DE2262869A1 - Verfahren zum herstellen von kornorientiertem elektroblech - Google Patents

Verfahren zum herstellen von kornorientiertem elektroblech

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Description

Dipl.-Ing. H. Sauenland · Dr.-Ing. R. König · Dipl.-Ing. K. Bergen Patentanwälte · 4oap Düsseldorf ao · Cecilienallee 7e · Telefon '43273s
20. Dezember 1972 28 187 K
No. 6-3, 2-chome, Ote-machi, Chiyoda-ku, Tokio/Japan
"Verfahren zum Herstellen von kornorientiertem Elektroblech»
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von kornorientiertem Elektroblech oder -band mit einer (100)/0l}1_7-0rientierung durch. Stranggießen, Warmwalzen, Kaltwalzen und Glühen.
Bei kornorientiertem Elektroblech oder -band ist es wichtig, daß die Magnetisierbarkeit, d.h. das Verhältnis zwischen magnetischer Feldstärke und magnetischer Flußdichte bzw. Induktion, und die Eisenverluste, d.h. das Verhältnis zwischen Induktion und Eisenverlusten, gut sind. Aus diesem Grunde muß ein Elektroblech eine hohe Induktion, Bg sowie geringe Eisenverluste W^y /^0 besitzen.
Es ist bekannt, daß die Eisenverluste von der Stahlzusammensetzung, der Korngröße, den Verunreinigungen, Einschlüssen und Restspannungen sowie anderen Faktoren abhängen und der Wert auch durch eine Verbesserung der Induktion Bg verringert werden kann. Stahlblech oder -band mit hoher Induktion BQ besitzt günstige Eisenverluste, insbesondere bei einer hohen magnetischen Flußdichte bzw. Induktion.
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Demzufolge wirkt sich eine Verbesserung der magnetischen Eigenschaften nicht nur auf eine Verringerung der Eisenverluste, sondern unter dem Gesichtspunkt einer Verkleinerung der verschiedenen elektrischen Geräte wie beispielsweise Transformatoren auch in Richtung einer Gewichtsverminderung des Eisenkerns aus.
In neuerer Zeit ist der übliche Blockguß immer mehr zugunsten des Stranggießens zurückgedrängt worden, da das Stranggießen eine größere Wirtschaftlichkeit besitzt, das Vorwalzen entfällt und sich insbesondere für hochwertige Stähle eignet.
Im Wege des Stranggießens erzeugte Stahlbleche besitzen vor allem bessere Oberflächen und ein besseres Aussehen sowie eine gleichmäßigere chemische Zusammensetzung in Strangrichtung.
Andererseits ist das Makrogefüge in der Oberflächen- und der Kernzone körnig, während das Gefüge im Zwischenbereich stengelig ausgebildet ist und sich im Kern eine dichte Seigerungszone des Schwefels bildet. Die Stengelkristalle im Gefüge eines Stranggußknüppels für kornorientiertes Elektroblech wachsen beim Erwärmen vor dem Warmwalzen beispielsweise auf über 135O°C abnorm und führen zu einem abnormen Gefüge beim primären Rekristallisationsglühen nach dem Warm- und Kaltwalzen; sie ergeben schließlich ein faseriges Feinkorn beim abschließenden sekundären Rekristallisationsglühen und beeinträchtigen somit die magnetischen Eigenschaften.
Im Hinblick auf eine Verbesserung der magnetischen Eigenschaften von kornorientiertem Elektroblech muß beim
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abschließenden Glühen das normale Wachstum des Korns der Primärrekristallisation sorgfältig überwacht und sich bei der Sekundärrekristallisation ein Korn mit einer (110)/Ö01_7-0rientierung bilden, wobei das Vorhandensein feindispers verteilter Teilchen von wesentlicher Bedeutung ist.
Der in einer dichten Seigerungszone im Stranggußknüppel vorhandene Schwefel bildet mit dem Stahl eine feste Lösung und führt zu Schwierigkeiten beim Glühen des Knüppels. Hierbei handelt es sich um einen schwerwiegenden Nachteil im Hinblick auf die Herstellung von kornorientiertem Elektroblech, bei dem Mangansulfid die obenerwähnte Funktion der feindispersen Teilchen übernimmt.
