WO2020088764A1 - Method for producing a grain-oriented flat steel product for electromagnetic applications, flat steel product for electromagnetic applications, and transformer core stack produced from such a flat steel product - Google Patents
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- C23C22/82—After-treatment
- C23C22/83—Chemical after-treatment
Definitions
- the invention relates to a method for producing a grain-oriented flat steel product for electromagnetic applications.
- the invention relates to a flat steel product for electro-magnetic applications, which is particularly suitable as a base for the production of sheet metal stacks, and a transformer core stack, which is formed from blanks of such a flat electrical steel product.
- Grain-oriented flat steel products of the type in question here which are also referred to in the technical language and in the present text as "electrical sheets” or “electrical steel flat products”, are particularly suitable for uses in which a particularly low magnetic loss is in the foreground and high demands permeability or
- a steel is first of all made (in% by weight) typically 2.5 to 4.0% Si, 0.010 to 0.100% C, up to 0.150% Mn, up to 0.065% AI and up to 0.0150% N as well as optionally 0.010 to 0.3% Cu, up to 0.060% S, up to 0.100% P, up to 0.2% As, Sn, Sb, Te and Bi, balance iron and unavoidable impurities, to a starting material such as a slab, thin slab or
- the preliminary material is then subjected to an annealing treatment, if necessary, in order then to be hot-rolled to a hot strip.
- Descaling or pickling treatment is then cold rolled from the hot strip in one step or several steps, and in the event that several cold rolling steps are carried out, between the
- An intermediate annealing can be carried out if necessary in the cold rolling steps. During the decarburization annealing carried out subsequently
- the carbon content of the cold strip is significantly reduced.
- an annealing separator which is typically MgO, is applied to the strip surfaces.
- Annealing separator prevents the turns of a coil wound from the cold strip from welding together during the subsequent high-temperature annealing.
- high-temperature annealing which is typically carried out in a hood furnace under protective gas, a selective texture is created in the cold strip by selective grain growth. Furthermore, a forsterite layer forms on the band surfaces, the
- Diffusion processes taking place at high temperature annealing cleaned the steel material. Following the high-temperature annealing, the flat electrical steel product obtained is coated with an insulation layer, thermally straightened and stress-relieved in a final “final annealing”. This final annealing can take place before or after the assembly of the in the
- Electrical steel flat products manufactured in this way are typically 0.15 mm to 0.5 mm thick.
- the metallurgical properties of the material, the degrees of deformation of the cold rolling processes set during the production of the flat electrical steel products and the parameters of the heat treatment steps are each coordinated so that targeted recrystallization processes take place.
- Insulation layer can help to minimize the magnetic loss of grain-oriented electrical steel flat products.
- the insulation layer can transfer considerable tensile stresses to the base material in the burned-in state, which, as described for example in EP 2 022 874 A1, can be up to 0.8 kg / mm 2 , which corresponds to tensile stresses of up to approximately 8 MPa.
- the tensile stresses transmitted by the insulation coating not only improve the magnetic loss values of the respective flat electrical steel product, but also reduce the magnetostriction, which in turn has a positive effect on the noise behavior of a transformer manufactured using such flat electrical steel product.
- the main components of the insulation solution used according to DE 22 47 269 C3 to produce the insulation layer are aluminum phosphate and silicon dioxide, the latter also being able to be added in colloidal form. Another component of insulation coatings is common
- Chromic acid anhydride chromium trioxide
- chromic acid the content of this constituent, which is questionable with regard to its effects on the environment, being able to be minimized if the other ingredients of the insulation solution are selected appropriately (DE 10 2008 008 781 A1, EP 2 022 874 A1).
- insulation layers are first applied to the surface of the flat electrical steel product to be coated, which may already have been coated with a glass film, then the thickness of the insulation layer is adjusted, for example with the aid of squeezing rollers, and finally the insulation layer is baked in an oven .
- the baking temperature is typically approx. 850 ° C.
- the operation of transformers which are based on transformer cores made from such insulation-coated flat electrical steel products, results in significantly reduced numbers
- composition of the steel base material of the electrical steel flat product depending.
- this leads to variations in the coating in color and surface roughness of the insulation layer on the flat electrical steel product.
- a grain-oriented flat steel product for electromagnetic applications should be specified, the surface quality of which varies within a narrow tolerance window, so that, from blanks of such an flat electrical steel product, stacks which are particularly suitable for the production of transformer-core stacks can be automatically and automatically formed are.
- the invention has achieved this object in that at least the work steps specified in claim 1 are carried out in the production of a grain-oriented flat steel product. It goes without saying that the process steps which are not mentioned here and which are usually carried out for the person skilled in the art in the production of flat steel products of the type in question here are also additionally carried out in the process according to the invention if there is a need for this.
- a grain-oriented flat steel product according to the invention can be produced by a method according to the invention and is suitable
- transformer core sheet metal stacks which are formed by stacking blanks of a flat electrical steel product according to the invention.
- Processing optimized surface condition is accordingly a) providing an electrical steel flat product having at least one surface thereof an insulating layer, and generates b) on the insulating layer is a maximum of 5 mi h, in particular less than 5 gm, thick resist layer.
- the flat electrical steel product provided in step a) can be produced in a conventional manner, for example by using the method known in the prior art explained at the outset.
- a lacquer layer is now applied to the insulation layer provided by the flat electrical steel product provided.
- Their thickness is dimensioned such that they only marginally influence the spacing of sheet metal blanks obtained from an electrical steel flat product according to the invention in a stack and, as a result, the dimensions and magnetic properties of a transformer core formed by such a stack. This is especially true if the thickness of the Lacquer layer is less than 5 gm, in particular at most 2 gm or at most 1 gm.
- a lacquer layer applied according to the invention typically has a minimum thickness of 0.5 gm.
- Frictional properties of an unpainted insulation layer can be shifted into an optimal value range for automatic handling.
- electromagnetic applications (“electrical steel flat product”) encompasses
- 5 gm in particular less than 5 gm, is thick and is composed of more than 50% by weight of organic components.
- the lacquer layer provided according to the invention for modifying the rubbing properties of the surface of a flat electrical steel product can be applied to the surface in question in any manner known from the prior art for this purpose.
- Conventional roll coaters or squeegees are suitable for this, with which the paint used in each case is suitable
- Layer thickness if necessary by applying two or more passes.
- a coater can be used, which only has one side at a time Coating steel flat product, the electric steel flat product to be painted can be run twice over the same system, where necessary it is turned between the two runs. If two coaters of this type are available, these can be run through in succession in order to apply the lacquer layer one after the other on both sides of the flat electrical steel product.
- step b) of the method according to the invention then comprises the steps b.1) which are usually carried out in the prior art for this purpose. Applying a solvent-free lacquer as a wet film to the surface of the insulation layer,
- the invention is based on the knowledge that, based on a conventional coating system designed for the coating of stainless steel sheets, the surface properties of flat electrical steel products of the type in question can be influenced in a simple and favorable manner.
- the paint provided for the application to the surface at a temperature of 20 ° C has a Brookfield viscosity of less than 5000 mPas with a spindle 3, a wet film of particularly uniform distribution and thickness can be applied to the insulation layer.
- Lacquers applied according to the invention contain at least the following
- B 5-60% by weight of at least one monofunctional (meth) acrylate or a di-, tri- or poly (meth) acrylate compound, which is in each case liquid at 20 ° C.
- the starting point for the lacquer layer produced according to the invention can be the solution-free coating agent proposed in DE 101 44 531 B4 for producing an anti-fingerprint coating, which can be cured by irradiation with ultraviolet light.
- the content of DE 101 44 531 B4 is hereby incorporated into the present application by reference to the invention.
- the coating agent known from DE 101 44 531 B4 is mixed with an organic or inorganic UV pigment preparation, by the addition of which the desired setting of that according to the invention is added painted surface existing friction properties is made particularly effective.
- the lacquer layer can be thermal or actinic radiation, such as UV radiation or, in a manner known per se
- the lacquer can contain, as a hardenable component, an acrylate resin that can be hardened by radiation.
- the lacquer is composed at least partially, preferably predominantly, of an acrylate resin.
- Reactive thinners such as monofunctional (meth) acrylate or di-, tri- or poly (meth) acrylate compounds, are inexpensive to achieve a high surface hardness while the highly pigmented coating dries out.
- an acrylate combination in which the aforementioned different UV acrylates each have a third, has proven particularly useful.
- the volume shrinkage of the applied lacquer layer is to be adjusted in a manner known per se so that the adhesion of the lacquer layer to the
- Insulation layer of the provided electrical steel flat product is not impaired in the course of drying and hardening.
- the lacquer applied in accordance with the invention may further contain the following component:
- the covering of the substrate formed by the insulation layer of the flat electrical steel product provided by the lacquer layer produced thereon according to the invention can be ensured particularly effectively by the pigments optionally added to the lacquer applied according to the invention.
- One or more pigments selected from the group of “carbon black, graphite, molybdenum sulfide, talc, iron oxide black or titanium dioxide pigments” are particularly suitable as optionally added component C.
- Carbon black, graphite and molybdenum sulfide in particular are substances which, according to the knowledge of the invention, are suitable for reducing the sliding friction behavior of a surface of an insulation layer present on an electrical steel flat product. Soot and graphite particles have been found to be particularly suitable for adjusting the frictional properties of the surface of a flat steel product according to the invention.
- talc, iron oxide black or titanium dioxide pigments contribute to a particularly good hiding power based on the property of these pigments to absorb light.
- the total proportion of the particulate pigments optionally present in the lacquer includes both pigments selected from a first group "carbon black, graphite, molybdenum sulfide” and pigments selected from a second group "talc, iron oxide black and titanium dioxide", , it is advantageous if the relative proportion of pigments of the first group is preferably at least 5% by weight, in particular at least 8% by weight or 10% by weight, in each case based on the total proportion of the particulate pigments, one being optimal effect of the pigments of the first group with relative, ie related to the total amount of pigments in the paint
- the proportion of the pigments of the first group should not exceed 40% by weight, in order to avoid disadvantageous flow properties of the lacquer and to ensure optimal wetting and optimal behavior in the
- At least 0.5-10% by weight of a pigment selected from the group "carbon black, graphite or molybdenum sulfide", based on the paint formulation, can be present as component C in the paint applied according to the invention.
- the method according to the invention applied coating formulation in total at least 10% by weight
- the pigment content ensures that any unevenness on the surface of the insulation layer is covered in such a way that an optimally flat and therefore smooth surface with a low coefficient of friction m H is obtained.
- Pigment contents of at least 15% by weight, in particular at least 20% by weight, have proven to be particularly expedient with regard to the setting of the static friction behavior of the surface provided with a lacquer coating in the manner according to the invention.
- the varnish applied according to the invention is preferably solvent-free in order to avoid the formation of pores and other surface defects in the varnish layer due to volatile constituents which outgass upon application, during drying or during curing.
- Solvent-free in the sense of the present invention means that in the lacquer applied according to the invention the sum of the contents of volatile organic compounds with a boiling temperature at 1 atm (1,01325 bar) of less than 100 ° C. is less than 5% by weight, in particular less than 1% by weight or optimally less than 0.5% by weight.
- the coating layer is typically applied at temperatures of up to 90 ° C, so that the operational safety of the
- the method according to the invention is advantageous if the flat electrical steel product to be coated has a temperature of at least 60 ° C., in particular at least 80 ° C., for the application of the lacquer, the
- Temperature of the flat electrical steel product should not exceed 120 ° C, especially not more than 100 ° C, to have a negative impact on the
- the thickness of the lacquer layer applied according to the invention can be determined using
- Magnetic induction can be determined according to ISO 2178.
- a grain-oriented flat steel product according to the invention for electromagnetic applications comprises
- a grain-oriented electrical sheet coated with a lacquer layer in the manner according to the invention typically has a static friction coefficient m H of 0.20-0.35 on the free surface of the lacquer layer.
- An optimum working window for the formulation with regard to the applicability and the covering capacity and for setting the desired sliding friction coefficient, based on the lacquer layer, is in the range of 15-40% by weight of a pigment selected from the group "carbon black (carbon black), graphite, molybdenum sulfide, talc , Iron oxide black and titanium dioxide ”.
