!HU000005155T2! (19) HU (11) Lajstromszám: E 005 155 (13) T2 MAGYAR KÖZTÁRSASÁG Magyar Szabadalmi Hivatal EURÓPAI SZABADALOM SZÖVEGÉNEK FORDÍTÁSA (21) Magyar ügyszám: E 04 425877 (22) A bejelentés napja: 2004. 11. 24. (96) Az európai bejelentés bejelentési száma: EP 20040425877 (97) Az európai bejelentés közzétételi adatai: EP 1662010 A1 2006. 05. 31. (97) Az európai szabadalom megadásának meghirdetési adatai: EP 1662010 B1 2009. 01. 07. (51) Int. Cl.: C21D 8/02 (2006.01) C21D 8/12 (2006.01) (72) (73) Feltaláló és szabadalmas: ARVEDI, Giovanni, I-26100 Cremona (IT) (74) Képviselõ: Erdély Péter, DANUBIA Szabadalmi és Védjegy Iroda Kft., Budapest (54) Melegen hengerelt, finomszemcsés mágnesacél szalag (57) Kivonat A találmány szerinti mágnesacél szalag vastagsága 0,65 és 1,0 mm között van, és szilíciumtartalma kisebb, mint 0,03%, az együtt futás értéke kisebb, mint 0,02 mm és a ferrites szemcsék 70%-ának nagysága az ASTM E 112 szabvány szerinti 9 és 12 fokozat közötti, ahol ezek a paraméterek egy olyan, járulékos izzítás és hideghengerlés nélküli anyaggal valósulnak meg, amelynek összetétele a következõ: C 0,06%, Mn 0,10 0,20%, Si <0,03%, P 0,010%, S 0,005%, Cr 0,10%, Ni 0,12%, Mo 0,03%, Al 0,030±0,050% és a maradékban Fe, valamint az elkerülhetetlen szennyezõk. HU 005 155 T2 A leírás terjedelme 8 oldal (ezen belül 3 lap ábra) 5. ábra Az európai szabadalom ellen, megadásának az Európai Szabadalmi Közlönyben való meghirdetésétõl számított kilenc hónapon belül, felszólalást lehet benyújtani az Európai Szabadalmi Hivatalnál. (Európai Szabadalmi Egyezmény 99. cikk (1)) A fordítást a szabadalmas az 1995. évi XXXIII. törvény 84/H. -a szerint nyújtotta be. A fordítás tartalmi helyességét a Magyar Szabadalmi Hivatal nem vizsgálta.
1 HU 005 155 T2 2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 A jelen találmány melegen hengerelt, finomszemcsés mágnesacél szalagokra vonatkozik. A WO2004/013365 és az EP1411138 sz. dokumentumok olyan, nem szemcseorientált mágnesszalagokat ismertetnek, amelyek speciális fizikai-kémiai jellemzõkkel rendelkeznek, és ezek, hideghengerlés és izzító hõkezelés, valamint darabolás után alkalmassá teszik a lemezeket villamos motorok állórészeihez és forgórészeihez használt kötegelt vasmagok elõállítására. Az is ismeretes, hogy a hideghengerlés olyan munkaciklusban történik, amelynek során számos költségés idõigényes mûveletet kell elvégezni. Ezen ismert szalagtípusok további jellemzõi a viszonylag nagy szilíciumtartalom és a nem túlságosan finom szemcseszerkezet. Valójában az is ismert, hogy a fenti célokra általánosan használt acélszalagok szilíciumtartalma általában nagyobb, mint 0,5%, és a mágneses permeabilitás fokozása érdekében nem igazán finomszemcsés ferrites szövetszerkezettel rendelkeznek, ami általában a vonatkozó ASTM szabvány 7¹es fokozatánál alacsonyabb minõsítésû. A jelen találmánnyal a célunk olyan melegen hengerelt, kis széntartalmú, finomszemcsés mágnesacél szalagok elõállítása, amelyek szilíciumtartalma csökkentett és vastagsága 0,65 és 1,5 mm között van, továbbá amelyek hideghengerlés és egyéb járulékos kezelés nélkül kedvezõ mechanikai és geometriai tulajdonságokkal, valamint megfelelõ síkbeliséggel és keménységgel rendelkeznek, amely tulajdonságok ezeket az anyagokat darabolás után alkalmassá teszik különösen, de nem kizárólagosan a fent leírt célokra használt többrétegû kötegek(vasmagok) elõállítására. A találmány szerinti szalagot célszerûen, de nem kizárólagosan egy vonalon végzett vékony tuskó (thinslab) eljárással lehet elõállítani. Ilyen eljárás leírása található jelen bejelentõ korábbi, WO 2004/026497 sz. szabadalmi bejelentésében, amelyet