Demzufolge müssen beim Herstellen von kornorientiertem Elektroblech mit ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften in Walzrichtung die Stranggußknüppel in einem Temperaturbereich erwärmt werden, der ein abnormes Wachstum der Stengelkristalle beim Glühen vor dem Warmwalzen ausschließt, gleichwohl ein Lösen des in Form größerer Teilchen im Stranggußknüppel ausgeschiedenen Mangansulfids in fester Lösung gewährleistet. Das in der dichten Seigerungszone des Schwefels befindliche Mangansulfid · läßt sich nur schwer in eine feste Lösung im Stahl überführen, woraus sich die Schwierigkeiten hinsichtlich der. Schaffung der feindispersen Teilchen für die Sekundärrekristallisation erklären. Aus diesem Grunde kommt der Ausbildung und Verteilung des Mangansulfids bei Strangguss eine überragende Bedeutung zu.
Die Erfindung ist auf ein Verfahren zum Herstellen von kornorientiertem Elektroblech aus· Stranggußknüppeln gerichtet und basiert auf der Ausnutzung des Mangansulfids
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als feindisperse Phase für die Sekundärrekristallisation, wobei das Mangansulfid während des Glühens der Stranggußknüppel vor dem Warmwalzen in eine feste Lösung überführt und beim Warmwalzen ausgeschieden wird.
Im einzelnen besteht die Erfindung in einem Verfahren, bei dem ein Stahl mit 0,005 bis 0,06% Kohlenstoff, höchstens 4,0% Silizium, 0,030 bis 0,990% Mangan und 0,0010 bis 0,030% Schwefel stranggegossen, auf 1250 bis 135O0C erwärmt, beim Warmwalzen 30 bis 200 see. zwischen 1200 und 9500C gehalten sowie anschließend kaltgewalzt und geglüht wird.
Hinsichtlich des Mangansulfids beim Herstellen kornorientierten Elektroblechs ergibt sich aus der japanischen Patentanmeldung Sho 363352, daß sich dieses nach einem raschen Abkühlen von der Gießtemperatur auf 8000C in feindisperser und gleichmäßiger Verteilung befindet und die Sekundärrekristallisation mit einer (100)/001_7-Orientierung beschleunigt.
Andererseits ergibt sich aus der belgischen Patentschrift 747 197, daß die magnetischen Eigenschaften verbessert werden können, wenn die Abkühlungsgeschwindigkeit nach dem Stranggießen so gering wie möglich ist. Obgleich diese beiden Aussagen einander widersprechen, machen sie gleichwohl deutlich, daß der Abkühlungsgeschwindigkeit eine große Bedeutung zukommt.
Die beiden Vorveröffentlichungen beziehen sich darauf, die Mangansulfidverteilung beim Erstarren des geschmolzenen Stahls zu beeinflussen; außerdem ergibt sich
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aus ihnen, daß für die Beeinflussung der Mangansulfidausbildung und -verteilung im erstarrten Stahl nur die Wahl der Glühtemperatur verbleibt.
Im Gegensatz dazu basiert die Erfindung auf dem Gedanken, das Verhalten des Mangansulfids, d.h. dessen Ausbildung und Verteilung, durch ein langsames Abkühlen während des Warmwalzens zu beeinflussen.
Für das erfindungsgemäße Verfahren eignen sich beispielsweise im Konverter oder Elektroofen erschmolzene Stähle mit 0,0050 bis 0,060% Kohlenstoff, höchstens 4, Silizium, 0,030 bis Ο,Ο9Ο9ό Mangan und 0,010 bis 0,030% Schwefel.
Es versteht sich, daß die Gehalte an Mangan und Schwefel die Menge des Mangansulfids in der feindispersen Phase bestimmen, die für das Kornwachstum bei der Sekundärrekristallisation von entscheidender Bedeutung ist.
