HINTERGRUND DIESER ERFINDUNG
1. Gebiet dieser Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Herstellung eines kornorientierten Elektrostahlblechs, das als
Eisenkern für eine elektrische Vorrichtung verwendet wird.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein
Verfahren, bei dem die Temperatur zur Erwärmung der Bramme
geringer als 1200ºC ist, d.h. ein Herstellungsverfahren, bei dem
nach Abschluß des Kaltwalzens ein Inhibitor gebildet wird,
womit selbst aus einem Material mit einem hohen Si-Gehalt
ein Produkt mit hoher Flußdichte hergestellt werden kann.
2. Beschreibung des Standes der Technik
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Ein kornorientiertes Elektrostahlblech besteht aus
Kristallkörnern mit einer Goss-Orientierung, bei der die < 001> -Achse
in der Walzrichtung auf der {110}-Ebene liegt (durch die
Miller-Indizes als Orientierung {110}< 001> ausgedrückt), und
es wird als weicher Magnetstahl für den Eisenkern eines
Transformators oder eines elektrischen Gerätes verwendet.
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Dieser Stahl sollte hervorragende Magneteigenschaften
aufweisen, z.B. Magnetisierungs- und
Wirbelstromverlusteigenschaften; ob jedoch die Magnetisierungseigenschaften gut
oder nicht gut sind, hängt von der Dichte des Magnetflusses
ab, der beim angewendeten Magnetfeld im Eisenkern induziert
wird, und wenn ein Produkt mit hoher Flußdichte (ein
kornorientiertes Elektrostahlblech) verwendet wird, kann die
Größe des Eisenkernes verringert werden
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Durch die optimale Anordnung der Orientierung der
Kristallkörner in {110}< 001> kann ein Stahlblech mit hoher
Flußdichte erhalten werden.
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Der Begriff Wirbelstromverlust bezieht sich auf den Verlust
der als Wärmeenergie verbrauchten Leistung, wenn an den
Eisenkern ein wechselndes Magnetfeld angelegt wird; und ob
diese Eigenschaft des Wirbelstromverlustes gut oder schlecht
ist, hängt von der Flußdichte, der Blechdicke, dem Gehalt an
Verunreinigungen im Stahl, dem spezifischen Widerstand, der
Kristallkorngröße und ähnlichem ab.
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Ein Stahlblech mit hoher Dichte ist bevorzugt, da die Größe
des Eisenkerns eines elektrischen Gerätes verringert und der
Wirbelstromverlust reduziert werden kann, und folglich wird
auf diesem Fachgebiet dringend die Entwicklung eines
kostengünstigen Verfahrens zur Herstellung eines Produktes
gefordert, das eine höchstmögliche Flußdichte aufweist.
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Ein kornorientiertes Elektrostahlblech wird durch ein
sekundäres Rekristallisationsverfahren hergestellt, bei dem ein
warmgewalztes Blech, das durch Warmwalzen einer Bramme
erhalten wurde, einer geeigneten Kombination aus Kaltwalzen
und Glühen unterzogen wird, wodurch das Stahlblech mit der
Enddicke gebilet wird, und dieses Stahlblech fertiggeglüht
wird, damit die primär rekristallisierten Körner mit der
Orientierung {110}< 001> selektiv wachsen, d.h. eine
sekundäre Rekristallisation.
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Das Vorhandensein feiner gefällter Materialien, z.B. MnS,
AlN, MnSe, (Al, Si)N und Cu&sub2;S, und zwischenkristalliner
Elemente, wie Sn und Sb, im Stahlblech ist vor der sekundären
Rekristallisation unerlässlich, damit die sekundäre
Rekristallisation erreicht wird. J. E. May und D. Turnbull
(Trans. Met. Soc. AIME 212 (1958), S. 769 - 781) erläutern,
daß diese gefällten Materialien und zwischenkristallinen
Elemente eine selektive Wachstumsfunktion der Körner mit der
Orientierung {110}< 001> ausüben, wobei das Wachstum der
primär rekristallisierten Körner beim Schritt des fertigglühens
in einem Azimut geregelt wird, der von der Orientierung
{110}< 001> abweicht.
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Diese Wirkung der Regelung des Wachstums der Körner wird
allgemein als Inhibitorwirkung bezeichnet.
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Folglich besteht ein ernsthaftes Problem bei der Forschung
auf diesem Fachgebiet darin, zu klären, welches gefällte
Material oder zwischenkristalline Element verwendet werden
sollte, um die sekundäre Rekristallisation zu stabilisieren,
oder wie ein angemessener Erscheinungszustand des gefällten
Materials oder des zwischenkristallinen Elementes erreicht
werden könnte, um das Erscheinungsverhältnis von Körnern zu
verbessern, die die exakte Orientierung {110}< 001>
aufweisen.
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Da ein hoher Regelungsgrad für die Orientierung {110}< 001>
durch die Verwendung einer Art des gefällten Materials
begrenzt ist, wird gegenwärtig ernsthaft die Entwicklung eines
Verfahrens untersucht, mit dem ein Produkt mit hoher
Flußdichte stabil und kostengünstig hergestellt werden kann, und
die Vorteile und Nachteile verschiedener gefällter
Materialien und einer organischen Kombination verschiedener
gefällter Materialien wurde untersucht.
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Bezüglich der Art der gefällten Materialien berichten N. F.
