DE69105247T2

DE69105247T2 - Verfahren zur Herstellung von kornorientierten Elektrostahlblechen mit geringen Eisenverlusten.

Info

Publication number: DE69105247T2
Application number: DE69105247T
Authority: DE
Inventors: Bunjiro Fukuda; Keiji Sato
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1990-08-01
Filing date: 1991-06-24
Publication date: 1995-04-06
Anticipated expiration: 2011-06-25
Also published as: KR920004584A; EP0469710A1; CA2045701A1; DE69105247D1; EP0469710B1; CA2045701C; US5413639A; KR930007313B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kornorientierten Elektrostahlblechs mit geringem Kernverlust, das als Material für Kerne von elektrichen Geräten, z.B. Transformatoren, geeignet ist.
Kornorientierte Elektrostahlbleche werden hauptsächlich als Kernmaterialien von Transformatoren verwendet, und diese Materialien müssen gute Magneteigenschaften aufweisen. Bei als Kernmaterialien verwendeten kornorientierten Elektrostahlblechen ist es besonders wichtig, daß der Energieverlust, d.h. der Kernverlust, verringert wird.
Es wurden verschiedene Versuche zur Verringerung des Kernverlustes unternommen, indem entweder die Orientierung der Kristalle zur Orientierung (110) [001] stark vereinheitlicht wurde, oder indem der elektrische Widerstand des Stahlblechs durch Erhöhung des Gehalts an Si, oder Verringerung der Verunreinigungen, oder Verringerung der Blechdicke oder Anwendung anderer Techniken oder Verfahren erhöht wurde.
Diese herkömmlichen Verfahren ermöglichten eine gewisse Verbesserung der Herstellung von Stahlblechen, das heißt, daß ein Kernverlust W17/50 von 0,9 W/kg oder weniger bezüglich einer Blechdicke von nicht mehr als 0,23 mm (bei einer Magnetflußdichte von 1,7 T, 50 Hz) erreicht wurde.
Weitere wesentliche Verbesserungen des Kernverlustes können jedoch nicht erwartet werden, solange nur metallurgische Verfahren angewendet werden.
Kürzlich wurden verschiedene Verfahren der Verfeinerung künstlicher Domänen vorgenommen, um eine wesentliche Verringerung des Kernverlustes zu erzielen. Einige davon wurden bei industriellen Verfahren angewendet. Es ist zum Beispiel ein Verfahren, z.B. das in der Japanischen Patentschrift Nr. 57- 2252 beschriebene Verfahren, bekannt, bei den die Oberfläche des durch abschließendes Texturtempern behandelten Stahlblechs mit einem Laserstrahl bestrahlt wird.
Dieses Verfahren kann eine wesentliche Verringerung des Kernverlustes erreichen, und somit wird die Herstellung eines Stahlblechs ermöglicht, das eine Dicke von 0,23 mm und einen Kernverlust W17/50 von 0,85 W/kg oder weniger (bei einer Magnetflußdichte von 1,7 T, 50 Hz) aufweist.
Dieses Verfahren beinhaltet jedoch den Nachteil, daß die ,Wirkung der Laserbestrahlung verlorengeht, wenn- nach der Laserbestrahlung eine Wärmebehandlung, z.B. das Spannungsarmtempern, angewendet wird, das das Erwärmen auf 600ºC oder mehr einschließt. Dieses Blech ist somit für Kerne von Transformatoren mit gewickeltem Kern nicht geeignet, bei denen das Spannungsarmtempern erforderlich ist.
Die Japanischen Patentschriften Nr. 62-54873 und 62-53579 beschreiben Verfahren zur Herstellung von kornorientierten Elektrostahlblechen mit geringem Kernverlust, die für Transformatoren mit gewickeltem Kern verwendet werden können. Bei dem in der Japanischen Patentschrift Nr. 62-54873 beschriebenen Verfahren werden durch örtliche Entfernung der isolierenden Schacht auf dem Stahlblech durch Laser oder mechanische Maßnahmen und Ätzen mit einer Säurelösung auf den Abschnitten, von denen die isolierende Schicht entfernt wurde, oder durch direktes und mechanisches Anreißen des Stahls mit einer Klinge o.a. und Ausbildung einer spannungstragenden Phosphatbeschichtung zum Füllen der Vertiefungen im dem abschließenden Texturtempern unterzogenden Stahlblech örtlich streifenartige Vertiefungen gebildet. Bei dem in der Japanischen Patentschrift Nr. 62-53579 beschriebenen Verfahren werden im dem abschließenden Texturtempern unterzogenen Stahlblech mit einer Last von 90 bis 220 kg/mm² Vertiefungen mit einer Tiefe von 5 um oder mehr gebildet, und das Stahlblech wird anschließend einer Wärmebehandlung mit 750ºC oder mehr unterzogen.
