DE68925795T2

DE68925795T2 - Sehr dünnes elektrisches Stahlband mit kleinem Kernverlust und hoher magnetischer Fluxdichte und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE68925795T2
Application number: DE68925795T
Authority: DE
Inventors: Norito R D Laboratories Abe; Osamu Honjo; Sadami R D Laboratorie Kousaka; Tadashi R D Laborator Nakayama; Tadao R D Laboratories Nozawa; Yoshiyuki R D Laborat Ushigami
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1988-12-22
Filing date: 1989-12-22
Publication date: 1996-07-11
Anticipated expiration: 2009-12-23
Also published as: KR900010034A; DE68925795D1; CA2006292C; EP0374948B1; EP0374948A3; EP0374948A2; KR930005897B1; CA2006292A1; US5415703A

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung betrifft ein sehr dünnes elektrisches Stahlband, in dem die Körner oder Kristalle eine < 001> Achse leichter Magnetisierung aufweisen, die parallel zur Walzrichtung des Bandes liegt, und die {110} Ebene des Kristallgitters parallel zur Bandoberfläche liegt, d.h. einen {110} < 001> Orientierungstyp wie in den Miller-Indices bezeichnet, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Das erfindungsgemäße Band weist trotz seiner geringen Dicke eine hohe Fluxdichte und einen geringen Kernverlust auf und eignet sich zur Herstellung von Transformatoren für Hochfrequenzstromquellen und Steuerungsvorrichtungen.

Hintergrundtechnik

Das Grundkonzept der magnetischen Eigenschaften von kornorientierten elektrischen Stahlblechen wurde erstmals studiert, als man 1926 die magnetische Anisotropie eines Einkristalls von Eisen entdeckte [K. Honda und S. Kaya: Sci. Reps., Tohoku Imp. Univ. 15 (1926), S. 721]. Seit N.P. Goss ein Verfahren zur Herstellung eines Materials mit einer {110} < 001> Struktur erfand (US-A- 1,965,559), ist es möglich, kornorientierte elektrische Stahlbänder mit stark verbesserten magnetischen Eigenschaften zu produzieren.
Die Aggregation von Körnern mit einer Orientierung vom Typ {110} < 001> in elektrischen Stahlbändern wird dadurch erreicht, daß man sich ein sekundäre Umkristallisation genanntes katastrophales Phänomen des Kettenwachstums zunutze macht. Die Steuerung der sekundären Umkristallisation erfordert im wesentlichen die Steuerung der Struktur einer primären Umkristallisation vor der sekundären Umkristallisation und die Steuerung eines Inhibitors, d.h. eines feinen Niederschlags, oder eines Elements des interkristallinen Segregationstyps. Der Inhibitor hemmt das Wachstum aller anderen Körner außer denen mit dem {110} < 001> Orientierungstyp in der primären Umkristallisationsstruktur und ermöglicht das selektive Wachstum der Körner mit einem {110} < 001> Orientierungstyp.
In GB-A-997 339 wird ein Verfahren zur Herstellung eines magnetischen Blechs aus einer Eisen-Silicium- Legierung offenbart, das überwiegend {110} < 001> orientiert ist.
Die folgenden sind drei typische Verfahren, die für die industrielle Herstellung von kornorientierten elektrischen Stahlbändern oder -blechen bekannt sind:
(1) Das von M.F. Littmann in US-A-2,599,340 (Japanisches Patent Nr. 3651/1955) offenbarte Verfahren, bei dem zwei Kaltwalzschritte unter Verwendung von MnS als Inhibitor eingesetzt werden.
(2) Das von Taguchi und Sakakura in US-A-3,287,183 (Japanisches Patent Nr. 15644/1965) offenbarte Verfahren, das eine Reduktionsgeschwindigkeit von mehr als 80 % beim letzten Kaltwalzschritt unter Verwendung eines AlN und MnS umfassenden Inhibitors einsetzt und
(3) das von Imanaka et al. in US-A-3,932,234 (Japanisches Patent Nr. 13469/1976) offenbarte Verfahren, das zwei Kaltwalzschritte unter Verwendung eines MnS (oder MnSe) und Sb enthaltenden Inhibitors umfaßt.
Diese Verfahren haben es möglich gemacht, im industriellen Maßstab kornorientierte elektrische Stahlbänder zu produzieren, in denen die Körner mit einem {110} < 001> Orientierungstyp einen so hohen Schärfegrad aufweisen, daß die Bänder eine magnetische Fluxdichte (B&sub8;-Wert) von etwa 1,92 Tesla aufweisen. Mit abnehmender Blechdicke reagiert der Inhibitor jedoch sensibel auf Veränderungen an der Grenzfläche, was es schwierig macht, die dünnen kornorientierten elektrischen Stahlbänder auf industrieller Basis herzustellen. Deshalb weisen die meisten im Handel erhältlichen Stahlbänder eine Dicke auf, die nicht geringer als 0,20 mm ist.
Der Kernverlust von kornorientierten elektrischen Stahlbändern im Hochfrequenzbereich steigt im Verhältnis zum Quadrat ihrer Dicke, wie beispielsweise R.H. Pry und C.P. Bean in J. Appl. Phys. 29 (1958), S. 532, berichten. Deshalb ist es besonders wichtig, ein Band von geringer Dicke herzustellen, wenn man ein Blech mit geringem Kernverlust erhalten will.
1949 offenbarte M.F. Littmann in US-A-2,473,156 ein Verfahren zur Herstellung sehr dünner Siliciumstahlbänder. Bei diesem Verfahren wird ein Ausgangsmaterial mit einer Kristallorientierung vom Typ {110} < 001> kalt gewalzt und einer Umkristallisationsbehandlung unterzogen, ohne daß man einen Inhibitor verwendet. Die Produkte dieses Verfahrens hatten eine Dicke von 1 bis 5 Mil (24,5 bis 127 µm), eine magnetische Fluxdichte (B&sub8;-Wert) von 1,600 bis 1,815 Tesla und einen Kernverlust von 0,26 bis 0,53 W/lb. (0,44 bis 0,90 W/kg) bei einer Frequenz von 60 Hz und eine maximale magnetische Fluxdichte von 1,0 T. Das Verfahren wird immer noch zur Herstellung sehr dünner elektrischer Stahlbänder verwendet.
In "Einführung in die Metallkunde", ISBN 3-411-00196-8, S. 159 (1968) wird die Korngrößenverteilung aufgezeigt, die sich aus der primären bzw. sekundären Kristallisation ergibt.