Littmann in der geprüften veröffentlichten Japanischen
Patentanmeldung Nr. 30-3651 und J. E. May und D. Turnbull in
Trans. Met. Soc. AIME 221 (1958), S. 769 - 781 von MnS, von
AlN und MnS berichten Taguchi und Sakakura in der
Japanischen geprüften veröffentlichten Patentanmeldung Nr. 334710,
Fiedler berichtet in Trans. Met. Soc. AIME 212 (1961), S.
1201 - 1205 von VN, von MnSe und Sb wird von Imanaka et al
in der Japanischen geprüften veröffentlichten Patent
anmeldung Nr. 51-13469 berichtet, und J. A. Salsgiver et al
berichten in der Japanischen geprüften veröffentlichten
Patentanmeldung Nr. 57-45818 von AlN und Kupfersulfid.
Außerdem sind TiS, CrS, CrC, NbC und SiO&sub2; bekannt.
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EP-A-219 611 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines
kornorientierten Elektrostahlblechs, das die
Verfahrensschritte
Kaltwalzen, Entkohlen, Glühen in einer feuchten
Wasserstoff/Stickstoff-Atmospähre, Anwendung eines
Abscheiders beim Glühen und Nitrieren umfaßt, damit (Si, Al)N
gefällt wird, dies führt zur sekundären Rekristallisation. Das
Nitrieren kann durch Aufnahme einer Verbindung mit
Nitrierfähigkeit oder durch Anwendung einer nitrierenden Atmospähre
durchgeführt werden.
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US-A-4 202 711 beschreibt ein im allgemeinen ähnliches
Verfahren, bei dem der sekundären Rekristallisation nicht das
Nitrieren sondern das Glühen in einer wasserstoffhaltigen
Atmosphäre vorausgeht und die sekundäre Rekristallisation
nicht durch das Nitrieren sondern durch dieses Glühen
verursacht wird. Dieses Stahlblech enthält Titan, Aluminium
stellt jedoch einen unerwünschten Bestandteil dar.
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Als zwischenkristallines Element führt Tatsuo Saito in
Journal of the Japan Institure of Metals, 27 (1963), S. 186 As,
Sn und Sb auf, diese Elemente werden jedoch bei der
industriellen Produktion nicht allein sondern in Kombination mit
gefällten Materialien verwendet, um eine Hilfswirkung zu
erreichen.
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Charakteristische Inhibitoren werden von H. Grenoble in U.S.
Patent Nr. 3 905 842 (1975) und von H. Fiedler in U.S.
Patent Nr. 3 905 843 (1975) beschrieben. Die Herstellung eines
kornorientierten Elektrostahlblechs mit hoher Flußdichte
wird durch das Vorhandensein einer angemessenen Menge einer
festen Lösung bzw. eines Mischkristalls (nachfolgend als
feste Lösung bezeichnet) von S, B und N ermöglicht.
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Der Standard für die Auswahl eines gefällten Materials, das
für die sekundäre Rekristallisation effektiv ist, wurde noch
nicht vollständig geklärt, Matsuoka vertritt jedoch in Iron
and Steel, 53 (1967), S. 1007 - 1034 eine typische
Auffassung. Diese Auffassung wird nachfolgend zusammengefaßt:
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(1) Die Größe sollte etwa 0,1 µm betragen.
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(2) Das notwendige Volumen beträgt mindestens 0,1
Vol.-%.
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(3) Das gefällte Material sollte bei der sekundären
Rekristallisationstemperatur nicht vollständig gelöst oder
nicht vollständig unlöslich sein, sollte jedoch bis zu einem
angemessenen Ausmaß in eine feste Lösung übergehen.
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Die oben genannten verschiedenen gefällten Materialien
erfüllen einige jedoch nicht alle dieser Forderungen. Beim
erfindungsgemäßen Verfahren, bei dem die Stahlplatte nach dem
Kaltwalzschritt nitriert wird, ist die Forderung (1) ohne
Bedeutung.
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Wie es bereits festgestellt wurde, wurde noch kein
orientierendes Prinzip für die Auswahl des gefällten Materials
aufgestellt, und die Forschung nach einem neuen Verfahren zur
Regelung eines Inhibitors erfolgte aufgrund von Versuchen.
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Damit eine hohe Flußdichte (hoher Integrationsgrad der
Orientierung {110}< 001> ) erreicht wird, muß vor dem
Fertigglühen in der Stahlplatte eine große Menge feines und
gleichmäßig gefälltes Material vorhanden sein, und die Eigenschaften
vor der sekundären Rekristallisation müssen nicht nur durch
die Regelung des gefällten Materials sondern auch gemäß den
Eigenschaften dieses gefällten Materials durch eine
geeignete Kombination aus Walzen und Wärmebehandlung
eingestellt werden.
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Gegenwärtig werden drei typische Verfahren für die
industrielle Produktion von unidirektionalen Magnetstählen gewählt,
und jedes weist Vor- und Nachteile auf.
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Das erste Verfahren ist ein zweistufiges Kaltwalzverfahren
mit MnS als Inhibitor, es wird von M. F. Littmann in der
Japanischen geprüften veröffentlichten Patentanmeldung Nr. 30-
3651 vorgeschlagen. Nach diesem Verfahren wachsen die
sekundär rekristallisierten Körner stabil, es kann jedoch kein
produkt mit hoher Flußdichte erhalten werden.
