DE69424762T2

DE69424762T2 - Kornorientiertes elektromagnetisches Stahlblech mit niedrigem Eisenverlust und Verfahren zur dessen Herstellung

Info

Publication number: DE69424762T2
Application number: DE69424762T
Authority: DE
Inventors: Masayoshi Ishida; Michiro Komatubara; Keiji Sato; Kunihiro Senda; Kazuhiro Suzuki
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1994-12-23
Publication date: 2000-10-26
Anticipated expiration: 2014-12-24
Also published as: EP0662520A1; CN1048040C; CA2139063C; DE69424762D1; EP0662520B1; US5665455A; CA2139063A1; KR100259990B1; CN1114687A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung:

Die Erfindung betrifft ein eisenverlustarmes, kornorientiertes elektromagnetisches Stahlblech sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Stahlbleches.

Beschreibung des dazu gehörigen Fachgebietes:

Kornorientierte elektromagnetische Stahlbleche werden vorwiegend in Transformatorkernen verwendet. Sie müssen daher hervorragende magnetische Eigenschaften besitzen. Es ist besonders wichtig, dass der Energieverlust des Stahlblechs, auch bekannt als Eisenverlust (bzw. Ummagnetisierungsverlust oder Wirbelstromverlust), bei der Verwendung als Kernmaterial minimal ist.
Es gibt Vorschläge für verschiedene Verfahren, die diese Forderung erfüllen sollen. Sie umfassen eine stärkere Ausrichtung der Kristalltextur in (110)[001]-Richtung, die Erhöhung des elektrischen Widerstandes im Stahlblech durch eine Erhöhung des Si-Gehaltes, die Verringerung des Gehalts an Verunreinigungen, die Verminderung der Blechdicke, usw. Zur Zeit kann man 0,23 mm dünne und noch weniger dicke Stahlbleche mit einem Eisenverlust W17/50 von 0,9 W/kg oder weniger (Eisenverlust tritt auf, wenn abwechselnd bei 50 Hz unter maximaler magnetischer Flussdichte von 1,7 T magnetisiert wird) erfolgreich herstellen.
Die durch metallurgische Verfahren erzielbare Reduktion des Eisenverlustes hat wahrscheinlich ihre Grenzen erreicht.
Seit einigen Jahren gibt es verschiedene Versuche und Vorschläge zur künstlichen Erzeugung feiner magnetischer Domänen in Stahlblechen, wodurch der Eisenverlust erheblich reduziert wird. Ein solcher Versuch oder Vorschlag, der tatsächlich im Industriemaßstab durchgeführt wird, umfasst das Bestrahlen der Oberfläche eines schlussgeglühten Stahlblechs mit einem Laserstrahl. Das durch dieses Verfahren hergestellte Stahlblech besitzt Bereiche hoher Versetzungsdichte, die sich infolge der hohen Energie des Laserstrahls bilden. Aufgrund dieser Bereiche hoher Versetzungsdichte werden die magnetischen 180º-Domänen fein abgegrenzt, was den Eisenverlust weiter verringert.
Die so hergestellten Stahlbleche lassen sich jedoch nicht als Transformator-Wickelkern verwenden, da die mit dem erforderlichen Spannungsarmglühen einher gehenden hohen Temperaturen den Eisenverlust vergrößern, indem die Bereiche hoher Versetzungsdichte zerstört werden.
Es sind Verfahren vorgeschlagen worden, die ein solches Spannungsarmglühen ermöglichen. Die japanische Patent-Veröffentlichung Nr. 62-54873 bspw. offenbart ein Verfahren, bei dem die Isolierschicht auf einem schlussgeglühten Stahlblech bspw. durch einen Laserstrahl oder eine mechanische Vorrichtung lokal entfernt wird, und anschließend die lokalen Bereiche, an denen die Isolierschicht entfernt worden ist, gebeizt werden. Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 62-54873 offenbart auch ein Verfahren, wobei im Matrixeisen gerade Rillen durch Einritzen mit einer mechanischen Vorrichtung, bspw. einem Messer, ausgebildet werden, und die Rillen durch eine Behandlung zur Bildung eines spannungsverleihenden Mittels des Phosphat-Typs gefüllt werden. Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 62-53579 offenbart derweil ein Verfahren, wobei 5 um tiefe oder tiefere Rillen in dem schlussgeglühten Stahlblech gebildet werden, indem es mit 90 bis 220 kg/mm² belastet wird und anschließend einer Hitzebehandlung bei 750ºC oder darüber unterworfen wird.
Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 3-69968 offenbart ein Verfahren, bei dem ein Stahlblech, das einem Fertig-Kaltwalzen unterworfen wurde, in einer zur Walzrichtung im Wesentlichen senkrechten Richtung gerade und fein geriffelt ist.
Im vorstehend beschriebenen Stand der Technik ist bekannt, dass gerade Rillen (oder Riefen) in der Oberfläche des Stahlblechs ausgebildet werden und die in der Nähe der Rillen (oder Riefen) auftretenden magnetischen Pole magnetische Domänen feinabgrenzen. Es wird angenommen, dass eine solche Feinabgrenzung magnetischer Domänen einer der Gründe für die Verringerung des Eisenverlustes ist.
Somit sind aufgrund der vorstehend beschriebenen Verfahren eisenverlustarme Stahlbleche verfügbar, die sich spannungsarm glühen lassen. Es hat sich jedoch heraus gestellt, dass diese Stahlbleche gelegentlich erheblich schlechter sind als die Stahlbleche des in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 57-2252 offenbarten Typs, welche lineare Bereiche hoher Versetzungsdichte aufweisen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der Erfindung ist, daher die Bereitstellung eines kornorientierten elektromagnetischen Stahlblechs, wobei der Eisenverlust durch Ausbildung gerader Rillen (oder Riefen) verringert wird.
DE-A-28 19 514 offenbart kornorientierte elektromagnetische Stahlbleche, deren Oberfläche mit einer Vielzahl gerader feiner Verformungen versehen ist, so dass ein geringer Eisenverlustwert erzielt wird. Das Blech erhält die feinen Verformungen, indem es mit einer Kugelwalze mit kleinem Durchmesser und einer Tiefe von nicht mehr als 0,005 mm kontaktiert wird.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft die Bereitstellung eines kornorientierten elektromagnetischen Stahlblechs, umfassend ein schlussgeglühtes kornorientiertes Stahlblech, in dessen Oberfläche viele gerade Rillen ausgebildet sind, die so ausgerichtet sind, dass sie die Walzrichtung des Stahlblechs mit einem vorgegebenen Abstand l&sub1; (mm) in Walzrichtung kreuzen, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech weiterhin viele gerade Bereiche hoher Versetzungsdichte aufweist, welche die geraden Rillen schneiden und die ausgerichtet sind, dass sie die Walzrichtung des Stahlblechs mit einem vorgegebenen Abstand l&sub2; (mm) in Walzrichtung kreuzen, und zwar an Stellen, die nicht die Stellen völlig überlappen, wo gerade Rillen ausgebildet sind; dass jede gerade Rille 0,01 mm bis 0,07 mm tief ist; und dass der Abstand l&sub1; der geraden Rillen und der Abstand l&sub2; der Bereiche hoher Versetzungsdichte folgende Gleichungen (1) und (2) erfüllen:
1 ≤ l&sub1; ≤ 30 (mm) (1)
5 ≤ l&sub1; · l&sub2; ≤ 100 (2)
Die von den geraden Rillen und den Bereichen hoher Versetzungsdichte gebildeten Winkel sind vorzugsweise nicht größer als 30º hinsichtlich der Richtung senkrecht zur Walzrichtung. Die geraden Rillen sind zudem vorzugsweise etwa 0,03 mm bis etwa 0,30 mm breit, und die Bereiche hoher Versetzungsdichte sind jeweils etwa 0,03 mm bis etwa 1 mm breit.
Der Abstand der Bereiche hoher Versetzungsdichte reicht vorzugsweise von etwa 1 mm bis etwa 30 mm.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines eisenverlustarmen kornorientierten elektromagnetischen Stahlblechs, umfassend das Bereitstellen eines kornorientierten elektromagnetischen Stahlblechs und das Unterwerfen des Blechs den nachstehenden Behandlungen:
(i) Ausbilden gerader Rillen in dessen Oberfläche, so dass diese mit einem Abstand l&sub1; (mm) in Walzrichtung und einer Tiefe von jeweils 0,01 bis 0,07 mm in einer Richtung quer zur Walzrichtung des Stahlblechs laufen,
(ii) Schlussglühen des Blechs und
(iii) Ausbilden kleiner gerader Bereiche an Walzdruck in der Oberfläche des schlussgeglühten Blechs, so dass diese die geraden Rillen schneiden und so ausgerichtet sind, dass sie die Walzrichtung mit einem Abstand l&sub3; (mm) an Stellen kreuzen, die nicht gänzlich überlappen mit den Stellen, wo gerade Rillen ausgebildet sind, mit Hilfe von Walzen, welche lineare axiale Vorsprünge im Abstand l&sub3; besitzen, wobei sich der Abstand l&sub3; ergibt aus den Gleichungen (1) und (3):
1 ≤ l&sub1; ≤ 30 (mm) (1)
5 ≤ l&sub1; · l&sub3; ≤ 100 (3).
Jede der geraden Rillen ist ca. 0,03 mm bis ca. 0,30 mm breit und läuft in einer Richtung, die einen Winkel nicht größer als etwa 30º zu einer Richtung senkrecht zur Walzrichtung bildet.
Die Einbringung der kleinen geraden Bereiche an Walzdruck erfolgt auch bevorzugt durch Pressen der Walzen mit den geraden axialen Vorsprüngen gegen das Stahlblech bei einem Oberflächendruck von etwa 10 bis etwa 70 kg/mm², wobei die geraden axialen Vorsprünge der Walze etwa 0,05 mm bis etwa 0,50 mm breit und etwa 0,01 mm bis etwa 0,10 mm hoch sind und in einer Richtung laufen, die einen Winkel nicht größer als etwa 30º zur Walzachse bildet.
Diese und andere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachstehenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Zeichnungen hervor.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Es zeigt/zeigen:
Fig. 1A und 1B schematische Draufsichten der Stellen der Rillen und der Bereiche hoher Versetzungsdichte in einem Stahlblech;
Fig. 2 ein Schaubild der Beziehung zwischen Rillenbreite und Eisenverlust W17/50;
Fig. 3 eine Schaubild der Beziehung zwischen Rillentiefe und Eisenverlust W17/50;
Fig. 4 ein Schaubild der Beziehung zwischen dem Inklinationswinkel der Rillen und dem Eisenverlust W17/50;
Fig. 5 ein Schaubild der Beziehung zwischen Rillenabstand und Eisenverlust W17/50;
Fig. 6 ein Schaubild der Beziehung zwischen der Breite der Bereiche hoher Versetzungsdichte und dem Eisenverlust W17/50, der erhalten wird, wenn sowohl die Rillen als auch die Bereiche hoher Versetzungsdichte zugleich vorhanden sind;
Fig. 7 ein Schaubild der Beziehung zwischen dem Abstand des Bereichs hoher Versetzungsdichte und dem Eisenverlust W17/50, der erhalten wird, wenn sowohl die Rillen als auch die Bereiche hoher Versetzungsdichte zugleich vorhanden sind;
Fig. 8 ein Schaubild der Beziehung zwischen dem Inklinationswinkel des Bereichs hoher Versetzungsdichte und dem Eisenverlust W17/50, der erhalten wird, wenn sowohl die Rillen als auch die Bereiche hoher Versetzungsdichte zugleich vorhanden sind;
Fig. 9 ein Schaubild der Beziehung zwischen dem Abstand der geraden Rillen und den Bereichen hoher Versetzungsdichte und dem Eisenverlust W17/50;
Fig. 10 eine schematische Perspektivansicht einer Walze mit linearen Vorsprüngen; und
Fig. 11 ein Schaubild der Beziehung zwischen l&sub1; · l&sub3; und dem Eisenverlust W17/50.

