DE3442009A1

DE3442009A1 - Amorphes legiertes band mit grosser dicke und verfahren zu dessen herstellung

Info

Publication number: DE3442009A1
Application number: DE19843442009
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Ozawa; Takashi Sato; Toshio Kawasaki Kanagawa Yamada
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1983-11-18
Filing date: 1984-11-16
Publication date: 1985-06-05
Also published as: US4865664A; US5301742A; DE3442009C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf amorphes legiertes Band mit einer großen Dicke und ein Verfahren zu dessen Herstellung, insbesondere auf amorphes legiertes Band mit einer großen Dicke, das durch Abschrecken und Erstarren einer Metallschmelze oder Legierung auf einem bewegbaren Kühlsubstrat hergestellt wird und ein Verfahren dafür.

Es ist allgemein bekannt, ein Schmelz-Drück-Verfahren (melt spin process) zu verwenden, um kontinuierlich amorphe Bänder aus Metallschmelze oder Legierung herzustellen. In dem Schmelz-Drück-Verfahren wird eine Metallschmelze auf einem Kühlsubstrat abgelagert, d. h., die Oberfläche der runden Abschreckwalze, durch eine Düse oder Düsen. Die Metallschmelze wird abgeschreckt und erstarrt durch das Kühlsubstrat, daraus resultiert ein kontinuierliches Metallband oder ein Draht.

In dem Schmelz-Drück-Verfahren ist die Abkühlgeschwindigkeit so hoch, daß, wenn die Zusammensetzung geeignet ausgewählt wurde, ein amorphes Metall oder eine Legierung mit im wesentlichen derselben Struktur wie die Metallschmelze erhalten werden kann. Ein amorphes Metall oder eine Legierung hat einheitliche Eigenschaften, die wertvoll für die praktische Anwendung sind.

Es gibt jedoch einige Schwierigkeiten bei der Herstellung breiter Bänder. Wichtige Faktoren in der Herstellung eines amorphen Metalls oder einer Legierung sind die Form der Düsen, die Anordnung der Düsen zum Kühlsubstrat, der Ausstoßdruck der Metallschmelze durch die Düse und die Bewegungsgeschwindigkeit des Kühlsubstrats. Um die Breite des Bandes zu erhöhen, muß man streng die verschiedenen Bedingungen für jeden der oben genannten Faktoren einhalten.

Ein Stranggießverfahren für ein metallisches amorphes Band und eine Vorrichtung zur Herstellung eines breiten Streifens sind beschrieben in der ungeprüften japanischen Patentveröffentlichung (Kokao) Nr. 53-53525. Die Methode umfaßt die Stufen des Richtens einer geschlitzten Düse mit rechteckiger Öffnung auf ein Kühlsubstrat (Walze oder Band) mit einem Spalt dazwischen, der etwa 0,0 3 bis etwa 1 mm breit ist, das Befördern des Kühlsubstrats bei einer Geschwindigkeit um eine Umlaufgeschwindigkeit von etwa 100 bis etwa 2000 m/min zu schaffen und ein Ausstoßen der Metallschmelze auf die Abschreckoberfläche des Kühlsubstrats durch die schlitzförmige Düse. Die Metallschmelze wird abgeschreckt durch den Kontakt mit der Abschreckoberfläche bei einer schnellen Abschreckgeschwindigkeit und erstarrt in ein kontinuierliches amorphes Metallband. In diesem Verfahren gibt es im Prinzip keine Begrenzung für die Breite des amorphen Metallbandes.

Einschränkungen auf die Kühlgeschwindigkeit erschweren ebenfalls die Erzeugung eines dicken Bandes. Bei der Erhöhung der Dicke des Bandes wurde das Problem der Dicke bis heute nicht gelöst. Diese Begrenzung für die Dicke des Bandes ist nicht nur anwendbar auf amorphes Metall, das strenge Kühlbedingungen erfordert, sondern auch auf kristallines Metall, das diese Bedingungen nicht fordert. Das Grundverfahren, das für den Versuch geeignet ist, ein Metallband mit einer großen Dicke im herkömmlichen kontinuierlichen Metallschmelze-Abschreck-Verfahren herzustellen, ist die Erhöhung der Förderlänge des Puddles, der auf dem Kühlsubstrat geformt ist, in bezug auf die Beförderungsgeschwindigkeit des Kühlsubstrats. In der tatsächlichen Produktion eines amorphen Metallbandes kann irgendeines der folgenden Mittel oder eine Kombination davon berücksichtigt werden, um diese Erhöhung zu erreichen. Diese Mittel sind:

1. Vergrößerung der Breite der Düsenöffnung,

2. Erhöhung der Druckkraft,

3. Vergrößerung des Spalts zwischen der Düse und der Abschreckoberfläche,

4. Verringerung der Beförderungsgeschwindigkeit des Kühlsubstrats .

Es wurden Versuche durchgeführt, um ein amorphes Metallband mit einer großen Stärke herzustellen unter Verwendung der oben genannten vier Mittel, es konnten aber keine guten Ergebnisse gewonnen werden. Es wurde gefunden, daß es eine Begrenzung für die Stärke gibt, die auf den Typ des Metalls oder der Legierung und auf das Material des Kühlsubstrats zurückzuführen ist und daß eine übermäßige Vergrößerung der Dicke zu einer unerwünschten Form und Verschlechterung des Bandes führt. Insbesondere haftet überreichlich geschmolzenes Metall an der Düse und erstarrt daran. Das erstarrte Metall, das die bewegte Abschreckoberfläche berührt, führt dazu, daß die Düsen abbrechen. Auch wenn ein dickes Band durch die oben genannten vier Mittel hergestellt wird, ist die freie Oberfläche des Metal lbandes der Atmosphäre für einen längeren Zeitraum ausgesetzt, was in unerwünschten Erscheinungen, wie einer rauhen Oberfläche , Furchen und einer Verfärbung resultiert. Die Entwicklung solcher Phänomene, im Fall einer amorphen Legierung, bedeutet auch, daß ein Kristall an der Oberflächenschicht gebildet ist, selbst wenn das Kristall durch Röntgenstrahlbeugungsuntersuchung nicht erkannt werden kann. Dies verringert die Duktilität, die magnetischen Eigenschaften, wie Koerzitivkraft und Kernverlust, und andere Eigenschaften der amorphen Legierung.

