Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech, daraus hergestelltes Bauteil und Verfahren zur Erzeugung eines nicht kornorientierten Elektrobands oder -blechs

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech aus einem Stahl, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) Si: 1,0 - 4,5 %, Al: bis zu 2,0 %, Mn: bis zu 1,0 %, C: bis zu 0,01 %, N: bis zu 0,01 %, S: bis zu 0,012 %, Ti: 0,1 - 0,5 %, P: 0,1 - 0,3 % enthält, wobei für das Verhältnis %Ti/%P des Ti-Gehalts %Ti zum P-Gehalt %P gilt 1,0≤%Ti/%P≤ 2,0. Ein erfindungsgemäßes nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech und aus einem solchen Blech oder Band gefertigte Bauteile für elektrotechnische Anwendungen zeichnen sich durch erhöhte Festigkeiten und gleichzeitig gute magnetische Eigenschaften aus. Hergestellt werden kann das erfindungsgemäße NO-Blech oder -band dadurch, dass ein aus einem Stahl mit der voranstehend genannten Zusammensetzung bestehendes Warmband zu einem Kaltband kaltgewalzt und dieses Kaltband einer Schlussglühung unterzogen wird. Zur besonderen Ausprägung bestimmter Eigenschaften des NO-Bands oder -blechs stellt die Erfindung verschiedene Varianten dieser Schlussglühung zur Verfügung.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech für elektrotechnische Anwendungen, ein aus einem solchen Elektroband oder -blech hergestelltes elektrotechnisches Bauteil sowie ein Verfahren zur Erzeugung eines Elektrobands oder -blechs.

[0002] Nicht kornorientierte Elektrobänder oder -bleche, in der Fachsprache auch als "NO-Elektroband oder -blech" oder im englischen Sprachgebrauch auch als "NGO-Electrical Steel" ("NGO" = Non Grain Oriented) bezeichnet, werden zur Verstärkung des magnetischen Flusses in Eisenkernen von rotierenden elektrischen Maschinen verwendet. Typische Verwendungen solcher Bleche sind elektrische Motoren und Generatoren.

[0003] Um die Effizienz solcher Maschinen zu steigern, werden möglichst hohe Drehzahlen oder große Durchmesser der im Betrieb jeweils rotierenden Bauteile angestrebt. In Folge dieses Trends sind die elektrisch relevanten, aus Elektrobändern oder -blechen der hier in Rede stehenden Art gefertigten Bauteile einer hohen mechanischen Belastung ausgesetzt, die von den heute zur Verfügung stehenden NO-Elektrobandsorten oft nicht erfüllt werden können.

[0004] Aus der US 5,084,112 ist ein NO-Elektroband oder -blech bekannt, das eine Streckgrenze von mindestens 60 kg-f/mm² (ca. 589 MPa) besitzt und aus einem Stahl hergestellt ist, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) bis zu 0,04% C, 2,0 - weniger als 4,0 % Si, bis zu 2,0 % Al, bis zu 0,2 % P und mindestens ein Element aus der Gruppe "Mn, Ni" enthält, wobei die Summe der Gehalte an Mn und Ni mindestens 0,3 % und höchstens 10 % beträgt.

[0005] Um eine Festigkeitssteigerung durch die Bildung von Karbonitriden zu erreichen, enthält der aus der US 5,084,112 bekannte Stahl mindestens ein Element aus der Gruppe "Ti,V,Nb,Zr", wobei im Fall der Anwesenheit von Ti oder V der Ti-Gehalt %Ti und der V-Gehalt %V in Bezug auf den C-Gehalt %C und den jeweils unvermeidbaren N-Gehalt %N des Stahls die Bedingung [0,4x(%Ti+%V)]/[4x(%C+%N)] < 4,0 erfüllen soll. Auch der Anwesenheit von Phosphor in dem Stahl wird dabei eine festigkeitssteigernde Wirkung zugeschrieben. Jedoch wird vor der Anwesenheit höherer Phosphorgehalte gewarnt, weil sie eine Korngrenzversprödung auslösen können. Um diesem als gravierend angesehenen Problem entgegenzuwirken, wird ein zusätzlicher B-Gehalt von 0,001 - 0,007 % vorgeschlagen.

[0006] Der derart zusammengesetzte Stahl wird gemäß der US 5,084,112 zu Brammen vergossen, die anschließend zu einem Warmband warmgewalzt werden, welches optional geglüht, dann gebeizt und daraufhin zu einem Kaltband mit einer bestimmten Enddicke kaltgewalzt wird. Abschließend wird das erhaltene Kaltband einer rekristallisierenden Glühung unterzogen, bei der es bei einer mindestens 650 °C, jedoch weniger als 900 °C betragenden Glühtemperatur geglüht wird.

[0007] Im Fall der gleichzeitigen Anwesenheit von wirksamen Gehalten an Ti und P sowie B, N, C, Mn und Ni im Stahl erreichen die gemäß der US 5,084,112 erzeugten NO-Elektrobänder oder -bleche zwar Streckgrenzen von mindestens 70,4 kg-f/mm² (688 MPa). Gleichzeitig betragen bei einer Blechdicke von 0,5 mm und bei einer Polarisation von 1,5 Tesla und einer Frequenz von 50 Hz die Ummagnetisierungsverluste P_1,5 jedoch mindestens 6,94 W/kg. Derart hohe Ummagnetisierungsverluste sind für moderne elektrotechnische Anwendungen nicht mehr akzeptierbar. Weiterhin sind bei vielen solchen Anwendungen die Ummagnetisierungsverluste bei höheren Frequenzen von großer Bedeutung.