Offenbarung der Erfindung

Als Ergebnis der bemerkenswerten Entwicklung elektronischer Apparate ist in jüngerer Zeit die Nachfrage nach kleineren und effizienteren Transformatoren für Hochfrequenzstromquellen und Steuerungvorrichtungen gestiegen. Jedoch hat das derzeit erhältliche sehr dünne elektrische Stahlband wie hier bereits ausgeführt eine geringe magnetische Fluxdichte. Diese ist so gering, daß die Auswahl eines ausreichend hohen Designwertes der magnetischen Fluxdichte zur Erzielung einer zufriedenstellenden Größenverringerung des Apparates nicht möglich ist. Darüber hinaus weist es vor allem in einem hohen Anregungsbereich einen sehr hohen Kernverlust auf.
Die Erfinder haben herausgefunden, daß ein sehr dünnes elektrisches Stahlband mit einem geringen Kernverlust vor allem in einem hohen Anregungsbereich aus einem Material bestehen muß, das einen Siliciumgehalt von nicht mehr als 8 % aufweist und ansonsten im wesentlichen aus Eisen besteht. Sein durchschnittlicher Korndurchmesser darf 1,0 mm und seine Dicke 150 µm nicht übersteigen. Ferner sollte es einen B&sub8;/Bs-Wert (magnetische Fluxdichte/magnetische Sättigungsfluxdichte) von mehr als 0,9 aufweisen. Hiermit wird ein elektrisches Stahlband, das diese Anforderungen erfüllt, sowie ein nachstehend im einzelnen beschriebenes Verfahren zu seiner Herstellung vorgeschlagen.
Bezüglich des Magnetisierungsmechanismus, der den Kernverlust eines elektrischen Materials bestimmt, war es bisher üblich, den Schärfegrad in der Kristallorientierung des Materials als unwichtigen Faktor in einem hohem Frequenzbereich zu betrachten. Wie aus folgender Aussage hervorgeht, galt es vielmehr als wichtig, sich zur Erhöhung der Widerstandsfähigkeit des Materials eines anderen Verfahrens, z.B. der Erhöhung der Siliciummenge, zu bedienen:
"Obwohl die Bewegung der magnetischen Domänenwände im Verfahren der statischen oder Niedrigfrequenzmagnetisierung eine wichtige Rolle spielt, gilt es im Hochfrequenzbereich als wichtiger, die Magnetisierung durch Domänenrotation zu erreichen, denn im Hochfrequenzbereich sind die Domänenwände nicht nur schwierig zu bewegen, sondern ihre Bewegung führt auch zu Energieverlust." [Chikazumi: Applied Physics (Angewandte Physik) 53 (1984), S. 294].
Nach Y. Takada et al., die in J. Appl. Phys., 64 (1988), S. 5357 bis 5369, kornorientierte und nicht orientierte elektrische Stahlbänder und 6,5 % Si-Fe vergleichen, weist beispielsweise das kornorientierte elektrische Stahlband mit einer kontrollierten Kristallorientierung bei einer Frequenz von 50 Hz den geringsten Kernverlust auf. Bei einer Frequenz von 10 kHz weist jedoch 6,5 % Si-Fe den geringsten Kernverlust auf und die kornorientierten und nicht kornorientierten elektrischen Stahlbänder mit einem im wesentlichen gleichen Siliciumgehalt weisen keinen merklichen Unterschied im Kornverlust auf. Deshalb liegt auf der Hand, daß die Kristallorientierung in einem hohen Frequenzbereich sich nicht wesentlich auf den Kernverlust auswirkt (siehe Tabelle 1). Tabelle 1 Dicke (mm) Kernverlust (W/kg) Kornorientiertes elektrisches Stahlband (3,2 % Si) Nicht orientiertes elektrisches Stahlband (3,0 % Si
Als Ergebnis unserer Forschungen an sehr dünnen elektrischen Stahlbändern, die zur Herstellung von Transformatoren für Hochfrequenzstromquellen, Steuerungsvorrichtungen usw. verwendet werden, haben wir als Erfinder herausgefunden, daß ein sehr dünnes elektrisches Stahlband mit einer Dicke von höchstens 150 µm, einem Korndurchmesser von höchstens 1,0 mm und einem B&sub8;/Bs-Wert für die magnetische Fluxdichte von mehr als 0,9 im Hochfrequenzbereich einen bemerkenswert geringen Kernverlust aufweist.
