Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech und Verfahren zur Erzeugung eines nicht kornorientierten Elektrobands oder -blechs

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung eines Elektrobands oder -blechs sowie ein durch Anwendung dieses Verfahrens hergestelltes nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech für elektrotechnische Anwendungen.

[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] Ein anderes Verfahren, das die betriebssichere Herstellung von hochfestem nicht kornorientiertem Elektroblech mit guten elektromagnetischen Eigenschaften ermöglichen soll, ist aus der JP 2005 264315 A bekannt. Das mit diesem Verfahren erzeugte Elektroblech weist ein überwiegend ferritisches Gefüge mit bis zu 50 Vol.-% Martensit auf und enthält neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigung (in Gew.-%) bis zu 0,0400 % C, 0,2 - 6,5 % Si, 0,05 - 10,0 % Mn, bis zu 0,30 % P, bis zu 0,020 % S, bis zu 15 % Al, bis zu 0,0400 % N und des Weiteren als Ausscheidungsbildner ein oder zwei oder mehr Elemente aus der Gruppe "Ni, Mo, Ti, Nb, Co und W" in Gehalten von jeweils bis zu 10,0 Gew.-%. Zusätzlich können ebenfalls als Ausscheidungsbildner in dem Stahl Zr, Cr, B, Cu, Zn, Mg und Sn in Gehalten von jeweils bis zu 10 Gew.-% vorhanden sein. Die in dem Stahl aus den genannten Elementen gebildeten Ausscheidungen sollen in Form einer intermetallischen Verbindung mit einer Anzahldichte von mehr als 20/µm³ und einem Durchmesser von höchstens 0,050 µm vorliegen. Die Zusammensetzung des Stahls ist dabei jeweils so gewählt, dass die Ausscheidungen von Fe, Zr und Si regelmäßig in binärer Form vorliegen.

[0009] Neben dem voranstehend erläuterten Stand der Technik ist aus der JP H11-12701 A nicht-kornorientiertes Elektrostahlblech bekannt, dass einen geringen Eisenverlust aufweisen soll. Zu diesem Zweck hat das bekannte Stahlblech eine Zusammensetzung, die aus (in Gew.-%) bis zu 0,005 % C, bis zu 4 % Si, bis zu 0,05 % Mn, bis zu 0,2 % P, bis zu 0,005 % N, 0,005 - 0,1 % Zr, bis zu 0,001 % S und als Rest aus Fe besteht, wobei die Gehalte an Sb und Sn die Bedingung erfüllen Sb + Sn/ 2 = 0,001 - 0,05 %, insbesondere Sb + Sn / 2 = 0,001 - 0,005 %. Dabei soll im Fall, dass Sn nicht vorhanden ist, der Sb-Gehalt bevorzugt 0,001 - 0,05 %, insbesondere 0,001-0,005 %, betragen, wogegen im Fall, dass kein Sb vorhanden ist, der Sn-Gehalt 0,002 - 0,1 %, insbesondere 0,002 - 0,01 % betragen soll.

[0010] Die JP 2010-121150 A offenbart schließlich ein nicht-kornorientiertes Elektrostahlblech, das ausgezeichnete Bearbeitungseigenschaften in Kombination mit ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften aufweisen soll. Dieses insbesondere für eine rotierende Maschine bestimmte nicht orientierte Elektrostahlblech hat eine Blechdicke von 0,15 - 0,50 mm und eine Stahlzusammensetzung, die (in Masse) bis zu 0,02 % C, 1,0 - 4,0 % Si, 0,05 - 3,0 % Mn, bis zu 2,5 % Al, bis zu 0,25 % P, bis zu 0,01 % S, bis zu 0,01 % N und ferner mindestens ein Element aus der Gruppe "Nb, Zr, Ti, V", Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, wobei für die Gehalte an den dieser Gruppe angehörenden Elementen gilt: 0 < Nb/93 + Zr/91 + Ti/48 + V/51 - (C/12 + N/14) < 5 x 10^-3.

[0011] Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren zu schaffen, mit dem NO-Elektroband oder -blech für elektrotechnische Anwendungen erzeugt werden kann, das erhöhte Festigkeiten, insbesondere eine höhere Streckgrenze, besitzt und gleichzeitig gute magnetische Eigenschaften, insbesondere einen niedrigen Ummagnetisierungsverlust bei hohen Frequenzen aufweist.

