Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von nichtkornorientiertem Elektroblech. 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.
Nichtkornorientierte Elektrobleche im Dickenbereich von 0,65 bis 1 mm finden beispielsweise Verwendung bei der Herstellung von Motoren, die jeweils nur für kurze Betriebszeiten eingeschaltet werden. Typischerweise werden solche Motoren im Bereich der Haushaltstechnik oder als Hilfsantriebe in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Derartige Motoren sollen eine hohe Leistung liefern, wogegen der Energieverbrauch eine nur untergeordnete Rolle spielt.
Ein erstes Verfahren zum Herstellen von nichtkornorientiertem warmgewalzten Elektroblech ist aus der DE 198 07 122 A1 bekannt. Bei dem bekannten Verfahren wird ein (in Masse-%) 0,001 bis 0,1 % C, 0,05 bis 3,0 % Si, bis 0,85 % A1, wobei %Si + 2A1 ≤ 3,0 %, und 0,5 - 2,0 % Mn sowie als Rest Eisen und übliche Verunreinigungen enthaltendes Vormaterial direkt aus der Gießhitze oder nach einem Wiedererwärmen auf eine mindestens 900 °C betragende Temperatur warmgewalzt. Im Zuge des Warmwalzens werden dabei gezielt zwei oder mehr Umformstiche im Zweiphasengebiet Austenit/Ferrit durchgeführt. Auf diese Weise läßt sich bei Einsparung von Zeit und Energie ein erforderlichenfalls kaltgewalztes und schlußbehandeltes Elektroblech erzeugen, welches gegenüber herkömmlichen Blechen dieser Art verbesserte magnetische Eigenschaften besitzt.
Bei der herkömmlichen Herstellung von nichtkornorientiertem Elektroblech, wie sie beispielsweise in der EP 0 897 993 A1 beschrieben ist, wird üblicherweise eine aus einem Stahl bestimmter Zusammensetzung gegossene Bramme oder Dünnbramme zu einem Vorband vorgewalzt. Dieses Vorband wird anschließend in mehreren Stichen warmgewalzt. Sofern erforderlich, wird das warmgewalzte Band geglüht. Anschließend wird es gehaspelt. Nach dem Haspeln erfolgt in der Regel ein Beizen und weiteres Glühen des Warmbandes, welches schließlich in einem Schritt oder in mehreren Schritten mit zwischengeschaltetem Glühen auf Enddicke kaltgewalzt wird. Erforderlichenfalls wird ein ergänzendes Dressierwalzen durchgeführt. Sofern der Endverarbeiter dies fordert, wird das kaltgewalzte Band schließlich auch noch schlußgeglüht.
Anstelle des Vorwalzens eines Vorbandes aus einer gegossenen Bramme können auch Dünnbrammen oder direkt eingesetzte, gegossene Vorbänder zum Erzeugen von Elektroblechen verwendet werden. Bei der Verwendung von gegossenen Vorbändern besteht zudem die Möglichkeit, extrem dünne Bänder zu gießen, deren Abmessungen den Abmessungen des zu erzeugenden Warmbandes angenähert sind. Indem das Gießen eines solchen Vorbands und das Warmwalzen dieses Bandes in einen kontinuierlichen Prozeß integriert werden, können technologische und kostenmäßige Vorteile erzielt werden.
Die magnetischen Eigenschaften des Endprodukts werden durch jeden der einzelnen bei der Herstellung durchlaufenen Verarbeitungsschritte beeinflußt. Daher werden beispielsweise beim Warmwalzen die Stichfolge und der Zustand des bei jedem Walzstich im Warmband vorhandenen Gefüges in Abhängigkeit vom durch die Stahlzusammensetzung bestimmten Umwandlungsverhalten des Stahls über die Temperatur beim Beginn des Walzens und die zwischen den einzelnen Walzstichen durchgeführte Kühlung so eingestellt, daß die gewünschten magnetischen Eigenschaften des Endproduktes erreicht werden. Ebenso werden die Eigenschaften des Endprodukts durch die Glühtemperaturen, die Haspeltemperatur und die Verformungen im Zuge des Kaltwalzens bestimmt.