Fig. 1 (a) zeigt das Verhältnis zwischen magnetischer Fluxdichte und Kernverlust, das bei 1,5 T und 1000 Hz gemessen wird. Daraus geht deutlich hervor, daß das Band mit einem B&sub8;-Wert von 1,85 Tesla oder höher (B&sub8;/Bs > 0,9) in einem hohen Frequenzbereich einen geringen Kernverlust aufweist. Fig. 1 (b) zeigt das Verhältnis zwischen Kernverlust und Frequenz der erfindungsgemäßen sehr dünnen elektrischen Stahlbänder mit einer magnetischen Fluxdichte oder einem B&sub8;-Wert von 1,94 T, die durch weiße Kreise gezeigt werden, und das von herkömmlichen Produkten mit einem B&sub8;-Wert von 1,60, die durch schwarze Kreise gezeigt werden. Daraus geht deutlich hervor, daß ein sehr dünner elektrischer Streifen mit einer hohen magnetischen Fluxdichte in einem Hochfrequenzbereich einen geringen Kernverlust aufweist. Ein sehr dünnes elektrisches Stahlband mit einer hohen magnetischen Fluxdichte weist nicht nur einen geringen Kernverlust auf, sondern ermöglicht auch die Wahl hoher Designwerte für die magnetische Fluxdichte. Dadurch erzielt man eine Größenverringerung der Apparate und eine deutliche Verbesserung in den Eigenschaften der Transformatoren oder Steuerungsvorrichtungen für Hochfrequenzstromquellen.
Als Ergebnis unserer Forschungen haben wir herausgefunden, daß ein sehr dünnes elektrisches Stahlband, das nicht mehr als 8,0 Gew.-% Silicium und 0,005 bis 0,30 Gew.-% Sn, Sb oder beides enthält und ansonsten im wesentlichen aus Eisen besteht, und eine Dicke von höchstens 150 µm, einen Korndurchmesser von höchstens 1,0 mm und einen B&sub8;/Bs-Wert für die magnetische Fluxdichte von mehr als 0,9 aufweist, im Hochfrequenzbereich einen sehr geringen Kernverlust hat.
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen sehr dünnen elektrischen Stahlbandes beschrieben.
Wir waren der Ansicht, daß eine Verringerung der Dicke eines elektrischen Stahlbandes es schwierig machen würde, einen Inhibitor zu steuern und, wie vorstehend bereits angesprochen, eine stabile sekundäre Umkristallisation zu erreichen, und haben die Möglichkeit studiert, einen hohen Schärfegrad von Körnern mit einem {110} < 001> Orientierungstyp durch primäre Umkristallisation ohne Verwendung eines Inhibitors zu erzielen. Im Ergebnis haben wir herausgefunden, daß es möglich ist, ein sehr dünnes elektrisches Stahlband mit einer Aggregation von Körnern mit einem scharfen {110} < 001> Orientierungstyp und einem geringen Kernverlust herzustellen, wenn man ein Ausgangsmaterial verwendet, das kornorientierten elektrischen Stahl mit einem sehr hohen Schärfegrad von Körnern mit einem {110} < 001> Orientierungstyp umfaßt, es zu einer endgültigen Dicke von höchstens 150 µm walzt und es durch Glühen einer primären Umkristallisation unterzieht, wobei die Umkristallisation von der Korngrenze gehemmt wird.
Wir haben das durch folgendes Experiment herausgefunden: Als Ausgangsmaterial verwendeten wir ein kornorientiertes elektrisches Stahlband, das nach Gewicht 3,3 % Si, 0,002 % C, 0,002 N, 0,002 % Al, 0,0002 S und 0,13 Mn enthielt und ansonsten aus Eisen bestand. Es hatte eine Kornstruktur vom {110} < 001> Orientierungstyp, eine magnetische Fluxdichte (B&sub8;-Wert) von 1,92 T, einen durchschnittlichen Korndurchmesser von 40 mm und eine Dicke von 0,30 mm. Wir walzten es kalt zu einer endgültigen Dicke von 0,09 mm (90 µm) und glühten es 10 Minuten bei 850ºC, um seine primäre Umkristallisation abzuschließen.
Fig. 2 zeigt die Struktur des durch dieses Experiment erhaltenen Produkts. Daraus geht hervor, daß die Körner der primären Umkristallisation nicht nur solche mit einem {110} < 001> Orientierungstyp, sondern auch solche mit einem {111} < 011> Orientierungstyp umfassen. Eine Zunahme letzteren Korntyps führt zur Verringerung der magnetischen Fluxdichte.