[0012] Darüber hinaus sollte ein entsprechend beschaffenes NO-Elektroband oder -blech angegeben werden.

[0013] In Bezug auf das Verfahren ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst worden, dass bei der Erzeugung eines NO-Elektrobands oder -blechs die in Anspruch 1 angegebenen Arbeitsschritte durchlaufen werden.

[0014] Dementsprechend besteht die erfindungsgemäße Lösung der oben genannten Aufgabe in Bezug auf ein nicht kornorientiertes Elektrostahlblech oder -band darin, dass dieses durch Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt ist.

[0015] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert.

[0016] Ein erfindungsgemäß erzeugtes nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech für elektrotechnische Anwendungen ist somit aus einem Stahl hergestellt, der aus (in Gew.-%) 2,0 - 4,5 % Si, 0,03 - 0,3 % Zr, sowie optional zusätzlich 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 vorteilhafter Weise bis zu 0,005 % C, bis zu 0,01 % N, insbesondere bis zu 0,006 % N, bis zu 0,01 % S, insbesondere bis zu 0,006 % S, bis zu 0,015 % P, insbesondere bis zu 0,006 % P und als Rest aus Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht.

[0017] Entscheidend für die Erfindung ist dabei, dass im Gefüge des Elektrobands oder -blechs ternäre Fe-Si-Zr-Ausscheidungen vorliegen. Diese steigern die Festigkeit des erfindungsgemäßen Stahls durch Ausscheidungs- bzw. Teilchenhärtung.

[0018] Aus Eisen, Zirkonium und Silizium gebildete ternäre Ausscheidungen treten, wie in Materials Science International Team, MSIT®, und Du, Yong, Xiong, Wei, Zhang, Weiwei, Chen, Hailin, Sun, Weihua: Iron - Silicon - Zirconium. Effenberg, Günter, Ilyenko, Svitlana (ed.). SpringerMaterials - The Landolt-Börnstein Database. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009. DOI: 10.1007/978-3-540-70890-2_29 Crystallographic and Thermodynamic Data, dargestellt, in sechs verschiedenen Phasen auf.

[0019] Für eine weitere Steigerung der Festigkeit ist es vorteilhaft, die betreffenden Fe-Si-Zr-Ausscheidungen bezüglich ihrer räumlichen Ausdehnung möglichst fein auszubilden. So liegt ihr durchschnittlicher Durchmesser erfindungsgemäß bevorzugt deutlich unterhalb von 100 nm. Derart kleine Fe-Si-Zr-Ausscheidungen steigern die Festigkeit von NO-Elektroband oder -blech der erfindungsgemäßen Art deutlich, ohne dabei die magnetischen Eigenschaften bei den für Anwendungen im Motorenbau und desgleichen wichtigen hohen Frequenzbereichen wesentlich zu verschlechtern. So behindern die erfindungsgemäß zur Festigkeitssteigerung genutzten Fe-Si-Zr-Ausscheidungen die Bewegung der Bloch-Wände aufgrund ihrer geringen Größe nur geringfügig und bewirken dementsprechend gegenüber konventionellen, weniger festen Elektrobändern und -blechen allenfalls eine geringe Erhöhung der Ummagnetisierungsverluste P_1.0 und P_1.5. Bei der Blochwand handelt es sich um den Übergangsbereich zwischen magnetischen Domänen mit unterschiedlicher Magnetisierung.

[0020] Ein erfindungsgemäßes nicht kornorientiertes Elektroblech weist Si und Zr in Gehalten auf, die so eingestellt sind, dass es zur angestrebten Bildung der Fe-Si-Zr-Ausscheidungen kommt. Hierzu sind einerseits mindestens 2,0 Gew.-% Si erforderlich, wobei sich die Fe-Si-Zr-Ausscheidungen dann besonders betriebssicher in der gewünschten Häufigkeit und Verteilung einstellen, wenn der Si-Gehalt mindestens 1,6 Gew.-%, insbesondere mindestens 2,4 Gew.-%, beträgt. Um negative Einflüsse auf die Eigenschaften des erfindungsgemäßen NO-Elektrobands oder -blechs zu vermeiden, ist der Si-Gehalt auf höchstens 4,5 Gew.-% beschränkt, wobei optimaler Weise der Si-Gehalt die Obergrenze von 3,5 Gew.-%, insbesondere 3,4 Gew.-%, nicht überschreitet.