EINGEHENDE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die erfindungsgemäßen Ausführungsformen werden nachstehend eingehend anhand spezifischer erfindungsgemäßer Formen beschrieben. Bestimmte, in der Beschreibung verwendete Ausdrücke sollen den durch die beigefügten Patentansprüche definierten Rahmen jedoch nicht einschränken.
Ein heißgewalztes Blech aus Stahl mit 3,2 Gew.-% Silicium und mit MnSe und AlN als Inhibitoren, wurde über zwei Kaltwalzstufen, die nacheinander mit einem einzigen, dazwischen durchgeführten Zwischenglühen erfolgten, auf 0,23 mm gewalzt. Proben des Stahlblechs wurden dann außerhalb des erfindungsgemäßen Rahmens den nachstehenden Vergleichsbehandlungen A bis E unterworfen:
(A) Nach Aufbringen eines ätzbeständigen Mittels durch Tiefdruck erfolgte elektrolytisches Ätzen, so dass Rillen gebildet wurden, die senkrecht zur Walzrichtung verliefen und 4 mm Rillenabstand, 0,15 mm Rillenbreite und 0,020 mm Rillentiefe aufwiesen, gefolgt von Entkohlungs glühen und einem Schlussglühen und einem darauf folgenden Beschichten, so dass das Endprodukt erhalten wurde.
(B) Das durch das vorstehend beschriebene Verfahren (A) erhaltene Produkt wurde einer Plasmaflammenbestrahlung unterworfen, die auf geraden Bahnen senkrecht zur Walzrichtung erfolgte und bei einem Abstand von 4 mm festgelegt wurde, so dass sie die Rillen nicht überlappten. Daher wurde ein 0,30 mm breiter gerader Bereich hoher Versetzungsdichte an jeder Plasmaflammenbestrahlungsbahn erzeugt.
(C) Das durch das vorstehend beschriebene Verfahren (A) erhaltene Produkt wurde einer Plasmaflammenbestrahlung unterworfen, die auf geraden Bahnen senkrecht zur Walzrichtung erfolgte und bei einem Abstand von 4 mm festgelegt wurde, so dass sie die Rillen überlappten.
(D) Ein Produkt wurde erhalten durch Entkohlungsglühen, Schlussglühen und Beschichten ohne Ausbildung von Rillen.
(E) Die Plasmaflamme wurde auf das Produkt (D) auf Bahnen senkrecht zur Walzrichtung aufgebracht und bei einem Abstand von 4 mm festgelegt. Daher wurde wie bei (B) oben ein 0,30 mm breiter gerader Bereich hoher Versetzungsdichte an jeder Plasmaflammenbestrahlungsbahn erzeugt.
Von diesen Produktblechen wurden 150 mm breite und 280 mm lange Teststücke genommen und Messungen der magnetischen Eigenschaften gemäß SST (single sheet magnetic testing device, Einzelblech-Magnet-Testvorrichtung) unterworfen, so dass die in Tabelle 1 gezeigten Ergebnisse erhalten wurden. Der Begriff W17/50 gibt den Wert für den Eisenverlust an, gemessen mit der magnetischen Flussdichte von 1,7 T bei einer Frequenz von 50 Hz, wohingegen der Wert B&sub8; die Magnetflussdichte bei 800 A/m Magnetisierungskraft angibt. Tabelle 1
Der Tabelle 1 zufolge hat das durch die Behandlung (B) hergestellte Stahlblechprodukt, bei dem die geraden Rillen und die Bereiche hoher Versetzungsdichte abwechselnd ausgebildet sind, einen kleineren Eisenverlust als das Stahlblechprodukt (A) nur mit Rillen und das Stahlblechprodukt (E), das nur Bereiche hoher Versetzungsdichte aufweist. Das durch Behandlung (C) hergestellte Stahlblech zeigte verglichen mit dem durch Behandlung (A) hergestellten Stahlblech ebenfalls einen geringeren Eisenverlust, jedoch wurde der Eisenverlust nicht so stark verringert wie bei dem durch Behandlung (B) hergestellten Stahlblech.
Der kornorientierte Elektrostahl mit abwechselnden geraden Rillen und geraden Bereichen hoher Versetzungsdichte, die senkrecht zur Walzrichtung laufen, hat daher eindeutig einen geringeren Eisenverlust als bekannte eisenverlustarme kornorientierte elektromagnetische Stahlbleche. Dieses Stahlblech bietet bei Verwendung als Material mit einem laminierten Kern, der kein Spannungsarmglühen erfordert, eine höhere Leistung als herkömmliche Materialien und hat sogar bei Verwendung in einem Wickelkern, der eine Spannungsminderung benötigt, zumindest die gleiche Leistung wie herkömmliche Materialien.
Der geringere Eisenverlust, der auftritt, wenn die Bereiche hoher Versetzungsdichte nicht mit den Rillen überlappen (ausgenommen an den Schnittpunkten der Rillen und der Bereiche hoher Versetzungsdichte in einigen Ausführungsformen), lässt sich der größeren Zahl an Magnetpolen zuschreiben, die feinere magnetische Domänen erzeugen können und die entstehen, wenn die Bereiche hoher Versetzungsdichte zwischen den Rillen ausgebildet werden und nicht, wenn diese Bereiche die Rillen überlappen.
Eine von den Erfindern durchgeführte Untersuchung hat ergeben, dass sich eine signifikante Reduktion des Eisenverlustes erzielen lässt, wenn die geraden Rillen und die Bereiche hoher Versetzungsdichte einander nicht überlappen (außer wie oben beschrieben). Es ist jedoch wichtig, dass die Bereiche hoher Versetzungsdichte an Stellen zwischen benachbarten Rillen nicht parallel zu den Rillen laufen, wie in Fig. 1A gezeigt. Schneiden die Bereiche hoher Versetzungsdichte die Rillen wie in Fig. 1B gezeigt, lässt sich eine signifikante Reduktion des Eisenverlustes erzielen, vorausgesetzt, die geraden Rillen überlappen die Bereiche hoher Versetzungsdichte nicht gänzlich.
Von den Erfindern durchgeführte Untersuchungen ergaben, dass sich ungefähr die gleiche Reduktion des Eisenverlustes erzielen lässt, und zwar unabhängig davon, ob die geraden Rillen und die Bereiche hoher Versetzungsdichte auf der gleichen Oberfläche oder auf gegenüberliegenden Oberflächen des Stahlblechs ausgebildet sind.
Die Fig. 2 und 3 zeigen die Beziehung zwischen Rillenbreite und Eisenverlust W17/50, bzw. die Beziehung zwischen Rillentiefe und Eisenverlust W17/50. Aus diesen Schaubildern geht hervor, dass stabile Eisenverluste von weniger als 0,80 W/kg erhalten werden, wenn die Breite der geraden Linien von etwa 0,03 bis etwa 0,30 mm reicht und wenn die Rillentiefe von etwa 0,010 bis etwa 0,070 mm reicht. Eine signifikante Reduktion des Eisenverlustes lässt sich sogar erzielen, wenn die Rillentiefe größer als etwa 0,30 mm ist. In einem solchen Fall ist jedoch die magnetische Flussdichte stark herab gesetzt. Die Rillenbreite wird am besten im Bereich von etwa 0,030 bis etwa 0,30 mm gehalten.
Die Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Inklinationswinkel der geraden Rillen hin sichtlich der Ebene senkrecht zur Walzrichtung sowie dem Eisenverlust W17/50, wohingegen das Schaubild in Fig. 5 die Beziehung zwischen dem Rillenabstand in Walzrichtung und dem Eisenverlust W17/50 zeigt. Den Schaubildern zufolge werden Eisenverluste von 0,80 W/kg oder weniger erhalten, wenn der Rillenabstand in Walzrichtung von etwa 1 bis etwa 30 mm reicht und wenn der Rillen-Inklinationswinkel weniger als etwa 30º beträgt.