IEEE Trans, vom 18. Mai 1982, Seite 1385 beschreibt, daß die Bandstärke,bei welcher eine Erhöhung der Koerzitivkraft beginnt, als kritische Bandstärke definiert wird, bei der die Kristallisierung beginnt, die höchste kritische Band-

stärke wird bei einer Fe-Si-B-Systemlegierung aufgezeigt, sie beträgt 42 μΐη bei Fe_7fi-B, _n~Si, ~. Entsprechend der durchgeführten Ermittlungen mit Fe_{0n c}Si_c C-B₁₀C₁ mit einer Breite von 25 mm liegt die kritische Bandstärke bei 32 μΐη. Außerdem beschreibt die US-PS 4 331 739 Fe..Ni._nP,.B, mit ei-

4U 4 U 14 D

ner Breite von 5 cm, einer Stärke von 0,05 mm (50 μΐη) und isotropischen Zugfestigkeitseigenschaften.

Kürzlich wurde über ein legiertes Band mit Eisenbasis berichtet, das eine Breite von 25,4 mm und eine Stärke von 82 μπι hat (Journal of Applied Physics, Band 5, Nr. 6 (1984) Seite 1787). Entsprechend diesem Bericht zeigt jedoch dieses legierte Band aus Fe_0nB₁. _cSi, _CC„ die Existenz von 5 % oder weniger Kristallen bei einer Röntgenstrahlenbeugungsuntersuchung. Als eine Folge zeigt das so gegossene legierte Band beträchtliche Sprödigkeit. Die Bruchfestigkeit bzw. Bruchbelastung durch Biegebeanspruchung einer 82 μΐη dicken ^Fe80^B14 5^Si3 5^C2~^Le9^ierun9 beträgt 0,006. Die Bruchbelastung £_f wird üblicherweise durch folgende Gleichung dargestellt

Z_f = t/(2r - t), worin t die Bandstärke und r der Biegungsradius ist.

Je amorpher die Legierung ist, desto größer ist die Bruchfestigkeit. Eine so gegossene weitestgehend amorphe Legierung hat einen Kristallisationsgrad von 1 % oder weniger. Der Kristallisationsgrad wird wie folgt definiert:

Fc = (I - Io)/Ic,

worin I die Beugungsintensität auf einer spezifischen Kristallfläche, z. B. (HO)-Fläche, einer Probe eines so gegossenen Streifens ist, Io ist die Beugungsintensität auf derselben Kristallfäche einer standardisierten amorphen

Probe und Ic ist die Beugungsintensität auf derselben Kristallfläche bei völliger Kristallisierung.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines legierten Bandes mit Eisenbasis mit einer großen Blechstärke und Breite.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines legierten Bandes auf Eisenbasis mit einer großen Blechstärke und Breite und mit verbesserten mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Biegebruchbeanspruchung.

Weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens zur Herstellung eines amorphen Metallbandes mit großer Blechstärke und Breite und mit verbesserten Eigenschaften.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein amorphes legiertes Band auf Eisenbasis mit einer Blechstärke von 50 bis 150 μΐη und einer Blechbreite von mindestens 20 mm geschaffen. Das Band wird hergestellt durch Auftragen einer Metallschmelze auf die Oberfläche eines bewegten runden Abschreckkörpers, deshalb bezeichnet als "Einfach-Walz-Kühl-Verfahren". Dieses Band hat vorzugsweise eine Oberflächenrauheit auf der freien Oberfläche und der unfreien Oberfläche, d. h., der Oberfläche, die zur Walze gerichtet ist, von weniger als 0,5 mm, gemessen durch Japan Industrial Standard (JIS)-B0601. Es hat auch vorzugsweise eine Bruchbelastung E_£ von 0,01 oder höher.

In der vorliegenden Erfindung definiert "freie Oberfläche" die Bandoberfläche, die nicht direkt die Abschreckoberfläche der Walze während der Herstellung des amorphen Bandes berührt. Andererseits definiert "unfreie Oberfläche zur Walze" die Bandoberfläche, die im direkten Kontakt mit der Abschreckoberfläche der Walze steht.

Es wird weiterhin eine Methode zur Herstellung eines amorphen Metallbandes durch Ausstoßen eines Metallschmelze auf einer Abschreckoberfläche eines rotierenden runden Abschreckkörpers zum Abschrecken geschaffen, die folgende Schritte umfaßt:

Ausziehen einer ersten Metallschmelze auf die bewegte Abschreckoberfläche durch einen ersten Metallschmelze-Puddle-Abschnitt, um ein erstes Band herzustellen; Ausziehen einer zweiten Metallschmelze über das erste Band in einem nicht völlig erstarrten Stadium durch einen zweiten Metallschmelze-Puddle-Abschnitt, um ein zweites Band herzustellen, wobei das erste Band in festen Kontakt mit der bewegten Abschreckoberfläche gebracht wird, der zurückzuführen ist auf den Druck, der durch den zweiten Puddle-Abschnitt erzeugt wird; und

Ausziehen nachträglicher Metallschmelzen durch weitere Abschnitte, um nachträgliche Bänder herzustellen, bis die erforderliche Blechstärke erhalten ist. Das resultierende Band ist ein Band von monolithischer Beschaffenheit .