[0008] Vor diesem Hintergrund bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein NO-Elektroband oder -blech und ein aus einem solchen Blech oder Band gefertigtes Bauteil für elektrotechnische Anwendungen anzugeben, das erhöhte Festigkeiten, insbesondere eine höhere Streckgrenze, besitzt und gleichzeitig gute magnetische Eigenschaften, insbesondere einen niedrigen Ummagnetisierungsverlust bei hohen Frequenzen aufweist. Darüber hinaus sollte ein Verfahren zur Erzeugung eines solchen NO-Elektrobands oder -blechs angegeben werden.

[0009] In Bezug auf das NO-Elektroband oder -blech ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, dass das NO-Elektroband oder -blech die in Anspruch 1 angegebene Zusammensetzung aufweist.

[0010] Dementsprechend besteht die erfindungsgemäße Lösung der oben genannten Aufgabe in Bezug auf das Bauteil für elektrotechnische Anwendungen darin, dass ein solches Bauteil aus einem erfindungsgemäßen Elektrostahlblech oder -band hergestellt ist.

[0011] Schließlich ist die oben genannte Aufgabe in Bezug auf das Verfahren dadurch gelöst worden, dass bei der Erzeugung eines erfindungsgemäßen Elektrobands oder -blechs mindestens die in Anspruch 9 angegebenen Arbeitsschritte durchlaufen werden.

[0012] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.

[0013] Ein erfindungsgemäß beschaffenes nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech für elektrotechnische Anwendungen ist somit aus einem Stahl hergestellt, der aus (in Gew.-%) 1,0 - 4,5 % Si, insbesondere 2,4 - 3,4 % Si, bis zu 2,0 % Al, insbesondere bis zu 1,5 % Al, bis zu 1,0 % Mn, bis zu 0,01 % C, insbesondere bis zu 0,006 %, besonders vorteilhafterweise bis zu 0,005 % C, bis zu 0,01 % N, insbesondere bis zu 0,006 % N, bis zu 0,012 % S, insbesondere bis zu 0,006 % S, 0,1 - 0,5 % Ti, und 0,1 - 0,3 % P und als Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht, wobei für das Verhältnis %Ti/%P des Ti-Gehalts %Ti zum P-Gehalt %P gilt

[0014] Die Erfindung nutzt zur Festigkeitssteigerung FeTi-Phosphide (FeTiP). Es wird erfindungsgemäß also ein Siliziumstahl mit Si-Gehalten von 1,0 - 4,5 Gew.-%, bei praxisgerechter Ausführung insbesondere von 2,4 - 3,4 Gew.-%, mit Titanium und Phosphor legiert, um feine FeTiP-Ausscheidungen zu bilden und die Festigkeit von NO Elektroband oder -blech durch Teilchenhärtung zu steigern.

[0015] Eine besonders praxisgerechte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Legierung eines Elektrobands oder -blechs ergibt sich dabei dann, wenn die Gehalte des Stahls an Si, C, N, S, Ti und P jeweils optional (in Gew.-%) auf 2,4 - 3,4 % Si, bis zu 0,005 % C, bis zu 0,006 % N, bis zu 0,006 % S, bis zu 0,5 % Ti oder bis zu 0,3 % P beschränkt werden. Im erfindungsgemäßen Stahl können zudem bis zu 2,0 % Al und bis zu 1,0 % Mn vorhanden sein.

[0016] Die Erfindung nutzt zur Festigkeitssteigerung an Stelle der üblicherweise hierzu eingesetzten Karbonitride FeTi-Phosphide. Auf diese Weise kann einerseits die magnetische Alterung vermieden werden, zu der es in Folge hoher C- und/oder N-Gehalte kommen kann. Neben der gleichzeitigen Anwesenheit von jeweils einer ausreichenden absoluten Menge an Ti und P ist dabei entscheidend, dass das Verhältnis des Ti-Gehalts %Ti zum P-Gehalt %P die in Anspruch 1 angegebene Bedingung erfüllt, gemäß der das Verhältnis des Titan-Gehalts zum Phosphorgehalt des erfindungsgemäßen Elektrobands oder -blechs jeweils größer oder gleich 1,0 und gleichzeitig kleiner oder gleich 2,0 ist. Erst durch Einhaltung der erfindungsgemäß vorgegebenen engen Fenster der Gehalte an Ti und P und ihres Gehalts-Verhältnisses ist sichergestellt, dass das in erfindungsgemäßer Weise zusammengesetzte Elektrostahlblech oder -band eine ausreichende Zahl und ausreichende Verteilung von FeTiP-Partikeln aufweist, um neben einer ausreichend hohen Festigkeit auch gute elektromagnetische Eigenschaften zu gewährleisten. Durch die erfindungsgemäße Einstellung des Verhältnisses %Ti zu %P wird einerseits ein schädlicher Überschuss an Phosphor vermieden, der im erfindungsgemäßen Elektroband oder -blech zu einer Versprödung führen würde. Andererseits wird durch das erfindungsgemäß vorgegebene Verhältnis auch ein übermäßiger Überschuss an Titan vermieden. Ein solcher Ti-Überschuss könnte zur Bildung von Titannitriden führen, die sich negativ auf die magnetischen Eigenschaften des Elektrobands oder -blechs auswirken würden.

