DE3506979A1 - Al-beruhigtes, kaltgewalztes stahlblech mit ausgezeichneten entmagnetisierungseigenschaften, verfahren zur herstellung eines solchen bleches, schattenmaske und damit ausgestatteter farbfernsehempfaenger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Al-beruhigtes, kaltgewalztes Stahlblech mit ausgezeichneten Entmagnetisierungseigenschaften und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bleches sowie eine Schattenmaske und einen damit ausgerüsteten Farbfernsehempfänger .

Als Werkstoffe von Schattenmasken zur Verwendung in Kathodenstrahlröhren für Farbfernsehempfänger und in Form anderer Farbbildröhren wurden bisher niedriggekohlte, unberuhigte, kaltgewalzte Stahlbleche benutzt. Solche niedriggekohlten, unberuhigten, kaltgewalzten Stahlbleche sind jedoch mit Mängeln behaftet. Insbesondere können in dem Stahl vorhandene nichtmetallische Einschlüsse oder Karbide zu unregelmäßigen Konturen der Maskenlöcher führen, wenn diese durch Photoätzen ausgebildet werden. Die Niedertemperaturwärmebehandlung, die durchgeführt werden \ muß, um zu verhindern, daß die flachen Masken beim Fertigglühen aneinanderheften, läßt die Kristallkorngröße so klein werden, daß das Richten vor dem Preßformen das Blech nicht gründlich reckt und es während des Preßvorganges leicht zu Fließverformung oder Riefenbildung aufgrund von Fließdehnung verursacht durch in festem Zustand gelösten C und N kommt. Die Ausbildung solcher Riefen oder Fließverformungen, welche die Lochkonturen deformieren und zu ungleichmäßiger Farbwiedergabe führen, müssen vermieden werden, damit die Schattenmaske einwandfrei arbeiten kann.

Ein weiteres bei unberuhigten Stählen auftretendes Problem besteht darin, daß das Glühen bei erhöhten Temperaturen die Kristallkörner gröber macht, wodurch wiederum die Konturen der Maskenlöcher beim Preßbearbeiten der Schattenmasken verformt werden. Um diese Schwierigkeiten auszuräumen, müssen Schwankun-

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gen der Stahlzusammensetzungen und die Fertigglühbedingungen in engen Grenzen gesteuert werden.

In dem Bemühen, diese Mängel auszuräumen, hat man in jüngster Zeit niedriggekohlte, Al-beruhigte, kaltgewalzte Stahlbleche mit einem C-Gehalt von 0,005 % oder weniger benutzt.

Die Schattenmaske steuert nicht nur die Elektronenstrahlen bei der Farbwiedergabe, sondern dient auch innerhalb einer Kathodenstrahlröhre als magnetische Abschirmung, um die Bahnen der Elektronenstrahlen gegen unerwünschte Ablenkung durch äußere Magnetfelder, beispielsweise den Erdmagnetismus, zu schützen. Die Schattenmaske vermeidet auf diese Weise eine Verminderung der Farbreinheit oder eine ungleichmäßige Farbwiedergabe aufgrund von fehlerhaftem Auftreffen der Elektronenstrahlen, ein Phänomen, bei dem die Elektronenstrahlbahnen in der Farbbildröhre durch Variationen der Horizontalkomponente des Erdmagnetismus verzerrt werden, so daß die Elektronenstrahlauftreffpunkte auf dem Bildschirm und die Leuchtstoffpunkte des Bildschirms nicht mehr präzise miteinander ausgerichtet sind. Bei einer herkömmlichen Farbbildröhre werden daher die Drifträume der Elektronenstrahlen gegenüber externen magnetischen Einflüssen durch die magnetische Abschirmung geschützt, und die Entmagnetisierungseigenschaften der Schattenmaske selbst sind gleichfalls von Wichtigkeit.

Was die Entmagnetisierungseigenschaften anbelangt, ist das niedriggekohlte, Al-beruhigte, kaltgewalzte Stahlblech dem niedriggekohlten, unberuhigten, kaltgewalzten Stahlblech unterlegen. Es ergeben sich daher Probleme wenn Schattenmasken derart gefertigt werden; beispielsweise kann eine spezielle Schaltungsanordnung notwendig werden, um die Auftreffeigenschaften inner-

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— 5 — halb der Farbbildröhre zu verbessern.

