VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES BANDES AUS EINER COFE-LEGIERUNG, UND EIN DAS BAND ENTHALTENDES HALBZEUG Die Erfindung betrifft ein Halbzeug, insbesondere ein Halbzeug mit zumindest einem Band aus einer CoFe-Legierung und Verfahren zum Herstellen einer CoFe- Legierung.

Weichmagnetische Kobalt-Eisen-Legierungen (CoFe) mit einem Co-Gehalt von 49% werden aufgrund ihrer hohen Sättigungspolarisation verwendet. Eine CoFe- Legierungsklasse weist eine Zusammensetzung von 49 Gew.-% Fe, 49 Gew.-% Co und 2 % V auf, die ferner Zusätze von Ni, Nb, Zr, Ta oder B enthalten kann. Bei einer solchen Zusammensetzung wird eine Sättigungspolarisation von etwa 2,3 T erreicht bei gleichzeitig ausreichend hohem elektrischen Widerstand von 0,4μΩηπ.

Solche Legierungen finden Anwendung z.B. als hochsättigende Flussleitstücke oder aber auch für Anwendungen in elektrischen Maschinen. In der Anwendung als Generator oder Motor werden typischerweise Statoren oder Rotoren in Form von geblechten Paketen hergestellt. Das Material wird dabei in Banddicken im Bereich von 0,50 mm bis hin zu sehr dünnen Abmessungen von 0,050 mm eingesetzt.

Das Material wird zur Erzielung der magnetischen Eigenschaften einer Wärmebehandlung unterzogen, die auch als magnetische Schlussglühung bezeichnet wird. Diese Wärmebehandlung findet oberhalb der Rekristallisationstemperatur und unterhalb des Phasenübergangs a/y statt, meist im Bereich von 700°C bis 900°C.

Im Gegensatz zu Elektroblechen aus Eisen-Silizium (FeSi) wird Band aus CoFe typischerweise nicht bereits schlussgeglüht angeboten. Schlussgeglühtes Band ist weich durch ein rekristallisiertes Gefüge und gleichzeitig spröde durch die Ordnungseinstellung und lässt sich daher nur unzureichend stanzen. Des Weiteren führen Schneid- oder Stanzprozesse zu einer signifikanten Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften. Daher findet bei CoFe-Blechen nach der Formgebung noch eine Schlussglühung statt, entweder an Blechtafeln, an Einzellamellen oder an fertigen Blechpaketen.

Durch die magnetische Schlussglühung kommt es allerdings auch zu einer Veränderung der Abmessungen des Blechs. Dieses Längenwachstum liegt im Bereich von 0,03 % bis 0,20 %.

Bei Kenntnis des Wachstums lässt sich durch ein Vorhaltemaß des Stanzwerkzeugs ein isotropes Wachstum in gewissen Grenzen ausgleichen und/oder die Bleche bzw. Blechpakete können nacharbeitet werden, wie zum Beispiel in der WO 2007/009442 A2 offenbart ist. Solche Prozesse sind mit höheren Kosten verbunden und sind je nach Geometrie auch nicht immer praktisch.

Aufgabe ist es daher, eine CoFe-Legierung sowie Verfahren zum Herstellen einer CoFe-Legierung anzugeben, die nach der magnetischen Schlussglühung ein reduziertes Wachstum aufweist.

Erfindungsgemäß wird in einem Ausführungsbeispiel ein Verfahren zum Herstellen einer CoFe-Legierung bereitgestellt, das Folgendes umfasst. Zunächst wird eine Schmelze bestehend im Wesentlichen aus 35 Gew.-% < Co < 55 Gew.-%, 0 Gew.-% < V < 3 Gew.-%, 0 Gew.-% < Ni < 2 Gew.-%, 0 Gew.-% < Nb < 0,50 Gew.-%, 0 Gew.- % < Zr + Ta < 1 ,5 Gew.-%, 0 Gew.-% < Cr < 3 Gew.-%, 0 Gew.-% < Si < 3 Gew.-%, 0 Gew.-% < AI < 1 Gew.-%, 0 Gew.-% < Mn < 1 Gew.-%, 0 Gew.-% < B < 0,25 Gew.- %, 0 Gew.-% < C < 0,1 Gew.-%, Rest Fe sowie bis zu 1 Gew.-% Verunreinigungen bereitgestellt, wobei die Verunreinigungen eines oder mehrere der Gruppe O, N, S, P, Ce, Ti, Mg, Be, Cu, Mo und W aufweisen können. Die Schmelze wird unter Vakuum abgegossen und anschließend zu einem Gussblock erstarrt. Der Gussblock wird zu einer Bramme und anschließend zu einem Warmwalzband mit einer Dicke Di warmgewalzt. Danach wird das Warmwalzband von einer Temperatur oberhalb 700°C auf eine Temperatur kleiner 200°C abgeschreckt. Das Warmwalzband wird zu einem Zwischenband mit einer Dicke D2 kaltgewalzt, das Zwischenband im Durchlauf bei einer Temperatur von oberhalb 700°C zwischengeglüht und auf einer Temperatur von oberhalb 700°C bis auf eine Temperatur kleiner als 200°C in einem gasförmigen Medium abgekühlt. Das wärmebehandelte Zwischenband wird mit einer metallisch blanken Oberfläche zu einem Band mit einer Dicke D3 kaltgewalzt, wobei der

Kaltverformungsgrad (D2-D3)/D2-£ 80%, vorzugsweise < 60% beträgt. Nach dem Zwischenglühen des kaltgewalzten Zwischenbands im Durchlauf wird kein Abschrecken und Beizen durchgeführt, sodass das wärmebehandelte Zwischenband eine metallisch blanke Oberfläche aufweist. Das wärmebehandelte Zwischenband wird mit dieser metallisch blanken Oberfläche durch ein weiteres Kaltwalzen weiterbearbeitet. Somit wird das Herstellungsverfahren vereinfacht. Ferner wird der Kaltverformungsgrad des letzten Kaltwalzenschritts begrenzt, was ermöglicht, dass das daraus resultierende Band nach einer magnetische Schlussglühung, d.h. nach einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur zwischen 700°C bis 900°C, ein

Wachstum dl/lo in Längsrichtung des Bandes weniger als 0,08%, vorzugsweise 0,06% und/oder in Querrichtung des Bandes weniger als 0,08%, vorzugsweise 0,06% aufweist. Dabei bezeichnen lo die Ausgangslänge vor Schlussglühung, dl die absolute Längenänderung nach Schlussglühung und dl/lo die relative

Längenänderung bezogen auf die Ausgangslänge.

