Bedeutung und entwicklung des elektrobleches

Journal of Magnetism and Magnetic Materials 2 (1976) 132-135 0 North-Holland Publishing Company

BEDEUTUNG UND ENTWICKLUNG DES ELEKTROBLECHES IMPORTANCE AND DEVELOPMENT OF ELECTRICAL STEEL

Friedrich TOUSSAINT Vostandsmitglied der Stahlwerke Bochum AG, 4630 Bochum, Castroper Str. 228, West Germany

Das Elektroblech ist in seiner gut 70-jiihrigen Geschichte - bedingt durch die Anforderungen der Verbraucher und Forschungsaktivititen der Hersteller - vom einfachen Flussstahl mit hohen Ummagnetisierungsverlusten bis zu der heutigen Vielzahl von Sorten fur die verschiedensten Verwendungszwecke weiterentwickelt worden. Dazu mussten beispielsweise metallurgische und metallkundliche Fragen erforscht, neue Herstellungsverfahren mit den.dazu notwendigen Anlagen entwickelt und Fragen der Verarbeitung, wie z.B. die Auswlrkungen des Isolierens und Stanzens auf die magnetischen Eigenschaften des Elektrobleches, untersucht werden. Es werden die mengenmiissige und qualitative Entwicklung des Werkstoffs Elektroblech und seine technisch-wirtschaftliche Bedeutung aufgezeigt. Ebenso wird auf Entwicklungstendenzen hlngewiesen. In its approximately IO-year history, depending on the requirements of the users and the research activities of manufacturers, electrical steel sheets have been developed from the early use of a primitive mild steel with high core losses to today’s variety of grades for many different applications. For this mason, thorough investigations of metallurgical questions were particularly necessary; furthermore, new manufacturing techniques together with the necessary production facilities, had to be developed, and questions concerning use of the final product, such as the effect of insulation and punching on the magnetic characteristics of the electrical sheet, had to be examined. The evolution in terms of quantity and quality of the product, Electrical Sheet, and its technical and economic signiticance, will be shown. In addition, indications will be given on trends in further developments.

Bedeutung und Entwicklung des Elektrobleches

In diesem Bericht sollen kurz einige technischwirtschaftliche Aspekte eines der zahlreichen ferromagnetischen Werkstoffe - dem Elektroblech dargestellt werden. Fur den wissenschaftlichen FerroMagnetiker ist das sogenannte Elektroblech sicherlich nicht der reizvollste Werkstoff. Es sollte jedoch nicht tibersehen werden, dass das Elektroblech heute mit seinem Volumen einer der, wenn nicht tiberhaupt der bedeutendste Magnetwerkstoff ist. Die Geschichte des Elektrobleches nach heutiger Definition beginnt gleichzeitig in Deutschland und in den USA vor gut 70 Jahren. Interessant ist jedoch der vollig unterschiedliche Beginn in diesen beiden Industrie-Nationen. In Deutschland pries der Hersteller Capito & Klein, Dusseldorf, in einem Brief an die “verehrliche Kunds&aft” die magnetischen Eigenschaften des Werkstoffes Siliziumblech an und wies mit grosser Ausfiihrlichkeit

die Wirtschaftlichkeit des Einsatzes eines solchen Materials nach. Die Reaktion war enttluschend. Nur langsam liessen sich die Verbraucher tiberzeugen. In den USA war die Entwlcklung genau umgekehrt. General Electric, zu diesem Zeitpunkt noch Mitbesitzer von Allegheny Ludlum, forderte Allegheny auf, einen solchen Werkstoff, von dessen Vorziigen sie vemommen hatten, zu produzieren. Allegheny Ludlum lehnte dieses Ansinnen mit Hinweis auf die Unmoglichkeit, ein solches Material zu verformen, ab. Gegen den Willen der Verantwottlichen wurden dann doch Versuche durchgeftihrt, die such zum Erfolg fiihrten. In Deutschland ging also die Entwicklung des Elektrobleches im wesentllchen vom Erzeuger, der Htittenindustrie, aus, in den USA warder Verbraticher die treibende Kraft. Von daher erkl&t sich such, dass noch heute der Entwicklungsschwerpunkt fi.ir diesen Werkstoff in den USA bei der Elektroindustrie, in Deutschland jedoch bei der Stahlindustrie liegt.