Die Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen der Breite des Bereichs hoher Versetzungsdichte und dem Eisenverlust W17/50, der auftritt, wenn sowohl die Rillen als auch die Bereiche hoher Versetzungsdichte zugleich vorhanden sind. Die Bereiche hoher Versetzungsdichte wurden erzeugt, indem eine Plasmaflamme auf geraden Bahnen zwischen benachbarten 0,150 mm breiten und etwa 0,020 mm tiefen Rillen entlang geführt wurde. Sie wurden in Richtung senkrecht zur Walzrichtung im Abstand von etwa 4 mm wie in Behandlung (A) beschrieben gebildet. Die Breite des Bereichs hoher Versetzungsdichte wurde durch Verändern des Durchmessers der Plasmaflammendüse variiert und gemessen, indem die Struktur der magnetischen Domänen in den mit der Plasmaflamme behandelten Bereichen in einem Rasterelektronenmikroskop untersucht wurde.
Die Fig. 6 zeigt, dass der Eisenverlust gegenüber dem Stahlblech mit nur Rillen reduziert ist, selbst wenn die Breite des Bereichs hoher Versetzungsdichte größer als etwa 1 mm ist. Die Reduktion des Eisenverlustes wird jedoch geringer, wenn die Breite des Bereiche hoher Versetzungsdichte kleiner als etwa 0,030 mm ist. Der Bereich hoher Versetzungsdichte ist daher vorzugsweise etwa 0,030 mm bis etwa 1 mm breit.
Die Fig. 7 zeigt die Beziehung zwischen dem Abstand der Bereiche hoher Versetzungsdichte in Walzrichtung und dem Eisenverlust W17/50, der auftritt, wenn die Breite des Bereichs hoher Versetzungsdichte etwa 0,30 mm beträgt. Die Fig. 8 zeigt die Beziehung zwischen dem Inklinationswinkel des Bereichs hoher Versetzungsdichte zu einer Ebene rechtwinklig zur Walzrichtung und dem Eisenverlust W17/50, der auftritt, wenn die Breite des Bereichs hoher Versetzungsdichte etwa 0,30 mm beträgt, wohingegen sein Abstand in Walzrichtung etwa 4 mm beträgt.
Die Fig. 7 und 8 zeigen, dass der Abstand des Bereichs hoher Versetzungsdichte vorzugsweise von etwa 1 bis etwa 30 mm reicht, wohingegen der Inklinationswinkel vorzugsweise 30º oder weniger beträgt.
Es lässt sich jedes beliebige Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen kornorientierten elektromagnetischen Stahlblechs einsetzen. Das Produkt-Stahlblech muss jedoch sämtlichen vorstehend beschriebenen Anforderungen genügen. Dazu ist das nachstehende Produktionsverfahren bevorzugt.
Eine Platte kornorientiertem elektromagnetischem Stahl wird heißgewalzt und anschließend geglüht. Dann werden zur Erzielung der endgültigen Blechdicke ein einzelner Kaltwalzschritt oder zwei oder mehr Kaltwalzschritte mit einem zwischen zwei aufeinander folgenden Kaltwalzschritten erfolgenden Glühen durchgeführt. Daraufhin erfolgt ein Entkohlungsglühen und danach ein Schlussglühen. Das fertige Produkt erhält schließlich einen Überzug. Die Ausbildung der geraden Rillen erfolgt vor dem Schlussglühen, und die Bereiche hoher Versetzungsdichte werden nach dem Schlussglühen gebildet.
Zur Bildung der geraden Rillen können verschiedene Verfahren verwendet werden, wie lokales Ätzen, Einritzen mit einer Klinge, Walzen mit einer Walze mit geraden Vorsprüngen und dergleichen. Ein unter diesen Verfahren besonders bevorzugtes Verfahren umfasst bspw. das Aufbringen einer ätzbeständigen Substanz auf das Stahlblech nach dem Fertigwalzen und Durchführen eines elektrolytischen Ät zens, so dass in den Bereichen ohne ätzbeständige Substanz gerade Rillen entstehen. Das in der japanischen Patentanmeldung Nr. 62-53579 offenbarte bekannte Verfahren, das eine gezähnte Walze zum Walzen des Stahlblechs nach dem Schlussglühen verwendet, wird nicht empfohlen, da dieses Verfahren keine Bereiche hoher Versetzungsdichte unter etwa 1 mm Breite hervorbringt, wobei der Eisenverlust minimiert ist. Dieses Verfahren ermöglicht jedoch die gleichzeitige Ausbildung von Rillen und Bereichen hoher Versetzungsdichte.
Es gibt ebenfalls keine Beschränkung hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung der Bereiche hoher Versetzungsdichte. Vom Standpunkt einer leichten Produktion im Industriemaßstab lassen sich Verfahren übernehmen, wie die in der japanischen Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. 60- 236271 offenbarte Plasmaflammenbehandlung, Laserbestrahlung oder Einbringung feiner Deformationen in das Stahlblech mit einer Walze mit geraden Vorsprüngen. Hinsichtlich der Leichtigkeit der industriellen Produktion ist von diesen Verfahren der Einsatz der Walze mit geraden Vorsprüngen am stärksten bevorzugt.
Die Erfindung lässt sich auf jede bekannte Stahlzusammensetzung anwenden. Nachstehend wird eine übliche Zusammensetzung für einen kornorientierten Elektrostahl beschrieben.
C: etwa 0,01 bis etwa 0,10 Gew.-%
Das Element C verfeinert nicht nur gleichmäßig die Kornstruktur beim Heiß- und Kaltwalzen, sondern ermöglicht auch den Aufbau einer Goss-Textur. Zur Erzielung der gewünschten Wirkung ist ein C-Gehalt von mindestens etwa 0,01 Gew.-% bevorzugt. Ein Gehalt über etwa 0,10 Gew.-% stört jedoch die Goss-Textur. Der C-Gehalt sollte daher nicht größer als etwa 0,10 Gew.-% sein.
Si: etwa 2,0 bis etwa 4,5 Gew.-%
Si unterstützt effizient die Reduktion des Eisenverlustes, indem es die spezifische Widerstandsfähigkeit des Stahlblechs verstärkt. Bei einem Gehalt über etwa 4,5 Gew.-% verschlechtert Si jedoch das Kaltwalzvermögen. Bei einem Si-Gehalt unter etwa 2,0 Gew.-% wird jedoch die spezifische Widerstandsfähigkeit gesenkt, so dass die Kristalltextur aufgrund einer beim Hochtemperaturschlussglühen - das zur sekundären Rekristallisation und Reinigung erfolgt - verursachten α-γ-Transformation zufällig wird. Unzureichende Härtungsergebnisse nach dem Glühen. Aus diesen Gründen reicht der Si-Gehalt vorzugsweise von etwa 2,0 bis etwa 4,5 Gew.-%.
Mn: etwa 0,02 bis etwa 0,12 Gew.-%
Mn sollte nicht weniger als etwa 0,02 Gew.-% ausmachen. Ein zu hoher Mn-Gehalt verschlechtert jedoch die Magneteigenschaften, so dass die Obergrenze für dieses Element vorzugsweise etwa 0,12 Gew.-% beträgt.
Es gibt gewöhnlich zwei große Kategorien von Inhibitoren: der MnS- oder MnSe-Typ und der AlN-Typ.
Bei Verwendung eines MnS- oder MnSe-Inhibitors sollte der Stahl entweder Se, S oder beide in einer Menge enthalten, die insgesamt von etwa 0,005 Gew.-% bis etwa 0,06 Gew.-% reicht.
Sowohl Se als auch S wirken als Inhibitoren zur Steuerung der sekundären Rekristallisation kornorientierter Silicium-Stahlbleche. Insgesamt sind mindestens etwa 0,005 Gew.-% eines oder beider Elemente erforderlich, damit ein hinreichender Hemmeffekt erzielt wird. Dieser Effekt wird jedoch bei einem Gehalt über etwa 0,06 Gew.-% beeinträchtigt. Der Gehalt an Se und/oder S reicht daher insgesamt vorzugsweise von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 0,06 Gew.-%.
Bei Verwendung eines AlN-Inhibitors sollte der Stahl etwa 0,005 bis etwa 0,10 Gew.-% Al und etwa 0,004 bis etwa 0,015 Gew.-% N enthalten. Die vorstehend erwähnten Bereiche für die Al- und N-Gehalte werden aus den gleichen Gründen eingesetzt wie beim MnS- oder MnSe-Inhibitor.
Sowohl der MnS- oder MnSe-Inhibitor als auch der AlN- Inhibitor können zugleich oder unabhängig voneinander verwendet werden.