Enthält der Stahl zu wenig Mangan und Schwefel, dann reicht das Mangansulfid für die Beeinflussung der Sekundärrekristallisation nicht aus, so daß ein zufriedenstellendes Kornwachstum bei der Sekundärrekristallisation nicht erreicht wird.
Andererseits werden die Mangansulfidteilchen zu groß, wenn die Gehalte an Mangan und Schwefel die vorerwähnten Höchstwerte übersteigen. Die Folge davon ist, daß das Mangansulfid beim Glühen nicht in dem erwünschten Maße eine feste Lösung bildet und demzufolge auch die Ausbildung, Größe und Verteilung des sich beim Warmwalzen ausscheidenden Mangansulfids ungeeignet ist. Aus diesem Grunde findet
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bei der Sekundärrekristallisation dann auch kein zufriedenstellendes Kornwachstum statt.
Außerhalb der erfindungsgemäßen Gehaltsgrenzen für Mangan und Schwefel ist es nicht möglich, kornorientiertes Elektroblech ader -band mit den nachfolgenden magnetischen guten Eigenschaften herzustellen.
Die feindisperse Phase besteht im wesentlichen aus Mangansulfid, kann jedoch auch gewisse Mengen Aluminiumnitrid und ähnliche, beispielsweise Selen, Tellur und Bor enthaltende Verbindungen enthalten.
Es ist bekannt, daß Silizium die Eisenverluste von Elektroblech oder -band verringert. Aus diesem Grunde enthält der Stahl bei kornorientiertem Elektroblech übliche Mengen Silizium. Dabei ist der Höchstgehalt auf 4,0% begrenzt, da sich andernfalls beim Kaltwalzen Risse bilden.
Der Kohlenstoffgehalt ergibt sich zu 0,0050 bis 0,060%, da höhere Kohlenstoffgehalte ein längeres Entkohlungsglühen erfordern und somit die Wirtschaftlichkeit beeinträchtigen. Zu niedrige Kohlenstoffgehalte ergeben dagegen Schwierigkeiten bei der Sekundärrekristallisation und ein feines Korn im Endprodukt.
Die beiden für die magnetischen Eigenschaften nach der Erfindung wesentlichen Verfahrensschritte, nämlich das Glühen der Knüppel und das anschließende kontinuierliche Warmwalzen werden nachfolgend des näheren beschrieben.
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Das Mangansulfid ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zwar "bereits im Stranggußknüppel vor dem Erwärmen auf die Warmwalztemperatur ausgeschieden; es ist jedoch nicht gleichmäßig verteilt und "besteht aus verhältnismäßig großen Teilchen. Aus diesem Grunde muß das Mangansulfid zunächst einmal beim Erwärmen vor dem Warmwalzen als feste Lösung im Grundgefüge gelöst werden. Dabei ergibt sich jedoch die Schwierigkeit, daß die in Stranggußknüppeln unvermeidlichen Stengelkristalle beim Glühen im Bereich höherer Temperaturen, beispielsweise über 1350°C einem abnormen Kornwachstum unterliegen, das zu einer schweren Beeinträchtigung der magnetischen Eigenschaften des Endprodukts führt. Demzufolge sollte das Erwärmen der.Knüppel bei verhältnismäßig niedriger Temperatur erfolgen. Unter Berücksichtigung dessen ergab sich eine Begrenzung der Gehalte an Mangan und Schwefel, da es anders nicht möglich ist, das Mangansulfid in hinreichendem Maße bei einer Temperatur in eine feste Lösung im Grundgefüge zu überführen, die ein abnormes Wachstum der Stengelkristalle ausschließt. Die Höchsttemperatur beim Erwärmen vor dem Warmwalzen hängt von den Gehalten an Mangan und Schwefel ab und läßt sich unter Berücksichtigung des Produktes (^Mn).(%S) bestimmen. Unter Berücksichtigung der oben erwähnten Gehalte an Mangan und Schwefel liegt die Temperatur bei 1250 bis 13500C. In diesem Temperaturbereich ist ein ausreichendes Lösen des Mangansulfids ohne abnormes Wachstum der Stengelkristalle möglich.