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Das zweite Verfahren ist ein einstufiges Kaltwalzverfahren,
bei dem als Inhibitor (AlN + MnS) verwendet wird und das
abschließende Kaltwalzen bei einem hohen Grad der
Querschnittsverminderung durchgeführt wird, der 80% übersteigt,
dies wird von Taguchi und Sakakura in der Japanischen
geprüften veröffentlichten Patentanmeldung Nr. 40-15644
vorgeschlagen. Durch dieses Verfahren kann ein Produkt mit sehr
hoher Flußdichte erhalten werden, bei der industriellen
produktion müssen die Herstellungsbedingungen jedoch genau
geregelt werden.
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Das dritte Verfahren ist ein zweistufiges Kaltwalzverfahren,
bei dem als Inhibitor [MnS (und/oder MnSe) + Sb] verwendet
wird, es wird von Imanaka et al in der Japanischen geprüften
veröffentlichten Patentanmeldung Nr. 51-13461 beschrieben.
Nach diesem Verfahren kann eine relativ hohe Flußdichte
erhalten werden, da jedoch giftige und teure Elemente wie Sb
und Se verwendet werden, und das Kaltwalzen zweimal erfolgt,
sind die Herstellungskosten hoch.
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Diese drei Verfahren weisen gemeinsam das folgende Problem
auf. Bei jedem dieser Verfahren muß zur Bildung eines feinen
und gleichmäßig gefällten Materials dieses gefällte Material
auf einmal in eine feste Lösung gebracht werden und folglich
muß die Temperatur zum Erwärmen der Bramme hoch sein.
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Beim ersten Verfahren ist die Temperatur zum Erwärmen der
Bramme höher als 1260ºC, und beim zweiten Verfahren, das in
der Japanischen ungeprüften veröffentlichten Patentanmeldung
Nr. 48-51852 beschrieben wird, unterscheidet sich die
Temperatur zum Erwärmen der Bramme je nach dem Si-Gehalt im
Material: wenn der Si-Gehalt 3% beträgt, lautet die Temperatur
zum Erwärmen der Bramme 1350ºC. Beim dritten Verfahren, das
in der Japanischen ungeprüften veröffentlichten
Patentanmeldung Nr. 51-20716 beschrieben wird, ist die Temperatur zum
Erwärmen der Bramme höher als 1230ºC, und in dem Beispiel,
bei dem eine hohe Flußdichte erhalten wird, liegt die
Temperatur zum Erwärmen der Bramme bei 1320ºC.
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Die Bramme wird auf eine hohe Temperatur erwärmt, um das
gefällte Material in eine feste Lösung zu überführen, und es
wird beim anschließenden Schritt des Warmwalzens oder der
Wärmebehandlung erneut gefällt.
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Da die Temperatur zum Erwärmen der Bramme hoch ist, steigt
der Energieverbrauch für diese Erwärmung und die Ausbeute
wird durch die Bildung von Schlacke vermindert. Außerdem
ergeben sich Probleme, z.B. steigende Kosten für die Reperatur
des Heizofens und eine Verminderung der
Arbeitsgeschwindigkeit dieser Anlage. In der Japanischen geprüften
veröffentlichten Patentanmeldung Nr. 57-41526 wird außerdem
beschrieben, daß ein Abschnitt gebildet wird, bei dem die lineare
sekundäre Rekristallisation unzureichend ist, wenn die
Temperatur zum Erwärmen der Bramme hoch ist, und folglich kann
eine Bramme vom Stranggießen nicht verwendet werden.
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Zusätzlich zum oben genannten Kostenproblem gibt es ein
weiteres ernsthaftes Problem. Wenn eine Maßnahme zur
Verringerung des Wirbelstromverlustes gewählt wird, z.B. eine
Zunahme des Si-Gehalts oder eine Verringerung der Dicke des
Produktes, wird der oben genannte Abschnitt mit
unzureichender linearer sekundärer Rekristallisation deutlich sichtbar
gebildet, und bei einem Verfahren, bei dem die Bramme auf
eine hohe Temperatur erwärmt werden muß, kann keine spätere
Verbesserung der Wirbelstromverlusteigenschaft erreicht
werden.
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Als Maßnahme zur Lösung dieser Probleme schlägt die
Japanische geprüfte veröffentlichte Patentanmeldung Nr. 61-60896
ein Verfahren vor, bei dem die sekundäre Rekristallisation
deutlich stabilisiert wird, wenn der Gehalt an S im Stahl
verringert wird, und es werden eine Erhöhung des Si-Gehalts
und eine Verringerung der Dicke möglich.
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Außerdem können ein Verfahren, das von H. Grenoble in U.S.
Patent Nr. 3 905 842 beschrieben wird und ein Verfahren
genannt werden, das von H. Fiedler in U.S. Patent Nr. 3 905
843 beschrieben wird. Diese Verfahren enthalten jedoch
wesentliche Widersprüche und lassen sich industriell nicht
durchführen. Da der Inhibitor nach diesem Verfahren
hauptsächlich aus einer festen Lösung von S besteht und damit die
feste Lösung von S aufrechterhalten wird, muß der Gehalt an
Mn verringert werden, damit sich kein MnS bildet.