Diese Verfahren zur Bildung der Vertiefungen sind jedoch nicht vorteilhaft. Im Falle der Japanischen Patentschrift Nr. 62-54873 sind die stabile Entfernung der Beschichtung aufgrund von Unterschieden der Beschichtungsdicke und des Lichtabsorptionskoeffizienten und somit die gleichmäßige Bildung von Vertiefungen schwierig. Am Umfang jeder Vertiefung bildet sich besonders beim direkten mechanischen Anreißen ein Grat, dies führt zur Verringerung des Füllfaktors. Bei der Japanischen Patentschrift Nr 62-53579 läßt sich die Last zur Erzielung von Vertiefungen mit konstanter Tiefe schwer einstellen. Wenn nach diesem Verfahren im dem abschließenden Texturtempern unterzogenen Stahlblech Vertiefungen gebildet werden, wird die Beschichtung durch die Bildung dieser Vertiefungen bis zu einem solchen Grad beschädigt, daß das Stahlblech wiederum mit isolierendem Material beschichtet werden muß, dies führt zur Verringerung des Füllfaktors und zur Erhöhung der Herstellungskosten.
Die Japanischen Offenlegungsschriften Nr. 59-197520 und 63- 42332 beschreiben Verfahren zur Lösung dieser Probleme: ein Verfahren, bei dem in einem kaltgewalzten Stahlblech mit der Endabmessung durch Schneidkanten, Laser oder andere Maßnahmen streifenähnliche Vertiefungen gebildet werden, und ein Verfahren, das auf der Photoätzung oder dem elektrolytischen Ätzen mit einer Schablone basiert.
Das in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 59-197520 beschriebene Verfahren erfordert kein erneutes Beschichten, der am Umfang jeder Nut gebildete Grat muß jedoch noch immer entfernt werden. Beim in der Japanischen Offenlegungsschrift Nr. 63-42332 beschriebenen Verfahren gibt es das Problem, beim Photoätzen den Belichtungszustand durch ultraviolettes Licht durch die Maske und den Ätzzustand des belichteten Abschnittes, der in den Entwickler getaucht wird, bezüglich der gesamten Rolle konstant zu halten, und das Problem, daß die gleichmäßig Bildung der Vertiefungen durch elektrolytisches Ätzen mit einer Schablone aufgrund der Ausbreitung der Elektrolytlösung schwierig ist. Besonders dann, wenn die Dicke des Stahlblechs sehr gering ist (0,27 mm oder weniger), bestehen große Abweichungen der Magneteigenschaften, und diese Eigenschaften können nicht immer stabilisiert werden.
In Anbetracht der oben beschriebenen Probleme versucht diese Erfindung ein verbessertes Herstellungsverfahren bereitzustellen, daß die Herstellung eines kornorientierten Elektrostahlblechs mit stabilisierten Magneteigenschaften ermöglicht, selbst wenn die Blechdicke gering ist.
Die vorliegende Erfindung stellt somit ein Verfahren zur Herstellung eines kaltgewalzten kornorientierten Elektrostahlblechs mit geringem Kernverlust bereit, wobei dieses Stahlblech eine Dicke von 0,27 mm oder weniger hat, das dadurch gekennzeichnet ist, daß dieses Verfahren die örtliche Bildung von Vertiefungen in der Blechoberfläche umfaßt, wobei diese Vertiefungen die Gleichung erfüllen:
log d ≥ 0,6 Ra + 0,4,
worin d die Tiefe der Vertiefungen (um) und Ra der Mittenrauhwert des kaltgewalzten Stahlblechs sind.
Nach einer Ausführungsform dieser Erfindung sind diese Vertiefungen diskontinuierlich.
Nach einer Ausführungsform dieser Erfindung werden die Vertiefungen in einer Richtung im Bereich von 300 zur Walzrichtung bis zur Senkrechten zur Walzrichtung gebildet.
Nach einer anderen Ausführungsform dieser Erfindung umfaßt das Verfahren die weiteren Schritte des Entkohlungstemperns und des abschließenden Texturtemperns.
Nach einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung weisen die Vertiefungen eine Tiefe von weniger als oder gleich 100 um auf, haben eine Breite im Bereich von 5 bis 300 um und sind in Abständen von 1 mm oder mehr in Walzrichtung angeordnet.
Nach einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung werden die Vertiefungen durch örtliche Anwendung gebildet, indem auf die Oberfläche des Stahlblechs ein Ätzresist aufgedruckt, dieses Resist durch Backen an der Oberfläche des Stahlblechs fixiert, die Oberfläche des Stahlblechs geätzt und das Ätzresist entfernt werden, wodurch nur die Bereiche der Oberfläche des Stahlblechs geätzt werden, die nicht vom Ätzresist bedeckt waren.
Nach einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung wird das Ätzresist durch Heliographie-Offsetdruck, Heliographiedruck ohne Offsetwalze, Lithographie-Offsetdruck oder Siebdruck aufgebracht.
Nach einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung umfaßt das Ätzverfahren das elektrolytische Ätzen.
Nach einer weiteren Ausführungsform dieser Erfindung liegt die Dicke des Resists nach dem Backen im Bereich von 0,5 bis 30 um.
Bei einer weiteren Ausführungform dieser Erfindung wird das Ätzresist durch ein alkalisches oder ein organisches Lösungsmittel entfernt.
Zum besseren Verständnis dieser Erfindung, und um deren Durchführung zu zeigen, wird auf die folgenden Zeichnungen Bezug genommen, wobei:
Fig. 1 eine graphische Darstellung ist, die das Verhältnis zwischen dem Mittenrauhwert des Stahlblechs und der Tiefe der Vertiefungen zeigt, das einen Einfluß auf die Verbesserung des Kernverlustes hat; und
