STAHLBAND ZUR HERSTELLUNG EINES NICHTKORNORIENTIERTEN ELEKTROBLECHS UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES SOLCHEN STAHLBANDES

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Stahlband zur Herstellung eines nichtkornorientierten Elektroblechs und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Stahlbandes.

[0002] Werkstoffe für Elektrobleche sind z. B. aus der DE 101 53 234 A1 oder DE 601 08 980 T2 bekannt. Sie bestehen meist aus einer Eisen-Silizium- oder Eisen-Silizium-Aluminium-Legierung, wobei nach kornorientierten (KO) und nichtkornorientierten (NO) Elektroblechen unterschieden wird und diese für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt werden. Aluminium und Silizium werden insbesondere hinzugegeben, um einen Festigkeitsanstieg und eine Dichtereduktion und insbesondere einen Anstieg des elektrischen Widerstandes bei möglichst unveränderter magnetischer Sättigungspolarisation zu erhalten.

[0003] Für Anwendungen im Elektromaschinenbau, bei denen der magnetische Fluss auf keine bestimmte Richtung festgelegt ist und deshalb gleich gute magnetische Eigenschaften in allen Richtungen verlangt werden, erzeugt man üblicherweise Elektroband mit möglichst isotropen Eigenschaften, welches als nichtkornorientiertes (NO-) Elektroband bezeichnet wird. Dieses wird schwerpunktmäßig in Generatoren, Elektromotoren, Schützen, Relais und Kleintransformatoren eingesetzt.

[0004] Die ideale Struktur (Gefügeaufbau) für ein nichtkornorientiertes (NO-) Elektroband ist ein polykristallines Gefüge mit Korngrößen zwischen 20 µm und 200 µm, wobei die Kristallite regellos in der Blechebene mit der Fläche (100) ausgerichtet sind. In der Praxis sind jedoch die magnetischen Eigenschaften von realem nichtkornorientierten Elektroband in der Blechebene in geringem Umfang von der Magnetisierungsrichtung abhängig. So betragen die Verlustunterschiede zwischen Längs- und Querrichtung max. 10 %. Die Ausprägung einer hinreichenden Isotropie der magnetischen Eigenschaften bei nichtkornorientiertem Elektroband wird wesentlich durch die Gestaltung des Fertigungsweges Warmumformung, Kaltumformung und Schlussglühung beeinflusst.
Nach dem bekannten Stand der Technik werden die magnetischen Eigenschaften beim Elektroband wesentlich durch einen hohen Reinheitsgrad, den Gehalt an Silizium und Aluminium (bis ca. 4 Massenanteile in %) und gezielter Zugabe anderer Legierungselemente, wie z. B. Mangan, Schwefel und Stickstoff, sowie durch Warmwalz-, Kaltwalz- und Glühprozesse bestimmt. Die gängigen Blechdicken liegen im Bereich deutlich unter 1 mm, z. B. bei 0,18 oder 0,35 mm.

[0005] Der aus der Offenlegungsschrift DE 101 53 234 A1 bekannte Werkstoff für ein nichtkornorientiertes Elektroblech, weist eine Legierungszusammensetzung in Gew.-% mit C <0,02%, Mn ≤1,2%, Si 0,1 - 4,4% und Al 0,1 -4,4% auf. Es werden verschiedene Herstellungsverfahren, wie z. B. Dünnbrammen- oder Dünnbandgießen beschrieben, mit denen ein Warmband mit höchstens 1,8mm Dicke erzeugt werden kann. Durch anschließendes Kaltwalzen lässt sich ein Band mit einer Dicke von bis zu 0,2 mm erreichen.

[0006] Die Patentschrift DE 603 06 365 T2 offenbart einen Werkstoff für ein nichtkornorientiertes Elektroblech in Gew.-%, bestehend aus bis zu etwa 6,5% Silizium, 5% Chrom, 0,05% Kohlenstoff, 3% Aluminium, 3% Mangan, Rest Eisen und Rückstände. Das Stahlband wird durch ein vertikales Dünnbandgießverfahren erzeugt, bei dem der flüssige Stahl in den Gießspalt zweier gegenläufig rotierender, innengekühlter Gießwalzen gegeben wird. Das gegossene Band kann dann warm- und kaltgewalzt werden, wobei Banddicken von unter 1 mm erreicht werden.

[0007] Aus der Offenlegungsschrift WO 2013/117184 A1 ist ein Warmband zur Herstellung eines nichtkornorientierten oder kornorientierten Elektroblechs bekannt, wobei das Warmband aus folgender Legierungszusammensetzung in Gew.-% besteht: C: 0,001 bis 0,08, Al: 4,8 bis 20, Si: 0,05 bis 10, B: bis zu 0,1, Zr: bis zu 0,1, Cr: 0,1 bis 4, Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen. Hergestellt wird das Warmband in der Weise, dass die Schmelze zunächst in einer horizontalen Bandgießanlage strömungsberuhigt und biegefrei zu einem Vorband im Bereich zwischen 6 und 30 mm vergossen und anschließend zu Warmband mit einem Umformgrad von mindestens 50 % gewalzt wird. Das Warmband kann anschließend auf eine Dicke von bis zu 0,150 mm kaltgewalzt werden.

[0008] Die bekannten Legierungen für ein nichtkornorientiertes Elektroblech weisen den Nachteil auf, dass die magnetischen Eigenschaften, insbesondere die Hystereseverluste, stark von der Frequenz und der Amplitude des Magnetisierungsstroms abhängig sind. Insbesondere steigen bei hohen Frequenzen und höheren Amplituden die Hystereseverluste deutlich an, was sich nachteilig gerade bei schnelllaufenden Motoren auswirkt.

