DE3539731A1

DE3539731A1 - Kornorientiertes elektrostahlblech mit stabilen, gegen das spannungsfreigluehen bestaendigen magnetischen eigenschaften und verfahren und vorrichtung zu seiner herstellung

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Publication number: DE3539731A1
Application number: DE19853539731
Authority: DE
Inventors: Kikuji Hirose; Hisashi Kitakyushu Fukuoka Kobayashi; Motoharu Nakamura; Toshio Tsukada; Hirofumi Himeji Hyogo Yamashita
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1984-11-10
Filing date: 1985-11-08
Publication date: 1986-05-22
Anticipated expiration: 2005-11-09
Also published as: IT1182667B; GB2168626A; IT8567947A1; SE465129B; GB2168626B; SE8505295L; GB8527599D0; FR2575588A1; KR860004153A; FR2575588B1; BE903619A; DE3539731C2; US4750949A; KR910002866B1; SE8505295D0; IT8567947A0

Description

• to .

Gegenstand der Erfindung ist ein kornorientiertes Elektrostahlblech, dessen magnetische Eigenschaften durch das Spannungsfreiglühen nur geringfügig verschlechtert werden, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu seiner Herstellung.
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Im Hinblick auf Energieersparnis ist eine Verminderung des Ummagnetisierungsverlustes (Wattverlust, Kernverlust) von kornorientiertem Elektrostahlblech wünschenswert.

In der JP-A-58-26406 ist ein Verfahren zur Verminderung des Ummagnetisierungsverlustes beschrieben, bei dem die magnetischen Domänen durch Laserbestrahlung unterteilt werden. Die durch die Laserbestrahlung erzeugte Spannung verursacht eine Verminderung des Ummagnetisierungsverlustes. Dieses Verfahren eignet sich deshalb zur Anwendung auf kornorientiertes Elektrostahlblech, das zur Verwendung bei der Herstellung von Stapelkernen vorgesehen ist, welche kein Spannungsfreiglühen erfordern. Es eignet sich dagegen nicht zur Anwendung für kornorientiertes Elektrostahlblech, das zur Verwendung bei der Herstellung von Wickelkernen vorgesehen ist, wobei ein Spannungsfreiglühen durchgeführt werden muß.

In der JP-A-56-130454 ist ein Verfahren zur Verminderung des Ummagnetisierungsverlustes beschrieben, bei dem das Stahlblech ^Q nach dem sekundären Rekristallisationsglühen mit einer Spannung beaufschlagt wird und die Kluster aus kleinen Kristallkörnern, die sich während der Wärmebehandlung nach dem sekundären Rekristallisationsglühen infolge der Spannung bilden, zu einer Verminderung des Ummagnetisierungsverlustes führen. Da die

Kluster aus kleinen Kristallkörnern an der Oberfläche der sekundär rekristallisierten Stahlbleche entstehen, werden die

Ummagnetisierungseigenschaften durch das Spannungsfreiglühen nicht verschlechtert. Im Verfahren gemäß JP-A-56-130454 können jedoch derart niedrige Werte des Ummagnetisierungsverlustes, wie sie durch Bestrahlung mit einem Laser erhalten werden, nur schwer erreicht werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kornorientiertes Elektrostahlblech zu schaffen, bei dem der Nachteil der Laserbestrahlung, wonach der erreichte geringe Ummagnetisierungsverlust durch das Spannungsfreiglühen erhöht wird und das kornorientierte Elektrostahlblech somit nicht spannungsfrei geglüht werden kann, sowie der Nachteil des Verfahrens zur Erzeugung von kleinen Kristallen, bei dem der erreichte Ummagnetisierungsverlust "zwar durch das Spannungsfreiglühen nicht erhöht wird, er jedoch bereits verhältnismäßig hoch ist, überwunden werden können.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung von kornorientiertem Elektrostahlblech, bei dem die Ummagnetisierungsverlusts-Eigenschaften durch das Spannungsfreiglühen nur unwesentlich verschlechtert werden und somit ein niedriger Ummagnetisierungsverlust in stabiler Weise erreicht werden kann. Schließlich ist es auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Erzeugung von kornorientiertem Elektrostahlblech zu schaffen, mit der die Ummagnetisierungsverlust-Eigenschaften durch das Spannungsfreiglühen nur geringfügig verschlechtert werden und somit ein niedriger Ummagnetisierungsverlust in stabiler Weise erreicht werden kann.

Unter dem Begriff "kornorientiertes Elektrostahlblech" ist"erfindungsgemäß im engsten Sinn das Stahlblech allein, in weiterem Sinn das Stahlblech mit einer auf diesem während des abschließenden Texturglühens erzeugten Beschichtung, und im weitesten Sinn das Stahlblech mit der genannten Beschichtung und einer darauf erzeugten isolierenden Schicht zu verstehen.

Gegenstand der Erfindung ist ein kornorientiertes Elektrostahlblech mit geringem Ummagnetisierungsverlust nach dem Spannungsfreiglühen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß das kornorientierte Elektrostahlblech, das abschließend texturgeglüht und mit einer Spannung beaufschlagt wurde, eine Anzahl von vertieften Bereichen auf seiner Oberfläche aufweist, die Einbuchtungen in den Stahlblech-Körper mit einer Tiefe im Bereich von 0,01 bis 0,1 mm bilden, daß die vertieften Bereiche mit einer Masse gefüllt sind, die einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Stahlblech aufweist, und daß die magnetischen Domänen ausgehend von den vertieften Bereichen und der Masse unterteilt sind.

Die Figuren 1 A und B zeigen graphisch die Beziehung zwischen den magnetischen Eigenschaften und der Breite und Tiefe von auf dem Stahlblech erzeugten Rillen.

eine
Figur 2 zeigt/Rasterelektronenmikroskopaufnahme von kornorientiertem Elektrostahlblech mit unterteilten magnetischen Domänen.

Die Figuren 3 A bis G zeigen schematisch die Struktur der kornorientierten Elektrostahlbleche der Erfindung. Figur 4 erläutert ein Verfahren zur Erzeugung und zum Füllen der als Vertiefung ausgebildeten Teile des Stahlblechs der Erfindung.

Figur 5 zeigt graphisch die Beziehung zwischen der Ätzzeit und der Abtragtiefe des Stahls.
Figur 6 zeigt die Beziehung zwischen der HNCu-Konzentration und der Ätzzeit.

Figur 7 zeigt graphisch die Änderung der Abtragtiefe des Stahl in drei getrennten Bereichen in Längsrichtung einer Spule. Figur 8 zeigt graphisch die Änderung des Ummagnetisierungsverlustes W₁₇Z^₀ in den Figur 6 entsprechenden Stellen der

Spule.

L J

Figur 9 erläutert ein Sprühverfahren nach einem Beispiel der Erfindung.

Figur 1O erläutert eine Eintauchmethode nach einem Vergleichsverfahren .

Gemäß vorliegender Erfindung wird bei einem kornorientierten Elektrostahlblech, das dem abschließenden Texturglühen und ge gebenenfalls der Erzeugung einer isolierenden Beschichtung unterzogen worden ist, ein teilweises Abtragen von Stahlmasse aus dem Stahlblech-Körper durchgeführt. Außerdem wird eine Phosphatbeschichtung auf dem kornorientierten Elektrostahlblech erzeugt, um dieses unter Zugspannung zu setzen (nachstehend als "Spannungsbeschichtung" bezeichnet). Die vertieften Teile, die durch teilweise Entfernung von Stahl erzeugt werden, werden deshalb mit einer Verbindung gefüllt, die nach der Härtung der Spannungsbeschichtung durch Wärmebehandlung einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist als das Stahlblech. Das Füllen der vertieften Teile mit einer solchen Verbindung verbessert die magnetischen Eigenschaften und verhindert eine Verschlechterung dieser Eigenschaften während des Spannungsfreiglühens.