Fig. 2 eine graphische Darstellung des Verhältnisses zwischen der Dicke des Ätzresists und des Kernverlustes W17/50 (W/kg) des Produktes ist.
Die vorliegende Erfindung wurde wie nachfolgend beschrieben erreicht.
Kornorientierte Elektrostahlbleche werden im allgemeinen durch das nachstehend beschriebene Verfahren hergestellt. Die Bramme, aus der das kornorientierte Elektrostahlblech hergestellt wird, wird warmgewalzt, und das warmgewalzte Blech wird getempert und einmal oder zweimal oder mehrmals mit dazwischenliegendem Temperverfahren kaltgewalzt, bis seine Dicke die Enddicke erreicht hat. Es wird dann dem Entkohlungstempern und dem abschließenden Texturtempern unterzogen, und üblicherweise mit einer Deckschicht überzogen, womit es als Produkt fertiggestellt wird.
Das Verfahren zur Verringerung des Kernverlustes, das die örtliche Ausbildung von Vertiefungen im kornorientierten Stahlblech umfaßt, wurde erneut geprüft, und es wurde gefunden, daß viele Stahlbleche bei einer Enddicke des Blechs von gleich oder weniger als etwa 0,27 mm, die unter unterschiedlichen Bedingungen des Kaltwalzens hergestellt wurden und deren Vertiefungen gleich tief sind, unterschiedliche Merkmale bei der Verbesserung des Kernverlustes aufweisen. Selbst wenn bei einigen Stahlblechen der gewünschte Wert des Kernverlustes erhalten wird, ist die Verbesserung des Kernverlustes bei anderen Stahlblechen begrenzt, und der Durchschnittswert des Kernverlustes aller Stahlbleche aus diesem Produktionsablauf kann noch immer unbefriedigend sein.
Unsere Untersuchung führte zu der Schlußfolgerung, daß Stahlplatten einen unterschiedlichen Grad der Oberflächenrauheit aufweisen, und daß die Verbesserung des Kernverlustes jedes Blechs davon beeinflußt wird. Die Oberflächenrauheit des Stahlblechs, das bis zur Enddicke kaltgewalzt wurde, schwankt überlicherweise weitestgehend je nach Rauheit der Oberfläche der Walze, Art und Wertminderung des Walzöls, Walzgeschwindigkeit, Durchmesser der Walze und anderen Faktoren. Die geringste Oberflächenrauheit beträgt etwa 0,1 um und die größte Oberflächenrauheit einige Mikrometer.
Wir habe fünf Arten von Stahlblechen hergestellt, die bis zu einer Dicke von 0,23 mm kaltgewalzt wurden und unterschiedliche Oberflächenrauheiten aufweisen. Der Mittenrauhwert der hergestellten Stahlbleche betrug 0,07, 0,18, 0,35, 0,72 und 0,94 um, und in diesen Stahlblechen wurden örtlich streifenähnliche Vertiefungen mit einer Tiefe von etwa 2 bis 40 um gebildet, indem Muster einer Ätzresistfarbe äuf die ungeätzten Abschnitte aufgedruckt, das Stahlblech elektrolytisch geätzt und anschließend das Ätzresist entfernt wurden. Die Breite jeder streifenähnlichen Vertiefung betrug etwa 150 um, die Richtung, in der sich die Vertiefungen erstreckten, war zur Walzrichtung senkrecht, und die Vertiefungen waren in Abständen von 1 mm angeordnet.
Danach wurden die Stahlbleche dem Entkohlungstempern und dem abschließenden Texturternpern unterzogen, wodurch die Stahlblechprodukte erhalten wurden, und der Kernverlust W17/50 jedes Stahlblechs wurde nach dem Spannungsarmtempern mit dem Epstein-Prüfgerät gemessen. Stahlbleche, die als Vergleichsbeispiele hergestellt und in denen keine Vertiefungen gebildet worden waren, wurden ebenfalls wie oben beschrieben getempert, und ihre Werte des Kernverlustes wurden gemessen. Fig. 1 dieser Zeichnungen zeigt die Ergebnisse dieses Versuchs, d.h. das Verhältnis zwischen dem Mittenrauhwert jedes Stahlblechs und der Tiefe der Vertiefung. In Fig. 1 bedeuten die Symbole o Fälle, bei denen der Kernverlust W17/50 im Vergleich mit der Vergleichsprobe ohne Vertiefungen um 0,03 W/kg oder mehr verbessert wurde, und die Symbole x stehen für Fälle, bei denen die Verbesserung des Kernverlustes W17/50 geringer als 0,03 W/kg oder Null betrug.
Aus Fig. 1 wird deutlich, daß die Vertiefungen tiefer sein müssen, wenn die Oberflächenrauheit des Stahlblechs zunimmt, und daß die Gleichung
log d ≥ 0,6 Ra + 0,4,
erfüllt werden muß, wobei d die Tiefe der Vertiefungen (um) ist und Ra der Mittenrauhwert des Stahlblechs ist (um), um eine beständige Verbesserung des Kernverlustes zu erreichen.
Wie bereits erwähnt, ändert sich die Oberflächenrauheit jedes kaltgewalzten Stahlbleches notwendigerweise je nach den Walzbedingungen und anderen Faktoren. Wenn jedoch nach der vorliegenden Erfindung entsprechend der Oberflächenrauheit ausgewählte Vertiefungen gebildet werden, können die Wirkungen der Bildung der Vertiefungen stabilisiert werden, und es kann ein befriedigender Effekt bei der Verringerung des Kernverlustes erreicht werden.