[0009] Aus der Offenlegungsschrift JP 2015 224649 A D1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines warmgewalzten und nicht-orientierten Elektroblechs mit minimierten Sprödbrucheigenschaften während des Kaltwalzens bekannt. Das Elektroblech besteht aus einem Stahl mit folgender chemischer Zusammensetzung: C: 0,01% oder weniger; Si: 2,0 bis 7,0%; Al: 0,3 bis 10,0%; Mn: 0,2 bis 2,0%; P: 0,1% oder weniger; S: 0,005% oder weniger und von Ni: 0,1 bis 5% und/oder Cu: 0,1 bis 3%. Im Zuge der Herstellung des Elektroblechs erfolgt ein Fertigglühen mit einer Haltezeit von 10 Sekunden in einem Temperaturbereich von über 600 ° C und 700 ° C oder weniger und einem anschließenden Abkühlprozess mit einer Abkühlgeschwindigkeit von 60 ° C/s oder mehr auf mindestens 250° C. Ein Glühen des Warmbandes kann muss aber nicht vorgesehen werden. Bestimmte Gieß- und Warmwalzbedingungen sind nicht erforderlich.

[0010] In der weiteren japanischen Offenlegungsschrift JP 2008 223045 A ist ein nichtorientiertes elektromagnetisches Stahlblech beschrieben, dessen Festigkeit mit einer Alterungswärmebehandlung erhöht werden kann. Das Stahlblech weist eine Stahlzusammensetzung auf, die in Massen-% 0,02 oder weniger C; 0 bis 1 Si; 1 oder weniger; Mn: 0,2 oder weniger; P: 0,03 oder weniger; S: 2 bis 4; Al: 0,1 bis 2 Ni; mehr als 1 bis 3 Cu und der Rest Fe mit Verunreinigungen umfasst.

[0011] Die Offenlegungsschrift WO 00/75389 A1 beschreibt ein Stahlbauteil einer Festoxidbrennstoffzelle. Das Stahlbauteil soll eine gute Wärmebeständigkeit aufweisen und besonders für einen Einsatz in einer Umgebung mit oxidierender Atmosphäre geeignet sein. Für das Stahlbauteil wird folgende chemische Zusammensetzung in Gew.-% angegeben: Al: 5,0 - 10,0; Si: 0,1 - 3,8; Mn: ≤ 0,5; Cu: ≤ 0,23; Ni: ≤ 0,61; C: ≤ 0,02; P: ≤ 0,04; S: ≤ 0,04; Cr: ≤ 5,0 Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.

[0012] Es besteht deshalb ein Bedarf nach einem Stahlband aus einem nichtkornorientierten Werkstoff mit einem Legierungskonzept, welches die Verluste minimiert und diese auch bei hohen Frequenzen konstant niedrig hält.

[0013] Aufgabe der Erfindung ist es ein Stahlband zur Herstellung eines nichtkornorientierten Elektroblechs anzugeben, welches im Vergleich zu bekannten Elektroblechen deutlich verbesserte frequenzunabhängige magnetische Eigenschaften, insbesondere deutlich verringerte Hystereseverluste aufweist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Herstellungsverfahren für ein solches Stahlband anzugeben.

[0014] Das erfindungsgemäße Stahlband zur Herstellung eines nichtkornorientierten Elektroblechs weist folgende Legierungszusammensetzung in Gew.-% auf:

C: < 0,03

Al: 1 bis 12

Si: 0,3 bis 3,5

Mn: >0,25 bis 10

Cu: >0,05 bis 3,0

Ni: > 0,01 bis 5,0

Summe aus N, S und P: höchstens 0,07

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, mit optionaler Zugabe eines oder mehrere Elemente aus Cr, Mo, Zn und Sn, wobei ein Summengehalt von Cr und Mo optional 0,01 bis 0,5 Gew.-% und ein Summengehalt von Zn und Sn optional 0,01 bis 0,05 Gew.-% beträgt, wobei das Stahlband eine Isolationsschicht im Wesentlichen bestehend aus Al₂O₃ und/oder SiO₂ mit einer Dicke im Bereich von 10µm bis 100µm aufweist.

[0015] Mit den optionalen Zugaben von Chrom und Molybdän bzw. von Zink und Zinn kann weiterhin vorteilhaft der spezifische Volumenwiderstand des Werkstoffs beeinflusst werden.

[0016] Im Zusammenhang mit der Zusammensetzung der Isolationsschicht bedeutet im Wesentlichen, dass mindestens 50% der Isolationsschicht aus Al₂O₃ oder SiO₂ oder der Summe der beiden vorgenannten Bestandteile bestehen.

[0017] Vorzugsweise ist die Dicke der Isolationsschicht im Bereich von 20µm bis 100µm und besonders vorzugsweise im Bereich von 20µm bis 50µm.

[0018] Das Stahlband mit der erfindungsgemäßen Legierungszusammensetzung zeichnet sich durch deutlich reduzierte Hystereseverluste sowie eine weitgehende

[0019] Unabhängigkeit der magnetischen Eigenschaften von der Frequenz des Magnetisierungsstroms. Dadurch kann der Einsatzbereich dieses Werkstoffs unter energetischen und wirtschaftlichen Aspekten deutlich vergrößert werden, insbesondere für schnelllaufende Elektromotoren und bei hohen Frequenzen des Magnetisierungsstroms.

[0020] Insbesondere der mit max. 12% hohe Al-Gehalt bewirkt eine deutliche Erhöhung des elektrischen Widerstands und eine entsprechende Verringerung der Ummagnetisierungsverluste.

[0021] Durch die Zugabe von Aluminium von bis zu 12 Gew.-% wird zudem die spezifische Dichte des Stahls verringert, was sich positiv auf das Gewicht von sich drehenden Motorenteilen und die entstehenden Fliehkräfte gerade bei hohen Drehfrequenzen auswirkt.