Die magnetische Schlussglühung dieser CoFe-Legierung findet oberhalb der Rekristallisationstemperatur und unterhalb des Phasenübergangs aJy statt. Die Rekristallisationstemperatur und die Temperatur, bei der der a/y Phasenübergang stattfindet, ist von der Zusammensetzung der CoFe-Legierung abhängig. Meist wird die magnetische Schlussglühung im Bereich von 700°C bis 900°C durchgeführt. Beim anschließenden Abkühlen findet eine Ordnungseinstellung statt, d.h. es bildet sich eine B2- Überstruktur aus. Durch die magnetische Schlussglühung und die damit verbundene Ordnungseinstellung kommt es zu einer bleibenden Veränderung der Abmessungen des Blechs bei Raumtemperatur bzw. ein bleibendes Längenwachstum. Ein Band mit einer Ausgangslänge lo bei Raumtemperatur vor der Schlussglühung weist somit eine Länge von lo + dl nach der Schlussglühung und bei derselben Raumtemperatur auf. In manchen Ausführungsbeispielen ist dl größer als 0. Dieses bleibende Längenwachstum wird durch das erfindungsgemäße Verfahren reduziert. Erfindungsgemäß beträgt das bleibende Wachstum dl/lo in Längsrichtung des Bandes weniger als 0,08%, vorzugsweise 0,06% und/oder in Querrichtung des Bandes weniger als 0,08%, vorzugsweise 0,06%. Dieses kleine bleibende Wachstum ist nicht bei Bänder aus einer CoFe-Legierung erreicht, die mit einem der Kaltverformungsgrad des letzten Kaltwalzenschritts von mehr als 80% herstellt werden.

Es wurde festgestellt, dass ein wichtiger Einflussfaktor auf die Größe dieses

Wachstums der Grad der Kaltverformung (KV) ist: Je höher die Kaltverformung des Materials, desto ausgeprägter wird das Längenwachstum nach der Schlussglühung. Durch die Verwendung einer Zwischenglühung kann der Kaltverformungsgrad im letzten Schritt reduziert werden, so dass nach der magnetischen Schlussglühung das Band ein reduziertes Längenwachstum zeigt.

Die Dicke des Bands, die durch das Warmwalzen und/oder das Kaltwalzen erreicht wird, sowie die Dicke des Bands, bei dem die Zwischenglühung durchgeführt wird, kann näher definiert werden. Zum Beispiel kann das Band nach dem Warmwalzen eine Dicke Di von 1 ,0 mm < Di < 2,5 mm, vor der Zwischenglühung eine Dicke D2 von 0,1 mm < D2 ^ 1 ,0 mm und/oder nach dem zweiten Kaltwalzen eine Dicke D3 von 0,05 mm < D3 ^ 0,5 mm aufweisen.

In einem Ausführungsbeispiel wird die Dicke des Warmwalzbands von Di auf D2 mittels des Kaltwalzens und/oder die Dicke des Zwischenbands von D2 auf D3 mittels des Kaltwalzens reduziert. Keine weiteren Zwischenglühungen werden somit durchgeführt.

Die Bedingungen der Zwischenglühung im Durchlauf werden so ausgewählt, dass das Band nach der Zwischenglühung kaltgewalzt werden kann. In einem

Ausführungsbeispiel weist nach dem Zwischenglühen das Zwischenband ein Gefüge auf, bei dem ein ferritisch rekristallisierter Anteil eine mittlere Korngröße von weniger als 10 μηπ und/oder ein ferritisch rekristallisierter Anteil keine Körner mit einer Größe von größer als 10 μηπ aufweist. Dieses Gefüge kann zum Beispiel durch eine

Temperatur von 800°C bis 900°C erzeugt werden.

In einem Ausführungsbeispiel weist das Zwischenband nach dem Zwischenglühen in einem Biegewechseltest eine Biegezahl bis zum Bruch von mindestens 20 auf. Der Biegewechseltest kann verwendet werden, die Kaltverformbarkeit des Bands festzustellen.

Das Zwischenglühen im Durchlauf kann bei einer Geschwindigkeit von 1 m/min bis 10 m/min durchgeführt werden und die Verweildauer des Bandes in der Heizzone des Durchlaufofens mit der Temperatur von 700°C bis 1 100°C, vorzugsweise 800°C bis 1000°C zwischen 30 Sekunden und 5 Minuten liegen. Das Zwischenglühen des Zwischenbands im Durchlauf kann bei einer Temperatur von 800°C bis 900°C oder 1000°C bis 1 100°C erfolgen. Je nach Länge der Heizzone des Durchlaufofens können die Parameter Glühtemperatur und Bandgeschwindigkeit angepasst werden, um die hier dargestellten Eigenschaften einzustellen.

Nach dem Zwischenglühen kann das Band im Wesentlichen ein Verformungsgefüge oder ein Mischgefüge mit Anteilen einer ehemaligen γ-Phase in einer Matrix aus einer α-Phase aufweisen. Ein Verformungsgefüge kann zum Beispiel bei einer Temperatur von 800°C bis 900°C erreicht werden. Ein Mischgefüge mit Anteilen einer ehemaligen γ-Phase in einer Matrix aus einer α-Phase kann bei einer

Temperatur von 1000°C bis 1 100°C erreicht werden. Das Zwischenglühen kann unter einem Inertgas oder einer trockenen

wasserstoffhaltigen Atmosphäre mit einem Taupunkt von weniger als -30°C durchgeführt werden. Nach dem Zwischenglühen im Durchlauf wird das

Zwischenband auf eine Temperatur kleiner als 200°C in einem gasförmigen Medium wie einem Inertgas oder einer trockenen wasserstoffhaltigen Atmosphäre abgekühlt. Das Zwischenband wird jedoch nicht abgeschreckt, beispielsweise in Wasser.