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt als Diagramm das Verhältnis der Bruchbelastung zur Bandstärke in amorphen legierten Bändern entsprechend der vorliegenden Erfindung und dieses Verhältnis bei üblichen legierten Bändern;

Fig. 2 und 3 sind Diagramme des Verhältnisses der Kristallisationswärme zur Bandstärke und der Magnetflußdichte zur Bandstärke;

Fig. 4 ist eine Ansicht zur Erklärung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 und 6 sind Ansichten, die die in dem Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendeten Düsen aufzeigen;

Fig. 7 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines Bandes entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt;

Fig. 8 ist eine Ansicht der Grundfläche einer Düse mit Düsenöffnungen, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet werden;

Fig. 9A und 9B sind Ansichten der Oberflächenrauheit der freien Oberfläche und der unfreien Oberfläche des amorphen legierten Bandes entsprechend der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9C und 9D sind Ansichten der Oberflächenrauheit der freien Oberfläche und der unfreien Oberfläche eines vergleichbaren legierten Bandes;

Fig. 1OA und 1OB sind Raster-Elektronenmikroskopaufnahmen, die die magnetische Domänenstruktur der freien Oberfläche eines entsprechend der vorliegenden Erfindung gegossenen amorphen legierten Bandes und eines herkömmlichen legierten Bandes verdeutlichen;

Fig. HA und HB sind Raster-Elektronenmikroskopaufnahmen, die die magnetische Domänenstruktur der freien Oberfläche nach dem Anlassen eines amorphen legierten Bandes entsprechend der vorliegenden Erfindung und eines herkömmlichen legierten Bandes zeigen; und

Fig. 12A und 12B sind Ansichten der Röntgenstrahlenbeu-

gungsintensität eines amorphen Bandes mit einer Stärke von 100 μπι entsprechend der vorliegenden Erfindung und eines herkömmlichen Bandes mit einer Stärke von 30 pm.

Das amorphe legierte Band mit Eisenbasis entsprechend der vorliegenden Erfindung hat eine glattere unfreie und freie Oberfläche im Vergleich mit einem Band, das durch herkömmliche Verfahren hergestellt worden ist. Entsprechend Tabelle 1 liegt der Mittelwert der Oberflächenrauheit Ra bei einem Abscherwert von 0,8 mm, gemessen durch JIS B0601, unter 0,5 μΐη für beide Oberflächen, die freie und die unfreie, Dies ist weniger, d.h., es ist überlegen im Vergleich mit dem Wert von 0,6 bis 1,3 μπι einer herkömmlichen unfreien Oberfläche und dem Wert von 0,6 bis 1,5 μΐη einer herkömmlichen freien Oberfläche.

Bezogen auf das Verhältnis zwischen der Oberflächenrauheit und den magnetischen Eigenschaften bedeutet eine geringere Oberflächenrauheit verbesserte Koerzitivkraft, Magnetflußdichte und Raumfaktor. Andererseits kann ein dickeres Band für große Transformatoren verwendet werden, gegenüber SiIiciumstahlblech, und es kann leicht gehandhabt werden ohne Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften.

Da z. B. das amorphe legierte Band entsprechend der vorliegenden Erfindung eine große Stärke und glatte Oberfläche hat, ist der Raumfaktor sehr hoch. Der Raumfaktor eines herkömmlichen amorphen legierten Bandes mit geringerer Stärke beträgt zwischen 75 % und 85 %, während der Raumfaktor eines amorphen legierten Bandes entsprechend der vorliegenden Erfindung zwischen 85 % und 95 % beträgt. Die Verwendung eines Materials mit hohem Raumfaktor für z. B. einen Magnetkern, ermöglicht die Verwirklichung eines kleineren Kerns. Folglich ist das Material mit einem hohen Raumfaktor in der praktischen Verwendung von Vorteil.

Selbst wenn das amorphe legierte Band der vorliegenden Erfindung eine große Stärke hat, treten keine Verschlechterungen seiner Eigenschaften auf. Das legierte Band bleibt im wesentlichen dadurch amorph und so bleiben seine spezifischen amorphen Eigenschaften erhalten. Während z. B. eine Magnetflußdichte von 50 s und 79,577 A/m (1 Oe) von

—2 -1
1,53 kg.s -A (1,53 Tesla) erhalten werden kann in einem herkömmlichen amorphen legierten Band aus Fe_{0n r}Si, _rB,~C.

OU, D O , O LC. I

(in %) mit einer Stärke von 25 μπι und einer Breite von 25 mm, kann dieselbe Magnetflußdichte in einem erfindungsgemäßen amorphen legierten Band aus Fe_0n ,-Si,- .B₁₀C₁ mit

O U , D Ό , D Lc. L

einer Stärke von 65 μπι und einer Breite von 25 mm erhalten werden. Es ist deutlich, daß keine Verschlechterung der Magnetflußdichte auftritt.

Das amorphe legierte Band mit Eisenbasis, mit dem die zweite Aufgabe gelöst werden soll, ist mindestens 50 μΐη dick, mindestens 20 mm breit und hat eine Biegebruchbelastung (E _f) von 0,01 oder mehr, im wesentlichen 0,15 oder mehr, wie oben erwähnt. Andererseits ist die Biegebruchbelastung E_f in einem herkömmlichen Band mit derselben Stärke unter 0,01. Folglich hat das erfindungsgemäße Band eine um 50 % höhere Bruchbelastung als ein herkömmliches Band.

Der Grund für die verbesserten mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Bandes wird wie folgt erklärt.

Es ist bekannt, daß die Eigenschaften eines amorphen legierten Bandes von der Blechstärke abhängen. Die Blechstärke des Bandes verändert die Eigenschaften während der thermischen Hysterese. Die Verringerung der Bruchbelastung, die mit einer Vergrößerung der Blechstärke entsteht, leitet sich ab von der geringeren Abkühlungsgeschwindigkeit des Bandes während und nach der Erstarrung. Die geringere Abkühlungsgeschwindigkeit tritt auf, da die Blechstärke des Bandes größer wird. Wenn nämlich die Stärke des Bandes

größer wird, lockert sich die amorphe Struktur des Bandes auf, so daß die Struktur des Bandes kristallin wird, wobei das Band spröde wird.

