DE3539731C2

DE3539731C2 - Kornorientiertes Elektrostahlblech mit stabilen, gegen das Spannungsfreiglühen beständigen magnetischen Eigenschaften und Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE3539731C2
Application number: DE3539731A
Authority: DE
Inventors: Hisashi Kobayashi; Motoharu Nakamura; Kikuji Hirose; Toshio Tsukada; Hirofumi Yamashita
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1984-11-10
Filing date: 1985-11-08
Publication date: 1994-08-04
Anticipated expiration: 2005-11-09
Also published as: IT8567947A1; SE8505295D0; IT1182667B; GB2168626A; GB8527599D0; SE8505295L; DE3539731A1; KR860004153A; FR2575588B1; BE903619A; US4750949A; KR910002866B1; IT8567947A0; FR2575588A1; GB2168626B; SE465129B

Description

Die Erfindung betrifft ein kornorientiertes Elektrostahlblech, dessen magnetische Eigenschaften gegenüber dem abschließenden Spannungsarmglühen beständig sind, das heißt durch das Spannungsarmglühen nicht oder nur geringfügig verschlechtert werden und nur geringe Streuungen aufweisen, sowie ein Verfahren und eine Vorrichtung zu seiner Herstellung.

Im Hinblick auf Energieersparnis ist eine Verminderung des Ummagnetisierungsverlustes (Wattverlust, Kernverlust) von kornorientiertem Elektrostahlblech wünschenswert.

In der JP-B-58-26406 ist ein Verfahren zur Verminderung des Ummagnetisierungsverlustes beschrieben, bei dem die magneti schen Domänen durch Laserbestrahlung unterteilt werden. Die durch die Laserbestrahlung erzeugte Spannung verursacht eine Verminderung des Ummagnetisierungsverlustes. Dieses Verfah ren eignet sich deshalb zur Anwendung auf kornorientiertes Elektrostahlblech, das zur Verwendung bei der Herstellung von Stapelkernen vorgesehen ist, welche kein Spannungsarm glühen erfordern. Es eignet sich dagegen nicht zur Anwen dung für kornorientiertes Elektrostahlblech, das zur Verwen dung bei der Herstellung von Wickelkernen vorgesehen ist, wo bei ein Spannungsarmglühen durchgeführt werden muß.

In der JP-A-56-130454 ist ein Verfahren zur Verminderung des Ummagnetisierungsverlustes beschrieben, bei dem das Stahlblech nach dem sekundären Rekristallisationsglühen mit einer Spannung be aufschlagt wird und die Kluster aus kleinen Kristallkörnern, die sich während der Wärmebehandlung nach dem sekundären Re kristallisationsglühen infolge der Spannung bilden, zu einer Verminderung des Ummagnetisierungsverlustes führen. Da die Kluster aus kleinen Kristallkörnern an der Oberfläche der se kundär rekristallisierten Stahlbleche entstehen, werden die Ummagnetisierungseigenschaften durch das Spannungsarmglühen nicht verschlechtert. Im Verfahren gemäß JP-A-56-130454 kön nen jedoch derart niedrige Werte des Ummagnetisierungsver lustes, wie sie durch Bestrahlung mit einem Laser erhalten werden, nur schwer erreicht werden.

Die DE-OS 35 36 731 betrifft ein kornorientiertes Elektro stahlblech mit niedrigem Ummagnetisierungsverlust und ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Dabei wird eine plastische Beanspruchung auf die Oberfläche des schlußgeglühten Elektrostahlblechs ausgeübt und es wird ein "Intrusionsmittel", vorzugsweise Sb oder eine Sb-Verbin dung, auf die beanspruchten Bereiche oder in deren Nähe auf gebracht, und anschließend (wärme)behandelt, vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 500 und 1200°C. Bei dieser Be handlung dringt das Intrusionsmittel in das Stahlblech ein und es findet eine Reaktion zwischen dem Intrusionsmittel und dem Körper oder der Oberflächenbeschichtung des Elektro stahlblechs statt, bei der sich sogenannte "Intruder" aus bilden, die sich vom Stahl in ihrer Zusammensetzung und/oder in ihrer Struktur unterscheiden und die magnetischen Domänen unterteilen.

Die DE-PS 28 19 514 betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kornorientierten elektromagnetischen Stahlblechs mit niedrigen Eisenverlusten.

Hierbei werden dem mit einem Überzug versehenen Stahlblech mit einer Rolle oder einem anderen Rotationskörper durch den Überzug hindurch feine mechanische Verformungen mit einer Tiefe von höchstens 5 µm beigebracht. Die magnetischen Ei genschaften verschlechtern sich jedoch, wenn die Verfor mungstiefe 5 µm, d. h. 0,005 mm überschreitet.

EP-A 0 008 385 beschreibt die Unterteilung magnetischer Do mänen durch Laserstrahlung. Wenn das mit dem Verfahren gemäß EP-A 0 008 385 behandelte Elektrostahlblech spannungsfrei geglüht wird, verschwindet die Unterteilung der magnetischen Domänen, da die durch die Laserbestrahlung induzierten Ver setzungen beim Glühen verschwinden.

EP-A 0108573 betrifft ein Verfahren zum Verbessern des Um magnetisierungsverlustes magnetischer Materialien. Dabei wird ein schlußgeglühtes Elektrostahlblech lokal erwärmt, beispielsweise durch Hochfrequenzheizung oder Elektronen strahlen, und anschließend wärmebehandelt, um künstliche Korngrenzen einzuführen. Dazu wird ein Stahlblech mit einer Forsterit-Beschichtung lokal erwärmt und anschließend bei etwa 1115°C wärmebehandelt. Aufgrund der lokalen Wärmebe handlung kann plastische Verformung auftreten. Bei dem Zwi schenschritt, bei dem das eine Isolierbeschichtung aufwei sende Elektrostahlblech plastisch verformt ist, ist der Um magnetisierungsverlust P17/60 gemäß der Tabelle größer als 1.4 W/kg, d. h. außerordentlich schlecht. Der Ummagneti sierungsverlust wird erst beim abschließenden Glühen bei etwa 1115°C verbessert. Erst bei der abschließenden Wärmebe handlung wird der Ummagnetisierungsverlust durch die Einfüh rung magnetischer Domänen verbessert, während er durch die Isolierschicht auf der verformten Oberfläche zunächst stark verschlechtert wird.

Die US-PS 4 363 677 beschreibt ein Verfahren zur Untertei lung der magnetischen Domänen in einem kornorientierten Elektrostahlblech, wie es vorzugsweise für einen Stapelkern transformator verwendet wird. Die Wirkungen dieser Untertei lung können dadurch erreicht werden, daß auf der Oberfläche des Stahlblechs durch Laserbestrahlung eine Spannung erzeugt wird. Wenn jedoch das Stahlblech, beispielsweise in Form eines Wickelkerntransformators, einem Spannungsarmglühen unterzogen wird, verschwinden die Spannungen und die Wirkung der Unterteilung der magnetischen Domänen verschwindet eben falls.