- the pigment particles according to the invention are optionally present in the lacquer applied to the steel substrate of the flat steel product to form the lacquer layer with particle diameters of ⁇ 5 pm, with particle diameters of at least 0.05 pm in practice with regard to the effectiveness and distribution of the particles have proven particularly effective, and with particle diameters of at most 2 pm, in particular at most 1 pm, the effect achieved by the optional presence of the particles sets in particularly reliably.
- Lacquer layer according to the invention results if the proportion of the particulate pigment based on the lacquer layer is at least 20% by weight.
- the desired particle size of the pigment content optionally present in the lacquer applied according to the invention of less than 5 pm is during the
- a lacquer layer applied according to the invention on the insulation layer of a flat electrical steel product contains a binder based on acrylates and / or urethanes, preferably based on acrylates, the proportion of acrylates in the lacquer coating preferably being at least 80% by weight based on the sum of the contents organic components of the lacquer coating is.
- the steel substrate of an electrical steel flat product according to the invention consists of steel alloys typical of electrical steel flat products.
- the steel substrate can thus be produced from a steel which consists of (in% by weight) 1.5-6.0% Si, optionally further elements and, due to the production process, unavoidable
- An example of such an alloy is a steel which consists of (in% by weight) 1.5-4.0% Si, 0.02-0.20% Cr, 0.01-0.35% Cu, 0 , 03 - 0.20% Sn, 0.03 - 0.30% Mn, 0.01 - 0.03% P, balance iron and unavoidable impurities.
- the invention is suitable for use on all grain-oriented flat steel products which are provided with an insulation layer.
- Insulation layers are applied in particular to grain-oriented flat electrical steel products, for which the application of a
- paint layer according to the invention has proven to be particularly useful.
- the insulation layer of flat electrical steel products of the type according to the invention is obtained and produced in a conventional manner, as described, for example, in the publications cited at the beginning. So there is
- Insulation layer composed of the components silicon dioxide, a phosphate and a metal oxide, the insulation layer being predominantly amorphous.
- a transformer sheet metal stack according to the invention consists of blanks which are divided from flat electrical steel products according to the invention and
- All blanks are at least on one side, preferably on both sides, in the area of the surface of another
- the surface coming into contact with the blank is provided with a lacquer coating according to the invention which is composed of more than 50% by weight, preferably more than 60% by weight, of organic constituents and is applied in a layer thickness which is spaced apart along the Stacking of immediately adjacent electrical steel sections (in each case defined as the sum of the layer thicknesses of the lacquer coatings on the facing surfaces of immediately adjacent electrical steel sections and measured in each case by means of magnetic induction according to ISO 2178) results in less than 5 pm, preferably less than 2 pm, the coefficient of static friction of the surface of one blank provided with the lacquer layer is greater than or equal to 0.20 and less than or equal to 0.35.
- the lacquer layer applied according to the invention does not transmit tensile stress to the insulation layer covered by it or to the steel substrate carrying the insulation layer, but only serves to adjust the sliding behavior on the top of the insulation layer.
- Compressive force F N of 0.3 MPa Compressive force F N of 0.3 MPa.
- the respective outer blanks are loaded with a tensile force FR directed in the same direction, while the blank in the middle is loaded with a tensile force FR which is oriented in the opposite direction but is of the same size as that exerted on the other two blanks Traction FR.
- the tensile forces FR are continuously increased until the blanks are relative to one another move.
- the value of the pulling force reached at this point is called F R rriax .
- the static friction coefficient m H can then be determined as follows:
- soot particles are used as particles (component C) in the lacquer applied according to the invention
- a coating according to the invention can also be clearly characterized using the analysis method "Fourier-Transformed Infrared Spectroscopy” (FTIR).
- FTIR Fourier-Transformed Infrared Spectroscopy
- the DRIFT (Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transformation) process is the conventional ATR process
- Insulation coating recorded and thus enables full characterization.
- the peak of the soot is 731 cm 1 . It has a certain width so that the peak integral int (peak carbon black) of 690 cm 1 to 760 cm 1 is formed for quantification.
- the acrylate peak at 1740 cm 1 serves as the reference peak.
- the integral int (peak acrylate) is integrated over the range from 1690 cm 1 to 1780 cm 1 .
- the respective peak integrals can be determined using the OPUS VERSION 7.2 device software offered by Bruker Corporation, Billerica, USA, subtracting the baseline.
- the quotient Q is formed from the peak integrals int (peak carbon black) and int (peak acrylate):
- Stiction coefficient PH from 0.20 to 0.35.
- the steel substrate each consisted of one of the steels A - D, the composition of which is given in Table 1.
- the electrical steel flat product samples were also conventionally coated with a 0.5-3 ⁇ m thick insulation layer, which consisted of a Forsterite (Mg 2 Si0 4 ) layer and an overlying layer of a silica / silicate glass, which optionally contained up to 10 wt .-% Cr.
- a Forsterite (Mg 2 Si0 4 ) layer and an overlying layer of a silica / silicate glass, which optionally contained up to 10 wt .-% Cr.
- a part of the samples has been coated with a lacquer layer in accordance with the requirements of the invention, while another part of the samples has been lacquer-coated for comparison, but with outside the
- Lacquer formulations according to the invention A third part of the samples also remained uncoated for comparison.
- the samples were first pretreated alkaline or acidic for surface cleaning. Spray degreasing at 60 ° C has proven itself here.
- the samples were also heated before coating, with temperatures of 80 - 100 ° C being found to be optimal.
- the respective coating layer was applied to the samples heated in this way using a conventional three-roller coater, in which the
- Rubberization of the application roller had a hardness of at least 80 Shore A.
- a paint was provided which, as component A, contained 33% by weight urethane acrylate with a viscosity of 1800-2200 mPas (at 60 ° C) and 33% by weight epoxy acrylate with a viscosity of 2500-3500 mPas (at 60 ° C) and as component B contained 34% by weight alkoxylated triacrylate with a viscosity of 50-100 mPas (at 25 ° C).
- the overall formulation had a viscosity of 500 - 800 mPas at 25 ° C.
- the viscosities were determined using a spindle 3 according to Brookfield.
- the pigments (component C) iron oxide black, titanium dioxide and soot particles are each in the form of a pigment preparation with component B and an im Grindometers according to Hegman (DIN 53203) determined particle diameters of less than 5 pm were provided and were formulated accordingly. With a constant proportion of iron oxide black (14% by weight) and titanium dioxide (3.75% by weight), only the proportion of soot particles was varied.
- the varnish layer was cured with commercially available UV lamps for 1 to 5 seconds, with the entire radiation spectrum being from 250 nm to 450 nm
- Table 2 shows the steel of the steel substrate of the electrical flat steel product sample used in each case, the soot content R in the lacquer layer, the quotient Q - as far as can be determined - the static friction m H for the tests carried out
- Stiction of friction m H on the surface of the sample can be done very precisely.
- the additives in the lacquer layer are significantly larger, so that the reproducibility is restricted.
- the acrylate peak serving as the reference peak is 1740 cm 1 , the associated integral int (peak acrylate) extending over the range from 1690 cm 1 to 1780 cm 1 and having a value of 55.9 in the example shown in FIG. 1 .
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Abstract
Description
Verfahren zur Herstellung eines kornorientierten Stahlflachprodukts für elektromagnetische Anwendungen, Stahlflachprodukt für elektromagnetische Anwendungen und T ransformator-Kern-Stapel hergestellt aus einem solchen Stahlflachprodukt Process for the production of a grain-oriented flat steel product for electromagnetic applications, flat steel product for electromagnetic applications and transformer core stack produced from such a flat steel product
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines kornorientierten Stahlflachprodukts für elektromagnetische Anwendungen. The invention relates to a method for producing a grain-oriented flat steel product for electromagnetic applications.
Ebenso betrifft die Erfindung ein Stahlflach produkt für elektro-magnetische Anwendungen, das insbesondere als Basis für die Herstellung von Blechstapeln geeignet ist, und einen Transformator-Kern-Stapel, der aus Zuschnitten eines derart beschaffenen Elektro-Stahlflachprodukts gebildet ist. Likewise, the invention relates to a flat steel product for electro-magnetic applications, which is particularly suitable as a base for the production of sheet metal stacks, and a transformer core stack, which is formed from blanks of such a flat electrical steel product.
Bei den hier in Rede stehenden Stahlflachprodukten handelt es sich um The flat steel products in question here are
Stahlbänder oder -bleche, aus denen Teile für elektromagnetische Systeme und desgleichen gefertigt werden. Steel strips or sheets from which parts for electromagnetic systems and the like are manufactured.
Kornorientierte Stahlflachprodukte der hier in Rede stehenden Art, die in der Fachsprache und im vorliegenden Text auch als "Elektrobleche" oder "Elektro- Stahlflachprodukte" bezeichnet werden, eignen sich dabei insbesondere für Verwendungen, bei denen ein besonders niedriger Ummagnetisierungsverlust im Vordergrund steht und hohe Ansprüche an die Permeabilität oder Grain-oriented flat steel products of the type in question here, which are also referred to in the technical language and in the present text as "electrical sheets" or "electrical steel flat products", are particularly suitable for uses in which a particularly low magnetic loss is in the foreground and high demands permeability or
Polarisation gestellt werden. Solche Anforderungen bestehen insbesondere bei Teilen für Leistungstransformatoren, Verteilungstransformatoren und Polarization. Such requirements exist in particular for parts for power transformers, distribution transformers and
höherwertigen Kleintransformatoren. Wie im Einzelnen beispielsweise in der EP 1 025 268 B1 erläutert, wird allgemein im Zuge der Herstellung von Elektro-Stahlflachprodukten zunächst ein Stahl, der (in Gew.-%) typischerweise 2,5 bis 4,0 % Si, 0,010 bis 0,100 % C, bis zu 0,150 % Mn, bis zu 0,065 % AI und bis zu 0,0150 % N sowie jeweils optional 0,010 bis 0,3 % Cu, bis 0,060 % S, bis 0,100 % P, bis jeweils 0,2 % As, Sn, Sb, Te und Bi, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen aufweist, zu einem Vormaterial, wie einer Bramme, Dünnbramme oder einem higher quality small transformers. As explained in detail, for example, in EP 1 025 268 B1, in the course of the manufacture of flat electrical steel products, a steel is first of all made (in% by weight) typically 2.5 to 4.0% Si, 0.010 to 0.100% C, up to 0.150% Mn, up to 0.065% AI and up to 0.0150% N as well as optionally 0.010 to 0.3% Cu, up to 0.060% S, up to 0.100% P, up to 0.2% As, Sn, Sb, Te and Bi, balance iron and unavoidable impurities, to a starting material such as a slab, thin slab or
gegossenen Band, vergossen. Das Vormaterial wird dann erforderlichenfalls einer Glühbehandlung unterzogen, um anschließend zu einem Warmband warmgewalzt zu werden. cast tape, potted. The preliminary material is then subjected to an annealing treatment, if necessary, in order then to be hot-rolled to a hot strip.
Nach dem Haspeln des so erhaltenen Warmbands und einer optional zusätzlich durchgeführten Glühung sowie einer ebenso optional absolvierten After reeling the hot strip obtained in this way and optionally additionally performing annealing as well as completing it also optionally
Entzunderungs- bzw. Beizbehandlung wird aus dem Warmband anschließend in einem Schritt oder mehreren Schritten ein Kaltband kaltgewalzt, wobei im Fall, dass mehrere Kaltwalzschritte absolviert werden, zwischen den Descaling or pickling treatment is then cold rolled from the hot strip in one step or several steps, and in the event that several cold rolling steps are carried out, between the
Kaltwalzschritten erforderlichenfalls eine Zwischenglühung durchgeführt werden kann. Bei der anschließend durchgeführten Entkohlungsglühung wird An intermediate annealing can be carried out if necessary in the cold rolling steps. During the decarburization annealing carried out subsequently
üblicherweise zur Vermeidung einer magnetischen Alterung der usually to avoid magnetic aging of the
Kohlenstoffgehalt des Kaltbands entscheidend verringert. The carbon content of the cold strip is significantly reduced.