Die große Anzahl von Fertigungsschritten macht die Produktion von Elektroblechen technisch aufwendig und teuer. Dies erweist sich insbesondere bei größeren Blechdicken als nachteilig.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem sich insbesondere dickere nichtkornorientierte Elektrobleche kostengünstig herstellen lassen, die gute magnetische Eigenschaften besitzen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen von nichtkornorientiertem warmgewalzten Elektroblech gelöst, bei dem aus einem Vormaterial, wie gegossenen Brammen, Bändern, Vorbändern oder Dünnbrammen, das aus einem Stahl mit (in Gewichts-%)
Erfindungsgemäß wird ein aus einem austenitbildenden Stahl gegossenes Band aus der Gießhitze direkt eingesetzt zu einem Warmband gewalzt. Dabei sind die Walzbedingungen während des Warmwalzens so gewählt, daß die vollständige Ferritumwandlung bis zum Ende des Walzens nicht abgeschlossen ist. Statt dessen wird mindestens der letzte Stich im Mischgebiet Austenit / Ferrit durchgeführt, während alle anderen Stiche im Austenit gewalzt werden.
Indem das Erzeugen des Vormaterials und das Warmwalzen des Elektroblechs in einem erfindungsgemäßen Prozeß durchgeführt werden, können nichtkornorientierte Elektroblechbänder erzeugt werden, deren Dicke so gering ist, daß sie, ohne noch einmal zur Dickenreduzierung kaltgewalzt zu werden, dem Endverwender ausgeliefert werden können. Besonders gute Ergebnisse lassen sich mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erreichen, wenn das Vormaterial als gegossene Dünnbramme oder gegossenes Band erzeugt wird und das Warmwalzen kontinuierlich auf die Erzeugung des Vormaterials folgt. So weisen Warmbänder, die in erfindungsgemäßer Weise aus einem auf einer Gießwalzanlage erzeugten und kontinuierlich weiterverarbeiteten Vormaterial hergestellt sind, hervorragende Eigenschaften auf.
Es hat sich gezeigt, daß sich bei Beachtung der erfindungsgemäß vorgesehenen Betriebsbedingungen warmgewalzte nichtkornorientierte Elektrobleche herstellen lassen, die in ihren Eigenschaften denjenigen Elektroblechen mindestens ebenbürtig sind, die in herkömmlicher Weise im Anschluß an die Warmbanderzeugung kaltgewalzt worden sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es folglich, unter Einsparung kostenträchtiger und zeitaufwendiger Arbeitsschritte, die im Stand der Technik stets für erforderlich gehalten worden sind, hochwertige Elektrobleche mit guten magnetischen Eigenschaften kostengünstig herzustellen.
Üblicherweise wird das fertig warmgewalzte und erforderlichenfalls abgekühlte Warmband gehaspelt. Dabei beträgt die Haspeltemperatur vorzugsweise mindestens 700 °C. Erfahrungsgemäß kann bei Einhaltung dieser Haspeltemperatur eine Warmbandglühung ganz oder zumindest zum wesentlichen Teil eingespart werden. Das Warmband wird nämlich 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 Band unter Nutzung der Coilhitze einer passiven Glühung unterzogen wird. Eine solche aus der Coilhitze "in-line" ausgeführten 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 Zeit- und Energieaufwand ist erheblich geringer als bei der herkömmlicherweise zur Verbesserung der Eigenschaften von Elektroblech durchgeführten Warmbandglühung.
Alternativ oder ergänzend zur "passiven" Glühung im Coil kann, sofern die einzustellenden Eigenschaften dies erforderlich machen, das Band im Anschluß an das Haspeln einer Glühung unterzogen werden. Unabhängig davon, in welcher Form die Warmbandglühung durchgeführt wird, kann es vorteilhaft sein, die Glühung in herkömmlicher Weise unter einer sauerstoffreduzierten Atmosphäre durchzuführen.
Gemäß einer anderen, insbesondere für die Verarbeitung eines Stahls mit einem Si-Gehalt von mindestens 0,7 Gew.-% besonders geeigneten Ausgestaltung der Erfindung wird das Warmband nach dem Walzen in der Fertigstaffel bei einer Haspeltemperatur von weniger als 600 °C, insbesondere weniger als 550 °C, gehaspelt. Das Haspeln bei diesen Temperaturen führt bei den betreffenden Legierungen zu einem verfestigten Warmbandzustand. Dabei können weitere Verbesserungen der Eigenschaften derart gehaspelter und legierter Elektrobleche dadurch erreicht werden, daß das gehaspelte Warmband unmittelbar anschließend an das Haspeln im Coil beschleunigt abgekühlt wird.