Andere Inhibitor-Elemente als S, Se und Al, wie Cu, Sn, Cr, Ge, Sb, Mo, Te, Bi und P sind ebenfalls wirksam, und ein oder mehr davon können in Spuren vorhanden sein. Spezieller reicht der bevorzugte Gehalt von ein oder mehreren Elementen aus Cu, Sn und Cr von etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 0,15 Gew.-% und der bevorzugte Gehalt von ein oder mehreren Elementen aus Ge, Sb, Mo, Te und Bi reicht von etwa 0,005 bis etwa 0,1 Gew.-%.
Der bevorzugte P-Gehalt reicht ebenfalls von etwa 0,01 bis etwa 0,2 Gew.-%. Jedes Inhibitorelement kann allein oder in Kombination mit anderen verwendet werden.
Ein Vorteil der Erfindung wird maximiert, wenn die Bereiche hoher Versetzungsdichte in Bezug auf die Stellen der geraden Rillen genau und regelmäßig angeordnet werden. Die Ausbildung der geraden Rillen und der Bereiche hoher Versetzungsdichte erfolgt daher unabhängig voneinander.
Diese Materialien weisen eine bessere Leistung gegenüber herkömmlicher Materialien auf, wenn sie in laminierten Kernen verwendet werden, die kein Spannungsarmglühen erfordern. Ihre Leistung ist mit derjenigen herkömmlicher Materialien bei der Verwendung in Wickelkernen, die spannungsarm geglüht werden müssen, zumindest vergleichbar.
Nicht erfindungsgemäße kornorientierte Elektrobleche wurden folgendermaßen hergestellt: heißgewalzte Siliciumstahlbleche mit 3,2 Gew.-% Si und ebenfalls mit MnSe und AlN als Inhibitorelemente wurden auf eine Dicke von 0,23 mm gewalzt, wobei eine Behandlung mit zwei Kaltwalzschritten und einem zwischen den beiden Kaltwalzschritten durchgeführten Zwischenglühen erfolgte. Dann wurde mittels Tiefdruck eine ätzbeständige Substanz auf diesen Stahlblechen aufgebracht, gefolgt von elektrolytischem Ätzen, wodurch 0,18 mm breite und 0,018 mm tiefe gerade Rillen gebildet wurden, die senkrecht zur Walzrichtung liefen. Das Muster auf der Tiefdruckwalze wurde verändert, so dass unterschiedliche Rillenabstände über einen Bereich von 0,7 mm bis 100 mm für unterschiedliche Stahlbleche erhalten wurden.
Das elektrolytische Ätzen erfolgte mit einem Bad aus 20%iger NaCl-Elektrolytlösung als Ätzmittel unter einem Strom von 20 A/dm². Die Ätzzeit wurde so eingestellt, dass unabhängig von der Veränderung der Breite der geraden Rillen eine Rillentiefe von 0,018 mm erhalten wurde. Die Stahlbleche mit den darin eingebrachten geraden Rillen wurden dann einem Entkohlungsglühen und einem Schlussglühen unterworfen, gefolgt von einem Beschichten, wodurch Endproduktbleche erhalten wurden.
Von Epstein-Teststücken, die aus diesen Stahlblechen ausgeschnitten wurden, wurden nach einem Spannungsarmglühen die Magneteigenschaften gemessen.
Die Messungen bestätigten, dass sich der Eisenverlust erheblich reduzieren lässt, wenn der Abstand der geraden Rillen zwischen etwa 1 mm und etwa 30 mm einschließlich beträgt. Die Fig. 5 veranschaulicht diese Beziehung.
Die Unterschiede der Magneteigenschaften der Stahlbleche mit Rillen in verschiedenen Abständen von 1 bis 30 mm wurden nach der Behandlung der Stahlbleche mit einer Plasmaflamme anhand eines Experimentes untersucht. Die Plasmaflammenbehandlung erfolgte mit einer Düse mit 0,35 mm Durchmesser und 7 A Lichtbogenstrom, und durch Abrastern des Stahlblechs in der Richtung senkrecht zur Walzrichtung. Der Abstand der Rasterbahnen wurde zwischen 0,7 und 100 mm variiert. Dieses Verfahren ergab Stahlbleche mit geraden Bereichen hoher Versetzungsdichte, wobei jeder Bereich - gemessen in Walzrichtung - 0,30 mm breit war.
150 mm breite und 280 mm lange Teststücke wurden dann aus den Stahlblechen geschnitten, und die Magneteigenschaften der Teststücke wurden mit Einer Einzelblechmagnettestvorrichtung (SST) gemessen. Einige der Teststücke zeigten gegenüber den nicht mit Plamaflamme behandelten Stahlblechen eine Reduktion des Eisenverlustes, wohingegen bei einigen der Eisenverlust erhöht war. Eine in Fig. 9 wiedergegebene genaue Analyse ergibt, dass eine signifikante Verringerung des Eisenverlustes erhalten wird, wenn der Wert l&sub1; · l&sub2; zwischen etwa 5 und etwa 100 einschließlich liegt, wobei l&sub1; - gemessen in Walzrichtung - den Ab stand (mm) der geraden Rillen wiedergibt, wohingegen l&sub2; den Abstand (mm) der Rasterbahnen der Plasmaflamme wiedergibt. Ist der Wert l&sub1; · l&sub2; kleiner als etwa 5, steigt der Eisenverlust gegenüber dem Stahl mit nur Rillen. Dies ist wahrscheinlich das Ergebnis eines höheren Hystereseverlustes aufgrund der Einbringung einer zu großen Zahl an Magnetpolen bei der Bildung der Bereiche hoher Versetzungsdichte. Ist der Wert l&sub1; · l&sub2; größer als etwa 100 wird die Reduktion des Eisenverlustes gegenüber Stahlblechen nur mit geraden Rillen aufgrund von zu wenigen Magnetpolen beeinträchtigt.
Die Testergebnisse belegen, dass sich gegenüber Stahlblechen nur mit geraden Rillen bei einem Stahlblech mit geraden Rillen im Abstand l&sub1; in Walzrichtung von nicht weniger als etwa 1 mm, jedoch nicht größer als etwa 30 mm, und zugleich mit geraden Bereichen hoher Versetzungsdichte, gebildet im Abstand l&sub2;, das die Gleichung (2) erfüllt, eine erhebliche Reduktion des Eisenverlustes erzielen lässt:
5 ≤ l&sub1; · l&sub2; ≤ 100 (2)
Das Material zur Untersuchung der Erfindung wurde folgendermaßen hergestellt: heißgewalzte Silicium-Stahlbleche mit 3,2 Gew.-% Si und mit MnSe- und AlN- Inhibitorelementen wurden auf eine Dicke von 0,23 mm gewalzt, wobei eine Behandlung mit zwei Kaltwalzschritten und einem einzelnen zwischen den beiden Kaltwalzschritten durchgeführten Zwischenglühen erfolgte. Dann wurde durch Tiefdruck ein ätzbeständiges Mittel auf diese Stahlbleche aufgetragen, gefolgt von elektrolytischem Ätzen, wodurch 0,18 mm breite und 0,018 mm tiefe gerade Rillen erzeugt wurden, die senkrecht zur Walzrichtung liefen. Das Muster auf der Tiefdruckwalze wurde variiert, so dass unterschiedliche Rillenabstände für unterschiedliche Stahlbleche erhalten wurden. Der Rillenabstand wurde über einen Bereich von 0,7 bis 100 mm variiert. Das elektrolytische Ätzen erfolgte mit einem Bad aus 20%iger NaCl- Elektrolytlösung als Ätzmittel unter einem Strom von 20 A/dm². Die Ätzzeit wurde so eingestellt, dass unabhängig von der Veränderung der Breite der geraden Rillen eine Rillentiefe von 0,018 mm erhalten wurde. Die Stahlbleche mit den darin eingebrachten geraden Rillen wurden dann einem Entkohlungsglühen und einem Schlussglühen unterworfen, gefolgt von einem Beschichten, wodurch die Endproduktbleche erhalten wurden.