Nach dem Entkohlungsglühen wird auf die Bandoberflächen ein Glühseparator aufgebracht, bei dem es sich typischerweise um MgO handelt. Der After the decarburization annealing, an annealing separator, which is typically MgO, is applied to the strip surfaces. The
Glühseparator verhindert, dass die Windungen eines aus dem Kaltband gewickelten Coils bei der daraufhin durchgeführten Hochtemperaturglühung miteinander verschweißen. Während der Hochtemperaturglühung, die typischerweise in einem Haubenofen unter Schutzgas durchgeführt wird, entsteht im Kaltband durch selektives Kornwachstum eine gerichtete Textur. Ferner bildet sich auf den Bandoberflachen eine Forsteritschicht, der Annealing separator prevents the turns of a coil wound from the cold strip from welding together during the subsequent high-temperature annealing. During high-temperature annealing, which is typically carried out in a hood furnace under protective gas, a selective texture is created in the cold strip by selective grain growth. Furthermore, a forsterite layer forms on the band surfaces, the
sogenannte "Glasfilm", aus. Darüber hinaus wird durch während der so-called "glass film". In addition, during the
Hochtemperaturglühung ablaufende Diffusionsvorgänge das Stahlmaterial gereinigt. Im Anschluss an die Hochtemperaturglühung wird das erhaltene Elektro- Stahlflachprodukt mit einer Isolationsschicht beschichtet, thermisch gerichtet und in einer abschließenden "Schlussglühung" spannungsarm geglüht. Diese Schlussglühung kann vor oder nach der Konfektionierung des in der Diffusion processes taking place at high temperature annealing cleaned the steel material. Following the high-temperature annealing, the flat electrical steel product obtained is coated with an insulation layer, thermally straightened and stress-relieved in a final “final annealing”. This final annealing can take place before or after the assembly of the in the
voranstehend beschriebenen Weise erzeugten Stahlflachprodukts zu den für die Weiterverarbeitung benötigten Zuschnitten erfolgen, wobei durch eine Schlussglühung nach dem Abteilen der Zuschnitte die im Zuge des Steel flat product described above is produced to the blanks required for further processing, with a final annealing after the blanks have been cut off in the course of
Abteilvorgangs entstandenen zusätzlichen Spannungen abgebaut werden können. So gefertigte Elektro-Stahlflachprodukte sind typischerweise 0,15 mm bis 0,5 mm dick. Additional tensions can be reduced. Electrical steel flat products manufactured in this way are typically 0.15 mm to 0.5 mm thick.
Die metallurgischen Eigenschaften des Werkstoffs, die bei der Erzeugung der Elektro-Stahlflachprodukte eingestellten Umformgrade der Kaltwalzprozesse und die Parameter der Wärmebehandlungsschritte sind jeweils so aufeinander abgestimmt, dass gezielte Rekristallisationsprozesse ablaufen. Diese The metallurgical properties of the material, the degrees of deformation of the cold rolling processes set during the production of the flat electrical steel products and the parameters of the heat treatment steps are each coordinated so that targeted recrystallization processes take place. These
Rekristallisationsprozesse führen zu der für den Werkstoff typischen "Goss- Textur", bei der die Richtung der leichtesten Magnetisierbarkeit in Walzrichtung der Fertigbänder liegt. Kornorientierte Elektro-Stahlflachprodukte weisen dementsprechend ein stark anisotropes magnetisches Verhalten auf. Recrystallization processes lead to the "Goss texture" typical of the material, in which the direction of the easiest magnetizability lies in the rolling direction of the finished strips. Accordingly, grain-oriented electrical steel flat products have a strongly anisotropic magnetic behavior.
Neben den Energieverlusten spielt bei Transformatoren auch die In addition to energy losses, that also plays a role in transformers
Geräuschentwicklung eine Rolle. Diese beruht auf einem als Magnetostriktion bekannten physikalischen Effekt und wird unter anderem durch die Noise matters. This is based on a physical effect known as magnetostriction and is caused by the
Eigenschaften des verwendeten Elektrostahlkernwerkstoffs beeinflusst. Properties of the electrical steel core material used influenced.
Es ist bekannt, dass die auf ein Elektro-Stahlflachprodukt aufgetragene It is known that the applied to an electrical steel flat product
Isolationsschicht zur Minimierung der Ummagnetisierungsverluste von kornorientierten Elektro-Stahlflachprodukten beitragen kann. So kann die Isolationsschicht im eingebrannten Zustand erhebliche Zugspannungen auf das Grundmaterial übertragen, die, wie beispielsweise in der EP 2 022 874 A1 dargelegt, bis zu 0,8 kg/mm2 betragen können, was Zugspannungen bis etwa 8 MPa entspricht. Die von der Isolationsbeschichtung übertragenen Zugspannungen verbessern nicht nur die magnetischen Verlustwerte des jeweiligen Elektro- Stahlflachprodukts, sondern setzen auch die Magnetostriktion herab, was sich wiederum positiv auf das Geräuschverhalten eines mit solchem Elektro- Stahlflachprodukt gefertigten Transformators auswirkt. Insulation layer can help to minimize the magnetic loss of grain-oriented electrical steel flat products. Thus, the insulation layer can transfer considerable tensile stresses to the base material in the burned-in state, which, as described for example in EP 2 022 874 A1, can be up to 0.8 kg / mm 2 , which corresponds to tensile stresses of up to approximately 8 MPa. The tensile stresses transmitted by the insulation coating not only improve the magnetic loss values of the respective flat electrical steel product, but also reduce the magnetostriction, which in turn has a positive effect on the noise behavior of a transformer manufactured using such flat electrical steel product.
Eine diese Effekte zeigende Isolationsschicht und ein Verfahren zu ihrer Herstellung sind beispielsweise in der DE 22 47 269 C3 beschrieben, gemäß der sich Isolationsschichten mit Schichtdichten von bis zu 4 g/m2 erreichen lassen. Weiter ist dort erläutert, dass die von der Isolationsschicht auf das Stahlsubstrat übertragenen Zugspannungen die Folge von unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Isolationsschicht und des An insulation layer showing these effects and a process for its production are described, for example, in DE 22 47 269 C3, according to which insulation layers with layer densities of up to 4 g / m 2 can be achieved. It is also explained there that the tensile stresses transmitted from the insulation layer to the steel substrate are the result of different thermal expansion coefficients of the insulation layer and the
Stahlgrundmaterials sind. Are steel base material.
Die Hauptbestandteile der gemäß der DE 22 47 269 C3 zur Erzeugung der Isolationsschicht verwendeten Isolationslösung sind Aluminiumphosphat und Siliziumdioxid, wobei letzteres auch in kolloider Form zugesetzt werden kann. Ein weiterer Bestandteil von Isolationsbeschichtungen ist häufig The main components of the insulation solution used according to DE 22 47 269 C3 to produce the insulation layer are aluminum phosphate and silicon dioxide, the latter also being able to be added in colloidal form. Another component of insulation coatings is common
Chromsäureanhydrid (Chromtrioxid) bzw. Chromsäure, wobei der Gehalt an diesem hinsichtlich seiner Auswirkungen auf die Umwelt bedenklichen Bestandteil bei geeigneter Wahl der übrigen Inhaltsstoffe der Isolationslösung minimiert werden kann (DE 10 2008 008 781 A1 , EP 2 022 874 A1 ). Chromic acid anhydride (chromium trioxide) or chromic acid, the content of this constituent, which is questionable with regard to its effects on the environment, being able to be minimized if the other ingredients of the insulation solution are selected appropriately (DE 10 2008 008 781 A1, EP 2 022 874 A1).
Gemeinsam ist den voranstehend erwähnten bekannten Isolationsschichten, dass sie zunächst auf die gegebenenfalls bereits mit einem Glasfilm überzogene Oberfläche des zu beschichtenden Elektro-Stahlflachprodukts aufgetragen werden, dann die Dicke der Isolationsschicht beispielsweise mit Hilfe von Abquetschrollen eingestellt wird und schließlich in einem Ofen die Isolationsschicht eingebrannt wird. Die Einbrenntemperatur beträgt dabei typischerweise ca. 850 °C. Aus der DE10 2010 038 038 A1 ist es in diesem Zusammenhang ebenso bekannt, dass durch eine mindestens zweifache Wiederholung des Auftrags und Einbrennens der Isolationsschicht die Haftung und die Schichtdicke der Isolationsschicht deutlich steigern lässt. Beim Betrieb von Transformatoren, die auf aus derart isolationsbeschichteten Elektro-Stahlflachprodukten gefertigten Transformatorkernen aufbauen, kommt es zu deutlich verminderten Common to the above-mentioned known insulation layers is that they are first applied to the surface of the flat electrical steel product to be coated, which may already have been coated with a glass film, then the thickness of the insulation layer is adjusted, for example with the aid of squeezing rollers, and finally the insulation layer is baked in an oven . The baking temperature is typically approx. 850 ° C. In this context, it is also known from DE10 2010 038 038 A1 that the adhesion and the layer thickness of the insulation layer can be significantly increased by repeating the application and baking of the insulation layer at least twice. The operation of transformers, which are based on transformer cores made from such insulation-coated flat electrical steel products, results in significantly reduced numbers
Geräuschemissionen. Noise emissions.
Unabhängig davon, ob die Isolationsschicht durch ein- oder mehrfach Regardless of whether the insulation layer by one or more
durchgeführtes Beschichten und Einbrennen erzeugt worden ist, ist die in der voranstehend erläuterten Weise beschaffene und erzeugte Isolationsschicht das Ergebnis einer Vielzahl chemischer Reaktionen und Phasenumwandlungen bei verschiedenen Temperaturen. Diese die Eigenschaften der Isolationsschicht bestimmenden Vorgänge sind nicht zuletzt von der chemischen performed coating and baking, the insulation layer obtained and produced in the manner described above is the result of a large number of chemical reactions and phase changes at different temperatures. These processes, which determine the properties of the insulation layer, are not least chemical
Zusammensetzung des Stahlgrundmaterials des Elektro-Stahlflachprodukts abhängig. In Folge der im Rahmen der bei großtechnischer Produktionsweise hinzunehmenden Toleranzen der Zusammensetzung des Stahlsubstrats führt dies zu Variationen der Beschichtung in Farbe und Oberflächenrauheit der auf dem Elektro-Stahlflachprodukt vorhandenen Isolationsschicht. Composition of the steel base material of the electrical steel flat product depending. As a result of the tolerances in the composition of the steel substrate that have to be accepted in large-scale production, this leads to variations in the coating in color and surface roughness of the insulation layer on the flat electrical steel product.
Derartige Variationen waren bisher aus technologischer Sicht unkritisch. Such variations have so far been uncritical from a technological point of view.
Insbesondere Schwankungen in der Rauheit konnten in einem relativ weiten Toleranzbereich hingenommen werden, da die aus dem Elektro- Stahlflachprodukt abgeteilten Einzelbleche beispielsweise bei der Fertigung von Transformatorkernen noch heute üblicherweise von Hand zu Stapeln In particular, fluctuations in the roughness could be tolerated within a relatively wide tolerance range, since the individual sheets separated from the flat electrical steel product are still typically stacked by hand, for example in the manufacture of transformer cores
übereinander gelegt werden. Diese manuelle Fertigungsweise erlaubt es, Abweichungen in der Handhabung oder bei der Stapelbarkeit, die sich aus der unterschiedlichen Oberflächenrauigkeit und daraus resultierendem be placed on top of each other. This manual production method allows deviations in handling or stackability, which result from the different surface roughness and the resultant
unterschiedlichen Reibverhalten ergeben, problemlos auszugleichen, ohne dass dadurch der Produktionsprozess gestört oder verzögert wird. Ein solcher Ausgleich von Inhomogenitäten der Oberflächenbeschaffenheit von Blechzuschnitten, die aus mit einer Isolationsschicht der voranstehend erläuterten Art beschichteten Elektro-Stahlflachprodukten abgeteilt sind, kann bei einer maschinellen Stapelbildung im großtechnischen Maßstab, wenn überhaupt, nur mit erheblichem Aufwand realisiert werden. result in different friction behavior, can be easily compensated for without the production process being disturbed or delayed. Such compensation of inhomogeneities in the surface properties of sheet metal blanks, which are made up of flat electrical steel products coated with an insulation layer of the type explained above, can be achieved, if at all, only with considerable effort in the case of machine stacking on an industrial scale.