In einem alternativen Verfahren wird der Verformungsgrad des Warmwalzens eingestellt, so dass der Verformungsgrad des Kaltwalzens unterhalb einer vorbestimmten Grenze bleibt, damit das Längenwachstum nach der magnetischen Schlussglühung niedrig bleibt. Dieses Verfahren zum Herstellen einer CoFe- Legierung umfasst Folgendes. Eine Schmelze bestehend im Wesentlichen aus 35 Gew.-% < Co < 55 Gew.-%, 0 Gew.-% < V < 3 Gew.-%, 0 Gew.-% < Ni < 2 Gew.-%, 0 Gew.-% < Nb < 0,50 Gew.-%, 0 Gew.-% < Zr + Ta < 1 ,5 Gew.-%, 0 Gew.-% < Cr < 3 Gew.-%, 0 Gew.-% < Si < 3 Gew.-%, 0 Gew.-% < AI < 1 Gew.-%, 0 Gew.-% < Mn < 1 Gew.-%, 0 Gew.-% < B < 0,25 Gew.-%, 0 Gew.-% < C < 0,1 Gew.-%, Rest Fe sowie bis zu 1 Gew.-% Verunreinigungen wird bereitgestellt, wobei die

Verunreinigungen eine oder mehrere der Gruppe O, N, S, P, Ce, Ti, Mg, Be, Cu, Mo und W aufweisen können. Die Schmelze wird unter Vakuum abgegossen und anschließend zu einem Gussblock erstarrt. Der Gussblock wird zu einer Bramme und anschließend zu einem Band mit einer Dicke Di warmgewalzt, wobei 1 mm < Di < 2 mm ist. Danach wird das Band von einer Temperatur oberhalb 700°C auf eine Temperatur kleiner 200°C abgeschreckt. Das Band wird kaltgewalzt und die Dicke von Di auf eine Dicke D2 reduziert, wobei der Kaltverformungsgrad (Di-D2)/Di< 80%, vorzugsweise < 60% beträgt.

In diesem Verfahren wird der Verformungsgrad des Warmwalzens und somit die Dicke Di des Bands nach dem Warmwalzen und vor dem Kaltwalzen so eingestellt, dass mit einem Verformungsgrad von weniger als 80%, vorzugsweise, weniger als 60%, die gewünschte Enddicke D2 erreicht werden kann. Typischerweise wird im Vergleich zu einem herkömmlichen kommerziellen Verfahren der Verformungsgrad des Warmwalzens erhöht und der Verformungsgrad des Kaltwalzens entsprechend reduziert.

In einem Ausführungsbeispiel ist die Enddicke D2 0,05 mm < D2 ^ 0,5 mm. Die Wärmebehandlung des Bandes kann unter einer trockenen wasserstoffhaltigen Atmosphäre stattfinden. Beide alternative Verfahren können ferner das Formen zumindest eines Blechs aus dem Band umfassen. Das Blech kann aus dem Band gestanzt werden. Eine Vielzahl von Blechen kann zusammengefügt werden, um ein Blechpaket zu bilden. Das Band bzw. das Blech bzw. das Blechpaket kann ferner bei einer Temperatur zwischen 700°C bis 900°C wärmebehandelt werden, d.h. eine magnetische Schlussglühung kann durchgeführt werden. Diese Wärmebehandlung findet oberhalb der

Rekristallisationstemperatur und unterhalb der Temperatur des Phasenübergangs α/γ statt, meist im Bereich von 700°C bis 900°C. Beim anschließenden Abkühlen findet eine Ordnungseinstellung statt, d.h. es bildet sich eine B2- Überstruktur aus, und die gewünschten magnetischen Eigenschaften, beispielsweise eine

Sättigungspolarisation von etwa 2,3 T, und ein elektrischer Widerstand von 0,4 μΩηπ werden erzeugt. Nach dieser Wärmebehandlung des Bandes beträgt ein Wachstum dl/lo in

Längsrichtung des Bands weniger als 0,08% und/oder in Querrichtung des Bands weniger als 0,08% und/oder eine Differenz zwischen dem Wachstum in

Längsrichtung und dem Wachstum in Querrichtung des Bandes weniger als 0,06%, vorzugsweise weniger als 0,04%. Dabei bezeichnen lo die Ausgangslänge vor Schlussglühung, dl die absolute Längenänderung nach Schlussglühung und dl/lo die relative Längenänderung bezogen auf die Ausgangslänge.

Dieses Wachstum ist ein bleibendes Wachstum, das durch die magnetische Schlussglühung und die damit verbundene Ordnungseinstellung verursacht ist. Ein Band mit einer Ausgangslänge lo bei Raumtemperatur vor der Schlussglühung weist somit eine Länge von lo + dl nach der Schlussglühung und bei derselben Raumtemperatur auf.

Erfindungsgemäß wird in einem Ausführungsbeispiel ein Halbzeug bereitgestellt, das zumindest ein metallisches Band bestehend im Wesentlichen aus 35 Gew.-% < Co < 55 Gew.-%, 0 Gew.-% < V < 3 Gew.-%, 0 Gew.-% < Ni < 2 Gew.-%, 0 Gew.-% < Nb < 0,50 Gew.-%, 0 Gew.-% < Zr + Ta < 1 ,5 Gew.-%, 0 Gew.-% < Cr < 3 Gew.-%, 0 Gew.-% < Si < 3 Gew.-%, 0 Gew.-% < AI < 1 Gew.-%, 0 Gew.-% < Mn < 1 Gew.-%, 0 Gew.-% < B < 0,25 Gew.-%, 0 Gew.-% < C < 0,1 Gew.-%, Rest Fe sowie bis zu 1 Gew.-% Verunreinigungen umfasst, wobei die Verunreinigungen eine oder mehrere der Gruppe O, N, S, P, Ce, Ti, Mg, Be, Cu, Mo und W aufweisen können. Das Band weist eine Dicke d, wobei 0,05 mm < d < 0,5 mm ist, eine Vickershärte von größer als 300, eine Bruchdehnung von weniger als 5% . Nach einer Wärmebehandlung des Bandes bei einer Temperatur zwischen 700°C bis 900°C weist das Band ein

Wachstum dl/lo in Längsrichtung des Bandes weniger als 0,08%, vorzugsweise 0,06% und/oder in Querrichtung des Bandes weniger als 0,08%, vorzugsweise 0,06%, auf.