[0022] Zudem wird durch Al-haltige Ausscheidungen im Stahl die Festigkeit deutlich gesteigert. Um entsprechende Effekte zu erzielen, wird der Mindestgehalt an Aluminium auf 1 Gew.-% festgelegt. Höhere Al-Gehalte als 12 Gew.-% können jedoch durch Bildung geordneter Phasen zu Schwierigkeiten beim Kaltwalzen führen. Vorteilhaft sind daher Al-Gehalte von bis zu 10 Gew.-% einzuhalten.

[0023] Obwohl das Warmband gemäß Patentanspruch 16 bei Temperaturen oberhalb von 1000°C oder höher warmgewalzt wird, ist ein sehr hoher Verzunderungsschutz vorhanden. Durch die außergewöhnlich hohen Gehalte an Al von bis zu 12 Gew.-% bzw. Si von bis zu 3,5 Gew.-% bildet sich auf der Oberfläche des erwärmten Bleches eine dichte, intrinsisch ausgebildete Isolationsschicht im Wesentlichen bestehend aus Al₂O₃ und/oder SiO₂ aus, die eine Verzunderung des Eisens im Stahl wirksam verringert bzw. sogar vollständig hemmt. Die Dicke der Schicht kann zudem vorteilhaft durch die Temperatur und die Zeitspanne der Glühung, insbesondere der abschließenden Glühung des Stahlbandes, worunter meist ein Kaltband zu verstehen ist, beeinflusst werden. Dabei nimmt mit zunehmender Temperatur und Zeitspanne der Glühung die Dicke der Schicht zu. In vorteilhafter Weise wird eine Schichtdicke von mindestens 10µm, bevorzugt von mindestens 20µm, erzielt. Allerdings sollte diese Zunderschicht eine Dicke von 100 µm, besser 50µm, nicht überschreiten, damit die Schicht wegen der mit zunehmender Dicke ebenfalls zunehmenden Sprödigkeit, die Walzbarkeit durch abplatzenden Zunder nicht negativ beeinflusst.

[0024] Dadurch, dass diese Schicht in der weiteren Prozessierung des Bandes erhalten bleibt und elektrisch isolierend wirkt, kann eine zusätzliche Isolationsschicht zwischen den Blechlamellen des Lamellenpakets ggfs. eingespart oder deutlich verringert werden. Hierdurch kann ansonsten notwendiges Isolationsmaterial eingespart werden, was Kosten und das Bauteilgewicht reduziert.

[0025] Eine Zugabe von Si bewirkt eine Steigerung des elektrischen Widerstandes. Um einen Effekt zu erzielen, ist erfindungsgemäß ein Mindestgehalt von 0,3 Gew.-% erforderlich. Bei Gehalten von mehr als 3,5 Gew.-% Si verringert sich die Kaltwalzbarkeit, da der Werkstoff zunehmend spröder wird und sich vermehrt Kantenrisse am Stahlband zeigen. Vorteilhaft werden daher Gehalte von 1,0 bis 3,0 Gew.-% und bevorzugt von 1,5 bis 2,5 Gew.-% eingestellt. Die Zugabe von Si und Al stellt dabei in den ausgewählten Legierungselementgehalten eine optimale Kombination aus Erhöhung des elektrischen Widerstandes und Verringerung der magnetischen Sättigungspolarisation dar.

[0026] Der Gehalt an Kohlenstoff sollte so gering wie möglich gehalten werden, um ein magnetisches Altern, welches durch Carbid-Ausscheidungen verursacht wird, im fertigen Stahlband zu verhindern. Niedrige Kohlenstoffgehalte führen zu einer Verbesserung der magnetischen Eigenschaften, da weniger Fehlstellen im Material auftreten, die beispielsweise durch die Kohlenstoffatome und Karbide verursacht werden. Als günstig haben sich Kohlenstoffgehalte von maximal 0,03 Gew.-% ergeben.

[0027] In den erfindungsgemäßen Stählen ist Mangan in einer Menge von mehr als 0,25 bis zu 10 Gew.-% enthalten. Mangan erhöht den spezifischen Volumenwiderstand. Um einen entsprechenden Effekt zu erzeugen, sollten mehr als 0,25 Gew.-% Mangan im Stahl enthalten sein. Um eine problemlose Weiterverarbeitung durch Warm- und Kaltwalzen sicherzustellen, sollte der Mangangehalt wegen der Bildung spröder Phasen nicht über 10 Gew.-% liegen. Dabei hängt eine negative Wirkung von Mn für die Walzbarkeit komplex von der Summe der Elemente Al, Si und Mn ab. Vorteilhaft sollte ein Summengehalt aus Mn+Al+Si von kleiner gleich 20 Gew.-% als Obergrenze für die Walzbarkeit eingehalten werden.

[0028] Eine Zugabe von Kupfer erhöht ebenfalls den spezifischen Volumenwiderstand. Um einen entsprechenden Effekt zu erzielen, sollte der Cu-Gehalt mehr als 0,05 Gew.-% betragen. Es sollte nicht mehr als 3 Gew.-% Cu dem Stahl zulegiert werden, da ansonsten durch sich bildende Ausscheidungen auf den Korngrenzen die Walzbarkeit verschlechtert wird und möglicherweise Lotrissigkeit beim Warmwalzen auftreten kann.

[0029] Die Zugabe von Nickel wirkt sich positiv im Hinblick auf eine Reduzierung der Ummagnetisierungsverluste aus. Um einen entsprechenden Effekt zu erreichen, sollte der Mindestgehalt bei oberhalb von 0,01 Gew.-% liegen, aber da Nickel ein sehr teures Element ist, sollte aus wirtschaftlichen Gründen ein maximaler Wert von 5,0 Gew.-% nicht überschritten werden. Vorzugsweise liegt der Gehalt an Nickel zwischen 0,01 und 3,0 Gew.-%.