Aus diesen Gesichtspunkten wird das erfindungsgemäße Band so hergestellt, daß die Abkühlgeschwindigkeit sich nicht verringert. In der vorliegenden Erfindung ist, obwohl die Blechstärke des Bandes vergrößert wurde, die Abkühlgeschwindigkeit während und nach der Erstarrung im wesentlichen dieselbe Erscheinung wie im Falle der herkömmlichen Bänder mit einer Blechdicke von 30 μπι. Deshalb wird die Zeit, in welcher die erfindungsgemäßen Bänder entspannt werden, kurz, mit dem Ergebnis, daß sie verbesserte mechanische Eigenschaften haben, insbesondere eine große Biegebruchbelastung.

Fig. 1 ist ein Diagramm des Verhältnisses der Bruchfestigkeit zur Blechstärke in einem amorphen legierten Band gemäß der vorliegenden Erfindung und des Verhältnisses eines herkömmlichen legierten Bandes. Das verwendete amorphe

Band besteht aus Fe_0n ,-Si,- ,-B-, „C, .

ου,D b,b LZ 1

In Fig. 1 ist dargestellt, daß, wenn die Blechstärke des herkömmlichen Bandes 45 μπι übersteigt, die Bruchbelastung Er: rapid abfällt. Wenn die Blechstärke 50 μπι beträgt, ist die Bruchbelastung etwa 0,01. In den erfindungsgemäßen Bändern ist jedoch die Bruchbelastung 1, wenn die Blechstärke des Bandes 55 μΐη beträgt. Selbst wenn die erfindungsgemäßen Bänder in einem Winkel von 180° gebogen werden, werden sie nicht brechen. Im Fall einer Blechstärke von 65 μπι ist eine Biegung um 180° unmöglich, aber eine Bruchbelastung von 0,03 wird erhalten. Im Falle einer Blechstärke von 75 μπι fällt die Bruchbelastung auf 0,02. Jedoch, selbst im Fall einer Blechstärke von 110 μπι, beträgt die Bruchbelastung etwa 0,01-

Fig. 2 und 3 zeigen Diagramme des Zusammenhangs zwischen der Bandstärke und der Kristallisationswärme und zwischen der Bandstärke und der Magnetflußdichte.

Entsprechend Fig. 2 ist in einem erfindungsgemäßen amorphen legierten Band, das aus Fe_{0n c}Si_{c C}B,_OC, besteht, die Kristallisationswärme Δη (J/g) konstant in den Fällen, in denen die Blechstärke 20 μτη bis 70 μΐη beträgt. Wenn die Blechstärke 70 μπι übersteigt, wird die Kristallisationswärme stark verringert. Andererseits ist, wie in der Fig. 2 (nicht gezeigt) des oben erwähnten Journal of Applied Physics, die Kristallisationswärme stark verringert bei einer Blechstärke von etwa 17 μΐη. Das bedeutet, daß der Anteil des amorphen Materials des erfindungsgemäßen Bandes höher ist als der eines herkömmlichen Bandes in einem großen Bereich der Blechstärke.

Außerdem ist entsprechend Fig. 3 in einem erfindungsgemäßen Band mit einer Blechstärke unter etwa 70 μΐη der Kernverlust (core loss) W.,-. (W/kg) größer als der eines herkömmlichen Bandes von etwa 20 bis 30 μΐη. Jedoch, die magnetischen Eigenschaften, z. B. die Magnetflußdichte, in einem erfindungsgemäßen Band, sind im wesentlichen die gleichen wie in einem herkömmlichen Band.

Der Kernverlust erhöht sich durch die Erhöhung der Domänenbreite, nicht durch das Auftreten von Kristallen.

Das erfindungsgemäße amorphe legierte Band umfaßt Eisen als Hauptkomponente und umfaßt eines oder mehrere von Bor, Silicium, Kohlenstoff, Phoshpor und ähnliche als Metalloide. Entsprechend den geforderten Eigenschaften kann ein Teil des Eisens durch ein anderes Metall substituiert werden. Z. B., wenn magnetische Eigenschaften gefordert werden, kann die Hälfte des Eisens durch Kobalt und/oder Nickel ersetzt werden. Um die magnetischen Eigenschaften zu verbessern, kön-

nen eines oder mehrere der Metalloide wie Molybdän, Niob, Mangan und Zinn zugegeben werden. Um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, können ein oder mehrere von Molybdän, Chrom, Titan, Zirkonium, Vanadium, Hafnium, Tantal und Wolfram zugegeben werden. Um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern, können Mangan, Aluminium, Kupfer, Zinn oder ähnliche zugegeben werden. Der Gehalt des Eisens kann von 40 bis 82 % (in %) betragen, der Borgehalt von 8 bis 17 %, der Siliciumgehalt von 1 bis 15 %, der Kohlenstoffgehalt unter 3 % und die restlichen Elemente insgesamt unter 10 %. Die oben angegebenen Bereiche der genannten Zusammensetzung werden entsprechend der Verwendung ausgewählt.

Die erfindungsgemäßen amorphen legierten Bänder werden verwendet als Kernmaterial, die Bänder sind vorzugsweise zusammengesetzt aus Fe B, Si C,. Die Werte von a, b, c und

abcd

d sind 77 bis 82, 8 bis 15, 4 bis 15 bzw. 0 bis 3.

Die erfindungsgemäßen amorphen legierten Bänder werden vorteilhaft verwendet für Transformatoren, Federmaterialien, korrosionsbeständige Materialien, Sensoren, Baumaterialien und ähnliche.

Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen amorphen legierten Bandes wird nachfolgend im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. 4 ist eine Ansicht, die ein Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung erklärt, Fig. 5 und 6 sind Ansichten der Düsen, die im Verfahren verwendet werden, und Fig. 7 ist eine andere Ansicht eines Verfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung.

Wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, wird eine Metallsubstanz gewöhnlich durch Verwendung eines Schmelztiegels 2 geschmol-

zen. Danach läßt man das geschmolzene Metall 6 ausströmen auf ein Kühlsubstrat 1, das sich in Pfeilrichtung bewegt, durch Öffnungen 4a und 4b der Düse 3.

Entsprechend Fig. 7 wird ein Puddle 5b, zusammengesetzt aus einer Metallschmelze 6, die durch eine zweite Öffnung 4b herausströmt, auf einem unvollständig erstarrten Band 7a geformt, das ausgezogen wird von einem Puddle 5a, der ausströmt durch eine erste Öffnung 4a und der auf dem Kühlsubstrat 1 geformt wird. Das Band 7b, das von dem Puddle 5b hergestellt wird, wird zu dem Band 7a bewegt. Wenn das Band 7a ausreichende Kühlfähigkeit hat, wird das Band 7b schnell zusammen mit dem Band 7a abgekühlt, worauf ein einheitliches Blech, geformt durch die Bänder 7b und 7a erhalten wird.

Als ein Ergebnis können Bänder mit großer Stärke kontinuierlich produziert werden.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird das Ausströmen der Metallschmelze auf die Abschreckoberfläche vorzugsweise unter einer unter Druck stehenden Atmosphäre ausgeführt, z. B. ein um 0,5 bis 2 kg/cm² größerer Druck als der Umgebungsdruck. Dieser Druck erhöht die Kontaktkraft der Metallschmelze mit der Abschreckoberfläche.

Bei einer Phase des Beginns der Erstarrung des Metalls kontaktiert die Metallschmelze mit dem Kühlsubstrat mit einem thermischen Effekt. Die Abkühlgeschwindigkeit des Bandes in dem Temperaturbereich, der am wichtigsten ist für die Eigenschaften des Bandes, ist merklich erhöht, und ermöglicht die Bildung eines Bandes mit doppelter oder größerer Blechstärke gegenüber Bändern, die durch herkömmliche Verfahren hergestellt wurden.

Wenn z. B. entsprechend der vorliegenden Erfindung vielfa-

ehe Öffnungen der Düsen verwendet werden, sind die Gelegenheiten zur Oxidation der freien Oberfläche des Bandes und zur Kristallisation des Bandes beträchtlich verringert. Folglich erfährt ein erfindungsgemäßes amorphes legiertes Band mit einer großen Blechstärke keine Verschlechterung der Eigenschaften oder unerwünschte Form.

In der vorliegenden Erfindung ist es von Vorzug, daß die Atmosphäre um das Puddle ein Inertgas, wie Helium, ist.

Der Spalt zwischen einem Puddle und einem nachfolgenden Puddle kann so ausgewählt werden, daß, wenn der Bandanteil, der durch ein Puddle geformt wurde, den Bandanteil, der durch das nachfolgende Puddle geformt wurde, kontaktiert, noch keine völlige Erstarrung aufgetreten ist. Der günstigste Spalt beträgt gewöhnlich 4 mm oder weniger. Die Breite der Öffnung der Düse ist parallel zur Bewegungsrichtung des KühlSubstrats orientiert.

Die Größe der Öffnung und der Spalt zwischen den Öffnungen kann wie folgt ausgewählt werden:

Länge (1) der Öffnung: im wesentlichen die gleiche wie die

Breite des Bandes.

Breite (w) der Öffnung: Maximum 0,8 mm, Minimum etwa 0,2 mm, Abstand (d) zwischen den Öffnungen: wird entsprechend der

Form und Größe der Öffnung und der geforderten Blechstärke bestimmt, gewöhnlich 0,5 bis 4 mm.

Um die Blechstärke des Bandes zu erhöhen, kann eine Vielzahl von Öffnungen mit einer geringen Breite verwendet werden, während der Spalt zwischen den Öffnungen gering gehalten wird.

Es wurde gefunden, daß es ein bestimmtes Gebiet der Blech-

stärke gibt, in welchem Bänder mit verbesserten Formen und Eigenschaften durch eine bestimmte Anzahl von Öffnungen geformt werden können. Für Bänder, die aus Eisen und Metalloid bestehen, beträgt der Bereich 15 bis 45 μΐη für eine einzelne Öffnung mit einer Breite von 0,4 mm; 30 bis 60 μΐη für zwei Öffnungen und 40 bis 70 μΐη für drei Öffnungen. Diese Blechstärke kann außerdem vergrößert werden durch Erhöhung des Ausstoßdrucks während des Gießens.

Bei Anwendung dieses Verfahrens sollte es deshalb im Prinzip keine weitere Begrenzung geben als die Blechstärke. Jedoch gibt es eine wesentliche Begrenzung auf die Blechstärke des Bandes, das entsprechend der Erfindung hergestellt wird, die zurückzuführen ist auf die thermische Konduktivität und die kritische Abkühlgeschwindigkeit des amorphen Materials. Außerdem ist die obere Grenze der Blechstärke merklich erhöht im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren.

Beispiel 1

Legierungen, die aus einer Zusammensetzung wie in Tabelle 1 angegeben, bestehen, werden in ein amorphes legiertes Band gegossen mit einer Breite von 25 mm unter Verwendung einer einfachen Walze aus Kupfer und unter Verwendung dreifach geschlitzter Düsen (w: 0,5 mm, 1: 25 mm, d: 1 mm) , wie in Fig. 8 gezeigt. Die Produktionsparameter waren ein Ausstoßdruck der Metallschmelze von 0,20 bis 0,35 kg/cm², eine Walzengeschwindigkeit von 20 bis 28 m/s und ein Spalt zwischen der Düse und der Walze von 0,15 bis 0,25 mm.

Die Blechstärke, Oberflächenrauheit und der Raumfaktor des erhaltenen amorphen legierten Bandes von verschiedenen Zusammensetzungen ist in Tabelle 1 aufgezeigt. Ebenfalls gezeigt sind die typischen Werte eines herkömmlichen Bandes,

das unter Verwendung einer Einfachwalze hergestellt wurde. Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, sind in erfindungsgemäßen Bändern die Blechstärke größer, die Oberflächenrauheit geringer und der Raumfaktor hoch im Vergleich zu herkömmlichen Bändern.