Die Erfindung wird nun anhand des Verfahrens zur Herstellung der Elektrostahlbleche, beginnend mit dem Warmwalzen, im einzelnen erläutert.

Eine Siliciumstahlbramme mit einem Gehalt von höchstens 4 Gewichtsprozent Si wird erwärmt und dann zu einem Band mit mittlerer Dicke warmgewalzt. Das warmgewalzte Stahlband wird falls erforderlich abgebeizt und wärmebehandelt. Dann wird das warmgewalzte Band in einer oder zwei Stufen mit Zwischenglühen kaltgewalzt. Das auf seine Endstärke kaltgewalzte Band wird hierauf entkohlungsgeglüht. Dann wird ein Glühseparator auf das entkohlungsgeglühte Stahlband aufgebracht und dieses anschließend schlußgeglüht (Textürglühen). Dies ist ein übliches Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Elek-

trostahlblech. Das Blech kann außerdem mit einer Spannungsbeschichtung versehen werden.

Das kornorientierte Elektrostahlblech, von dem ein Teil der Stahlmasse abgetragen wird, kann gegebenenfalls die Spannungsbeschichtung aufweisen. Als Verfahren zum Abtragen von Stahlmasse kommen in Betracht: Mechanische Verfahren, wie die Einwirkung von mechanischer Beanspruchung auf die Oberfläche des komorientierten Elektrostahlblechs, mechanisches Anreißen oder Rillenbildung mit einer Formwalze. Auch Bestrahlung mit einem Laser, Elektronenstrahl oder IR-Strahlen kann angewendet werden. Die islierende Be-

, . , , -,, . . Mittel oder

schichtung des komorientierten Elektrostahlblechs wird durch mechanische/ Bestrahlung selektiv entfernt oder abgeschält. Der an bestimmten Stellen freiliegende Stahlblech-Körper wird dann durch eine Säure, wie Salzsäure oder Salpetersäure, gelöst und abgetragen. Das Lösen kann beispielsweise durch Eintauchen, Aufsprühen oder elektrolytisches Ätzen erfolgen. Als Ergebnis werden vertiefte Teile im Stahlblech-Körper erhalten, die die Form von Rillen haben. Wenn derartige Vertiefungen nur durch Anreißen erzeugt werden·können, kann auch dieses Verfahren angewendet werden.

Die Rillen erstrecken sich vorzugsweise senkrecht zur Walzrichtung (<001^ Orientierung), können jedoch auch um einen bestimmten Winkel von z.B. 45° gegen die Walzrichtung gedreht sein. Wenn der Winkel sehr groß ist, haben die Rillen nicht mehr die gewünschte Wirkung auf die Verminderung des Ummagnetisierungsverlustes. Die vorstehend erwähnte Laserbestrahlung verursacht eine Verminderung des Ummagnetisierungsverlustes und die Erzeugung von Spannung gemäß JP-A-58-26405. Die Wirkung der Laserbestrahlung ist jedoch von der in der genannten Veröffentlichung beschriebenen insofern verschieden, _als die nach dem Spannungsfreiglühen verbleibende lokale Spannung in vorteilhafter Weise für die Verminderung des ümmagnetisie-

^ rungsverlustes genutzt wird. Der Abstand zwischen den Rillen beträgt in Walzrichtung vorzugsweise 2,5 bis 10 mm, da bei

einem solchen Abstand die stärkste Verminderung des Ummagnetisierungsverlustes erhalten wird. Dieser Abstand ist der gleiche wie der in der JP-A-58-26406 beschriebene.

Die Rillen können entweder als Linie oder in Form von Punkten erzeugt werden. Im Fall von Punkten beträgt der Abstand zwischen ihnen vorzugsweise höchstens 0,7, insbesondere höchstens 0,3 mm. Wenn der Abstand zwischen den Punkten größer als 0,7 mm ist,wird die Verminderung des Ummagnetisierungsverlustes gering.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Die Figur 1 A zeigt die Abhängigkeit der magnetischen Flußdichte (Bg) und des ümmagnetisierungsverlustes W- η/cn von der Rillenbreite. Bei der Prüfung, deren Ergebnisse in Figur T A dargestellt sind, werden 0,23 mm dicke kornorientierte Elektrostahlbleche mit einer Phosphatbeschichtung oder einer halb organischen Beschichtung verwendet. 0,05 mm tiefe Rillen, die voneinander einen Abstand von 5 mm aufweisen, werden mit unterschiedlicher Rillenbreite erzeugt. Als Spannungsbeschichtung wird eine Masse verwendet, die einen anderen thermischen Ausdehungskoeffizienten als das Stahlblech aufweist. Die Beschichtung wird nach dem Aufbringen 5 Minuten bei 85O⁰C gehärtet.

Die verwendete Phosphatbeschichtung wird in flüssiger Form angewendet und besteht aus kolloidaler Kieselsäure, einem Phosphat, wie Aluminiumphosphat, und Chromsäureanhydrid oder einem Chromat. Die kolloidale Kieselsäure und das Phosphat sind die hauptsächlichen Bestandteile der Beschichtung. Beim Aushärten dieser Bestandteile wird eine Masse erhalten, die einen anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Stahlblech aufweist, und die dieses somit unter Zugspannung setzt. Erfin-

dungsgemäß können auch irgendwelche anderen Beschichtungsmassen verwendet werden, die die gleiche Wirkung wie eine Phosphat-

beschichtung haben. Sie können beispielsweise auch Magnesiumphosphat enthalten.

Figur 1 A zeigt, daß eine der magnetischen Eigenschaften, nämlich die magnetische Flußdichte Bg, bei Vergrößerung der Rillenbreite abnimmt, während die andere magnetische Eigenschaft, nämlich der ümmagnetisierungsverlust B₁₇/₅₀ bei besonders geringer Rillenbreite hoch ist. Der hohe Ummagnetisierungsverlust W- η /CQ ergibt sich aus der geringen Spannung, die infolge der sehr schmalen Rillen erzeugt wird. Vorzugsweise beträgt die Rillenbreite deshalb mindestens 0,1 mm. Im Hinblick auf die magnetischen Eigenschaften sind die Rillen vorzugsweise höchstens 0,4 mm breit.

Figur 1 B zeigt die Ergebnisse eines ähnlichen Tests wie im Fall von Figur 1 A . In diesem Test werden 0,3 mm breite Rillen auf einem 0,23 mm dicken kornorientierten Elektrostahlblech im Abstand von 5 mm mit unterschiedlicher Rillentiefe erzeugt. Die vorstehend erwähnte Beschichtungslösung wird auf das kornorientierte Elektrostahlblech aufgebracht und 5 Minuten bei 85O⁰C ausgehärtet, wobei ein überzug aus der Beschichtungsmasse in den Rillen erzeugt wird. Im Bereich einer Rillentiefe von 0,01 bis 0,1 mm wird eine Verbesserung der magnetischen Eigenschaften im Vergleich zum Stand der Technik erreicht. Bei einer Tiefe über 0,1 mm verschlechtert sich zwar der Ummagnetisierungsverlust W₁^ /j-q nicht, die magnetische Flußdichte Bg nimmt aber stark ab. Bei einer Rillentiefe von 0,01 mm beträgt der Ummagnetisierungsverlust W^,r_Q etwa 0,9 W/kg und ist somit geringer als bei herkömmlichen Produkten. Die Verbesserung des Ummagnetxsierungsverlustes ^W17/50 ^ze^9^{t s}i^cn besonders deutlich bei einer Rillentiefe von mindestens 0,02 mm. Der bevorzugte Bereich der Rillentiefe reicht deshalb von 0,02 bis 0,08 mm.

