltwalzen mehrstufig durchgeführt wird und daß im Anschluß an mindestens eine der Kaltwalzstufen ein Zwischenglühen erfolgt.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltband im Anschluß an das Kaltwalzen bei einer Glühtemperatur > 740 °C schlußgeglüht wird.
  16. Verfahren nach den Ansprüchen 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Kaltband nach dem Kaltwalzen in einem Haubenoder Durchlaufglühofen bei Glühtemperaturen > 650 °C rekristallisierend zu einem nicht schlußgeglühten Elektroband geglüht und im Anschluß daran gerichtet und nachgewalzt wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Glühung in einer entkohlenden Atmosphäre durchgeführt wird.
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