vázlatosan az 5. ábra mutat be, és amely az 1. igénypont szerint azzal van jellemezve, hogy szilíciumtartalma kicsi (0,03%-nál kevesebb), az együtt futás értéke kisebb, mint 0,02 mm, felületi érdessége 1,3 m, vastagsága 0,65 és 1,5 mm között van, és a szemcsék nagysága az ASTM E 112 szabvány szerinti 9 és 12 fokozat közötti, összetétele pedig a következõ: C 0,06%, Mn 0,10 0,20%, Si <0,03%, P 0,010%, S 0,005%, Cr 0,10%, Ni 0,12%, Mo 0,03%, Al 0,030±0,050% és a maradékban Fe, valamint az elkerülhetetlen szennyezõk. Az átlagos vastagság célszerûen 0,65 és 1,0 mm közötti, tûrése szigorúan ±0,05 mm, és az együtt futás (párhuzamosság) értéke célszerûen 0,01 mm¹nél is kisebb. Az esetleges maratás és simítóhengerlés után a találmány szerinti szalag keménysége elérheti a HRB 55/70 vagy a HV110/140 értéket. A felület speciális, 1,3 m-nél nagyobb érdessége azt van hivatva megakadályozni, hogy a lemezek a kötegeléskor túlságosan közel kerüljenek egymáshoz, mivel az érdesség által keletkezett résekben levegõ marad. Általában a fenti paraméterek az így kialakított szalagokat különösen alkalmassá teszik finomkivágásra anélkül, hogy a kivágott darabokat szélezni vagy egyengetni kellene, és ezáltal így azonnal kötegelésre kész állapotban vannak, amit egyébként a gyártási vonalon automatikusan végeznek, és ezzel szükségtelenné válik a szélezés és egyengetés, amely mûveleteket a korábbi eljárások során el kellett végezni. A találmány további részleteit kiviteli példákon, rajz segítségével mutatjuk be. A rajzon az 1. ábra a különbözõ szemcsenagyságok százalékos eloszlását mutatja a találmány szerinti szalagokban a tekercsek elején, közepén és a végén, a 2. ábra ugyanezen szalag szövetszerkezete 1000 ¹es nagyításban, a 3. ábra a megmunkálási nyomok eloszlása mm¹ben kifejezve, kísérletileg meghatározva a találmány szerinti szalagokból kivágott darabokon, a 4. ábra vázlatosan mutatja a kötegelési faktor (packing factor hengerlési paraméter az olasz UNI EN 10126 szerint) számítását, amire késõbb a párhuzamosság és a kivágott, kötegelendõ darabokon található megmunkálási nyomok jellemzõjeként fogunk hivatkozni, az 5. ábra egy ismert, a WO 2004/026497 sz. szabadalmi bejelentés szerinti, és a jelen találmány szerinti eljárás foganatosítására is elõnyösen alkalmazott gyártósor vázlatát mutatja, és a 6. ábra egy blokkséma, amely párhuzamosan mutatja a hagyományos és a találmány szerinti eljárás lépéseit. Amint azt már korábban is említettük, a találmány szerinti mágnesszalag darabolt állapotban helyettesítheti a hidegen hengerelt szalagokat anélkül, hogy hõkezelést kellene alkalmazni kötegelt mágneslemezek elõállításánál. Az ilyen acélszalagok vastagsága 0,65 és 1,5 mm, célszerûen 0,65 és 1,0 mm között van, tûrése szigorúan ±0,05 mm, és az együtt futás (párhuzamosság) értéke 0,02 mm¹nél, célszerûen 0,01 mm. Amíg a hagyományos mágnesszalagok jellemzõje a mágneses permeabilitás fokozása érdekében a 0,5%- nál nagyobb szilíciumtartalom, és az, hogy a ferrites szemcsék nagysága az ASTM E 112 szabvány szerinti 7¹es fokozat alatti, addig a találmány szerinti szalag szilíciumtartalma igen kicsi (0,03%-nál kevesebb), és a szemcsék nagysága az ASTM E 112 szabvány szerinti 9¹es fokozatot meghaladja, ugyanakkor mágneses tulajdonságai összemérhetõk a hagyományos, melegen hengerelt, és a ferrites szemcsenagyság fokozása érdekében izzított, nem texturált szilíciumbázisú szalagokéval. Ez feltehetõen annak köszönhetõ, hogy a ferritszemcsék döntõen egyenletes nagyságúak, és a ferrites szemcsék 70%-ának nagysága az ASTM E 112 szabvány szerinti 9 és 12 fokozat közötti, ami különösen elõnyös a szalagok mágneses permeabilitása tekintetében. Jóllehet a szemcsenagyság alapvetõ szerepet játszik az acél mágneses permeabilitása tekintetében, kísérleteink azt mutatták, hogy a szemcsenagyság 2