[0017] Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass ein Maximum der erfindungsgemäß genutzten Wirkung der gleichzeitigen Anwesenheit von Ti und P in einem erfindungsgemäßen nicht kornorientierten Elektroblech oder -band erreicht wird, wenn dessen Gehalte an Ti und P mit möglichst geringen Abweichungen dem stöchiometrischen Verhältnis von 1,55 entsprechen. Eine diese Erkenntnis berücksichtigende und gleichzeitig für die Praxis besonders wichtige Ausgestaltung der Erfindung sieht daher vor, dass für das Verhältnis %Ti/%P des Ti-Gehalts %Ti zum P-Gehalt %P gilt

[0018] Die durch die erfindungsgemäße Stahlzusammensetzung ermöglichten FeTiP-Partikel weisen regelmäßig einen Durchmesser auf, der viel kleiner als 0,1 µm ist. Dies berücksichtigt den Effekt, dass die Festigkeit eines Werkstoffes mit der Anzahl der Gitterfehler, wie Fremdatome, Versetzungen, Korngrenzen oder Partikel einer anderen Phase zwar zunimmt, diese Gitterfehler jedoch einen negativen Einfluss auf die magnetischen Kennwerte eines Werkstoffes haben. Der negative Einfluss ist dabei, wie an sich bekannt, am stärksten, wenn die Teilchengröße im Bereich der Blochwanddicke (Übergangsbereich zwischen magnetischen Domänen mit unterschiedlicher Magnetisierung) liegt, d. h. etwa 0,1 µm beträgt. Indem erfindungsgemäß deutlich kleinere Partikel für die Festigkeitssteigerung genutzt werden, tritt dieser negative Einfluss bei einem erfindungsgemäßen Elektrostahlblech allenfalls in stark minimierter Form auf. Dabei können im erfindungsgemäßen Material vereinzelt auch FeTiP-Partikel vorliegen, die deutlich größer als 0,1 µm sind. Diese beeinflussen die Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Produkts jedoch allenfalls in einem vernachlässigbaren Umfang.

[0019] Bei einer erfindungsgemäß zusammengesetzten Legierung werden die zur Erhöhung der Festigkeit durch Bildung von Karbonitriden üblicherweise zulegierten Mikrolegierungselemente, wie Nb, Zr oder V, in Verbindung mit hohen Gehalten an Kohlenstoff oder Stickstoff nicht mehr benötigt. Höhere Gehalte an C und N haben einen negativen Einfluss auf die magnetischen Eigenschaften des entsprechend zusammengesetzten nicht kornorientierten Elektrobands oder -blechs, da sie eine unerwünschte magnetische Alterung der Werkstoffe während des praktischen Einsatzes mit sich bringen. Erfindungsgemäß wird daher die Festigkeitssteigerung durch Teilchenhärtung erzielt, nämlich durch die Anwesenheit von FeTiP-Ausscheidungen, nicht jedoch mit Hilfe von Kohlenstoff und / oder Stickstoff, deren Anwesenheit zu Alterungseffekten führen würde.

[0020] Dementsprechend weisen erfindungsgemäß zusammengesetzte Elektrobänder oder -bleche regelmäßig Ummagnetisierungsverluste P_1,0/400 bei einer Polarisation von 1,0 Tesla und einer Frequenz von 400 Hz bei einer Dicke des Elektrobands oder -blechs von 0,5 mm von höchstens 65 W/kg und bei einer Dicke von 0,35 mm höchstens 45 W/kg auf. Gleichzeitig erreichen sie gegenüber einer konventionell zusammengesetzten Legierung, die zwar keine wirksamen Gehalte an Ti und P, jedoch im Übrigen mit einer erfindungsgemäßen Legierung übereinstimmende Gehalte an den anderen Legierungselementen aufweisen, regelmäßig eine Steigerung der Streckgrenze von mindestens 60 MPa.

[0021] Das erfindungsgemäße Verfahren ist so angelegt, dass es die betriebssichere Erzeugung eines erfindungsgemäßen nicht kornorientierten Elektrobands oder -blechs ermöglicht.

[0022] Dazu wird zunächst ein in der voranstehend für das erfindungsgemäße nicht kornorientierte Elektroblech oder -band erläuterten Weise zusammengesetztes Warmband zur Verfügung gestellt, das anschließend kaltgewalzt und als kaltgewalztes Band einer Schlussglühung unterzogen wird. Das nach dem Schlussglühen erhaltene schlussgeglühte Kaltband stellt dann das erfindungsgemäß zusammengesetzte und beschaffene Elektroband oder -blech dar.

[0023] Die Herstellung des erfindungsgemäß bereitgestellten Warmbands kann weitestgehend konventionell erfolgen. Dazu kann zunächst eine Stahlschmelze mit einer der erfindungsgemäßen Vorgabe entsprechenden Zusammensetzung (Si: 1,0 - 4,5 %, Al: bis zu 2,0 %, Mn: bis zu 1,0 %, C: bis zu 0,01 %, N: bis zu 0,01 %, S: bis zu 0,012 %, Ti: 0,1 - 0,5 %, P: 0,1 - 0,3 %, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, Angaben in Gew.-%, wobei für das Verhältnis %Ti/%P des Ti-Gehalts %Ti zum P-Gehalt %P gilt 1,0 ≤ %Ti/%P ≤ 2,0) erschmolzen und zu einem Vormaterial vergossen werden, bei dem es sich bei konventioneller Fertigung um eine Bramme oder Dünnbramme handeln kann. Da die erfindungsgemäßen Vorgänge der Ausscheidungsbildung erst nach der Erstarrung ablaufen, ist es prinzipiell jedoch auch möglich, die Stahlschmelze zu einem gegossenen Band zu vergießen, welches anschließend zu einem Warmband warmgewalzt wird.

[0024] Das so erzeugte Vormaterial kann anschließend auf eine 1020 - 1300 °C betragende Vormaterialtemperatur gebracht werden. Dazu wird das Vormaterial erforderlichenfalls wiedererwärmt oder unter Ausnutzung der Gießhitze auf der jeweiligen Zieltemperatur gehalten.

[0025] Das so erwärmte Vormaterial kann dann zu einem Warmband mit einer Dicke warmgewalzt werden, die typischerweise 1,5 - 4 mm, insbesondere 2 - 3 mm, beträgt. Das Warmwalzen beginnt dabei in an sich bekannter Weise bei einer Warmwalzanfangstemperatur von 1000 - 1150 °C und endet mit einer Warmwalzendtemperatur von 700 - 920 °C, insbesondere 780 - 850 °C.