[0021] Gehalte von mindestens 0,03 Gew.-% sind erforderlich, damit sich die gewünschten ternären Zr-Ausscheidungen bilden. Damit dieser Effekt besonders sicher eintritt, können mindestens 0,07 Gew.-% Zr, insbesondere mindestens 0,08 Gew.-% Zr, dem erfindungsgemäßen Stahl zugegeben werden. Bei Gehalten von mehr als 0,3 Gew.-% Zr können keine entscheidenden Steigerungen der durch die Anwesenheit von ausreichenden Gehalten an Zr bewirkten Eigenschaftsverbesserungen beobachtet werden. Eine optimale Wirkung von Zr in einem erfindungsgemäßen Elektroband oder -blech lässt sich dabei dann erzielen, wenn der Zr-Gehalt auf höchstens 0,25 Gew.-% beschränkt ist.

[0022] Der Stahl, aus dem erfindungsgemäß das Elektroband oder -blech besteht, kann Gehalte an weiteren Legierungselementen enthalten, die in an sich bekannter Weise zur Einstellung seiner Eigenschaften zugegeben werden. Zu den hierzu geeigneten Elementen zählen insbesondere Al und Mn in den hier angegebenen Gehalten.

[0023] Da die Erfindung zur Festigkeitssteigerung nicht auf Carbide, Nitride oder Karbonitride zurückgreifen muss, können die C- und N-Gehalte eines erfindungsgemäßen Elektroblechs oder -bands minimiert werden. Auf diese Weise ist der Gefahr einer magnetischen Alterung vorgebeugt, zu der es in Folge hoher C- oder N-Gehalte kommen kann.

[0024] In Folge ihrer erfindungsgemäßen Zusammensetzung weisen erfindungsgemäß zusammengesetzte Elektrobänder oder -bleche bei einer Dicke von 0,5 mm, einer Polarisation von 1,0 Tesla und einer Frequenz von 400 Hz Ummagnetisierungsverluste P_1,0/400 von höchstens 65 W/kg auf. Bei einer Dicke von 0,35 mm, einer Polarisation von 1,0 Tesla und einer Frequenz von 400 Hz weisen die erfindungsgemäß zusammengesetzten Elektrobänder dagegen Ummagnetisierungsverluste P_1,0/400 von höchstens 45 W/kg auf. Gleichzeitig erreichen die erfindungsgemäß zusammengesetzten Elektrobänder oder -bleche gegenüber konventionell zusammengesetzten Elektrobändern oder -blechen, bei denen keine Maßnahmen zur Festigkeitssteigerung ergriffen worden sind, regelmäßig eine Steigerung der Streckgrenze um mindestens 20 MPa. Die Festigkeit nimmt dabei mit der Feinheit der Ausscheidungen zu. Festigkeitsanstiege von 100 - 200 MPa sind bei weiter verfeinerten Ausscheidungen möglich.

[0025] Das erfindungsgemäße Verfahren ist so angelegt, dass es die betriebssichere Erzeugung eines erfindungsgemäßen nicht kornorientierten Elektrobands oder -blechs ermöglicht.

[0026] 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, dessen Festigkeit durch die Anwesenheit von Fe-Si-Zr-Ausscheidungen in seinem Gefüge gegenüber einem konventionellen NO-Elektroblech oder -band deutlich verbessert ist und das daher besonders für die Herstellung von elektrischen Bauteilen und Aggregaten geeignet ist, die im praktischen Einsatz hohen dynamischen Belastungen ausgesetzt sind.

[0027] Die Herstellung des erfindungsgemäß bereitgestellten Warmbands kann weitestgehend konventionell erfolgen. Dazu kann zunächst eine Stahlschmelze mit einer der erfindungsgemäßen Vorgabe entsprechenden Zusammensetzung (Si: 2,0 - 4,5 Gew.-%, Zr: 0,03 - 0,3 Gew.-%, Al: bis zu 2,0 Gew.-%, Mn: bis zu 1,0 Gew.-%, C: bis zu 0,01 Gew.-%, N: bis zu 0,01 Gew.-%, S: bis zu 0,01 Gew.-%, P: bis zu 0,015 Gew.-%, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen) 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 auch möglich, die Stahlschmelze zu einem gegossenen Band zu vergießen, welches anschließend zu einem Warmband warmgewalzt wird.