Die Struktur unterscheidet sich klar von der, die man durch das von Littmann in US-A-2,437,156 offenbarte Verfahren erhält, denn diese weist einen Orientierungstyp von {210} < 001> bis {310} < 001> auf. Dies ist offenbar darauf zurückzuführen, daß das von Littman verwendete Ausgangsmaterial eine magnetische Fluxdichte oder einen B&sub1;&sub0;-Wert von nur 1,74 % sowie eine schlechte Orientierung des Typs {110} < 001> aufwies. Daraus folgt deshalb, daß die Herstellung eines Produkts mit einer hohen magnetischen Fluxdichte die Verwendung eines Ausgangsmaterials mit einem hohen Orientierungsgrad des Typs {110} < 001> und die Inhibition der primären Umkristallisation von Körnern mit einem {111} < 001> Orientierungstyp erfordert. Als Ergebnis unserer Forschungen über Kaltwalzen und Umkristallisation des Ausgangsmaterials haben wir herausgefunden, daß die Körner mit einem {110} < 001> Orientierungstyp in den Körnern des Ausgangsmaterials Keime bilden und wachsen, während die Körner mit einem {111} < 001> Orientierungstyp von der Korngrenze aus Keime bilden und wachsen (siehe Fig. 10 (a) und 10 (b)).
Diese Entdeckung lehrt, daß es möglich ist, ein sehr dünnes Produkt mit einem hohen Orientierungsgrad des Typs {110} < 001> zu erhalten, wenn man ein Ausgangsmaterial mit einem geringen Korngrenzenbereich verwendet oder das Entstehen von Keimen von der Korngrenze hemmt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 (a) ist eine Kurve, die die magnetische Fluxdichte und den Kernverlust sehr dünner, durch verschiedene Verfahren hergestellter elektrischer Stahlbänder zeigt.
Fig. 1 (b) ist eine Kurve, die den Kernverlust sehr dünner elektrischer Stahlbänder mit verschiedenen magnetischen Fluxdichten im Verhältnis zur Frequenz zeigt.
Fig. 2 ist eine Polzahl, die die Struktur des aus dem Experiment, auf dem die Erfindung beruht, erhaltenen Produkts zeigt.
Fig. 3 ist eine Kurve, die die magnetische Fluxdichte (B&sub8;-Wert) der erfindungsgemäßen sehr dünnen elektrischen Stahlbänder mit Sn im Verhältnis zu ihrem Sn- Gehalt zeigt.
Fig. 4 ist eine Kurve, die die magnetische Fluxdichte der erfindungsgemäßen Bänder mit Sn und ohne Sn in bezug zum Verhältnis der Kaltreduktion zeigt.
Fig. 5 ist eine Kurve, die die magnetische Fluxdichte der aus dem vorstehenden Experiment erhaltenen Produkte in bezug auf die für das Glühen zur primären Umkristallisation aufgewendete Temperatur und Zeit zeigt.
Fig. 6 ist eine Kurve, die die magnetische Fluxdichte von Bändern mit verschiedenen Kaltreduktionsverhältnissen und Enddicken in bezug auf die für das Glühen zur primären Umkristallisation aufgewendeten Erhitzungsgeschwindigkeit zeigt.
Fig. 7 ist eine Kurve, die die magnetische Fluxdichte (B&sub8;-Werte) von erfindungsgemäßen gegenüber herkömmlichen Produkten in bezug auf ihre Dicke zeigt.
Fig. 8 (a) ist eine Kurve, die den Kernverlust von erfindungsgemäßen im Vergleich mit herkömmlichen Produkten bei 1000 Herz in bezug auf die Anregungsfluxdichte zeigt.
Fig. 8 (b) ist eine Kurve, die den Kernverlust von erfindungsgemäßen im Vergleich mit herkömmlichen Produkten bei 400 Hz in bezug auf die Anregungsfluxdichte zeigt.
Fig. 9 (a) und (b) zeigen die Kornstruktur der Materialien von Beispiel 2 der Erfindung, die bei 800 bzw. 1000ºC geglüht wurden.
Fig. 10 (a) und (b) sind Fotografien, die die Orientierung der Körner nach der primären Umkristallisation, welche sich in der Umgebung der Korngrenze des Ausgangsmaterials gebildet haben und durch Ätzlöcher offenkundig wurden, bzw. ein nach dem Foto hergestelltes Modelldiagramm zeigen.