Fig. 9A und 9B verdeutlichen die Oberflächenrauheit einer freien Oberfläche und einer unfreien Oberfläche eines erfindungsgemäßen amorphen legierten Bandes. Fig. 9C und 9D verdeutlichen die Oberflächenrauheit einer freien Oberfläche und einer unfreien Oberfläche von VergleichsIegierungsbändern. Das amorphe legierte Band der vorliegenden Erfindung hat eine Blechstärke von 62 μπι, während das Vergleichslegierungsband eine Blechstärke von 40 μπι hat.

Fig. 1OA und 1OB sind Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen der magnetischen Domänenstruktur der freien Oberfläche eines amorphen legierten Bandes Nr. 1 in Tabelle 1 entsprechend der vorliegenden Erfindung und eines herkömmlichen legierten Bandes. Das herkömmliche legierte Band hat ein komplexes Labyrinthmuster der magnetischen Domänenstruktur, während das so gegossene erfindungsgemäße legierte Band 180° magnetische Domänen hat, die in die gleiche Richtung orientiert sind.

Fig. HA und HB sind Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen der magnetischen Domänenstruktur der freien Oberfläche nach dem Anlassen eines amorphen legierten Bandes entsprechend der vorliegenden Erfindung und eines herkömmlichen legierten Bandes. Das erfindungsgemäße amorphe legierte Band, gezeigt in Fig. HA, hat eine magnetische Domäne von größerer Breite als das herkömmliche legierte Band, gezeigt in Fig. HB.

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Beispiel 2

Legierungen, die aus Zusammensetzungen, die in Tabelle 2 beschrieben sind, bestehen,, wurden zu amorphen legierten Bändern gegossen mit einer Breite von 25 mm unter Verwendung der gleichen Einfachwalze, Düse und Produktionsbedingungen, wie in Beispiel 1 erläutert.

Die Blechstärke, Oberflächenrauheit und der Raumfaktor des erhaltenen amorphen legierten Bandes mit verschiedenen Zusammensetzungen sind in Tabelle 2 aufgezeigt.

Wie in Beispiel 1 erklärt, haben die erfindungsgemäßen legierten Bänder verbesserte Eigenschaften.

Tabelle 1

Nr,

Zusammensetzung (in %) Blech- Oberflächenrauheit

stärke Ra (μΐη)

(μτη) Unfreie Freie

Oberfläche Oberfläche

Raumfaktor

^Bl (T)

Erfindungsgemäße
Bänder

² 3

⁶ 7

¹⁰ 11

12

¹³ ¹⁴

^Fe80,5^B12^Si7,5 ^Fe80,5^B12^Si6,5^Cl

^Fe70,5^B12^Si7,5^Co10 ^Pe70,5^B12^Si7,5^N10

^Fe75,5^B12^Si7,5^Nb5 ^Fe65,5^B12^Si7,5^Co10^Mo5

Fe,_ _cB_1oSi-, -Ni₁-Cr-

^Fe65,5^B12^Si7,5^C°10^Cr5 ^Fe60,5^B12^Si7,5^Ni5^Co10^Cr5

0,41
0,38
0,38
0,29
0,38
0,35
0,40
0,37
0,30
0,39
0,33
0,25
0,36
0,38

0,44 0,41 0,40 0,38 0,40 0,38 0,46 0,42 0,39 0,37 0,37 0,32 0,40 0,46

90 91 88 90 91 92 92 88 90 93 92 90 90 89

1,52 1,53 1,49 1,50 1,61 1,40 0,97 1,03 1,05 1,05 0,93 0,90 1,03 1,01

-E--4>NJ CD CD CO

Tabelle 1 (Fortsetzung)

Nr,

Zusammensetzung (in %) Blech- Oberflächenrauheit stärke Ra (μΐη) (μΐη) Unfreie Freie Oberfläche Oberfläche

Raumfaktor

(T¹)

Herkömmliche	15	Fe	80	,5^B	12^Sl	7	,5
Bänder	16	Fe	80	,5^B	12^Si	6	,5^C1
	17	Fe	78	^B10	Si₁₂

0,81 0,75 0,64

0,60 0,93 0,63

-1

84 83 83

B,: Magnetflußdichte in 50 s , 1 Oe

Ra: Abscherwert 0,8 mm, gemessene Länge 8 mm

Raumfaktor: Etwa 700 g Band wurden auf eine Spule gewickelt, die einen Außendurchmesser von 4 0 mm hat.

ι.	52	I
1,	53	NJ NJ
1,	48

Raumfaktor =

Gemessenes Gewicht

Berechnetes Gewicht

2

wobei das berechnete Gewicht (R - r ) irwp ist

R: Außendurchmesser des Ringes

r: Innendurchmesser des Ringes

w: Breite

p: spezifisches Gewicht

Tabelle 2

Nr. Zusammensetzung (in %) Blech- Oberflächenrauheit Raumfaktor

stärke Ra (μΐη) (%)

(μπι) Unfreie Freie

Oberfl. Oberfl.

Erfindungs	1	^Fe80^P13^C7
gemäße	2	Fe₇₂P₁₃C₇Cr₈
Bänder	3	Fp P P Cr ^f 70 10 10 10
	4	^Fe50^P13^B7^Ni30
	5	Fe₅₀P₁₃B₇Co₃₀
	6	Fe₇₆P₁₃C₃Si₄Cr₄
Herkömmli	7	^Fe80^P13^C7
che	8	^Fe80^P13^C7
Bänder	9	* 80 13 7

65	0,39	0,41	91
62	0,45	0,44	90
59	0,38	0,38	94
67	0,48	0,42	90
70	0,32	0,37	93
62	0,41	0,39	91
28	0,68	0,61	84
33	0,78	0,87	82
41	0,81	0,90	81

Beispiel 3

Eine Legierung, die aus Fe₈₀ cSig 5^Bi2^Cl ^^{n %}^ besteht, wurde zu einem amorphen legierten Band gegossen, indem im wesentlichen die gleichen Produktionsbedingungen, die in Beispiel 1 erläutert sind, verwendet wurden.