Die streifenähnlichen Vertiefungen können als gepunktete Linien oder gekrümmte Linien und auch als gerade Linien gebildet werden. Die senkrechte Anordnung der streifenähnlichen Vertiefungen zur Walzrichtung ist besonders vorteilhaft. Die Erfindung ist jedoch wirksam, solange die Richtung der Vertiefungen im Bereich von etwa 300 zu der Richtung liegt, die zur Walzrichtung senkrecht ist.
Bei der vorliegenden Erfindung wird ein Stahlblech verwendet, das nach einem bekannten Verfahren bis zur Enddicke kaltgewalzt wurde. In diesem Stahlblech werden örtlich Vertiefungen gebildet. Die Behandlung zur Änderung der Oberflächenrauheit des Stahlblechs kann vor oder nach der Bildung der Vertiefungen vorgenommen werden. Die Oberfläche eines Stahlblechs mit einem hohen Mittenrauhwert kann zum Beispiel durch Polieren o.ä. geglättet werden, demgegenüber kann die Oberfläche des Stahlblechs durch Reinigen mit Säure aufgerauht werden. Es ist wesentlich, daß vor dem Entkohlungstempern im Stahlblech örtlich Vertiefungen gebildet werden, und daß ein Verhältnis zwischen der Tiefe der Vertiefungen und der Oberflächenrauheit des Stahlblechs erstellt wird, das mit dem Bereich der oben genannten Gleichung übereinstimmt.
Wenn diese Vertiefungen jedoch zu tief sind, wird der Magnetisierungsstrom bis zu einem gewissen Wert erhöht, obwohl der Kernverlust verringert wird. Deshalb sollte die Tiefe der Vertiefungen etwa 100 um oder weniger, oder stärker bevorzugt etwa 5 bis 50 um betragen.
Einige Verfahren zur Bildung der Vertiefungen können nicht gewählt werden, z.B. das Anreißen, das eine Gratbildung hervorruft, da diese den Füllfaktor verringern. Es können alle Verfahren zur Bildung der Vertiefung gewählt werden, außer jenen, die den Füllfaktor verringern, das elektrolytische Ätzen oder chemische Ätzen sind jedoch bevorzugt. Die Breite jeder Vertiefung beträgt etwa 5 bis 300 um, und der Raum zwischen jeder Vertiefung 1 mm oder mehr, stärker bevorzugt etwa 3 bis 30 mm. Wenn die Breite 1 mm oder weniger beträgt, kann die gewünschte Wirkung der Verringerung des Kernverlüsts nicht erreicht werden.
Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Bildung von Vertiefungen in der Oberfläche des Stahlblechs detailliert beschrieben.
Bei diesem Verfahren wird auf die Oberfläche des bis zur Ende dicke kaltgewalzten Stahlblechs ein Ätzresist aufgedruckt, so daß sich die streifenähnlichen Bereiche ohne Auftrag kontinuierlich oder diskontinuierlich in einer Richtung erstrecken, die die Walzrichtung kreuzt, und nicht mit dem Resist überzogen sind. Sie werden durch Backen auf der Oberfläche fixiert; das Stahlblech wird geätzt, wodurch in seiner Oberfläche kontinuierliche oder diskontinuierliche streifenähnliche Vertiefungen gebildet werden, und anschließend wird das Resist entfernt.
Ein Ätzresist, das als Hauptbestandteil ein Alkydharz enthielt, wurde durch Heliographie-Offsetdruck auf die Oberfläche des bis zur Enddicke kaltgewalzten Stahlblechs aufgebracht, das bezüglich der Gesamtlänge der Rolle eine Dicke von 0,20 mm aufwies, so daß streifenähnliche Bereiche ohne Auftrag mit einer Breite von 0,2 mm in einer senkrechten Richtung zur Walzrichtung blieben, die in Abständen von 4 mm in der Walzrichtung angeordnet waren. Das Resist wurde durch 30 Sekunden langes Backen bei 200ºC fixiert. Dabei wurde als Heliographie-Platte eine Arbeitswalze verwendet, die eine Dichte der Zellaussparungen von 150 Zellen/inch und eine Zelltiefe von 50 Jun aufwies, und die Dicke des Resists betrug nach dem Backen 2 um.
Der Mittenrauhwert dieses kaltgewalzten Stahlblechs betrug 0,22 um.
Das Stahlblech, auf das das Ätzresist in dieser Weise aufgebracht worden war, wurde elektrolytisch oder chemisch geätzt, wodurch streifenähnliche Vertiefungen mit einer Breite von 0,2 mm und einer Tiefe von 20 um gebildet wurden, es wurde anschließend in ein organisches Lösungsmittel getaucht, um das Resist zu entfernen. Das elektrolytische Ätzen erfolgte 20 Sekunden lang in einer NaCl-Elektrolytlösung bei einer Stromdichte von 0,1 A/cm². Das chemische Ätzen wurde durch 10 Sekunden langes Tauchen des Stahlblechs in eine HNO&sub3;-Lösung vorgenommen.
Nach der Bildung der Vertiefungen wurden Proben der Vertiefungen an 20 Stellen in Längsrichtung der Rolle und 10 Stellen in Breitenrichtung entnommen, und die Breite und die Tiefe der entnommenen Abschnitte der Vertiefungen wurden mit einem Meßgerät für die Rauheit gemessen.
Nach diesem Verfahren wurde das Stahlblech dem Entkohlungstempern und abschließenden Texturtempern unterzogen und mit einer Deckschicht überzogen, wodurch das Blechprodukt erhalten wurde.
Aus dem so erhaltenen Blechprodukt wurden an 20 Stellen in Längsrichtung Epstein-Versuchsstücke herausgeschnitten, diese wurden dem Spannungsarmtempern unterzogen, und die Magneteigenschaften wurden gemessen.
Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse der Messung der Breite und Tiefe der Vertiefungen und Tabelle 2 die Ergebnisse der Messung der Magneteigenschaften. Tabelle 1 Breitenrichtung der Rolle (n=10) Längsrichtung der Rolle (n=20) Breite der Vertiefung (mm) Tiefe der Vertiefung (um) Behandlungsverfahren Bemerkung Durchschn.wert Varianz Offsetdruck + elektrolytisches Ätzen Offsetdruck + chemisches Ätzen Photoätzen Schablone + elektrolytisches Ätzen erfindungsgemäßes Beispiel Vergleichbeispiel Tabelle 2 Magneteigenschaften (n=20) Kernverlust W17/50 (W/kg) Magnetflußdichte B&sub8; (T) Behandlungsverfahren Bemerkung Offsetdruck + elektrolytisches Ätzen Offsetdruck + chemisches Ätzen Photoätzen Schablone + elektrolytisches Ätzen unbehandelt erfindungsgemäßes Beispiel Vergleichbeispiel
W17/50 bedeutet den Kernverlust bei 1,7 T, 50 Hz und B&sub8; bedeutet die Magnetflußdichte bei einer Magnetisierungsstärke von 800A/m.
Tabellen 1 und 2 zeigen auch die Ergebnisse der Messung von Vergleichsbespielen bei einem Fall, bei dem das kaltgewalzte Blech photogeätzt worden war, einem Fall, bei dem das kaltgewalzte Blech mit einer Schablone elektrolytisch geätzt worden war, und einem Fall, bei dem das Ätzen nicht vorgenommen worden war. Das Photoätzen erfolgte mit einem Verfahren, bei dem synthetisches Bichromat-Kolloid als Photoresist aufgebracht, das Stahlblech mit einem Lichtbogen bestrahlt und das Stahlblech 10 Sekunden lang in eine HNO&sub3;-Lösung getaucht worden war. Das Resist wurde durch Eintauchen des Stahlblechs in eine Alkalilösung und Bürsten der Oberfläche entfernt. Bei Versuchen mit einer Schablone wurde eine Schablone, in der Löcher an den Stellen gebildet worden waren, die den geätzten Abschnitten des Stahlblechs entsprechen, auf dem Stahlblech angeordnet, und eine Kartusche vom Walzentyp, die die Elektrolytlösung und eine Kathode enthielt, wurde über die Schablone gerollt. Die Behandlungsbedingungen waren derart, daß die Stromdichte 0,1 A/cm² betrug, und die Behandlungszeit war 20 Sekunden.
Wie in den Tabellen 1 und 2 gezeigt, haben die im Stahlblech gebildeten Vertiefungen, das nach der vorliegenden Erfindung behandelt wurde, eine gleichmäßigere Breite und Dicke im Vergleich zu den Vertiefungen, die durch herkömmliche Verfahren gebildet wurden. Der Kernverlust kann somit bezüglich der Gesamtlänge der Rolle unveränderlich bestimmt werden.
Bei herkömmlichen Verfahren kann der geringste Wert des Kernverlustes dem im wesentlichen gleich sein, der nach der vorliegenden Erfindung erreicht wird; die Durchschnittswerte des Kernverlustes sind jedoch höher, da die Abweichungen der Breite und Tiefe der Vertiefungen in Längsrichtung der Rolle groß sind.
Der Füllfaktor der nach der vorliegenden Erfindung erhaltenen Produkte beträgt 97,2%; dies ist sehr vorteilhaft und dem eines unbehandelten Blechs von 97,3% im wesentlichen gleich.
Der Grund für die Verringerung des Kernverlustes im erfindungsgemäßen Fall wurde nicht aufgeklärt, es wird jedoch angenommen, daß örtliche Vertiefungen den Kernverlust in der Atmosphäre des abschließenden Texturtemperns leicht beeinflussen oder die Wirkung der Trennung der Domänen des Produktes aufweisen.
Das Verfahren zum Bedrucken mit dem Resist ist bei der vorliegenden Erfindung nicht besonders begrenzt. Es können der Heliographie-Offsetdruck, der Heliographiedruck ohne Offsetwalze, der Lithographie-Offsetdruck, der Siebdruck o.ä. angewendet werden. Der Heliographie-Offsetdruck ist jedoch am vorteilhaftesten, da er, wenn er dem kontinuierlichen Druckverfahren je nach Rolle leicht angepaßt werden kann, die beständige Erzeugung der gewünschten Druckflächen ermöglicht, wobei die Abnutzung der Rolle begrenzt ist, und da er eine einfache Regelung der Dicke des Resists ermöglicht.
Nachfolgend wird die Auswahl der Dicke des Resists beschrieben. Die hier genannten Erfinder haben Resistfilme mit unterschiedlicher Dicke gebildet und unter der Annahme, daß eine bestimmte Dicke des Resists notwendig ist, wenn dieses Resist als Ätzresist verwendet wird, den Einfluß der Dicke auf die Eigenschaften des Produktes geprüft.
Die Dicke des Resists wurde durch verschiedene Veränderungen der Tiefe der ausgesparten Gitterzellen des Druckträgers der Heliographiewalze für den Heliographie-Offsetdruck und der Drucktiefe der Farbhebewalze aus Gummi und durch Anwendung des Siebdrucks geändert. Die Versuchsstücke waren kaltgewalzte Bleche mit einer Enddicke von 0,20 mm, auf denen nach dem Auftrag des Resists durch elektrolytisches Ätzen streifenähnliche Vertiefungen gebildet worden waren. Die Bedingungen der Behandlung der Muster beim Druck und beim elektrolytischen Ätzen waren die gleichen wie beim oben beschriebenen Versuch.