[0026] Das erhaltene Warmband kann anschließend auf eine Haspeltemperatur abgekühlt und zu einem Coil gehaspelt werden. Die Haspeltemperatur wird dabei idealerweise so gewählt, dass eine Ausscheidung der Fe-Ti-Phosphide vermieden wird, um Probleme beim anschließend durchgeführten Kaltwalzen zu vermeiden. In der Praxis beträgt die Haspeltemperatur hierzu beispielsweise höchstens 700 °C.

[0027] Optional kann das Warmband einer Warmbandglühung unterzogen werden.

[0028] Das bereitgestellte Warmband wird zu einem Kaltband mit einer Dicke kaltgewalzt, die typischerweise im Bereich von 0,15 - 1,1 mm, insbesondere 0,2 - 0,65 mm, liegt.

[0029] Die abschließende Schlussglühung trägt entscheidend zur Bildung der erfindungsgemäß zur Festigkeitssteigung genutzten FeTiP-Partikel bei. Dabei ist es durch Variation der Glühbedingungen der Schlussglühung möglich, die Werkstoffeigenschaften wahlweise zu Gunsten einer höheren Festigkeit oder eines geringeren Ummagnetisierungsverlustes zu optimieren. Erfindungsgemäße nicht kornorientierte Elektrobleche oder -bänder mit Streckgrenzen, die im Bereich von 390 - 550 MPa liegen, und Ummagnetisierungsverlusten P_1,0/400, die bei einer Banddicke von 0,35 mm kleiner 27 W/kg und bei einer Banddicke von 0,5 mm kleiner 47 W/kg, lassen sich gemäß einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besonders betriebssicher dadurch erzielen, dass das Kaltband im Zuge der Schlussglühung eine im Durchlaufofen absolvierte zweistufige Kurzzeitglühung durchläuft, bei der das Kaltband in der ersten Glühstufe d.1) zunächst über eine Glühdauer von 1 - 100 s bei einer Glühtemperatur von mindestens 900 °C und höchstens 1150 °C und anschließend in einer zweiten Glühstufe d.2) über eine Glühdauer von 30 - 120 s bei einer Glühtemperatur von 500 - 850 °C geglüht wird. Bei dieser Variante werden in der ersten Glühstufe d.1) die ggf. bereits vorhandenen FeTiP-Ausscheidungen aufgelöst und eine vollständige Rekristallisation des Gefüges erzielt. In der zweiten Glühstufe d.2) erfolgt dann die gezielte Ausscheidung der FeTiP-Teilchen.

[0030] Um eine weitere Verbesserung des Festigkeitsniveaus des nach der voranstehend erläuterten zweistufigen Kurzzeitglühung erhaltenen nicht kornorientierten Elektroblechs oder -bands zu erzielen, kann auf die zweistufige Kurzzeitglühung optional eine im Haubenofen durchgeführte Langzeitglühung folgen, bei der das Kaltband bei Temperaturen von 550 - 660 °C über eine Glühdauer von 0,5 - 20 h geglüht wird. Die durch diese zusätzliche Langzeitglühung erzielbare Steigerung der Streckgrenze beträgt regelmäßig mindestens 50 MPa.

[0031] Nicht kornorientierte Elektrobleche oder -bänder mit Streckgrenzen von 500 - 800 MPa und Ummagnetisierungsverlusten P_1,0/400 von weniger als 45 W/kg für 0,35 mm dicke Elektrobleche oder -bänder können gemäß einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens auch dadurch erzeugt werden, dass die Schlussglühung als Kurzzeitglühung durchgeführt wird, bei der das Kaltband im Durchlaufofen für eine Glühdauer von 20 - 250 sec bei einer Glühtemperatur von 750 - 900 °C geglüht wird. Aufgrund der geringeren Glühtemperatur wird hierbei keine vollständige Rekristallisation des Gefüges erreicht. Es bilden sich jedoch die gewünschten festigkeitssteigernden FeTiP-Ausscheidungen.

[0032] Eine alternative Möglichkeit der Erzeugung von erfindungsgemäßen nicht kornorientierten Elektroblechen mit Streckgrenzen, die im Bereich von 500 - 800 MPa liegen, und Ummagnetisierungsverlusten P_1,0/400 von weniger als 45 W/kg für 0,35 mm dicke Elektrobleche oder -bänder können gemäß einer dritten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens auch dadurch erhalten werden, dass das Schlussglühen als eine Langzeitglühung im Haubenofen durchgeführt wird, bei der das Kaltband über eine 0,5 - 20 h dauernde Glühdauer bei einer Glühtemperatur von 600 - 850 °C geglüht wird. In dieser Variante kommt es nicht zu einem vollständig rekristallisierten Gefüge. Es bilden sich jedoch FeTiP-Ausscheidungen, die feiner sind als die FeTiP-Ausscheidungen, die bei den gemäß der voranstehend erläuterten ersten Variante erzeugten erfindungsgemäßen nicht kornorientierten Elektroblechen oder -bändern vorhanden sind. Dabei lassen sich durch die hier erläuterte dritte Variante des erfindungsgemäßen

[0033] Verfahrens im Vergleich zur voranstehend erläuterten zweiten Variante Verbesserungen der Ummagnetisierungsverluste erzielen.

[0034] Optional kann bei der dritten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens nach der Langzeitglühung auch noch eine Kurzzeitglühung im Durchlaufofen durchgeführt werden, bei der das jeweilige Kaltband bei 750 °C - 900 °C über einer Glühdauer von 20 - 250 sec geglüht wird. Durch diese zusätzliche Kurzzeitglühung lässt sich der Rekristallisationsgrad des Gefüges verbessern. Damit einhergehend ist eine Verbesserung des Ummagnetisierungsverlusts zu erwarten.

