Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Warmband-Walzgut aus siliziumlegierten Stählen zur Weiterverarbeitung zu kornorientiertem Elektroband. Die Weiterverarbeitung des Warmbands ist nicht Gegenstand dieser Anmeldung; sie erfolgt durch Wärmebehandlungen und Kaltwalzen.

Kornorientiertes Elektroband, beispielsweise für eine nachfolgende Verarbeitung zu laminiertem Elektroblech für Transformatoren oder elektrische Maschinen, zeichnet sich durch niedrige spezifische Ummagnetisierungsverluste und eine hohe magnetische Permeabilität aus. Da der Verbrauch an elektrischer Energie steigt und immer höhere Ansprüche an die Wirkungsgrade elektrischer Maschinen gestellt werden, ist eine hohe Nachfrage nach qualitativ hochwertigen und preisgünstigen Elektroblechen gegeben.

Die Herstellung von Elektroband kann in folgende Prozessschritte unterteilt werden: Stahl-, Warmband- und Kaltbanderzeugung, Wärmebehandlung und Bandbeschichtung (siehe Merkblatt 401 "Elektroband und -blech", Stahl-Informations-Zentrum, Düsseldorf, Ausgabe 2005).

Dem Fachmann sind Gieß-Walz-Verbundanlagen für eine besonders wirtschaftliche Herstellung von qualitativ hochwertigen Warmbändern bekannt, beispielsweise für eine nachfolgende Verarbeitung zu Automobilblechen (siehe z.B. EP 1662011 A1).

Aus der WO 98/46802 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von kornorientierten Elektroblechen bekannt, wobei entweder

1. a) eine spezifische Stahllegierung erschmolzen und daraus ein dünner Strang in einer Stranggießanlage gegossen wird, anschließend wird der Strang zerteilt, die Brammen geglüht, fertiggewalzt, abgekühlt und das Warmband aufgewickelt; oder
2. b) eine spezifische Stahllegierung erschmolzen und daraus ein dünner Strang in einer Stranggießanlage gegossen wird, anschließend wird der Strang fertiggewalzt, abgekühlt und das Warmband aufgewickelt.

Das Verfahren nach dem Stand der Technik für die Herstellung von Warmband-Walzgut ist entweder sehr energieaufwändig, oder resultiert in Qualitätseinbußen der weiterverarbeiteten kornorientierten Elektrobleche. Die für das Glühen der Brammen verwendeten Ausgleichsöfen sind zudem wenig kompakt, was wiederum die Investitionskosten der Gesamtanlage erhöht.

Aus der US 4 718 951 A ist es bekannt, siliziumhältige Stähle für kornorientiertes Elektroblech durch Vorwalzen mit hohen Umformgraden von 10 - 50%, einer Zwischenerhitzung auf 1260 - 1400 °C und nachfolgendes Warmwalzen herzustellen.

Schließlich ist aus der nicht vorveröffentlichten WO 2009/012963 A1 ein Verfahren zur Herstellung von Warmband-Walzgut aus siliziumlegierten Stahl auf einer Gieß-Walz-Verbundanlage bekannt, umfassend die Schritte:

• Gießen einer Bramme in einer Stranggießanlage;
• Entzundern der Bramme;
• Vorwalzen der entzunderten Bramme zu einem Zwischenband;
• Aufheizen des Zwischenbands in einem Ofen;
• Fertigwalzen des Bands in einer Fertigwalzstraße; und
• Abkühlen und Aufhaspeln des Bands.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem hochqualitatives Warmband-Walzgut zur Weiterverarbeitung zu kornorientiertem Elektroband mit hervorragenden magnetischen, elektrischen und geometrischen Eigenschaften kostengünstig hergestellt werden kann. Unter einem hochqualitativen Warmband-Walzgut solcher Art versteht man ein Warmband, bei dem die Wachstumsinhibitoren feindispers und homogen im Warmband verteilt sind.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gelöst, bei dem folgende Verfahrensschritte in der genannten Reihenfolge auf einer Gieß-Walz-Verbundanlage durchgeführt werden:

1. a) Erschmelzen eines Stahl mit einer chemischen Zusammensetzung in Gewichts % von Si 2 bis 7 %, C 0,01 bis 0,1 %, Mn < 0,3 %, Cu 0,1 bis 0,7 %, Sn < 0,2 %, S < 0,05 %, Al < 0,09 %, Cr < 0,3 %, N < 0,02 %, P < 0,1 %, Rest Fe und Verunreinigungen;
2. b) Gießen eines Strangs mit einer Dicke von 25 bis 150 mm auf einer Stranggießanlage;
3. c) Walzen zu einem Band in bis zu 4 Walzstichen unmittelbar nach dem Gießen des Strangs, wobei zumindest bei einem Walzstich ein Umformgrad > 30 % oder der Gesamtumformgrad aller Stiche > 50 % beträgt;
4. d) Aufheizen des Bands auf eine Endtemperatur von 1050 bis 1250 °C, bevorzugt 1100 bis 1180 °C, wobei die Endtemperatur nach dem Aufheizen des Bands für eine Dauer t, t > 15 s, aufrechterhalten wird;
5. e) Fertigwalzen des Bands in einer zweiten Walzstraße, anschließend
6. f) Abkühlen und Aufhaspeln des Bands.

Bei diesem Herstellverfahren wird die Bildung von homogen verteilten und feindispers vorliegenden Wachstumsinhibitoren, nämlich Sulfide, Nitride und Karbide der Elemente Mn, Cu, Al aber auch Cr, durch das Erschmelzen einer spezifischen Stahllegierung (Schritt a) und das dem Gießen eines dünnen Strangs (Schritt b) unmittelbar folgende Walzen eines Bands mit hohen Umformgraden (Schritt c) auf einer ersten Walzstraße gefördert. Der Umformgrad ϕ ist definiert als $\phi =\frac{h_0-h_1}{h_0},$ wobei h₀ die Dicke vor der Umformung und h₁ die Band- bzw. Strangdicke nach einem bzw. mehreren Umformschritten angibt; der Umformgrad wird in dieser Anmeldung in Prozent angegeben. Das Aufheizen des Bands (Schritt d) bewirkt, dass das weitere Ausscheiden von Wachstumsinhibitoren gestoppt wird und bereits gebildete Ausscheidungen mit gegebener Kinetik wieder aufgelöst werden. Bei einer erneuten Temperaturabsenkung beim Fertigwalzen auf einer zweiten Walzstraße (Schritt e) und dem anschließenden Abkühlen des Bands (Schritt f), werden weitere homogen verteilte und feindispers vorliegende Wachstumsinhibitoren gebildet. Das Herstellverfahren kann entweder vollkontinuierlich, dh. basierend auf einem Strang bzw. einem unzerteilten Band, oder im nicht-kontinuierlichen Batch-Betrieb, dh. basierend auf Brammen, durchgeführt werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des Herstellverfahrens wird die Endtemperatur nach dem Aufheizen des Bands für eine Dauer t, für die gilt t > 60 s, aufrechterhalten. Durch diese Maßnahme wird ein höherer Anteil an gegebenenfalls bereits im Band in groben Clustern vorliegenden Ausscheidungen aufgelöst. Eine Aufrechterhaltung der Temperatur für eine Zeit t, t > 90 s, ist nicht sinnvoll, da nach dieser Zeit bereits sämtliche Ausscheidungen aufgelöst vorliegen.

Im vollkontinuierlichen Betrieb wird die Endtemperatur des Bands vorteilhafterweise in einem Durchlaufofen, welcher beispielsweise als ein gasbefeuerter Ofen oder als ein Induktionsofen ausgeführt ist, aufrechterhalten. Dadurch kann die Temperatur des Bands im vollkontinuierlichen Betrieb auf besonders kompakte Art und Weise aufrechterhalten werden.