Die Blechstärke, Biegebruchbelastung Z- und andere Eigenschaften sind in Tabelle 3 aufgezeigt, ebenfalls gezeigt sind die Eigenschaften eines herkömmlichen legierten Bandes, das durch eine einfach geschlitzte Düse (d: 0,7 mm, 1: 25 mm) hergestellt wurde.

	Blech	Tabelle 3	I	Ra (μΐη)	Raumfak
	stärke				tor (%)
	(μΐη)	0,03
	65		Walzenober- Freie	91
Erfindungs			fläche Oberfläche
gemäßes Band		0,0065	0,35 0,40
	50	0,80 1,05	83
Herkctrml iches Band

Beispiel 4

Eine Legierung, die aus Fe_{0n c}Si_{c C}B,„C, besteht, wurde zu

oU/3 O , _> JL A 1

einem amorphen legierten Band gegossen, indem eine Einfachwalze und eine vierfach geschlitzte Düse (w: 0,4 mm, 1: 25 mm, d: 1 mm) verwendet wurde und ein Ausstoßdruck der Metallschmelze von 0,3 kg/cm². Während des Gießens wurde die Walzgeschwindigkeit von 25 m/s auf 18 m/s geändert. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Walzgeschwindigkeit geändert wurde, wurde die freie Oberfläche des Bandes unter Druck gesetzt mit Heliumgas. Ein Vergleichsband wurde ebenso unter Verwendung der gleichen Düse wie in Beispiel 3

erklärt, gegossen. Die Walzgeschwindigkeit wurde wie oben beschrieben, ebenfalls geändert.

Die erhaltenen Eigenschaften sind in Tabelle 4 aufgezeigt,

Tabelle 4

Blechstärke (μΐη)

Ra (μια)

Raumfaktor

Erfindungsgemäßes
Band

Herkömmliches
Band

75

56

0,02

0,005

Walzenober- Freie fläche Oberfläche

0,32 - 0,35

0,82

1,13

93

85

Beispiel 5

Eine Legierung, die aus Fe_{0n c}Si_c ,-B, „C, besteht, wurde

ο U , _> D/3 -L^ -L

ebenfalls zu einem amorphen legierten Band gegossen, unter Verwendung einer doppelt geschlitzten Düse, wie in Fig. 5 gezeigt (1: 25 mm, w: 0,4 mm, d: 1 mm) und einer Einfachwalze aus Kupfer. Die Produktionsparameter waren der Ausstoßdruck der Metallschmelze von 0,22 kg/cm², eine Walzgeschwindigkeit von 25 m/s und ein Spalt zwischen den Düsen und der Walze von 0,15 mm. Die Blechstärke des erhaltenen Streifens betrug im Durchschnitt 45 μΐη. Weiterhin wurde
keine Kristallisation durch Röntgenstrahlenbeugungsuntersuchungen in den Bändern gefunden. Die magnetischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Bandes waren im wesentlichen die gleichen wie jene der herkömmlichen Bandes, das durch Verwendung einer einfachen Düse, wie in Tabelle 5
gezeigt, hergestellt wurde.

Tabelle 5

Blechstärke (μΐη)

Kernverlust W 13/_5O (Watt/kg)

Magnetflußdichte B, (Tesla) ^L

35 26

0,23 0,10 0,11

1,32 1,51 1,52

(Hitzebehandlung: 380⁰C χ 1 Stunde)

Beispiel 6

Eine Legierung, die aus Fe_0n ,-Si, J-B₁₀C₁ besteht, wurde zu

ο U , _) D,j XZ 1

einem amorphen legierten Band gegossen, indem eine Düse mit drei Schlitzen, wie in Pig. 6 gezeigt (1: 25 mm, w: 0,4 min, d, = d~: 1,0 mm) und eine Einfachwalze verwendet wurde. Die Produktionsbedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 5 erläutert. Die Blechstärke des erhaltenen Bandes betrug im Durchschnitt 60 μπι. Weiterhin wurde eine Nichtkristallisierung im Band gefunden. Die magnetischen Eigenschaften, die in Tabelle 6 gezeigt sind, sind im wesentlichen die gleichen wie bei Bändern, die durch herkömmliche Verfahren hergestellt wurden.

Tabelle 6

Blechstärke (μΐη)

Kernverlust W (Watt/kg)

Magnetflußdichte B₁ (Tesla)

62

0,125

1,53

Beispiel

Eine Legierung, die aus 6,5 Gew.-% Siliciumstahl besteht,

_ ₂₇ - 34421

wurde zu einem amorphen legierten Band gegossen, unter Verwendung einer Düse mit drei Schlitzen, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist (1: 25 mm, w: 0,4 mm, d, = d„: 1,5 mm) und einer Einfachwalze aus Eisen. Die Herstellungsbedingungen wa ren ein Ausstoßdruck der Metallschmelze von 0,22 kg/cm², eine Walzgeschwindigkeit von 22 m/s und ein Spalt zwischen der Düse und der Walze von 0,2 mm. Die Blechstärke und die Kristallkorngröße des erhaltenen Bandes waren im Durchschnitt 63 μΐη bzw. 10 μΐη. Die Oberflächeneigenschaft und die Form des Bandes waren merklich verbessert.

Beispiel 8

Ein amorphes nichtrostendes Stahlband, bestehend aus ^C0,06^Si0,6^Mn0,5^P0,025^S0,005 <^Gew--^%> ^wurde hergestellt unter Verwendung einer Einfachwalze aus Eisen und der Düse gemäß Beispiel 7. Die Herstellungsbedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 7.