Praktische Versuche haben ergeben, daß sich Elektroblech-Warmband mit besonders guten Eigenschaften erzeugen läßt, wenn der Schwerpunkt der Verformung während des Warmwalzens deutlich im Austenitgebiet liegt. Daher ist eine weitere Ausgestaltung der Erfindung, die diesem Ergebnis Rechnung trägt, dadurch gekennzeichnet, daß die im Zuge des Walzens im Mischgebiet Austenit / Ferrit erreichte Formänderung εh auf 10 % - 15 % beschränkt ist.
Unabhängig davon, wie stark das Warmband im Mischgebiet γ/α verformt wird, kann durch eine geeignete Wahl des Verhältnisses von Umformgrad und Umformgeschwindigkeit, d.h. Ausnutzung der bei der Umformung entstehenden Wärme, eine optimale Temperaturführung im Sinne der Vermeidung einer Abkühlung des Walzgutes und damit eine vollständige Umwandlung in Ferrit vermieden werden.
Unter der "Gesamtformänderung εh" wird in diesem Zusammenhang 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 Zweiphasenmischgebiet wird die Dicke des Warmbands auf h1 reduziert. Definitionsgemäß ergibt sich damit die beispielsweise während des Mischwalzens erreichte Gesamtformänderung εh zu (h0 - h1) / h0 mit h0 = Dicke beim Eintritt in das erste im Mischzustand Austenit / Ferrit durchlaufene Walzgerüst und h1 = Dicke beim Verlassen des letzten im Mischzustand durchlaufenen Walzgerüsts.
Zur Verbesserung der Beschaffenheit der Bandoberfläche und der weiteren Verarbeitbarkeit ist es günstig, wenn das Warmband nach dem Haspeln gebeizt wird.
Fordert der Endverwender ein schlußgeglühtes Elektroblech, so ist es zweckmäßig, das Warmband nach dem Beizen bei einer Glühtemperatur von mindestens 740 °C zu einem schlußgeglühten Elektroband zu glühen. Wird dagegen das abschließende Glühen nach dem Beizen bei einer niedrigeren Glühtemperatur von mindestens 650 °C durchgeführt, so wird ein nichtschlußgeglühtes Elektroband erhalten, welches erforderlichenfalls einer Schlußglühung beim Endverwender unterzogen werden kann. Beide Glühbehandlungen können, abhängig von den Eigenarten der jeweiligen Legierung, den gewünschten Eigenschaften des Elektroblechs und den zur Verfügung stehenden Einrichtungen, entweder im Haubenofen oder im Durchlaufofen durchgeführt werden.
Eine weitere Verbesserung der Verarbeitbarkeit des erfindungsgemäß erzeugten und ausgelieferten Elektrowarmbandes läßt sich dadurch erreichen, daß das gebeizte Warmband bei einem Umformgrad von bis zu 3 % glattgewalzt wird. Bei diesem Walzen werden Unebenheiten der Bandoberfläche geglättet, ohne daß es zu einer nennenswerten Beeinflussung des im Zuge des Warmwalzens erzeugten Gefügezustands kommt.
Alternativ oder ergänzend zu einem reinen Glättstich der voranstehend erläuterten Art kann die Maßhaltigkeit und Oberflächenbeschaffenheit des erfindungsgemäß erzeugten, warmgewalzten Bandes dadurch noch verbessert werden, daß das gebeizte Warmband bei einem Umformgrad von mehr als 3 % bis 15 % dressiergewalzt wird. Auch dieses Nachwalzen führt zu keinen Gefügeänderungen, die vergleichbar wären mit den Veränderungen, die beim Kaltwalzen wegen der dabei erzielten hohen Umformgrade üblicherweise gezielt herbeigeführt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Warmwalzen im Mischgebiet mit Schmierung erfolgt. 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.
Vorzugsweise beträgt die Enddicke des Warmbandes 0,65 mm bis 1 mm. An kostengünstig produzierten und folglich preisgünstig vermarktbaren Bändern dieser Dicke besteht ein hoher Bedarf.