Vor diesem Hintergrund hat sich die Aufgabe ergeben, ein Verfahren zur Herstellung von kornorientierten Stahlflachprodukten für elektromagnetische Anwendungen ("Elektro-Stahlflachprodukten") anzugeben, die zuverlässig eine allenfalls in einem engen Toleranzfenster variierende Against this background, the task has arisen of specifying a process for the production of grain-oriented flat steel products for electromagnetic applications (“electrical flat steel products”), which reliably varies within a narrow tolerance window at most
Oberflächenbeschaffenheit aufweisen und sich aufgrund dessen beispielsweise für ein unaufwändiges, maschinell-automatisch erfolgendes Stapeln eignen. Have surface quality and are therefore suitable for example for an uncomplicated, machine-automatic stacking.
Ebenso sollte ein kornorientiertes Stahlflachprodukt für elektromagnetische Anwendungen angegeben werden, dessen Oberflächenbeschaffenheit in einem engen Toleranzfenster variiert, so dass sich aus Zuschnitten eines solchen Elektro-Stahlflachprodukts ohne Weiteres maschinell-automatisch Stapel bilden lassen, die insbesondere für die Herstellung von Transformator-Kern-Stapeln geeignet sind. Likewise, a grain-oriented flat steel product for electromagnetic applications should be specified, the surface quality of which varies within a narrow tolerance window, so that, from blanks of such an flat electrical steel product, stacks which are particularly suitable for the production of transformer-core stacks can be automatically and automatically formed are.
In Bezug auf das Verfahren hat die Erfindung diese Aufgabe dadurch gelöst, dass bei der Herstellung eines kornorientierten Stahlflachprodukts mindestens die in Anspruch 1 angegebenen Arbeitsschritte durchlaufen werden. Dabei versteht es sich von selbst, dass die hier nicht erwähnten, für den Fachmann bei der Erzeugung von Stahlflachprodukten der hier in Rede stehenden Art üblicherweise absolvierten Verfahrensschritte auch beim erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich durchgeführt werden, wenn hierzu der Bedarf besteht. With regard to the method, the invention has achieved this object in that at least the work steps specified in claim 1 are carried out in the production of a grain-oriented flat steel product. It goes without saying that the process steps which are not mentioned here and which are usually carried out for the person skilled in the art in the production of flat steel products of the type in question here are also additionally carried out in the process according to the invention if there is a need for this.
Ein die voranstehend angegebene Aufgabe lösendes kornorientiertes A grain-oriented solution to the above task
Stahlflachprodukt weist mindestens die in Anspruch 16 aufgezählten Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben und werden nachfolgend wie der allgemeine Erfindungsgedanke im Einzelnen erläutert. Flat steel product has at least the features listed in claim 16. Advantageous refinements of the invention are specified in the dependent claims and are explained in detail below, like the general inventive concept.
Ein erfindungsgemäßes kornorientiertes -Stahlflachprodukt lässt sich dabei durch ein erfindungsgemäßes Verfahren herstellen und eignet sich A grain-oriented flat steel product according to the invention can be produced by a method according to the invention and is suitable
insbesondere zur Herstellung von Transformator-Kernblech-Stapeln, die durch Aufeinanderstapeln von Zuschnitten eines erfindungsgemäß beschaffenen Elektro-Stahlflachprodukts gebildet werden. in particular for the production of transformer core sheet metal stacks, which are formed by stacking blanks of a flat electrical steel product according to the invention.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines kornorientierten Stahlflachprodukts für elektromagnetische Anwendungen mit für seine In the inventive method for producing a grain-oriented flat steel product for electromagnetic applications with his
Weiterverarbeitung optimierter Oberflächenbeschaffenheit wird demnach a) ein Elektro-Stahlflachprodukt bereitgestellt, das an mindestens einer seiner Oberflächen eine Isolationsschicht aufweist, und b) auf der Isolationsschicht eine höchstens 5 mih, insbesondere weniger als 5 gm, dicke Lackschicht erzeugt. Processing optimized surface condition is accordingly a) providing an electrical steel flat product having at least one surface thereof an insulating layer, and generates b) on the insulating layer is a maximum of 5 mi h, in particular less than 5 gm, thick resist layer.
Das im Arbeitsschritt a) bereitgestellte Elektro-Stahlflachprodukt kann in konventioneller Weise beispielsweise durch Anwendung von dem im eingangs erläuterten Stand der Technik bekannten Verfahren hergestellt werden. The flat electrical steel product provided in step a) can be produced in a conventional manner, for example by using the method known in the prior art explained at the outset.
Erfindungsgemäß wird nun auf der von dem bereitgestellten Elektro- Stahlflachprodukt vorhandenen Isolationsschicht eine Lackschicht aufgetragen. Deren Dicke ist so bemessen, dass sie den Abstand von Blechzuschnitten, die aus einem erfindungsgemäßen Elektro-Stahlflachprodukt gewonnen werden, in einem Stapel und damit einhergehend die Abmessungen und magnetischen Eigenschaften eines durch einen solchen Stapel gebildeten Transformatorkerns nur unwesentlich beeinflussen. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Dicke der Lackschicht weniger als 5 gm, insbesondere höchstens 2 gm oder höchstens 1 gm, beträgt. Dabei weist eine erfindungsgemäß aufgebrachte Lackschicht typischerweise eine Mindestdicke von 0,5 gm auf. According to the invention, a lacquer layer is now applied to the insulation layer provided by the flat electrical steel product provided. Their thickness is dimensioned such that they only marginally influence the spacing of sheet metal blanks obtained from an electrical steel flat product according to the invention in a stack and, as a result, the dimensions and magnetic properties of a transformer core formed by such a stack. This is especially true if the thickness of the Lacquer layer is less than 5 gm, in particular at most 2 gm or at most 1 gm. A lacquer layer applied according to the invention typically has a minimum thickness of 0.5 gm.
Überraschend hat sich gezeigt, dass sich durch den erfindungsgemäß Surprisingly, it has been shown that the inventive
vorgenommenen Lackauftrag der Haftreibungskoeffizient an der mit der applied varnish the static friction coefficient on the with the
Lackierung versehenen Isolationsschicht gegenüber den Painted insulation layer against the
Reibungseigenschaften einer nicht lackierten Isolationsschicht in einen für eine automatische Handhabung optimalen Wertebereich verschieben lässt. Frictional properties of an unpainted insulation layer can be shifted into an optimal value range for automatic handling.
Ein erfindungsgemäßes kornorientiertes Stahlflachprodukt für A grain-oriented flat steel product according to the invention for
elektromagnetische Anwendungen ("Elektro-Stahlflachprodukt") umfasst dementsprechend Accordingly, electromagnetic applications ("electrical steel flat product") encompasses
- ein Stahlsubstrat, - a steel substrate,
- optional eine auf dem Stahlsubstrat erzeugte Forsterit-Schicht, - optionally a forsterite layer produced on the steel substrate,
- eine auf das Stahlsubstrat oder die optional vorhandene Forsterit-Schicht aufgetragene Isolationsschicht - An insulation layer applied to the steel substrate or the optionally available forsterite layer
und and
- eine auf die Isolationsschicht aufgetragene Lackschicht, die höchstens- A layer of lacquer applied to the insulation layer, the maximum
5 gm, insbesondere weniger als 5 gm, dick ist und zu mehr als 50 Gew.-% aus organischen Bestandteilen zusammengesetzt ist. 5 gm, in particular less than 5 gm, is thick and is composed of more than 50% by weight of organic components.
Die erfindungsgemäß zur Modifizierung der Reibeigenschaften der Oberfläche eines Elektro-Stahlflachprodukts vorgesehene Lackschicht kann in jeder aus dem Stand der Technik für diesen Zweck bekannten Weise auf die betreffende Oberfläche aufgetragen werden. So bieten sich hierzu konventionelle Rollcoater oder Rakel an, mit denen sich der jeweils verwendete Lack in geeigneter The lacquer layer provided according to the invention for modifying the rubbing properties of the surface of a flat electrical steel product can be applied to the surface in question in any manner known from the prior art for this purpose. Conventional roll coaters or squeegees are suitable for this, with which the paint used in each case is suitable
Schichtdicke, gegebenenfalls auch durch zwei- oder mehrfaches Durchlaufen, auftragen lässt. Für eine beidseitige Lackierung des Elektro-Stahlflachprodukts kann bei Verwendung eines Coaters, der jeweils nur eine Seite eines Stahlflachprodukts beschichten kann, das zu lackierende Elektro- Stahlflachprodukt zweimal über die gleiche Anlage gefahren werden, wobei es erforderlichenfalls zwischen den beiden Durchläufen gewendet wird. Stehen zwei Coater dieser Art zur Verfügung, so können diese aufeinander folgend durchlaufen werden, um nacheinander auf beiden Seiten des Elektro- Stahlflachprodukts die Lackschicht aufzubringen. Layer thickness, if necessary by applying two or more passes. For painting the electrical steel flat product on both sides, a coater can be used, which only has one side at a time Coating steel flat product, the electric steel flat product to be painted can be run twice over the same system, where necessary it is turned between the two runs. If two coaters of this type are available, these can be run through in succession in order to apply the lacquer layer one after the other on both sides of the flat electrical steel product.
Die im Arbeitsschritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgenommene Erzeugung der Lackschicht umfasst dann die im Stand der Technik hierzu üblicherweise absolvierten Arbeitsschritte b.1 ) Auftrag eines lösungsmittelfreien Lacks als Nassfilm auf die Oberfläche der Isolationsschicht, The production of the lacquer layer carried out in step b) of the method according to the invention then comprises the steps b.1) which are usually carried out in the prior art for this purpose. Applying a solvent-free lacquer as a wet film to the surface of the insulation layer,
b.2.1 ) Trocknen des auf die Oberfläche aufgetragenen Lacks, b.2.1) drying the paint applied to the surface,
und/oder and or
b.2.2) Aushärten des auf die Oberfläche aufgetragenen Lacks. b.2.2) curing of the paint applied to the surface.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass sich auf Basis von einem konventionellen, für die Beschichtung von Edelstahlblechen konzeptionierten Lacksystem die Oberflächeneigenschaften von Elektro-Stahlflachprodukten der hier in Rede stehenden Art auf einfache Weise günstig beeinflussen lassen. The invention is based on the knowledge that, based on a conventional coating system designed for the coating of stainless steel sheets, the surface properties of flat electrical steel products of the type in question can be influenced in a simple and favorable manner.
Indem dabei der für den Auftrag auf die Oberfläche bereitgestellte Lack bei einer Temperatur von 20 °C eine nach Brookfield mit einer Spindel 3 gemessene Viskosität von weniger als 5000 mPas aufweist, lässt sich ein Nassfilm besonders gleichmäßiger Verteilung und Dicke auf der Isolationsschicht auftragen. Since the paint provided for the application to the surface at a temperature of 20 ° C has a Brookfield viscosity of less than 5000 mPas with a spindle 3, a wet film of particularly uniform distribution and thickness can be applied to the insulation layer.
Eine für die erfindungsgemäßen Zwecke geeignete Formulierung des A suitable formulation for the purposes of the invention
erfindungsgemäß aufgetragenen Lacks enthält mindestens die folgenden Lacquers applied according to the invention contain at least the following
Komponenten (in Gew.-%) A: 40 - 90 Gew.-% mindestens eines oligomeren linearen oder verzweigten Epoxy-, Polyester-, Polyether und/oder Polyurethan- (Meth)acrylats, Components (in% by weight) A: 40-90% by weight of at least one oligomeric linear or branched epoxy, polyester, polyether and / or polyurethane (meth) acrylate,
B: 5 - 60 Gew.-% mindestens einer monofunktionellen (Meth)acrylat- oder einer Di-, Tri- oder Poly(Meth)acrylatverbindung, die jeweils bei 20 °C flüssig ist. B: 5-60% by weight of at least one monofunctional (meth) acrylate or a di-, tri- or poly (meth) acrylate compound, which is in each case liquid at 20 ° C.