[0030] Unter Berücksichtigung einer guten Warm- und Kaltwalzbarkeit haben sich die folgenden Legierungsvarianten als besonders günstig herausgestellt (Gew.-%):

Al: 1 bis 6

Si: 0,5 bis 1

Mn: >1,0 bis 7

Cu: >0,1 bis 2,0

Ni: > 0,1 bis 3,0

oder

Al: >6 bis 10

Si: 0,5 bis 0,8

Mn: >0,5 bis 3

Cu: >0,1 bis 2,5

Ni: > 0,1 bis 2,5

oder

Al: >6 bis 10

Si: 0,3 bis 0,5

Mn: >0,5 bis 2

Cu: >0,1 bis 0,5

Ni: > 0,1 bis 2,5

[0031] Erfindungsgemäß lassen sich mit diesen Legierungszusammensetzungen Stahlbänder mit ähnlichen elektromagnetischen Eigenschaften mit einer spezifischen Dichte von 6,40 bis 7,30 g/cm³ erzeugen, um die Anforderungen an ein möglichst geringes spezifisches Gewicht des Stahlbandes zu erfüllen.

[0032] Die mechanischen Eigenschaften lassen sich erfindungsgemäß durch die unterschiedlichen Legierungskonzepte ebenfalls in einem weiten Spektrum variieren. Erfindungsgemäße Stahlbänder weisen eine Festigkeit Rm von 450 bis 690 MPa, eine Streckgrenze Rp0,2 von 310 bis 550 MPa und eine Dehnung A80 von 5 bis 30 % auf.

[0033] Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Stahlbandes umfasst die Schritte:

• Erschmelzen einer Stahlschmelze mit einer vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Legierungszusammensetzung,
• Vergießen der Stahlschmelze zu einem Vorband mittels eines endabmessungsnahen horizontalen oder vertikalen Bandgießverfahrens oder Vergießen der Stahlschmelze zu einer Bramme oder Dünnbramme mittels eines horizontalen oder vertikalen Brammen- oder Dünnbrammengießverfahrens,
• Wiedererwärmen der Bramme oder Dünnbramme auf 1050 °C bis 1250 °C und anschließendes Warmwalzen der Bramme oder Dünnbramme zu einem Warmband oder Wiedererwärmen des endabmessungsnah erzeugten Vorbandes auf 1000 °C bis 1100 °C und anschließendes Warmwalzen des Vorbandes zu einem Warmband oder Warmwalzen des Vorbandes ohne Wiedererwärmen aus der Gießhitze zu einem Warmband mit optionalem Zwischenerwärmen zwischen den einzelnen Walzstichen des Warmwalzens,
• Aufhaspeln des Warmbandes bei einer Haspeltemperatur zwischen 850 °C und Raumtemperatur,
• Optionales Glühen des Warmbandes mit folgenden Parametern:
  Glühtemperatur: 550 bis 800°C Glühdauer: 20 bis 80 min, anschließende Abkühlung an Luft
• Ein- oder mehrstufiges Fertigwalzen des Warmbandes oder des endabmessungsnah erzeugten Vorbandes mit einer Dicke von kleiner 3 mm zu Stahlband mit einer Enddicke von minimal 0,10mm.
• anschließendes Glühen des Stahlbandes mit folgenden Parametern:
  Glühtemperatur: 900 bis 1080 °C, Glühdauer: 10 bis 60 Sekunden mit anschließender Abkühlung an Luft zum Einstellen einer Isolationsschicht im Wesentlichen bestehend aus Al₂O₃ und/oder SiO₂ auf dem Stahlband mit einer Dicke im Bereich von 10µm bis 100µm, vorzugsweise im Bereich von 20µm bis 100µm, besonders vorzugsweise von im Bereich 20µm bis 50µm, hierdurch.

[0034] Wenngleich im Grundsatz alle herkömmlichen Stahlherstellungsverfahren (zum Beispiel Stranggießen, Dünnbrammengießen oder Dünnbandgießen) für die Herstellung eines Stahlbandes aus der erfindungsgemäßen Legierungszusammensetzung geeignet sind, hat sich bei der Stahlherstellung schwieriger herzustellender Legierungsvarianten, insbesondere bei erhöhten Gehalten an Mangan, Aluminium und Silizium, die Erzeugung des Stahlbandes in einer horizontalen Bandgießanlage bewährt, bei der die Schmelze strömungsberuhigt und biegefrei zu einem Vorband im Bereich zwischen 6 und 30 mm Dicke vergossen und anschließend zu Warmband mit einem Umformungsgrad von mindestens 50% in Dicken von etwa 0,9 bis 6,0 mm gewalzt wird.

[0035] Für den einzuhaltenden Mindestdickenreduktionsgrad beim Warmwalzen hat sich gezeigt, dass dieser mit steigendem Al-Gehalt ebenfalls erhöht werden sollte. So sind abhängig von der zu erreichenden Endbanddicke und vom Al-Gehalt Reduktionsgrade von mehr als 50, 70 oder sogar mehr als 90% einzuhalten, um eine gemischte Struktur aus geordneten und ungeordneten Phasen zu erreichen. Der hohe Reduktionsgrad ist auch notwendig, um die Gefügestruktur besonders bei Hoch-AI-Legierungen zu zerstören und damit die Körner zu verkleinern (Kornfeinung). Höhere Al-Gehalte erfordern deshalb entsprechend höhere Reduktionsgrade.

[0036] Der Vorteil des vorgeschlagenen Verfahrens ist ebenfalls darin zu sehen, dass bei Verwendung einer horizontalen Bandgießanlage Makroseigerungen und Lunker aufgrund sehr homogener Abkühlbedingungen in der horizontalen Bandgießanlage weitgehend vermieden werden können.