F. Toussaint/Bedeutung

und Entwicklung des Elektrobleches

ELEKTRO

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BLECH

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Abb. 1. Klassifizierung von Elektroblech. Fii. 1. Classification of electrical steel.

Das Elektroblech ist in seiner gut 70-jiihrigen Geschichte - bedingt durch die Anforderungen der Verbraucher und die Forschungsaktivitiiten der Hersteller - vom einfachen Fhissstahl mit hohen Ummagnetisierungsverlusten bis zu der heutigen Vielzahl von Sorten fur die verschiedensten Verwendungszwecke weiterentwickelt worden. Zunichst ein kurzer ijberblick iiber die Klassifizierung von Elektroblech (Abb. 1). Eletroblech ist der Oberbegriff fiir alle Feinbleche und -bander, die zu Lamellen gesclmitten ftir den Aufbau magnetischer Kerne in elekttischen Maschinen und Getiten Verwendung finden. Es liisst sich unterteilen in Bleche, die eine ausgepragte kristallografische Textur besitzen - das sind komorientierte Bleche - und in solche, die keine bzw. nur geringe Textur aufweisen - das sind die nichtorientierten Bleche. Der weitaus grijssere Anteil der Bleche fur eletrotechnische Verwendung flint in den nichtorientierten Bereich. Das nichtorientierte Elektroblech l&t sich je nach Auslieferungsform des Herstellers in fully processed (fertig) bzw. semi-processed (halbfertig) unterteilen. Halbfertig bedeutet bier, dass das Material nach der Verarbeitung beim Verbraucher einer Schlussgltihung unterzogen wird, bei der die endgtiltigen magnetischen Eigenschaften eingestellt werden. Bei der fertigen Auslieferungsform erfolgt diese

Schlussgltihung beim Hersteller. Beide Auslieferungsformen werden iiber den gesamten Legierungsbereich ‘nrlll

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Abb. 2. Herstellungsweg ftir Elektroblech. Fig. 2. Production scheme for electrical steel.

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F. ToussaintlBedeutung und Entwicklung des Elektrobieches

geliefert, d.h. es gibt auf dem Markt sowohl silizierte wie unsilizierte Elektrobleche in fully- und semi-processed Ausftihrung, wobei allerdings die semi-processed Ausftihrung ihren Schwerpunkt beim unsilizierten Eletroblech hat. Wege der Elektroblechherstellung zeigt Abb. 2. Aus dem Ablaufschema ist ersichtlich, dass die Fertigung bis zum Halbzeug fur das orientierte sowie nichtorientierte Elektroblech im wesentlichen gleich ist. Die weitere Fertigung des kornorientierten Elektrobleches weist im Vergleich zum nichtorientierten Elektroblech zusatzliche Ghih- und Walzvorgtige auf. Das nichtorientierte Elektroblech wird heute nach zwei verschiedenen Verfahren herstellt, dem Warmwalzund dem Kaltwalzverfahren. Das Wannwalzverfahren hat mit dem Aufschwung der Kaltwalzindustrie im vergangenen Jahrzehnt immer mehr an Bedeutung verloren und wird heute im wesentlichen fur die Herstellung von Gtiten mit niedrigen Verlusten, insbesondere Generatorenbleche, eingesetzt. Das hat technologische und kostenmlissige Ursachen. Das Kaltwalzen von Elektroblech, insbesondere von Blech mit hohem Si-Gehalt, stellt wegen des hohen Formtinderungswiderstandes und der grossen Sprbdig keit des Siliziumstahles ein besonderes Problem dar. Dieses Problem wurde durch die Entwicklung von Spezialwalzgertisten gelost. Neben der Verformung des Si-Stahles mussten Gltihbehandlungsiifen entwickelt werden, die den Forderungen der Verbraucher nach verbesserten elektromagnetischen und mechanischtechnologischen Eigenschaften des Elektrobleches Rechnung trugen. Die Entwicklung diirfte hier aber noch keineswegs am Ende sein. Aus dem schlussgegltihten und weitgehend entspannten Elektroblech oder -band stellt der Verbraucher Lamellen oder Zuschnitte her, die dann zu Kempaketen geschichtet werden. Bei diesem Vorgang werden die magnetischen Eigenschaften von Elektroblech beeinflusst. Die mengenmiissige Entwicklung des nichtorientier-ten Elektroblechverbrauches in der BRD zeigt Abb. 3. 1973 lag der Verbrauch bei etwa 350000 jato. Von dieser Menge hatten 75% des Elektrobleches Ummagnetisierungsverluste von P 1.O> 2.0 W/kg. Der Weltverbrauch von nichtorientiertem Elektroblech dtirfte 1973 bei tiber 4.0 Mio t gelegen haben. Der Anteil des unsilizierten Bleches dtirfte wohl im Bereich von 30% des Weltverbrauches von nichtorientiertem Blech liegen.