Schon durch den Auftrag eines derart zusammengesetzten Lacks auf die Isolationsschicht des Stahlflachprodukts werden an der Oberfläche eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts für die Weiterverarbeitung optimierte Reibeigenschaften hergestellt. Already by the application of a lacquer composed in this way to the insulation layer of the flat steel product, optimized friction properties are produced on the surface of a flat steel product according to the invention for further processing.
So kann als Ausgangspunkt für die erfindungsgemäß erzeugte Lackschicht das in der DE 101 44 531 B4 für die Erzeugung einer Anti-Fingerprint-Beschichtung vorgeschlagene lösungsfreie Überzugsmittel verwendet werden, das durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht ausgehärtet werden kann. Der Inhalt der DE 101 44 531 B4 wird hiermit durch Bezugnahme der Erfindung in die vorliegende Anmeldung aufgenommen. The starting point for the lacquer layer produced according to the invention can be the solution-free coating agent proposed in DE 101 44 531 B4 for producing an anti-fingerprint coating, which can be cured by irradiation with ultraviolet light. The content of DE 101 44 531 B4 is hereby incorporated into the present application by reference to the invention.
Als im Hinblick auf die erfindungsgemäß angestrebte Optimierung der As with regard to the optimization of the
Oberflächenbeschaffenheit besonders vorteilhaft hat es sich hierbei Surface quality has been particularly advantageous here
herausgestellt, wenn der erfindungsgemäß aufgetragene Lack als weitere Komponente emphasized when the paint applied according to the invention as a further component
C: 15 - 40 Gew.-% an mindestens einem partikulären Pigment, enthält. C: 15-40% by weight of at least one particulate pigment.
Bei dieser für die Praxis besonders wichtigen Ausgestaltung der Erfindung wird beispielsweise das aus der DE 101 44 531 B4 bekannte Überzugsmittel mit einer organischen oder anorganischen UV-Pigment-Präparation versetzt, durch deren Zugabe die gewünschte Einstellung der an der erfindungsgemäß lackierten Oberfläche vorhandenen Reibeigenschaften besonders wirkungsvoll ermöglicht wird. In this embodiment of the invention, which is particularly important in practice, the coating agent known from DE 101 44 531 B4 is mixed with an organic or inorganic UV pigment preparation, by the addition of which the desired setting of that according to the invention is added painted surface existing friction properties is made particularly effective.
Um einerseits den optional angestrebten hohen Pigmentanteil der auf einem erfindungsgemäß beschichteten Elektro-Stahlflachprodukt aufgebrachten Lackschicht zu erzielen und um andererseits eine ausreichende Menge an aushärtenden Komponenten in dem erfindungsgemäß aufgetragenen Lack vorzuhalten, kann der im Zuge des erfindungsgemäßen Verfahrens In order on the one hand to achieve the optionally desired high pigment content of the lacquer layer applied to a flat electrical steel product according to the invention and on the other hand to hold a sufficient amount of hardening components in the lacquer applied according to the invention, this can be done in the course of the method according to the invention
aufgebrachte Lack zu mehr als 50 Gew.-%, insbesondere zu mehr als applied lacquer to more than 50 wt .-%, in particular more than
60 Gew.-%, aus organischen Bestandteilen bestehen. 60 wt .-%, consist of organic components.
Zum Aushärten kann die Lackschicht in an sich bekannter Weise thermischer oder aktinischer Strahlung, wie beispielsweise UV-Strahlung oder For curing, the lacquer layer can be thermal or actinic radiation, such as UV radiation or, in a manner known per se
Elektronenbestrahlung ausgesetzt werden, wobei sich der Einsatz von durch UV-Bestrahlung aushärtenden Lacksystemen besonders bewährt hat. Exposed to electron radiation, the use of coating systems curing by UV radiation having proven particularly useful.
Im Fall, dass die organischen Bestandteile des Lackes unter aktinischer Strahlung aushärtbar sind, kann der Lack als aushärtbare Komponente ein durch Bestrahlung aushärtbares Acrylat-Harz enthalten. In the event that the organic constituents of the lacquer can be hardened under actinic radiation, the lacquer can contain, as a hardenable component, an acrylate resin that can be hardened by radiation.
Hierzu ist es vorteilhaft, wenn der Lack bezogen auf die Summe seiner organischen Bestandteile zumindest teilweise, vorzugsweise überwiegend, aus einem Acrylat-Harz zusammengesetzt ist. For this purpose, it is advantageous if, based on the sum of its organic constituents, the lacquer is composed at least partially, preferably predominantly, of an acrylate resin.
Hierbei ist eine Kombination aus multifunktionellem Urethanacrylat, Here is a combination of multifunctional urethane acrylate,
difunktionellem Epoxyacrylat sowie mono-, di- und trifunktionellen difunctional epoxy acrylate as well as mono-, di- and trifunctional
Reaktivverdünnern, wie monofunktionelle (Meth)acrylat- oder Di-, Tri- oder Poly(Meth)acrylatverbindungen, günstig, um bei gleichzeitigem Durchtrocken der hoch pigmentierten Beschichtung eine hohe Oberflächenhärte zu erzielen. Zu diesem Zweck hat sich insbesondere eine Acrylat-Kombination bewährt, an der die zuvor genannten unterschiedlichen UV-Acrylate zu je einem Drittel beteiligt sind. Der Volumenschrumpf der aufgetragenen Lackschicht ist in an sich bekannter Weise so einzustellen, dass die Haftung der Lackschicht an der Reactive thinners, such as monofunctional (meth) acrylate or di-, tri- or poly (meth) acrylate compounds, are inexpensive to achieve a high surface hardness while the highly pigmented coating dries out. For this purpose, an acrylate combination, in which the aforementioned different UV acrylates each have a third, has proven particularly useful. The volume shrinkage of the applied lacquer layer is to be adjusted in a manner known per se so that the adhesion of the lacquer layer to the
Isolationsschicht des bereitgestellten Elektro-Stahlflachprodukts im Zuge des Trocknens und Härtens nicht beeinträchtigt wird. Insulation layer of the provided electrical steel flat product is not impaired in the course of drying and hardening.
Der erfindungsgemäß aufgebrachte Lack kann ferner die folgende Komponente enthalten: The lacquer applied in accordance with the invention may further contain the following component:
D: 0,1 - 20 Gew.-% mindestens einer saure Gruppen enthaltenden D: 0.1-20% by weight containing at least one acidic group
(Meth)acrylatverbindung, (Meth) acrylate compound,
Schließlich können im erfindungsgemäß aufgebrachten Lack auch noch als Komponente: Finally, in the lacquer applied according to the invention, the following can also be used as a component:
E: bis zu 10 Gew.-% an einem oder mehreren Additiven vorhanden sein. E: up to 10% by weight of one or more additives may be present.
Umfangreiche Beispiele für die Komponenten A, B, D und E sind in der oben schon in Bezug genommenen DE 101 44 531 B4 angegeben. Die in der DE 101 44 531 B4 für die Komponenten A, B, D und E genannten Extensive examples of components A, B, D and E are given in DE 101 44 531 B4, which has already been referred to above. Those mentioned in DE 101 44 531 B4 for components A, B, D and E.
Vorzugsbereiche gelten für den vorliegend erfindungsgemäß eingesetzten Lack gleichermaßen. Preferred ranges apply equally to the lacquer used according to the present invention.
Die Abdeckung des durch die Isolationsschicht des bereitgestellten Elektro- Stahlflachprodukts gebildeten Untergrundes durch die erfindungsgemäß darauf erzeugte Lackschicht kann besonders wirkungsvoll durch die optional dem erfindungsgemäß aufgetragenen Lack zugegebenen Pigmente sichergestellt werden. The covering of the substrate formed by the insulation layer of the flat electrical steel product provided by the lacquer layer produced thereon according to the invention can be ensured particularly effectively by the pigments optionally added to the lacquer applied according to the invention.
Als optional zugegebene Komponente C hier besonders geeignet sind ein oder mehrere Pigmente, die aus der Gruppe der„Ruß- (carbon black), Graphit-, Molybdänsulfid-, Talkum-, Eisenoxidschwarz- oder Titandioxid-Pigmente“ ausgewählt sind. Insbesondere Ruß, Graphit und Molybdänsulfid sind Stoffe, welche sich nach den Erkenntnissen der Erfindung zur Herabsetzung des Gleitreibungsverhaltens einer Oberfläche einer auf einem Elektro- Stahlflachprodukt vorhandenen Isolationsschicht eignen. Dabei haben sich Ruß- und Graphit-Partikel als für die Einstellung der Reibeigenschaften der Oberfläche eines erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts besonders geeignet herausgestellt. Dagegen tragen Talkum-, Eisenoxidschwarz- oder Titandioxid- Pigmente zu einem besonders guten Deckvermögen auf Basis der Eigenschaft dieser Pigmente, Licht zu absorbieren, bei. One or more pigments selected from the group of “carbon black, graphite, molybdenum sulfide, talc, iron oxide black or titanium dioxide pigments” are particularly suitable as optionally added component C. Carbon black, graphite and molybdenum sulfide in particular are substances which, according to the knowledge of the invention, are suitable for reducing the sliding friction behavior of a surface of an insulation layer present on an electrical steel flat product. Soot and graphite particles have been found to be particularly suitable for adjusting the frictional properties of the surface of a flat steel product according to the invention. In contrast, talc, iron oxide black or titanium dioxide pigments contribute to a particularly good hiding power based on the property of these pigments to absorb light.
Im Fall, dass der Gesamtanteil der im Lack optional enthaltenden partikulären Pigmente sowohl Pigmente, die aus einer ersten Gruppe "Ruß, Graphit, Molybdänsulfid" ausgewählt sind, als auch Pigmente, die aus einer zweiten Gruppe "Talkum, Eisenoxidschwarz und Titandioxid" ausgewählt sind, umfasst, ist es günstig, wenn der relative Anteil an Pigmenten der ersten Gruppe vorzugsweise zumindest 5 Gew.-%, insbesondere mindestens 8 Gew.-% oder 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf den Gesamtanteil der partikulären Pigmente beträgt, wobei sich eine optimale Wirkung der Pigmente der ersten Gruppe bei relativen, d.h. auf den Gesamtgehait an Pigmenten im Lack bezogenen In the event that the total proportion of the particulate pigments optionally present in the lacquer includes both pigments selected from a first group "carbon black, graphite, molybdenum sulfide" and pigments selected from a second group "talc, iron oxide black and titanium dioxide", , it is advantageous if the relative proportion of pigments of the first group is preferably at least 5% by weight, in particular at least 8% by weight or 10% by weight, in each case based on the total proportion of the particulate pigments, one being optimal effect of the pigments of the first group with relative, ie related to the total amount of pigments in the paint
Gehalten von 8 - 20 Gew.-% ergeben. Contained from 8 to 20 wt .-% result.
Gleichzeitig sollte bezogen auf den Gesamtanteil der im Lack enthaltenden partikulären Pigmente der Anteil der Pigmente der ersten Gruppe 40 Gew.-% nicht überschreiten, um nachteilige Fließeigenschaften des Lacks zu vermeiden sowie eine optimale Benetzung und eine optimales Verhalten bei der At the same time, based on the total proportion of the particulate pigments contained in the lacquer, the proportion of the pigments of the first group should not exceed 40% by weight, in order to avoid disadvantageous flow properties of the lacquer and to ensure optimal wetting and optimal behavior in the
Aushärtung des Lacks zu gewährleisten. Um entsprechende Gehalte zu sichern, können im erfindungsgemäß aufgebrachten Lack als Komponente C mindestens 0,5 - 10 Gew.-% eines Pigments ausgewählt aus der Gruppe "Ruß (carbon black), Graphit oder Molybdänsulfid" bezogen auf die Lackrezeptur enthalten sein. To ensure curing of the paint. In order to ensure appropriate contents, at least 0.5-10% by weight of a pigment selected from the group "carbon black, graphite or molybdenum sulfide", based on the paint formulation, can be present as component C in the paint applied according to the invention.