[0037] Verfahrenstechnisch wird für den Bandgießprozess vorgeschlagen, die Strömungsberuhigung dadurch zu erreichen, dass eine ein synchron oder mit optimaler Relativ-geschwindigkeit zum Band mitlaufendes Feld erzeugende mitlaufende elektromagnetische Bremse eingesetzt wird, die dafür sorgt, dass im Idealfall die Geschwindigkeit des Schmelzenzulaufs gleich der Geschwindigkeit des umlaufenden Förderbandes ist. Die als nachteilig angesehene Biegung während der Erstarrung wird dadurch vermieden, dass die Unterseite des die Schmelze aufnehmenden Gießbandes sich auf einer Vielzahl von nebeneinander liegenden Rollen abstützt. Verstärkt wird die Abstützung in der Weise, dass im Bereich des Gießbandes ein Unterdruck erzeugt wird, so dass das Gießband fest auf die Rollen gedrückt wird. Zusätzlich erstarrt die Al-reiche bzw. Si-reiche Schmelze in einer fast sauerstofffreien Gießatmosphäre.

[0038] Um diese Bedingungen während der kritischen Phase der Erstarrung aufrecht zu erhalten, wird die Länge des Förderbandes so gewählt, dass am Ende des Förderbandes vor dessen Umlenkung das Vorband weitestgehend durcherstarrt ist.

[0039] Am Ende des Förderbandes schließt sich eine Homogenisierungszone an, die für einen Temperaturausgleich und möglichen Spannungsabbau genutzt wird.

[0040] Das Walzen des Vorbandes zu Warmband kann entweder in-line oder separat off-line erfolgen. Vor dem off-line-Walzen kann das Vorband nach der Herstellung vor dem Abkühlen entweder direkt warm gehaspelt oder zu Tafeln geschnitten werden. Das Band- oder Tafelmaterial wird dann nach einer eventuellen Abkühlung wiedererwärmt und für das Off-line-Walzen abgewickelt bzw. als Tafel wiedererwärmt und gewalzt.

[0041] Das Walzen des Warmbandes auf Enddicke kann mittels klassischen Kaltwalzens bei Raumtemperatur oder erfindungsgemäß besonders vorteilhaft bei erhöhter Temperatur deutlich oberhalb der der Raumtemperatur durchgeführt werden.

[0042] Da dieses Walzverfahren nicht dem klassischen Kaltwalzen bei Raumtemperatur entspricht, wird nachfolgend der Begriff "Fertigwalzen" verwendet, wenn ein Warmband bei erhöhter Temperatur mit der geforderten Enddicke fertiggewalzt wird. Ein Vorteil des Fertigwalzens bei erhöhter Temperatur liegt darin, dass hierdurch eine mögliche Neigung zu Kantenrissen beim Walzen deutlich verringert werden kann. Des Weiteren ist es dadurch möglich, die elektromagnetischen Eigenschaften in einem weiten Feld zu beeinflussen, zum Beispiel über die Korngröße, Domänengrößenverteilung und Blochwandstabilisierung.

[0043] Als günstig hat sich erwiesen, wenn das Warmband auf einen Temperaturbereich von 350 bis 570 °C, bevorzugt 350 bis 520 °C, aufgewärmt und bei dieser Temperatur auf die vorgesehene Enddicke fertiggewalzt wird.

[0044] Bei einem mehrstufigen Fertigwalzen hat sich eine Wiedererwärmung zwischen den Walzschritten auf eine Temperatur von 600 bis 800 °C bei einer Haltezeit von 20 min bis 80 min bewährt, wobei anschließend eine Abkühlung auf Fertigwalztemperatur erfolgt.

[0045] Abhängig von der konkreten Legierungszusammensetzung haben sich mehrere vorteilhafte Erzeugungswege herausgestellt, um ein erfindungsgemäßes Stahlband zu erzeugen, siehe Figur 1. In dieser Figur werden drei vorteilhafte Erzeugungswege dargestellt.

[0046] Hierin bedeuten:

T_HR: Warmwalzen bei Temperaturen zwischen 1000 bis 1150 °C,

CR: Kaltwalzen,

T₁, T_2C, T_3C: Schlussglühung für alle Route (900 bis 1080 °C, 10-60 s, Luftabkühlen),

T_2A, T_2B, T_3A, T_3B: Zwischenglühen für Route 2 und 3 (550 bis 800 °C, 20 bis 80 min),

T_R: Fertigwalzen für Route 3 bei erhöhten Temperaturen von 350 bis 570 °C

[0047] Gemäß Route 1 wird das Warmband bei Raumtemperatur auf die geforderte Enddicke fertiggewalzt.

[0048] Sollte die Legierung zu fest für ein klassisches Kaltwalzen bei Raumtemperatur sein, kann ein zwei-stufiges Kaltwalzen gemäß Route 2 genutzt werden, indem zunächst mit einem Dickenreduktionsgrad von bis zu 60 % bei Raumtemperatur auf die gewünschte Enddicke gewalzt wird, danach in einem Temperaturbereich von 550 bis 650 °C für 40 bis 60 min ausgelagert, und danach die restlichen 40 % der gewünschten Enddicke wiederum durch Kaltwalzen erreicht wird.

[0049] Ein Werkstoff insbesondere mit erhöhtem Al-Gehalt größer 6 Gew.-% oder Al+Si in Summe größer als 6 Gew.-%, der Kantenrisse nach dem ersten Kaltwalzen aufweist, kann gemäß Route 3 durch Fertigwalzen bei erhöhter Temperatur erzeugt werden. Nach Erwärmen in einem Temperaturbereich von 350 bis 600 °C, bevorzugt 350 bis 520 °C, wird gewalzt, und dann iterativ wiedererwärmt im vorgenannten Temperaturbereich für je 2-5 min zwischen den Walzschritten und fertiggewalzt bis die gewünschte Enddicke erreicht ist.

[0050] Nachfolgend werden einige Ergebnisse an erfindungsgemäßen Legierungen beschrieben.

[0051] Untersucht wurden Legierungen entsprechend Tabelle 1, wobei nur die wesentlichen Elemente bestimmt wurden. Die Legierungen 13, 17 und 22 sind erfindungsgemäß und wurden im Vergleich zum nicht erfindungsgemäßen Referenzmaterial Ref1 untersucht.