[0028] 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.

[0029] 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 in der Fertigstaffel von 1000 - 1150 °C und endet mit einer Warmwalzendtemperatur von 700 - 920 °C, insbesondere 780 - 850 °C.

[0030] 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 von festigkeitssteigernden Partikeln zu diesem Zeitpunkt noch vermieden wird, um Probleme beim anschließend durchgeführten Kaltwalzen zu vermeiden. In der Praxis beträgt die Haspeltemperatur hierzu beispielsweise höchstens 700 °C.

[0031] Optional kann das Warmband einer Warmbandglühung unterzogen werden.

[0032] 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.

[0033] Die abschließende Schlussglühung trägt entscheidend zur Bildung der erfindungsgemäß zur Festigkeitssteigung genutzten Fe-Si-Zr-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.

[0034] Erfindungsgemäße nicht kornorientierte Elektrobleche oder -bänder mit Streckgrenzen, die im Bereich von 350 - 500 MPa liegen, und Ummagnetisierungsverlusten P_1,0/400, die bei einer Banddicke von 0,3 mm kleiner 35 W/kg und bei einer Banddicke von 0,5 mm kleiner 45 W/kg betragen, lassen sich besonders betriebssicher dadurch erzielen, dass das erfindungsgemäß zusammengesetzte Kaltband im Zuge der Schlussglühung einer im Durchlauf absolvierten zweistufigen Glühung unterzogen wird.

[0035] In der ersten Stufe wird das Kaltband bei einer Glühtemperatur von 900 - 1150 °C für 1 - 300 s geglüht. Anschließend wird das Kaltband in einer zweiten Glühstufe bei einer Temperatur von 600 - 800 °C für 50 - 120 s gehalten. Dann wird das Kaltband auf eine Temperatur unter 100 °C abgekühlt. Bei einem in der voranstehend erläuterten Weise durchgeführten Schlussglühen werden in der ersten Glühstufe die möglicherweise bereits vorhandenen Fe-Si-Zr-Ausscheidungen aufgelöst und eine vollständige Rekristallisation des Gefüges erzielt. In den weiteren Glühstufen erfolgt dann die gezielte Ausscheidung der Fe-Si-Zr-Teilchen.

[0036] 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.

[0037] Nachfolgend wird die Erfindung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.

[0038] Fig. 1 zeigt ein Diagramm, in dem der Soll-Temperaturverlauf beim Schlussglühen der in der nachfolgend erläuterten Weise erzeugten Elektrobänder und -bleche dargestellt ist.

[0039] Die nachfolgend erläuterten Versuche wurden jeweils unter Laborbedingungen durchgeführt. Dabei sind zunächst zwei erfindungsgemäß zusammengesetzte Stahlschmelze Zr1 und Zr2 sowie zwei Referenzschmelzen Ref1 und Ref2 erschmolzen und zu Blöcken vergossen worden. Die Zusammensetzungen der Schmelzen Zr1, Zr2, Ref1, Ref2 sind in Tabelle 1 angegeben. Mit Ausnahme des jeweils fehlenden wirksamen Gehalts an Zr stimmen die Legierungselemente und, im Rahmen der üblichen Toleranzen auch deren Gehalte, der Referenzschmelze Ref1 mit der erfindungsgemäßen Schmelze Zr1 und der Referenzschmelze Ref2 mit der erfindungsgemäßen Schmelze Ref2 überein.

[0040] Die Blöcke 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 von 620 °C abgekühlt worden. Anschließend ist eine typische Abkühlung im Coil simuliert worden.

[0041] Einige Proben den aus der erfindungsgemäßen Stahllegierungen Zr1,Zr2 bestehenden Warmbänder und Proben aus den Referenzstählen Ref1,Ref2 sind anschließend über eine Dauer von 2 h bei einer Temperatur von 740 °C einer Warmbandglühung unterzogen worden und daraufhin jeweils zu Kaltbändern mit einer Enddicke von 0,5 mm oder 0,3 mm kaltgewalzt worden.

[0042] Weitere Proben der aus den erfindungsgemäßen Stahllegierungen Zr1,Zr2 und aus den Referenzstählen Ref1,Ref2 bestehenden Warmbänder sind dagegen jeweils ohne Warmbandglühung zu 0,3 mm oder 0,5 mm dickem Kaltband kaltgewalzt worden.