Im nicht-kontinuierlichen Batch-Betrieb wird die Endtemperatur des Bands vorteilhafterweise durch ein Auf- und Abwickeln in einem Haspelofen aufrechterhalten. Dadurch kann die Temperatur des Bands im nicht-kontinuierlichen Betrieb auf besonders kompakte Art und Weise aufrechterhalten werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Band auf einer zweiten Walzstraße in 2 bis 6, bevorzugt in 3 bis 5, Walzstichen fertiggewalzt. Dadurch können gängige Banddicken auf besonders wirtschaftliche Weise erzeugt werden.

Beim Fertigwalzen ist es günstig, wenn das Band nach dem Fertigwalzen eine Endwalztemperatur von 900 bis 1050 °C aufweist. Dadurch wird sichergestellt, dass das Band in einem günstigen Temperaturbereich fertiggewalzt wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, dass das Band innerhalb von max. 10 s, bevorzugt innerhalb von max. 6 s, nach dem Fertigwalzen auf eine Haspeltemperatur von 300 bis 600 °C mittels eines Intensiv-Abkühlungsschrittes abgekühlt wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das Band am Beginn des Intensiv-Abkühlungsschrittes mit einer doppelt, bevorzugt dreifach, so hohen Abkühlrate wie am Ende des Abkühlschrittes abgekühlt wird. Mittels dieser Temperaturführung wird sichergestellt, dass das nach dem Fertigwalzen vorliegende Gefüge möglichst rasch für die nachfolgenden Schritte "eingefroren" wird.

Bezüglich der Ausbildung von Wachstumsinhibitoren ist es vorteilhaft, dass in der Stahlschmelze die Summe der Legierungselemente Cu+Mn > 0,35 Gewichts %, bevorzugt > 0,55 Gewichts %, beträgt. Zur Ausbildung einer genügend hohen Anzahl von Wachstumsinhibitoren ist es vorteilhaft, dass in der Stahlschmelze die Summe der Legierungselemente S+N > 100 ppm, bevorzugt > 200 ppm, beträgt. Eine hinreichende Menge an Cu, Mn, S und N in der Stahlschmelze ist vorteilhaft, um mengenmäßig genügend Wachstumsinhibitoren in das Warmband hinein ausscheiden zu können.

Vorteilhafterweise beträgt in der Stahlschmelze der Quotient der Legierungselemente Cu/Mn > 2,5, bevorzugt > 3,5. Da Cu-Sulfide eine geringere Größe und Ausscheidetemperatur als Mn-Sulfide aufweisen und daher zu bevorzugen sind, ist es vorteilhaft, wenn die Stahlschmelze mehr Cu als Mn enthält. Da jedoch Mn affiner zu S ist als Cu, muss ein "Überangebot" an Cu vorhanden sein, um mengenmäßig mehr Cu-Sulfide als Mn-Sulfide bilden zu können.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung nicht einschränkender Ausführungsbeispiele, wobei auf die folgenden Figuren Bezug genommen wird, die Folgendes zeigen:

• Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gieß-Walz-Verbundanlage zur nicht-kontinuierlichen Herstellung von Warmband-Walzgut zur Weiterverarbeitung zu kornorientierten Blechen
• Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Gieß-Walz-Verbundanlage zur vollkontinuierlichen Herstellung von Warmband-Walzgut zur Weiterverarbeitung zu kornorientierten Blechen