Trotz Wahl einer richtigen Glühtemperatur ergeben sich immer noch Schwierigkeiten beim Lösen des Mangansulfids der dichten Seigerungszone des Schwefels, so daß sich häufig beim erneuten Ausscheiden keine gleichmäßige Verteilung ergibt.
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Das zunächst gelöste Mangansulfid scheidet sich jedoch beim kontinuierlichen Warmwalzen in einem bestimmten Temperaturbereich aus, der in gewissem Maße auch von den Gehalten an Mangan und Schwefel abhängig ist.
Für die Sekundärrekristallisation mit einer (1OO)/Ö"OY7 -Orientierung muß die Ausscheidungsphase eine Korngröße unter 0,1 Ltm besitzen und bei höher Verteilungsdichte gleichmäßig verteilt sein. Dies wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mittels eines gezielten Ausscheidens des Mangansulfids während des Warmwalzens erreicht.
Bei dem in der belgischen Patentschrift 747 197 beschriebenen Verfahren wird die Bildung einer dichten Seigerungszone des Schwefels beim Stranggießen durch ein möglichst langsames Abkühlen der Stranggußknüppel vermieden werden. Darunter leidet jedoch nicht nur die ansonsten hohe Produktivität des Stranggießens merklich, sondern es ergeben sich auch praktische Schwierigkeiten beispielsweise bei der Steuerung des erforderlichen Kühlwassers.
Aufgrund umfangreicher Versuche hinsichtlich der Bildung einer dichten Seigerungszone des Schwefels beim Stranggießen wurde das erfindungsgemäße Verfahren geschaffen, das es gestattet, kornorientiertes Elektroblech mit ausgezeichneten magnetischen Eigenschaften auch dann herzustellen, wenn der Schwefel in einer dichten Seigerungszone ausgeschieden ist, sofern der Stahl während des Warmwalzens langsam abgekühlt wird, so daß sich trotz der geringen Temperatur beim Erwärmen der Stranggußknüppel vor dem Warmwalzen eine weitestgehende Ausnutzung des zunächst in fester Lösung befindlichen Mangansulfids ergibt.
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Im einzelnen konnte festgestellt werden, daß die Temperatur für ein Ausscheiden von wirksamem Mangansulfid bei 930 bis 120O0C liegt und das Walzgut 30 bis 200 Sekunden in diesem Temperaturbereich gehalten werden sollte.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung des näheren erläutert. In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 den Zusammenhang zwischen der mittleren Haltetemperatur beim Warmwalzen und der Induktion Bo,
Fig. 2 den Zusammenhang zwischen der Haltezeit im Tempeurb
und
raturbereich von 950 bis 12000C und der Induktion Bo
Fig. 3 Temperatur-Zeit-Kurven in verschiedener Weise warmgewalzter Stähle.
Die Kurven der Figuren 1 und 2 beziehen sich auf Bleche mit einer Dicke von 0,30mm aus Stählen mit 0,035 bis 0,046% Kohlenstoff, 0,047 bis 0,060% Mangan und 0,016 bis 0,018% Schwefel, die stranggegossen und vor dem Warmwalzen erwärmt wurden. Die Stranggußknüppel wurden nach einem Erwärmen auf 1250 bis 135O0C, im Mittel auf 130O0C, beim Warmwalzen, d.h. vor dem letzten Gerüst 45 Sekunden in dem erfindungsgemäßen Temperaturbereich gehalten.
Der Kurvenverlauf zeigt, daß sich bei einem Halten in dem erfindungsgemäßen Tempe:
eine hohe Induktion ergibt.
dem erfindungsgemäßen Temperaturbereich von 950 bis 120O0C
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Aus dem Kurvenverlauf der Fig, 2 ergibt sich, daß die Induktion B8 hohe Werte erreicht, wenn das Walzgut 30 bis 200 Sekunden im Temperaturbereich von 980 bis 12000C gehalten wird.