[0043] Nach dem Kaltwalzen erfolgte jeweils eine Schlussglühung, bei der die jeweilige Kaltbandprobe zunächst mit einer Aufheizrate von 10 K/s über eine Dauer von 105 Sekunden von der Raumtemperatur auf eine Glühtemperatur von 1090 °C erwärmt worden ist. Anschließend sind die Proben über eine Dauer von 15 Sekunden bei der Glühtemperatur gehalten worden und daraufhin mit einer Abkühlrate von 20 K/s auf eine Zwischentemperatur, die 700 °C betrug, abgekühlt worden. Bei dieser Zwischentemperatur sind die Proben über 60 Sekunden gehalten worden. Anschließend erfolgte eine zweistufige Abkühlung, bei der die Proben zunächst langsam mit 5 °C/s auf eine zweite Zwischentemperatur von 580 °C und nach Erreichen der zweiten Zwischentemperatur beschleunigt mit einer Abkühlrate von 30 °C/s auf Raumtemperatur abgekühlt worden sind.

[0044] In Tabelle 2 sind die mechanischen und magnetischen Eigenschaften obere Streckgrenze R_eH, untere Streckgrenze R_eL, Zugfestigkeit R_m, das Verhältnis Re/Rm der mittleren Streckgrenze Re zur Zugfestigkeit Rm, die Gleichmaßdehnung A_g, der jeweils bei einer Frequenz von 50 Hz gemessene Ummagnetisierungsverlust P_1,0 (Ummagnetisierungsverlust bei einer Polarisation von 1,0 T) und P_1,5 (Ummagnetisierungsverlust bei einer Polarisation von 1,5 T) sowie die ebenfalls jeweils bei 50 Hz gemessene jeweilige 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) für 0,5 mm dicke Proben, die aus den erfindungsgemäßen Stählen Zr1 oder Zr2 sowie aus den Referenzstählen Ref1 oder Ref2 bestehen und einer Warmbandglühung unterzogen worden sind, angegeben.

[0045] In Tabelle 3 finden sich dieselben Angaben für 0,5 mm dicke Proben, die aus den erfindungsgemäßen Stählen Zr1 oder Zr2 sowie aus den Referenzstählen Ref1 oder Ref2 bestehen und keiner Warmbandglühung unterzogen worden sind.

[0046] In Tabelle 4 sind die entsprechenden Werte für 0,3 mm dicke Proben angegeben, die aus dem erfindungsgemäßen Stahl Zr2 oder dem Referenzstahl Ref2 bestehen und einer Warmbandglühung unterzogen worden sind, wogegen in Tabelle 5 die entsprechenden Werte für 0,3 mm dicke Proben angegeben sind, die aus dem erfindungsgemäßen Stahl Zr2 oder dem Referenzstahl Ref2 bestehen und keine Warmbandglühung durchlaufen haben.

[0047] Es zeigt sich, dass die untere Streckgrenze R_eL bei den erfindungsgemäß zusammengesetzten und verarbeiteten Proben im Vergleich zu den aus den Referenzstählen Ref erzeugten Proben um jeweils 20 - 80 MPa höher ist. Zwischen den mit und ohne Warmbandglühung erzeugten Proben besteht dagegen kein signifikanter Unterschied.

[0048] Bei einer Frequenz von 50 Hz weisen die aus den erfindungsgemäßen Stählen erzeugten Proben etwas höhere Ummagnetisierungsverluste auf als die aus den Referenzstählen erzeugten Proben. Dagegen weichen bei den höheren Frequenzen von 400 Hz und 1 kHz, die für die Anwendungen, für die die erfindungsgemäßen Stähle bestimmt sind, von besonderer Bedeutung sind, die Ummagnetisierungsverluste der erfindungsgemäßen Proben und der Referenzproben kaum voneinander ab.

[0049] Mit der Erfindung lassen sich somit für Anwendungen in elektrischen Maschinen bestimmte Elektrobleche und -bänder zur Verfügung stellen, die bei deutlich erhöhten Festigkeiten optimale magnetische Eigenschaften aufweisen, ohne dass dazu teure oder schwer zu beschaffende Legierungselemente vorgesehen oder komplizierte Fertigungsabläufe durchlaufen werden müssen.