Besonders geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Verarbeitung solcher Stähle, die einen Si-Gehalt von höchstens 1 Gew.-% aufweisen. Derartige Stähle besitzen eine ausgeprägte Austenitphase, so daß sich der Übergang von der Austenit- in die Mischphase Austenit / Ferrit besonders präzise steuern läßt.
Liegt der Kohlenstoffgehalt des Stahles über
0,005 Gew.-%, so ist es zweckmäßig, wenn das Warmband vor einer Konfektionierung und Auslieferung entkohlend geglüht wird.
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 zwei zur erfindungsgemäßen Herstellung von Elektroblech verwendete Stähle die Gehalte der für die Eigenschaften wesentlichen Legierungsbestandteile in Gewichts-% angegeben.
Entsprechend den in Tabelle 1 angegebenen
Zusammensetzungen gebildete Schmelzen sind in einer Gießwalzanlage kontinuierlich zu jeweils einem Vorband gegossen worden, welches ebenso kontinuierlich in eine mehrere Walzgerüste umfassende Warmwalzstaffel geleitet worden ist.
In den Tabellen 2a - 2c sind die magnetischen Eigenschaften J2500, J5000, J10000, P1,0 und P1,5 für jeweils drei aus den Stählen A bzw. B erzeugte Elektrobleche A1 - A3 bzw. B1 - B3 angegeben. Beim Warmwalzen dieser Elektrobleche A1 - A3 und B1 - B3 ist der Schwerpunkt der Verformung jeweils in den Bereich gelegt worden, in denen das jeweilige Band sich im austenitischen Zustand befand. Im Mischgebiet Austenit / Ferrit ist dagegen nur ein Walzstich durchgeführt worden. Die dabei erzielte Gesamtverformung εH betrug weniger als 35 %, insbesondere 30 %.
Im Anschluß an das Walzen sind die Warmbänder bei einer Haspeltemperatur von 750 °C gehaspelt worden.
Im Fall der Beispiele A1, B1 (Tabelle 2a) sind die Warmbänder nach der Abkühlung direkt zu handelsüblichen Elektroblechen konfektioniert und an den Endverwender ausgeliefert worden. Im Fall der Beispiele A2, B2 (Tabelle 2b) sind die Warmbänder vor ihrer Auslieferung an den Endverwender gebeizt und zusätzlich einem Glättstich unterworfen worden. Bei diesem Glättstich ist eine Verformung εH von maximal 3 % erreicht worden. Die Bänder A3, B3 (Tabelle 2c) sind vor ihrer Auslieferung nach einem Beizen jeweils dressiergewalzt worden.
Vergleichsuntersuchungen, die an 1 mm dicken, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Elektroblechen und Elektroblechen durchgeführt worden sind, die in konventioneller Weise warm- und kaltgewalzt worden sind, zeigen, daß die erzielbaren Werte der magnetischen Polarisation und die erzielbaren Werte des spezifischen Ummagnetisierungsverlustes der erfindungsgemäß erzeugten Elektrobleche in engen Bereichen mit denjenigen Werten übereinstimmen, die für die betreffenden Eigenschaften an herkömmlich erzeugten Elektroblechen ermittelt werden konnten.
In Diagramm 1 ist logarithmisch für drei erfindungsgemäß erzeugte Elektrobleche a, b, c und ein in herkömmlicher Weise erzeugtes Blech d der jeweilige Verlauf der magnetischen Polarisation über die magnetische Feldstärke aufgetragen wurden. Das Blech a wurde direkt eingesetzt, Blech b geglättet und Blech c dressiert.
In Diagramm 2 ist logarithmisch für die drei erfindungsgemäß erzeugten Elektrobleche a, b, c und das in herkömmlicher Weise erzeugte Blech d der jeweilige Verlauf des spezifischen Ummagnetisierungsverlustes über der magnetischen Polarisation aufgetragen worden.
Es ist ohne weiteres erkennbar, daß die Eigenschaften der erfindungsgemäß erzeugten Bleche a,b,c nur geringfügig von den Eigenschaften des herkömmlich erzeugten Elektroblechs abweichen. Dies zeigt, daß sich mit der erfindungsgemäß vorgenommenen Optimierung der beim Warmwalzen gewählten Walzstrategie unter Einsparung des kostspieligen Kaltwalzens hochwertige, marktfähige Elektrobleche herstellen lassen.