Insbesondere muß die Forderung Mn/S ≤ 2, 1 erfüllt werden. Wie es
jedoch allgemein bekannt ist, hat eine feste Lösung von S
einen negativen Einfluß auf die Zähigkeit des Materials, und
folglich ist es bei einer unidirektionalen
Elektromagnetstahlplatte, die einen hohen Gehalt an Si aufweist und
leicht reißt, bei der industriellen Produktion sehr schwer,
das Material kaltzuwalzen, das eine solche feste Lösung von
S enthält.
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Wie es bereits festgestellt wurde, ist eine Neugestaltung
dieser Inhibitorausführung erforderlich, damit die
Herstellung eines dünnen Produktes möglich wird, das eine hohe
Flußdichte und einen hohen Si-Gehalt hat, bei dem die
Verringerung des Wirbelstromverlustes später möglich wird.
ZUSAMMENFASSUNG DIESER ERFINDUNG
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Die grundlegende Aufgabe dieser Erfindung besteht darin,
eine hohe Flußdichte zu erhalten, indem erreicht wird, daß
in dem Stahlblech vor der Einleitung der sekundären
Rekristallisation eine große Menge feines und gleichmäßig
gefälltes Material vorhanden ist, und ein kornorientiertes
Elektrostahlblech herzustellen, das eine hohe Flußdichte
aufweist, indem die Eigenschaften vor der sekundären
Rekristallisation gemäß dem gebildeten gefällten Material eingestellt
werden.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in
der Bereitstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines
Produktes mit hoher Flußdichte, indem das Erwärmen der
Bramme bei geringer Temperatur durchgeführt wird, wie es bei
einem üblichen Stahl gewählt wird, wobei das Auftreten von
Rissen beim Walzen reduziert wird.
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Die Erfinder dieser Anmeldung haben Wege erforscht, um die
Nachteile herkömmlicher Verfahren zu beseitigen und die oben
genannten Aufgaben zu lösen, und fanden als Ergebnis, daß
ein Elektrostahlblech mit hoher Flußdichte innerhalb eines
großen Bereiches des Reduktionsgrades beim Kaltwalzschritt
erhalten werden kann, wenn die Menge an S und/oder Se in der
Stahlschmelze unter einen bestimmten Wert geregelt wird, ein
Material, in das geeignete Mengen an Al, N und Ti eingeführt
sind, einmal oder mindestens zweimal bei Bedingungen
kaltgewalzt wird, so daß die Menge der festen Lösung von S oder Se
verringert wird, wodurch das Stahlblech mit der Enddicke
gebildet wird, das Entkohlungsglühen durchgeführt wird, der
Stahl mit einem Glühabscheider beschichtet wird, das
Fertigglühen durchgeführt wird, und eine Nitrierungsbehandlung des
Stahlblechs während eines Zeitraums vom Zeitpunkt des
Abschlusses des abschließenden Kaltwalzens bis zum Zeitpunkt
der sekundären Rekristallisation beim Schritt des
Fertigglühens durchgeführt wird.
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Insbesondere wird durch die vorliegende Erfindung ein
Verfahren zur Herstellung eines kornorientierten
Elektrostahlblechs mit hoher Flußdichte bereitgestellt, welches umfaßt
Warmwalzen einer Bramme, die 1,5 - 4,8 Gew.-% Si, 0,012 bis
0,05 Gew.-% Al, 0,025 bis 0,075% C, 0,0010 bis 0,0120 Gew.-%
N, 0,0020 bis 0,0150 Gew.-% Ti, bis zu 0,45 Gew.-% Mn und
bis zu 0,012 Gew.-% von mindestens einem Element umfaßt, das
aus S und Se ausgewählt ist, das die Forderung 0,06 bis 0,6
Ti/N (bei einem Prozent-Verhältnis) und Mn/(S + Se) ≥ 4,0
(Gew.-Verhältnis) erfüllt, Durchführung des Kaltwalzens
einmal oder mindestens zweimal, um die Enddicke zu erhalten,
Durchführung des Entkohlungsglühens in einer feuchten
Wasserstoffatmosphäre oder einer feuchten gemischten
Wasserstoff/Stickstoffatmosphäre, Auftragen eines Glühabscheiders
auf der Oberflache des Stahlblechs, Durchführung des
Fertigglühens für die sekundäre Rekristallisation und Reinigung
des Stahls und Durchführung einer Nitrierungsbehandlung des
Stahlblechs währen eine Zeitraums vom Zeitpunkt des
Abschlusses des abschließenden Kaltwalzens bis zum Zeitpunkt
der Einleitung der sekundären Rekristallisation beim Schritt
des Fertigglühens. Die oben genannte Bramme wird außerdem
vor dem Warmwalzschritt auf eine Temperatur von weniger als
1200ºC erwärmt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine grafische Darstellung, die das Verhältnis
zwischen den zugesetzten Mengen an N und Ti und der
Flußdichte des Produktes bei einem Beispiel dieser
Erfindung zeigt;
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Fig. 2 ist eine grafische Darstellung, die das Verhältnis
zwischen Mn/S und der Kantenrißtiefe des
warmgewaltzen Blechs beim gleichen Beispiel zeigt;
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Fig. 3 (a) und 3(b) zeigen Aufnahmen, des Zustandes der
hervorgerufenen Hemmung in einem Stahlblech, das
keiner Nitrierungsbehandlung unterzogen wurde, bzw.
in einem Stahlblech, daß dieser
Nitrierungsbehandlung unterzogen wurde.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachfolgend werden die Strukturanforderungen beschrieben,
die die vorliegende Erfindung kennzeichnen.