Gemäß Figuren 1 A und B

wird Stahlmasse von der Oberfläche des Stahlblechs teilweise

abgetragen und anschließend werden die so erzeugten vertieften Stellen mit einer Masse gemäß vorliegender Erfindung gefüllt. Der thermische Ausdehnungskoeffizient einer solchen Masse ist kleiner als derjenige des Stahlblechs (etwa 13 χ 10 ), wodurch dieses unter Zugspannung gesetzt wird. Zum Füllen der vertieften Teile mit der Verbindung wird eine Beschichtungsflüssigkeit, beispielsweise eine Phosphatbeschichtung, auf das kornorientierte Elektrostahlblech aufgebracht. Unter technischen Gesichtspunkten ist das Aufbringen der Beschichtungsmasse auf das gesamte kornorientierte Elektrostahlblech günstiger als ein Aufbringen nur auf bestimmte Teile. Bei den mit Bezug auf Figur 1 A und B erläuterten Prüfungen wird das gesamte Stahlblech beschichtet. Die günstigen Ergebnisse der Erfindung können jedoch auch bei lokaler Anwendung der Be-Schichtungslösung erreicht werden.

Zum Füllen der Rillen mit der Masse können alle geeigneten Verfahren benutzt werden. Wichtig ist nur, daß die Masse in die vorher erzeugten vertieften Teile des Stahlblechs gelangt. Zur Erhöhung der Bindung zwischen der Füllmasse und dem Stahl des Stahlblechs können bindungsverstärkende Maßnahmen, wie Ni-Plattierung oder Gasphasenabscheidung von Siliciumdioxid, angewendet werden. Dadurch wird die Verbesserung der magnetischen Eigenschaften weiter verstärkt. Die aufgebrachte Schicht aus Nickel hat eine Dicke von vorzugsweise höchstens 1 μΐη, wenn die Beschichtungsmasse kolloidale Kieselsäure enthält.

Figur 2 zeigt eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme der magnetischen Domänen. Die untersuchte Probe wird wie folgt hergestellt. Ein kornorientiertes Elektrostahlblech mit Spannungsbeschichtung wird mit einem Laser bestrahlt und dann in Salpetersäure geätzt, wobei etwa 0,025 mm tiefe Loche erzeugt werden. Eine aus Aluminiumphosphat, kolloidaler Kieselsäure und Chromsäure bestehende Beschichtungsmasse wird/bei 350¹⁵C vorgehärtet und dann an der Luft 2 Minuten bei 850⁰C gehär-

tet. Anschließend wird das Blech 4 Stunden bei 850⁰C spannungsfrei geglüht.

Aus der Aufnahme ist zu erkennen, daß magnetische Domänen an den Teilen erzeugt werden, an denen die Löcher ausgebildet wurden. Vermutlich stellen die Bereiche des Stahlblechs, an denen Stahl abgetragen wurde, die Stellen dar, an denen unterteilte magnetische Domänen erzeugt werden, die die Walzrichtung passieren und den Ummagnetisierungsverlust vermindern.

Vorstehend wurde die Erfindung am Beispiel von kornorientierten Stahlblechen im weiteren und weitesten . Sinn erläutert, da die billigsten Produkte auf diese Weise erhalten werden können. Es können jedoch auch kornorientierte Elektrostahlbleehe im engsten Sinn nach dem Verfahren der Erfindung behandelt werden. Dabei wird das abschließende Texturglühen durchgeführt und dann wird das sekundär rekristallisierte Stahlblech, das keinerlei Oberflächenbeschichtung aufweist, dem Verfahren der Erfindung unterzogen.

Die Magnetostriktion der kornorientierten Elektrostahlbleche der Erfindung wurde gemessen. Sie erweist sich als gleichwertig zu derjenigen herkömmlicher Produkte.

in den Figuren 3 A bis G sind im Querschnitt verschiedene Gestaltungen der Oberfläche und der Beschichtung von sekundär rekristallisierten Stahlblechen der Erfindung dargestellt.

in Figur 3 A ist keine Beschichtung auf dem sekundär rekristallisierten Stahlblech 1 ausgebildet. Die vertieften Bereiche 3 sind auf der Oberfläche 2 des sekundär rekristallisierten Stahlblechs 1 erzeugt.

Die Masse 6, die das Stahlblech unter Zugspannung setzen soll, ist auf die ganze Oberfläche 2 des Stahlblechs aufgebracht.

Die Masse 6 befindet sich auf der unveränderten Oberfläche 4 des Stahlblechs und füllt außerdem die vertieften Bereiche 3. Zwischen der Oberfläche 2 des Stahlblechs und der genannten Masse 6 kann in sandwichartiger Anordnung eine Metallbeschichtung zur Erhöhung der Bindungsfestigkeit vorgesehen sein.

In Figur 3 B umfaßt das kornorientierte Elektrostahlblech eine Beschichtung 7 zur sekundären Rekristallisation, die üblicherweise als Forsteritschicht bezeichnet wird. Die vertief-

ten Bereiche 3 sind mit der Masse gefüllt, die mit der Ziffer bezeichnet ist. Die Masse wird teilweise auf die Oberfläche 2 des Stahlblechs aufgebracht und in die vertieften Bereiche 3 gefüllt.

In der Ausführungsform der Figur 3 C wird die Masse mit der Zusammensetzung der vorstehenden Masse 5 vollständig auf die Oberfläche 2 des Stahlblechs aufgetragen (mit "6" bezeichnet) und in die vertieften Bereiche des kornorientierten Elektrostahlblechs, das eine Forsteritschicht wie in Figur 3 B aufweist, eingefüllt. Das in den Figuren 3 B und C dargestellte kornorientierte Elektrostahlblech kann zur Herstellung des zweiten Kerns von Transformatoren verwendet werden.

Die Masse 6, die im Stahlblech eine Zugspannung erzeugen soll, und die teilweise auf seine Oberfläche aufgebracht und in die vertieften Bereiche gefüllt wird, kann beliebigen Wärmebehandlungen, wie Härtung oder Spannungsfreiglühen unterzogen werden. Nach der Wärmebehandlung wird in den vertieften Bereichen lokal Spannung erzeugt, die auf unterschiedliche Ausdehnung und Schrumpfung der Masse 6 und des Stahls in den vertieften Bereichen 3 zurückzuführen ist.

Um die vertieften Bereiche 3 bilden sich umlaufende Magnetpole aus. Die Stärke der Magnetpole wird durch die Tiefe und Breite der Rillen beeinflußt. Durch die Entstehung von Magnetpolen bilden sich 90° Domänen um die vertieften Teile 3-

in Figur 3 E ist ein halborganischer Film 8 auf die gesamte obere Oberfläche des kornorientierten Elektrostahlblechs aufgebracht.

In Figur 3 F sind die vertieften Bereiche 3 auf einem kornorientierten Elektrostahlblech ausgebildet, das eine Försteritschicht 7 und eine Zugspannungsbeschichtung 9 aufweist. Eine Masse 5, die das Blech unter Zugspannung setzt, ist in die vertieften Bereiche 3 gefüllt.

In Figur 3 G ist die vorstehend erwähnte Masse 5 auf die gesamte obere Oberfläche des kornorientierten Elektrostahlblechs gemäß der Erläuterung in Figur 3 F aufgebracht.

Im Fall des teilweisen Auftrags der genannten Masse wird diese in die vertieften Bereiche eingebracht und kann auch noch in der Nachbarschaft dieser vertieften Bereiche aufgebracht werden. Das kornorientierte Elektrostahlblech der Erfindung kann einen Aufbau aufweisen, bei dem die genannte Masse die vertieften Teile ausfüllt und sich auch in ihrer Nachbarschaft befindet.

In Figur 3 D ist ein halborganischer Film 8, der dem Stahlblech keine Zugspannung verleiht, auf der Forsteritschicht 7 aufgebracht. Die Masse 5, die das Stahlblech unter Zugspannung setzen soll, befindet sich in den vertieften Bereichen 3 des Stahlblechs 1.

