Лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой
Изобретение относится к области металлургии, а именно к листу электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, используемому в качестве материала железного сердечника для электрического оборудования, например трансформатора. Электротехнический лист содержит основной стальной лист, стеклянную пленку, находящуюся в контакте с основным стальным листом, и изолирующее покрытие, находящееся в контакте со стеклянной пленкой и содержащее в качестве основных компонентов фосфат и коллоидный оксид кремния. Основной стальной лист имеет химический состав, мас.%: 0,085 или менее С, 0,80-7,00 Si, 0,05-1,00 Mn, 0,010-0,065 растворимого в кислоте Al, 0,012 или менее N, 0,015 или менее Seq, где Seq=S+0,406×Se, 0,0005-0,0080 В, остальное - Fe и примеси. В области, проходящей от границы между стеклянной пленкой и изолирующим покрытием в направлении по толщине на расстояние 5 мкм к основному стальному листу, содержится BN, имеющий средний размер частиц 50-300 нм и численную плотность 2×106-2×1010 частиц/мм3. Интенсивность эмиссии В, полученная внутри стеклянной пленки, больше интенсивности эмиссии В, полученной внутри основного стального листа, при измерении этой интенсивности при помощи оптической эмиссионной спектроскопии с тлеющим разрядом, начиная от поверхности изолирующего покрытия. Обеспечивается повышение адгезии покрытия и низкие потери в сердечнике. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл., 3 пр.
Область техники
[0001]
Настоящее изобретение относится к листу из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, в котором обеспечена превосходная адгезия покрытия, и который используется в качестве материала железного сердечника трансформатора или генератора. В частности, настоящее изобретение относится к листу из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, имеющему превосходную способность к изгибу при обработке и обеспечивающему превосходную эффективность работы ленточного сердечника.
Испрашивается приоритет заявки на японский патент № 2018-010301, зарегистрированной 25 января 2018, содержание которой включено в настоящее описание посредством отсылки.
Предпосылки создания изобретения
[0002]
Лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой является магнитомягким материалом и используется для железного сердечника и подобного в электрическом оборудовании, например, трансформаторе. Лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой содержит по массе примерно 7% или менее Si, и, если использовать систему индексов Миллера, его зерна имеют преимущественную ориентацию {110}<001>. Что касается характеристик, которые должен иметь лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, от него требуется обеспечение низких потерь энергии, то есть низких потерь в сердечнике при возбуждении переменным электрическим током.
[0003]
В последние годы с ростом озабоченности проблемами защиты окружающей среды, например, в связи с глобальным потеплением, к трансформаторам, в которых применяется лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, в нормативных документах предъявляются требования, касающиеся их эффективности. В частности, в нормативных документах предъявляются строгие требования по эффективности к трансформаторам с ленточными сердечниками, в которых обычно применяется лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой низкого качества. В связи с этим в трансформаторах с ленточными сердечниками начинает применяться лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, имеющий высокое качество. От листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой в первую очередь требуется обеспечение им низких потерь в сердечнике.
[0004]
Если рассматривать свойства, которые должен иметь лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, применяемый в ленточном сердечнике, то помимо (А) обеспечения низких потерь в сердечнике по указанным выше причинам, этот лист должен иметь следующее свойство (В): при его сильном изгибе от него не должна отслаиваться стеклянная пленка (которая далее может называться "основным покрытием"). Так как ленточный сердечник получают путем изгибания длинного стального листа в спираль, с внутренней стороны этого листа радиус его кривизны становится небольшим, и в этой области возникает сильный изгиб, в результате чего основное покрытие может отслоиться от основного стального листа, что является проблемой.
[0005]
Что касается указанного выше свойства (А), чтобы уменьшить потери в сердечнике, возникающие при применении листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, необходимо управлять ориентацией зерен, и ей управляют с использованием явления, заключающегося в сильном росте зерен, которое называется "вторичной рекристаллизацией". Чтобы управлять вторичной рекристаллизацией подходящим образом, перед такой рекристаллизацией в ходе первичной рекристаллизации важно получить подходящую структуру (структуру после первичной рекристаллизации) и подходящим образом управлять выделением на границах зерен химических элементов или мелких фаз, которые называются ингибиторами.
[0006]
Функциями ингибитора являются подавление роста зерен, ориентация которых отличается от {110}<001>, при первичной рекристаллизации и способствование преимущественному росту зерен, имеющих ориентацию {110}<001>, во время вторичной рекристаллизации. Именно поэтому важно управлять типом и количеством ингибиторов.
[0007]
По ингибиторам опубликовано множество исследований. В одном из этих исследований предложено техническое решение, являющееся новаторским, согласно которому в качестве ингибитора применяется В. Например, в Патентных документах 1 и 2 указано, что функцией ингибитора обладает В, находящийся в твердом растворе, и он позволяет обеспечить ориентацию {110}<001>.