Fig. 2 der Zeichnungen zeigt das Verhältnis zwischen dem Kernverlust W17/50 und der Dicke des Resists nach dem Fertigtempern.
Wie in Fig. 2 gezeigt, wird der Kernverlust im Bereich der Dicke des Resists von 0,5 bis 30 um im Vergleich mit einem unbehandelten Blech deutlich verringert. Wenn die Dicke des Resists geringer als 0,5 um oder größer als 30 um ist, ist die Verringerung des Kernverlustes begrenzt.
Um die Ursache dieses Phänomens zu verdeutlichen, wurden die geätzten Stahlbleche überprüft, und es zeigte sich, daß das Resist selbst durch das Ätzen korrodiert war, wenn seine Dicke weniger als 0,5 um betrug, und daß Abschnitte ohne Auftrag teilweise mit dem Resist überzogen waren, so daß die Bildung von Vertiefungen mit der gewünschten Tiefe beeinträchtigt worden war.
Es ist somit bevorzugt, daß eine Dicke des Resists im Bereich von etwa 0,5 bis 30 um angewendet wird, damit eine ausreichende Verringerung des Kernverlustes erreicht wird. Bei der Heliographie ist es nach dem Druck bevorzugt, daß eine Heliographiewalze mit einer Tiefe der Gitterzellen von 10 um oder mehr verwendet wird.
Die als Resist beim Ätzen verwendete Farbe ist vorzugsweise eine Farbe, die als Hauptkomponente ein Alkydharz, ein Epoxyharz oder ein Polyethylenharz enthält. Das Backen ist erforderlich, damit das Harz nach dem Auftragen der Resistfarbe härtet. Beim Backen ist es jedoch ausreichend, wenn das Harz auf eine Temperatur erwärmt wird, so daß das in der Farbe enthaltene Lösungsmittel und Wasser verdampft werden, z.B. auf 100ºC oder darüber.
Nachfolgend wird das nach dem Drucken durchgeführte Ätzen beschrieben. Dieses Ätzen kann ein elektrolytisches oder chemisches Ätzen sein. Beim elektrolytischen Ätzen ist es bevorzugt, daß das Stahlblech in einem Elektrolysebad aus einer NaCl-Wasser-Lösung oder KCl-Wasser-Lösung mit einer Stromdichte im Bereich von 0,01 bis 1 A/cm² geätzt wird. Die Ursache dafür liegt darin, daß die gewünschte Ätzwirkung nicht erhalten werden kann, wenn die Stromdichte zu gering ist, oder daß die Gefahr der Beschädigung des Resists beim Ätzen besteht, wenn die Stromdichte zu hoch ist.
Beim chemischen Ätzen wird vorzugsweise eine Lösung von FeCl&sub3;, HNO&sub3;, H&sub2;SO&sub4;, H&sub3;PO&sub4; oder dergleichen oder eine Lösung einer Mischung dieser Verbindungen verwendet.
Damit diese Wirkung stabilisiert wird, ist das elektrolytische Ätzen bei der industriellen Behandlung besser geeignet als das chemische Ätzen, das zur Beschädigung des Resists neigt.
Das Verfahren zur Entfernung des Resists nach dem Ätzen ist nicht besonders begrenzt. Zur Entfernung des Resists sind ein alkalisches oder organisches Lösungsmittel oder dergleichen geeignet.
Die Zusammensetzung des behandelten Materials zur Herstellung des kornorientierten Stahlblechs ist bei dieser Erfindung nicht besonders begrenzt, und es kann jede allgemein bekannte Zusammensetzung gewählt werden. Eine typische Zusammensetzung, die bei dieser Erfindung geeignet ist, umfaßt zum Beispiel 0,01 bis 0,08% C, 2,0 bis 4,0% Si und mindestens eine oder zwei der Verbindungen MnSe, MnS, AlN, BN, die als Inhibitor vorgesehen sind. Materialien, die einige anderen Inhibitorkomponenten enthalten, z.B. Sb, Sn, Cu und Bi, können bei der vorliegenden Erfindung ebenfalls verwendet werden.
Eine Bramme, deren Zuammensetzung auf die oben genannten Werte geregelt wurde, wird warmgewalzt, und das warmgewalzte Blech wird getempert, ein- oder zweimal oder mehrmals mit dazwischenliegendem Temperverfahren kaltgewalzt, bis seine Dicke die Enddicke erreicht hat, und wird anschließend dem Entkohlungstempern unterzogen. Das kaltgewalzte Blech wird nach dem oben beschriebenen Verfahren geätzt.
Nach dem Ätzen wird das Stahlblech dem Entkohlungstempern unterzogen, mit einem Scheidemittel für das Tempern beschichtet und fertiggetempert. Nach diesem Fertigtempern wird das Scheidemittel für das Tempern entfernt, und das Stahlblech wird, falls erforderlich, mit einer Deckschicht überzogen, wodurch das Produkt erhalten wird. Die Wirkungen der Erfindung können unabhängig davon auftreten, ob das Blech mit einer Deckschicht versehen ist oder nicht.
Das auf diese Weise hergestellte Stahlblech hat einen stabilen sehr geringen Wert des Kernverlustes, der selbst nach dem Spannungsarmtempern bei behalten werden kann. Das Stahlblech kann deshalb sogar als beständiges Kernmaterial für Spulen verwendet werden. Selbstverständlich kann es als Material eines laminierten Kerns verwendet werden, der üblicherweise kein Spannungsarmtempern benötigt.