Die unterteilten 180° magnetischen Domänen entstehen als Folge der Forsteritschicht oder der Spannungsbeschichtung, welche die 90° magnetischen Domänen unter Zugspannung setzt. Wenn die genannte Masse auf die gesamte Oberfläche des Stahlblechs aufgebracht wird, wird die Unterteilung der magnetischen Domänen im Vergleich zum nur teilweisen Auftrag verstärkt, da auf der gesamten Oberfläche durch die genannte Masse eine Zugspannung erzeugt wird.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Ein 0,23 min dickes kornorientiertes Elektrostahlblech wird durch einstufiges Kaltwalzen hergestellt. Das kornorientierte Elektrostahlblech wird nach dem Schlußglühen mit Hilfe eines Messers angerissen. Mit der Messerspitze werden senkrecht zur Walzrichtung lineare Rillen erzeugt, die zueinander einen Abstand von 5 mm aufweisen. Die Rillen haben eine Breite von 0,2 mm und dringen bis zu einer Tiefe von etwa 0,03 mm in das Grundmetall ein. Dann wird eine Beschichtungslösung aus 100 cm³ 20 % wäßrige kolloidale Kieselsäuredispersion, 60 cm³ wäßrige Aluminiumphosphatlösung und 6 g Chromsäureanhydrid auf das Stahlblech aufgebracht. Die Beschichtungslösung wird 3 Minuten bei 83O⁰C gehärtet. Nach dem Härten wird das Stahlblech 4 Stunden bei 85O⁰C spannungsfrei geglüht. Der Uircnagnetisierungsverlust des Stahlblechs wird vor und nach dem Spannungsfreiglühen in Walzrichtung gemessen.

Zu Vergleichszwecken wird das kornorientierte Elektrostahlblech wie vorstehend behandelt, wobei jedoch das Anreißen nicht durchgeführt wird. Zusätzlich wird in einem weiteren Versuch das kornorientierte Elektrostahlblech wie vorstehend behandelt, das Anreißen wird jedoch nicht nach dem Schlußglühen sondern nach dem Härten der Beschichtungslösung durchgeführt. Der Abstand zwischen den Rillen, die Tiefe und Breite der Rillen sind die gleichen wie vorstehend angegeben. Die Rillen werden jedoch auf der Phosphatbeschichtung ausgebildet.

Die gemessenen Ummagnetisierungsverluste sind in Tabelle I zusammengefaßt.

-

Tabelle I

Verfahren

17/50 (W/kg)

herkömm- Schlußglühen, Aufbringen lieh einer Phosphatbeschichtung und dann Spannungsfreiglühen

Nach dem Aufbringen der Phosphatbeschichtung im vorstehenden Verfahren anreißen und dann Spannungsfreiglühen

Erfindung Schlußglühen, dann anreißen und aufbringen einer spannungserzeugenden Beschichtung, 3 Minuten härten bei 83O⁰C

0,93

0,85

vor dem 0,80 Spannungsfreiglühen

nach dem 0,82 Spannungsfreiglühen

Aus Tabelle I geht hervor, daß der Ummagnetisierungsverlust ^17/50 ^nur ^^urc^ ^^as Anreißen vermindert wird. Der Grund dafür ist die Erzeugung von kleinen Körnern bei der sekundären Rekristallisation infolge des Anreißens. Das erfindungsgemäß behandelte Stahlblech besitzt einen Wert W.- <₅₀, der um 0,11 bis 0,13 W/kg niedriger ist als der durch Schlußglühen und Aufbringen einer Spannungserzeugenden Phosphatbeschichtung erreichte. Der durch das Verfahren der Erfindung erzielte Wert für W₁₇ /^q ist ferner um 0,03 bis 0,05 W/kg niedriger als der durch Anreißen und Spannungsfreiglühen erzielte Wert. Es ist somit klar, daß durch das Einbringen des Materials der Phosphatbeschichtung, das einen niedrigen Wärmeexpansions-

koeffizienten aufweist und bei der Filmbildung eine Zugspannung auf das Stahlblech ausübt, in die Rillen eine wirksame Verbesserung der Ummagnetisierungsverlust-Eigenschaften erreicht wird.

Beispiel 2

Ein 0,23 mm dickes kornorientiertes Elektrostahlblech wird durch einstufiges Kaltwalzen hergestellt. Auf die Oberfläche des kornorientierten Elektrostahlblechs wird eine Forsteritschicht und darauf eine Phosphatbeschichtung aufgebracht. Dann wird die beschichtete Oberfläche mit einem YAG-Laser bestrahlt, der mit einer Intensität von etwa 4 mJ pulsiert. Dabei werden punktförmige Löcher mit einem Durchmesser von 0,2 mm auf der beschichteten Oberfläche erzeugt, die voneinander Abstände von 0,3 mm aufweisen. Die Richtung der Lochreihen ist senkrecht zur Walzrichtung. Die Lochreihen haben einen Abstand von 5 mm voneinander. Das Stahlblech wird dann bei 25°C 90 Sekunden in 61 % Salpetersäure getaucht, wobei eine Lochtiefe von etwa 0,04 mm erreicht wird.

Anschließend wird das Stahlblech in einem Watts-Bad mit 240 g/l Nickelsulfat, 45 g/l Nickelchlorid und 30 g/l Borsäure bei 6O⁰C 5 Sekunden unter einer Stromdichte von 5 A/dm² elek-

trolytisch mit Nickel überzogen.

Eine flüssige Beschichtungsmasse aus 100 cm³ 20 % wäßrige Dispersion von kolloidaler Kieselsäure, 60 cm³ 50 % wäßrige Aluminiumphosphatlösung, 15 cm³ 25 % wäßrige Magnesiumehromat-

lösung und 3 g Borsäure wird auf das mit Nickel überzogene Stahlblech aufgebracht und dann 3 Minuten bei 85O⁰C gehärtet. Anschließend wird das Stahlblech 4 Stunden bei 800⁰C spannungsfrei geglüht.

Ein weiteres Stahlblech wird in der gleichen Weise, jedoch ohne Nickelüberzug hergestellt.

Die Werte des Ummagnetisierungsverlustes in Walzrichtung beider Stahlbleche sind in Tabelle II aufgeführt.

Tabelle II

	Verfahren	vor SRA*	^W17/50
		nach SRA	(W/kg)
	Schlußglühen, Phosphatbe-	vor SRA	0,92
herkömm	schichtung und Spannungs	nach SRA
lich	freiglühen
	ohne Nickelbeschichtung	0,79
Erfindung		0,82
	Nickel-beschichtet	0,78
		0,80

* SRA: Spannungsfreiglühen

Aus Tabelle II ist zu erkennen, daß das Stahlblech der Erfindung im Vergleich zu den herkömmlichen Stahlblechen erheblich verbesserte Werte des Ummagnetisierungsverlustes aufweist.

Die Beschichtung mit Nickel ergibt einen geringen Unterschied in der Verschlechterung des Ummagnetisierungsverlustes infolge des Spannungsfreiglühen Jedoch sind die Werte des Ummagnetisierungsverlustes der Produkte mit oder ohne Nickelbeschichtung besser als derjenige des herkömmlichen Produktes.

Beispiel 3

Ein 0,75 mm dickes kornorientiertes Elektrostahlblech wird durch zweistufiges Kaltwalzen hergestellt. Auf dem Blech wird eine Forsteritschicbt und darauf eine Phosphatbeschichtung ausge-

L J

bildet. Dann wird die beschichtete Oberfläche mit einem YAG-Laser bestrahlt, der mit einer Intensität von etwa 4 mJ pulsiert. Dabei werden punktförmige Löcher mit einem Durchmesser von 0,3 mm auf der beschichteten Oberfläche erzeugt. Die Löcher sind in Form von Lochreihen senkrecht zur Walzrichtung angeordnet. Die Löcher weisen voneinander einen Abstand von 0,4 mm und die Lochreihen einen Abstand voneinander von 6 mm auf.