Bei Haltezeiten unter 30 Sekunden reicht die Ausscheidung wirksamen Mangansulfids nicht aus, während das ausgeschiedene Mangansulfid bei Haltezeiten über 200 Sekunden grobkörnig wird und sich zusammenballt. In beiden Fällen erg±>t sich ein Mangansulfid, daß für die (110)/ϋθΐ/-Orientierung bei der Sekundärrekristallisation nicht wirksam ist. Die beiden Kurven der Fig. 1 und 2 beweisen, daß das stranggegossene und anschließend erwärmte Walzgut während des Warmwalzens 30 bis 200 Sekunden bei 950 bis 12000C gehalten werden muß, um eine möglichst hohe Induktion zu erreichen.
Das erfindungsgemäße langsame Abkühlen kann bis in den letzten Stich bzw. das letzte GerüsthiiEinreichen, wenn dabei eine hinreichend geringe Abkühlungsgeschwindigkeit gewährleistet ist. Bei einer üblichen Walzstraße, in der das Walzgut beim abschließenden Walzen rasch abgekühlt wird, sollte das langsame Abkühlen daher vor dem letzten Gerüst geschehen.
Das Diagramm der Fig. 3 gibt Beispiele für den Temperaturverlauf bei einem derartigen Warmwalzen wieder. Her aus dem Diagramm ersichtliche Knickpunkt a jeder Kurve gibt den Zeitpunkt vor dem letzten Gerüst wieder. Demzufolge läuft das Walzgut im Falle der Kurve A mit einer Temperatur von etwa 12000C in das letzte Walzgerüst ein, während das Walzgut im Falle der Kurve B langsam auf 950 bis 1200°C abgekühlt wurde und bei einer Temperatur von etwa 950°C in das letzte Gerüst einlief;. Im Falle der Kurve C wurde das Walzgut im Temperaturbereich von 950 bis 12000C
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auf einer konstanten Temperatur gehalten und lief mit 9500C in das letzte Gerüst ein, während das Walzgut nach der Kurve D ohne vorheriges langsames Abkühlen oder Halten auf einer konstanten Ti
letzte Gerüst einlief.
auf einer konstanten Temperatur mit etwa 9500C in das
Aus dem Diagramm der Fig. 3 ergibt sich, daß das Walzgut entsprechend Kurve A bei einem raschen Abkühlen im letzten Gerüst nicht 30 bis 200 Sekunden bei 950 bis 12000C gehalten werden kann. Aus diesem Grunde sollte das Warmwalzen entsprechend dem Verlauf der Kurven B und C durchgeführt werden.
Auch ein Warmwalzen nach der einen üblichen Abkühlungsverlauf beim Warmwalzen wiedergebenden Kurve D ist nicht geeignet, obgleich das Walzgut vor dem Einlaufen in das letzte Gerüst den Temperaturbereich von 950 bis 12000C durchlief, weil die Haltezeit in jliesem Temperaturbereich zu gering war.
Die erfindungsgemäße Steuerung des Abkühlungsverlaufs beim Warmwalzen läßt sich auf die verschiedenste Weise erreichen; so können beispielsweise die Wassermenge beim Entzundern oder Warmwalzen, die Umdrehungsgeschwindigkeit der Walzen, die Anzahl der Stiche beim Vorwalzen nach" dem Ziehen der Knüppel, die Dickenabnahme beim Vorwalzen und die Abmessungen der Knüppel beim Stranggießen entsprechend gewählt werden.
Das erfindungsgemäß erwärmte und warmgewalzte Blech wird anschließend mehrfach kaltgewalzt und einem primären Rekristallisations- und Entkohlungsglühen sowie einem abschließenden Glühen unterworfen.
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Beispiel 1
Mehrere stranggegossene Knüppel aus ein und derselben Schmelze mit O,O41% Kohlenstoff, 3,12% Silizium, 0,057% Mangan und 0,017% Schwefel wurden drei Stunden bei 13100C im Ofen erwärmt und anschließend unter den aus der nachfolgenden Tabelle ersichtlichen Bedingungen bis auf eine Blechdicke von 2,3 mm kontinuierlich heruntergewalzt. Dabei erfolgte das erfindungsgemäße langsame Abkühlen vor dem Einlauf in das letzte Gerüst.