Es ist infolgedessen wesentlich, daß die Schattenmaske selbst ausgezeichnete Entmagnetisierungseigenschaften hat. Die vorhandenen niedriggekohlten, Al-beruhigten, kaltgewalzten Stahlbleche sind in dieser Beziehung unbefriedigend; es besteht das Bedürfnis nach einem Stahlblech der genannten Art mit verbesserten Entmagnetisierungseigenschaften.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein niedriggekohltes, Al-beruhigtes, kaltgewalztes Stahlblech mit ausgezeichneten Entmagnetisierungseigenschaf ten zu schaffen, das den oben geschilderten Bedürfnissen entspricht. Es soll ferner ein Verfahren angegeben werden, das es erlaubt, ein solches niedriggekohltes, Al-beruhigtes, kaltgewalztes Stahlblech auf wirtschaftliche Weise herzustellen.

Erfindungsgemäß wurde gefunden, daß hervorragende Entmagnetisierungseigenschaf ten bei einem Al-beruhigten, kaltgewalzten Stahlblech erhalten werden, das im wesentlichen besteht aus 0,005 % oder weniger, vorzugsweise 0,004 % oder weniger C; 0,05 bis 0,50 % und vorzugsweise 0,1 bis 0,50 % Mn; 0,010 % oder weniger S; 0,01 bis 0,08 % und vorzugsweise 0,02 bis 0,08 % lösl. Al (säurelösliches Al); 0,0050 % oder weniger N; wobei (lösl. Al% - 0,003%)/N% = 6} Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen. Bei den vorliegend genannten Prozentangaben handelt es sich durchweg um Gewichtsprozent. Eine aus einem solchen Al-beruhigten, kaltgewalzten Stahlblech hergestellte Schattenmaske sowie eine Farbbildröhre für Farbfernsehempfänger, Farbdisplays und dergleichen mit einer derartigen Schattenmaske weisen hervorragende Funktionen auf.

Das oben genannte Al-beruhigte, kaltgewalzte Stahlblech läßt sich nach herkömmlichen Verfahren herstellen. Ein besonders effektives Fertigungsverfahren besteht erfindungsgemäß darin, daß zunächst ein Stahl von vorbestimmter Zusammensetzung unter Anwendung einer Vakuumentgasungsvorrichtung gewonnen und der Stahl dann nacheinander warmgewalzt, kaltgewalzt, entkohlt und geglüht sowie erneut kaltgewalzt wird.

Bei dem genannten Verfahren hat der unter Verwendung der Vakuumentgasungsvorrichtung hergestellte Stahl im wesentlichen (in Gew.So) die folgende Zusammensetzung: 0,008 % oder weniger C; 0,05 bis 0,50 % Mn; 0,010 % oder weniger S; 0,010 bis 0,080 % lösl. Al; 0,005 % oder weniger N; Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei die Bereiche so gewählt sind, daß die Beziehungen Mn(%)/S(%) = 7 und (lösl. Al (%) - 0,003)/N(%) "^ erfüllt sind.

Ein schmelzflüssiger Stahl der vorstehend genannten Zusammensetzung wird durch herkömmliches Blockgießen oder Stranggießen zu einem Stahlrohling vergossen. Der Stahlrohling wird einer Folge von Warmwalz-, Entzunderungs-, Kaltwalz-, Oberflächenreinigungs- und anderen Behandlungen ausgesetzt und dann in einem Entkohlungs-Glühofen unter Vermeidung von Stickstoffabsorption entkohlt, bis der C-Gehalt auf nicht mehr als 0,005 % und vorzugsweise nicht mehr als 0,004 % abgesunken ist. Der Stahl wird dann erneut kaltgewalzt, um ein Blech mit einer Dicke von 0,2 mm oder weniger zu erhalten.

Ein ein- oder mehrmaliges Glühen dieses Al-beruhigten, kaltgewalzten Stahlblechs vor seiner Verarbeitung zu Schattenmasken führt zu Produkten mit ausgezeichneten Entmagnetisierungs- und Bildeigenschaften.