Dann wurden die Änderungen der magnetischen Eigenschaften, die aufgrund kleiner Walzdruckbereiche auftraten, die mit Hilfe einer gerade geriffelten Walze in Stahlprodukte mit geraden Rillen mit Abständen zwischen 1 mm und 30 mm eingebracht wurden, anhand eines Experimentes untersucht. Das beschriebene Stahlblech zeigte eine signifikante Reduktion des Eisenverlustes. Die Einführung kleiner Walzdruckbereiche erfolgte mit einer Walze mit geraden axialen Vorsprüngen, wie in Fig. 10 gezeigt. Die Vorsprünge waren 0,05 mm hoch und 0,20 mm breit. Die Einführung kleiner Walzdruckbereiche erfolgte durch Walzen des Blechs mit der beschriebenen Walze unter einer Belastung von 20 kg/mm². Verschiedene Typen dieser Walze mit 1 bis 100 mm Umfangsabständen der axialen geraden Vorsprünge wurden zur Veränderung der Abstände der kleinen Walzdruckbereiche verwendet.
Das Verfahren erzeugte Stahlbleche mit 0,3 mm breiten Bereichen hoher Versetzungsdichte.
150 mm breite und 280 mm lange Teststücke wurden aus den Produkt-Stahlblechen geschnitten. Die Magneteigenschaften der Teststücke wurden mit einer Einzelblechmagnettestvorrichtung (SST) gemessen. Den Ergebnissen zufolge zeigten einige der mit der gerade geriffelten Walze behandelten Teststücke eine größere Reduktion des Eisenverlustes als die nicht mit der Walze behandelten Stahlbleche, die lediglich gerade Rillen aufwiesen, wohingegen einige Teststücke keine größere Reduktion des Eisenverlustes aufwiesen.
Aufgrund einer ausführlichen Analyse der Messungen wurde entdeckt, dass sich der Eisenverlust signifikant re duzieren lässt, wenn der Wert l&sub1; · l&sub3; zwischen 5 und 100 einschließlich liegt, wobei l&sub1; der Abstand (mm) der geraden Rillen - gemessen in Walzrichtung - ist, wohingegen l&sub3; der Abstand (mm) der geraden Walzenvorsprünge, d. h. der Abstand der kleinen Walzdruckbereiche, ist. Die Fig. 11 zeigt die Beziehung. Ist der Wert l&sub1; · l&sub3; kleiner als etwa 5, steigt der Eisenverlust gegenüber dem Stahl mit nur Rillen. Dies beruht wahrscheinlich auf einem Anstieg des Hystereseverlustes aufgrund der Einführung zu vieler Magnetpole während der Bildung der Bereiche hoher Versetzungsdichte. Ist dagegen der Wert l&sub1; · l&sub3; größer als etwa 100, ist die Reduktion des Eisenverlustes aufgrund der Ausbildung von zu wenig Magnetpolen nicht nennenswert.
Die Testergebnisse zeigen somit, dass der Eisenverlust bei Stahlblechen mit kleinen Walzdruckbereichen, die in einem Abstand l&sub3; eingeführt wurden, festgelegt in Bezug auf Abstand l&sub1; der geraden Rillen in Walzrichtung, so dass die nachstehende Gleichung (3) gilt:
5 ≤ l&sub1; · l&sub3; ≤ 100 (3)
gegenüber Blechen mit nur Rillen, beträchtlich reduziert wird.
Die Reduktion des Eisenverlustes wird maximiert, indem die Breite der geraden Rillen vorzugsweise von etwa 0,03 mm bis etwa 0,30 mm reicht. Dies beruht darauf, dass bei kleineren Rillenbreiten und -tiefen als die Untergrenzen nicht genug kleine Magnetdomänen gebildet werden. Größere Rillenbreiten und Tiefen als die Obergrenzen verursachen einen drastischen Abfall der magnetischen Flussdichte.
Die Richtung der Rillen liegt innerhalb ca. 30º hinsichtlich der Richtung senkrecht zur Walzrichtung, da die Ausbildung kleiner Magnetdomänen stark gestört ist, wenn der beschriebene Winkel über etwa 30º liegt.
Die vorstehend beschriebene gerade geriffelte Walze wird vorzugsweise, jedoch nicht ausschließlich, als Maßnahme für die Bereitstellung der kleinen Walzdruckbereiche verwendet. Die auf der Walze ausgebildeten linearen Vorsprünge können abgerundete oder abgeflachte Enden aufweisen. Abgerundete Enden sind gewöhnlich haltbarer. Die Breite der linearen Vorsprünge reicht vorzugsweise von etwa 0,05 mm bis etwa 0,50 mm, da eine Breite unter etwa 0,05 mm keine nennenswerte Wirkung hervorbringt, weil die kleinen Druckbereiche zu klein werden, wohingegen eine Breite über etwa 0,50 mm zu viel Druck erzeugt, so dass verstärkte Hystereseverluste auftreten. Die Höhe der geraden Vorsprünge ist zwar nicht eingeschränkt, sie reicht aus praktischen Gründen jedoch vorzugsweise von etwa 0,01 bis etwa 0,10 mm. Wie bereits vorher erwähnt sollte der Abstand l&sub3; (mm) der geraden Vorsprünge die Gleichung (3) erfüllen. Die Richtungen der linearen Vorsprünge auf der Walze können einen Winkel zur Walzachse bilden, vorausgesetzt der Winkel ist nicht größer als etwa 30º, obwohl die linearen Vorsprünge vorzugsweise parallel zur Walzachse verlaufen. Der beim Walzen mit dieser Walze aufgebrachte Oberflächendruck reicht vorzugsweise von etwa 10 kg/cm² bis etwa 70 kg/cm². Dies beruht darauf, dass ein Oberflächendruck kleiner als etwa 10 kg/cm² die kleinen Walzdruckbereiche nicht einbringen kann, wohingegen ein Oberflächendruck über etwa 70 kg/cm² genug Druck erzeugt, dass der Hystereseverlust vergrößert wird.
Es sind keine Einschränkungen bezüglich der Beziehungen zwischen den Stellen der geraden Rillen und der kleinen Walzdruckbereiche notwendig, vorausgesetzt die kleinen Bereiche an Walzdruck schneiden und überlappen nicht vollständig die geraden Rillen. Die kleinen Walzdruckbereiche schneiden die geraden Rillen. Die geraden Rillen und die kleinen Bereiche an Walzdruck können zudem auf der gleichen Seite oder auf gegenüberliegenden Seiten des Stahlblechs gebildet werden.
Die Walzen mit den geraden Vorsprüngen wie vorstehend beschrieben stellen eine besonders wirksame Maßnahme zur Einführung der kleinen Bereiche an Walzdruck bereit, obwohl andere Maßnahmen eingesetzt werden können, wie eine Vielzahl von beabstandeten Stahldrähten, die gegen die Stahlbleche gedrückt werden, so dass mechanisch beanspruchte Bereiche erzeugt werden.
Erfindungsgemäß lässt sich ein kornorientiertes elektromagnetisches Stahlblech durch Heißwalzen eines kornorientierten elektromagnetischen Stahlblechs und nötigenfalls anschließendes Glühen herstellen. Das Stahlblech wird dann durch mindestens zwei Kaltwalzschritte und ein zwischen den aufeinanderfolgenden Kaltwalzschritten erfolgendes Zwischenglühen auf die endgültige Dicke gewalzt. Anschließend erfolgt ein Entkohlungsglühen und ein darauf folgendes Schlussglühen, gefolgt von einer Beschichtung, wobei als Endprodukt ein beschichtetes Stahlblech erhalten wird.
Die geraden Rillen lassen sich entweder vor oder nach dem Fertigwalzen erzeugen, und zwar bspw. durch lokales Ätzen, Einritzen mit einer Klinge oder Schneidkante, Walzen mit einer Walze mit geraden Vorsprüngen oder durch andere Maßnahmen. Von diesen Verfahren ist das Aufbringen eines ätzbeständigen Mittels auf den kaltgewalzten Stahl bspw. durch Aufdrucken und anschließendes Behandeln, bspw. elektrolytisches Ätzen, am stärksten bevorzugt.
Dann werden die kleinen Bereiche an Walzdruck eingebracht. Das so hergestellte Stahlblech zeigt eine bessere Leistung, wenn es als Material für einen laminierten Kern verwendet wird, der nicht spannungsarm geglüht werden muss. Selbst wenn es als Material für einen Wickelkern verwendet wird, der spannungsarm geglüht werden muss, weist das beschriebene Stahlblech eine Leistung auf, die der bekannter Materialien gleichwertig ist.
Die nachstehenden Beispiele sind lediglich veranschaulichend und sollen den in den beigefügten Patentansprüchen definierten Rahmen der Erfindung nicht definieren oder einschränken.