Das Warmblech wurde anschließend zweimal bei einer Dikkenabnahme von 55% in der zweiten Stufe nach einem dreiminütigen Zwischenglühen bei 8500C bis auf eine Enddicke von 0,30 und 0,28 mm kaltgewalzt, drei Minuten bei 8400C in feuchtem Wasserstoff entkohlend geglüht und abschliessend 20 Stunden in Wasserstoff bei 11700C geglüht. Die magnetischen Eigenschaften des fertigen Blechs in Walzrichtung ergeben sich aus der Tabelle, wobei die Stähle 1 bis unter die Erfindung fallen, während die Stähle 7 bis 10 in üblicher Weise behandelt wurden.
Beispiel 2
Mehrere Stranggußknüppel mit einer Dicke von 200 mm aus einer einzigen Schmelze mit O,O41% Kohlenstoff, 3,16% Silizium, 0,053% Mangan und 0,017% Schwefel wurden drei Stunden bei 12800C geglüht und alsdann unter den aus der Tabelle ersichtlichen Bedingungen bis auf eine Dicke von 2,3 tm kontinuier-
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lieh warmgewalzt;. Beim Warmwalzen wurde das Walzgut ähnlich wie in Beispiel 1 beschrieben, langsam abgekühlt. Die Warmbleche wurden zweimal mit einer Dickenabnahme von 55% in der zweiten Walzstufe nach einem dreiminütigen Zwischenglühen bei 840°C bis auf eine Enddicke von 0,30 mm kaltgewalzt, anschließend drei Minuten bei 8500C in feuchtem Wasserstoff entkohlend geglüht und abschließend 20 . Stunden bei 1170°C in Wasserstoff geglüht. Die magnetischen Eigenschaften des fertigen Blechs ergeben sich aus der nachfolgenden Tabelle, in der die Stähle 11 bis 14 unter die Erfindung fallen, während die Vergleichsstähle 15 bis 18 in üblicher Weise behandelt wurden.
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Stahl
Einlauftemperaam letzten Gerüst (0C)
Haltezeit bei 12000C vor dem letzten Gerüst (see.)
Eisenverluste
W17/50 (W/kg)
Indukt. Enddicke
(mm) πΓ
1 1187 38 1.27 1.85 0.30
2 1172 ■ 85 1.22 1.87 0.30
3 1165 173 1.23 1.87 0.30
4 987 188 1.28 1.84 0.30
VJI 1177 71 1.17 1.87 0.28
6 1168 169 1.18 1.86 0.28
7 940 25 1.53 1.76 0.30
8 1200 O 1.42 1.79 0.30
9 1178 20 1.44 1.78 0.30
10 1167 211 1.45 1.78 0.30
11 1180 35 1.28 1.84 0.30
12 1145 87 1.26 1.86 0.30
13 1152 50 1.24 1.87 0.30
14 980 91 1.31 1.83 0.30
15 932 30 1.57 1.74 0.30
16 1205 O 1.42 1.78 0.30
17 1148 20 1.53 1.77 0.30
18 1151 231 1.58 1.74 0.30
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2262863
Aus den Daten der Tabelle ergibt sich, daß das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte kornorientierte Elektroblech anders als die Vergleichsbleche aus den Stählen 7 bis 10 und 15 bis 18 ausgezeichnete magnetische Eigenschaften besitzen.
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Claims (1)

NIPPON STEEL CORPORATION No. 6-3, 2-chome, Ote-machi, Chiyoda-ku, Tokio, Japan Patentanspruch;
1. Verfahren zum Herstellen von kornorientiertem Elektroblech durch Stranggießen, Warm- und Kaltwalzen sowie Glühen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stahl mit 0,005 bis 0,060% Kohlenstoff, höchstens 4,0% Silizium, 0,030 bis 0,090% Mangan und 0,010 bis 0,030% Schwefel stranggegossen, auf 1250 bis 135O°C erwärmt und beim kontinuierlichen Warmwalzen 30 bis 200 Sekunden im Temperaturbereich von 1200 bis 95O0C gehalten wird.
3098?n/Q777
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