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

Es soll ferner ein Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Elektrostahlblech geschaffen werden, bei dem die Ummagnetisierungsverlust-Eigenschaften durch das Spannungsarmglühen nicht oder nur unwesentlich verschlechtert werden und somit ein niedriger Ummagnetisierungsverlust in stabiler Weise erreicht werden kann. Schließlich ist es auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Erzeugung von kornorientiertem Elektrostahlblech zu schaffen, mit der die Ummagnetisierungsverlust-Eigenschaften durch das Spannungsarmglühen nicht oder nur geringfügig verschlechtert werden und somit ein niedriger Ummagnetisierungsverlust in stabiler Weise erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst.

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

Nach dem Grundgedanken der Erfindung weist ein kornorientiertes Elektro stahlblech mit geringem Ummagnetisierungsverlust nach dem Spannungsarmglühen, das abschließend texturgeglüht und mit einer Spannung beaufschlagt wurde, eine Anzahl von vertieften Bereichen auf seiner Oberfläche auf, die Einbuchtungen in den Stahlblech-Körper mit einer Tiefe im Bereich von 0,01 bis 0,1 mm bilden, die vertieften Bereiche sind mit einer Masse gefüllt, die einen kleine ren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Stahl blech aufweist, und die magnetischen Domänen sind ausgehend von den vertieften Bereichen und der Masse unterteilt.

Die zur Erfindung gehörenden Zeichnungen zeigen in den
Fig. 1A und B graphisch die Beziehung zwi schen den magnetischen Eigenschaften und der Breite und Tiefe von auf dem Stahlblech erzeugten Rillen.

Fig. 2 zeigt eine Rasterelektronenmikroskopaufnahme von korn orientiertem Elektrostahlblech mit unterteilten magnetischen Domänen.

Die Fig. 3A bis G zeigen schematisch die Struktur der korn orientierten Elektrostahlbleche der Erfindung.

Fig. 4 erläutert ein Verfahren zur Erzeugung und zum Füllen der als Vertiefung ausgebildeten Teile des Stahlblechs der Erfindung.

Fig. 5 zeigt graphisch die Beziehung zwischen der Ätzzeit und der Abtragtiefe des Stahls.

Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen der HNO₃-Konzentration und der Ätzzeit.

Fig. 7 zeigt graphisch die Änderung der Abtragtiefe des Stahls in drei getrennten Bereichen in Längsrichtung einer Spule.

Fig. 8 zeigt graphisch die Änderung des Ummagnetisierungs verlustes P1,7 in den Fig. 6 entsprechenden Stellen der Spule.

Fig. 9 erläutert ein Sprühverfahren nach einem Beispiel der Erfindung.

Fig. 10 erläutert eine Eintauchmethode nach einem Ver gleichsverfahren.

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

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

Eine Siliciumstahlbramme mit einem Gehalt von höchstens 4 Ge wichtsprozent Si wird erwärmt und dann zu einem Band mit mittlerer Dicke warmgewalzt. Das warmgewalzte Stahlband wird falls erforderlich abgebeizt und wärmebehandelt. Dann wird das warmgewalzte Band in einer oder zwei Stufen mit Zwischen glühen kaltgewalzt. Das auf seine Endstärke kaltgewalzte Band wird hierauf entkohlungsgeglüht. Dann wird ein Glühseparator auf das entkohlungsgeglühte Stahlband aufgebracht und dieses anschließend schlußgeglüht (Texturglühen). Dies ist ein üb liches Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Elek trostahlblech. Das Blech wird mit einer Spannungsbe schichtung versehen.

Von dem kornorientierten Elektrostahlblech wird ein Teil der Stahlmasse abgetragen und danach die Spannungsbeschichtung aufgebracht. Als Verfahren zum Abtragen von Stahlmasse kommen in Betracht: Mechanische Verfahren, wie die Einwirkung von mechanischer Beanspruchung auf die Oberfläche des kornorientierten Elektrostahlblechs, mechanisches Anreißen oder Rillenbildung mit einer Formwalze. Auch Bestrahlung mit einem Laser, Elektronenstrahl oder IR-Strahlen kann angewendet werden. Die isolierende Beschichtung des kornorientierten Elektrostahlblechs wird durch mechanische Mittel oder Bestrahlung selektiv entfernt oder abgeschält. Der an bestimmten Stellen freiliegende Stahlblech-Körper wird dann durch eine Säurelösung, wie Salzsäure oder Salpetersäure, geätzt. Das Ätzen kann beispielsweise durch Eintauchen, Aufsprühen oder elektrolytisches Ätzen erfolgen. Als Ergebnis werden vertiefte Teile im Stahlblech-Körper erhalten, die die Form von Rillen haben. Dieses Verfahren kann auch angewendet werden, wenn derartige Vertiefungen nur durch Anreißen erzeugt werden können.

Die Rillen sind um einen bestimmten Winkel im Bereich von 90°±45° gegenüber der Walzrichtung gedreht und erstrecken sich vorzugsweise senkrecht zur Walzrichtung (⟨001⟩ Orientierung). Wenn der Winkel gegenüber der Senkrechten zur Walzrichtung sehr groß ist, d. h. klein zur Walzrichtung, haben die Rillen nicht mehr die gewünschte Wirkung auf die Verminderung des Ummag netisierungsverlustes. Die vorstehend erwähnte Laserbestrah lung verursacht eine Verminderung des Ummagnetisierungsverlu stes und die Erzeugung von Spannung gemäß JP-B-58-26405. Die Wirkung der Laserbestrahlung ist jedoch von der in der genann ten Veröffentlichung beschriebenen insofern verschieden, als die nach dem Spannungsarmglühen verbleibende lokale Spannung in vorteilhafter Weise für die Verminderung des Ummagnetisie rungsverlustes genutzt wird. Der Abstand zwischen den Rillen beträgt in Walzrichtung vorzugsweise 2,5 bis 10 mm, da bei einem solchen Abstand die stärkste Verminderung des Ummagne tisierungsverlustes erhalten wird. Dieser Abstand ist der gleiche wie der in der JP-B-58-26406 beschriebene.

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

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Die Fig. 1A zeigt die Abhängigkeit der magnetischen Fluß dichte B₈ und des Ummagnetisierungsverlustes P1,7 von der Rillenbreite. Bei der Prüfung, deren Ergebnisse in Fig. 1A dargestellt sind, werden 0,23 mm dicke kornorientierte Elektro stahlbleche mit einer Phosphatbeschichtung oder einer halb organischen Beschichtung verwendet. 0,05 mm tiefe Rillen, die voneinander einen Abstand von 5 mm aufweisen, werden mit unterschiedlicher Rillenbreite erzeugt. Als Spannungsbeschich tung wird ein Material verwendet, das einen anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Stahlblech aufweist. Die Be schichtung wird nach dem Aufbringen 5 Minuten bei 850°C ge härtet.