Beispiel 1

Ein heißgewalztes Stahlblech mit 3,3 Gew.-% Silicium wurde hergestellt mit einer Zusammensetzung, enthaltend 0,070 Gew.-% C, 3,3 Gew.-% Si, 0,069 Gew.-% Mo, 0,018 Gew.-% Se, 0,024 Gew.-% Sb, 0,021 Gew.-% Al und 0,008 Gew.-% N. Das Stahlblech wurde durch zwei Kaltwalzschritte und ein dazwischen erfolgendes Zwischenglühen auf eine Dicke von 0,23 mm gewalzt. Dann wurde ein ätzbeständiges Mittel durch Tiefdruck aufgebracht, und es erfolgte ein elektrolytisches Ätzen und anschließendes Entfernen des ätzbeständigen Mittels in einer alkalischen Lösung, wodurch 0,16 mm breite und 0,019 mm tiefe gerade Rillen in einem Abstand von 3 mm in Walzrichtung gebildet wurden, so dass die Rillen in einer Richtung liefen, die eine Neigung von 10º zur Richtung senkrecht zur Walzrichtung aufwies. Das Stahlblech wurde dann einem Entkohlungsglühen, einem Schlussglühen und einer Fertigbeschichtung unterworfen. Eine Vielzahl von derart erhaltenen Stahlblechen wurde unter verschiedenen nachstehend beschriebenen Bedingungen (F) bis (H) mit Plasmaflamme behandelt, so dass lokale Bereiche hoher Versetzungsdichte eingeführt wurden. Bei allen Behandlungen wurde die Plasmaflamme mit einer Düse mit 0,35 mm Düsenbohrung und einem Lichtbogenstrom von 7,5 A aufgebracht.
Die Plasmaflammenbehandlungen (F) bis (H) sind wie folgt definiert.
(F) Die Plasmaflamme wurde auf Bahnen aufgebracht, die einen Abstand von 6 mm und eine Neigung von 10º zur Richtung senkrecht zur Walzrichtung aufwiesen, so dass die Bahnen parallel zu den geraden Rillen liefen und sich zwischen benachbarten geraden Rillen befanden (Vergleichsbehandlung).
(G) Die Plasmaflamme wurde in einer die geraden Rillen kreuzenden Richtung aufgebracht. Der Abstand der Plasmaflammenbahnen war der gleiche wie bei (F).
(H) Die Plasmaflamme wurde bei einem Abstand von 6 mm aufgebracht, so dass sie die geraden Rillen überlappte (Vergleichsbehandlung).
Für Vergleichszwecke wurden die Behandlungen unter einer der nachstehenden Bedingungen durchgeführt:
(I) Es erfolgte keine Plasmaflammenbehandlung; nur die Rillenbildungsbehandlung wurde durch geführt.
(J) Die Plasmaflamme wurde unter den gleichen Bedingungen wie in (F) aufgebracht, jedoch ohne Ausbildung gerader Rillen.
Sechs 150 mm breite und 280 mm lange Teststücke wurden längs der Breite jedes aufgespulten Blechs jeweils aus den so erhaltenen Produktbändern geschnitten. Die Magneteigenschaften dieser Teststücke wurden mit einer Einzelblech-Magnettestvorrichtung gemessen, ohne dass sie einem Spannungsarmglühen unterworfen wurden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2
Der Tabelle 2 zufolge zeigten die Materialien, bei denen die Bereiche hoher Versetzungsdichte so eingeführt worden waren, dass sie mit den Rillen abwechselten oder diese schnitten, gegenüber den Vergleichsmaterialien erhebliche Reduktionen des Eisenverlustes.

Beispiel 2

Ein 0,18 mm dickes Stahlblech wurde erhalten durch Behandeln über ein gewöhnliches Verfahren eines heißgewalzten Siliciumstahlblechs mit einer Zusammensetzung, enthaltend: 0,071 Gew.-% C, 3,4 Gew.-% Si, 0,069 Gew.-% Mn, 0,020 Gew.-% Se, 0,023 Gew.-% Al und 0,008 Gew.-% N. Mit einem Ultraschalloszillator wurden gerade Isolierfolienrillen aus dem Stahlblech entfernt, gefolgt von Beizen in einer 30%igen HNO&sub3;-Lösung, wodurch 0,18 mm breite und 0,015 mm tiefe Rillen hergestellt wurden, die in Richtung senkrecht zur Walzrichtung in einem Abstand von 4 mm in Walzrichtung liefen. Dann wurde wiederum eine Beschichtung aufgebracht. Die Plasmaflamme wurde dann gemäß einer der nachstehenden Bedingungen (K) bis (M) aufgebracht, so dass Bereiche hoher Versetzungsdichte lokal eingeführt wurden. Die Plasmaflamme wurde aufgebracht mit einer Düse mit 0,35 mm Düsenbohrung und unter einem Lichtbogenstrom von 7 A.
Die Plasmaflammenbehandlungen (K) bis (M) sind wie folgt definiert:
(K) Die Plasmaflamme wurde in einem Abstand von 4 mm parallel zu den linearen Rillen an Stellen zwischen benachbarten geraden Rillen aufgebracht (Vergleichsbehandlung).
(L) Die Plasmaflamme wurde in einem Abstand von 4 mm und einer Neigung von 15º zur Richtung senkrecht zur Walzrichtung aufgebracht.
(M) Die Plasmaflamme wurde in einem Abstand von 4 mm derart aufgebracht, dass sie die geraden Rillen überlappte (Vergleichsbehandlung).
Für Vergleichszwecke wurden die Behandlungen unter den nachstehenden Bedingungen durchgeführt.
(N) Die Plasmaflamme wurde nicht aufgebracht; das Stahlblech wurde lediglich der Rillenbildungsbehandlung unterworfen.
(O) Die Plasmaflamme wurde auf Bahnen senkrecht zur Walzrichtung in 4 mm Abstand aufgebracht, ohne Durchführung der Rillenbildungsbehandlung.
Von den so erhaltenen Produktbändern wurden Teststücke erhalten, deren Magneteigenschaften gemessen wurden. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3
Der Tabelle 3 zufolge zeigen die Materialien, bei denen die Bereiche hoher Versetzungsdichte so eingeführt worden waren, dass sie mit den Rillen abwechselten oder diese schnitten, gegenüber den Vergleichsmaterialien erhebliche Reduktionen des Eisenverlustes.