Dieses Verfahren unterscheidet sich in ausgeprägter Weise von konventionellen Verfahren darin, daß nach der Stahlherstellung und dem Vergießen eine Entkohlung und Reinigung mittels einer Vakuumentgasungsvorrichtung sowie eine weitere Entkohlung im Rahmen eines Glühvorganges erfolgen. Die Entkohlung mittels der Entgasungsvorrichtung hat den Zweck, das Karbid (Fe-X) in der Warmwalzphase zu beseitigen, um das Kristallwachstum zu größerer Korngröße für verbesserte Entmagnetisierungseigenschaften während dem Warmwalzen und den anschließenden Verfahrensstufen zu fördern. Die Entkohlung im Glühofen hat die Aufgabe einer Minimierung des C-Gehalts im Stahl oder der Verminderung des Gehalts an in festem Zustand gelöstem C vor dem Preßformen auf einen Prozentsatz, der ausreichend niedrig ist, um während des Formvorgangs mögliche Fließverformungen oder Riefen auszuschließen.

Aus den vorstehenden Ausführungen folgt, daß eine Zugabe von Nb, Ti oder anderen Elementen zur Fixierung des in festem Zustand gelösten C für die Zwecke der Erfindung nachteilig ist, weil dadurch feine Präzipitate aus Karbidpartikeln gebildet werden, welche die Entmagnetisierungseigenschaften des Produkts verschlechtern.

Im folgenden seien die Gründe erläutert, aus denen die Gehalte der erfindungsgemäß vorgesehenen Elemente auf die angegebenen Bereiche beschränkt sind.

C: - Wie oben ausgeführt ist, würde ein übermäßig großer C-Gehalt in dem kaltgewalzten Stahl zur Bildung von Eisenkarbid führen, das nachteilige Einflüsse auf die Entmagnetisierungseigenschaf ten hat und insbesondere eine Verminderung der Koerzitivkraft behindert. Außerdem muß der Gehalt an in festem Zustand gelöstem C niedrig genug sein,

wenn flache Blechmasken geglüht werden, nachdem sie für die Fertigung von Schattenmasken perforiert wurden; andernfalls hat die nachfolgende Preßformung ungleichmäßige Verformungen (Ausbildung von Riefen oder dergleichen) zur Folge. Um beiden Anfordernissen zu genügen, liegt die Obergrenze des C-Gehalts bei dem Al-beruhigten, kaltgewalzten Stahlblech bei 0,005 % und vorzugsweise bei 0,004 %. Wenn der C-Gehalt innerhalb dieses Bereiches liegt, ist der Gehalt an in festem Zustand gelöstem C ausreichend gering; es besteht nicht die Gefahr, daß sich kleine Mengen an C an den Kristallgrenzflächen beim Fertigglühen abscheiden und dadurch die Entmagnetisierungseigenschaften verschlechtern. Andererseits sollte der C-Gehalt in der Stufe der Stahlherstellung 0,008 % oder weniger betragen, um das Kornwachstum während des Warmwalzens und auch während der frühen Periode des Entkohlungsglühens zu beschleunigen und für gröbere Präzipitatpartikel zu sorgen.

Aus diesen Gründen beträgt vorliegend der C-Gehalt in dem kaltgewalzten Stahlblech 0,005 % oder weniger und vorzugsweise 0,004 % oder weniger, sowie in dem Stahl vor dem Warmwalzen 0,008 % oder weniger.

Mn:. - Mn sorgt nicht nur für eine Desoxidationswirkung, sondern trägt auch dazu bei, die Festigkeit des Stahls zu steigern, ohne die verschiedenen Eigenschaften der erhaltenen Schattenmaske nachteilig zu beeinflussen. Eine weitere Rolle, die Mn spielt, besteht darin, sich in dem Stahl mit S zu kombinieren, um einen Rotbruch des Stahl zu verhindern. Für diese Zwecke sind mindestens 0,05 % und vorzugsweise mindestens 0,10 % Mn erforderlich. Im Hinblick

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auf das Gewichtsverhältnis von Mn zu S sollte die Beziehung Mn(%)/S(%) = 7 erfüllt sein. Wenn jedoch der Mn-Gehalt über 0,50 % liegt, sind die resultierenden flachen Masken zu hart, um zu Schattenmasken geformt werden zu können. Der Mn-Gehalt liegt infolgedessen zwischen 0,05 und 0,50 % und vorzugsweise zwischen 0,10 und 0,50 %, wobei Mn(%)/S(%) = 7.