Tabelle 1

Legierung	Al	Si	Mn	Cu	Ni	P	S	C
		Gew.- %
13	9,90	0,45	0,97	0,98	0,02	0,003	0,003	0,012
17	7,90	0,53	1,91	0,20	0,02	0,003	0,003	0,024
22	6,10	0,49	2,04	2,10	0,02	0,055	0,003	0,005
Refl	1,90	1,93	-	-	-	0,004	0,003	0,001

[0052] Tabelle 2 zeigt die mechanischen Eigenschaften der Legierungen und die ermittelte spezifische Dichte der Werkstoffe. Neben unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften lassen sich auch Werkstoffe mit unterschiedlichen spezifischen Dichten erzeugen, sodass vielfältige Anforderungen an die erfindungsgemäßen Werkstoffe realisiert werden können.

Tabelle 2

Mechanische Eigenschaften; 0,7 mm Dicke
Legierung	Rp0,2	Rm	A80	Dichte
	[N/mm2]		[%]	[kg/dm3]
13	679	688	2	6,8
17	570	635	6	6,9
22	560	600	1,6	7,1
Ref1	500	600	15,0	7,6

[0053] Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse zur Messung der Frequenzabhängigkeit der magnetischen Flussdichte B_max an Stahlblechen mit einer Dicke von 0,7 mm der untersuchten Legierungen. Die Messungen wurden bei Frequenzen f von 50, 200, 400, 750 und 1000 Hz durchgeführt. Die Ergebnisse belegen eindrucksvoll die weitgehende Frequenzunabhängigkeit der magnetischen Flussdichte und damit die Hystereseverluste in einem periodischen Wechselfeld.

Tabelle 3

Frequenzabhängigkeit (f = 50-1000 Hz); 0,7mm Dicke
f [Hz]	50	200	400	750	1000
Legierung	Bmax [T]
13	1,38	1,39	1,39	1,39	1,39
17	1,44	1,44	1,44	1,44	1,44
22	1,44	1,44	1,45	1,45	1,45

Ansprüche

1. Stahlband zur Herstellung eines nichtkornorientierten Elektroblechs, insbesondere hergestellt nach einem Verfahren der Ansprüche 8 bis 11, bestehend aus folgender Legierungszusammensetzung in Gew.-%:

C: ≤ 0,03

Al: 1 bis 12, vorzugsweise von max. 10

Si: 0,3 bis 3,5, vorzugsweise von 1,0 bis 3,0, besonders vorzugsweise von 1,5 bis 2,5

Mn: >0,25 bis 10

Cu: >0,05 bis 3,0

Ni: > 0,01 bis 5,0, vorzugsweise von max. 3,0

Summe aus N, S und P: höchstens 0,07

Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen, mit optionaler Zugabe eines oder mehrerer Elemente aus Cr, Mo, Zn und Sn, wobei ein Summengehalt von Cr und Mo optional 0,01 bis 0,5 Gew.-% und ein Summengehalt von Zn und Sn optional 0,01 bis 0,05 Gew.-% beträgt, wobei das Stahlband eine Isolationsschicht im Wesentlichen bestehend aus Al₂O₃ und/oder SiO₂ mit einer Dicke im Bereich von 10µm bis 100µm aufweist.

2. Stahlband nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Dicke der Isolationsschicht im Bereich von 20µm bis 100µm, vorzugsweise von 20µm bis 50µm.

3. Stahlband nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen maximalen Summengehalt von Mn und Al von 20 Gew.-%.

4. Stahlband nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch folgende Legierungszusammensetzung in Gew.-%:

Al: 1 bis 6

Si: 0,5 bis 1

Mn: >1,0 bis 7

Cu: >0,1 bis 2,0

Ni: > 0,1 bis 3,0

5. Stahlband nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgende Legierungszusammensetzung in Gew.-%:

Al: >6 bis 10

Si: 0,5 bis 0,8, vorzugsweise 0,3 bis 0,5

Mn: >0,5 bis 3, vorzugsweise >0,5 bis 2

Cu: >0,1 bis 2,5, vorzugsweise >0,1 bis 0,5

Ni: > 0,1 bis 2,5

6. Stahlband nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweisend eine spezifische Dichte von 6,40 bis 7,30 g/cm³.

7. Stahlband nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweisend eine Festigkeit Rm von 450 bis 690 MPa, eine Streckgrenze Rp0,2 von 310 bis 550 MPa und eine Dehnung A80 von 5 bis 30 %.

8. Verfahren zur Herstellung eines Stahlbandes zur Herstellung eines nichtkornorientierten Elektroblechs, umfassend die Schritte:

- Erschmelzen einer Stahlschmelze aus einem Stahl nach mindestens einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 7,

- Vergießen der Stahlschmelze zu einem Vorband mittels eines endabmessungsnahen horizontalen oder vertikalen Bandgießverfahrens oder Vergießen der Stahlschmelze zu einer Bramme oder Dünnbramme mittels eines horizontalen oder vertikalen Brammen- oder Dünnbrammengießverfahrens,

- Wiedererwärmen der Bramme oder Dünnbramme auf 1050 °C bis 1250 °C und anschließendes Warmwalzen der Bramme oder Dünnbramme zu einem Warmband oder Wiedererwärmen des endabmessungsnah erzeugten Vorbandes auf 1000 °C bis 1100 °C und anschließendes Warmwalzen des Vorbandes zu einem Warmband oder Warmwalzen des Vorbandes ohne Wiedererwärmen aus der Gießhitze zu einem Warmband mit optionalem Zwischenerwärmen zwischen einzelnen Walzstichen des Warmwalzens,

- Aufhaspeln des Warmbandes bei einer Haspeltemperatur zwischen 850 °C und Raumtemperatur,

- Optionales Glühen des Warmbandes mit folgenden Parametern:
Glühtemperatur: 550 °C bis 800 °C, Glühdauer: 20 bis 80 min, anschließende Abkühlung an Luft,

- Ein- oder mehrstufiges Fertigwalzen des Warmbandes oder des endabmessungsnah erzeugten Vorbandes mit einer Dicke von kleiner 3 mm zu Stahlband mit einer Enddicke von minimal 0,10mm.