Das Stahlblech wird dann 60 Sekunden bei 40⁰C in 61prozentige Salpetersäure getaucht, wobei Löcher von etwa 0,025 mm Tiefe erzeugt werden.

Eine flüssige Beschichtungsmasse aus 100 cm³ 25 % wäßrige Dispersion von kolloidaler Kieselsäure, 60 cm³ 50 % wäßrige AIuminiumphosphatlösung und 6 g Chromsäureanhydrid wird in einer Menge von 2 g/m² auf beide Oberflächen des durch Eintauchen in die Salpetersäure behandelten Stahlblechs aufgebracht. Die Beschichtung wird dann 5 Minuten bei 45O⁰C gehärtet und das

Blech anschließend 4 Stunden bei 850⁰C spannungsfreigeglüht. 20

Die Werte für den ümmagnetisierungsverlust in Walzrichtung des erhaltenen Stahlblechs sind in Tabelle III zusammengefaßt.

Das Stahlblech der Erfindung zeigt eine starke Verbesserung¹

des Wertes für den Ummagnetisierungsverlust im Vergleich zum herkömmlichen Stahlblech.

L J

Tabelle III

Verfahren

13/50 (W/kg)

17/50 (W/kg)

herkömmlich

Schlußglühen, Phosphatbeschichtung und Spannungsfreiglühen

0,43

0,83

Erfindung

0,39

0,76

Beispiel 4

Ein 0,23 mm dickes kornorientiertes Elektrostahlblech wird durch einstufiges Kaltwalzen hergestellt. Auf das Blech wird eine Forsteritschichb und darauf eine Phosphatbeschichtung aufgebracht. Dann wird die beschichtete Oberfläche durch Bestrahlung mit einem CO₂~Laser (1,50 KW Energie, 0,2 mm Strahldurchmesser und 12 m/Sekunde Rastergeschwindigkeit) behandelt. Dabei wird die Oberfläche linear senkrecht zur Walzrichtung freigelegt. Die Linien haben einen Abstand von 5 mm.

Dann wird der Stahl 70 Sekunden bei 4O⁰C in 61 % Salpetersäure eingetaucht, wobei Rillen von etwa 0,03 mm entstehen. 25

Eine flüssige Beschichtungsmasse, von der 100 cm³ 14g ₂ in Form von kolloidaler Kieselsäure, 25 g Magnesiumphosphat und 4 g Chromsäureanhydrid enthalten, wird mit Hilfe eines Gummi-Zahnrads in 5 mm Höhe auf das Blech aufgebracht, um die vertieften Bereiche, aus denen Eisen entfernt wurde, der Stahlblechoberfläche zu füllen. Die Masse wird dann 5 Minuten bei 450⁰C gehärtet und das Stahlblech 2 Stunden bei 850⁰C spannung s f r e igeglüht.

Die Werte für den Ummagnetisierungsverlust in Walzrichtung des erhaltenen Stahlblechs sind in Tabelle IV zusammengefaßt.

Γ _ 23 - -

Das Stahlblech der Erfindung zeigt eine starke Verbesserung des Wertes für den Ummagnetisierungsverlust im Vergleich zum herkömmlichen Stahlblech. Aus diesem Ergebnis folgt, daß das lokale Aufbringen der Zugspannung erzeugenden Phosphatbe-

^ schichtung in den Vertiefungen eine wirksame Verminderung des ümmagnetisierungsVerlustes zur Folge hat.

Tabelle IV 10

Verfahren ^W17/50

(W/kg)

herkömmlich Schlußglühen, Phosphatbe- 0,92

schichtung und Spannungsfreiglühen

Erfindung - 0,83

Beispiel 5

Ein 0,23 mm dickes kornorientiertes Elektrostahlblech ohne Glasbeschichtung wird durch einstufiges Kaltwalzen hergestellt Das Stahlblech wird in einer 100 Volumen-% Wasserstoffperoxid (30 % wäßrige Lösung) und 5 Volumen-% Flußsäure enthaltenden Lösung beidseitig behandelt. Dann wird eine Oberfläche von Proben aus diesem Blech vollständig mit säurefestem Klebeband bedeckt. Auf die andere Oberfläche des spiegelglänzenden Stahlbandes werden Streifen aus säurefestem Klebeband derart aufgebracht, daß die Oberfläche im Abstand von 5 mm in einer Breite von 0,3 mm freiliegt. Die Proben werden dann 60 Sekunden in 40° C warme 61prozentige Salpetersäure eingetaucht. Es werden Rillen mit einer Tiefe von etwa 0,025 mm erzeugt. Danach werden alle Klebebänder abgenommen. Die Proben werden in einem Watts-Bad 5 Sekunden mit einer Stromdichte von 5 A/dm² elektrolytisch mit Nickel beschichtet. Dann wird auf beide Oberflächen eine Beschichtungslösung aufgebracht, die aus 100 cm³ 20 % wäßrige Dispersion von kolloidaler Kieselsäure,

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60 cm³ 50 % wäßrige Aluminiumphosphatlösung, 15 cm³ 25 % wäßrige Magnesiumchromatlösung und 3 g Borsäure besteht. Die Auftragsmenge beträgt 3 g/m². Die Beschichtungslösung wird 3 Minuten bei 850⁰C gehärtet. Dann werden die Proben 4 Stunden bei 800⁰C spannungsfreigeglüht.

Zum Vergleich wird das vorstehend erläuterte Verfahren wiederholt, wobei jedoch keine Rille ausgebildet werden und das Härten 4 Stunden bei 850⁰C durchgeführt wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle V zusammengefaßt.

Tabelle V

Verfahren ^W17/50

(W/kg)

herkömmlich Texturglühen, Spiegelglanzbe- 0,76 handlung beider Oberflächen, Nickelbeschichtung, Phosphatbeschichtung und spannungsfreiglühen

Erfindung Texturglühen, Spiegelglanzbe- 0,71

handlung beider Oberflächen, lokale Entfernung von Stahlmaterial, Nickelbeschichtung, Phosphatbeschichtung und Spannungsfreiglühen

Aus Tabelle V geht hervor, daß der Wert für den ümmagnetisierungsverlust W₁₇Z₅₀ des Bleches der Erfindung um 0,05 W/kg niedriger ist als der des herkömmlichen Bleches.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Behandlung von kornorientiertem Elektrostahlblech umfaßt die Bestrahlung der Oberfläche des Bleches, das eine isolierende Beschichtung aufweist, mit einem Laserstrahl, wobei an einer Anzahl von Stellen die isolierende Beschichtung entfernt wird, und dann Abtragen von Stahlmasse aus den freigelegten Bereichen der Blechoberfläche durch Ätzung, wobei vertiefte Bereiche entstehen. In einer

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Ausführungsform der Erfindung wird die Ätzung durch Aufsprühen einer Salpetersäurelösung derart vorgenommen, daß eine bestimmte Tiefe der Stahlabtragung auf der Oberfläche erreicht wird. Diese Tiefe ist in den gesamten behandelten Bereichen des Bleches gleich. Zur Ätzung des Stahls ist Salpetersäure günstiger als Schwefelsäure oder Salzsäure, da der isolierende Überzug durch erstere wesentlich weniger gelöst Wird als durch letztere. Bei einer Salpetersäurekonzentration unter 20 Gewichtsprozent ist die Ätzgeschwindigkeit zu gering, während bei Konzentrationen über 70 Gewichtsprozent unerwünschte Dämpfe entstehen.