S: - S führt in dem Stahl zu MnS-Einschlüssen, welche das Wachstum von rekristallisierten Körnern in dem kaltgewalzten Stahl behindern. Die unzureichend gewachsenen, kleinen Körner und winzigen MnS-Partikel verschlechtern ihrerseits die Entmagnetisierungseigenschaften. Wenn der Gehalt an S mehr als 0,010 % beträgt, sind die Entmagnetisierungseigenschaf ten unabhängig von den Warmwalz-, Glüh- und anderen Bedingungen schlecht. Der S-Gehalt ist daher auf 0,010 % oder weniger zu beschränken. Beim Vergießen erwies sich ein elektromagnetisches Rühren insofern als zusätzlich günstig, daß es eine Seigerung von MnS in der Mitte des Stahlblocks verhindert.

lösl.

Al: - Ein Al-Gehalt in Form von lösl. Al (säurelöslichem Al) ist notwendig, um in festem Zustand gelösten N als AlN zu fixieren und Fließverformungen oder Riefen während dem Preßformen zu verhindern. Außerdem hat Al die Hauptaufgabe, den Stahl zu desoxidieren und seinen Gehalt an Einschlüssen zu vermindern. Ein übermäßiger Al-Gehalt verschlechtert nicht nur die Duktilität, sondern macht es dem Stahl auch möglich, während des Glühens ^ aus der Atmosphäre zu absorbieren, wodurch der absolute AlN-Gehalt ansteigt und die Entmagnetisierungseigenschaften beeinträchtigt werden.

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Im Hinblick auf die Desoxidation sind 0,010 % oder mehr und vorzugsweise 0,02 % oder mehr lösl. Al notwendig; im Hinblick auf die Duktilität und die Stickstoffabsorption beträgt die obere Grenze jedoch 0,080 %. Um ferner die AIN-Teilchen während des Glühens ausreichend zu vergröbern um eine Verschlechterung der Entmagnetisierungseigenschaften durch die Bildung von feinen AIN-Teilchen zu vermeiden, ist ein Prozentsatz an verfügbarem löslichem Al von mindestens dem Sechsfachen desjenigen von N erwünscht. Führt man eine Analyse durch, so findet sich in dem analysierten lösl. Al zwangsläufig eine gewisse Menge an feinem Al«0- und Aluminiummischoxiden. Der analytische Wert von lösl. Al minus 0,003 %, geteilt durch den Prozentsatz an N sollte daher gleich 6 oder mehr sein.

N: - Wie oben ausgeführt, vereinigt sich N mit lösl. Al im Stahl unter Bildung von AlN, dessen feine Teilchen die Entmagnetisierungseigenschaften verschlechtern. Infolgedessen ist der N-Gehalt in dem kaltgewalzten Stahlblech auf 0,0050 % oder weniger und vorzugsweise auf 0,0040 % oder weniger beschränkt.

Der die oben erläuterte Zusammensetzung aufweisende schmelzflüssige Stahl wird in der unten stehenden Weise hergestellt. Nach dem Abstechen aus einem Konverter wird die Schmelze mittels einer Entgasungs-Raffiniervorrichtung auf einen C-Gehalt von 0,008 % oder weniger entkohlt. Dann wird Al oder dergleichen zugesetzt, um einen Al-beruhigten Stahl zu erhalten. Ein Raffinieren außerhalb des Ofens verbessert die Reinheit des Stahls. Das Vergießen kann entsprechend dem herkömmlichen Blockgießverfahren erfolgen; ein Stranggießen mit elektro-