Beste Art der Ausführung der Erfindung

Die Erfindung wird jetzt anhand spezifischer Schritte eines Verfahrens zur Herstellung eines sehr dünnen elektrischen Stahlbandes im einzelnen beschrieben.
Auf der Grundlage der Entdeckung, daß es wichtig wäre, ein Ausgangsmaterial mit einem hohen Grad an Orientierung des Typs {110} < 001> zu verwenden und das Entstehen von Keimen von der Korngrenze zu verringern, um ein Produkt mit hoher magnetischer Fluxdichte zu erhalten, haben wir als Erfinder versucht, sehr dünne elektrische Stahlbänder herzustellen, indem wir als Ausgangsmaterialien kornorientierte elektrische Stahlbleche mit verschiedenem Korndurchmessern und B&sub8;/Bs-Werten von mehr als 0,9 verwendeten, sie bei einem Reduktionsverhältnis von 60 bis 80 % zu einer Enddicke von nicht mehr als 150 µm kalt walzten und die kaltgewalzten Produkte bei Temperaturen von 700 bis 900ºC zur primären Umkristallisation glühten. Wir bestimmten die magnetischen Eigenschaften der Bänder und fanden heraus, daß man als Ausgangsmaterial ein kornorientiertes elektrisches Stahlband mit einem Korndurchmesser RD von mindestens 20 mm in Walzrichtung verwenden muß, um ein sehr dünnes elektrisches Stahlband mit einer magnetischen Fluxdichte von mindestens 1,85 Tesla zu erhalten. Wir fanden auch heraus, daß der Korndurchmesser RC des Ausgangsmaterials senkrecht zur Walzrichtung ein noch wichtigerer Faktor ist und mindestens 40 mm betragen sollte. Wir haben ein Verfahren für die industrielle Herstellung von Ausgangsmaterialien vorgeschlagen, die diese Anforderungen erfüllen, siehe z.B. die japanische OS Nr. 215419/1984.
Wir haben auch die Möglichkeit studiert, das Entstehen von Keimen, welche schlecht orientierte Körner bilden, von der Korngrenze zu hemmen, und haben herausgefunden, daß man durch Zugabe von Sn und/oder Sb zu einem als Ausgangsmaterial verwendeten kornorientierten Stahlband das Entstehen von kornbildenden Keimen von der Korngrenze mit einem {111} < 001> Orientierungstyp hemmen und das Entstehen von Körnern mit einem {110} < 001> Orientierungstyp fördern kann. Dadurch erhält man ein Produkt mit verbesserter magnetischer Fluxdichte.
Unsere Entdeckung gründet sich auf folgendes Experiment. Wir verwendeten kornorientierte elektrische Stahlbänder, die nach Gewicht 3,2 % Si, 0,002 % C, 0,001 % N, 0,002 % Al, 0,004 % S, 0,05 % Mn und 0 bis 0,5 % Sn und/oder Sb enthielten und eine magnetische Fluxdichte (B&sub8;-Wert) von 1,90 T, einen durchschnittlichen Korndurchmesser von 5 bis 40 mm und eine Dicke von 0,14 mm aufwiesen. Wir walzten sie kalt bis zu einer Enddicke von 30 µm und glühten die kaltgewalzten Produkte 10 Minuten bei 850ºC, um die primäre Umkristallisation abzuschließen.
Fig. 3 zeigt die magnetische Fluxdichte der Produkte in bezug auf den Zinngehalt des Ausgangsmaterials. Wie daraus hervorgeht, wurde es durch Zusatz von 0,01 % oder mehr Sn möglich, das Entstehen von Keimen an der Korngrenze zu hemmen, die Körner mit einem {111} < 001> Orientierungstyp bilden, und dadurch ein Produkt mit einer verbesserten magnetischen Fluxdichte zu erhalten. Bei Zugabe von mehr als 0,30 % Sn entstand jedoch ein Produkt mit geringer magnetischer Fluxdichte. Dies kann auf die Tatsache zurückzuführen sein, daß das Ausgangsmaterial so kleine Kristallkörner und eine so große Korngrenze aufwies, daß mehr Keime von der Korngrenze entstanden.
Das Ausgangsmaterial, das insgesamt 0,03 bis 0,30 % Sn und/oder Sb enthielt, ergab ein Produkt mit einer magnetischen Fluxdichte (B&sub8;-Wert) von bis zu 1,94 Tesla, wie in Fig. 4 gezeigt. Wir fanden auch heraus, daß dann, wenn das Ausgangsmaterial Sn und/oder Sb enthielt, das beste Kaltreduktionsverhältnis, bei dem das Produkt mit der höchsten magnetischen Fluxdichte hergestellt werden konnte, sich zu einem höheren Reduktionsverhältnis veränderte. Der Zusatz von Sn oder Sb ermöglichte die Herstellung eines sehr dünnen Produkts, ohne daß dazu ein Ausgangsmaterial mit geringerer Dicke erforderlich war. Der Zusatz von Sn und/oder Sb ermöglicht die Herstellung sehr dünner elektrischer Stahlbänder mit verschiedenen Dicken aus Ausgangsmaterialien mit der gleichen Dicke, da im Vergleich mit dem Bereich, der für die Kaltreduktion von Materialien ohne Sn oder Sb eingesetzt werden kann, ein sehr weiter Bereich von Kaltreduktionsverhältnissen zur Herstellung von Produkten mit einer hohen magnetischen Fluxdichte aus Materialien, die Sn und/oder Sb enthalten, eingesetzt werden kann.
Wir fanden auch heraus, daß es möglich war, die selektive Bildung und das Wachstum von Körnern mit einem {110} < 001> Orientierungstyp auszulösen, wenn ein kaltgewalztes Material in einem niedrigen Temperaturbereich gehalten oder allmählich erwärmt wurde, ehe man die Temperatur erhöhte, um die primäre Umkristallisation abzuschließen.
C.G. Dunn berichtete in Acta. Met., 1 (1953), S. 163, daß ein Produkt mit geringer magnetischer Fluxdichte (durch das Drehmoment bestimmt) entstand, wenn man es zuerst bei einer niedrigeren Temperatur von 550ºC und anschließend bei 980ºC glühte. Wir haben dagegen die Bedingungen für die primäre Umkristallisation eingehend studiert und herausgefunden, daß zwar langes Glühen bei einer niedrigen Temperatur Bildung und Wachstum von Körnern mit einem {111} < 011> Orientierungstyp und einige mit dem {110} < 001> Orientierungstyp auslöst und dadurch ein Produkt mit einer geringen magnetischen Fluxdichte ergibt, die Beschränkung auf Niedrigtemperaturglühen auf einen Zeitraum, in dem die primäre Umkristallisation nicht abgeschlossen ist, es jedoch möglich macht, die Bildung ausschließlich von Körnern mit einem {110} < 001> Orientierungstyp auszulösen und ein Produkt mit hoher magnetischer Fluxdichte zu erhalten, wenn die Temperatur anschließend erhöht wird, um das Wachstum der Körner zu bewirken.
