Eigenschaftsbeeinflussung von nicht kornorientiertem Elektroband mittels Lanthan

Dahlmann, Christoph; Hameyer, Kay; Bleck, Wolfgang; Krupp, Ulrich

doi:41910

Eigenschaftsbeeinflussung von nicht kornorientiertem Elektroband mittels Lanthan

Dahlmann, Christoph^RWTH*

2022 & 2023

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Christoph Dahlmann, M.Sc.

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2022

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2022

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University 2023

Genehmigende Fakultät
Fak05

Hauptberichter/Gutachter
Bleck, Wolfgang (Thesis advisor)^RWTH* ; Hameyer, Kay (Thesis advisor)^RWTH* ; Krupp, Ulrich (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2022-12-14

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2023-00498
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/862404/files/862404.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Korngröße (frei) ; Legierungsentwicklung (frei) ; NO-Elektroband (frei) ; Ummagnetisierungsverluste (frei) ; Wärmebehandlung (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Weichmagnetisches Elektroband spielt bei der Umwandlung von elektrischer in kinetische Energie eine entscheidende Rolle. Die elektrische Energie kann dabei jedoch nicht verlustfrei in Bewegungsenergie umgewandelt werden, sodass ein Teil der eingebrachten Energie in Wärme überführt wird. Die Wärmeverluste sollten so gering wie möglich gehalten werden, um die Effizienz anzuheben und Emissionen zu verringern. Dies kann mit Hilfe gezielter Legierungsentwicklung erreicht werden. Durch die große Menge von nicht kornorientiertem (NO) Elektroband in jeglicher Art von Elektromotoren und Generatoren besteht enormes Potential, einen nennenswerten Beitrag zur Energiewende und zur Elektromobilität zu leisten. Somit nehmen die Untersuchungen des in dieser Arbeit behandelten NO-Elektrobandes einen wichtigen Platz ein. Um den Einfluss von Verunreinigungen im Gefüge des gewalzten Materials auf die magnetischen Eigenschaften von NO-Elektroband zu untersuchen, wurden vier Elektrobandlegierungen mit unterschiedlichen Lanthangehalten hergestellt. Dabeiwurde Lanthan gewählt, da es in der Lage ist, insbesondere die Verunreinigungen verursachenden Elemente Schwefel und Sauerstoff zuverlässig abzubinden und so die Eigenschaften des Werkstoffes positiv zu beeinflussen. Als Basis diente in dieser Arbeit ein industriell genutztes Legierungskonzept mit 2,9 Gew.−% Si. DasMaterial wurde an eine Enddicke von 0,5mm kaltgewalzt und unterschiedlichen Schlussglühzyklen unterzogen, um den Einfluss des Kornwachstums auf die resultierenden magnetischen Eigenschaften herauszuarbeiten. Weiterhin wurden die Einflüsse auf die Textur, Polarisation und auch die Festigkeitseigenschaften untersucht, um eine ganzheitliche Charakterisierung des Materials zu ermöglichen. Durch die Variation des Lanthangehaltes zwischen 102 bis 154 ppm und der Schlussglühparameter konnte gezeigt werden, dass Lanthan insbesondere imniedrigen Frequenzbereich durch das deutlich beschleunigte Kornwachstum einen positiven Einfluss auf die Ummagnetisierungsverluste hat. Eine Anhebung der Messfrequenz führt korngrößenbedingt zu einer starken Erhöhung der Verluste, jedoch zeigte der Vergleich ähnlicher Korngrößen der Legierungen ohne undmit Lanthan einen deutlichen Vorteil durch verringerte Exzessverluste. Untersuchungen der Textur und der Sättigungspolarisation zeigten keinen eindeutigen Einfluss durch Lanthan. Die deutlich angehobene Korngröße bei gleicher Wärmebehandlung führte jedoch zu leicht verringerten Festigkeitskennwerten. Eindirekter Einfluss des Lanthans auf die Matrixfestigkeit des Materials wurde jedoch ausgeschlossen. Als Ergebnis der Untersuchungen kann festgehalten werden, dass Lanthan prinzipiell in der Lage ist, die magnetischen Eigenschaften von NO-Elektroband positiv zu beeinflussen.

Soft magnetic electrical steel plays a decisive role in the transformation of electric into kinetic energy. However, the electric energy cannot be converted into kinetic energy without losses, so a part of the energy input is converted into heat. The heat losses should be kept as low as possible in order to increase efficiency and reduceemissions. This can be achieved through the help of targeted alloy development. Due to the large amount of non-grain-oriented electrical steel in all kinds of electric motors and generators, there is an enormous potential to significantly contribute to the energy transition and electromobility. Thus, the investigations of the NOelectrical steel dealt with in this thesis occupy an essential place. To investigate the influence of impurities in the structure of the rolled material on the magnetic properties of non-grain-oriented electrical steel, four electricalsteel alloys with different lanthanum contents were produced. Lanthanum was chosen because it is able to reliably bind off the elements that cause impurities, sulphur and oxygen, and thus positively influence the properties of the material. An industrially used alloy concept with 2.9 wt.−% Si served as a basis for this work. The material was cold rolled to a final thickness of 0.5mm and subjected to different final annealing cycles to determine the influence of grain growth on the resulting magnetic properties. Furthermore, the influences on the texture, polarisation, andstrength properties were investigated to enable a holistic characterisation of the material. By varying the lanthanum content between 102 to 154 ppm and the final annealing parameters, it could be shown that lanthanum has a positive influence on the remagnetisation losses, especially in the low frequency range due to the significantlyaccelerated grain growth. Increasing the measuring frequency leads to a strong increase in losses due to the grain size, but the comparison of similar grain sizes of the alloys without and with lanthanum showed an apparent advantage due to reduced excess losses. Investigations of texture and saturation polarisation showed no clear influence of lanthanum. However, the significantly increased grain size with the same heat treatment led to slightly reduced tensile strength properties. A direct influence of the lanthanum on the matrix strength of the material was, however, excluded. As a result of the investigations, it can be stated that lanthanum is in principle capable of positively influencing the magnetic properties of non-grain-oriented electrical steel.

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