Die Blechstärke und die Kristallkorngröße waren im Durchschnitt 58 μΐη bzw. 5 μπι. Die Eigenschaften waren verbessert.

Beispiel 9

Ein amorphes legiertes Band, das aus Fe_0nMo.B,„C. (in %)

Su 4 1Z. 4

besteht, wurde hergestellt unter Verwendung einer Düse mit vier Schlitzen (1: 25 mm, w: 0,4 mm, d: 1,0 mm). Die Herstellungsbedingungen waren ein erster Ausstoßdruck der Metallschmelze von 0,08 kg/cm², ein zweiter Ausstoßdruck von 0,22 kg/cm², eine Walzgeschwindigkeit von 12 m/s und ein Spalt zwischen Düse und Walze von 0,15 bis 0,18 mm.

Die Blechstärke des erhaltenen Bandes betrug im Durchschnitt 100 μπκ Durch Röntgenstrahlenbeugungsuntersuchungen wurde gefunden, daß die Bänder amorph waren.

Die Fig. 12A und 13 sind Ansichten der Röntgenstrahlenbeugungsintensität eines amorphen Bandes mit einer Stärke von 100 μΐη entsprechend der vorliegenden Erfindung und eines herkömmlichen Bandes mit einer Stärke von 30 μΐη.

Es ist aus den Fig. 12 und 13 ersichtlich, daß die Röntgenstrahlenbeugungsintensität des erfindungsgemäßen Bandes im wesentlichen die gleiche ist wie die eines herkömmlichen Bandes.

Beispiel 10

Ein amorphes legiertes Band, das aus Fe₈₀MoB₁₂C. (in %) besteht, wurde hergestellt unter Verwendung einer Düse mit vier Schlitzen (1: 25 mm, w: 0,4 mm, d: 1,0 mm). Die Produktionsbedingungen waren ein erster Ausstoßdruck der Metallschmelze von 0,08 kg/cm², ein zweiter Ausstoßdruck von 0,28 kg/cm², eine Walzgeschwindigkeit von 12 m/s und ein Spalt zwischen der Düse und der Walze von 0,15 bis 0,18 mm.

Die Blechstärke des erhaltenen Bandes betrug im Durchschnitt 120 μΐη. Es wurde durch Röntgenstrahlenbeugungsuntersuchung gefunden, daß die Bänder amorph waren. Die Röntgenstrahlenbeugungsintensität war im wesentlichen die gleiche wie die aus Beispiel 9.

Claims

KAIXB · KUINKER · SCHMnT-NILSON · HIRSCH BYTENT\N\*ÄLTE ETROI1KW PVTCNT V K 22 130/ho NIPPON STEEL CORPORATION 6-3, Otemachi 2-chome, Chiyoda-ku Tokyo, Japan Amorphes legiertes Band mit großer Dicke und Verfahren zu dessen Herstellung Patentansprüche

1. Amorphes legiertes Band auf Eisenbasis, gekennzeichnet durch eine Blechstärke von 50 bis 150 μπι und eine Blechbreite von mindestens 20 mm, wobei das Band durch ein Einfach-Walz-Kühl-Verfahren hergestellt wird.

2. Amorphes legiertes Band auf Eisenbasis, gekennzeichnet durch eine Blechstärke von 50 bis 150 μπι und eine Blechbreite von mindestens 20 mm, wobei das Band durch ein Einfach-Walz-Kühl-Verfahren hergestellt wird und eine Bruchbelastung von 0,01 oder mehr hat.

3. Amorphes legiertes Band auf Eisenbasis, g e k e η η -

zeichnet durch eine Blechstärke von 50 bis 150 μΐη und eine Blechbreite von mindestens 20 mm, wobei das Band durch ein Einfach-Walz-Kühl-Verfahren hergestellt wird,und eine Oberflächenrauheit der freien Oberfläche und der Walzoberfläche von weniger als 0,5 μΐη hat, gemessen durch Japan Industrial Standard (JIS)-B0601.

4. Amorphes legiertes Band auf Eisenbasis, gekennzeichnet durch eine Blechstärke von 50 bis

5 5 μΐη und eine Bruchbelastung von etwa 1,0.

5. Verfahren zur Herstellung eines Metallbandes durch Ausstoßen eines geschmolzenen Metalls auf die Oberfläche eines bewegten Kühlsubstrats zur Abschreckung, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

Ausziehen einer ersten Metallschmelze auf das bewegte Kühlsubstrat durch einen ersten Metallschmelze-Puddle-Abschnitt, um ein erstes Band herzustellen;

Ausziehen einer zweiten Metallschmelze auf das erste Band in einem nicht völlig erstarrten Band durch einen zweiten Metallschmelze-Puddle-Abschnitt, um ein einheitliches Band herzustellen, das aus dem zweiten Metall und dem ersten Band zusammengesetzt ist, wobei das erste Band zu der sich bewegenden Abschreckoberfläche des rotierenden runden Abschreckkörpers in einen engen Kontakt gebracht wird, der durch den Druck entsteht, der durch den zweiten Puddle-Abschnitt erzeugt wird; und

Ausziehen nachträglicher Metallschmelzen durch weitere Abschnitte, um ein hauptsächlich monolithisches Band herzustellen, bis die erforderliche Blechdicke erhalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die erste, zweite und nachträglichen Metallschmelzen von zugehörigen Öffnungen der

Düse ausgestoßen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß der Abstand zwischen den Öffnungen der Düse, die eine rechteckige Form haben, zwischen 0,5 und 4 mm beträgt.

8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß das Ausziehen der Metallschmelze in einer unter Druck stehenden Atmosphäre ausgeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Auszug der Metallschmelze bei Erhöhung des Ausstoßdrucks während des Verfahrens durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Spalt zwischen den Metallschmelze-Puddle-Abschnitten 4 mm oder weniger beträgt.

11. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Auszug der Metallschmelze in einer Heliumatmosphäre durchgeführt wird.