1 HU 005 155 T2 2 5 10 15 20 25 30 35 homogenitása ugyancsak rendkívül fontos, függetlenül magától a szemcsenagyságtól. Az 1. ábrán látható, hogy a találmány szerinti szalag szövetszerkezete igen kedvezõ, a szemcsék több, mint 80%¹a kisebb, mint az ASTM E 112 szabvány szerinti 9. fokozat, vagyis a szemcsefinomság értéke meghaladja a szabványos 9¹es értéket. A 2. ábrán látható 1000 ¹es nagyítás azt is megmutatja, hogy a szalag finom szövetszerkezete rendkívül egyenletes eloszlásban tartalmazza a ferrites szemcséket. A találmány szerinti szalag egy további jellemzõjét vizsgálva megállapítható, hogy a megmunkálási nyomok magassága, amelynek felsõ határa a piaci igények szerint 0,04 mm, ezt az értéket nem haladja meg, amint az a 3. ábrából leolvasható. Ahhoz, hogy egy acélszalag párhuzamosságát, illetve a felületek együtt futását meg lehessen határozni a várható felhasználás, azaz mágneslemezek kötegelése, elsõsorban, de nem kizárólag villamos motorok állórészeinek vagy forgórészeinek gyártása vonatkozásában, szokásos egy úgynevezett kötegelési tényezõ figyelembevétele. A kötegelési tényezõ egy szabályos P alakú kötegelt tömb és egy ugyanilyen P alakú (méretû) szilárd acéltömb súlyának arányát jelenti. Nyilvánvaló, hogy az elvileg elérhetõ legnagyobb kötegelési tényezõ értéke 1, amint azt a 4. ábra szemlélteti, ahol a bal oldali test egy kötegelt tömb, a jobb oldali pedig egy monolit acéltömb. Ezzel a P/P tényezõvel a rétegelt tömbök párhuzamossága jellemezhetõ, vagyis annak ellenõrzése, hogy a lemezek között mekkora hézagok vannak a megmunkálási nyomok vagy az esetleges vastagsági méretkülönbségek eredményeképpen. A találmány szerinti szalagok különbözõ részein elvégzett vizsgálatok eredményei azt mutatták, hogy a kötegelési tényezõ értéke igen nagy, összemérhetõ a hidegen hengerelt szalagokéval, amelyeknél a tényezõ értéke 0,90 és 0,99 között van, nem csupán ott, de a legmagasabb értékekhez tartozó párhuzamosság kisebb, mint 0,02, sõt alatta volt a 0,01 mm értéknek. A találmány szerinti szalag elõállítható például egy olyan gyártósoron, amelyet az 5. ábra szemléltet. Ilyen melegen hengerlõ sort ismertet a WO2004/026497 sz. közzétételi irat. Ezen gyárthatók a találmány szerinti paraméterekkel rendelkezõ szalagok. A vázlat alsó része mutatja a maratás és simítóhengerlés lépéseit, amelyek a szalag meleghengerlését követhetik, és aminek eredményeképpen elérhetõk a HRB 55/70 vagy HV 110/140 keménységi értékek. A 6. ábrán látható tömbvázlat jobb oldalán láthatók a találmány szerinti szalag gyártási ciklusának fõbb lépései a bemutatott gyártósoron. Látható, hogy a ciklus lényegesen kevesebb lépésbõl áll, mint a hagyományos gyártási ciklus, amely tartalmaz hideghengerlési lépést, a legyártott szalag minõsége ugyanakkor összemérhetõ a két változat esetében. Az 1. táblázatban azok a mérési eredmények láthatók, amelyek azt mutatják, hogy a találmány szerinti szalag reális alternatívája a texturálatlan (nem irányított szemcseszerkezetû), hidegen hengerelt, szilíciumbázisú szalagoknak ott, ahol nincsenek különleges mágneses tulajdonságok elõírva. Megjegyezzük, hogy a vizsgálatokat a találmány szerinti, tehát melegen hengerelt, járulékos kezelés nélküli szalagokból készített kötegelt tömbökön végeztük úgy, hogy az eredményeket olyan, hagyományos eljárással készített szalagokból elõállított tömbökön végzett vizsgálatok eredményeivel hasonlítottuk össze, amely szalagokat hidegen hengereltünk, izzítottunk és simítóhengerléssel (1%) kezeltünk. 