Es wird auf Fig. 5 verwiesen, die die magnetische Fluxdichte (B&sub8;-Werte) sehr dünner elektrischer Stahlbänder in bezug auf die Bedingungen des Niedrigtemperaturglühens zeigt, welche zur Herstellung der Bänder eingesetzt wurden. Die Bänder wurden aus kornorientierten elektrischen Stahlbändern hergestellt, die 3,3 % Si, 0,002 % C, 01001 % N, 0,002 % Al, 0,002 % S und 0,13 % Mn enthielten und ansonsten aus Eisen bestanden und eine magnetische Fluxdichte (B&sub8;-Wert) von 1,92 T, einen durchschnittlichen Korndurchmesser von 40 mm und eine Dicke von 0,17 mm aufwiesen. Die Bleche wurden auf eine Enddicke von 0,05 mm (50 µm) kalt gewalzt und die kaltgewalzten Produkte 1 bis 30 Minuten bei 400 bis 700ºC und dann 10 Minuten bei 850ºC geglüht, um die primäre Umkristallisation abzuschließen. Aus Fig. 5 geht klar hervor, daß sehr dünne elektrische Stahlbänder mit hoher magnetischer Fluxdichte hergestellt werden können, wenn man bei einer niedrigeren Temperatur T von 400 bis 700ºC für einen Zeitraum t, der 20 Sekunden oder länger dauert, aber kürzer ist als (-6T(ºC) + 4400) Sekunden, glüht und dann die Temperatur erhöht, um die primäre Umkristallisation abzuschließen.
Kalt gewalzte Bänder der gleichen Art wurden durch Erhitzen auf 850ºC bei verschiedenen Geschwindigkeiten von 2,5 x 10&supmin;³ºC bis 1,0 x 10²ºC pro Sekunde und Halten auf 850ºC über zehn Minuten hergestellt. Fig. 6 zeigt die magnetische Fluxdichte (B&sub8;-Wert) der Produkte in bezug auf die Erhitzungsgeschwindigkeit. Wie daraus deutlich hervorgeht, ist es möglich, ein Produkt mit hoher magnetischer Fluxdichte wie erfindungsgemäß durch ein B&sub8;/Bs-Verhältnis von mehr als 0,9 definiert herzustellen, wenn die zum Glühen eines kaltgewalzten Produkts verwendete Erhitzungsgeschwindigkeit im Bereich von 5,0 x 10&supmin;²ºC bis 5,0 x 10ºC pro Sekunde liegt. Es wird darauf hingewiesen, daß diese Bedingungen den in Fig. 5 gezeigten Temperatur- und Zeitbedingungen gleich sind.
Die Verwendung eines Ausgangsmaterials mit einem großen Korndurchmesser und einer hohen Kornorientierung des Typs {110} < 001> , der Zusatz von Sn und/oder Sb zum Ausgangsmaterial und das Niedrigtemperaturglühen über einen bestimmten Zeitraum vor dem Abschluß der primären Umkristallisation machen es möglich, Bildung und Wachstum von Körnern mit einem {111} < 011> Orientierungstyp von der Korngrenze zu hemmen, wodurch ein Produkt mit geringer magnetischer Fluxdichte hergestellt wird, und wie vorstehend bereits ausgeführt die selektive Bildung bzw. das Wachstum von Körnern mit einem {110} < 001> Orientierungstyp zu erreichen. Es braucht nicht eigens darauf hingewiesen zu werden, daß das Verfahren, mit dem solche Merkmale inkorporiert werden, sehr dünne elektrische Stahlbänder mit einer noch höheren magnetischen Fluxdichte ergibt.
Somit stellt die Erfindung ein sehr dünnes elektrisches Stahlband mit einer magnetischen Fluxdichte zur Verfügung, die wie in Fig. 7 gezeigt bei weitem höher ist als die jedes herkömmlichen Produkts.
Es ist möglich, unabhängig vom Herstellungsverfahren jedes kornorientierte elektrische Stahlband mit einer Struktur des Typs {110} < 001> als Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Band zu verwenden. Beispielsweise kann man ein kornorientiertes elektrisches Stahlband verwenden, das durch eines der in den Japanischen OS Nr. 3651/1955, 15644/1965 und 13469/1976 offenbarten und heute noch industriell genutzten Verfahren hergestellt wurde. Ebenfalls geeignet ist ein Band, das durch Kaltwalzen und Glühen eines rasch abgekühlten Bandes von 4,5 % Si-Fe Stahl wie von Arai et al. in Met. Trans. A17 (1986) S. 1295, offenbart hergestellt wurde. Das Ausgangsmaterial für das erfindungsgemäße Band kann einen Siliciumgehalt von höchstens 8 % haben. Ein Material mit einem Siliciumgehalt von mehr als 8 % hat eine magnetische Sättigungsfluxdichte von 1,7 T oder weniger, was es ungeeignet als magnetisches Material macht. Außerdem treten leicht Risse auf, wenn es kalt gewalzt wird. Ein Material mit einem Siliciumgehalt von 2 bis 4 % wird bevorzugt, da es eine magnetische Sättigungsfluxdichte von mindestens 1,95 T aufweist und sich in hohem Maße kalt bearbeiten läßt. Das Material kann Verunreinigungen wie Mn, Al, Cr, Ni, Cu, W und Co enthalten.
Das Ausgangsmaterial wird nach Entfernung seines Glasfilms kalt gewalzt und das kaltgewalzte Material zur primären Umkristallisation in einer Atmosphäre geglüht, die eine Zusammensetzung und einen Taupunkt hat, welche keine Oxidation des Eisens bewirken. Die Atmosphäre kann aus einem inerten Gas wie Stickstoff, Argon etc. oder Wasserstoff oder einer Mischung aus einem inerten Gas und Wasserstoff bestehen. Dann wird ein isolierender Film wie beispielsweise in der Japanischen Patentschrift Nr. 283175/1978 offenbart auf einem sehr dünnen elektrischen Stahlband ausgebildet.