Um diesen Effekt bei der erfindungsgemäß vorgegebenen, sehr geringen Schichtdicke betriebssicher zu erreichen, weist die erfindungsgemäß aufgetragene Lack-Formulierung insgesamt mindestens 10 Gew.-%, In order to achieve this effect reliably with the very small layer thickness specified according to the invention, the method according to the invention applied coating formulation in total at least 10% by weight,
insbesondere mindestens 15 Gew.-%, an Pigmenten auf. Dieser hohe in particular at least 15% by weight of pigments. This high
Pigmentanteil stellt sicher, dass an der Oberfläche der Isolationsschicht vorhandene Unebenheiten so abgedeckt werden, dass eine optimal ebene und damit einhergehend glatte Oberfläche mit geringem Reibkoeffizienten mH erhalten wird. Dabei haben sich Pigment-Gehalte von mindestens 15 Gew.-%, insbesondere mindestens 20 Gew.-%, als besonders zweckmäßig im Hinblick auf die Einstellung des Haftreibungsverhaltens der in erfindungsgemäßer Weise mit einer Lackbeschichtung versehenen Oberfläche herausgestellt. Bei The pigment content ensures that any unevenness on the surface of the insulation layer is covered in such a way that an optimally flat and therefore smooth surface with a low coefficient of friction m H is obtained. Pigment contents of at least 15% by weight, in particular at least 20% by weight, have proven to be particularly expedient with regard to the setting of the static friction behavior of the surface provided with a lacquer coating in the manner according to the invention. At
Gehalten von insgesamt mehr als 40 Gew.-% an Pigmenten zeigte sich allerdings keine weitere Verbesserung im Hinblick auf die Stapelbarkeit und die Abdeckung des Untergrundes der erfindungsgemäß beschichteten Elektro- Stahlflachprodukte oder daraus gewonnener Zuschnitte, wohingegen die Verarbeitbarkeit der Lackrezeptur deutlich erschwert ist, so dass dieser Gehalt als Obergrenze für die Gehalte an Pigmenten im erfindungsgemäß Containing a total of more than 40% by weight of pigments, however, there was no further improvement with regard to the stackability and the covering of the substrate of the flat electrical steel products coated according to the invention or blanks obtained therefrom, whereas the processability of the paint formulation is significantly more difficult, so that this content as the upper limit for the levels of pigments in the invention
aufgebrachten Lack festgelegt worden ist. applied paint has been determined.
Im Hinblick auf die Reaktivität, die Viskosität, die Chemikalienbeständigkeit und Heißölbeständigkeit des ausgehärteten, erfindungsgemäß aufgetragenen Lackes sowie der Pigmentbenetzung während des Auftrags des Lackes ist es günstig, wenn das aus dem Gehalt %A der Komponente A und dem Gehalt %B der Komponente B gebildete Gewichtsverhältnis %A:%B 1 :1 bis 3:1 , With regard to the reactivity, the viscosity, the chemical resistance and the resistance to hot oil of the hardened lacquer applied according to the invention and the pigment wetting during the application of the lacquer, it is favorable if that formed from the content% A of component A and the content% B of component B. Weight ratio% A:% B 1: 1 to 3: 1,
insbesondere 5:4 bis 5:2, beträgt. in particular 5: 4 to 5: 2.
Der erfindungsgemäß aufgebrachte Lack ist vorzugsweise lösungsmittelfrei, um die Entstehung von Poren und anderen Oberflächenfehlern der Lackschicht durch beim Auftrag, beim Trocknen oder beim Aushärten ausgasende flüchtige Bestandteile zu vermeiden. Lösemittelfrei im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass im erfindungsgemäß aufgebrachten Lack die Summe der Gehalte an flüchtigen organischen Verbindungen mit einer Siedetemperatur bei 1 atm (1 ,01325 bar) von weniger als 100 °C geringer als 5 Gew.-%, insbesondere geringer als 1 Gew.-% oder optimalerweise geringer als 0,5 Gew.-% ist. Der Auftrag der Lackschicht erfolgt typischerweise bei Temperaturen von bis zu 90 °C, so dass es im Hinblick auf die Betriebssicherheit des The varnish applied according to the invention is preferably solvent-free in order to avoid the formation of pores and other surface defects in the varnish layer due to volatile constituents which outgass upon application, during drying or during curing. Solvent-free in the sense of the present invention means that in the lacquer applied according to the invention the sum of the contents of volatile organic compounds with a boiling temperature at 1 atm (1,01325 bar) of less than 100 ° C. is less than 5% by weight, in particular less than 1% by weight or optimally less than 0.5% by weight. The coating layer is typically applied at temperatures of up to 90 ° C, so that the operational safety of the
erfindungsgemäßen Verfahrens vorteilhaft ist, wenn das zu beschichtende Elektro-Stahlflachprodukt für den Auftrag des Lackes eine Temperatur von mindestens 60 °C, insbesondere zumindest 80 °C, aufweist, wobei die The method according to the invention is advantageous if the flat electrical steel product to be coated has a temperature of at least 60 ° C., in particular at least 80 ° C., for the application of the lacquer, the
Temperatur des Elektro-Stahlflachprodukts nicht mehr als 120 °C, insbesondere nicht mehr als 100 °C, betragen sollte, um negative Auswirkungen auf die Temperature of the flat electrical steel product should not exceed 120 ° C, especially not more than 100 ° C, to have a negative impact on the
Entstehung einer optimal gleichmäßigen Schicht zu vermeiden. Avoid creating an optimally even layer.
Die Dicke der erfindungsgemäß aufgebrachten Lackschicht kann mittels The thickness of the lacquer layer applied according to the invention can be determined using
Magnetinduktion gemäß ISO 2178 bestimmt werden. Magnetic induction can be determined according to ISO 2178.
Den voranstehenden Maßgaben entsprechend umfasst ein erfindungsgemäßes kornorientiertes Stahlflachprodukt für elektromagnetische Anwendungen In accordance with the above provisions, a grain-oriented flat steel product according to the invention for electromagnetic applications comprises
- ein Stahlsubstrat, - a steel substrate,
- optional eine auf dem Stahlsubstrat erzeugte Forsterit-Schicht, - optionally a forsterite layer produced on the steel substrate,
- eine auf das Stahlsubstrat oder die optional vorhandene Forsterit-Schicht aufgetragene Isolationsschicht - An insulation layer applied to the steel substrate or the optionally available forsterite layer
und and
- eine auf die Isolationsschicht aufgetragene Lackschicht, die höchstens - A layer of lacquer applied to the insulation layer, the maximum
5 pm, insbesondere weniger als 5 miti, dick ist und zu mehr als 50 Gew.-% aus organischen Bestandteilen zusammengesetzt ist. 5 pm, in particular less than 5 miti, thick and composed of more than 50 wt .-% of organic constituents.
Ein in erfindungsgemäßer Weise mit einer Lackschicht belegtes kornorientiertes Elektroblech weist typischerweise zuverlässig an der freien Oberfläche der Lackschicht einen Haftreibungskoeffizienten mH von 0,20 - 0,35 auf. Dies macht erfindungsgemäße Stahlflachprodukte optimal geeignet für die automatisierte Stapelbildung mit Zuschnitten, die aus erfindungsgemäßen Stahlflachprodukten abgeteilt sind. Die Gleitreibung wird bereits durch die Anwesenheit des ausgehärteten Lackes enthaltend die Komponenten A und B signifikant erniedrigt, so dass die Stapelung der Zuschnitte erleichtert ist. Die Pigmente der ersten Gruppen der optional zugegebenen Komponente C erniedrigen den Gleitreibungskoeffizienten A grain-oriented electrical sheet coated with a lacquer layer in the manner according to the invention typically has a static friction coefficient m H of 0.20-0.35 on the free surface of the lacquer layer. This makes flat steel products according to the invention optimally suitable for automated stack formation with blanks which are divided from flat steel products according to the invention. The sliding friction is already significantly reduced by the presence of the hardened lacquer containing components A and B, so that the stacking of the blanks is facilitated. The pigments of the first groups of the optionally added component C reduce the coefficient of sliding friction
zusätzlich, sind daher wie bereits geschildert bevorzugt und tragen dazu bei, dass sich der für die Weiterverarbeitung günstige Haftreibungskoeffizient sicher einstellt. Ein hinsichtlich der Applizierbarkeit und des Abdeckungsvermögen sowie zur Einstellung des gewünschten Gleitreibungskoeffizienten optimales Arbeitsfenster für die Formulierung liegt bezogen auf die Lackschicht im Bereich von 15 - 40 Gew-% eines Pigments ausgewählt aus der Gruppe„Ruß (carbon black), Graphit, Molybdänsulfid, Talkum, Eisenoxidschwarz und Titandioxid“. in addition, are therefore preferred, as already described, and help to ensure that the coefficient of static friction which is favorable for further processing is reliably established. An optimum working window for the formulation with regard to the applicability and the covering capacity and for setting the desired sliding friction coefficient, based on the lacquer layer, is in the range of 15-40% by weight of a pigment selected from the group "carbon black (carbon black), graphite, molybdenum sulfide, talc , Iron oxide black and titanium dioxide ”.
Wie oben schon erwähnt, sind die Pigmentpartikel erfindungsgemäß optional in dem zur Bildung der Lackschicht auf das Stahlsubstrat des Stahlflachprodukts aufgetragenen Lacks mit Partikeldurchmessern von < 5 pm vorhanden, wobei sich in der Praxis Partikeldurchmesser von mindestens 0,05 pm hinsichtlich der Wirksamkeit und Verteilung der Partikel besonders bewährt haben und wobei sich bei Partikeidurchmessern von höchstens 2 pm, insbesondere höchstens 1 pm, der durch die optionale Anwesenheit der Partikel erzielte Effekt besonders sicher einstellt. As already mentioned above, the pigment particles according to the invention are optionally present in the lacquer applied to the steel substrate of the flat steel product to form the lacquer layer with particle diameters of <5 pm, with particle diameters of at least 0.05 pm in practice with regard to the effectiveness and distribution of the particles have proven particularly effective, and with particle diameters of at most 2 pm, in particular at most 1 pm, the effect achieved by the optional presence of the particles sets in particularly reliably.
Eine besonders effektive Wirkung der Anwesenheit der Pigmente in der A particularly effective effect of the presence of the pigments in the
erfindungsgemäßen Lackschicht ergibt sich, wenn der Anteil des partikulären Pigments bezogen auf die Lackschicht mindestens 20 Gew.-% beträgt. Lacquer layer according to the invention results if the proportion of the particulate pigment based on the lacquer layer is at least 20% by weight.
Die gewünschten Partikelgrößen des optional im erfindungsgemäß aufgebrachten Lack vorhandenen Pigmentanteils von weniger als 5 pm wird während des The desired particle size of the pigment content optionally present in the lacquer applied according to the invention of less than 5 pm is during the
Verreibens des Gesamtpigmentanteils mit der Komponente (B) des Lackes, ggf. mit den Komponenten (A) und (B) des Lackes, als Grindo meterwert nach Hegman gemäß DIN 53203 eingestellt. Eine erfindungsgemäß auf der Isolationsschicht eines Elektro-Stahlflachprodukts aufgetragene Lackschicht enthält ein Bindemittel auf Basis von Acrylaten und/oder Urethanen, vorzugsweise auf Basis von Acrylaten, wobei der Anteil an Acrylaten im Lacküberzug vorzugsweise mindestens 80 Gew.-% bezogen auf die Summe der Gehalte an organischen Bestandteilen des Lacküberzuges beträgt. Trituration of the total pigment content with component (B) of the lacquer, possibly with components (A) and (B) of the lacquer, set as a grindometer value according to Hegman in accordance with DIN 53203. A lacquer layer applied according to the invention on the insulation layer of a flat electrical steel product contains a binder based on acrylates and / or urethanes, preferably based on acrylates, the proportion of acrylates in the lacquer coating preferably being at least 80% by weight based on the sum of the contents organic components of the lacquer coating is.