Beispiel 1

Eine Siliciumstahlbramme, die 0,07% C, 3,25% Si, 0,07% Mn, 0,02% Se, 0,025% Al und 0,008% N enthielt, wobei der Rest im wesentlichen aus einer Zusammensetzung von Fe bestand, wurde warmgewalzt und getempert und anschließend kaltgewalzt, wodurch kaltgewalzte Bleche mit der Enddicke von 0,20 und 0,23 mm erhalten wurden.
Durch elektrolytisches Ätzen wurden in diesen kaltgewalzten Blechen streifenähnliche Vertiefungen mit einer Breite von 150 um gebildet, die in Abständen von 4,5 mm in Walzrichtung angeordnet waren und sich in einer zur Walzrichtung senkrechten Richtung erstreckten. Das Ätzen erfolgte durch Bedrucken mit einer Resistfarbe auf die nicht zu ätzenden Abschnitte. Der Mittenrauhwert dieser kaltgewalzten Bleche betrug 0,25 um, und die Vertiefungen hatten eine Tiefe von 3 bis 20 um.
Nach der Entfernung der Resistfarbe wurden die Stahlbleche dem Entkohlungstempern in einer feuchten Wasserstoffatmosphäre und anschließend bei 1200ºC dem abschließenden Texturtempern unterzogen.
Aus den so erhaltenen Blechprodukten wurden Epstein-Versuchsstücke herausgeschnitten, und diese wurden zum Spannungsabbau 3 Stunden lang bei 800ºC getempert, und bei jedem dieser Versuchsstücke wurde der Kernverlust gemessen.
Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse dieser Messung im Vergleich mit anderen Stahlblechen ohne Vertiefungen. Die nach der vorliegenden Erfindung hergestellten Bleche zeigten deutlich verbesserte Eigenschaften des Kernverlustes bei beiden Blechdicken. Tabelle 3 Blechdicke (mm) Tiefe der Vertiefungen (um) Bemerkung keine Vergleichbeispiel erfindungsgemäßes Beispiel Beispiel eines herkömmlichen Blechs

Beispiel 2

Eine Silciumstahlbramme, die 0,04% c, 3,35% Si, 0,07% Mn, 0,02% Se und 0,026 Sb enthielt, wobei der Rest im wesentlichen aus einer Zusammensetzung von Fe bestand, wurde warmgewalzt, zweimal mit einem dazwischenliegenden 2 Minuten langen Temperverfahren bei 975ºC kaltgewalzt und kaltgewalzt, wodurch Bleche mit einer Enddicke von 0,18 mm erhalten wurden.
Die so erhaltenen Bleche wurden geglättet, so daß ihr Mittenrauhwert 0,08 um betrug, und wurden mit HNO&sub3; chemisch geätzt. Ansonsten war das Verfahren das gleiche wie im Beispiel 1. Die Vertiefungen wiesen jedoch eine Tiefe von 2, 5 und 15 um auf.
Nach der Bildung der Vertiefungen wurden die Magneteigenschaften der nach der gleichen Behandlung wie im Beispiel 1 erhaltenen Blechprodukte geprüft. Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse dieser Prüfung.
In diesem Fall zeigten die nach der vorliegenden Erfindung erhaltenen Bleche ebenfalls einen deutlich verbesserten Kernverlust. Tabelle 4 Tiefe der Vertiefungen (um) Bemerkung keine Vergleichbeispiel erfindungsgemäßes Beispiel Beispiel eines herkömmlichen Blechs

Beispiel 3

Eine Silciumstahlbramme, die 0,062% C, 3,3% Si, 0,076% Mn, 0,024% Se, 0,025% Al und 0,008% N enthielt, wobei der Rest im wesentlichen aus einer Zusammensetzung von Fe bestand, wurde warmgewalzt, 2 Minuten lang bei 1050ºC getempert und kaltgewalzt, wodurch ein Blech mit der Enddicke von 0,20 mm erhalten wurde.
Aus dieser gewalzten Rolle wurden fünf Proben mit einem Mittenrauhwert Ra im Bereich von 0,20 bis 0,25 um hergestellt und anschließend wie folgt behandelt:
1) elektrolytisches Ätzen nach dem Auftragen eines Resists durch Heliographie-Offsetdruck;
2) chemisches Ätzen nach dem Auftragen eines Resists durch Heliographie-Offsetdruck;
3) Photoätzen
4) elektrolytisches Ätzen mit einer Schablone aus Polyurethan; und
5) keine Behandlung.
Für den Heliographie-Offsetdruck wurde eine Heliographiewalze mit einem 175er Gitter mit einer Tiefe der Gitterzellen von 40 um verwendet, und als Resist wurde eine Druckfarbe eingesetzt, die als Hauptbestandteil ein Epoxyharz enthielt. Die Dicke des Resists betrug nach dem Backen 3 um. Das elektrolytische Ätzen erfolgte 30 Sekunden lang bei einer Stromdichte von 0,08 A/cm² in einer KCl-Elektrolytlösung. Das chemiche Ätzen erfolgte durch 20 Sekunden langes Eintauchen in eine FeCl&sub3;-Lösung. Das Photoätzen erfolgte mit synthetischem Bichromat-Kolloid als Photoresist und durch 20 Sekunden langes Besprühen mit einer FeCl&sub3;-Lösung. Beim elektrolytischen Ätzen mit einer Schablone aus Polyurethan wurde die Polyurethanschablone auf dem Stahlblech angeordnet, eine Kartusche vom Walzentyp, die die NaCl-Elektrolytlösung und eine Kathode enthielt, wurde über die Schablone gerollt, wodurch das Stahlblech 30 Sekunden lang mit einer Stromdichte von 0,08 A/cm² behandelt wurde.
Die durch diese Verfahren geätzten streifenähnlichen Bereiche hatten eine Breite von etwa 0,2 mm in der zur Walzrichtung senkrechten Richtung und waren in Abständen von 3,5 mm angeordnet. Bei den durch die Behandlungen (1) und (2) erhaltenen Proben lag die Tiefe der durch das Ätzen gebildeten Vertiefungen im Bereich von 20 ± 2 um bezüglich der Gesamtlänge der Rolle. Bei den durch die Behandlungen (3) und (4) erhaltenen Proben schwankte die Tiefe der Vertiefungen von 0 bis 35 um, obwohl die Behandlungsbedingungen die gleichen wie bei den Verfahren (1) und (2) waren.
Die wie oben beschrieben behandelten Rollen wurden zusammen mit der unbehandelten Rolle (5) dem Entkohlungstempern und dem abschließenden Texturtempern unterzogen.
Die Magneteigenschaften der Rollenprodukte wurden durch Entnahme von Proben an 20 Stellen in Längsrichtung gemessen. Tabelle 5 zeigt die gemessenen Durchschnittswerte und Abweichungen.
Aus Tabelle 5 ist ersichtlich, daß die nach dieser Erfindung behandelten Stahlplatten im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren beständige Werte des Kernverlustes zeigten. Tabelle 5 Magneteigenschaften (n=20) Kernverlust W17/50 (W/kg) Magnetflußdichte B&sub8; (T) Behandlungsverfahren Bemerkung Durchschnittswert Varianz (1) Offsetdruck + elektrolytisches Ätzen (2) Offsetdruck + chemisches Ätzen (3) Photoätzen (4) Schablone + elektrolytisches Ätzen (5) unbehandelt erfindungsgemäßes Beispiel Vergleichbeispiel