Die vorzugsweise verwendete Phosphatbeschichtung wird in flüssiger Form angewendet und besteht aus kolloidaler Kieselsäure, einem Phosphat, wie Aluminiumphosphat, und Chromsäureanhydrid oder einem Chromat. Die kolloidale Kieselsäure und das Phosphat sind die hauptsächlichen Bestandteile der Beschichtung. Nach dem Härten dieser Bestandteile wird ein Beschichtungsmaterial erhalten, das einen anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Stahlblech aufweist und eine Zugspannung auf das Stahlblech ausübt. Erfindungsgemäß können auch irgendwelche anderen Beschichtungsmaterialien verwendet werden, die die gleiche Wirkung wie eine Phosphat beschichtung haben. Sie können beispielsweise auch Magnesium phosphat enthalten.

Fig. 1A zeigt, daß eine der magnetischen Eigenschaften, nämlich die magnetische Flußdichte B₈, bei Vergrößerung der Rillenbreite abnimmt, während die andere magnetische Eigen schaft, nämlich der Ummagnetisierungsverlust P1,7 bei be sonders geringer Rillenbreite hoch ist. Der hohe Ummagneti sierungsverlust P1,7 ergibt sich aus der geringen Spannung, die infolge der sehr schmalen Rillen erzeugt wird. Vorzugs weise beträgt die Rillenbreite deshalb mindestens 0,1 mm. Im Hinblick auf die magnetischen Eigenschaften sind die Ril len vorzugsweise höchstens 0,4 mm breit.

Fig. 1B zeigt die Ergebnisse eines ähnlichen Tests wie im Fall von Fig. 1A. In diesem Test werden 0,3 mm breite Ril len auf einem 0,23 mm dicken kornorientierten Elektrostahl blech im Abstand von 5 mm mit unterschiedlicher Rillentiefe erzeugt. Das vorstehend erwähnte Beschichtungsmaterial wird auf das kornorientierte Elektrostahlblech aufgebracht und 5 Minuten bei 850°C ausgehärtet, wobei ein Überzug des Beschichtungsmaterials in den Rillen erzeugt wird. Im Bereich einer Rillentiefe von 0,01 bis 0,1 mm wird eine Verbesserung der magnetischen Eigenschaften im Vergleich zum Stand der Technik erreicht. Bei einer Tiefe über 0,1 mm verschlechtert sich zwar der Ummagnetisierungsverlust P1,7 nicht merklich, die magnetische Flußdichte B₈ nimmt aber stark ab. Bei einer Rillentiefe von 0,01 mm beträgt der Ummagnetisierungsverlust P1,7 etwa 0,9 W/kg und ist somit geringer als bei herkömmlichen Produkten. Die Verbesserung des Ummagnetisierungsverlustes P1,7 zeigt sich besonders deutlich bei einer Rillentiefe von mindestens 0,02 mm. Der bevorzugte Bereich der Rillentie fe reicht deshalb von 0,02 bis 0,08 mm.

Gemäß Fig. 1A und B wird Stahlmasse von der Oberfläche des Stahlblechs teilweise abgetragen und anschließend werden die so erzeugten vertieften Stellen mit einem Material gemäß vorliegender Erfindung gefüllt. Der thermische Ausdehnungskoeffizient eines solchen Materials ist kleiner als derjenige des Stahlblechs (etwa 0,013 mm/(m · K)), wodurch dieses unter Zugspannung gesetzt wird. Zum Füllen der vertieften Teile mit der Verbindung wird ein Beschichtungsmaterial, beispielsweise eine Phosphatbeschichtung, auf das kornorientierte Elektrostahlblech aufgebracht. Unter technischen Gesichtspunkten ist das Aufbringen des Beschichtungsmaterials auf das gesamte kornorientierte Elektrostahlblech günstiger als ein Aufbringen nur auf bestimmte Teile. Bei den mit Bezug auf Fig. 1A und B erläuterten Prüfungen wird das gesamte Stahlblech beschichtet. Die günstigen Ergebnisse der Erfindung können jedoch auch bei lokaler Anwendung des Beschichtungsmaterials erreicht werden.

Zum Füllen der Rillen mit dem Material können alle geeigneten Verfahren benutzt werden. Wichtig ist nur, daß das Material in die vorher erzeugten vertieften Teile des Stahlblechs gelangt. Zur Erhöhung der Bindung zwischen dem Beschichtungsmaterial und dem Stahl des Stahlblechs können bindungsverstärkende Maß nahmen, wie Ni-Plattierung oder Gasphasenabscheidung von Siliciumdioxid, angewendet werden. Dadurch wird die Verbes serung der magnetischen Eigenschaften weiter verstärkt. Die aufgebrachte Schicht aus Nickel hat eine Dicke von vorzugs weise höchstens 1 µm, wenn das Beschichtungsmaterial kolloidale Kieselsäure enthält.

Fig. 2 zeigt eine Rasterelektronenmikroskop-Aufnahme der mag netischen Domänen. Die untersuchte Probe wird wie folgt herge stellt. Ein kornorientiertes Elektrostahlblech mit Spannungs beschichtung wird mit einem Laser bestrahlt und dann in Sal petersäure geätzt, wobei etwa 0,025 mm tiefe Löcher erzeugt werden. Eine aus Aluminiumphosphat, kolloidaler Kieselsäure und Chromsäure bestehendes Beschichtungsmaterial wird aufgebracht, bei 350°C vorgehärtet und dann an der Luft 2 Minuten bei 850°C gehär tet. Anschließend wird das Blech 4 Stunden bei 850°C spannungs arm geglüht.

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

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

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

In den Fig. 3A bis G sind im Querschnitt verschiedene Gestaltungen der Oberfläche und der Beschichtung von sekundär rekristallisierten Stahlblechen der Erfindung darge stellt.

In Fig. 3A ist keine zusätzliche Beschichtung auf dem sekundär re kristallisierten Stahlblech 1 ausgebildet. Die vertieften Be reiche 3 sind auf der Oberfläche 2 des sekundär rekristalli sierten Stahlblechs 1 erzeugt.

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

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

In Fig. 3B umfaßt das kornorientierte Elektrostahlblech eine bei der sekundären Rekristallisation gebildete Beschichtung 7, die üblicherweise als Forsteritschicht bezeichnet wird. Die vertieften Bereiche 3 sind mit einem eine Zugspannung auf das Stahlblech ausübenden Material gefüllt, das mit der Ziffer 5 bezeichnet ist. Das Material wird nur in die vertieften Bereiche 3 des Stahlblechs gefüllt.