In Figur 4 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung dargestellt. Die Vorrichtung umfaßt eine Abwickeleinrichtung 10, eine Einrichtung 12 zur Bestrahlung mit einem Laserstrahl, eine Ätzvorrichtung 13 zum Aufsprühen einer Säure, eine Spül- und Trockeneinrichtung 14, eine Einrichtung zum Aufbringen der' isolierenden Schicht 15, eine Heizeinrichtung (Ofen) 16 und eine Aufwickeleinrichtung 17. Das kornorientierte Elektrostahlband S wird zwischen dem Abwickeln und Wiederaufwickeln mit den Einrichtungen 12 bis 16 behandelt. In der Einrichtung 12 zur Laserbestrahlung werden auf dem kornorientierten Elektrostahlblech S Markierungen erzeugt. Diese Markierungen werden bevorzugt senkrecht zur Walzrich-

tung gebildet. Die Markierungen können linear oder punktförmig wie vorstehend erläutert sein. Sie können an einer oder an beiden Oberflächen des kornorientierten Elektrostahlblechs erzeugt werden. Gemäß Figur 4 werden die Markierungen an einer Oberfläche, nämlich der in der Zeichnung oberen Oberfläche des

kornorientierten Elektrostahlblechs erzeugt. Das Stahlblech wird dann in der Ätzeinrichtung 13 zur Auflösung und Entfernung von Stahlmasse unter den Laser-Markierungen behandelt.

Die zur Lösung und Entfernung von Stahlmasse bevorzugte Ätzelektrisch

flüssigkeit löst vorzugsweise den/isolierenden Film nicht. Be-35

sonders bevorzugt ist Salpetersäure. Die Ätzeinrichtung 13 ist mit einer Anzahl von Sprühdüsen 18 ausgerüstet, die sich

1 oberhalb des Stahlbandes S befinden. Die Salpetersäurelösung wird durch die Sprühdüsen zur Ätzung des Stahlbandes S gesprüht und über die Verbindungsleitung 21 in den Umwälztank geleitet. Die Ätzlösung wird dann mit Hilfe einer Pumpe 23 zu den Sprühdüsen 18 befördert. Die Leitungen sind an der Zuführung zu den Sprühdüsen 18 mit Ventilen 19 ausgerüstet. Durch die Heizeinrichtung 22 wird die Temperatur der Ätzlösung im gewünschten Bereich von beispielsweise 30 bis 7O⁰C gehalten. Die Streuung der Werte des Ummagnetisierungsverüustes wird durch das Aufsprühen von Salpetersäure auf das kornorientierte Elektrostahlblech S, das eine Anzahl von Bereichen aufweist, in denen der isolierende Film durch die Laser-Bestrahlung in der Einrichtung 12 entfernt wurde, im Vergleich zu der Durchführung eines Eintauchverfahrens des Bandes S zur Tauch-Ätzung vermindert. Beim Aufsprüh-Verfahren der Salpetersäure können stabile Ummagnetisierungsverlust-Eigenschaften erhalten werden. Die Gründe für eine Verminderung der Streuung der Werte des Ummagnetisierungsverlustes und die Stabilisierung dieser Eigenschaft sind vermutlich die folgenden:

Während des Ätzens mit einer Säure entstehen Gasbläschen, die aber beim Sprühverfahren weggewaschen werden. Diese Bläschen verhindern somit nicht einen gleichmäßigen und direkten Kontakt der Salpetersäure mit dem freiliegenden Stahl an den Bereichen, an denen der isolierende Film von Stahl entfernt wurde. Die Tiefe der Vertiefungen oder Einbuchtungen wird somit über alle Bereiche gleich, was zu gleichmäßigen Ummagnetisierungsver lust-Eigenschaf ten führt.

Außerdem ist der Wirkungsgrad der Ätzung beim Sprühverfahren höher als beim Tauchverfahren. Der Grund dafür ist die ununterbrochene Zufuhr frischer Säure auf das Stahlband, was eine Verkürzung der Ätzdauer zur Folge hat; vgl. Figur 5.

in Figur 6 ist die Beziehung zwischen der Salpetersäurekonzentration und der Ätzdauer, die zum Erhalt einer optimalen Ätztiefe von etwa 0,02 bis 0,08 mm erforderlich ist, dargestellt.

L J

Die horizontale gestrichelte Linie bedeutet eine Ätzdauer von 50 Sekunden, welche die technisch sinnvolle größte Dauer ist. Um eine solche kurze Ätzdauer zu erreichen, muß die Salpetersäurekonzentration mindestens 20 Gewichtsprozent betragen.

Die Obergrenze der Salpetersäurekonzentration ist nicht besonders kritisch im Hinblick auf die Ätzdauer. Sie sollte allerdings im Hinblick auf die entstehenden Stickoxiddämpfe nicht höher als 70 Gewichtsprozent sein. Bevorzugt ist eine Salpetersäurekonzentration von 30 bis 60 Gewichtsprozent.

Beispiel. 6

schwere
Eine 10 Tonnen/Spule aus 0,23 mm dickem kornorientierten Elektrostahlband mit hoher magnetischer Flußdichte, das mit 5 g/m² einer Spannungs-Isolierungsschicht beschichtet ist, wird in Längsrichtung in zwei Teile geteilt. Ein Teil des Bandes wird durch die in Figur 4 dargestellte Bearbeitungsstrecke geführt, in der auf dem Stahlblech durch Entfernung der Beschichtung durch Bestrahlung mit einem YAG-Laser Stellen mit freiliegender Metalloberfläche erzeugt werden. Das Band wird dann in einer Ätzeinrichtung mit mehreren Reihen von Sprühdüsen für Salpetersäure an den freiliegenden Stellen geätzt. Anschließend wird das Band mit Wasser gespült, getrocknet und schließlich mit 2 g m* Spannungs-Isolierbeschichtung versehen, um auch die freiliegenden Stellen wieder zu bedecken.

Die Bedingungen der Laserbestrahlung und der Ätzung sind wie folgt:
30

L J

(1) Laserbestrahlung:

(a) Bestrahlte Oberfläche:

(b) Energiedichte:

(c) Bestrahlte Stellen:

Durchmesser der Punkte (Löcher) Abstand zwischen der Mitte

der Punkte in C-Richtung

(Breitenrichtung): Abstand zwischen den Reihen von

Punkten in L-Richtung (Längsrichtung) :

Eine Oberfläche 2 mJ/mm²

0,2 bis 0,3 mm

0,5 mm

5 mm

(2) Ätzung:

(a) Art: (b) Medium

(c) Anzahl der Reihen von Sprühdüsen:

(d) Sprühdauer:

(e) Tiefe der Ätzung:

Vergleichsbeispiel

Sprüh-Ätzung

60 Gew.% Salpetersäure von 4O⁰C

20

30 Sekunden 25 μΐη

Der andere Teil des geteilten Bandes wird in gleicher Weise wie in Beispiel 6 mit einem YAG-Laser bestrahlt. Dieses Band wird dann 60 Sekunden in 60 % Salpetersäure von 4O⁰C getaucht, wobei die gewünschte Ätz tiefe von 0,025 mm erhalten wird. Die folgenden Verfahrensstufen werden wie in Beispiel 6 durchgeführt:

Das Ätzen durch Eintauchen erfordert 60 Sekunden, während das Ätzen durch Sprühen gemäß vorliegender Erfindung 30 Sekunden dauert. Das Sprühverfahren bietet demnach im Vergleich zum Tauchverfahren einen erheblichen Vorteil. Die graphischen Darstellungen der Figur 7 zeigen die Streuung der Werte der Ätztiefe im freiliegenden Metall in Längsrichtung für Beispiel 6 und das Vergleichsbeispiel. Die graphischen Darstel-

lungen der Figur 8 zeigen die Streuung der Werte für den Ummagnetisierungsverlust der spannungsfrei geglühten Bänder gemäß Figur 7.