Tabelle 1

Variante	Si	Zr	Al	Mn	C	N	S	P
Ref1	3,1	-	0,4	0,07	0,004	0,002	0,003	0,005
Zr1	3,0	0,23	0,4	0,07	0,004	0,002	0,003	0,004
Ref2	3,0	-	0,006	0,64	0,006	0,002	0,001	0,004
Zr2	3,1	0,09	0,008	0,62	0,004	0,002	<0,001	0,003

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

Tabelle 2 (Blechdicke 0,5 mm, mit Warmbandglühung)

Richtung	Stahl	ReH	ReL	Rm	Re/Rm	Ag	50 Hz				400Hz	1kHz
							P1,0	P1,5	J2500	J5000	P1,0	P1.0
		[MPa]	[MPa]	[MPa]	[%]	[%]	[W/kg]	[W/kg]	[T]	[T]	[W/kg]	[W/kg]
Walzrichtung	Ref1	-	368 *)	515	71	13	1,44	3,20	1,62	1,71	-	177
	Zr1	413	391	567	69	14	2,30	4,93	1, 62	-	44,1	191
	Ref2	329	321	472	68	17	1,72	3,78	1,61	1,70	43,9	205
	Zr2	413	395	569	69	18	2,28	5,04	1, 58	1, 67	43,1	184
Querrichtung	Ref1	-	380 *)	535	71	13	1,52	3,51	1, 58	1, 67	-	178
	Zr1	443	413	587	70	18	2,69	5,82	1,59	1, 68	48,4	208
	Ref2	351	340	492	69	16	1,63	3,88	1,53	1, 63	43,4	206
	Zr2	410	405	577	70	16	2,28	5,14	1,56	1,65	43,9	190

*) RP0,2

Tabelle 3 (Blechdicke 0,5 mm, ohne Warmbandglühung)

Richtung	Stahl	ReH	ReL	Rm	Re/Rm	Ag	50 Hz				400Hz	1kHz
							P1,0	P1,5	J2500	J5000	P1,0	P1,0
		[MPa]	[MPa]	[MPa]	[%]	[%]	[W/kg]	[W/kg]	[T]	[T]	[W/kg]	[W/kg]
Walzrichtung	Ref1	-	383 *)	527	73	15	1,38	3,03	1, 63	-	30,4	136
	Zr1	417	386	565	68	17	2,53	5,53	1,57	1,66	39,6	163
	Ref2	365	339	480	71	17	1,47	3,34	1, 63	1,71	38,0	173
	Zr2	398	387	558	69	16	2,22	4,80	1,59	1,68	40,7	177
Querrichtung	Ref1	-	393 *)	536	73	13	1,54	3,32	1,56	1,66	33,9	162
	Zr1	445	415	597	70	17	2,59	5,80	1,55	1,64	42,1	179
	Ref2	382	362	500	72	14	1,55	3,68	1,53	1, 63	40,4	191
	Zr2	415	406	582	70	17	2,27	4,95	1,59	1,68	43,5	194

*) RP0,2

Tabelle 4 (Blechdicke 0,3 mm, mit Warmbandglühung)

Richtung	Stahl	ReH	ReL	Rm	Re/Rm	Ag	50 Hz				400Hz	1kHz
							P1,0	P1,5	J2500	J5000	P1,0	P1,0
		[MPa]	[MPa]	[MPa]	[%]	[%]	[W/kg]	[W/kg]	[T]	[T]	[W/kg]	[W/kg]
Walzrichtung	Ref2	322	316	459	69	15	1,32	3,10	1,59	1,68	26,5	118
	Zr2	403	393	566	69	17	2,03	4,55	1,57	1,66	29,1	117
Querrichtung	Ref2	353	342	491	70	15	1,39	3,44	1,52	1,61	27,2	122
	Zr2	430	417	588	71	16	2,07	4,71	1,54	1,64	30,0	123

Tabelle 5 (Blechdicke 0,3 mm, ohne Warmbandglühung)

Richtung	Stahl	ReH	ReL	Rm	Re/Rm	Ag	50 Hz				400Hz	1kHz
							P1,0	P1,5	J2500	J5000	P1,0	P1,0
		[MPa]	[MPa]	[MPa]	[%]	[%]	[W/kg]	[W/kg]	[T]	[T]	[W/kg]	[W/kg]
Walzrichtung	Ref2	350	331	466	71	14	1,26	3,06	1,57	1,66	23,6	100
	Zr2	393	384	549	70	14	1,91	4,22	1,58	1,67	24,2	92
Querrichtung	Ref2	359	344	453	76	7	1,28	3,22	1,54	1,63	23,2	99
	Zr2	432	417	590	71	17	2,01	4,45	1,56	1,65	25,6	96