In der Ausführungsform der Fig. 3C wird das Material mit der Zusammensetzung des vorstehenden Materials 5 vollständig auf die Oberfläche 2 des Stahlblechs aufgetragen (mit "6" bezeichnet) und dabei auch in die vertieften Bereiche des kornorientierten Elektrostahlblechs, das eine Forsteritschicht 7 wie in Fig. 3B aufweist, eingefüllt. Das in den Fig. 3B und C dargestellte kornorientierte Elektrostahlblech kann zur Herstellung des zweiten Kerns von Transformatoren verwendet werden.

Das Material 6, das im Stahlblech eine Zugspannung erzeugen soll und das teilweise auf seine Oberfläche aufgebracht und in die vertieften Bereiche gefüllt wird, wird einer Härtung unterzogen. Nach dem Härten wird in den vertieften Bereichen lokal Spannung erzeugt, die auf unterschiedliche Ausdehnung und Schrumpfung des Materials 6 und des Stahls in den vertieften Bereichen 3 zurückzuführen ist.

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

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

In Fig. 3E ist ein halborganischer Film 8 auf die gesamte obere Oberfläche des kornorientierten Elektrostahlblechs auf gebracht.

In Fig. 3F sind die vertieften Bereiche 3 auf einem korn orientierten Elektrostahlblech ausgebildet, das eine Forsterit schicht 7 und eine Beschichtung 9 aufweist. Ein Material 5, das das Blech unter Zugspannung setzt, ist in die vertieften Bereiche 3 gefüllt.

In Fig. 3G ist das vorstehend erwähnte Material 6 auf die gesamte obere Oberfläche des kornorientierten Elektrostahlblechs gemäß der Erläuterung in Fig. 3F aufgebracht.

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

Die unterteilten 180° magnetischen Domänen entstehen als Folge der Forsteritschicht 7 oder der Spannungsbeschichtung 9, welche die 90° magnetischen Domänen unter Zugspannung setzt. Wenn das genannte Material 5 auf die gesamte Oberfläche des Stahlblechs aufgebracht wird, wird die Unterteilung der magnetischen Domänen im Vergleich zum nur teilweisen Auftrag verstärkt, da auf der gesamten Oberfläche durch das genannte Material 5 eine Zugspannung erzeugt wird.

Die Beispiele erläutern die Erfindung.

Beispiel 1

Ein 0,23 mm dickes kornorientiertes Elektrostahlblech wird durch einstufiges Kaltwalzen hergestellt. Das kornorientierte Elektrostahlblech wird nach den Schlußtexturglühen mit Hilfe eines Messers angerissen, um seine Oberfläche selektiv zu entfernen. Mit der Messerspitze werden senkrecht zur Walzrichtung lineare Rillen erzeugt, die zueinander einen Ab stand von 5 mm aufweisen. Die Rillen haben eine Breite von 0,2 mm und dringen bis zu einer Tiefe von etwa 0,03 mm in das Grundmetall ein. Dann wird eine Beschichtungslösung aus 100 cm³ 20% wäßrige kolloidale Kieselsäuredispersion, 60 cm³ wäßrige Aluminiumphosphatlösung und 6 g Chromsäureanhydrid auf das Stahlblech aufgebracht. Das Beschichtungsmaterial wird 3 Minuten bei 830°C gehärtet. Nach dem Härten wird das Stahlblech 4 Stunden bei 850°C spannungsarm geglüht. Der Ummagnetisie rungsverlust des Stahlblechs wird vor und nach dem Spannungs armglühen in Walzrichtung gemessen.

Zu Vergleichszwecken wird das kornorientierte Elektrostahl blech wie vorstehend behandelt, wobei jedoch das Anreißen nicht durchgeführt wird. Zusätzlich wird in einem weiteren Versuch das kornorientierte Elektrostahlblech wie vorstehend behandelt, das Anreißen wird jedoch nicht nach dem Schlußtextur glühen sondern nach dem Härten des Beschichtungsmaterials durch geführt. Der Abstand zwischen den Rillen, die Tiefe und Brei te der Rillen sind die gleichen wie vorstehend angegeben. Die Rillen werden jedoch auf der Phosphatbeschichtung ausgebildet. Die gemessenen Ummagnetisierungsverluste sind in Tabelle I zusammengefaßt.

Tabelle I

Aus Tabelle I geht hervor, daß der Ummagnetisierungsverlust P1,7 nur durch das Anreißen bereits vermindert wird. Der Grund dafür ist die Erzeugung von kleinen Körnern bei der sekundären Rekristallisation infolge des Anreißens. Das mit der Spannungsbeschichtung behandelte Stahlblech besitzt einen Wert P1,7, der um 0,11 bis 0,13 W/kg niedriger ist als der durch Schlußtexturglühen und Aufbringen einer Phosphatbeschichtung erreichte. Dieser erzielte Wert für P1,7 ist ferner um 0,03 bis 0,05 W/kg niedriger als der durch Anreißen und Spannungsarmglühen erzielte Wert. Es ist somit klar, daß durch das Einbringen des Materials der Phosphatbeschichtung in die Rillen, das einen niedrigen Wärmeausdehnungs koeffizienten aufweist und bei der Filmbildung eine Zugspan nung auf das Stahlblech ausübt, eine wirksame Verbesserung der Ummagnetisierungsverlust-Eigenschaften er reicht wird.

Beispiel 1 dient der Erläuterung einiger Verfahrensschritte, stellt aber kein Beispiel der Erfindung dar, da es keinen Ätzschritt aufweist.

Beispiel 2

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

Anschließend wird das Stahlblech in einem Watts-Bad mit 240 g/l Nickelsulfat, 45 g/l Nickelchlorid und 30 g/l Borsäure bei 60°C 5 Sekunden unter einer Stromdichte von 5 A/dm² elek trolytisch mit Nickel überzogen.

Ein flüssiges Beschichtungsmaterial aus 100 cm³ 20% wäßrige Dis persion von kolloidaler Kieselsäure, 60 cm³ 50% wäßrige Alu miniumphosphatlösung, 15 cm³ 25% wäßrige Magnesiumchromat lösung und 3 g Borsäure wird auf das mit Nickel überzogene Stahlblech aufgebracht und dann 3 Minuten bei 850°C gehärtet. Anschließend wird das Stahlblech 4 Stunden bei 800°C spannungs arm geglüht.

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

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

Tabelle II

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

Die Beschichtung mit Nickel ergibt einen geringen Unterschied in der Verschlechterung des Ummagnetisierungsverlustes infol ge des Spannungsarmglühens. Jedoch sind die Werte des Ummag netisierungsverlustes der Produkte mit oder ohne Nickelbe schichtung besser als derjenige des herkömmlichen Produktes.