Beispiel 4

Eine Silciumstahlbramme, die 0,045% C, 3,2% Si, 0,070% Mn, 0,020% Se und 0,025% Sb enthielt, wobei der Rest im wesentlichen aus einer Zusammensetzung von Fe bestand, wurde warmgewalzt, zweimal mit einem dazwischenliegenden einminütigem Temperverfahren bei 1000ºC kaltgewalzt und kaltgewalzt, wodurch ein Blech mit der Enddicke von 0,20 mm erhalten wurde.
Von dieser gewalzten Rolle wurden fünf Proben mit einem Mittenrauhwert Ra im Bereich: von 0,20 bis 0,25 um hergestellt und wie folgt entsprechend behandelt:
6) elektrolytisches Ätzen nach dem Auftragen eines Resists durch Heliographie-Offsetdruck;
7) chemisches Ätzen nach dem Auftragen eines Resists durch Heliographie-Offsetdruck;
8) Anreißen mit Schneidkanten;
9) Formen durch Laserstrahl; und
10) keine Behandlung.
Die Behandlungen (6) und (7) waren die gleichen wie die Behandlungen (1) und (2), und die Behandlungen (8) und (9) wurden so durchgeführt, daß Vertiefungen mit einer Breite von 0,2 mm und einer Tiefe von 20 um gebildet wurden.
Die wie oben beschrieben behandelten Rollen wurden zusammen mit der unbehandelten Rolle (10) dem Entkohlungstempern und dem abschließenden Texturtempern unterzogen. Danach wurden die Magneteigenschaften der Rollenprodukte gemessen. Tabelle 6 zeigt die Ergebnisse dieser Messung. Tabelle 6 Magneteigenschaften (n=20) Behandlungsverfahren Kernverlust W17/50 (W/kg) Magnetflußdichte B&sub8; (T) Füllfaktor (%) Bemerkung (6) Offsetdruck + elektrolytisches Ätzen (7) Offsetdruck + chemisches Ätzen (8) Messerklinge (9) Laser (10) unbehandelt erfindungsgemäßes Beispiel Vergleichbeispiel
Wie in Tabelle 6 gezeigt, erreichte die Erfindung eine deutliche Verbesserung des Kernverlustes, ohne daß der Füllfaktor verringert wurde.
Wie oben beschrieben, können nach der vorliegenden Erfindung kornorientierte Elektrostahlbleche mit einer geringen Dicke von 0,27 mm oder weniger bei geringeren Kosten hergestellt werden, wobei geeignete Magneteigenschaften gesichert werden. Die Eigenschaften der so erhaltenen kornorientierten Elektrostahlbleche können außerdem bei einer Hochtemperaturbehandlung, z.B. dem Spannungsarmtempern, beibehalten werden. Somit können die Bleche wirksam angewendet werden, wobei der Kernverlust effektiv begrenzt wird, wenn sie für Kerne von Transformatoren vom gestapelten oder gewickelten Typ verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines kaltgewalzten, kornorientierten Elektrostahlblechs mit geringem Kernverlust, wobei das Stahlblech 0,27 mm oder weniger dick ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren das stellenweise Herstellen von Vertiefungen in der Oberfläche des Blechs umfaßt, wobei die Vertiefungen die Gleichung erfüllen:

log d ≥ 0,6 Ra + 0,4,

worin d die Tiefe (um) der Vertiefungen und Ra der Mittenrauhwert des kaltgewalzten Stahlblechs sind.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Vertiefungen diskontinuierlich sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Vertiefungen in einer Richtung hergestellt werden, die im Bereich von 30º bis senkrecht zur Walzrichtung liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, das weiterhin den Schritt eines Entkohlungstemperns und den Schritt eines abschließenden Texturtemperns umfaßt.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vertiefungen weniger oder gleich 100 um tief sind.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vertiefungen Breiten im Bereich von 5 bis 300 um haben und in Walzrichtung in Abständen von 1 mm oder mehr angeordnet sind.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Vertiefungen hergestellt werden durch stellenweises Aufbringen, Aufdrucken eines Ätzresists auf die Stahl blechoberfläche; durch Fixieren des Ätzresists an der Stahlblechoberflache durch Backen; durch Ätzen der Stahlblechoberfläche und durch Entfernen des Ätzresists, so daß nur die Bereiche der Stahlblechoberfläche geätzt werden, die nicht vom Ätzresist bedeckt waren.

8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Ätzresist durch Heliographie-Offsetdruck, Heliographiedruck ohne Offsetwalze, Lithographie-Offsetdruck oder Siebdruck aufgebracht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Ätzverfahren ein elektrolytisches Ätzen umfaßt.

10. Verfahren nach Anspruch 7, 8 oder 9, wobei die Dicke des Resists nach dem Backen im Bereich von 0,5 bis 30 um liegt.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der Ätzresist durch ein alkalisches oder organisches Lösungsmittel entfernt wird.