Dieses Halbzeug weist somit mechanische Eigenschaften auf, die in einem

kaltgewalzten Zustand vorhanden sind, nämlich eine Bruchdehnung von weniger als 5% und eine Vickershärte von größer als 300. Dieses Halbzeug kann

weiterbearbeitet werden, beispielsweise um Bleche aus dem Band zu formen und die Bleche zu einem Blechpaket aufzubauen, das wärmbehandelt wird, um die

magnetischen Eigenschaften einzustellen. Diese Wärmebehandlung des Bandes wird als magnetische Schlussglühung bezeichnet, da sie dazu dient, die

magnetischen Eigenschaften einzustellen, und kann bei einer Temperatur zwischen 700°C und 900°C durchgeführt werden.

Dieses Wachstum ist ein bleibendes Wachstum, die durch die magnetische Schlussglühung und die damit verbundene Ordnungseinstellung verursacht ist. Ein Band mit einer Ausgangslänge lo bei Raumtemperatur vor der Schlussglühung weist somit eine Länge von lo + dl nach der Schlussglühung und bei derselben Raumtemperatur auf. In machen Ausführungsbeispielen ist dl größer als 0.

Das erfindungsgemäße Band ermöglicht es, Blechschnitte herzustellen, diese zur Einstellung einer optimalen Magnetik einer Schlussglühung zu unterziehen und anschließend eine ausreichend hohe Formgenauigkeit zu erhalten, so dass auf eine weitere Korrektur der Geometrie verzichtet werden kann. Die möglichen Nachteile einer nachträglichen Korrektur der Geometrie, z.B. durch Schleifen, sind eine Verschlechterung der magnetischen Permeabilität an diesen Stellen, das Risiko von Wirbelströmen, da Schleifprozesse ein Verschmieren der Lamellen zur Folge haben können, sowie höhere Kosten. Dadurch können in der Anwendung z.B. als Stator bzw. Rotor geringe Luftspalte eingestellt werden, was zu einer verbesserten Effizienz der elektrischen Maschine führt.

In einem Ausführungsbeispiel kann das Band eine geringere Dicke, beispielsweise eine mit 0,05 mm < d < 0,356 mm aufweisen. Ferner kann das Halbzeug eine

Vielzahl von Blechen aufweisen, die ein Blechpaket bilden.

In einem Ausführungsbeispiel beträgt nach der Wärmebehandlung des Bandes bei einer Temperatur zwischen 700 °C bis 900 °C eine Differenz zwischen dem

bleibenden Wachstum in Längsrichtung und dem bleibenden Wachstum in

Querrichtung des Bands weniger als 0,06%, vorzugsweise weniger als 0,04%.

Das erfindungsgemäße CoFe-Band mit deutlich reduziertem Wachstum hat den weiteren Vorteil, dass ein Stanzwerkzeug so ausgelegt werden kann, dass es sowohl für andere Legierungen wie SiFe als auch für CoFe verwendbar ist. Dies führt bei den hohen Kosten für ein solches Werkzeug zu einem wirtschaftlichen Vorteil.

Verschiedene CoFe-Legierung können verwendet werden. In anderen

Ausführungsbeispielen weist die CoFe-Legierung einer der folgenden

Zusammensetzungen auf:

35 bis 55 Gew.-% Co, bis zu 2.5 Gew.-% V, Rest Fe sowie bis zu 1 Gew.-%

Verunreinigungen, zum Beispiel 49 Gew.-% Co, 49 Gew.-% Fe und 2 Gew.-% V,

45 Gew.-% < Co < 52 Gew.-%, 45 Gew.-% < Fe < 52 Gew.-%, 0.5 Gew.-% < V < 2.5 Gew.-% Rest Fe sowie bis zu 1 Gew.-% Verunreinigungen,

35 Gew.-% < Co < 55 Gew.-%, vorzugsweise 45 Gew.-% < Co < 52 Gew.-%, 0 Gew.- % < Ni < 0.5 Gew.-%, 0.5 Gew.-% < V < 2.5 Gew.-%, sowie bis zu 1 Gew.-%

Verunreinigungen,

35 Gew.-% < Co < 55 Gew.-%, 0 Gew.-% < V < 2.5 Gew.-%, 0 Gew.-% < (Ta + 2Nb)

< 1 Gew.-%, 0 Gew.-% < Zr < 1 .5 Gew.-%, 0 Gew.-% < Ni < 5 Gew.-%, 0 Gew.-% < C < 0.5 Gew.-%, 0 Gew.-% < Cr < 1 Gew.-%, 0 Gew.-% < Mn < 1 Gew.-%, 0 Gew.-%

< Si < 1 Gew.-%, 0 Gew.-% < AI < 1 Gew.-%, 0 Gew.-% < B < 0.01 Gew.-%, Rest Fe sowie bis zu 1 Gew.-% Verunreinigungen, 47 Gew.-% < Co < 50 Gew.-%, 1 Gew.-% < V < 3 Gew.-%, 0 Gew.-% < Ni < 0.25 Gew.-%, 0 Gew.-% < C < 0.007 Gew.-%, 0 Gew.-% < Mn < 0.1 Gew.-%, 0 Gew.-% < Si < 0.1 Gew.-%, 0.07 Gew.-% < Nb < 0.125 Gew.-%, 0 Gew.-% < Zr < 0.5 Gew.-%, Rest Fe sowie bis zu 1 Gew.-% Verunreinigungen, oder

49 Gew.-% < Co < 51 Gew.-%, 0.8 Gew.-% < V < 1 .8 Gew.-%, 0 Gew.-% < Ni < 0.5 Gew.-%, Rest Fe sowie bis zu 1 Gew.-% Verunreinigungen.