Die Werte des Ummagnetisierungsverlustes werden mit einem Meßgerät zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften eines einzelnen Blechs gemessen.

Die vorstehenden Ergebnisse bestätigen, daß mit dem Verfahren der Erfindung ein Produkt mit erheblich geringerer Streuung der magnetischen Eigenschaften erhalten werden kann.

Durch das Verfahren der Erfindung zur Herstellung von kornorientiertem Elektrostahlblech mit niedrigem Ummagnetisierungsverlust, das keine Verschlechterung der Unimagnetisierungsverlust-Eigenschaften durch das Spannungsfreiglühen aufweist, bringt eine deutliche Verbesserung der Ätzeigenschaften und der Streuung des Ummagnetisierungsverlustes des Stahlblechs. Es ermöglicht die Erzeugung von kornorientiertem Elektrostahlblech mit stabilen magnetischen Eigenschaften, das sich insbesondere 2ur Verwendung in Transformatoren mit gewickeltem Kern eignet. Elektrostahlbleche mit geringer Änderung der Werte des Ummagnetisierungsverlustes können er-

findungsgemäß in technischem Maßstab hergestellt werden. 25

Während der Ätzung des Stahlbandes wird Eisen gelöst, so daß sich die Fe-Konäentration der Ätzlösung im Laufe des Verfahrens erhöht und ihre Ätzwirkung nach und nach abnimmt. Zur Steuerung dieser Erscheinung bisher vorgeschlagene Maßnahmen

sind eine Verminderung der Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes und damit Erhöhung der Ätzdauer mit abnehmender Ätzwirkung sowie die Zuführung frischer Ätzlösung. Bei Anwendung des erstgenannten Verfahrens auf die Behandlung von kornorientiertem Elektrostahlblech wird jedoch die Durchlaufge-

schwindigkeit des Stahlbandes nicht nur in der Ätzeinrichtung, sondern auch in der Einrichtung zur Laserbestrahlung vermin-

L J

dert. Als Folge davon ändern sich auch die Abstände zwischen den bestrahlten Stellen sowie die übrigen Bestrahlungsbedingungen. Dies führt seinerseits zu einer Änderung der Härtungsbedingungen des Films. Dieses Verfahren ist somit wegen der ungleichmäßigen Eigenschaften des Produktes nachteilig. Zwar ist es möglich, in Abhängigkeit von der Änderung der Durchlaufgeschwindigkeit des Bandes auch die Bedingungen der Bestrahlung mit einem Laserstrahl sowie der Härtung des Films zu ändern. Dies ist jedoch in der Praxis sehr schwierig. Im Verfahren der Erfindung wird deshalb ein wirksames Ätzverfahren angewendet, in dem die Durchlaufgeschwindigkeit des kornorientierten Elektrostahlblechs stets konstant gehalten werden kann, d.h. nicht vermindert werden muß, auch wenn die Ätzwirkung nach und nach abnimmt. Ein derartiges Ätzverfahren

^ erlaubt konstante Bedingungen für die Laser-Bestrahlung,und

^y ^ erreibhr

Härtung. Dieses Ziel wird im Verfahren der Erfindung/durch die Anordnung einer Anzahl von Säure-Sprühdüsen nach der Laser-Bestrahlung, die Kreislaufführung der bereits gesprühten Ätzlösung zu den Sprühdüsen, die kontinuierliche Bestrahlung des kornorientierten Elektrostahlbandes mit einem Laserstrahl und Ätzung unter konstanter Geschwindigkeit der Banddurchführung und die Auswahl der Anzahl von Sprühdüsen in Abhängigkeit von der Abnahme der Ätzwirkung während der Kreislaufführung der verwendeten Säure.

Das Ätzverfahren wird im einzelnen im Hinblick auf Figur 4 beschrieben. Das kornorientierte Elektrostahlband S wird stets mit konstanter Geschwindigkeit geführt. Die Sprühdüsen 18 bestehen beispielsweise aus acht Gruppen. Die Ätzwirkung der

Salpetersäure wird durch Analyse ihrer Fe-Konzentration bestimmt. Sie kann auch durch Messung der erreichten Auflösungstiefe von Proben bestimmt werden, die vom Produkt genommen werden. Bei einer Verminderung der Ätzwirkung wird die Auflösungstiefe geringer. Wenn die Fe-Konzentration einen bestimm-

ten Wert überschreitet oder die Auflösungstiefe geringer als ein vorgeschriebener Wert wird, werden die Ventile 19 betätigt,

r ■ ■ ~ι

um die Anzahl der zur Ätzung eingesetzten Sprühdüsen 18 zu erhöhen. Eine derartige Erhöhung der Düsenzahl erfolgt, so daß zusätzliche Düsen in Durchlaufrichtung des Bandes zur Sprühung der Ätzlösung herangezogen werden. Die Auflösungstiefe kann somit trotz Abnahme der Ätzwirkung konstant gehalten werden. Dies erlaubt wiederum ein Konstanthalten der Bedingungen der Laser-Bestrahlung zur Erzeugung der Markierungen und der Bedingungen zur Auflösung von Stahlmasse aus dem Stahlband. Damit wird die technische Herstellung von kornorientiertem Elektrostahlblech mit stabilen magnetischen Eigenschaften mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht.

Das Sprühverfahren hat ferner Vorteile im Fall eines erforderlichen Nothalts der Ätzanlage. In einem solchen Fall wird das Sprühen unterbrochen, wobei die Zufuhr von Salpetersäure auf das Stahlband S sofort aufhört. Anschließendes Spülen mit Wasser verhindert die Entstehung von Löchern oder das Brechen des Stahlbandes S infolge überschüssiger Säure.

Beispiel 7

0,23 mm dickes kornorientiertes Elektrostahlblech mit hoher magnetischer Flußdichte, das eine 5 g/m² Spannungs-Isolierungsbeschichtung aufweist, wird in der in Figur 4 dargestellten Strecke behandelt. Auf den Oberflächen des Bandes werden durch Bestrahlung mit einem YAG-Laser durch Entfernung der Beschichtung Stellen erzeugt, an denen das Metall freiliegt. Dann werden die Bänder in einer Ätzeinrichtung mit mehreren Reihen Sprühdüsen für Salpetersäure an den freiliegenden Stellen geätzt. Die Bänder werden hierauf mit Wasser gewaschen, getrocknet und abschließend mit einer Spannungs-Isolierungsbeschichtung in einer Menge von 2 g/m² versehen, um auch die freiliegenden Stellen wieder zu bedecken.

Die Bedingungen der Laser-Bestrahlung und Ätzung sind wie folgt:

(1) Bandgeschwindigkeit: 40 m/min (konstant

(2) Laser-Bestrahlung:

(a) Bestrahlte Oberfläche: Eine Oberfläche (b) Energiedichte: 2 mJ/min²

(c) Bestrahlte Stellen:

Durchmesser der Punkte (Löcher) 0,2 bis 0,3 ram Abstand zwischen der Mitte

der Punkte in C-Richtung (Breitenrichtung): 0,5 mm Abstand zwischen den Reihen von Punkten in L-Richtung (Längsrichtung) : 5 mm

(3) Ätzung:

(a) Art: Sprühätzung

(b) Medium £0 G.ew.% Salpeter

säure von 4O⁰C

(c) Anzahl der Reihen von Sprühdüsen: 20

(d) Sprühdauer: mindestens 30 Sek.