Das Stahlsubstrat eines erfindungsgemäßen Elektro-Stahlflachprodukts besteht aus für Elektro-Stahlflachprodukte typischen Stahllegierungen. So kann das Stahlsubstrat aus einem Stahl erzeugt sein, der aus (in Gew.-%) 1 ,5 - 6,0 % Si, optional weiteren Elementen und herstellungsbedingt unvermeidbaren The steel substrate of an electrical steel flat product according to the invention consists of steel alloys typical of electrical steel flat products. The steel substrate can thus be produced from a steel which consists of (in% by weight) 1.5-6.0% Si, optionally further elements and, due to the production process, unavoidable
Verunreinigungen in Gehalten von in Summe höchstens 4,0 % sowie als Rest aus Eisen besteht. Ein Beispiel für eine solche Legierung ist ein Stahl, der aus (in Gew.-%) 1 ,5 - 4,0 % Si, 0,02 - 0,20 % Cr, 0,01 - 0,35 % Cu, 0,03 - 0,20 % Sn, 0,03 - 0,30 % Mn, 0,01 - 0,03 % P, Rest Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht. Contamination in total contents of at most 4.0% and the rest consists of iron. An example of such an alloy is a steel which consists of (in% by weight) 1.5-4.0% Si, 0.02-0.20% Cr, 0.01-0.35% Cu, 0 , 03 - 0.20% Sn, 0.03 - 0.30% Mn, 0.01 - 0.03% P, balance iron and unavoidable impurities.
Grundsätzlich eignet sich die Erfindung zur Anwendung auf allen kornorientierten Stahlflachprodukten, die mit einer Isolationsschicht versehen sind. Solche In principle, the invention is suitable for use on all grain-oriented flat steel products which are provided with an insulation layer. Such
Isolationsschichten werden insbesondere auf kornorientierte Elektro- Stahlflachprodukte aufgebracht, bei denen sich der Auftrag einer Insulation layers are applied in particular to grain-oriented flat electrical steel products, for which the application of a
erfindungsgemäßen Lackschicht als besonders zweckmäßig erwiesen hat. paint layer according to the invention has proven to be particularly useful.
Die Isolationsschicht von Elektro-Stahlflachprodukten der erfindungsgemäßen Art ist in konventioneller Weise beschaffen und erzeugt, wie beispielsweise in den eingangs angegebenen Veröffentlichungen beschrieben. So besteht die The insulation layer of flat electrical steel products of the type according to the invention is obtained and produced in a conventional manner, as described, for example, in the publications cited at the beginning. So there is
Isolationsschicht aus den Komponenten Siliziumdioxid, einem Phosphat und einem Metalloxid, wobei die Isolationsschicht überwiegend amorph ist. Insulation layer composed of the components silicon dioxide, a phosphate and a metal oxide, the insulation layer being predominantly amorphous.
Ein erfindungsgemäßer Transformator-Blech-Stapel besteht aus Zuschnitten, die aus erfindungsgemäßen Elektro-Stahlflachprodukten abgeteilt sind und A transformer sheet metal stack according to the invention consists of blanks which are divided from flat electrical steel products according to the invention and
aufeinander gestapelt sind. Die Zuschnitte sind dabei durch entsprechende Spannmittel in an sich bekannterWeise kraftschlüssig miteinander verbunden, wobei die zur Stapelung und für die kraftschlüssigen Verbindungen wirksamen Spannkräfte entsprechend der auf den Oberflächen der Zuschnitte errichteten Flächennormalen ausgerichtet sind. Sämtliche Zuschnitte sind zumindest einseitig, vorzugsweise beidseitig, im Bereich der mit der Oberfläche eines anderen are stacked on top of each other. The blanks are connected to one another in a manner known per se by appropriate clamping means, the clamping forces effective for stacking and for the non-positive connections being oriented in accordance with the surface normals established on the surfaces of the blanks. All blanks are at least on one side, preferably on both sides, in the area of the surface of another
Zuschnitts in Kontakt kommenden Oberfläche mit einem erfindungsgemäßen Lacküberzug versehen, der zu mehr als 50 Gew.-%, vorzugsweise zu mehr als 60 Gew.-%, aus organischen Bestandteilen zusammengesetzt ist und in einer Schichtdicke aufgebracht ist, die in einer Beabstandung von entlang der Stapelung unmittelbar benachbarten Elektrobandabschnitten (jeweils definiert als Summe der Schichtdicken der Lacküberzüge auf den sich zugewandten Oberflächen unmittelbar benachbarter Elektrobandabschnitte und jeweils gemessen mittels Magnetinduktion nach ISO 2178) von weniger als 5 pm, vorzugsweise weniger als 2 pm, resultiert, wobei der Haftreibungskoeffizient der Oberfläche eines mit der Lackschicht versehenen Zuschnitts größer oder gleich 0,20 und kleiner oder gleich 0,35 ist. The surface coming into contact with the blank is provided with a lacquer coating according to the invention which is composed of more than 50% by weight, preferably more than 60% by weight, of organic constituents and is applied in a layer thickness which is spaced apart along the Stacking of immediately adjacent electrical steel sections (in each case defined as the sum of the layer thicknesses of the lacquer coatings on the facing surfaces of immediately adjacent electrical steel sections and measured in each case by means of magnetic induction according to ISO 2178) results in less than 5 pm, preferably less than 2 pm, the coefficient of static friction of the surface of one blank provided with the lacquer layer is greater than or equal to 0.20 and less than or equal to 0.35.
Die erfindungsgemäß aufgebrachte Lackschicht überträgt keine Zugspannung auf die von ihr bedeckte Isolationsschicht oder das die Isolationsschicht tragende Stahlsubstrat, sondern dient ausschließlich zu Einstellung des Gleitverhaltens an der Oberseite der Isolationsschicht. The lacquer layer applied according to the invention does not transmit tensile stress to the insulation layer covered by it or to the steel substrate carrying the insulation layer, but only serves to adjust the sliding behavior on the top of the insulation layer.
Der Haftreibungskoeffizient n der erfindungsgemäß lackbeschichteten The coefficient of static friction n of the paints coated according to the invention
Oberfläche kann in der im Stand der Technik üblichen Weise ermittelt werden. Dazu wird ein Stapel von je drei Zuschnitten mit gleicher Oberfläche gebildet und zwischen zwei Blöcke gespannt, die jeweils durch eine normal zur und gegen die jeweils zugeordnete Oberfläche der Zuschnitte ausgerichtete Surface can be determined in the manner customary in the prior art. For this purpose, a stack of three blanks each with the same surface is formed and stretched between two blocks, each of which is aligned by a normal to and against the respectively assigned surface of the blanks
Druckkraft FN von 0,3 MPa belastet werden. Die jeweils äußeren Zuschnitte werden mit einer in die eine gleiche Richtung gerichteten Zugkraft FR belastet, während der in der Mitte liegende Zuschnitt mit einer Zugkraft FR belastet wird, die entgegengesetzt ausgerichtet ist, jedoch gleich groß ist, wie die auf die beiden anderen Zuschnitte jeweils ausgeübte Zugkraft FR. Die Zugkräfte FR werden kontinuierlich erhöht, bis sich die Zuschnitte relativ zueinander bewegen. Der zu diesem Zeitpunkt erreichte Wert der Zugkraft wird als FR rriax bezeichnet. Der Haftreibungskoeffizient mH lässt sich dann wie folgt ermitteln: Compressive force F N of 0.3 MPa. The respective outer blanks are loaded with a tensile force FR directed in the same direction, while the blank in the middle is loaded with a tensile force FR which is oriented in the opposite direction but is of the same size as that exerted on the other two blanks Traction FR. The tensile forces FR are continuously increased until the blanks are relative to one another move. The value of the pulling force reached at this point is called F R rriax . The static friction coefficient m H can then be determined as follows:
FR max = MH x FN * MH = FR max / FN wobei FN = 0,3 MPa F R max = M H x F N * MH = F R ma x / F N where F N = 0.3 MPa
Im Falle, dass als Partikel (Komponente C) im erfindungsgemäß aufgebrachte Lack Rußpartikel zum Einsatz kommen, kann ein erfindungsgemäßer Überzug eindeutig auch über das Analyseverfahren "Fourier-Transformed Infrared Spectroscopy" (FTIR) charakterisiert werden. Dieses liefert in diesem Fall Peaks, die eindeutig den Rußpartikeln zugeordnet werden können, da sie nicht von den Peaks anderer Bestandteile überlagert werden. If soot particles are used as particles (component C) in the lacquer applied according to the invention, a coating according to the invention can also be clearly characterized using the analysis method "Fourier-Transformed Infrared Spectroscopy" (FTIR). In this case, this provides peaks that can be clearly assigned to the soot particles, since they are not overlaid by the peaks of other constituents.
Um dies zu zeigen, wurde ein Bruker Tensor 27 und eine Harrick„Praying Mantis“ DRIFT-Zelle verwendet. Das DRIFT-Verfahren (Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transformation) ist dem herkömmlichen ATR-Verfahren To show this, a Bruker Tensor 27 and a Harrick "Praying Mantis" DRIFT cell were used. The DRIFT (Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transformation) process is the conventional ATR process
(Attenuated Total Reflection) in diesem Falle überlegen, weil es nicht nur die Außenhaut erfasst, sondern die gesamte Lackschicht bis zur In this case, consider (Attenuated Total Reflection) because it not only captures the outer skin, but the entire paint layer down to the
Isolationsbeschichtung erfasst und so eine vollständige Charakterisierung ermöglicht. Insulation coating recorded and thus enables full characterization.
In dem durch das DRIFT-Verfahren erhaltenen Spektrum konnten zwei Peaks bestimmt werden, die den Effekt der Rußpartikel beschreiben. Der Peak des Rußes (carbon black) liegt bei 731 cm 1. Er hat eine gewisse Breite, so dass zur Quantifizierung das Peakintegral int (peak carbon black) von 690 cm 1 bis 760 cm 1 gebildet wird. In the spectrum obtained by the DRIFT method, two peaks could be determined that describe the effect of the soot particles. The peak of the soot (carbon black) is 731 cm 1 . It has a certain width so that the peak integral int (peak carbon black) of 690 cm 1 to 760 cm 1 is formed for quantification.
Als Referenzpeak dient der Acrylat-Peak bei 1740 cm 1. Hier wird das Intergral int (peak Acrylat) über den Bereich von 1690 cm 1 bis 1780 cm 1 integriert. The acrylate peak at 1740 cm 1 serves as the reference peak. Here, the integral int (peak acrylate) is integrated over the range from 1690 cm 1 to 1780 cm 1 .
Die jeweiligen Peakintegrale lassen sich mittels der von der Bruker Corporation, Billerica, USA, angebotenen Gerätesoftware OPUS VERSION 7.2 unter Abzug der Grundlinie ermitteln. Aus den Peak-Integralen int (peak carbon black) und int (peak Acrylat) wird der Quotient Q gebildet: The respective peak integrals can be determined using the OPUS VERSION 7.2 device software offered by Bruker Corporation, Billerica, USA, subtracting the baseline. The quotient Q is formed from the peak integrals int (peak carbon black) and int (peak acrylate):
Q = int (peak carbon black) / int (peak Acrylat) Q = int (peak carbon black) / int (peak acrylate)
Dabei werden nur Intergrale berücksichtigt, die positiv sind. Ergeben sich negative Integrale, erfüllt die jeweilige Beschichtung nicht die Anforderungen der Erfindung. Only integrals that are positive are taken into account. If there are negative integrals, the respective coating does not meet the requirements of the invention.
Erfindungsgemäße Elektro-Stahlflachprodukte sind durch Quotienten Q gekennzeichnet, für die gilt Flat electrical steel products according to the invention are characterized by quotients Q, to which applies
0,1 < Q < 3,0. 0.1 <Q <3.0.