Beispiel 3

Ein heißgewalztes Stahlblech mit 3,3 Gew.-% Silicium und mit MnSe, Sb und AlN als Inhibitorelemente wurde durch zwei Kaltwalzschritte und einem einzelnen dazwischen erfolgenden Zwischenglühschritt auf eine Dicke von 0,23 mm gewalzt. Dann wurde ein ätzbeständiges Mittel durch Tiefdruck aufgebracht, und es erfolgte ein elektrolytisches Ätzen und anschließendes Entfernen des ätzbeständigen Mittels in einer alkalischen Lösung, wodurch 0,16 mm breite und 0,018 mm tiefe gerade Rillen mit einem Inklinationswinkel von 10º bezüglich einer Richtung senkrecht zur Walzrichtung und in einem Abstand von 3 mm in Walzrichtung (l&sub1; = 3 mm) gebildet wurden. Das Stahlblech wurde dann einem Entkohlungsglühen, einem Schlussglühen und einer Fertigbeschichtung unterworfen. Eine Vielzahl von derart erhaltenen Stahlblechen wurde mit Plasmaflamme behandelt, so dass lokale Bereiche hoher Versetzungsdichte eingeführt wurden. Die Plasmaflamme wurde mit einer Düse mit 0,35 mm Düsenbohrung und einem Lichtbogenstrom von 7,5 A aufgebracht. Eine Plasmaflammenbahn mit einem Abstand (l&sub2;) von 1 bis 100 mm wurde auf 150 mm breite und 280 mm lange Teststücke aus den Stahlblechprodukten aufgebracht. Die Teststücke wurden dann Messungen in einer Einzelblech- Magnettestvorrichtung (SST) unterworfen. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 4 gezeigt. Für Vergleichszwecke sind in der Tabelle 4 auch die Magneteigenschaften von Stahlblechen ohne Bereiche hoher Versetzungsdichte gezeigt. Tabelle 4
Der Tabelle 4 zufolge reduzieren die Stahlbleche mit den Bereiche hoher Versetzungsdichte in einem Abstand von l&sub2; (mm), der in Bezug auf l&sub1; (mm) so festgelegt ist, dass die Gleichung (2) 5 ≤ l&sub1; · l&sub2; ≤ 100 erfüllt ist, den Eisenverlust gegenüber den Vergleichsmaterialien erheblich.

Beispiel 4

Ein heißgewalztes Stahlblech mit 3,2% Silicium und MnSe- und AlN-Inhibitorelementen wurde gemäß einem bekannten Verfahren zur Herstellung eines 0,18 mm dicken Stahlblechs behandelt. Dann wurde die Isolierfolie von dem Stahlblech in Form von feinen linearen Streifen mittels Ultraschalloszillator entfernt, gefolgt von Beizen in einer 30%igen HNO&sub3;-Lösung, wodurch 0,18 mm breite und 0,015 mm tiefe schräg laufende lineare Rillen mit einem Abstand von 3 mm (l&sub1; = 3 mm) gebildet wurden. Anschließend wurde eine Deckschicht aufgebracht. Das so erhaltene Stahlblech wurde mit einer Plasmaflamme behandelt, so dass Bereiche hoher Versetzungsdichte lokal eingeführt wurden. Dabei wurde eine Plasmadüse mit 0,35 mm Düsenbohrung verwendet und ein Lichtbogenstrom von 7 A angelegt, wobei der Abstand &sub2; der Plasmaflammenbahn zwischen 1 und 80 mm variierte. 150 mm breite und 280 mm lange Teststücke wurden aus den so erhaltenen Produkt-Stahlblechen geschnitten und einer Messung der Magneteigenschaften mittels SST unterworfen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 5 gezeigt. Für Vergleichszwecke sind in der Tabelle 5 auch die Magneteigenschaften von Stahlblechen ohne Bereiche hoher Versetzungsdichte, d. h. nur mit geraden Rillen, gezeigt. Tabelle 5
Der Tabelle 5 zufolge reduzieren die Stahlbleche mit den Bereichen hoher Versetzungsdichte in einem Abstand von l&sub2; (mm), der in Bezug auf l&sub1; (mm) so festgelegt ist, dass die Gleichung (2) 5 ≤ l&sub1; · l&sub2; ≤ 100 erfüllt ist, den Eisenverlust gegenüber den Vergleichsmaterialien erheblich.

Beispiel 5

Ein heißgewalztes Stahlblech mit 3,3 Gew.-% Silicium und mit MnSe, Sb und AlN als Inhibitorelemente wurde durch zwei Kaltwalzschritte und einem einzelnen dazwischen erfolgenden Zwischenglühschritt auf eine Dicke von 0,23 mm gewalzt. Dann wurde ein ätzbeständiges Mittel durch Tiefdruck aufgebracht, und es erfolgte ein elektrolytisches Ätzen und anschließendes Entfernen des ätzbeständigen Mittels in einer alkalischen Lösung, wodurch 0,16 mm breite und 0,018 mm tiefe gerade Rillen mit einem Inklinationswinkel von 10º bezüglich einer Richtung senkrecht zur Walzrichtung und in einem Abstand von 3 mm in Walzrichtung (l&sub1; = 3 mm) gebildet wurden. Das Stahlblech wurde dann einem Entkohlungsglühen, einem Schlussglühen und einer Fertigbeschichtung unterworfen. Eine Vielzahl von derart erhaltenen Stahlblechen wurde zur Einführung lokaler Bereiche hoher Versetzungsdichte einer Walzbehandlung mit einer Walze mit linearen Vorsprüngen unterworfen. Die bei dieser Behandlung verwendete Walze hatte 0,02 mm hohe lineare Vorsprünge, die parallel zur Walzachse verliefen, und die Walzenbelastung betrug 30 kg/mm². Der Abstand der linearen Vorsprünge wurde in einem Bereich von 1 bis 100 mm variiert. 150 mm breite und 280 mm lange Teststücke wurden aus den so erhaltenen Stahlblechprodukten ausgeschnitten und Messungen in einer Einzelblech-Magnettestvorrichtung (SST) unterworfen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 6 gezeigt. Für Vergleichszwecke sind in der Tabelle 6 auch die Magneteigenschaften von Stahlblechen mit nur geraden Rillen, d. h. von Stahlblechen die nicht gewalzt wurden, gezeigt, sowie die Eigenschaften von Stahlblechen ohne gerade Rillen, d. h. von Stahlblechen, die nur gewalzt wurden. Tabelle 6
Der Tabelle 6 zufolge reduzieren die Stahlbleche mit den kleinen Bereichen an Walzdruck, die eingeführt wurden durch Walzbehandlung in einem Abstand von l&sub3; (mm), der in Bezug auf den Rillenabstand l&sub1; (mm) so festgelegt ist, dass die Gleichung (3) 5 ≤ l&sub1; · l&sub3; ≤ 100 erfüllt ist, den Eisenverlust gegenüber den Vergleichsstahlblechen nur mit geraden Rillen und gegenüber Stahlblechen, die nur gewalzt und keiner Rillenbildungsbehandlung unterworfen wurden, erheblich.
Ausgewählte Stahlbleche aus Tabelle 6 wurden 3 Std. bei 800ºC in einer N&sub2;-Atmosphäre spannungsarm geglüht. Das Stahlblech Nr. 22, das nur mit der Walze mit den geraden Vorsprüngen gewalzt wurde, zeigte einen Anstieg an Eisenverlust von 0,74 W/kg, gezeigt in Tabelle 6, auf 0,87 W/kg, wohingegen bei den erfindungsgemäßen Stahlblechen (Nr. 16 bis 19) der größte gemessene Eisenverlustwert nur 0,72 W/kg erreichte.