- anschließendes Glühen des Stahlbandes mit folgenden Parametern:
Glühtemperatur: 900 bis 1080 °C, Glühdauer: 10 bis 60 Sekunden mit anschließender Abkühlung an Luft zum Einstellen einer Isolationsschicht im Wesentlichen bestehend aus Al₂O₃ und/oder SiO₂ auf dem Stahlband mit einer Dicke im Bereich von 10µm bis 100µm, vorzugsweise im Bereich von 20µm bis 100µm, besonders vorzugsweise im Bereich von 20µm bis 50µm.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmband vor dem Fertigwalzen auf eine Temperatur oberhalb der Raumtemperatur aufgewärmt und bei dieser Temperatur auf die vorgesehene Enddicke fertiggewalzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Warmband vor dem Fertigwalzen auf eine Temperatur von 350 bis 570 °C, insbesondere von 350 bis 520 °C, aufgewärmt und bei dieser Temperatur auf die vorgesehene Enddicke fertiggewalzt wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem mehrstufigen Fertigwalzen zwischen den Walzschritten eine Wiedererwärmung auf eine Temperatur von 600 bis 800 °C erfolgt und anschließend eine Abkühlung auf Walztemperatur erfolgt.

Claims

1. Steel strip for producing a non-grain-oriented electrical sheet, in particular produced according to a method as claimed in claims 8 to 11, consisting of the following alloy composition in wt.%:

C: ≤ 0.03

Al: 1 to 12, preferably a maximum of 10

Si: 0.3 to 3.5, preferably from 1.0 to 3.0, particularly preferably from 1.5 to 2.5

Mn: > 0.25 to 10

Cu: > 0.05 to 3.0

Ni: > 0.01 to 5.0, preferably a maximum of 3.0

a total of N, S and P: at most 0.07,

with the remainder being iron and melting-induced impurities, with the optional addition of one or a plurality of elements out of Cr, Mo, Zn and Sn, wherein a total content of Cr and Mo is optionally 0.01 to 0.5 wt.% and a total content of Zn and Sn is optionally 0.01 to 0.05 wt.%, wherein the steel strip has an insulation layer substantially consisting of Al₂O₃ and/or SiO₂ having a thickness in the range of 10 µm to 100 µm.

2. Steel strip as claimed in claim 1, characterised by the thickness of the insulation layer in the range of 20 µm to 100 µm, preferably 20 µm to 50 µm.

3. Steel strip as claimed in claim 1 or 2, characterised by a maximum total content of Mn and Al of 20 wt.%.

4. Steel strip as claimed in at least one of claims 1 to 3, characterised by the following alloy composition in wt.%:

Al: 1 to 6

Si: 0.5 to 1

Mn: > 1.0 to 7

Cu: > 0.1 to 2.0

Ni: > 0.1 to 3.0.

5. Steel strip as claimed in at least one of claims 1 to 4, characterised by the following alloy composition in wt.%:

Al: > 6 to 10

Si: 0.5 to 0.8, preferably 0.3 to 0.5

Mn: > 0.5 to 3, preferably > 0.5 to 2

Cu: > 0.1 to 2.5, preferably > 0.1 to 0.5

Ni: > 0.1 to 2.5.

6. Steel strip as claimed in at least one of claims 1 to 5, having a specific density of 6.40 to 7.30 g/cm³.

7. Steel strip as claimed in at least one of claims 1 to 6, having a strength Rm of 450 to 690 MPa, a yield strength Rp0.2 of 310 to 550 MPa and an elongation A80 of 5 to 30%.

8. Method for producing a steel strip for producing a non-grain-oriented electrical sheet, comprising the steps of:

- melting a steel melt made from a steel as claimed in at least one of the previously stated claims 1 to 7,

- casting the steel melt to form a pre-strip by means of a horizontal or vertical strip casting method approximating a final dimension or casting the steel melt to form a slab or thin slab by means of a horizontal or vertical slab or thin slab casting method,

- re-heating the slab or thin slab to 1050°C to 1250°C and subsequently hot-rolling the slab or thin slab to form a hot strip or re-heating the pre-strip, produced approximating a final dimension, to 1000°C to 1100°C and subsequently hot-rolling the pre-strip to form a hot strip or hot-rolling the pre-strip without re-heating from the casting heat to form a hot strip with optional intermediate heating between individual rolling passes of the hot-rolling,

- reeling the hot strip at a reeling temperature between 850°C and room temperature,

- optionally annealing the hot strip with the following parameters:
annealing temperature: 550°C to 800°C, annealing duration: 20 to 80 min., subsequent cooling in air,

- single or multi-stage finish-rolling of the hot strip or the pre-strip, produced approximating a final dimension, having a thickness of less than 3 mm to form a steel strip having a minimum final thickness of 0.10 mm,

- subsequently annealing the steel strip with the following parameters:
annealing temperature: 900°C to 1080°C, annealing duration: 10 to 60 seconds with subsequent cooling in air to adjust an insulation layer substantially consisting of Al₂O₃ and/or SiO₂ on the steel strip having a thickness in the range of 10 µm to 100 µm, preferably in the range of 20 µm to 100 µm, particularly preferably in the range of 20 µm to 50 µm.

9. Method as claimed in claim 8, characterised in that prior to the finish-rolling, the hot strip is heated to a temperature above room temperature and is finish-rolled at this temperature to the designated final thickness.