CoFe-basierte Legierungen sind unter den Handelsnamen VACOFLUX 50,

VACOFLUX 48, VACODUR 49, VACODUR 50, VACODUR S Plus, Rotelloy, HIPERCO 50, Permendur, AFK und 1 J22 erhältlich.

Die Verunreinigungen können eine oder mehrere der Gruppe O, N, S, P, Ce, Ti, Mg, Be, Cu, Mo und W aufweisen.

Ausführungsbeispiele werden nun anhand der Zeichnungen und folgenden

Beispielen näher erläutert. zeigt einen Graph von gemessenem mittlerem Wachstum dl/10 nach einer Schlussglühung von Bändern, die zu unterschiedlichen Dicken d kaltgewalzt werden.

Figur 2 zeigt einen Graph von Dehngrenze R _P o,2 und Zugfestigkeit Rm in

Abhängigkeit von der Temperatur der Durchlaufglühung.

Figur 3 zeigt optische Aufnahmen der Gefüge von drei Proben nach einer

Zwischenglühung bei unterschiedlichen Temperaturen.

Figur 4 zeigt Magnetisierungskurven B(H) nach verschiedenen

Zwischenglühungen und einer Schlussglühung.

Figur 5 zeigt einen Graph der gemessenen Längenänderung in Walzrichtung gegenüber dem Kaltverformungsgrad für zwei verschiedene Proben. Es hat sich gezeigt, dass das Längenwachstum eines Bandes aus einer CoFe- Legierung nach einer Schlussglühung durch eine Begrenzung des

Kaltverformungsgrads reduziert werden kann.

Figur 1 zeigt einen Graph von gemessenem mittlerem Wachstum dl/IO nach einer Schlussglühung in % in Längsrichtung an den 50% CoFe-Werkstoffen VACOFLUX 50 (49Fe-49Co-2V) und als Vergleichsbeispiel HIPERCO 50 (49Fe-49Co-2V). Die untersuchten Proben hatten eine Dicke nach einem Warmwalzen von 2 mm oder größer, und werden zu unterschiedlichen Enddicken kaltgewalzt und somit unterschiedlichen Kaltverformungsgraden unterzogen, lo bezeichnet die

Ausgangslänge vor Schlussglühung, dl die absolute Längenänderung nach

Schlussglühung und dl/lo die relative Längenänderung bezogen auf die

Ausgangslänge.

Diese Längenänderung bzw. Wachstum ist eine bleibende Längenänderung bzw. ein bleibendes Wachstum, die durch die magnetische Schlussglühung und die damit verbundene Ordnungseinstellung verursacht ist. Eine Probe mit einer Ausgangslänge lo bei Raumtemperatur vor der Schlussglühung weist somit eine Länge von lo + dl nach der Schlussgühung und bei derselben Raumtemperatur auf.

Während an Warmwalzmaterial, d.h. mit 0% Kaltverformung (KV), noch ein bleibendes kleines Längenwachstum gegenüber der Ausgangslänge im Bereich von 0,03 % bis 0,05 % bei Raumtemperatur gemessen wird, zeigt ein Band mit einer Banddicke von 0,35 mm bereits ein bleibendes Wachstum von über 0,10 %. Bei noch höherer Kaltverformung, z.B. an Banddicke 0,10 mm, findet bereits ein bleibendes Wachstum von über 0,20 % statt. Diese bleibende Veränderung im Längenwachstum ist voraussichtlich auf eine sich zunehmend ausgeprägte Textur zurückzuführen. Diese Ergebnisse zeigen, dass ein wichtiger Einflussfaktor auf die Größe dieses Wachstums der Grad der Kaltverformung ist: Je höher die Kaltverformung des

Materials, desto ausgeprägter wird das Längenwachstum nach der Schlussglühung. Folglich zeigen dieser Ergebnisse, dass im Prinzip die bleibende Veränderung im Längenwachstum reduziert werden kann, wenn der Grad der Kaltverformung reduziert ist. Im Prinzip kann der Grad der Kaltverformung reduziert werden, in dem eine Zwischenglühung zwischen zwei Kaltverformungsschritten mit jeweils einem kleineren Kaltverformungsgrad durchgeführt wird. Auf Grund der

Ordnungseinstellung durch eine Zwischenglühung ist jedoch eine CoFe-Legierung anschließend spröde und nicht mehr verarbeitbar. Folglich wird herkömmlich durch einen anschließenden Abschreckvorgang die Sprödigkeit wieder aufgehoben. Dieser Abschreckvorgang ist jedoch aufwändig und mit technischen Nachteilen sowie hohen Kosten verbunden.

Erfindungsgemäß wird die Reduzierung des Kaltverformungsgrads bei vorgegebener Enddicke durch die Einführung einer Zwischenglühung oder durch die Reduzierung der Warmwalzdicke erreicht. Erfindungsgemäß wird eine Zwischenglühung im Durchlauf so ausgeführt, dass die durch das Walzen verursachte Kaltverfestigung verringert wird und gleichzeitig durch die Vermeidung von grobkörnigem Ferrit ein walzbares Gefüge trotz versprödender Ordnungseinstellung entsteht. Ferner wird das Band nach der Zwischenglühung nicht abgeschreckt, beispielsweise in Wasser oder Öl, und nicht gebeizt, so dass das Band mit einer metallisch blanken Oberfläche kaltgewalzt wird. Folglich ist das Verfahren einfacher und kostengünstiger durchzuführen.

Nach erfolgter Zwischenglühung ist es somit möglich, eine weitere Kaltverformung bis an Enddicke durchzuführen. Durch ein solches Verfahren ist es prinzipiell möglich, den Kaltverformungsgrad an Enddicke 0,50 mm oder dünner soweit zu begrenzen, dass gleichzeitig das Längenwachstum signifikant reduziert wird. Die Kaltverformung soll erfindungsgemäß maximal 80 % betragen, vorzugsweise bis zu 60 %, wie durch die folgenden Beispiele und Versuchsergebnisse dargelegt wird. Zwischenglühung an Dicke

Enddicke keine Zwgl. 1 ,0 mm 0,5 mm 0,35 mm 0,20 mm 0,10 mm

0,35 mm 83 % 65 % ( ^* ) 30 % ( ^* ) - - -

0,20 mm 90 % 80 % ( ^* ) 60 % ( ^* ) 43 % ( ^* ) - -

0,10 mm 95 % 90 % 80 % ( ^* ) 71 % ( ^* ) 50 % ( ^* ) -

0,05 mm 98 % 95 % 90 % 86 % 75 % ( ^* ) 50 % ( ^* )

Tabelle 1

Tabelle 1 zeigt den Kaltverformungsgrad in Abhängigkeit von Enddicke und

Zwischenglühung. Als Warmwalzdicke wurde 2 mm angenommen. Die mit ( ^* ) gekennzeichneten Zustände stellen erfindungsgemäße Zustände dar.