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Wenn der Gehalt an S und Se im Stahl zu hoch ist, wird in
Längenrichtung des Produktes (Band) deutlich sichtbar ein
Abschnitt mit unzureichender linearer sekundärer
Rekristallisation gebildet, und eine stabile Produktion ist
unmöglich. Diese Tendenz herrscht besonders vor, wenn der Gehalt
an Si 3,2% übersteigt (nachfolgend Gehalt in Gew.-%), oder
falls ein dünnes Produkt eine Dicke von weniger als 0,23 mm
(9 mil) aufweist. Um die Bildung eines Abschnittes mit
unzureichender linearer sekundärer Rekristallisation vollständig
zu vermeiden, wird die Obergrenze des Gehaltes an (S + Se)
bei 0,012% festgelegt. Doch selbst wenn diese Forderung
erfüllt wird, wird die Flußdichte beim erfindungsgemäßen
Verfahren durch den Gehalt an S oder Se verringert, der bisher
als für die Erhöhung der Flußdichte effektiv angesehen
wurde. Ein geringerer Gehalt an S oder Se ergibt ein Produkt
mit besserer Flußdichte. Trotzdem beträgt die Untergrenze
des Gehaltes von zumindest einem Element, das aus S und Se
ausgewählt ist, die nach gegenwärtig bekannten Verfahren zur
Herstellung von Elektrostahlblechen ohne zu starke
Kostensteigerung erreicht weren kann, üblicherweise 0,003%.
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Die vorliegende Erfindung soll das Reißen des Materials bei
den Schritten des Warmwalzens und Kaltwalzens vollständig
vermeiden, damit die Herstellungskosten abnehmen, und soll
das Reißen des Materials verhindern, daß auf der festen
Lösung von S oder Se beruht, und deshalb wird die Forderung
Mn/S + Se ≥ 4 festgelegt, damit möglichst viele winzige
Mengen an S und Se als MnS und MnSe fixiert werden.
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Nachfolgend wird die Wirkung beschrieben, die durch den
Zusatz von Ti erreicht wird.
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Warmgewalzte Stahlbleche mit einer Dicke von 2,0 mm werden
hergestellt, indem ein Rohblock mit 50 kg, der 0,048% C,
3,3% Si, 0,14% Mn, 0,009% S, 0,030% P, 0,12% Cr, 0,028%
säurelösliches Al, 10 - 130 ppm N und 12 - 160 ppm Ti enthält,
wobei der Rest Se und unvermeidbare Verunreinigungen umfaßt,
auf 1150ºC erwärmt und warmgewalzt wird.
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Das warmgewalzte Stahlblech wird 2,5 min lang bei 1120ºC und
2 min lang bei 900ºC geglüht und anschließend gebeizt und
bis zu einer Enddicke von 0,20 mm kaltgewalzt. Dann wird das
Entkohlungsglühen bei 830 bis 850ºC 90 s lang in einer
feuchten Atmosphäre von Wasserstoff und Stickstoff
durchgeführt,
und auf das Stahlblech wird ein Glühabscheider
aufgebracht, der aus einer Mischung von MgO, TiO&sub2; und MnN
besteht, und das Fertigglühen erfolgt 20 Stunden lang bei
1200ºC.
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Fig. 1 ist eine grafische Darstellung7 die das Verhältnis
zwischen den zugesetzten Mengen an N und Ti beim Schmelzen
des Stahls und der Flußdichte des Produktes zeigt. Bei den
Mengen 20 bis 150 ppm Ti, 10 bis 120 ppm N und 0,06 bis 0,6
ppm Ti/N (als Prozent-Verhältnis) kann ein Produkt mit hoher
Flußdichte erhalten werden, und zwar einem Wert für B&sub8; von
mindestens 1,90 T. Folglich werden bei dieser
erfindungsgemäßen Ausführungsform die Mengen an Ti, N und Ti/N wie oben
genannt eingeschränkt.
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Bei der vorliegenden Erfindung entspricht der Mittelwert der
Zugabe von N wie folgt dem Mittelwert der Nitrierung.
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Al verbindet sich mit N, wodurch AlN gebildet wird. Bei der
vorliegenden Erfindung muß der Stahl bei einem späteren
Schritt nitriert werden, damit eine Al-haltige Verbindung
gebildet wird. Folglich ist das Vorhandensein einer Menge an
freiem Al erforderlich, die den notwendig Wert übersteigt,
und deshalb muß der Gehalt an Al 0,012 bis 0,050% betragen.
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Nachfolgend werden die Einschränkungen für die anderen
Verbindungen beschrieben.
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Der Gehalt an C beträgt 0,025 bis 0,075%. Wenn der Gehalt an
C geringer als 0,025% ist, wird die sekundäre
Rekristallisation beim Schritt des Fertigglühens instabil, und selbst
wenn diese sekundäre Rekristallisation erfolgt, ist die
Flußdichte des Produktes gering; und wenn der Gehalt an C
höher als 0,075% ist, dauert das Entkohlungsglühen lange und
die Produktivität nimmt ab.