[0008]
В Патентных документах 3 и 4 предложено после холодной прокатки путем азотирования материала, содержащего В, получать мелкий BN, который работает как ингибитор и в результате позволяет обеспечить ориентацию {110}<001>.
[0009]
В Патентном документе 5 указано, что, хотя горячая прокатка не приводит к выделению BN в максимально возможной степени, очень мелкий BN выделяется на этапе нагрева при выполнении последующего отжига, и возникший мелкий BN работает как ингибитор.
В Патентных документах 6 и 7 описан способ, в котором управление морфологией B при его выделении во время горячей прокатки позволяет обеспечить работу выделившейся фазы в качестве ингибитора.
[0010]
В этих документах предложены технические решения, заключающиеся в добавлении в сталь В и его применении в качестве ингибитора. В этих документах указано, что при помощи этих технических решений после вторичной рекристаллизации обеспечивается значительная доля зерен с ориентацией {110}<001>, уменьшаются потери на гистерезис и, как следствие, можно получить лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, обеспечивающий низкие потери в сердечнике. Однако в этих документах не рассматривается адгезия покрытия (адгезия между основным покрытием и основным стальным листом).
[0011]
Что касается указанного выше свойства (В), в Патентном документе 8 описан способ улучшения сцепления покрытия, представляющего собой пленку из форстерита, за счет контроля времени t(Sr), соответствующего расстоянию места пиковой интенсивности эмиссии Sr от поверхности, и времени t(Mg), соответствующего расстоянию места пиковой интенсивности эмиссии Mg от поверхности, таким образом, чтобы они удовлетворяли выражению t(Sr) ≥ t(Mg), при анализе химического состава в направлении по толщине от поверхности к центру, когда лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, включающий пленку из форстерита, имеет следующий химический состав: 0,0050% или менее С; 2,0% - 8,0% Si; 0,005% - 3,0% Mn; до 100 ppm (частей на миллион) Al, до 50 ppm N, до 50 ppm S и до 50 ppm Se.
[0012]
Но лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, описанный в Патентном документе 8, не содержит ингибиторы. Помимо этого, в Патентном документе 8 не рассматривается ухудшение сцепления основного покрытия, возникающее при использовании ингибитора на основе Al.
Кроме того, в Патентном документе 8 не рассматривается способ улучшения сцепления основного покрытия за счет сочетания технического решения, в котором в качестве ингибитора используется В (описано в Патентных документах 1-7), и технического решения, в котором в качестве ингибитора используется ингибитор на основе Al.
[0013]
Что касается улучшения сцепления покрытия в листе из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, в котором в качестве ингибитора используется ингибитор на основе Al, в Патентном документе 9 описан лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, характеризующийся превосходным адгезиям покрытия, который содержит 2% - 7мас.% Si, в котором на поверхности стального листа имеется основное покрытие, содержащее в качестве основного компонента форстерит, и в котором в качестве ингибитора используется AlN. В листе из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, описанном в Патентном документе 9, основное покрытие включает сульфид, содержащий: по меньшей мере один химический элемент, выбранный из Ca, Sr и Ba; химический элемент - редкоземельный металл; и серу.
[0014]
В Патентном документе 10 описан лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, характеризующийся превосходным адгезиям покрытия, в котором основным компонентом основного покрытия, созданного на поверхности, является форстерит, и который содержит (в мас.%): 0,10% или менее С; 1,8% - 7,0% Si; 0,02% - 0,30% Mn; 0,001% - 0,04% в сумме S и Se; 0,01% - 0,065% растворимого в кислоте Al; 0,0030% - 0,0150% N; остальное - Fe и неизбежные примеси. В листе из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, описанном в Патентном документе 10, основное покрытие содержит по меньшей мере одно из следующего: оксид, гидроксид, сульфат или карбонат Ce, La, Pr, Nd, Sc и Y в количестве 10 мг/м2 (указана масса металла в основном покрытии на единицу поверхности) и содержит 1-800 мг/м2 Ti (указана масса на единицу поверхности).
[0015]
Но в Патентных документах 9 и 10, технические решения в которых основаны на применении ингибитора на основе Al, не рассмотрены сочетание технического решения, в котором в качестве ингибитора используется ингибитор на основе Al, и технического решения, в котором в качестве ингибитора используется В (описано в Патентных документах 1-7), а также применение технического решения, в котором в качестве ингибитора используется ингибитор на основе Al, для улучшения сцепления покрытия в листе из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, описанном в Патентных документах 1-7.
Как указано выше, необходимо, чтобы лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, в котором основной стальной лист содержит В, обеспечивал низкие потери в сердечнике и характеризовался превосходным адгезиям в нем основного покрытия.