Beispiele

Beispiel 1

Kornorientierte elektrische Stahlbänder, die 3,3 % Si, 0,1 % Mn, 0,001 % C, 0,002 % N, 0,002 % Al und 0,001 % S und ansonsten im wesentlichen Eisen enthielten und einen B&sub8;-Wert von 1,98 T, einen Korndurchmesser RD von 45 mm, einen Korndurchmesser RC von 500 mm und eine Dicke von 170 µm aufwiesen (hergestellt durch das in der Japanischen OS 215419/1984 offenbarte Verfahren), wurden zur Entfernung von Glasfilmen gebeizt und auf eine Enddicke von 50 µm kalt gewalzt. Dann wurden sie zwei Minuten bei 800ºC in einer Wasserstoffatmosphäre und anschließend in einer Stickstoffatmosphäre geglüht, damit sich Isolierfilme bildeten.
Die Produkte wurden durch Einritzen mit Laser einer Verfeinerung der magnetischen Domäne unterzogen. Fig. 8 (a) und (b) zeigen die magnetischen Eigenschaften der Produkte, die bei Frequenzen von 1000 Hz bzw. 400 Hz geglüht und mit Laser eingeritzt wurden. Wie deutlich zu sehen ist, wiesen die erfindungsgemäßen Produkte einen wesentlich kleineren Kernverlust als die herkömmlichen Produkte auf. Bei der Frequenz von 400 Hz und einer magnetischen Fluxdichte von 1,5 T wies das erfindungsgemäße Produkt zum Beispiel einen Kornverlust von 11 W/kg auf. Das mit Laser eingeritzte Produkt davon wies einen Kernverlust von nur 8 W/kg auf, während der Verlust bei dem herkömmlichen Produkt 15 W/kg betrug.
Besonders ist hervorzuheben, daß bisher keine Daten zur Verfügung standen, die den Kernverlust irgendeines ähnlichen Produkts bei einer Anregungsfluxdichte von bis zu 1,7 T zeigten. Das erfindungsgemäße Produkt kann mit sehr geringem Kernverlust in einem so hohen Anregungsbereich verwendet werden.

Beispiel 2

Die gleichen kaltgewalzten Bänder wie in Beispiel 1 wurden in einer Wasserstoffatmosphäre zwei Minuten bei 800ºC und dann 10 Stunden bei 1200ºC geglüht. Dann wurden die Behandlungen aus Beispiel 1 zur Bildung eines Isolierfilms und zur Verfeinerung der magnetischen Domäne wiederholt und die magnetischen Eigenschaften der Produkte untersucht. Dabei erhielt man folgende Ergebnisse:
B&sub8;: 2,02 T
W15/400: 6,5 W/kg
W17/400: 8,5 W/kg
W19/400: 12,5 W/kg
W15/1000: 20 W/kg
W17/1000: 27 W/kg
Fig. 9 (a) und 9 (b) zeigen die Struktur der bei 800 bzw. 1200ºC geglühten Materialien. Das bei 800ºC geglühte Material wies einen durchschnittlichen Korndurchmesser von etwa 50 µm auf; das bei 1200ºC weiter geglühte Material wies einen durchschnittlichen Korndurchmesser auf, der auf nahezu 100 µm angewachsen war.

Beispiel 3

Ein kornorientiertes elektrisches Stahlband, das 3,0 % Si, 0,06 % Mn, 0,003 % C, 0,002 % N, 0,001 % Al, 0,001 % S und 0,07 % Sn und ansonsten im wesentlichen Eisen enthielt und einen B&sub8;-Wert von 1,88 T, einen Korndurchmesser RD von 5 mm, einen Korndurchmesser RC von 3 mm und eine Dicke von 230 µm aufwies, wurde zur Entfernung eines Glasfilms gebeizt und zu einer Enddicke von 50 µm kalt gewalzt. Dann wurde es in einer Atmosphäre aus 25 % N&sub2; und 75 % H&sub2; 10 Minuten bei 850ºC geglüht. Das Produkt hatte eine magnetische Fluxdichte oder einen B&sub8;- Wert von 1,91 T.

Beispiel 4

Zwei Arten kornorientierte Stahlbänder, die 3,0 bis 3,3 % Si enthielten und einen Zinn- (Sn-) Gehalt von 0,00 % bzw. 0,06 % aufwiesen sowie eine magnetische Fluxdichte (B&sub8;-Wert) von 1,90 bis 1,92 T hatten, wurden als Ausgangsmaterialien verwendet. Eine Hälfte der Ausgangsmaterialien hatte einen durchschnittlichen Korndurchmesser von 2 bis 20 mm, während die andere Hälfte einen durchschnittlichen Korndurchmesser von 40 bis 60 mm aufwies. Sie wurden bei einem Reduktionsverhältnis von 75 % zu einer Dicke von 50 µm kalt gewalzt. Dann wurden sie in einer Wasserstoffatmosphäre 10 Minuten bei 850ºC geglüht. Die magnetischen Eigenschaften der Produkte sind in Tabelle 2 aufgeführt. Tabelle 2 Sn-Gehalt % Durchschnittl. Korndurchmesser (mm) Magnetische Fluxdichte (T) Bemerkungen Vergleich Erfindung

Beispiel 5

Zwei Arten kornorientierte elektrische Stahlbänder mit 3,0 bis 3,3 % Si und einem Zinngehalt (Sn) von 0,00 bzw. 0,06 % sowie einer magnetischen Fluxdichte (B&sub8;- Wert) von 1,90 bis 1,92 T wurden aus Ausgangsmaterialien verwendet. Eine Hälfte der Ausgangsmaterialien hatte einen durchschnittlichen Korndurchmesser von 2 bis 20 mm, während die andere Hälfte einen durchschnittlichen Korndurchmesser von 40 bis 60 mm aufwies. Sie wurden bei einem Reduktionsverhältnis von 75 % zu einer Enddicke von 50 µm kalt gewalzt. Dann wurden sie in einer Wasserstoffatmosphäre 5 Minuten bei 500ºC und dann 10 Minuten bei 900ºC geglüht, um die primäre Umkristallisation abzuschließen. Die magnetischen Eigenschaften der Produkte sind in Tabelle 3 aufgeführt. Tabelle 3 Sn-Gehalt % Durchschnittl. Korndurchmesser (mm) Magnetische Fluxdichte (T) Bemerkungen Vergleich Erfindung

Beispiel 6

Ein kornorientiertes elektrisches Stahlband, das 0,1 % Mn, 0,002 % C, 0,002 % N, 0,01 % Al und 0,002 % S und ansonsten im wesentlichen Eisen enthielt und einen B&sub8;- Wert von 2,01 T, einen Korndurchmesser RD von 12 mm, einen Korndurchmesser RC von 8 mm und eine Dicke von 500 µm aufwies, wurde als Ausgangsmaterial verwendet. Es handelte sich um das Produkt aus einem Verfahren, das in der im Namen der Patentinhaberin eingereichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 82235/1989 offenbart wurde. Das Produkt wurde zur Entfernung eines Glasfilms gebeizt und auf eine Enddicke von 150 µm kalt gewalzt. Dann wurde es in einer Wasserstoffatmosphäre 5 Minuten bei 550ºC und dann 10 Minuten bei 850ºC geglüht, um die primäre Umkristallisation abzuschließen. Das Produkt hatte eine magnetische Fluxdichte (B&sub8;-Wert) von 1,99 T.