[0035] Um durch eine Erhöhung der Versetzungsdichte eine kritische Energie einzubringen, so dass bei der nachfolgenden Kurzzeitglühung die Rekristallisation initiiert wird, kann das Kaltband im Zuge der dritten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens zwischen der Langzeitglühung und der Kurzzeitglühung optional einer Umformung mit einem Verformungsgrad von mindestens 0,5 % und höchstens 12 % unterzogen werden. Ein solcher üblicherweise als zusätzlicher Kaltwalzschritt durchgeführter Umformschritt trägt darüber hinaus zur Verbesserung der Planlage des am Ende dieser erfindungsgemäßen Verfahrensvariante erhaltenen nicht kornorientierten Elektroblechs oder -bands bei. Besonders sicher können die mit der optional zusätzlich durchgeführten Kaltverformung erzielten Effekte dann erreicht werden, wenn die Verformungsgrade der Kaltverformung 1 - 8 % betragen.

[0036] An die Schlussglühung kann sich ein in konventioneller Weise durchgeführter Glättstich anschließen.

[0037] Des Weiteren kann das erhaltene, nicht kornorientierte Elektroband oder -blechmaterial abschließend einer konventionellen Entspannungsglühung unterzogen werden. Abhängig von den Verarbeitungsabläufen beim Endverarbeiter kann diese Entspannungsglühung noch beim Hersteller des erfindungsgemäßen NO-Elektrobands oder -blechs im Coil durchgeführt werden, oder es können zunächst die beim Endverarbeiter verarbeiteten Zuschnitte von dem in erfindungsgemäßer Weise erzeugten Elektroband oder -blech abgeteilt werden, die dann der Entspannungsglühung unterzogen werden.

[0038] Nachfolgend wird die Erfindung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

[0039] Die nachfolgend erläuterten Versuche wurden jeweils unter Laborbedingungen durchgeführt. Dabei sind zunächst eine erfindungsgemäß zusammengesetzte Stahlschmelze TiP und eine Referenzschmelze Ref erschmolzen und zu Brammen vergossen worden. Die Zusammensetzungen der Schmelze TiP und Ref sind in Tabelle 1 angegeben. Mit Ausnahme der ihr fehlenden wirksamen Gehalte an Ti und P stimmen bei der Referenzschmelze Ref nicht nur die Legierungselemente, sondern im Rahmen der üblichen Toleranzen auch deren Gehalte mit der erfindungsgemäßen Schmelze TiP überein.

[0040] Die Brammen wurden auf eine 1250 °C betragende Temperatur gebracht und mit einer Warmwalzanfangstemperatur von 1020 °C und einer Warmwalzendtemperatur von 840 °C zu einem 2 mm dicken Warmband warmgewalzt. Das jeweilige Warmband ist auf eine Haspeltemperatur T_Haspel abgekühlt worden. Anschließend ist eine typische Abkühlung im Coil simuliert worden.

[0041] Drei Proben der aus der erfindungsgemäßen Stahllegierung TiP bestehenden Warmbänder und eine Probe der aus dem Referenzstahl Ref bestehenden Warmbänder sind anschließend über eine Dauer von 2 h bei einer Temperatur von 740 °C einer Warmbandglühung unterzogen worden und daraufhin zu einem Kaltband mit einer Enddicke von 0,5 mm bzw. 0,35 mm kaltgewalzt worden.

[0042] Zwei weitere Proben der aus der erfindungsgemäßen Stahllegierung TiP bestehenden Warmbänder und eine weitere Probe der aus dem Referenzstahl Ref bestehenden Warmbänder sind dagegen jeweils ohne Glühung zu einem 0,5 mm dicken Kaltband kaltgewalzt worden.

[0043] Anschließend erfolgte jeweils eine zweistufige Schlussglühung. In der ersten Glühstufe wurden die Proben auf 1100 °C erwärmt und dort für 15 s gehalten, so dass das in ihnen enthaltene Ti und P großteils in Lösung war. Daran schloss sich die zweite Glühstufe an, bei der bei einer Temperatur T_low geglüht wurde, die deutlich unterhalb der Ausscheidungstemperatur T_Aus von FeTiP liegt. Auf diese Weise bildeten sich die gewünschten feinen, im Mittel 0,01 - 0,1 µm großen FeTi-Phosphid-Ausscheidungen.

[0044] In Tabelle 2 sind für die auf eine Dicke von 0,5 mm kaltgewalzten Proben und in Tabelle 3 für die auf eine Dicke von 0,35 mm kaltgewalzten Proben jeweils die Haspeltemperatur T_Haspel und die Temperatur T_low angegeben. Zusätzlich sind in den Tabellen 2 und 3 jeweils gemessen in Quer- und Längsrichtung der Probe für jede der Proben die obere Streckgrenze R_eH, die untere Streckgrenze R_eL, die Zugfestigkeit R_m, die jeweils bei 50 Hz ermittelten Ummagnetisierungsverluste P_1,0 (Ummagnetisierungsverlust bei einer Polarisation von 1,0 T), P_1,5 (Ummagnetisierungsverlust bei einer Polarisation von 1,5 T) sowie die Polarisation J₂₅₀₀ (Polarisation bei einer magnetischen Feldstärke von 2500 A/m) und J5000 (Polarisation bei einer magnetischen Feldstärke von 5000 A/m), sowie die bei einer Frequenz von 400 Hz bzw. 1 kHz jeweils ermittelten Ummagnetisierungsverluste P_1,0 (Ummagnetisierungsverlust bei einer Polarisation von 1,0 T) angegeben.

[0045] Es zeigt sich, dass die untere Streckgrenze R_eL bei den aus dem erfindungsgemäß zusammengesetzten und verarbeiteten Proben im Vergleich zu den aus dem Referenzstahl Ref erzeugten Proben um jeweils 60 - 100 MPa höher ist. Zwischen den mit und ohne Warmbandglühung erzeugten Proben besteht dagegen kein signifikanter Unterschied. Auch eine Variation der Haspeltemperatur oder der Temperatur T_low hat keinen signifikanten Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften.