Erfindungsgemäße Stahlflach Produkte, die diese Anforderungen erfüllen, weisen zuverlässig einen erfindungsgemäß angestrebten Flat steel products according to the invention which meet these requirements reliably have a target according to the invention
Haftreibungskoeffizienten PH von 0,20 - 0,35 auf. Stiction coefficient PH from 0.20 to 0.35.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below on the basis of exemplary embodiments. Show it:
Fig. 1 ein durch DRIFT ermitteltes Spektrum eines erfindungsgemäß mit einer Lackschicht versehenen Elektro-Stahlflachprodukts; 1 shows a spectrum determined by DRIFT of a flat electrical steel product provided according to the invention;
Fig. 2 ein durch DRIFT ermitteltes Spektrum eines nicht-erfindungsgemäß mit einer Lackschicht versehenen Elektro-Stahlflachprodukts. 2 shows a spectrum determined by DRIFT of a flat electrical steel product not provided according to the invention with a lacquer layer.
Zum Nachweis der Wirkung der Erfindung wurden Proben von in To demonstrate the effect of the invention, samples of in
konventioneller Weise erzeugten kornorientierten Elektro-Stahlflachprodukten bereitgestellt, deren Stahlsubstrat jeweils aus einem der Stähle A - D bestand, deren Zusammensetzung in Tabelle 1 angegeben ist. provided conventionally produced grain-oriented electrical steel flat products, the steel substrate each consisted of one of the steels A - D, the composition of which is given in Table 1.
Die Elektro-Stahlflachprodukt-Proben waren in ebenfalls konventioneller Weise jeweils mit einer 0,5 - 3 pm dicken Isolationsschicht beschichtet, die aus einer Forsterit (Mg2Si04)-Schicht und einer darauf liegenden Schicht aus einem Kiesel-/Silikatglas bestand, die optional bis zu 10 Gew.-% Cr enthielt. The electrical steel flat product samples were also conventionally coated with a 0.5-3 μm thick insulation layer, which consisted of a Forsterite (Mg 2 Si0 4 ) layer and an overlying layer of a silica / silicate glass, which optionally contained up to 10 wt .-% Cr.
Ein Teil der Proben ist den Maßgaben der Erfindung entsprechend mit einer Lackschicht beschichtet worden, während ein anderer Teil der Proben zum Vergleich zwar lackbeschichtet worden ist, jedoch mit außerhalb der A part of the samples has been coated with a lacquer layer in accordance with the requirements of the invention, while another part of the samples has been lacquer-coated for comparison, but with outside the
erfindungsgemäßen Maßgaben liegenden Lack-Formulierungen. Ein dritter Teil der Proben ist ebenfalls zum Vergleich unbeschichtet geblieben. Lacquer formulations according to the invention. A third part of the samples also remained uncoated for comparison.
Für die Lackbeschichtung sind die Proben zunächst alkalisch oder sauer zur Oberflächenreinigung vorbehandelt worden. Hier hat sich eine Sprühentfettung bei 60 °C bewährt. For the paint coating, the samples were first pretreated alkaline or acidic for surface cleaning. Spray degreasing at 60 ° C has proven itself here.
Zur Verbesserung der Haftung und für eine gleichmäßigere Applikation der Lackbeschichtung sind die Proben vor der Beschichtung zudem erwärmt worden, wobei sich Temperaturen von 80 - 100 °C als optimal herausstellten. To improve the adhesion and for a more even application of the paint coating, the samples were also heated before coating, with temperatures of 80 - 100 ° C being found to be optimal.
Die Applikation der jeweiligen Lackschicht auf die so erwärmten Proben erfolgte jeweils über einen konventionellen Drei-Walzen-Coater, bei dem die The respective coating layer was applied to the samples heated in this way using a conventional three-roller coater, in which the
Gummierung der Applikationswalze eine Härte von mindestens 80 Shore A besaß. Rubberization of the application roller had a hardness of at least 80 Shore A.
Für die Lackbeschichtung wurde ein Lack bereitgestellt, der als Komponente A 33 Gew.-% Urethanacrylat mit einer Viskosität von 1800 - 2200 mPas (bei 60 °C) und 33 Gew.-% Epoxyacrylat mit einer Viskosität von 2500 - 3500 mPas (bei 60°C) sowie als Komponente B 34 Gew.-% alkoxyliertes Triacrylat mit einer Viskosität von 50 - 100 mPas (bei 25 °C) enthielt. Die Gesamtrezeptur wies eine Viskosität von 500 - 800 mPas bei 25 °C auf. Die Viskositäten sind jeweils nach Brookfield mit einer Spindel 3 ermittelt worden. For the paint coating, a paint was provided which, as component A, contained 33% by weight urethane acrylate with a viscosity of 1800-2200 mPas (at 60 ° C) and 33% by weight epoxy acrylate with a viscosity of 2500-3500 mPas (at 60 ° C) and as component B contained 34% by weight alkoxylated triacrylate with a viscosity of 50-100 mPas (at 25 ° C). The overall formulation had a viscosity of 500 - 800 mPas at 25 ° C. The viscosities were determined using a spindle 3 according to Brookfield.
Die Pigmente (Komponente C) Eisenoxidschwarz, Titandioxid und Rußpartikel sind jeweils in Form einer Pigmentpräparation mit Komponente B und einem im Grindometer nach Hegman (DIN 53203) ermittelten Partikeldurchmesser von weniger als 5 pm bereitgestellt worden und wurden entsprechend einformuliert. Variiert wurde bei konstantem Anteil an Eisenoxidschwarz (14 Gew.-%) und Titandioxid (3,75 Gew.-%) lediglich der Anteil an Rußpartikeln. The pigments (component C) iron oxide black, titanium dioxide and soot particles are each in the form of a pigment preparation with component B and an im Grindometers according to Hegman (DIN 53203) determined particle diameters of less than 5 pm were provided and were formulated accordingly. With a constant proportion of iron oxide black (14% by weight) and titanium dioxide (3.75% by weight), only the proportion of soot particles was varied.
Die Aushärtung der Lackschicht erfolgte mit handelsüblichen UV-Strahlern für 1 - 5 sec., wobei das gesamte Strahlungsspektrum von 250 nm - 450 nm The varnish layer was cured with commercially available UV lamps for 1 to 5 seconds, with the entire radiation spectrum being from 250 nm to 450 nm
genutzt wurde und sich ein hoher UVC-Anteil als besonders vorteilhaft was used and a high UVC content was particularly advantageous
herausstellte. turned out.
In Tabelle 2 sind für die durchgeführten Versuche der Stahl des Stahlsubstrats der jeweils verwendeten Elektro-Stahlflachprodukt-Probe, der Rußgehalt R in der Lackschicht, der Quotient Q - soweit ermittelbar -, die Haftreibung mH, die Table 2 shows the steel of the steel substrate of the electrical flat steel product sample used in each case, the soot content R in the lacquer layer, the quotient Q - as far as can be determined - the static friction m H for the tests carried out
Temperatur T der Probe bei der Beschichtung und die Dicke D der Lackschicht angegeben. Ebenso ist in Tabelle 2 verzeichnet, ob das jeweilige Beispiel erfindungsgemäß ist. Temperature T of the sample during the coating and the thickness D of the lacquer layer are given. Table 2 also shows whether the respective example is according to the invention.
Die Versuche zeigen, dass sich der Haftreibungskoeffizient mH bei The tests show that the coefficient of static friction m H increases
unterschiedlichen Stahlanalysen des Stahlsubstrats der Proben allenfalls nur sehr gering verändert hat, so dass innerhalb der erfindungsgemäßen Vorgaben über die erfindungsgemäße Lackbeschichtung die Einstellung des different steel analyzes of the steel substrate of the samples has changed very little at most, so that the setting of the
Haftreibungskoeffizienten mH an der Oberfläche der jeweiligen Probe sehr genau erfolgen kann. Stiction of friction m H on the surface of the sample can be done very precisely.
Außerhalb der erfindungsgemäßen Vorgaben sind die Zusätze in der Lackschicht (hier Ruß (carbon black)) deutlich größer, so dass die Reproduzierbarkeit eingeschränkt ist. Outside the specifications according to the invention, the additives in the lacquer layer (here carbon black) are significantly larger, so that the reproducibility is restricted.
Fig. 1 zeigt das Ergebnis einer DRIFT-Untersuchung der Lackbeschichtung der beim erfindungsgemäßen Versuch A1 erhaltenen Elektro-Stahlflachprodukt-Probe, die einen Ruß-Partikel-Gehalt R von 2,2 Gew.-% in der Lackbeschichtung enthielt. Der Peak für die Carbon black Ruß-Partikel liegt bei 731 cm 1, während sich das zugehörige Peakintegral int (peak carbon black) über den Bereich 690 cm 1 bis 760 cm 1 erstreckt und beim in Fig. 1 dargestellten Beispiel einen Wert von 8,3 erreicht hat. 1 shows the result of a DRIFT examination of the paint coating of the flat electrical steel product sample obtained in test A1 according to the invention, which sample contained a soot particle content R of 2.2% by weight in the paint coating. The peak for the carbon black soot particles is 731 cm 1 , while the associated peak integral int (peak carbon black) extends over the range 690 cm 1 to 760 cm 1 and in the example shown in FIG. 1 has a value of 8, 3 has reached.
Der als Referenzpeak dienende Acrylat-Peak liegt bei 1740 cm 1, wobei sich das zugehörige Intergral int (peak Acrylat) über den Bereich von 1690 cm 1 bis 1780 cm 1 erstreckt und beim in Fig. 1 dargestellten Beispiel einen Wert von 55,9 aufweist. The acrylate peak serving as the reference peak is 1740 cm 1 , the associated integral int (peak acrylate) extending over the range from 1690 cm 1 to 1780 cm 1 and having a value of 55.9 in the example shown in FIG. 1 .
Beim in Fig. 1 dargestellten erfindungsgemäßen Beispiel betrug der Quotient Q somit In the example according to the invention shown in FIG. 1, the quotient Q was thus
Q = int(peak carbon black) / int (peak Acrylat) = 8,3 / 55,9 = 0,15 bei einem für die beim Versuch A1 erhaltene Probe ermittelten, den Maßgaben der Erfindung entsprechenden Haftreibungskoeffizienten mH von 0,31. Q = int (peak carbon black) / int (peak acrylate) = 8.3 / 55.9 = 0.15 for a static friction coefficient m H of 0.31 determined for the sample obtained in test A1 and corresponding to the requirements of the invention.
Bei der im nicht erfindungsgemäßen Versuch A2 erhaltenen Elektro- Stahlflachprodukt-Probe betrug das über den Bereich 690 cm 1 bis 760 cm 1 ermittelte Peakintegral int(peak carbon black) 1 ,55 und das über den Bereich von 1690 cm 1 bis 1780 cm 1 ermittelte Integral int (peak Acrylat) 67,80. Dies ergab einen Quotienten Q von 1 ,55 / 67,80 = 0,02 bei einem außerhalb der Maßgaben der Erfindung liegenden Haftreibungskoeffizienten pH von 0,15. In the electrical steel flat product sample obtained in test A2 not according to the invention, the peak integral int (peak carbon black) determined over the range 690 cm 1 to 760 cm 1 was 1.55 and that determined over the range from 1690 cm 1 to 1780 cm 1 Integral int (peak acrylate) 67.80. This gave a quotient Q of 1.55 / 67.80 = 0.02 with a static friction coefficient p H of 0.15 which is outside the scope of the invention.
Angaben in Gew.-%, Rest jeweils Eisen und herstellungsbedingt unvermeidbare Verunreinigungen, die keinen Einfluss auf die Eigenschaften des Stahlsubstrats haben Figures in% by weight, the rest in each case iron and production-related inevitable impurities which have no influence on the properties of the steel substrate
Tabelle 1 Table 1
*) keine Bi düng von Q, da mindestens ein Peakintegral negativ war *) no fertilization of Q because at least one peak integral was negative
Tabelle 2 Table 2
Claims
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