Ansprüche

1. Verfahren zum Erzeugen eines nicht kornorientierten Elektrobands oder -blechs, das ternäre Fe-Zr-Si-Ausscheidungen in seinem Gefüge aufweist, wobei das Verfahren folgende Arbeitsschritte umfasst:

a) Bereitstellen eines Warmbands, das aus einem Stahl besteht, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%)

Si: 2,0 - 4,5 %,

Zr: 0,03 - 0,3 %,

Al: bis zu 2,0 %,

Mn: bis zu 1,0 %,

C: bis zu 0,01 %,

N: bis zu 0,01 %,

S: bis zu 0,01 %,

P: bis zu 0,015 %,

enthält;

b) Kaltwalzen des Warmbands zu einem Kaltband und

c) Schlussglühen des Kaltbands, wobei

- das Schlussglühen des Kaltbands in zwei Stufen durchgeführt wird,

- das Kaltband in der ersten Stufe der Schlussglühung bei einer Glühtemperatur von 900 - 1100 °C für 1 - 300 s und in der zweiten Stufe der Schlussglühung bei einer Temperatur von 600 - 800 °C für 50 - 120 s gehalten wird und

- das Kaltband nach der zweiten Stufe der Schlussglühung auf eine Temperatur von unter 100 °C abgekühlt wird.

2. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech für elektrotechnische Anwendungen, wobei im Gefüge des Elektrobands oder -blechs im kaltgewalzten und schlussgeglühten Zustand ternäre Fe-Si-Zr-Ausscheidungen vorliegen, dadurch gekennzeichnet, dass es durch Anwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 hergestellt ist.

3. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sein Si-Gehalt mindestens 2,5 Gew.-% beträgt.

4. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sein Si-Gehalt höchstens 3,5 Gew.-% beträgt.

5. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech nach einem der Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass sein Zr-Gehalt mindestens 0,08 Gew.-% beträgt.

6. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech nach einem der Ansprüche 2 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass sein Zr-Gehalt höchstens 0,25 Gew.-% beträgt.

7. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech nach einem der Ansprüche 2 - 6, dadurch gekennzeichnet, dass sein C-Gehalt höchstens 0,006 Gew.-% beträgt.

8. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech nach einem der Ansprüche 2 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass sein N-Gehalt höchstens 0,006 Gew.-% beträgt.

9. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech nach einem der Ansprüche 2 - 8, dadurch gekennzeichnet, dass sein S-Gehalt höchstens 0,006 Gew.-% beträgt.

10. Nicht kornorientiertes Elektroband oder -blech nach einem der Ansprüche 2 - 9, 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 0,3 mm höchstens 45 W/kg beträgt.

Claims

1. A method of producing a non-grain oriented electrical strip or sheet having ternary Fe-Zr-Si precipitates in its microstructure, wherein the method comprises the following working steps:

a) Providing a hot-rolled strip consisting of a steel which contains, in addition to iron and unavoidable impurities (in % by weight)

Si: 2.0 - 4.5%,

Zr: 0.03 - 0.3%,

Al: up to 2.0%,

Mn: up to 1.0%,

C: up to 0.01%,

N: up to 0.01%,

S: up to 0.01%,

P: up to 0.015%;

b) Cold rolling of the hot strip into a cold strip; and

c) final annealing of the cold strip, whereby

- the final annealing of the cold strip is carried out in two stages;

- the cold strip is maintained at an annealing temperature of 900 - 1100°C for 1 - 300 s in the first stage of final annealing and at a temperature of 600 - 800°C for 50 - 120 s in the second stage of final annealing;

- and the cold strip is cooled to a temperature below 100°C after the second stage of final annealing.

2. Non-grain-oriented electrical strip or sheet for electrical engineering applications, wherein ternary Fe-Si-Zr precipitates are present in the microstructure of the electrical steel strip or sheet in the cold-rolled and final annealed condition, characterised in that it is manufactured by applying the method according to Claim 1.

3. Non-grain-oriented electrical strip or sheet according to Claim 2, characterised in that its Si- content is at least 2.5% by weight.