[0046] Bei einer Frequenz von 50 Hz weisen die aus dem erfindungsgemäßen Stahl erzeugten Proben mit 3,9 - 4,8 W/kg für 0,5 mm dicke Bleche und mit weniger als 3,7 W/kg für 0,35 mm dicke Bleche etwas höhere Ummagnetisierungsverluste P_1,5 auf als die aus dem Referenzstahl erzeugten Proben. Auch hier hat die Haspeltemperatur keinen signifikanten Einfluss.

[0047] Dagegen liegen bei höheren Frequenzen von 400 Hz und 1 kHz die Ummagnetisierungsverluste P_1,0 für die erfindungsgemäßen und die Referenzproben sehr nah beieinander. Die Proben mit der höheren Temperatur T_low von 700 °C zeigen hier im Fall der 0,5 mm dicken Bleche mit weniger als 39 W/kg bei 400 Hz und weniger als 180 W/kg bei 1 kHz geringere Ummagnetisierungsverluste P_1,0 als das Referenzmaterial. Bei den 0,35 mm dicken Blechen werden jeweils gleiche Ummagnetisierungsverluste erzielt wie beim Referenzmaterial.

[0048] In einer weiteren Versuchsreihe ist ein Stahl TiP2 erschmolzen und zu Brammen vergossen worden, deren Zusammensetzung in Tabelle 4 angegeben ist. Das Verhältnis %Ti/%P des Ti-Gehalts %Ti zum P-Gehalt %P beträgt beim Stahl TiP2 %Ti/%P = 1,51.

[0049] Die Brammen sind auf 1250 °C wiedererwärmt und anschließend zu Warmbändern mit einer Warmbanddicke von 2,1 mm bzw. 2,4 mm warmgewalzt worden. Die Warmwalzanfangstemperatur betrug dabei jeweils 1020 °C, während die Warmwalzendtemperatur jeweils bei 840 °C lag. Die erhaltenen Warmbänder sind dann bei einer Haspeltemperatur von 620 °C gehaspelt worden.

[0050] Anschließend sind die so erhaltenen Warmbänder ohne vorhergehende Warmbandglühung zu 0,35 mm dickem Kaltband kaltgewalzt worden.

[0051] Proben der so erhaltenen Kaltbänder sind unterschiedlichen Varianten von Schlussglühungen unterzogen worden.

[0052] Bei der ersten Variante ist eine zweistufige Kurzzeitglühung im Durchlaufofen absolviert worden. In der ersten Stufe der Kurzzeitglühung sind jeweils die in Tabelle 5 angegebenen Glühzeiten t_G1 eingehalten und die dort ebenso genannten jeweiligen maximalen Glühtemperaturen T_max1 erreicht worden, während die zweite Stufe jeweils in den ebenfalls in Tabelle 5 angegebenen Glühzeiten t_G2 bei den dort ebenso genannten maximalen Glühtemperaturen T_max2 absolviert worden ist. Die an den so erhaltenen schlussgeglühten NO-Elektroblechproben in Querrichtung Q und Längsrichtung L ermittelten mechanischen und magnetischen Eigenschaften sind ebenfalls in Tabelle 5 verzeichnet.

[0053] Eine Probe der gemäß der ersten Variante schlussgeglühten Proben ist anschließend einer zusätzlichen Langzeitglühung in einem Haubenofen unterzogen worden. Die dabei eingehaltenen Glühzeiten t_GH und maximalen Glühtemperaturen T_maxH sind in Tabelle 6 angegeben. Die an dem zusätzlich langzeitgeglühten NO-Elektroblech in Querrichtung Q und Längsrichtung L ermittelten mechanischen und magnetischen Eigenschaften sind ebenfalls in Tabelle 6 verzeichnet. Es zeigt sich, dass durch die ergänzende Langzeitglühung eine deutliche Steigerung der Streckgrenze R_e und der Zugfestigkeit R_m erzielt werden konnte, während sich die magnetischen Eigenschaften nicht wesentlich verschlechtert haben.

[0054] In einer zweiten Variante der Schlussglühung sind Proben der Kaltbänder bei verschiedenen Temperaturen T_maxH im Haubenofen über eine Glühdauer t_GH einer Langzeitglühung unterzogen worden. Die betreffenden Temperaturen T_maxH und die jeweilige Glühdauer t_GH sind in Tabelle 7 aufgeführt. Ebenfalls sind in Tabelle 7 die an den so erhaltenen langzeitgeglühten NO-Elektroblechproben in Querrichtung Q und Längsrichtung L ermittelten mechanischen und magnetischen Eigenschaften verzeichnet.

[0055] In einer dritten Variante der Schlussglühung sind Proben der Kaltbänder bei verschiedenen Temperaturen T_maxD im Durchlaufofen über eine Glühdauer t_GD einer einstufigen Kurzzeitglühung unterzogen worden. Die betreffenden Temperaturen T_maxD und die jeweilige Glühdauer t_GD sind in Tabelle 8 aufgeführt. In Tabelle 8 sind darüber hinaus die an den so erhaltenen langzeitgeglühten NO-Elektroblechproben in Querrichtung Q und Längsrichtung L ermittelten mechanischen und magnetischen Eigenschaften verzeichnet.