In Fig. 1 ist eine Gieß--Walz-Verbundanlage 1 zur Herstellung von Warmband-Walzgut aus siliziumlegierten Stählen dargestellt; die Anlagenteile zur Weiterverarbeitung des Warmbands zu einem kornorientierten Elektroband sind nicht gezeigt. Die Zustände, dh. die Temperaturen und Dicken, des Strangs bzw. Bands bei den einzelnen Verfahrensschritten sind in Tab. I angegeben; die Zustände werden als P1 bis P15 bezeichnet. In einer Stranggussanlage 2 zur Herstellung von Dünnbrammen wird aus einer spezifischen Stahllegierung, in Gewichts % bestehend aus Si 3,2 %, C 0,08 %, Mn 0,1 %, Cu 0,3 %, Sn 0,08 %, S 0,01 %, Al 0,03 %, Cr 0,1 %, N 0,012 %, P 0,05 %, Rest Fe und Verunreinigungen, ein Strang 3 mit einer Dicke von 90 mm gegossen. Unmittelbar nach der Durcherstarrung (Temperatur des Strangs 1174 °C, Zustand P1) wird der Strang 3 einem ersten Walzschritt, bestehend aus 2 Walzstichen, auf einer ersten Walzstraße 5 unterzogen. Dabei betragen die Einzel-Umformgrade jeweils 53 % und 52 %, dh. es wird zuerst ein Band mit einer Dicke von 42 mm (Zustand P2) und anschließend ein 20 mm dickes Band (Zustand P3) gewalzt. Die Temperatur des Bandes nach dem ersten Stich beträgt 1171 °C, nach dem zweiten Stich 1086 °C. Dieser erste Walzschritt begünstigt die Bildung von homogen verteilten und feindispers vorliegenden Clustern von Wachstumsinhibitoren, nämlich Sulfide, Nitride und Karbide der Elemente Cu, Al, Mn und Cr, im Band, wodurch das weitere Kornwachstum gehemmt wird. Im Anschluss an den ersten Walzschritt wird das Band 4 mittels eines Rollgangs zu einer Aufheizvorrichtung 6, ausgeführt als Induktionsofen, transportiert, in welcher das einlaufende, auf 944 °C abgekühlte (Zustand P4), Band auf eine Endtemperatur von 1150 °C (Zustand P5) aufgeheizt wird. Anschließend wird die Temperatur des Bands in einem Haspelofen 7 (Temperatur am Eingang des Haspelofens 1134 °C, Zustand P6) für mindestens 30 s aufrechterhalten. Die Verweilzeit eines Bandbereichs, die sog. örtliche Verweilzeit, ist je nach Bandposition unterschiedlich. Aufgrund des Auf- und Abwickelns des Bands, verbleibt z.B. der - vor dem Wickeln vorhandene - Bandkopf länger im Haspelofen als das Bandende; in diesem Sinne wird der vor dem Wickeln vorhandene Bandkopf zum Bandende und umgekehrt. Durch das Aufheizen des Bands 4 wird ein Ausscheiden von Wachstumsinhibitoren bis zu einem Fertigwalzen des Bands in einer zweiten Walzstraße 8 verhindert; durch das Aufrechterhalten der Temperatur für eine Zeit t werden grobe Cluster von Wachstumsinhibitoren aufgelöst, welche bei einer erneuten Temperaturabsenkung beim Fertigwalzen fein verteilt wieder gebildet werden. Nach einem Auf- und Abwickeln des Vorbands im Haspelofen 7 wird das Band mittels einer Entzunderungsanlage 12 von Zunder befreit, wodurch die Temperatur des Bandes von 1101°C auf 1070 °C abfällt (Temperaturen vor und nach der Entzunderung, Zustände P7 und P8). Anschließend wird das Band auf einer zweiten Walzstraße 8 in vier Walzstichen (Einzel-Umformgrade 55, 53, 28 und 16 %, dh. Banddicken von 9,1, 4,3, 3,1 und 2,6 mm, Zustände P9 bis P12) auf eine Warmband-Enddicke von 2,6 mm fertiggewalzt. Bei diesen Walzstichen kühlt das Band von 1043, 1012 und 984 auf eine Endwalztemperatur von 955 °C nach dem letzten Walzstich ab. Nach dem Fertigwalzen wird das Band auf einer Kühlstrecke 9 innerhalb von 3 s nach dem letzten Stich in der zweiten Walzstraße 8 von 932 °C (Eingang Kühlstrecke, Zustand P13) auf eine Temperatur von 560 °C am Ausgang der Kühlstrecke abgekühlt (Zustand P14). Beim Fertigwalzen und Abkühlen des Bands werden die im Strang vorhandenen Cluster von Wachstumsinhibitoren feindispers, dh. mit einer typischen Clustergröße < 60 nm, ausgeschieden. Nach einem Abschneiden des Warmbands mittels einer Schere 10 wird das Band in einer Aufwickelvorrichtung 11 aufgewickelt; die Wickeltemperatur beträgt dabei 540 °C (Zustand P15). In weiterfolgenden, nicht mehr dargestellten, Herstellschritten wird das vorliegende Warmband geglüht, in einer Kaltwalzstraße auf die Enddicke gewalzt, entkohlt und einer gezielten Sekundärrekristallisation unterzogen.