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Der Gehalt an Mn wird im Verhältnis zum Gehalt zu S
bestimmt, wobei das Reißen deutlich abnimmt, wenn Mn/S ≥ 4
ist; und besonders in dem Fall, bei dem eine Bramme nur
gering erwärmt wird und die Erwärmungstemperatur 1150ºC
beträgt und keine feste Lösung von Mn/S auftritt, wird nur
ein geringes Reißen verursacht. Das Verhältnis zwischen Mn/S
und der Kantenrißtiefe ist in Fig. 2 gezeigt. Damit das
Absplittern beim warmgewalzten Blech verhindert wird, muß
nur die Forderung Mn/S ≥ 4 erfüllt werden. Trotzdem beträgt
die Obergrenze für den Gehalt an Mn vorzugsweise 0,045%.
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Die sekundäre Rekristallisation erfolgt noch immer, ob nun
die Temperatur zum Erwärmen der Bramme entweder eine hohe
Temperatur ist, die eine feste Lösung des Inhibitors
hervorruft, wie es bei herkömmlichen Verfahren gewählt wird, oder
eine geringe Temperatur ist, die für einen üblichen Stahl
gewählt wird, was bei herkömmlichen Verfahren als ungeeignet
angesehen wird; die Temperatur zum Erwärmen der Bramme ist
jedoch vorzugsweise geringer als 1200ºC, da dies das Reißen
der Seitenkantenabschnitte des warmgewalzten Blechs
verringert, wie es in Fig. 2 gezeigt ist, die Erzeugung von
Schlacke dadurch geregelt und die verbrauchte Wärmemenge zum
Erwärmen der Bramme verrringert wird.
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Für die Schritte nach dem Warmwalzen wird das warmgewalzte
Material vorzugsweise während eines kurzen Zeitraums
geglüht, wodurch ein Produkt mit der höchsten Flußdichte
erhalten wird, und bei einer starken Reduktion beim Walzen von
mehr als 80% bis zur abschließenden Blechdickte gewalzt.
Wenn eine gewisse Verringerung der Magneteigenschaften
toleriert werden kann, kann das Glühen der warmgewalzten Bleche
weggelassen werden, um die Kosten zu reduzieren. Damit die
Korngröße des Endproduktes verringert wird, kann das
Kaltwalzen mit dazwischenliegendem Glühen mindestens zweimal
durchgeführt werden.
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Nach dem abschließenden Kaltwalzen wird das Material dem
Entkohlungsglühen in einer Atmosphäre aus feuchtem
Wasserstoff oder einer Mischung aus feuchtem Wasserstoff und
Stickstoff unterzogen. Die Temperatur des Entkohlungsglühens
ist nicht besonders kritisch, sie beträgt jedoch
vorzugsweise 800 bis 900ºC. Der Taupunkt der Atmosphäre wird
vorzugsweise auf einen Wert von mehr als +30ºC eingestellt.
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Dann wird auf dem Material ein Glühabscheider aufgebracht
und das Fertigglühen wird über einen langen Zeitraum bei
einer hohen Temperatur (im allgemeinen 1100 bis 1200ºC)
durchgeführt. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beim Nitrieren des Stahls wird
der Stahl bei der Temperaturerhöhung für das alleinige
Fertigglühen nitriert, und durch dieses Nitrieren wird ein für
die sekundäre Rekristallisation erforderlicher Inhibitor im
Stahl gebildet. Damit diese Nitrierung erfolgt, wird eine
geeignete Menge einer Verbindung, die ein Nitriervermögen
aufweist, z.B. MnN oder CrN, dem Glühabscheider zugesetzt,
oder es wird ein Gas mit Nitriervermögen, z.B. NH&sub3;, in die
Gasatmospähre eingeführt.
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Da beim erfindungsgemäßen Verfahren die Temperatur zum
Erwärmen der Bramme gering ist und unter 1200ºC liegt, werden
AlN und MnS, die beim Schritt es Gießens in der groben Form
gefällt werden, nicht wieder als feste Lösung gelöst.
Folglich wird kein Inhibitor erhalten, um das Wachstum der durch
die primäre Rekristallisation gebildeten Körner zu regeln,
der bei herkömmlichen Verfahren erhalten wird, und folglich
werden bei der vorliegenden Erfindung AlN und (Al, Si)N
durch Nitrieren des Stahlblechs nach Abschluß des
Kaltwalzens gebildet und wirken als Inhibitor.
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Fig. 3 zeigt, daß eine statische Bildung des Inhibitors bei
einem Stahlblech (a), das dem Entkohlungsglühen unterzogen
wurde, und bei einem Stahlblech (b) beobachtet wird, das
nach dem Entkohlungsglühen mit einem Glühabscheider
beschichtet wird, in den MnN eingeführt ist, und das während
der Temperaturerhöhung für das Fertigglühen auf 1000ºC
erwärmt wird (beim Anfangs schritt des Fertigglühens wird das
Stahlblech durch MnN nitriert). Es ist ersichtlich, daß der
Inhibitor beim Stahlblech (b) deutlich zunimmt.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung wird das Stahlblech (Band) nach dem
Durchwärmungsschritt beim Verfahren zum Entkohlungsglühen in einer
Gasatmosphäre, die ein Gas mit Nitriervermögen enthält, nitriert,
oder das Stahlblech wird nach dem Entkohlungsglühen in einem
Wärmebehandlungsofen nitriert, der sich in einer anderen
Position befindet und eine Gasatmosphäre aufweist, die ein Gas
mit Nitriervermögen, z.B. NH&sub3;, enthält. Diese Verfahren
können in Kombination gewählt werden.