Abb. 3. Entwickhmg desBlektroblechverbrauches

in der BRD.

Fig. 3. Development of electrical steel consumption in the Federal Public of Germany.

Abb. 4. Entwicklung des Ummagnetisierungsverlustes von Trafoblech. Fig. 4. Development of the core loss of electrical steel.

F. ToussaintlBedeutung und Entwicklung des Elektrobleches

Neben der mengenmassigen Entwicklung hat natiirlich such eine qualitative Weiterentwicklung stattgefunden, die am Beispiel derVerbesserung des Qualitatsmerkmales “Ummagnetisierungsverlust” des Trafo bleches aufgezeigt werden sol1 (Abb. 4). Die durchgezogene untere Kurve bezieht sich auf das komorientierte Blech. Nachdem in den 50er Jahren die Entwicklung des klassischen komorientierten Bleches sich weitgehend stabilisiert hatte, ist in jtingerer Zeit mit der Entwicklung der Hi-B-Qualitiit ein neuer Schritt vollzogen worden, der in diesem Bild seinen Niederschlag noch nicht gefunden hat. Die gestrichelte obere Kurve stellt die Entwicklung des nichtorientierten Bleches dar und gibt die im jeweiligen Zeitraum erreichten Bestwerte des warmgewalzten Bleches wieder. Wie bereits erw&hnt, hat zwar das kaltgewalzte Blech inzwischen mengenmiissig den griissten Anteil, die Niedrigstwerte nach dem Warmwalzverfahren sind jedoch noch nicht erreicht worden. Allerdings ist hier die Entwicklung im vollen Gange, die eines Tages zur Vollablosung des Warmwalzverfahrens ftihren wird. Es dtirfen aber gewisse Schwierig keiten such auf der Anwenderseite hierbei nicht tibersehen werden, beispielsweise konnen Stable mit einem Gesamtlegierungsgehalt Si und Al von mehr als 4% zur Zeit technisch-wirtschaftlich noch nicht gewalzt werden. Bei dem Bau von Grossgeneratoren spielt jedoch nicht nur ein optimaler Hystereseverlust eine

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Rolle, sondem such eine moglichst geringe elektrische Leitfahigkeit, urn die Oberwellenverluste zu minimieren, ein Problem, das in naher Zukunft gel&t werden muss. Zweifellos ist such in den niichsten Jahren weltweit mit einer Zunahme des Elektroblechverbrauches zu rechnen. Die Periode der teilweisen Stagnation bzw. des stark unterproportionalen Verbrauchswachstums ist weitgehend vorbei. Dies war bedingt durch Entwicklungen in der Elektrotechnik, die trotz Wachstums bei den Endprodukten zueiner Verringerung des spezifischen Blechverbrauches je installiertem Kilowatt fihrten. Eines sollte jedoch bei der weiteren Entwicklung nicht tibersehen werden, nlmlich die Tatsache der weltweit noch nicht abgeschlossenen Substitution von fertiggeliihtem silizierten Blech durch semiprocessed siliziumfreies Material. Daher muss noch mit einer Hngeren Phase eines geringen oder mehr Nullwachstums ftir fully-finished Si-Blech gerechnet werden, dies obwohl der Gesamtverbrauch an Elektroblech weiter steigen wird. Mit diesem kurzen Bericht wurde ein Uberblick tiber die technisch-wirtschaftliche Bedeutung des Werkstoffes Elektroblech gegeben, der trotz aller differenzierten und spezifischen Eigenschaften ein Massenprodukt geworden ist. Dies war erforderlich, urn den wirtschaftlichen Notwendigkeiten der Elektroindustrie zu begegnen.