Beispiel 7

Ein kornorientiertes elektrisches Stahlband, das 3,2 % Si, 0,05 % Mn, 0,002 % C, 0,001 % N, 0,002 % Al, 0,001 % S und 0,02 % Sb und ansonsten im wesentlichen Eisen enthielt und einen B&sub8;-Wert von 1,89 T, einen Korndurchmesser RD von 6 mm, einen Korndurchmesser RC von 6 mm und eine Dicke von 230 µm aufwies, wurde zur Entfernung eines Glasfilms gebeizt und auf eine Enddicke von 60 µm kalt gewalzt. Dann wurde es fünf Minuten in einer Atmosphäre, die nur aus Wasserstoff bestand, bei 800ºC geglüht. Das Produkt hatte eine magnetische Fluxdichte (B&sub8;-Wert) von 1,89 T.

Industrielle Anwendbarkeit

Das erfindungsgemäße Produkt hat folgende Vorteile:
(1) Wenn es z.B. 3 % Si enthält, hat es bei einer Anregungskraft von 800 A/M eine magnetische Fluxdichte von 1,84 bis 1,95 T, was um 0,2 bis 0,4 T höher als bei einem herkömmlichen Produkt ist.
(2) Außerdem hat es einen sehr geringen Kernverlust. Beispielsweise beträgt sein W15/400-Wert nur etwa 50 % des Kernverlustes des herkömmlichen Produkts. Darüber hinaus hat es einen geringen Kernverlust, der in der Vergangenheit selbst bei einem hohen Anregungsbereich von über 1,5 T unbekannt war.
Das erfindungsgemäße Produkt ist daher sehr nützlich bei der Herstellung kleinerer und effizienterer Transformatoren, vor allen Transformatoren für Hochfrequenzstromquellen. Außerdem ist es sehr vorteilhaft, wenn man es auf Steuerungsvorrichtungen anwendet.

Claims

1. Sehr dünnes elektrisches Stahlband mit geringem Kernverlust und hoher normalisierter magnetischer Fluxdichte, welches nicht mehr als 8 % Silicium und ansonsten im wesentlichen Eisen enthält und

eine Dicke von nicht mehr als 150 µm sowie

eine Kornstruktur des Orientierungstyps {110}< 001> aufweist

dadurch gekennzeichnet, daß das Band zusätzlich 0,005 bis 0,30 % Zinn und/oder Antimon enthält,

die Körner das Ergebnis des Kornwachstums primärer Umkristallisation sind und einen Korndurchmesser von nicht mehr als 1,0 mm aufweisen und

eine durch einen B&sub8;/Bs-Wert ausgedrückte normalisierte magnetische Fluxdichte von mehr als 0,9 aufweisen.

2. Verfahren zur Herstellung eines sehr dünnen elektrischen Stahlbandes mit geringem Kernverlust und einer hohen normalisierten magnetischen Fluxdichte, bei dem man

a) als Ausgangsmaterial ein kornorientiertes elektrisches Stahlband verwendet, das nicht mehr als 8 % Silicium und ansonsten im wesentlichen Eisen enthält und eine Kornstruktur des Orientierungstyps {110} < 001> aufweist,

b) dieses kornorientierte elektrische Stahlband in mindestens einer Stufe mit einem Reduktionsverhältnis von 60 bis 90 % auf eine endgültige Dicke von nicht mehr als 150 µm kalt walzt,

c) das kalt gewalzte Band glüht,

wobei

d) das Ausgangsmaterial eine durch einen B&sub8;/Bs-Wert von mehr als 0,9 ausgedrückte normalisierte magnetische Fluxdichte aufweist,

e) 0,005 bis 0,30 % Zinn und/oder Antimon enthält und

f) das Glühen zur primären Umkristallisation dadurch erfolgt, daß man das kalt gewalzte Band bei einer Temperatur von 700 bis 900ºC hält.

3. Verfahren zur Herstellung eines sehr dünnen elektrischen Stahlbandes mit geringem Kernverlust und einer hohen normalisierten magnetischen Fluxdichte, bei dem man

c) das kalt gewalzte Band glüht,

wobei

e) 0,005 bis 0,30 % Zinn und/oder Antimon enthält und

f) man beim Glühen das kalt gewalzte Band für einen Zeitraum t, der mindestens 20 Sekunden beträgt, aber kürzer als (-6T (ºC) + 4400) Sekunden ist, bei einer Temperatur von 400 bis 700ºC hält und das kalt gewalzte Band dann 2 bis 10 Minuten bei einer Temperatur von 700 bis 900ºC in einer Wasserstoffatmosphäre hält, um die primäre Umkristallisation abzuschließen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 und 3, bei dem das als Ausgangsmaterial verwendete kornorientierte Stahlband einen durchschnittlichen Korndurchmesser von mindestens 20 mm in der Walzrichtung und mindestens 40 mm in der senkrecht zur Walzrichtung stehenden Richtung aufweist.