Als Material wurde ein Band der Legierung VACODUR 49 verwendet, mit einer Zusammensetzung von 48,6 Gew.-% Co, 1 ,86 Gew.-% V, 0,09 Gew.-% Nb, C < 0,0070 Gew.-%, Rest Fe und Verunreinigungen. Das Band wurde an eine Dicke von 2 mm warmgewalzt und anschließend im Eis-Salzwasserbad bei einer Temperatur oberhalb 700°C abgeschreckt. Anschließend konnte das Band an Dicke 0,35 mm kaltgewalzt werden.

Die Zwischenglühung im Durchlauf wurde an einem Durchlaufofen mit einer Glühzone von 6 m Länge erprobt. Als Temperaturen wurden dabei 850°C, 900°C, 950°C, 1000°C und 1050°C gewählt, bei einer Geschwindigkeit von 6 m/min. Die Glühung wurde unter trockenem H2 durchgeführt. Die unterschiedlichen Temperaturen der Zwischenglühung im Durchlauf sind im Folgenden als Varianten 1 bis 5 bezeichnet.

Tabelle 2 zeigt die gemessenen mechanischen Eigenschaften der

durchlaufgeglühten Bänder der Varianten 1 bis 5. Die Zugproben wurden längs zur Walzrichtung entnommen. Die Biegewechsel wurden an Streifen bestimmt

(längs/quer zur Walzrichtung). Eine Biegeprobe 900°C 6m/min quer war nicht verfügbar. Figur 2 zeigt einen Graph von Dehngrenze R _P o,2 und Zugfestigkeit Rm der Zugproben gegen die Temperatur T der Durchlaufglühung mit 6 m/min.. Der Zustand Ref.

bezeichnet den Zustand einer Probe ohne Durchlaufglühung und somit einen

Vergleichszustand.

Die mechanischen Eigenschaften dieser Proben mit einer Dicke von 0,35 mm zeigen, dass bei allen durchlaufgeglühten Varianten (1 -5) eine hohe Bruchdehnung des Materials resultiert. Bei den Varianten 1 , 3, 4 und 5 ist zudem die Differenz R _m zu Rpo,2 relativ groß (>400 MPa), was auf eine gute plastische Verformbarkeit hinweist.

Variante Härte E-Modul Rp0,2 Rm Rm-Rp0,2 A #Biegewechsel

Zwischenglühung im Durchlauf

HV10 GPa MPa MPa MPa % Probenentnahme längs / quer

Referenz walzhart 342 214 1119 1194 75 1,6 >20 / 3-7

1 850°C,

337 243 868 1322 454 16,0 >20/ 15 6 m/min

2 900°C,

256 223 514 798 284 8,0 3 / n.v. 6 m/min

3 950°C,

233 219 459 865 406 10,6 2-7/2 6 m/min

4 1000°C,

247 197 492 1084 592 18,5 >20 / >20 6 m/min

5 1050°C,

266 224 576 1005 429 11,9 >20 / >20 6 m/min

Tabelle 2

Ein weiterer Nachweis der unterschiedlichen Duktilitat gelingt über die Zahl der Biegewechsel im Biege-Wechselversuch. Die als Varianten 1 , 4 und 5 gekennzeichneten Zustände zeigen in beiden Richtungen eine hohe Anzahl an möglichen Biegewechseln.

Eine metallographische Untersuchung zeigt, dass die unterschiedlichen Varianten stark unterschiedliche Gefüge aufweisen, die in drei Gruppen unterteilt werden können.

Bei Variante 1 führt eine Zwischenglühung bei niedrigen Temperaturen nur zu einer unvollständigen Rekristallisation. Beispielhaft wurde bei einer Temperatur von 850°C das vorliegende Gefüge erzielt. Bei Varianten 2 und 3 führt eine Zwischenglühung bei 900°C bzw. 950°C zu einem ferritisch rekristallisierten, grobkörnigen Gefüge.

Bei Varianten 4 und 5 führt eine Zwischenglühung im Zweiphasengebiet /y zu einem Mischgefüge mit Anteilen der ehemaligen γ-Phase in einer cc-Matrix. Beispielhaft wurde bei einer Temperatur von 1000°C das vorliegende Gefüge erzielt.

Figur 3 zeigt optische Aufnahmen der Gefüge von drei Proben nach einer

Zwischenglühung bei unterschiedlichen Temperaturen. Variante 1 wurde bei 850°C 6m/min wärmebehandelt und zeigt gute Walzbarkeit, N > 20, ein Verformungsgefüge und beginnende Rekristallisation. Variante 3 wurde bei 950°C 6 m/min

wärmebehandelt und zeigt schlechte Walzbarkeit, N = 2 - 7 und ist ferritisch rekristallisiert. Variante 4 wurde bei 1000°C 6 m/min wärmebehandelt und zeigt gute Walzbarkeit, N > 20, ein ungleichförmiger Ferrit, Mischgefüge mit Anteilen der ehemaligen γ-Phase in einer a-Matrix.

Tabelle 3 zeigt den Einfluss zusätzlicher Kaltverformung auf die mechanischen Eigenschaften von durchlaufgeglühtem VACODUR 49. Alle geglühten Bänder wurden an einem kommerziellen 20-Rollen-Walzgerüst gewalzt. Eine starke Verhärtung des Materials wird bereits beim ersten Stich gezeigt, was darauf hindeutet, dass das Material im geordneten Zustand vorliegt.