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magnetischem Rühren führt jedoch zu einem Stahl von verbesserter Güte. Dies ist darauf zurückzuführen, daß eine Seigerung von MnS im mittleren Teil des Blockes verhindert wird. Nach dem Warmwalzen unter vorbestimmten Bedingungen erfolgt ein Kaltwalzen, an das sich ein Entkohlungs-Glühvorgang mit offenem Wickel anschließt. Bei diesem Entkohlungs-Glühvorgang ist dafür zu sorgen, daß der NH~-Gehalt in der umgebenden Atmosphäre auf 15 ppm oder weniger beschränkt wird, d.h. einen Wert, der niedrig genug ist, eine Stickstoffabsorption durch den Stahl zu verhindern. Obwohl der entkohlte Stahl zweckmäßig den niedrigstmöglichen C-Gehalt haben soll, muß eine übermäßige Entkohlung vermieden werden, weil die darauf zurückzuführende interne Oxidation der Korngrenzflächen einen nachteiligen Einfluß auf die Entmagnetisierungseigenschaften hat. Für befriedigende Entmagnetisierungseigenschaften eignet sich ein C-Gehalt von 0,005 % oder weniger und vorzugsweise von 0,004 % oder weniger. Wenn aufgrund der dem Preßformen vorausgehenden Fertigglühbehandlung durch den Hersteller der Schattenmasken eine Aufkohlung erwartet werden muß, ist es ratsam, diese von vorneherein in Betracht zu ziehen und den C-Gehalt auf einen entsprechend niedrigeren Wert einzustellen.

Nach dem Entkohlungs-Glühvorgang erfolgen zweckmäßig ein Polierstichwalzen oder ein Rollenrichten, bevor der Stahl erneut kaltgewalzt wird. Durch das zweite Kaltwalzen wird ein Blech mit der von dem Schattenmaskenhersteller benötigten Dicke erhalten.

Durch Fertigglühen des so hergestellten Al-beruhigten, kaltgewalzten Stahlblechs wird ein Stahlblech mit hervorragenden Entmagnetisierungseigenschaften erhalten. Die Schattenmaske und der mit dieser Maske ausgerüstete Farbfernsehempfänger

zeichnen sich daher durch verbesserte Auftreffeigenschaften aus.

Beispiel

Für die Herstellung von Versuchsstücken wurde niedriggekohlter Stahl aus einem 150-Tonnen-Konverter abgestochen, durch Entkohlen mittels einer RH-Entgasungseinheit herab auf 0,005 % C raffiniert und, im Anschluß an eine Einstellung der Zusammensetzung unter Zugabe von Fe-Mn und Al, durch Stranggießen zu Blöcken vergossen. Es wurden insgesamt sieben Chargen abgestochen. Die C-Gehalte nach dem Gießen variierten zwischen 0,005 und 0,008 % aufgrund einer Aufnahme aus den zur Einstellung der Zusammensetzung verwendeten Zuschlägen und den Gießpulvern.

Die Stahlwerkstücke wurden einer Folge von Bearbeitungsstufen unterzogen, bestehend aus Warmwalzen, Beizen, Kaltwalzen, Entkohlen-Glühen, Polierstichwalzen und erneutem Kaltwalzen. Auf diese Weise wurden 0,15 mm dicke Bleche erhalten.

Die Zusammensetzungen dieser kaltgewalzten Stähle sind in der Tabelle 1 angegeben.

Die Versuchsstücke wurden in einer Atmosphäre von 8 % H«, Rest NL mit einem Taupunkt von 0 C bei 700 C 10 min lang geglüht. Im Anschluß an das Abkühlen im Ofen wurden die magnetischen Eigenschaften bestimmt. Die Entmagnetisierungseigenschaften werden durch die Koerzitivkraft (Hc) dargestellt.

Wie die in der Tabelle 1 gleichfalls angegebenen Werte der Koerzitivkraft (Hc) erkennen lassen, haben die erfindungsgemäßen Stähle I, d.h. die Proben A bis D, Hc-Werte im Bereich

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von 71 bis 88 A/m. Ihre Entmagnetisierungseigenschaften sind daher denjenigen der Vergleichsstähle E bis G überlegen, deren Hc-Werte zwischen 111 und 119 A/m liegen. Die Erfahrung hat gezeigt, daß niedrigere Hc-Werte zu bevorzugen sind und daß ein Hc-Wert von über 111 A/m bei einer Schattenmaske einen gewissen nachteiligen Einfluß auf die Eigenschaften der mit der Maske versehenen Farbbildröhre hat.