In Fig. 2 ist eine weitere Gieß-Walz-Verbundanlage 1 zur vollkontinuierlichen Herstellung von Warmband-Walzgut aus siliziumlegierten Stählen dargestellt; die Anlagenteile zur Weiterverarbeitung des Warmbands zu einem kornorientierten Elektroband sind wiederum nicht gezeigt. Die Zustände P1 bis P5 und P7 bis P15 des Strangs bzw. Bands bei den einzelnen Verfahrensschritten sind der Tab. I zu entnehmen. Hierbei wird wiederum eine spezifische Stahllegierung (chemische Zusammensetzung siehe Ausführungsbeispiel 1) erschmolzen und daraus in einer Stranggießanlage 2 ein Strang 3 gegossen (Zustand P1). Unmittelbar nach der Durcherstarrung wird der Strang einem ersten Walzschritt, bestehend aus 2 Walzstichen, auf einer ersten Walzstraße 5 unterzogen (Zustände P2 und P3). Anschließend wird das Band 4 in einer Aufheizvorrichtung 6, ausgeführt als Induktionsofen, aufgeheizt (Zustände P4 und P5). Der wesentliche Unterschied zum Ausführungsbeispiel 1 besteht nun darin, dass die Temperatur des Bands 4 nach dem Aufheizen in einem Durchlaufofen 13, ausgeführt als gasbefeuerter Ofen, für mindestens 15 s aufrechterhalten wird; die örtliche Verweilzeit im Durchlaufofen ist für alle Bandbereiche (Bandkopf, Bandfuß) konstant. Die weiteren Verfahrensschritte (Entzunderung P7 bis P8, Fertigwalzen P9 bis P12, Abkühlen P13 bis P14 und Aufhaspeln P15) sind dem Ausführungsbeispiel 1 zu entnehmen. Ort Dicke [mm] Temp. [° C] P1 Ende Gieß-Walz-Verbundanlage 90 1174 P2 Nach 1. Stich in erster Walzstraße 42 1171 P3 Nach 2. Stich in erster Walzstraße 20 1086 P4 Eingang Aufheizvorrichtung 20 944 P5 Ausgang Aufheizvorrichtung 20 1150 P6 Eingang Haspelofen 20 1134 P7 Eingang Entzunderungsanlage 20 1101 P8 Ausgang Entzunderungsanlage 20 1070 P9 Nach 1. Stich in zweiter Walzstraße 9.1 1043 P10 Nach 2. Stich in zweiter Walzstraße 4.3 1012 P11 Nach 3. Stich in zweiter Walzstraße 3.1 984 P12 Nach 4. Stich in zweiter Walzstraße 2.6 955 P13 Eingang Kühlstrecke 2.6 932 P14 Ausgang Kühlstrecke 2.6 560 P15 In Aufwickelvorrichtung 2.6 540

1

Gieß-Walz-Verbundanlage

2

Stranggussanlage

3

Strang

4

Band

5

Erste Walzstraße

6

Aufheizvorrichtung

7

Haspelofen

8

Zweite Walzstraße

9

Kühlstrecke

10

Schere

11

Aufwickelvorrichtung

12

Entzunderungsanlage

13

Durchlaufofen