Tabelle 3

Die Bänder, die nach Variante 1 , 4 und 5 gefertigt wurden, konnten bis an Dicke 0,10 mm gewalzt werden. Im Gegensatz dazu zeigten die Varianten 2 und 3 eine starke Sprödigkeit und reagierten empfindlich auf Zug. Daher konnte das Material der Variante 2 nicht und das Material der Variante 3 nur bedingt gewalzt werden.

Überraschenderweise stellte sich also bei den Versuchen heraus, dass es die Möglichkeit gibt, ein CoFe-Band nach einer Durchlaufglühung zu walzen, sofern die Ausbildung eines grobkörnigen Gefüges vermieden wird.

Das Längenwachstum nach einer weiteren Wärmbehandlung zum Einstellen der magnetischen Eigenschaften bei einer Temperatur zwischen 700°C und 900°C, d.h. nach einer Schlussglühung wird untersucht. Tabelle 4 zeigt das Längenwachstum (gemessen in Längsrichtung) nach magnetischer Schlussglühung von VACODUR 49, Warmwalzdicke 2 mm. Beide Varianten, d.h. Varianten 1 und 4, weisen also ein deutlich reduziertes Wachstum bei geringer Banddicke auf.

Tabelle 4

Das so erhaltene Band wurde bei Zwischendicke 0,25 mm und bei verschiedenen Enddicken von 0,20 mm bzw. 0,10 mm hinsichtlich des Längenwachstums charakterisiert. Die Messung erfolgte jeweils an Einzelstreifen der Länge 1 65 mm, deren Länge vor und nach der Schlussglühung (6h 880°C unter H2) exakt vermessen wurde. Aus der Differenz der Messlängen kann die Längenänderung dl bestimmt werden. Setzt man diese ins Verhältnis zur Ausgangslänge lo, so erhält man das relative Längenwachstum dl/lo. Die in Tabelle 4 angeführten Messungen wurden stets in Längsrichtung durchgeführt, d.h. es wurde das Wachstum längs zur Walzrichtung bestimmt.

Bei dem herkömmlich hergestellten Referenzmaterial, d.h. ohne Zwischenglühung, liegt das Längenwachstum an Dicke 0,35 mm bereits bei 0,129 %. Bei steigender Kaltverformung steigt das Wachstum bis auf 0,195 % an Dicke 0,10 mm.

Die erfindungsgemäße Variante 1 weist hingegen an Enddicke 0,10 mm eine betragsmäßig deutlich reduzierte Längenänderung auf. So wurde an dem Band nach der magnetischen Schlussglühung an 0,10 mm ein mittleres Wachstum dl/lo in Längsrichtung von 0,054% gemessen.

Auch das Band der Variante 4 zeigte ein reduziertes Wachstum. Es wurde ein mittleres Wachstum dl/lo in Längsrichtung von 0,000% gemessen, wobei die Einzelwerte zwischen +0,013 % und -0,010 % lagen.

Wenn die Kaltverformung nach Zwischenglühung zu hoch wird, steigt das Wachstum wieder deutlich an. In dem Ausführungsbeispiel Variante 4 (Zwischenglühung 1000°C 6 m/min an 0,35 mm) erhält man an Enddicke 0,055 mm, d.h. bei 84% Kaltverformung bereits wieder ein sehr ausgeprägtes Längenwachstum dl/lo von 0,159 % in Längsrichtung.

Die Anisotropie des Wachstums, d.h. die Differenz zwischen dem Längenwachstum Längs und quer des Bands, wird untersucht.

Tabelle 5 zeigt Längenwachstum der Proben aus VACODUR 49 nach zusätzlicher Schlussglühung von 6h bei 880°C, gemessen an Zugproben bzw. Längsstreifen 165 mm x 20 mm. Der Zustand walzhart, 0,10 mm, wurde aus an einer

vergleichbaren Probe aus VACOFLUX 48 gemessen, ebenfalls nach Schlussglühung von 6h bei 880°C.

Wachstum nach zusätzlicher

Schlussglühung

(6h 880°C)

Variante Durchlaufglühung Enddicke längs quer |längs - quer| keine 0,35 mm 0,129 % 0,106 % 0,023 %

Referenz

Zwischenglühung 0,10 mm 0,210 % 0,1 10 % 0,100 %

0,35 mm 0,035 % 0,051 % 0,01 6 %

1 850°C, 6 m/min

0,10 mm 0,054 % 0,052 % 0,002 %

0,35 mm 0,032 % 0,058 % 0,026 %

4 1000°C, 6 m/min

0,10 mm 0,000 % 0,056 % 0,056 %

Tabelle 5

Variante 1 der Tabelle 5 zeigt die vorteilhafte Eigenschaft auf, dass das Wachstum in Längs- und Querrichtung nahezu identisch ist. Die Differenz im Wachstum zwischen Längs- und Querrichtung, |längs - quer|, liegt an Banddicke 0,10 mm bei nur 0,002 %. Somit ist es möglich, Stanzwerkzeuge entsprechend symmetrisch vorzuhalten. Gestanzte runde Teile sind nach der Schlussglühung weiterhin rund.

Variante 4 der Tabelle 5 weist noch eine leichte Anisotropie auf, zeigt aber betragsmäßig ebenfalls ein deutlich geringes Längenwachstum. Die Differenz zwischen Längs- und Querrichtung |längs - quer| liegt mit etwa 0,06 % der Ausgangslänge wesentlich geringer als die Differenz, die bei konventionell hergestelltem Band beobachtet wird und etwa 0,10 % beträgt.

Magnetisch zeigen beide Varianten an Enddicke Eigenschaften, die dem entsprechen, was man an dem Ausgangsmaterial an Dicke 0,35 mm ohne Durchlaufglühung erhält. In nachfolgender Abbildung sind dazu die Neukurven nach magnetischer Schlussglühung bei verschiedenen Banddicken aufgezeigt. Figur 4 zeigt Magnetisierungskurven und den Einfluss weiterer Kaltverformung auf die Neukurve B(H) von durchlaufgeglühtem Band (850°C, 1050°C; jeweils 6 m/min). Die Messungen wurden an Stanzringen nach einer Schlussglühung von 6 Stunden bei 880°C in einer trockenen H2 Atmosphäre durchgeführt.