Документы по известному уровню техники
Патентные документы
[0016]
Патентный документ 1: Патент США № 3905842
Патентный документ 2: Патент США № 3905843
Патентный документ 3: Не прошедшая экспертизу заявка на японский патент, первая публикация № Н01-230721
Патентный документ 4: Не прошедшая экспертизу заявка на японский патент, первая публикация № Н01-283324
Патентный документ 5: Не прошедшая экспертизу заявка на японский патент, первая публикация № Н10-140243
Патентный документ 6: Международная публикация РСТ № WO2011/007771
Патентный документ 7: Международная публикация РСТ № WO2011/007817
Патентный документ 8: Не прошедшая экспертизу заявка на японский патент, первая публикация № 2004-076146
Патентный документ 9: Не прошедшая экспертизу заявка на японский патент, первая публикация № 2012-214902
Патентный документ 10: Международная публикация РСТ № WO2008/062853
Сущность изобретения
Техническая проблема, которую необходимо устранить
[0017]
Из указанных выше проблем, если рассматривать адгезия основного покрытия, необходимо устранить проблему, заключающуюся в том, что это покрытие отслаивается в области с внутренней стороны, в которой при изготовлении трансформатора (а именно, трансформатора с ленточным сердечником) возникает сильный изгиб. Предполагается, что устранение этой проблемы позволит в промышленных условиях изготавливать такие трансформаторы с высокой производительностью.
[0018]
Настоящее изобретение создано с учетом указанных выше обстоятельств. Задача настоящего изобретения - предложить лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, который обеспечивает низкие потери в сердечнике, и в котором имеется превосходное адгезия основного покрытия, если в этом листе в качестве ингибитора применяется ВN.
Устранение проблемы
[0019]
Авторы настоящего изобретения провели исследования с целью улучшения сцепления основного покрытия в листе из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, в котором в качестве ингибитора применяется BN. В результате они обнаружили, что, помимо увеличения плотности магнитного потока путем обеспечения у зерен преимущественной ориентации {110}<001> после вторичной рекристаллизации, в стальном листе важно управлять морфологией В при его выделении.
[0020]
Помимо этого авторы настоящего изобретения обнаружили, что, в случае применения BN в качестве ингибитора и его выделения в стальном листе по всей его толщине после окончательного отжига, увеличиваются потери на гистерезис (не удается уменьшить потери в сердечнике) и ухудшается адгезия покрытия.
[0021]
С учетом указанной обнаруженной информации авторы настоящего изобретения провели глубокие исследования, целью которых было устранение указанных проблем. В результате они обнаружили, что устранение указанных проблем возможно, если после окончательного отжига внутри стеклянной пленки, имеющейся в листе из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, обеспечить выделение В в виде мелких частиц BN, имеющих заранее определенную численную плотность.
[0022]
Настоящее изобретение создано на основе указанной выше обнаруженной информации. Сущность настоящего изобретения изложена далее.
[0023]
(1) Лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно одному аспекту настоящего изобретения включает: основной стальной лист; стеклянную пленку, находящуюся в контакте с основным стальным листом; и изолирующее покрытие, находящееся в контакте со стеклянной пленкой и содержащее в качестве основных компонентов фосфат и коллоидный оксид кремния, причем:
химический состав основного стального листа является следующим (в мас.%):
0,085% или менее С;
0,80% - 7,00% Si;
0,05% - 1,00% Mn;
0,010% - 0,065% растворимого в кислоте Al;
0,012% или менее N;
0,015% или менее Seq, где Seq=S+0,406⋅Se;
0,0005% - 0,0080% В;
остальное - Fe и примеси,
в области, проходящей от границы между стеклянной пленкой и изолирующим покрытием в направлении по толщине на расстояние 5 мкм к основному стальному листу, содержится BN, имеющий средний размер частиц 50-300 нм, и численную плотность 2×106-2×1010 частиц/мм3, и
интенсивность эмиссии В, полученная внутри стеклянной пленки, больше интенсивности эмиссии В, полученной внутри основного стального листа, при измерении этой интенсивности при помощи оптической эмиссионной спектроскопии с тлеющим разрядом начиная от поверхности изолирующего покрытия.
[0024]
(2) В листе из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой по пункту (1):
если при помощи оптической эмиссионной спектроскопии с тлеющим разрядом измерять интенсивность эмиссии Al и интенсивность эмиссии Fe, из пиковых значений интенсивности эмиссии Al два пиковых значения этой интенсивности, наблюдаемые на наиболее отдаленной стороне относительно изолирующего покрытия, обозначить как "первое пиковое значение интенсивности эмиссии Al" и "второе пиковое значение интенсивности эмиссии Al", где первое пиковое значение и второе пиковое значение располагаются по очереди от упомянутой отдаленной стороны, время распыления, при котором наблюдается второе пиковое значение интенсивности эмиссии Al, обозначить как "t(стекло)", время распыления, при котором интенсивность эмиссии Fe стала неизменной, обозначить как "t(Fe)", интенсивность эмиссии В в момент времени t(стекло) обозначить как "IB_t(стекло)" и интенсивность эмиссии В в момент времени t(Fe) обозначить как "IB_t(Fe)", то IB_t(стекло) и IB_t(Fe) должны удовлетворять следующему выражению (1):
IB_t(стекло) > IB_t(Fe) (1).