Beispiel 6

Heißgewalzter Stahl mit 3,2% Silicium und den Inhibitorelementen MnSe, Sb und AlN wurde einem bekannten Verfahren unterworfen, so dass ein 0,18 mm dickes Stahlblech hergestellt wurde. Mit einem Ultraschalloszillator wurde die Isolierschichtfolie auf dem Stahlblech in Form von feinen geraden Streifen lokal entfernt, gefolgt von Beizen in einer 30%igen HNO&sub3;-Lösung, wodurch 0,18 mm breite und 0,015 mm tiefe gerade Rillen, die in einer Richtung rechtwinklig zur Walzrichtung in einem Abstand l&sub3; von 3 mm verliefen, erhalten wurden. Dann wurde eine Deckschicht aufgebracht und die Bereiche hoher Versetzungsdichte wurden durch Walzbehandlung mit einer Walze mit 0,02 mm hohen linearen Vorsprüngen, die parallel zur Walzachse verliefen unter einer Walzbelastung von 25 kg/mm² eingeführt. Der Abstand der linearen Vorsprünge wurde über einen Bereich von 1 bis 80 mm variiert. 150 mm breite und 280 mm lange Teststücke wurden aus den so erhaltenen Stahlblechprodukten ausgeschnitten und Messungen in einer Einzelblech- Magnettestvorrichtung (SST) unterworfen. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle 7 gezeigt. Für Vergleichszwecke sind in der Tabelle 7 auch die Magneteigenschaften von Stahlblechen nur mit den geraden Rillen, d. h. von Stahlblechen die nicht gewalzt wurden, gezeigt, sowie die Eigenschaften von Stahlblechen ohne lineare Rillen, d. h. von Stahlblechen, die nur gewalzt wurden. Tabelle 7
Der Tabelle 7 zufolge reduzieren die Stahlbleche mit den kleinen Bereichen an Walzdruck, die eingeführt wurden durch Walzbehandlung in einem Abstand von 13 (mm), der in Bezug auf den Rillenabstand 11 (mm) so festgelegt ist, dass die Gleichung (3) 5 ≤ l&sub1; · l&sub3; ≤ 100 erfüllt ist, den Eisenverlust gegenüber den Vergleichsstahlblechen nur mit geraden Rillen und gegenüber Stahlblechen, die nur gewalzt und keiner Rillenbildungsbehandlung unterworfen wurden, erheblich.
Diese Stahlbleche wurden 3 Std. bei 800ºC in einer N&sub2;-Atmosphäre spannungsarm geglüht. Dass Stahlblech Nr. 30, das nur mit der Walze mit den geraden Vorsprüngen gewalzt wurde, zeigte einen Anstieg an Eisenverlust von 0,72 W/kg, gezeigt in Tabelle 7, auf 0,82 W/kg, wohingegen bei den erfindungsgemäßen Stahlblechen (Nr. 24 bis 27) der größte gemessene Eisenverlustwert nur 0,71 W/kg erreichte.
Die Erfindung weist gegenüber herkömmlichen Materialien einen bemerkenswert reduzierten Eisenverlust auf und verbessert somit stark die Effizienz von Transformatoren, insbesondere Transformatoren mit laminierten Eisenkernen.
Die Erfindung ermöglicht die Herstellung eines kornorientierten elektromagnetischen Stahlblechs, bei dem der Eisenverlust erheblich reduziert ist aufgrund der Einführung von Bereichen hoher Versetzungsdichte unter bestimmten Bedingungen in ein schlussgeglühtes kornorientiertes elektromagnetisches Stahlblech, das mit geraden Rillen versehen ist, die in einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur Walzrichtung laufen, wodurch die Effizienz von Transformatoren erheblich verbessert wird.

Claims

1. Kornorientiertes elektromagnetisches Stahlblech, beinhaltend ein schlussgeglühtes kornorientiertes Stahlblech, in dessen Oberfläche eine Vielzahl gerader Rillen ausgebildet sind, deren Ausrichtung so ist, dass sie die Walzrichtung des Stahlblechs mit einem vorgegebenen Abstand l&sub1; (mm) in Walzrichtung kreuzen, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech weiterhin eine Vielzahl gerader Bereiche hoher Versetzungsdichte aufweist, welche die geraden Rillen schneiden und die ausgerichtet sind, dass sie die Walzrichtung des Stahlblechs mit einem vorgegebenen Abstand l&sub2; (mm) in Walzrichtung kreuzen und zwar an Stellen, welche nicht die Stellen völlig überlappen, wo lineare Rillen ausgebildet sind; dass jede gerade Rille eine Tiefe von 0,01 mm bis 0,07 mm besitzt; und dass der Abstand l&sub1; der geraden Rillen und der Abstand l&sub2; der Bereiche hoher Versetzungsdichte folgende Gleichungen (1) und (2) erfüllen:

1 ≤ l&sub1; ≤ 30 (mm) (1)

5 ≤ l&sub1; · l&sub2; ≤ 100 (2)

2. Kornorientiertes elektromagnetisches Stahlblech nach Anspruch 1, wobei die geraden Rillen und die Bereiche hoher Versetzungsdichte einen Winkel bilden oder einen Winkel nicht größer als 30º hinsichtlich der Richtung senkrecht zur Walzrichtung.

3. Kornorientiertes elektromagnetisches Stahlblech nach Anspruch 1 oder 2, wobei die geraden Rillen jeweils eine Breite von 0,03 mm bis 0,30 mm und die Bereiche hoher Versetzungsdichte eine Weite von 0,03 mm bis 1 mm besitzen.

4. Kornorientiertes elektromagnetisches Stahlblech nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei der Abstand der Bereiche hoher Versetzungsdichte von 1 mm bis 30 mm reicht.

5. Kornorientiertes elektromagnetisches Stahlblech nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, wobei die geraden Bereiche hoher Versetzungsdichte zwischen benachbarten geraden Rillen liegen.

6. Verfahren zur Herstellung eines eisenverlustarmen kornorientierten elektromagnetischen Stahlblechs, beinhaltend das Bereitstellen eines kornorientierten elektromagnetischen Stahlblechs und das Unterwerfen des Stahlblechs folgender Behandlungen:

(i) Ausbilden gerader Rillen in dessen Oberfläche, so dass diese mit einem Abstand l&sub1; (mm) in Walzrichtung und jeweils einer Tiefe von 0,01 bis 0,07 mm in einer Richtung quer zur Walzrichtung des Stahlblechs laufen,

(ii) Unterwerfen des Blechs einem Schlussglühen und

(iii) Ausbilden kleiner gerader Bereiche an Walzdruck in der Oberfläche des schlussgeglühten Blechs, so dass diese die gerade Rillen schneiden und so ausgerichtet sind, dass sie die Walzrichtung mit einem Abstand l&sub3; (mm) an Stellen kreuzen, die nicht gänzlich überlappen mit den Stellen, wo gerade Rillen ausgebildet sind, mit Hilfe von Walzen, welche lineare axiale Vorsprünge im Abstand l&sub3; besitzen, wobei sich der Abstand l&sub3; ergibt aus den Gleichungen (1) und (3):

1 ≤ l&sub1; ≤ 30 (mm) (1)

5 ≤ l&sub1; · l&sub3; ≤ 100 (3).

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die geraden Rillen jeweils eine Breite von 0,03 mm bis 0,30 mm besitzen und so ausgerichtet sind, dass sie in einem Winkel nicht größer als 30º zur Richtung senkrecht zur Walzrichtung stehen.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei die kleinen geraden Bereiche an Walzdruck eingeführt werden durch Anlegen einer Kraft gegen das Stahlblech mit Hilfe von Walzen und einem Oberflächendruck von 10 bis 70 kg/mm², wobei die Walzen lineare axiale Vorsprünge besitzen mit einer Breite von 0,05 mm bis 0,50 mm und einer Höhe von 0,01 mm bis 0,10 mm, welche so ausgerichtet sind, dass sie einen Winkel nicht größer als 30º zur Walzenachse bilden.