In der Figur 4 bezeichnet:

(a) eine Probe mit einer Banddicke von 0,35mm, bei dem keine Durchlaufglühung durchgeführt wird, (Referenz)

(b) eine Probe mit einer Banddicke von 0,35mm, bei dem eine Durchlaufglühung bei 850°C und 6 m/min durchgeführt wird, (Referenz)

(c) eine Probe, die bei einer Banddicke von 0,35mm einer Durchlaufglühung bei 850°C und 6 m/min unterzogen wird und anschließend zu einer Banddicke 0,20mm kaltverformt wird (erfindungsgemäß).

(d) eine Probe mit einer Banddicke von 0,35mm, bei dem keine Durchlaufglühung durchgeführt wird, (Referenz)

(e) eine Probe mit einer Banddicke von 0,35mm, bei dem eine Durchlaufglühung bei 1050°C und 6 m/min durchgeführt wird, (Referenz)

(f) eine Probe, die bei einer Banddicke von 0,35mm einer Durchlaufglühung bei 1050°C und 6 m/min unterzogen wird und anschließend zu einer Banddicke 0,20mm kaltverformt wird (erfindungsgemäß).

Diese Ergebnisse zeigen, dass das erfindungsgemäße Verfahren wenig Einfluss auf die Magnetisierungskurve hat, so dass Band mit geeigneten magnetischen

Eigenschaften bereitgestellt werden kann.

Der erfindungsgemäße zweite Ansatz besteht darin, die Warmwalzdicke zu reduzieren, so dass bei einer Enddicke von 0,50 mm oder dünner die Kaltverformung an Enddicke maximal 80 % beträgt. Die Dicke des Warmwalzbands liegt bei CoFe- Legierungen typischerweise bei 2 mm bis 4 mm. Durch eine Reduzierung auf 1 mm kann bei einer Enddicke von 0,35 mm eine Reduzierung des Kaltverformungsgrads und damit des Längenwachstums erreicht werden. Warmwalzbänder wurden in den Dicken nach Tabelle 6 hergestellt (WW-Dicke) und jeweils an unterschiedliche Enddicke kaltgewalzt.

Tabelle 6

Tabelle 6 zeigt Kaltverformungsgrad in Abhängigkeit von Enddicke und

Warmwalzdicke (ohne Zwischenglühung). Die mit ( ^* ) gekennzeichneten Zustände stellen erfindungsgemäße Bänder dar.

Figur 5 zeigt einen Graph von Längenwachstum (dl/lo) von Streifen unterschiedlicher Warmwalzdicke aus VACOFLUX 50 längs zur Walzrichtung nach Schlussglühung gegen den Kaltverformungsgrad (Di-D2)/Di . Die Längenänderung in Walzrichtung gegenüber dem Kaltverformungsgrad ist für zwei verschiedene Proben A und B nach magnetischer Schlussglühung dargestellt. Bei einer konstanten Kaltwalzdicke D2 von 0,35 mm wurde die Warmwalzdicke Di zwischen 1 ,0 mm und 3,5 mm variiert. Für jeden Datenpunkt ist die zugehörige Warmwalzdicke (WW-Dicke) mit einem Pfeil markiert.

Aus diesen Ergebnissen erkennt man, dass der Schritt von der WW-Dicke Di 3,5 mm auf 2,0 mm bereits zu einer deutlichen Reduzierung des Wachstums an einer Probe mit einer Enddicke D2 von 0,35 mm führt. Für eine WW-Dicke 1 ,0 mm oder dünner ist es möglich, an Enddicke 0,35 mm ein Längenwachstum nach Schlussglühung von < 0,08% zu erhalten. In einer weiteren Untersuchung wurde exemplarisch ein WW-Band der Dicke 1 ,5 mm aus VACOFLUX 50 bis an Enddicke 0,50 mm gewalzt und einer magnetischen Schlussglühung (4h 820°C, H2) unterzogen. Das Längenwachstum bei diesem Versuch betrug nur 0,045 %. Insgesamt erkennt man, dass für eine Enddicke 0,50 mm oder dünner mit einer entsprechend geringen Warmwalzdicke eine starke Reduzierung des Längenwachstums erzielbar ist.

Zusammengefasst wird in einem bestimmten Beispiel das erfindungsgemäße Band über folgenden Weg hergestellt:

- Warmwalzen an Dicke 2,5 mm bis 1 ,0 mm

Abschrecken von Temperaturen oberhalb 700°C

Walzen an Zwischendicke (1 ,0 mm bis 0,20 mm)

Glühung im Durchlauf bei 700°C bis 1 100°C, vorzugsweise derart, dass kein grobkörniges ferritisches Gefüge entsteht, sondern ein unvollständig rekristallisiertes oder ein feinkörnig rekristallisiertes ferritisches Gefüge

Walzen an Enddicke mit einer Kaltverformung von bis zu 80%, vorzugsweise mit einer Kaltverformung von bis zu 60%

Alternativ kann bei einer Warmbanddicke unterhalb von 2 mm auch auf die Glühung im Durchlauf verzichtet werden, solange die Kaltverformung bei bis zu 80 % liegt, vorzugsweise bei bis zu 60 %.

Das erfindungsgemäße Band weist folgende Eigenschaften auf:

Zusammensetzung wie übliche CoFe-Bänder mit in etwa gleichen Anteilen von Eisen und Kobalt und ca. 2 Gew.-% Vanadiumzusatz.

Enddicke des Bands 0,50 mm oder dünner, vorzugsweise 0,356 mm oder dünner

Vickershärte > 300 HV

Bruchdehnung < 5%

- ein bleibendes Wachstum in Längsrichtung nach magnetischer

Schlussglühung < 0,08%, vorzugsweise < 0,06 %

ein bleibendes Wachstum in Querrichtung nach magnetischer Schlussglühung < 0,08%, vorzugsweise < 0,06 % Differenz zwischen dem bleibenden Wachstum in Längs- zu dem bleibenden Wachstum in Querrichtung < 0,06 %, vorzugsweise <0,04 %