Beispiel 3

Ein 0,75 mm dickes kornorientiertes Elektrostahlblech wird durch zweistufiges Kaltwalzen hergestellt. Auf dem Blech wird eine Forsteritschicht und darauf eine Phosphatbeschichtung ausge bildet. Dann wird die beschichtete Oberfläche mit einem YAG- Laser bestrahlt, der mit einer Intensität von etwa 4 mJ pul siert. Dabei werden punktförmige Löcher mit einem Durchmesser von 0,3 mm auf der beschichteten Oberfläche erzeugt. Die Löcher sind in Form von Lochreihen senkrecht zur Walzrichtung ange ordnet. Die Löcher weisen voneinander einen Abstand von 0,4 mm und die Lochreihen einen Abstand voneinander von 6 mm auf.

Das Stahlblech wird dann 60 Sekunden bei 40°C in 61prozentige Salpetersäure getaucht, wobei Löcher von etwa 0,025 mm Tiefe erzeugt werden.

Ein flüssiges Beschichtungsmaterial aus 100 cm³ 25% wäßrige Dis persion von kolloidaler Kieselsäure, 60 cm³ 50% wäßrige Alu miniumphosphatlösung und 6 g Chromsäureanhydrid wird in einer Menge von 2 g/m² auf beide Oberflächen des durch Eintauchen in die Salpetersäure behandelten Stahlblechs aufgebracht. Die Beschichtung wird dann 5 Minuten bei 450°C gehärtet und das Blech anschließend 4 Stunden bei 850°C spannungsarmgeglüht.

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

Das Stahlblech der Erfindung zeigt eine starke Verbesserung des Wertes für den Ummagnetisierungsverlust im Vergleich zum herkömmlichen Stahlblech.

Tabelle III

Beispiel 4

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

Dann wird der Stahl 70 Sekunden bei 40°C in 61% Salpeter säure eingetaucht, wobei Rillen von etwa 0,03 mm entstehen.

Ein flüssiges Beschichtungsmaterial, von der 100 cm³ 14 g SiO₂ in Form von kolloidaler Kieselsäure, 25 g Magnesiumphosphat und 4 g Chromsäureanhydrid enthalten, wird mit Hilfe eines Gummi-Zahnrads in 5 mm Höhe auf das Stahlblech aufgebracht, um die vertieften Bereiche, aus denen Eisen entfernt wurde, der Stahl blechoberfläche zu füllen. Die Masse wird dann 5 Minuten bei 450°C gehärtet und das Stahlblech 2 Stunden bei 850°C span nungsarmgeglüht.

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

Das Stahlblech der Erfindung zeigt eine starke Verbesserung des Wertes für den Ummagnetisierungsverlust im Vergleich zum herkömmlichen Stahlblech. Aus diesem Ergebnis folgt, daß das lokale Aufbringen der Zugspannung erzeugenden Phosphatbe schichtung in den Vertiefungen eine wirksame Verminderung des Ummagnetisierungsverlustes zur Folge hat.

Tabelle IV

Beispiel 5

Ein 0,23 mm dickes kornorientiertes Elektrostahlblech ohne Glasbeschichtung wird durch einstufiges Kaltwalzen hergestellt. Das Stahlblech wird in einer 100 Volumen-% Wasserstoffperoxid (30% wäßrige Lösung) und 5 Volumen-% Flußsäure enthaltenden Lösung beidseitig behandelt. Dann wird eine Oberfläche von Proben aus diesem Blech vollständig mit säurefestem Klebeband bedeckt. Auf die andere Oberfläche des spiegelglänzenden Stahlbandes werden Streifen aus säurefestem Klebeband derart aufgebracht, daß die Oberfläche im Abstand von 5 mm in einer Breite von 0,3 mm freiliegt. Die Proben werden dann 60 Sekun den in 40°C warme 61prozentige Salpetersäure eingetaucht. Es werden Rillen mit einer Tiefe von etwa 0,025 mm erzeugt. Da nach werden alle Klebebänder abgenommen. Die Proben werden in einem Watts-Bad 5 Sekunden mit einer Stromdichte von 5 A/dm² elektrolytisch mit Nickel beschichtet. Dann wird auf beide Oberflächen eine Beschichtungsmaterial aufgebracht, das aus 100 cm³ 20% wäßrige Dispersion von kolloidaler Kieselsäure, 60 cm³ 50% wäßrige Aluminiumphosphatlösung, 15 cm³ 25% wäß rige Magnesiumchromatlösung und 3 g Borsäure besteht. Die Auf tragsmenge beträgt 3 g/m². Das Beschichtungsmaterial wird 3 Mi nuten bei 850°C gehärtet. Dann werden die Proben 4 Stunden bei 800°C spannungsarm geglüht.

Zum Vergleich wird das vorstehend erläuterte Verfahren wieder holt, wobei jedoch keine Rille ausgebildet werden und das Härten 4 Stunden bei 850°C durchgeführt wird. Die Ergebnisse sind in Tabelle V zusammengefaßt.

Tabelle V

Aus Tabelle V geht hervor, daß der Wert für den Ummagnetisierungsverlust P1,7 des Bleches der Erfindung um 0,05 W/kg niedriger ist als der des herkömmlichen Bleches.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von kornorientiertem Elektrostahlblech umfaßt vorzugsweise die Bestrahlung der Oberfläche des Stahlbleches, das eine isolierende Beschichtung aufweist, mit einem Laserstrahl, wobei an einer Anzahl von Stellen die isolierende Beschichtung entfernt wird, und dann das Abtragen von Stahlmasse aus den freigelegten Bereichen der Blechoberfläche durch Ätzen erfolgt, wobei vertiefte Bereiche entstehen. In einer Ausführungsform der Erfindung wird das Ätzen durch Aufsprühen einer Salpetersäurelösung derart vorgenommen, daß eine bestimmte Tiefe der Stahlabtragung auf der Oberfläche erreicht wird. Diese Tiefe ist in den gesamten behandelten Bereichen des Bleches gleich. Zum Ätzen des Stahlbleches ist Salpetersäure günstiger als Schwefelsäure oder Salzsäure, da die isolierende Beschichtung durch erstere wesentlich weniger gelöst wird als durch letztere. Bei einer Salpetersäurekonzentration unter 20 Gewichtsprozent ist die Ätzgeschwindigkeit zu gering, während bei Konzentrationen über 70 Gewichtsprozent unerwünschte Dämpfe entstehen.