[0056] Die Erfindung betrifft folglich ein nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech aus einem Stahl, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) Si: 1,0 - 4,5 %, Al: bis zu 2,0 %, Mn: bis zu 1,0 %, C: bis zu 0,01 %, N: bis zu 0,01 %, S: bis zu 0,012 %, Ti: 0,1 - 0,5 %, P: 0,1 - 0,3 % enthält, wobei für das Verhältnis %Ti/%P des Ti-Gehalts %Ti zum P-Gehalt %P gilt 1,0 ≤ %Ti/%P ≤ 2,0. Ein erfindungsgemäßes nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech und aus einem solchen Blech oder Band gefertigte Bauteile für elektrotechnische Anwendungen zeichnen sich durch erhöhte Festigkeiten und gleichzeitig gute magnetische Eigenschaften aus. Hergestellt werden kann das erfindungsgemäße NO-Blech oder -band dadurch, dass ein aus einem Stahl mit der voranstehend genannten Zusammensetzung bestehendes Warmband zu einem Kaltband kaltgewalzt und diese Kaltband einer Schlussglühung unterzogen wird. Zur besonderen Ausprägung bestimmter Eigenschaften des NO-Bands oder -blechs stellt die Erfindung verschiedene Varianten dieser Schlussglühung zur Verfügung.

Tabelle 1

Varianten	Si	Al	Mn	C	N	S	Ti	P
TiP	2, 99	0,004	0,58	0,006	0,0021	<0,001	0,148	0,100
Ref	2,96	0,006	0, 64	0,006	0,0021	0,001	0,001	0,004

Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, Angaben in Gew.-%

Tabelle 2 (Blechdicke 0,5 mm)

Stahl	Erfindungsgemäß?	Warmbandglühung?	Probenrichtung	THaspel	Tlow	ReH	ReL	Rm	50 Hz				400Hz	1kHz
									P1,0	P1,5	J2500	J5000	P1,0	P1,0
				[°C]	[°C]	[MPa]	[MPa]	[MPa]	[W/kg]	[W/kg]	[T]	[T]	[W/kg]	[W/kg]
TiP	JA	JA	L	310	550	409	403	573	2,01	4,47	1,59	1,68	44,4	197
			Q			430	426	593	2,20	4,76	1,57	1, 66	46,8	213
		JA	L	620	550	403	396	560	2,08	4,43	1,57	1,67	43,3	199
			Q			421	418	582	1,97	4,44	1,55	1,65	40,3	181
		JA	L	620	700	400	395	554	1,76	3,93	1,58	1,67	36,4	164
			Q			431	424	589	1,86	4, 17	1,55	1, 64	38,9	178
Ref	NEIN	JA	L	620	-	329	321	472	1,72	3,78	1, 61	1,70	43,9	205
			Q			351	340	492	1,63	3,88	1,53	1,63	43,4	207
TiP	JA	NEIN	L	310	550	407	402	572	2,16	4,50	1,57	1,66	45, 1	209
			Q			433	429	591	1,98	4,59	1,54	1,64	40,2	181
		NEIN	L	620	550	402	396	564	2,23	4, 65	1,57	1, 66	46,4	214
			Q			426	423	586	2,19	4,77	1,53	1,63	46,2	214
Ref	NEIN	NEIN	L	620	-	365	339	480	1,47	3,34	1,63	1,71	38, 0	173
			Q			382	362	500	1,55	3, 68	1,53	1,63	40,4	191

Tabelle 3 (Blechdicke 0,35 mm)

Stahl	Erfindungsgemäß?	Warmbandglühung?	Probenrichtung	THaspel	Tlow	ReH	ReL	Rm	50 Hz				400Hz	1kHz
									P1,0	P1,5	J2500	J5000	P1,0	P1,0
				[°C]	[°C]	[MPa]	[MPa]	[MPa]	[W/kg]	[W/kg]	[T]	[T]	[W/kg]	[W/kg]
TiP	JA	NEIN	L	620	700	430	415	579	1,77	3,74	1,55	1,65	26,4	112
			Q			456	442	603	1,62	3,71	1,52	1,62	23,0	94
Ref	NEIN	NEIN	L	620	-	350	331	466	1,26	3,06	1,57	1,66	23,6	100
			Q			359	344	453	1,28	3,22	1,54	1,63	23,2	99

Tabelle 4

Variante	Si	Al	Mn	C	N	S	Ti	P
TiP2	3,05	0,689	0, 155	0,0036	0,0021	0,0008	0, 173	0,115

Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, Angaben in Gew.-%

Tabelle 5 (Blechdicke 0,35 mm - Kurzzeitglühung - Variante 1)

Tmax1	tG1	Tmax2	tG2	Probenrichtung	ReH	Rel oder Rp0,2	Rm	50 Hz				400 Hz	1 kHz
								P1,0	P1,5	J2500	J5000	P1,0	P1,0
[°C]	[s]	[°C]	[s]		[MPa]	[MPa]	[MPa]	[W/kg]	[W/kg]	[T]	[T]	[W/kg]	[W/kg]
1070	55	700	50	L	448	442	608	1,60	3,9	1,54	1,63	20,5	79
				Q	474	471	636	2,24	4,81	1,49	1, 58	25,3	92
1100	40	700	50	L		439	582	1,25	3,13	1,54	1,63	18,5	76
				Q		468	600	1,77	3,87	1,48	1,58	22,9	88

Tabelle 6 (Blechdicke 0,35 mm - Kurzzeitglühung mit anschließender Langzeitglühung)

TmaxH	tGH	Probenrichtung	ReH	Rel oder Rp0,2	Rm	50 Hz				400 Hz	1 kHz
						P1,0	P1,5	J2500	J5000	P1,0	P1,0
[°C]	[h]		[MPa]	[MPa]	[MPa]	[W/kg]	[W/kg]	[T]	[T]	[W/kg]	[W/kg]
620	5	L	484	478	640	1,68	4,03	1,55	1,65	22,2	86
		Q	513	511	654	2,24	4, 91	1,5	1,6	26,6	99

Tabelle 7 (Blechdicke 0,35 mm - Langzeitglühung - Variante 2)