1. táblázat W1T W1,5T B2500 B5000 B10 000 A találmány szerint állapot: nyers (1. ciklus) 9,76 20,60 1,581 1,705 1,818 Hagyományos állapot: izzított (2. ciklus) 10,20 21,61 1,590 1,713 1,829 45 50 55 60 A táblázatban W1T és W1,5T a mágneses veszteség értékei W/kg mértékegységben, 1,0 és 1,5 tesla mágneses indukció (polarizáció) és 50 Hz váltóáram mellett mérve, B2500, B5000 és B10 000 a mágneses indukció (polarizáció) értékei tesla mértékegységben, 2500, 5000 és10 000 A/m H mágneses mezõben és 50 Hz váltóáram mellett mérve, az 1. ciklus meleghengerlésbõl + maratásból + simítóhengerlésbõl állt, a 2. ciklus meleghengerlésbõl + maratásból + hideghengerlésbõl (>70%) + izzításból + simítóhengerlésbõl állt. A táblázatban szereplõ értékekbõl látható, hogy a találmány szerinti mágneses szalag minõség szempontjából teljes mértékben összevethetõ a hagyományos szalagokkal, amelyek hideghengerlésen, izzításon és simítóhengerlésen mentek át. A kapott mágnesespermeabilitás-értékek hasonlók (a legnagyobb eltérés: 0,6% B10 000-nél), a mágneses veszteségek pedig még kisebbek is a találmány szerinti mágneses szalag esetében. Az is nyilvánvaló, hogy a találmány szerinti mágneses szalag gyártása jóval gazdaságosabb, mint a hagyományos megoldásé, egyrészt a kisebb szilíciumtartalom, másrészt a hideghengerlési és az izzítási lépés elmaradása következtében, ahogy ezt már korábban is ismertettük. A megtakarítás így a teljes gyártási költség mintegy 15%¹a lehet. További elõnye a találmány szerinti acélnak, hogy elkerülhetõ a hagyományos texturálatlan szilíciumacélok kritikus állapota, amikor is a tuskókat (mintegy 200 C értékkel) magasabb hõmérsékletre kell melegíteni, mint az egyéb, szilíciumot nem tartalmazó acélokat, és lehû- 3
1 HU 005 155 T2 2 tésüket a következõ hengerlési lépés elõtt lassabban, ellenõrzött körülmények között kell végezni, hogy elkerülhetõ legyen repedések kialakulása a tuskón. SZABADALMI IGÉNYPONTOK 1. Melegen hengerelt, finomszemcsés mágnesacél szalag, elektromos acéllemez gyártásához, amelynek vastagsága 0,65 és 1,0 mm között van, azzal jellemezve, hogy szilíciumtartalma kisebb, mint 0,03%, az együtt futás értéke kisebb, mint 0,02 mm és a ferrites szemcsék 70%-ának nagysága az ASTM E 112 szabvány szerinti 9 és 12 fokozat közötti, ahol ezek a paraméterek egy olyan, járulékos izzítás és hideghengerlés nélküli anyaggal valósulnak meg, amelynek összetétele a következõ: C 0,06%, Mn 0,10 0,20%, Si <0,03%, P 0,010%, S 0,005%, Cr 0,10%, Ni 0,12%, Mo 0,03%, Al 0,030±0,050% és a maradékban Fe, valamint az elkerülhetetlen szennyezõk. 5 10 15 20 2. Az 1. igénypont szerinti hengerelt mágnesacél szalag, azzal jellemezve, hogy a ferrites szemcsék legalább 80%-ának nagysága az ASTM E 112 szabvány szerinti 9 fokozatnál kisebb. 3. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti hengerelt mágnesacél szalag, azzal jellemezve, hogy tûrése ±0,05 mm. 4. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti hengerelt mágnesacél szalag, azzal jellemezve, hogy az együtt futás értéke kisebb, mint 0,01 mm. 5. Az 1 3. igénypontok bármelyike szerinti hengerelt mágnesacél szalag, azzal jellemezve, hogy az érdesség mértéke 1,3 m. 6. A 4. vagy 5. igénypont szerinti hengerelt mágnesacél szalag, azzal jellemezve, hogy a kötegelési tényezõ (P/P ) 0,90. 7. Az 1. vagy 2. igénypont szerinti hengerelt mágnesacél szalag, azzal jellemezve, hogy maratás és simítóhengerlés után a keménysége HRB 55/70 vagy HV 110/140. 4
HU 005 155 T2 Int. Cl.: C21D 8/02 5
HU 005 155 T2 Int. Cl.: C21D 8/02 6
HU 005 155 T2 Int. Cl.: C21D 8/02 7
Kiadja a Magyar Szabadalmi Hivatal, Budapest Felelõs vezetõ: Törõcsik Zsuzsanna Windor Bt., Budapest