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Das Stahlblech, bei dem die sekundäre Rekristallisation
abgeschlossen ist, wird dem Reinigungsglühen in einer
Wasserstoffatmosphäre unterzogen.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend detailliert
anhand der folgenden Beispiele beschrieben, die den
Schutzumfang der Erfindung nicht einschränken sollen.
Beispiel 1
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Ein Rohblock, der 0,048% C, 3,3% Si, 0,15% Mn, 0,030% P,
0,007% S, 0,10% Cr, 0,028% Al, 0,0080% N und 10 ppm (a), 25
ppm (b), 50 ppm (c) oder 80 ppm (d) Ti enthält, wurde auf
1200ºC erwärmt und warmgewalzt, wodurch ein warmgewalztes
Blech mit einer Dicke von 0,20 mm erhalten wurde. Dieses
warmgewalzte Blech wurde anschließend 2 min lang bei 1100ºC
geglüht und einmal bis zu einer Dicke von 0,20 mm
kaltgewalzt. Das Entkohlungsglühen erfolgte in einer gemischten
Atmosphäre aus feuchten Wasserstoff/Stickstoff mit einem
Taupunkt von +60ºC.
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Ein Glühabscheider aus MgO, der 3 Gew.-% TiO&sub2; und 5 Gew.-%
Ferromangannitrid enthielt, wurde auf die Oberfläche des
Blechs aufgebracht, das Fertigglühen erfolgte bei einer
Erhöhung der Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 10ºC/h
auf 1200ºC, und das Blech wurde 20 Stunden lang bei dieser
Temperatur gehalten.
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Eine Atmosphäre, die 25% N&sub2; und 75% H&sub2; umfaßte, wurde bei
der Erhöhung der Temperatur auf 1200ºC verwendet, und
während das Stahlblech bei 1200ºC gehalten wurde, wurde eine
Atmosphäre verwendet, die 100% H&sub2; umfaßte.
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Die Flußdichten der erhaltenen Produkte sind nachfolgend
gezeigt.
Zugesetzte Menge an Ti (ppm)
B&sub8; (T)
Beispiel 2
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Eine Siliciumstahlbramme, die 0,050% C, 3,25% Si, 0,12% Mn,
0,0025% P, 0,12% Cr, 0,027% Al, 0,0075% N, 0,0060% Ti und
0,003% (a), 0,008% (b) oder 0,018% (c) S enthielt, wurde auf
1150ºC erwärmt und warmgewalzt, wodurch ein warmgewalztes
Blech mit einer Dicke von 1,8 mm erhalten wurde. Dieses
warmgewalzte Blech wurde anschließend 2 min lang bei 1100ºC
geglüht und einmal bis zu einer Dicke von 0,18 mm
kaltgewalzt. Das Entkohlungsglühen erfolgte in einer gemischten
Atmosphäre aus feuchtem Wasserstoff/Stickstoff mit einem
Taupunkt von +55ºC.
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Auf die Oberflächen des Blechs wurde ein Glühabscheider aus
MgO aufgebracht, der 5 Gew.-% TiO&sub2; und 5 Gew.-%
Ferromangannitrid enthielt, das Fertigglühen erfolgte durch Erhöhung
der Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 15ºC/h auf
1120ºC, und das Blech wurde 20 Stunden lang bei dieser
Temperatur gehalten.
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Die Gasatmosphäre war dabei die gleiche wie in Beispiel 1.
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Die Magneteigenschaften des Produkes sind nachfolgend
gezeigt.
Zugesetzte Menge an S (%)
B&sub8; (T)
Beispiel 3
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Eine Bramme, die 0,048% C, 3,4% Si, 0,13% Mn, 0,003% P,
0,030% Al, 0,0080% N, 0,0100% Se, 0,0080% Ti enthielt, wurde
auf 1200ºC erwärmt und warmgewalzt, wodurch ein
warmgewalztes Blech mit einer Dicke von 2,0 mm erhalten wurde. Das
warmgewalzte Blech wurde anschließend 2 min lang bei 1150ºC
und 2 min lang bei 900ºC geglüht und dann schnell abgekühlt
und gebeizt und anschließen einmal bis zu einer Dicke von
0,20 mm kaltgewalzt.
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Danach wurde das Stahlblech 90 s lang dem Entkohlungsglühen
bei 830ºC unterzogen und mit einem Glühabscheider aus MgO
beschichtet, der 5 Gew.% Ferromangannitrid enthielt, bei
einer Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung von 10ºC/h auf
1200ºC erwärmt und 20 Stunden lang bei 1200ºC geglüht. Ein
gemischtes Gas, das 50% N&sub2; und 50% H&sub2; umfaßte, wurde bei der
Erhöhung der Temperatur auf 1200ºC als Atmosphäre verwendet,
und beim Durchwärmungsschritt bei 1200ºC wurde ein Gas als
Atmosphäre verwendet, das 100ºC H&sub2; umfaßte.
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Die Magneteigenschaften des Produktes sind nachfolgend
gezeigt.