Unter den Vergleichsstählen I zeigten die Proben E und F hohe Hc-Werte aufgrund des hohen S-Gehalts bzw. der hohen S- und N-Gehalte. Die Probe G hatte dagegen aufgrund von Stickstoffadsorption während des Glühens einen größeren N-Gehalt.

Zwei Chargen H und I von erfindungsgemäßen Stählen II wurden gleichfalls aus einem Konverter abgestochen, jedoch unmittelbar ohne die RH-Entgasungsbehandlung strangvergossen. Die C-Gehalte der warmgewalzten Platten betrugen 0,04 % bzw. 0,06 %. Nach dem Vergießen durchliefen die beiden Stähle die gleiche Schrittfolge. Es ist zu erkennen, daß das Fehlen der Entgasungs-Entkohlungs-Behandlung zu höheren Hc-Werten führten. Diese Hc-Werte von 103 A/m sind jedoch akzeptabel.

Tabelle I

	Probe	C	Mn	S	lösl.Al	N	Hc (A/m)
Erfindungs gemäße Stähle I	A	0,0OU	0,14	0,006	0,054	0,0012	72
Vergleichs stähle I	B	0,0021	0,13	0,003	0,040	0,0030	80
Erfindungs gemäße Stähle II	C	0,0018	0,25	0,00?	0,036	0,0032	88
D	0,0020	0,16	0,005	0,064	0,0040	?5
E	0,0018	0,1?	0,021	0,015	0,0030	111
F	0,0011	0,18	0,018	0,050	0,0065	11?
G	0,0020	0,24	0,007	0,085	0,0086	127
H	0,0010	0,17	0,006	0,060	0,0018	103
I	0,0015	0,20	0,008	0,041	0,0020	103

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Claims (4)

Patentansprüche

1. Al-beruhigtes, kaltgewalztes Stahlblech mit ausgezeichneten Entmagnetisierungseigenschaften im wesentlichen bestehend aus 0,005 % oder weniger C; 0,05 bis 0,50 % Mn; 0,010 % oder weniger S; 0,01 bis 0,08 % lösl. Al; 0,0050 % oder weniger N; wobei Mn%/S% = 7 und (lösl. kl% - 0,003%)/N% = 6; Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.

2. Schattenmaske hergestellt unter Verwendung von Al-beruhigtem, kaltgewalztem Stahlblech im wesentlichen bestehend aus 0,005 % oder weniger C; 0,05 bis 0_f50 % Mn; 0,010 % oder weniger S; 0,01 bis 0,08 % lösl. Al; 0,0050 % oder weniger N; wobei Un%/5% = 7 und (lösl. kl% - 0,003%)/N% = 6; Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.

FERNSPRECHER- 089/60120.19 TE LEX: 522S89 el|u A ■ KABELiELECTRICPATENT

3. Farbfernsehempfänger mit einer Schattenmaske nach Anspruch 2.

4. Verfahren zum Herstellen von Al-beruhigtem, kaltgewalztem Stahlblech mit ausgezeichneten Entmagnetisierungseigenschaften für Schattenmasken, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung einer Vakuumentgasungsvorrichtung eine Stahlschmelze im wesentlichen bestehend aus 0,008 % oder weniger C, 0,05 bis 0,50 % Mn, 0,010 % oder weniger S, 0,010 bis 0,08 % lösl. Al, 0,0050 % oder weniger N, wobei Un%/S% = 7 und (lösl. Al% - 0,003%)/N% = 6, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen, hergestellt wird; aus der Schmelze durch normales Blockgießen oder Stranggießen ein Stahlrohling hergestellt wird; der Stahlrohling warmgewalzt und dann kaltgewalzt wird; der kaltgewalzte Stahl auf einen C-Gehalt von 0,005 % oder weniger in einem Entkohlungs-Glühofen entkohlt und geglüht wird; sowie der Stahl zu einem Blech mit einer Dicke von 0,2 mm oder weniger erneut kaltgewalzt wird.