In Fig. 4 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung dargestellt. Die Vorrichtung umfaßt eine Abwickeleinrichtung 10, eine Einrichtung 12 zur Bestrahlung mit einem Laserstrahl, eine Ätzeinrichtung 13 zum Aufsprühen einer oder Tauchen in eine Säurelösung, eine Spüleinrichtung 14, in der das Blech auch getrocknet wird, eine Einrichtung 15 zum Aufbringen der isolierenden Beschichtung, eine Heizeinrichtung (Ofen) 16 und eine Aufwickeleinrichtung 17. Das kornorientierte Elektrostahlband S wird zwischen dem Abwickeln und Wiederaufwickeln mit den Einrichtungen 12 bis 16 behandelt. In der Einrichtung 12 zur Laserbestrahlung werden auf dem kornorientierten Elektrostahlband S Laser-Markierungen erzeugt. Diese Markierungen werden bevorzugt senkrecht zur Walzrichtung gebildet. Die Markierungen können linear oder punktförmig wie vorstehend erläutert sein. Sie können an einer oder an beiden Oberflächen des kornorientierten Elektrostahlbandes S erzeugt werden. Gemäß Fig. 4 werden die Markierungen an einer Oberfläche, nämlich der in der Zeichnung oberen Oberfläche des kornorientierten Elektrostahlbandes S erzeugt. Das Elektrostahlband wird dann in der Ätzeinrichtung 13 zur Auflösung und Entfernung von Stahlmasse bei den Laser-Markierungen behandelt. Die zur Lösung und Entfernung von Stahlmasse bevorzugte Ätzflüssigkeit löst vorzugsweise den elektrisch isolierenden Film nicht. Besonders bevorzugt ist Salpetersäure. Die Ätzeinrichtung 13 ist mit einer Anzahl von Sprühdüsen 18 ausgerüstet, die sich oberhalb des Elektrostahlbandes S befinden. Die Salpetersäurelösung wird durch die Sprühdüsen zum Ätzen des Stahlbandes S gesprüht und über die Verbindungsleitung 21 in den Umwälztank 20 geleitet. Die Ätzlösung wird dann mit Hilfe einer Pumpe 23 zu den Sprühdüsen 18 befördert. Die Leitungen sind an der Zuführung zu den Sprühdüsen 18 mit Ventilen 19 ausgerüstet. Nach der Erfindung kann das Elektrostahlband S auch in eine Säurelösung getaucht werden. Durch die Heizeinrichtung 22 wird die Temperatur der Ätzlösung im gewünschten Bereich von beispielsweise 30 bis 70°C gehalten. Die Streuung der Werte des Ummagnetisierungsverlustes wird durch das Aufsprühen von Salpetersäure auf das kornorientierte Elektrostahlband S, das eine Anzahl von Bereichen aufweist, in denen die isolierende Beschichtung durch die Laser-Bestrah lung in der Einrichtung 12 entfernt wurde, im Vergleich zu der Durchführung eines Eintauchverfahrens des Bandes S zur Tauch-Ätzung vermindert. Beim Aufsprüh-Verfahren der Salpe tersäure können stabile Ummagnetisierungsverlust-Eigenschaf ten erhalten werden. Die Gründe für eine Verminderung der Streuung der Werte des Ummagnetisierungsverlustes und die Stabilisierung dieser Eigenschaft sind die folgen den:
Während des Ätzens mit einer Säure entstehen Gasbläschen, die aber beim Sprühverfahren weggewaschen werden. Diese Bläschen verhindern somit nicht einen gleichmäßigen und direkten Kon takt der Salpetersäure mit dem freiliegenden Stahl an den Be reichen, an denen der isolierende Film vom Stahl entfernt wurde. Die Tiefe der Vertiefungen oder Einbuchtungen wird so mit über alle Bereiche gleich, was zu gleichmäßigen Ummagneti sierungsverlust-Eigenschaften führt.

Außerdem ist der Wirkungsgrad des Ätzens beim Sprühverfahren höher als beim Tauchverfahren. Der Grund dafür ist die unun terbrochene Zufuhr frischer Säure auf das Stahlband, was eine Verkürzung der Ätzdauer zur Folge hat; vgl. Fig. 5.

In Fig. 6 ist die Beziehung zwischen der Salpetersäurekon zentration und der Ätzdauer, die zum Erhalt einer optimalen Ätztiefe von etwa 0,02 bis 0,08 mm erforderlich ist, dargestellt.

Die horizontale gestrichelte Linie bedeutet eine Ätzdauer von 50 Sekunden, welche die technisch sinnvolle größte Dauer ist. Um eine solche kurze Ätzdauer zu erreichen, muß die Salpeter säurekonzentration mindestens 20 Gewichtsprozent betragen. Die Obergrenze der Salpetersäurekonzentration ist nicht beson ders kritisch im Hinblick auf die Ätzdauer. Sie sollte aller dings im Hinblick auf die entstehenden Stickoxiddämpfe nicht höher als 70 Gewichtsprozent sein. Bevorzugt ist eine Salpe tersäurekonzentration von 30 bis 60 Gewichtsprozent.

Beispiel 6

Eine 10 t schwere Spule aus 0,23 mm dickem kornorientierten Elektrostahlband mit hoher magnetischer Flußdichte, das mit 5 g/m² einer Isolierungsschicht beschichtet ist, wird in Längsrichtung in zwei Teile geteilt. Ein Teil des Bandes wird durch die in Fig. 4 dargestellte Bearbeitungs strecke geführt, in der auf dem Stahlband durch Entfernung der Beschichtung durch Bestrahlung mit einem YAG-Laser Stellen mit freiliegender Metalloberfläche erzeugt werden. Das Elektrostahlband wird dann in einer Ätzeinrichtung mit mehreren Reihen von Sprühdüsen für Salpetersäure an den freiliegenden Stellen ge ätzt. Anschließend wird das Elektrostahlband mit Wasser gespült, ge trocknet und schließlich mit 2 g/m² Isolierbeschich tung versehen, um auch die freiliegenden Stellen wieder zu bedecken.

Die Bedingungen der Laserbestrahlung und der Ätzung sind wie folgt:

(1) Laserbestrahlung:
(a) Bestrahlte Oberfläche:	Eine Oberfläche
(b) Energiedichte:	2 mJ/mm²
(c) Bestrahlte Stellen: @	Durchmesser der Punkte (Löcher):	0,2 bis 0,3 mm
Abstand zwischen der Mitte der Punkte in Breitenrichtung:	0,5 mm
Abstand zwischen den Reihen von Punkten in Längsrichtung:	5 mm
(2) Ätzung: @	(a) Art:	Sprüh-Ätzung
(b) Medium:	60 Gew.-% Salpetersäure von 40°C
(c) Anzahl der Reihen von Sprühdüsen:	20
(d) Sprühdauer:	30 Sekunden
(e) Tiefe der Ätzung:	25 µm

Der andere Teil des geteilten Elektrostahlbandes wird in gleicher Weise wie in Beispiel 6 mit einem YAG-Laser bestrahlt. Dieses Band wird dann 60 Sekunden in 60% Salpetersäure von 40°C jedoch ge taucht, wobei die gewünschte Ätztiefe von 0,025 mm erhalten wird. Die folgenden Verfahrensstufen werden wie in Beispiel 6 durchgeführt:
Das Ätzen durch Eintauchen erfordert 60 Sekunden, während das Ätzen durch Sprühen gemäß vorliegender Erfindung 30 Se kunden dauert. Das Sprühverfahren bietet demnach im Vergleich zum Tauchverfahren einen erheblichen Vorteil. Die graphischen Darstellungen der Fig. 7 zeigen die Streuung 6 der Werte der Ätztiefe mit unterem Mittelwert im freiliegenden Metall in Längsrichtung für Bei spiel 6 und das Vergleichsbeispiel. Die graphischen Darstel lungen der Fig. 8 zeigen die Streuung der Werte für den Um magnetisierungsverlust der spannungsarm geglühten Bänder ge mäß Fig. 7.