10. Method as claimed in claim 9, characterised in that prior to the finish-rolling, the hot strip is heated to a temperature of 350 to 570°C, in particular 350 to 520°C and is finish-rolled at this temperature to the designated final thickness.

11. Method as claimed in claims 8 to 10, characterised in that in a multi-stage finish-rolling procedure, between rolling steps, re-heating to a temperature of 600 to 800°C is effected and subsequently cooling to rolling temperature is effected.

Revendications

1. Bande d'acier destinée à la production d'une tôle électrique à grains non orientés, en particulier produite par un procédé selon les revendications 8 à 11, ladite bande ayant la composition d'alliage suivante en % en poids :

C : ≤ 0,03

Al : 1 à 12, de préférence de 10 maximum

Si : 0,3 à 3,5, de préférence de 1,0 à 3,0, de manière particulièrement préférée de 1,5 à 2,5

Mn : >0,25 à 10

Cu : >0,05 à 3,0

Ni : >0,01 à 5,0, de préférence de 3,0 maximum

Somme de N, S et P : au plus 0,07

le reste est du fer et des impuretés du processus de fusion, avec ajout éventuel d'un ou de plusieurs éléments parmi Cr, Mo, Zn et Sn, la teneur totale en Cr et Mo étant éventuellement de 0,01 à 0,5 % en poids et la teneur totale en Zn et Sn étant éventuellement de 0 0,01 à 0,05% en poids, la bande d'acier comportant une couche isolante comprenant sensiblement Al₂O₃ et/ou SiO₂ avec une épaisseur de 10 µm à 100 µm.

2. Bande d'acier selon la revendication 1, caractérisée par l'épaisseur de la couche isolante dans la gamme de 20 µm à 100 µm, de préférence de 20 µm à 50 µm.

3. Bande d'acier selon la revendication 1 ou 2, caractérisée par une teneur totale maximale en Mn et Al de 20 % en poids.

4. Bande d'acier selon l'une au moins des revendications 1 à 3, caractérisée par la composition d'alliage suivante en % en poids :

Al : 1 à 6

Si : 0,5 à 1

Mn : >1,0 à 7

Cu : >0,1 à 2,0

Ni : >0,1 à 3,0.

5. Bande d'acier selon l'une au moins des revendications 1 à 4, caractérisée par la composition d'alliage suivante en % en poids :

Al : >6 à 10

Si : 0,5 à 0,8, de préférence 0,3 à 0,5

Mn : >0,5 à 3, de préférence >0,5 à 2

Cu : >0,1 à 2,5, de préférence > 0,1 à 0,5

Ni : > 0,1 à 2,5.

6. Bande d'acier selon l'une au moins des revendications 1 à 5 ayant une densité spécifique de 6,40 à 7,30 g/cm³.

7. Bande d'acier selon l'une au moins des revendications 1 à 6 ayant une résistance Rm de 450 à 690 MPa, une limite élastique Rp0,2 de 310 à 550 MPa et un allongement A80 de 5 à 30 %.

8. Procédé de production d'une bande d'acier destinée à la production d'une tôle électrique non à grains orientés, le procédé comprenant les étapes suivantes :

- obtenir un acier liquide à partir d'un acier selon l'une au moins des revendications 1 à 7 précédentes,

- couler l'acier liquide pour obtenir une pré-bande à l'aide d'un procédé de coulée en bande horizontale ou verticale proche de la dimension finale ou couler l'acier liquide pour obtenir une brame ou une brame mince à l'aide d'un procédé de coulée en brame ou brame mince horizontale ou verticale,

- réchauffer la brame ou la brame mince jusqu'à atteindre une température de 1050 °C à 1250 °C puis laminer à chaud la brame ou la brame mince pour obtenir une bande laminée à chaud ou réchauffer la pré-bande produite proche de la dimension finale à une température de 1000 °C à 1100 °C puis laminer à chaud la pré-bande pour obtenir une bande laminée à chaud ou laminer à chaud la pré-bande sans réchauffage à partir de la chaleur de coulée pour obtenir une bande laminée à chaud avec chauffage intermédiaire optionnel entre les passes de laminage individuelles du laminage à chaud,

- bobiner la bande laminée à chaud à une température de bobinage comprise entre 850 °C et la température ambiante,

- recuire éventuellement la bande laminée à chaud avec les paramètres suivants :
température de recuit : 550 °C à 800 °C, durée de recuit : 20 à 80 min, refroidissement ultérieur à l'air,

- effectuer un laminage final en une ou plusieurs étapes de la bande laminée à chaud ou de la pré-bande produite proche de la dimension finale avec une épaisseur inférieure à 3 mm pour obtenir une bande d'acier avec une épaisseur finale de 0,10 mm minimum,

- puis recuire la bande d'acier avec les paramètres suivants :
température de recuit: 900 à 1080 °C, durée de recuit: 10 à 60 secondes avec refroidissement ultérieur à l'air pour fixer une couche isolante comprenant sensiblement Al₂O₃ et/ou SiO₂ sur la bande d'acier avec une épaisseur dans la gamme de 10 µm à 100 µm, de préférence dans la gamme de 20 µm à 100 µm, de manière particulièrement préférée dans la gamme de 20 µm à 50 µm.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que la bande laminée à chaud est chauffée à une température supérieure à la température ambiante avant d'effectuer le laminage final et est soumise, à cette température, à un laminage final à l'épaisseur finale prévue.

10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la bande laminée à chaud est chauffée à une température de 350 à 570 °C, en particulier de 350 à 520 °C, avant d'effectuer le laminage final et est soumise, à cette température, à un laminage final à l'épaisseur finale prévue.

11. Procédé selon les revendications 8 à 10, caractérisé en ce qu'un réchauffage à une température de 600 à 800 °C puis un refroidissement à la température de laminage sont effectués lors d'un laminage final à plusieurs étapes entre les étapes de laminage.

Zeichnung