4. Non-grain-oriented electrical strip or sheet according to any one of Claims 2 or 3, characterised in that its Si- content is at most 3.5% by weight.

5. Non-grain-oriented electrical strip or sheet according to any one of Claims 2 to 4, characterised in that its Zr- content is at least 0.08% by weight.

6. Non-grain-oriented electrical strip or sheet according to any one of Claims 2 to 5, characterised in that its Zr- content is at most 0.25% by weight.

7. Non-grain-oriented electrical strip or sheet according to any one of Claims 2 to 6, characterised in that its C- content is at most 0.006% by weight.

8. Non-grain-oriented electrical strip or sheet according to any one of Claims 2 to 7, characterised in that its N- content is at most 0.006% by weight.

9. Non-grain-oriented electrical strip or sheet according to any one of Claims 2 to 8, characterised in that its S- content is at most 0.006% by weight.

10. Non-grain-oriented electrical strip or sheet according to any one of Claims 2 to 9, characterised in that its remagnetisation loss P_1.0/400 is at most 65 W/kg at a polarisation of 1.0 Tesla and a frequency of 400 Hz at a thickness of the electrical strip or sheet of 0.5 mm and at most 45 W/kg at a thickness of 0.3 mm.

Revendications

1. Procédé pour générer une bande ou une tôle magnétique sans grains orientés, qui possède dans sa structure des précipitations de Fe-Zr-Si ternaires, le procédé comprenant les étapes de travail suivantes :

a) mise à disposition d'un feuillard laminé à chaud, lequel se compose d'un acier qui, outre du fer et des impuretés inévitables, contient (en % massiques)

Si: 2.0 - 4.5%,

Zr: 0.03 - 0.3%,

Al: jusqu'à 2.0%,

Mn: jusqu'à 1.0%,

C: jusqu'à 0.01%,

N: jusqu'à 0.01%,

S: jusqu'à 0.01%,

P: jusqu'à 0.015%;

b) laminage à froid du feuillard laminé à chaud en un feuillard laminé à froid et

c) recuit final du feuillard laminé à froid,

- le recuit final du feuillard laminé à froid étant réalisé en deux phases,

- le feuillard laminé à froid étant maintenu, dans la première phase du recuit final, à une température de recuit de 900 à 1100 °C pendant 1 à 300 s et, dans la deuxième phase du recuit final, à une température de recuit de 600 à 800 °C pendant 50 à 120 s et

- le feuillard laminé à froid étant refroidi, après la deuxième phase du recuit final, à une température inférieure à 100 °C.

2. Bande ou tôle magnétique sans grains orientés pour applications électrotechniques, des précipitations de Fe-Zr-Si ternaires étant présentes dans la structure de la bande ou tôle magnétique à l'état laminé à froid et après recuit final, caractérisée en ce qu'elle est fabriquée en appliquant le procédé selon la revendication 1.

3. Bande ou tôle magnétique sans grains orientés selon la revendication 2, caractérisée en ce que sa teneur en Si est au minimum égale à 2,5 % massiques.

4. Bande ou tôle magnétique sans grains orientés selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisée en ce que sa teneur en Si est au maximum égale à 3,5 % massiques.

5. Bande ou tôle magnétique sans grains orientés selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que sa teneur en Zr est au minimum égale à 0,08 % massique.

6. Bande ou tôle magnétique sans grains orientés selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que sa teneur en Zr est au maximum égale à 0,25 % massique.

7. Bande ou tôle magnétique sans grains orientés selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisée en ce que sa teneur en C est au maximum égale à 0,006 % massique.

8. Bande ou tôle magnétique sans grains orientés selon l'une des revendications 2 à 7, caractérisée en ce que sa teneur en N est au maximum égale à 0,006 % massique.

9. Bande ou tôle magnétique sans grains orientés selon l'une des revendications 2 à 8, caractérisée en ce que sa teneur en S est au maximum égale à 0,006 % massique.

10. Bande ou tôle magnétique sans grains orientés selon l'une des revendications 2 à 9, caractérisée en ce que sa perte par inversion magnétique P_1,0/400 à une polarisation de 1,0 Tesla et une fréquence de 400 Hz est au maximum de 65 W/kg pour une épaisseur de la bande ou de la tôle magnétique de 0,5 mm et au maximum de 45 W/kg pour une épaisseur de 0,3 mm.

Zeichnung