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

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

Das Verfahren der Erfindung zur Herstellung von korn orientiertem Elektrostahlblech mit niedrigem Ummagnetisie rungsverlust, das keine Verschlechterung der Ummagnetisie rungsverlust-Eigenschaften durch das Spannungsarmglühen auf weist, bringt durch das Ätzen eine deutliche Verbesserung der Eigenschaf ten und der Streuung des Ummagnetisierungsverlustes des Stahl blechs. Es ermöglicht die Erzeugung von kornorientiertem Elektrostahlblech mit stabilen magnetischen Eigenschaften, das sich insbesondere zur Verwendung in Transformatoren mit gewickeltem Kern eignet. Elektrostahlbleche mit geringer Änderung der Werte des Ummagnetisierungsverlustes können er findungsgemäß in technischem Maßstab hergestellt werden.

Während der Ätzung des Stahlbandes wird Eisen gelöst, so daß sich die Fe-Konzentration der Ätzlösung im Laufe des Verfah rens erhöht und ihre Ätzwirkung nach und nach abnimmt. Bisher vorgeschlagene Maßnahmen zur Steuerung dieser Erscheinung sind eine Verminderung der Durchlaufgeschwindigkeit des Elektrostahlban des und damit Erhöhung der Ätzdauer mit abnehmender Ätzwir kung sowie die Zuführung frischer Ätzlösung. Bei Anwendung des erstgenannten Verfahrens auf die Behandlung von korn orientiertem Elektrostahlblech wird jedoch die Durchlaufge schwindigkeit des Elektrostahlbandes nicht nur in der Ätzeinrichtung, sondern auch in der Einrichtung zur Laserbestrahlung vermin dert. Als Folge davon ändern sich auch die Abstände zwischen den bestrahlten Stellen sowie die übrigen Bestrahlungsbedin gungen. Dies führt seinerseits zu einer Änderung der Härtungs bedingungen des Films. Dieses Verfahren ist somit wegen der ungleichmäßigen Eigenschaften des Produktes nachteilig. Zwar ist es möglich, in Abhängigkeit von der Änderung der Durch laufgeschwindigkeit des Elektrostahlbandes auch die Bedingungen der Be strahlung mit einem Laserstrahl sowie der Härtung des Films zu ändern. Dies ist jedoch in der Praxis sehr schwierig. Im Verfahren der Erfindung wird deshalb ein wirksames Ätzver fahren angewendet, in dem die Durchlaufgeschwindigkeit des kornorientierten Elektrostahlbandes stets konstant gehalten werden kann, d. h. nicht vermindert werden muß, auch wenn die Ätzwirkung nach und nach abnimmt. Ein derartiges Ätzverfahren erlaubt konstante Bedingungen für die Laser-Bestrahlung und Härtung. Dieses Ziel wird im Verfahren der Erfindung erreicht durch die Anordnung einer Anzahl von Säure-Sprühdüsen nach der Laser-Bestrahlung, die Kreislaufführung der bereits gesprüh ten Ätzlösung zu den Sprühdüsen, die kontinuierliche Bestrah lung des kornorientierten Elektrostahlbandes mit einem Laser strahl und Ätzung unter konstanter Geschwindigkeit der Band durchführung und die Auswahl der Anzahl von Sprühdüsen in Ab hängigkeit von der Abnahme der Ätzwirkung während der Kreis laufführung der verwendeten Säure.

Das Ätzverfahren wird im einzelnen im Hinblick auf Fig. 4 be schrieben. Das kornorientierte Elektrostahlband S wird stets mit konstanter Geschwindigkeit geführt. Die Sprühdüsen 18 be stehen beispielsweise aus acht Gruppen. Die Ätzwirkung der Salpetersäure wird durch Analyse ihrer Fe-Konzentration be stimmt. Sie kann auch durch Messung der erreichten Abtragungs tiefe von Proben bestimmt werden, die vom Produkt genommen werden. Bei einer Verminderung der Ätzwirkung wird die Ätztiefe geringer. Wenn die Fe-Konzentration einen bestimm ten Wert überschreitet oder die Abtragungstiefe geringer als ein vorgeschriebener Wert wird, werden die Ventile 19 betätigt, um die Anzahl der zur Ätzung eingesetzten Sprühdüsen 18 zu er höhen. Eine derartige Erhöhung der Düsenzahl erfolgt, dadurch daß zusätzliche Düsen in Durchlaufrichtung des Bandes zur Sprühung der Ätzlösung herangezogen werden. Die Abtragungstiefe kann somit trotz Abnahme der Ätzwirkung konstant gehalten werden. Dies erlaubt wiederum ein Konstanthalten der Bedingungen der Laser-Bestrahlung zur Erzeugung der Markierungen und der Be dingungen zum Abtragen von Stahlmasse aus dem Stahlband. Da mit wird die technische Herstellung von kornorientiertem Elektrostahlblech mit stabilen magnetischen Eigenschaften mit hohem Wirkungsgrad ermöglicht.

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

Beispiel 7

0,23 mm dickes kornorientiertes Elektrostahlband mit hoher magnetischer Flußdichte, das eine 5 g/m² Isolierungs beschichtung aufweist, wird in der in Fig. 4 dargestellten Strecke behandelt. Auf den Oberflächen des Bandes werden durch Bestrahlung mit einem YAG-Laser durch Entfernung der Beschich tung Stellen erzeugt, an denen das Metall freiliegt. Dann wer den die Bänder in einer Ätzeinrichtung mit mehreren Reihen Sprühdüsen für Salpetersäure an den freiliegenden Stellen ge ätzt. Die Elektrostahlbänder werden hierauf mit Wasser gewaschen, ge trocknet und abschließend mit einer Isolierungsbe schichtung in einer Menge von 2 g/m² versehen, um auch die freiliegenden Stellen wieder zu bedecken.