TmaxH	tGH	Probenrichtung	ReH	Rel oder Rp0,2	Rm	50 Hz				400 Hz	1 kHz
						P1,0	P1,5	J2500	J5000	P1,0	P1,0
[°C]	[h]		[MPa]	[MPa]	[MPa]	[W/kg]	[W/kg]	[T]	[T]	[W/kg]	[W/kg]
620	5	L	753	724	866	3,83	8,4	1,52	1,62	39,1	128
		Q	814	801	919	4,35	9,45	1,44	1,55	43,6	-
700	5	L	666	615	781	3,43	7, 62	1,54	1,63	36,3	121
		Q	705	668	823	3,87	8,51	1,45	1,55	39,3	131
740	5	L	614	567	739	3,39	7, 63	1,54	1, 64	36,2	123
		Q	657	609	777	3,86	8, 65	1,47	1,58	40	136
840	5	L	560	524	686	3,62	7, 96	1,55	1,65	38,5	128
		Q	602	560	712	3, 97	8, 61	1,5	1,6	42,0	-

Tabelle 8 (Blechdicke 0,35 mm - Kurzzeitglühung - Variante 3)

TmaxD	tGD	Probenrichtung	ReH	Rel oder Rp0,2	Rm	50 Hz				400 Hz	1 kHz
						P1,0	P1,5	J2500	J5000	P1,0	P1,0
[°C]	[s]		[MPa]	[MPa]	[MPa]	[W/kg]	[W/kg]	[T]	[T]	[W/kg]	[W/kg]
900	60	L	585	541	713	4,06	8,62	1,54	1,63	42,1	143
		Q	627	589	770	4,38	9,36	1,47	1,57	43,8	145
800	80	L	630	606	790	4,06	8,69	1,52	1,61	41,7	140
		Q	672	667	843	4,39	9,5	1,45	1,55	43,8	142
700	150	L	-	735	878	4,5	9,68	1,51	1,61	44, 9	145
		Q	-	832	926	5,09	10,98	1,43	1,54	48,7	154

Ansprüche

1. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech für elektrotechnische Anwendungen, hergestellt aus einem Stahl, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%)
Si: 1,0 - 4,5 %,
Al: bis zu 2,0 %,
Mn: bis zu 1,0 %,
C: bis zu 0,01 %,
N: bis zu 0,01 %,
S: bis zu 0,012 %,
Ti: 0,1 - 0,5 %,
P: 0,1 - 0,3 %
enthält, wobei für das Verhältnis %Ti/%P des Ti-Gehalts %Ti zum P-Gehalt %P gilt

2. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das Verhältnis %Ti/%P des Ti-Gehalts %Ti zum P-Gehalt %P gilt

3. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sein Si-Gehalt 2,4 - 3,4 Gew.-% beträgt.

4. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sein C-Gehalt höchstens 0,006 Gew.-% beträgt.

5. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sein N-Gehalt höchstens 0,006 Gew.-% beträgt.

6. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sein S-Gehalt höchstens 0,006 Gew.-% beträgt.

7. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sein Ummagnetisierungsverlust P_1,0/400 bei einer Polarisation von 1,0 Tesla und einer Frequenz von 400 Hz bei einer Dicke des Elektrobands oder -blechs von 0,5 mm höchstens 65 W/kg und bei einer Dicke von 0,35 mm höchstens 45 W/kg beträgt.

8. Bauteil für elektrotechnische Anwendungen, hergestellt aus einem gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 beschaffenen Elektroband oder -blech.

9. Verfahren zum Erzeugen eines nicht kornorientierten Elektrobands oder -blechs, bei dem folgende Arbeitsschritte durchlaufen werden:

a) Bereitstellen eines Warmbands, das aus einem Stahl besteht, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%)
Si: 1,0 - 4,5 %,
Al: bis zu 2,0 %,
Mn: bis zu 1,0 %,
C: bis zu 0,01 %,
N: bis zu 0,01 %,
S: bis zu 0,012 %,
Ti: 0,1 - 0,5 %,
P: 0,1 - 0,3 %
enthält, wobei für das Verhältnis %Ti/%P des Ti-Gehalts %Ti zum P-Gehalt %P gilt

b) Kaltwalzen des Warmbands zu einem Kaltband und

c) Schlussglühen des Kaltbands.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltband beim Schlussglühen eine im Durchlaufofen absolvierte zweistufige Kurzzeitglühung durchläuft, bei der das Kaltband

d.1) zunächst in einer ersten Glühstufe über eine Glühdauer von 1 - 100 s bei einer Glühtemperatur von mindestens 900 °C und höchstens 1150 °C und anschließend

d.2) in einer zweiten Glühstufe über eine Glühdauer von 30 - 120 s bei einer Glühtemperatur von 500 - 850 °C geglüht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltband nach der zweiten Stufe der Kurzzeitglühung einer sich über eine Glühdauer von 0,5 - 20 h erstreckenden Langzeitglühung bei einer Glühtemperatur von 550 - 660 °C in einem Haubenofen unterzogen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlussglühung des Kaltbands als Kurzzeitglühung durchgeführt wird, bei der das Kaltband im Durchlaufofen für 20 - 250 sec bei einer Glühtemperatur von 750 - 900 °C geglüht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlussglühen als eine Langzeitglühung durchgeführt wird, bei der das Kaltband im Haubenofen über eine 0,5 - 20 h dauernde Glühdauer bei einer Glühtemperatur von 600 - 850 °C geglüht wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Schlussglühen zusätzlich eine nach der Langzeitglühung durchgeführte Kurzzeitglühung umfasst, bei der das Kaltband über eine Glühdauer von 20 - 250 sec bei einer Glühtemperatur von 750 - 900 °C einen Durchlaufofen durchläuft.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Kaltband zwischen der Langzeitglühung und der Kurzzeitglühung einer Umformung mit einem Verformungsgrad von mindestens 0,5 % und höchstens 12 % unterzogen wird.