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Flußdichte B&sub8; (T) : 1,94
Beispiel 4
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Eine Bramme, die 0,043% C, 3,2% Si, 0,14% Mn, 0,009% S,
0,030% P, 0,027% Al, 0,0070% N und 0,0010% (a) oder 0,0090%
(b) Ti enthielt, wurde auf 1150ºC erwärmt und warmgewalzt,
wodurch ein warmgewalztes Blech mit einer Dicke von 2,3 mm
erhalten wurde.
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Dieses warmgewalzte Blech wurde gebeizt und einmal bis zu
einer Dicke von 0,30 mm kaltgewalzt, danach erfolgte das
Entkohlungsglühen bei 830ºC während eines Zeitraums von 150
s, das Stahlblech wurde mit einem Glühabscheider aus MgO
beschichtet, der TiO&sub2; und CrN enthielt, bei einer
Geschwindigkeit der Temperaturerhöhung von 15ºC/h auf 1200ºC erwärmt,
und 20 Stunden bei 1200ºC gehalten, um das Fertigglühen
durchzuführen. Ein gemischtes Gas, das 50% N&sub2; und 50% H&sub2;
umfaßte, wurde bei der Erhöhung der Temperatur als Atmosphäre
verwendet, und beim Halten des Blechs bei 1200ºC wurde ein
Gas als Atmosphäre verwendet, das 100% H&sub2; umfaßte.
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Die Magneteigenschaften der Produkte sind nachfolgend
gezeigt.
Brame
B&sub8; (T)
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Wie es aus den vorstehenden Ergebnissen deutlich wird, wurde
ein Produkt mit hoher Flußdichte erhalten, wenn ein Gehalt
an Ti eingeschlossen war.
Beispiel 5
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Eine Bramme, die 0,050% C, 3,5% Si, 0,14% Mn, 0,007% S,
0,030% P, 0,031% Al, 0,0075% N und 0,0065% Ti enthielt,
wurde auf 1150ºC erwärmt und warmgewalzt, wodurch ein
warmgewalztes Blech mit einer Dicke von 2,5 oder 1,6 mm erhalten
wurde. Das warmgewalzte Blech mit der Dicke von 2,5 mm wurde
gebeizt und einmal bis zu einer Dicke von 1,6 mm
kaltgewalzt. Das warmgewalzte Blech und das kaltgewalzte Blech mit
1,6 mm wurden gleichzeitig 2,5 min lang bei 1120ºC geglüht
und danach schnell abgekühlt.
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Die oben genannten Bleche wurden kaltgewalzt, wodurch eine
Dicke von 0,150 mm erhalten wurde, das Entkohlungsglühen
erfolgte 70 s lang bei 830ºC, die Bleche wurden mit einem
Glühabscheider aus MgO beschichtet, der TiO&sub2; und MnN
enthielt, und wurden 20 Stunden lang bei 1200ºC gehalten um
das Fernigglühen durchzuführen. Ein gemischtes Gas, das 25%
N&sub2; und 75% H&sub2; enthielt, wurden bei der Erhöhung der
Temperatur als Atmosphäre verwendet, und ein Gas, das 100% H&sub2;
umfaßte, wurde beim Halten der Bleche bei 1200ºC als
Atmosphäre verwendet.
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Die Magneteigenschaften der Produkte sind nachfolgend
gezeigt.
Zweistufiges Walzverfahren (Dicke des warmgewalzten Blechs = 2,5 mm)
Einstufiges Walzverfahren (Dicke des warmgewalzten Bleches = 1,6 mm)
Kristallkörngröße
Beispiel 6
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Eine Bramme, die 0,053% C, 3,35% Si, 0,14% Mn, 0,006% S,
0,030% P, 0,032% Al, 0,0073% N und 0,0060% Ti enthielt,
wurde auf 1150ºC erwärmt und warmgewalzt, wodurch ein
warmgewalztes Blech mit einer Dicke von 1,8 mm erhalten wurde,
und 2 min lang bei 1120ºC geglüht, anschließend einmal bis
zur Enddicke von 0,20 mm kaltgewalzt, und das
Entkohlungsglühen erfolgte 70 s lang bei 850ºC. Danach wurde das Blech
3 min lang in Stickstoffgas, das 5% NH&sub3; enthielt, auf 650ºC
erwärmt und mit einem Glühabscheider aus MgO beschichtet,
und das Fertigglühen erfolgte durch Erwärmen des Blechs bei
einer Geschwindigkeit von 10ºC/h auf 1200ºC und Halten
dieses Blechs bei 1200ºC während eines Zeitraums von 20
Stunden.
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Die Magneteigenschaften des erhaltenen Produktes sind
nachfolgend gezeigt, es wurde eine hohe Flußdichte erhalten.
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Flußdichte B&sub8;(T) : 1,94
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Wie es aus der vorangegangenen Beschreibung deutlich wird,
werden durch die vorliegende Erfindung unidirektionale
Elektromagnetstahlbleche mit hoher Flußdichte bei einer
beträchtlichen Verringerung des Reißens beim Walzen erhalten,
selbst wenn das Erwärmen der Bramme auf eine geringe
Temperatur angewendet wurde, was üblicherweise bei gewöhnlichen
Stahlblechen gewählt wird, und deshalb ist die vorliegende
Erfindung vom industriellen Standpunkt sehr vorteilhaft.