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

(1) Bandgeschwindigkeit:
40 m/min (konstant)
(2) Laser-Bestrahlung: @	(a) Bestrahlte Oberfläche:	Eine Oberfläche
(b) Energiedichte:	2 mJ/mm²
(c) Bestrahlte Stellen: @	Durchmesser der Punkte (Löcher):	0,2 bis 0,3 mm
Abstand zwischen der Mitte der Punkte in Breitenrichtung:	0,5 mm
Abstand zwischen den Reihen von Punkten in Längsrichtung:	5 mm
(3) Ätzung: @	(a) Art:	Sprühätzung
(b) Medium:	60 Gew.-% Salpetersäure von 40°C
(c) Anzahl der Reihen von Sprühdüsen:	20
(d) Sprühdauer:	mindestens 30 Sek.
(e) Tiefe der Ätzung:	25 µm

250 t Elektrostahlband werden unter den genannten Bedingungen behandelt. Die Anzahl der in Betrieb genommenen Düsenreihen wird von ursprünglich 4 auf eine Endzahl von 20 erhöht, da während des Ätzens die Salpetersäurekonzentration abnimmt und die Fe-Konzentration ansteigt; vgl. Fig. 9. Die derart be handelten Elektrostahlbänder werden 2 Stunden in N₂ bei 800°C spannungs arm geglüht. Dann werden die Messungen des Ummagnetisierungs verlustes durchgeführt. Die ermittelten Werte sind in Fig. 9 angegeben. Die Werte werden mit Hilfe einer Einrichtung zur Messung der magnetischen Eigenschaften an einem einzelnen Elektrostahlband durchgeführt.

Die in Fig. 9 aufgeführten Ergebnisse zeigen, daß gleich mäßige Ätztiefe und entsprechend gleichmäßige, niedrige Wer te des Ummagnetisierungsverlustes erhalten werden.

Als Ausgangsmaterial werden ebensolche Elektrostahlbänder wie in Beispiel 7 verwendet. Die Laser-Bestrahlung der Bänder wird mit der gleichen Bandgeschwindigkeit wie in Beispiel 7 durchgeführt. Nach der Bestrahlung werden die Elektrostahlbänder dann konstante Zeit von 60 Sekunden in 60gewichtsprozentige Salpetersäure von 40°C eingetaucht. Die nachfolgenden Verfahrensstufen werden wie in Beispiel 7 durchgeführt.

Die Konzentration von Salpetersäure und Eisen in der Ätzlösung zeigt eine ähnliche Entwicklung wie im Verfahren von Beispiel 7. Die Tiefe der Ätzung nimmt aber im Lauf der Zeit ab (vergl. Fig. 10). Dies wird besonders deutlich, nachdem bereits mehr als 100 Tonnen bearbeitet sind. Die Werte des Ummagnetisierungsverlustes dieses Produktes verbessern sich somit nach dem Spannungsarmglühen.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines kornorientierten Elektrostahlbleches oder -bandes mit gegenüber dem abschließenden Spannungsarmglühen beständigem niedrigem Ummagnetisierungsverlust mit folgenden Maßnahmen:

- selektives Entfernen der Oberfläche des schlußtexturgeglühten Elektrostahlbleches bis zu einer Tiefe von 0,01 bis 0,10 mm, wobei die dabei gebildeten Vertiefungen eine Richtung aufweisen, die gegenüber der Walzrichtung um einen Winkel im Bereich von 90° ± 45° gedreht ist,
- Ätzen der selektiv freigelegten Bereiche des Stahlbleches mit einer Säurelösung,
- anschließendes Beschichten des Stahlbleches mit einem Material, welches die vertieften Bereiche der Oberfläche anfüllt, und
- Härten des Beschichtungsmaterials, wobei das gehärtete Beschichtungsmaterial einen anderen thermischen Ausdehnungskoeffizienten als das Stahlblech aufweist und eine Zugspannung auf das Stahlblech ausübt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das selektive Entfernen der Oberfläche bei einem schlußtexturgeglühten mit einer Forsteritschicht versehenen Elektrostahlblech durchgeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrostahlblech mit einer isolierenden Beschichtung auf der Oberfläche der Forsteritschicht versehen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Phosphatschicht zur Erzeugung des eine Zugspannung ausübendenden Materials aufgebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Entfernung durch Bestrahlung mit einem Laser, mit Elektronen, mit IR-Strahlen, durch Anreißen oder durch Erzeugung von Rillen mit einer Formwalze durchgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die selektive Entfernung durch Abtragen aller Beschichtungen vom Stahlblech durchgeführt wird, so daß das Stahlblech an bestimmten Stellen freiliegt, und dann die freiliegenden Stellen des Stahlblechs mit einer Säurelösung geätzt werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtungen durch Bestrahlung mit einem Laser entfernt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß Salpetersäure zum Ätzen verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß Salpetersäure mit einer Konzentration von 20 bis 70 Gewichtsprozent verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß Salpetersäure mit einer Konzentration von 30 bis 60 Gewichtsprozent verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Salpetersäure auf das kornorientierte Elektrostahlblech gesprüht wird.

12. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als isolierende Beschichtung dasselbe Material verwendet wird, mit dem die vertieften Bereiche der Oberfläche gefüllt werden.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche bis zu einer Tiefe von 0,02 bis 0,08 mm entfernt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die vertieften Bereiche die Form von Linien oder Reihen von Punkten haben.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die vertieften Bereiche mit einem Abstand von 2,5 bis 10 mm und einer Breite von 0,1 bis 0,4 mm erzeugt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die vertieften Bereiche in Form von Reihen von Punkten ausgebildet werden, in denen der Abstand zwischen den Punkten höchstens 0,7 mm beträgt.

17. Verfahren nach einem Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verstärkung der Bindung zwischen dem genannten Beschichtungsmaterial und dem Stahlblech in den vertieften Bereichen ein Bindemittel aufgetragen wird.

18. Kornorientiertes Elektrostahlblech oder -band, herstellbar durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17.

19. Vorrichtung zur Erzeugung von kornorientiertem Elektrostahlblech oder -band mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17, umfassend

- eine Einrichtung (10) zum Abwickeln eines kornorientierten Elektrostahlbandes,
- eine Einrichtung (12) zur Bestrahlung mit einem Laserstrahl zum selektiven Entfernen der Oberfläche des kornorientierten Elektrostahlbandes, das von der Abwickeleinrichtung zugeführt wird,
- eine Ätzeinrichtung (13) zum Aufbringen von Säurelösung auf das kornorientierte Elektrostahlband,
- eine Spüleinrichtung (14) zum Abspülen der auf dem kornorientierten Elektrostahlband vorhandenen Säurelösung,
- eine Einrichtung (15) zum Aufbringen einer elektrisch isolierenden Beschichtung auf das gespülte kornorientierte Elektrostahlband,
- eine Einrichtung (16) zum Härten der aufgebrachten elektrisch isolierenden Beschichtung, und
- eine Einrichtung (17) zum Aufwickeln des kornorientierten Elektrostahlbandes.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzeinrichtung eine bestimmte Anzahl von Sprühdüsen (18) umfaßt, die steuerbar mit einer Einrichtung zur Feststellung der Abnahme der Ätzwirkung der Säurelösung, sowie selektiv mit einem Säure- Vorratsbehälter (20) derart verbunden sind, daß die Anzahl der zur Ätzung eingesetzten Düsen in Abhängigkeit von der Abnahme der Ätzwirkung erhöhbar ist.