(e) Tiefe der Ätzung 25 μΐη

250 Tonnen Stahlband werden unter den genannten Bedingungen behandelt. Die Anzahl der in Betrieb genommenen Düsenreihen wird von ursprünglich 4 auf eine Endzahl von 20 erhöht, da während des Ätzens die Salpetersäurekonzentration abnimmt und die Fe-Konzentration ansteigt; vgl. Figur 9. Die derart behandelten Bänder werden 2 Stunden in N- bei 800⁰C spannungsfrei geglüht. Dann werden die Messungen des Ummagnetisierungsverlustes durchgeführt. Die ermittelten Werte sind in Figur angegeben. Die Werte werden mit Hilfe einer Einrichtung zur Messung der magnetischen Eigenschaften an einem einzelnen Blech durchgeführt.

Die in Figur 9 aufgeführten Ergebnisse zeigen, daß gleichmäßige Ätztiefe und entsprechend gleichmäßige, niedrige Werte des Ummagnetisierungsverlustes erhalten werden.

L J

Vergleichsbeispiel

Als Ausgangsmaterial werden ebensolche Stahlbänder wie in Beispiel 7 verwendet. Die Laser-Bestrahlung der Bänder wird mit der gleichen Bandgeschwindigkeit wie in Beispiel 7 durchgeführt. Nach der Bestrahlung werden die Bänder dann konstante Zeit von 60 Sekunden in 60 gewichtsprozentige Salpetersäure von 40⁰C eingetaucht. Die nachfolgenden Verfahrensstufen werden wie in Beispiel 7 durchgeführt.

Die Konzentration von Salpetersäure und Eisen in der Ätzlösung zeigt eine ähnliche Entwicklung wie im Verfahren von Beispiel 7. Die Tiefe der Ätzung nimmt aber im Lauf der Zeit ab. Dies wird besonders deutlich, nachdem bereits mehr als 100 Tonnen bearbeitet sind. Die Werte des Wattverlustes dieses Produktes steigen somit nach dem Spannungsfreiglühen an.

^L J

Claims

VOSSI U S · VOSSI US · TAUCH KERH EUN E MAN N · RAU H

PAT E NTA N V« ALT E

si EBERTSTRASSE a · booo München b6 · ph on e: (ob9) 4-74-0 75

CABLE ■. BENZO LPATENT MÖNCHEN 'TELEX 5-29 4-5 3 VOPAT D

u.Z.: U-146 (Ra/kä) 8. November 1985

Case: NSC 5274 DE

NIPPON STEEL CORPORATION
Tokyo, Japan
10

" Kornorientiertes Elektrostahlblech mit stabilen, gegen das Spannungsfreiglühen beständigen magnetischen Eigenschaften und Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung "

Patentansprüche

. Komorientiertes Elektrostahlblech mit niedrigem ümmagnetisierungsverlust nach dem Spannungsfreiglühen, dadurch gekennzeichnet, daß das kornorientierte Elektrostahlblech, das abschließend texturgeglüht und mit einer Spannung beaufschlagt wurde, eine Anzahl von vertieften Bereichen auf seiner Oberfläche aufweist, die Einbuchtungen in den Stahlblech-Körper mit einer Tiefe im Bereich von 0,01 bis 0,1 mm bilden, daß die vertieften Bereiche mit einer Masse gefüllt sind, die einen kleineren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Stahlblech aufweist, und daß die magnetischen Domänen ausgehend von den vertieften Bereichen und der Masse unterteilt sind.
2. Blech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es auf seiner Oberfläche eine. Forsteritschicht aufweist.
3. Stahlblech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es auf der Oberfläche der Forsteritschicht eine isolierende Beschichtung aufweist.

L J
4. Stahlblech nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Beschichtung aus der Masse besteht, die in die Vertiefungen gefüllt ist.
5. Stahlblech nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech auf seiner Oberfläche die
genannte Masse aufweist.
6. Blech nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die vertieften Bereiche nach dem abschließenden Texturglühen ausgebildet worden sind.
7. Blech nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vertieften Bereiche durch teilweises

Abtragen von Stahlmasse aus dem Blech erzeugt werden.
8. Blech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
genannte Masse eine Phosphatbeschxchtung ist.
9. Blech nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vertieften Bereiche eine Tiefe von
0,02 bis 0,08 mm aufweisen.
10. Blech nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
vertieften Bereiche die Form von Linien oder Reihen von Punkten, haben.
11. Blech nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die vertieften Bereiche voneinander einen Abstand von 2,5 bis 10 mm aufweisen und eine Breite von 0,1 bis 0,4 mm haben.
12. Blech nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die vertieften Bereiche Reihen von Punkten bilden, in denen der Abstand zwischen den Punkten höchstens 0,7 mm beträgt.

L J
13. Blech nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Verstärkung der Bindung zwischen der genannten Masse und dem Stahlblech in den vertieften Bereichen ein Bindemittel aufweist.
14. Verfahren zur Herstellung eines kornorientierten Elektrostahlblechs, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einem kornorientierten Elektrostahlblech, das abschließend texturgeglüht wurde und gegebenenfalls danach mit einer isolierenden Beschichtung versehen wurde, Stahlmaterial aus der Oberfläche des Blechs selektiv an bestimmten Stellen bis zu einer Tiefe von 0,01 bis 0,10 mm entfernt und anschließend eine Beschichtung aufbringt, die das Stahlblech unter Zugspannung setzt.
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Phosphatschicht zur Erzeugung der genannten Beschichtung auf das Stahlblech aufbringt.
16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß man die selektive Entfernung durch Bestrahlung mit einem Laser, mit Elektronen, mit IR-Strahlen, durch Anreißen oder durch Erzeugung von Rillen mit einer Formwalze durchführt .
17. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß man die selektive Entfernung durch Abtragen aller Beschichtungen vom Stahlblech durchführt, so daß das Stahlblech an bestimmten Stellen freiliegt, und dann die freiliegenden Stellen des Stahlblechs mit einer Säurelösung ätzt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß

man die Beschichtungen durch Bestrahlung mit einem Laser entfernt.

L J
19. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß man Salpetersäure zum Ätzen verwendet.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß man Salpetersäure mit einer Konzentration von 20 bis 70 Gewichtsprozent verwendet.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß man Salpetersäure mit einer Konzentration von 30 bis 60 Gewichtsprozent verwendet.
22. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß man die Salpetersäure auf das kornorientierte Elektrostahlblech sprüht.
23. Vorrichtung zur Erzeugung von kornorientiertem Elektro-

stahlblech, umfassend

eine Einrichtung zurii Abwickeln eines kornorientierten Elektrostahlbandes mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung;

eine Einrichtung zur Bestrahlung mit einem Laserstrahl zur Entfernung der elektrisch isolierenden Beschichtung vom kornorientierten Elektrostahlblech, das von der Abwickeleinrichtung zugeführt wird; eine Sprüheinrichtung zum Aufsprühen von Salpetersäure auf das kornorientierte Elektrostahlband; eine Spüleinrichtung zum Abspülen der auf dem kornorientierten Elektrostahlband vorhandenen Salpetersäure; eine Einrichtung zum Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf das gespülte kornorientierte Elektrostahlband;

eine Einrichtung zur Härtung der aufgebrachten elektrisch isolierenden Beschichtung; und
eine Einrichtung zum Aufwickeln des kornorientierten Elektrostahlbandes, wobei die Einrichtungen zur Bestrahlung mit einem Laserstrahl, zum Sprühen, Spülen, Auf-

bringen und Härten der Beschichtung auf die Behandlung des kornorientierten Elektrostahlbandes während seines Durchlaufs von der Abwickel- zur Aufwickeleinrichtung eingestellt sind.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Sprühen eine bestimmte Anzahl von Sprühdüsen umfaßt, die steuerbar mit einer Einrichtung zur Feststellung der Abnahme der Ätzwirkung der Salpetersäure, sowie selektiv mit einem Salpetersäure-Vorratsbehälter verbunden sind, so daß die Anzahl der zur Ätzung eingesetzten Düsen in Abhängigkeit von der Abnahme der Ätzwirkung erhöht wird.