(3) В листе из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой по пункту (1) или (2) отношение длин большей оси и меньшей оси частиц BN может составлять 1,5 или менее.
Эффекты от применения изобретения
[0025]
Согласно указанным выше аспектам настоящего изобретения можно получить лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, который обеспечивает низкие потери в сердечнике, и в котором имеется превосходное адгезия основного покрытия, если в этом листе в качестве ингибитора применяется ВN.
Краткое описание чертежей
[0026]
На Фиг.1 приведен график, на котором показаны результаты выполнения анализа при помощи GDS для листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, соответствующего этому изобретению.
Подробное описание предпочтительных вариантов реализации
[0027]
Лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, соответствующий одному из вариантов, который далее может называться "представленным листом из электротехнической стали", включает: основной стальной лист; стеклянную пленку, находящуюся в контакте с основным стальным листом; и изолирующее покрытие, находящееся в контакте со стеклянной пленкой и содержащее в качестве основных компонентов фосфат и коллоидный оксид кремния, причем:
химический состав основного стального листа является следующим (в мас.%):
0,085% или менее С;
0,80% - 7,00% Si;
0,05% - 1,00% Mn;
0,010% - 0,065% растворимого в кислоте Al;
0,012% или менее N;
0,015% или менее Seq, где Seq=S+0,406⋅Se;
0,0005% - 0,0080% В;
остальное - Fe и примеси,
в поверхностной зоне стеклянной пленки содержатся частицы BN, средний размер которых составляет 50-300 нм, и численная плотность которых составляет 2×106-2×1010 частиц/мм3, и
интенсивность эмиссии В, полученная внутри стеклянной пленки, больше интенсивности эмиссии В, полученной внутри основного стального листа, при измерении этой интенсивности при помощи оптической эмиссионной спектроскопии с тлеющим разрядом начиная от поверхности изолирующего покрытия.
[0028]
Кроме того, в представленном листе из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой:
если при помощи оптической эмиссионной спектроскопии с тлеющим разрядом измерять интенсивность эмиссии Al и интенсивность эмиссии Fe, из пиковых значений интенсивности эмиссии Al два пиковых значения этой интенсивности, наблюдаемые на наиболее удаленной стороне относительно изолирующего покрытия, обозначить как "первое пиковое значение интенсивности эмиссии Al" и "второе пиковое значение интенсивности эмиссии Al", где первое пиковое значение и второе пиковое значение расположены по очереди от упомянутой наиболее удаленной стороны, время распыления, при котором наблюдается второе пиковое значение интенсивности эмиссии Al, обозначить как "t(стекло)", время распыления, при котором интенсивность эмиссии Fe стала неизменной, обозначить как "t(Fe)", интенсивность эмиссии В в момент времени t(стекло) обозначить как "IB_t(стекло)" и интенсивность эмиссии В в момент времени t(Fe) обозначить как "IB_t(Fe)", то IB_t(стекло) и IB_t(Fe) могут удовлетворять следующему выражению (1):
IB_t(стекло) > IB_t(Fe) (1).
Кроме того, в представленном листе из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой отношение длин большей оси и меньшей оси частиц BN может составлять 1,5 или менее.
[0029]
Далее будет рассмотрен представленный лист из электротехнической стали.
[0030]
Химический состав основного стального листа
Далее рассмотрены причины, по которым на химический состав основного стального листа, образующего представленный лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, накладываются определенные ограничения. В дальнейшем, если не указано иное, при описании химического состава "%" представляет собой мас.%.
[0031]
С: 0,085% или менее
С - это химический элемент, позволяющий управлять структурой при первичной рекристаллизации, но оказывающий отрицательное влияние на магнитные свойства. Поэтому С - это химический элемент, который необходимо удалять при помощи обезуглероживающего отжига перед окончательным отжигом. Если содержание С больше 0,085%, необходимо увеличивать длительность обезуглероживающего отжига, в результате уменьшается производительность, что является нежелательным. Предпочтительно, чтобы содержание С составляло 0,070% или менее, более предпочтительно - 0,050% или менее.
[0032]
Хотя нижним пределом содержания С может являться 0%, при уменьшении его содержания до уровня менее 0,0001% существенно увеличивается стоимость производства. Поэтому на практике нижним пределом содержания С в стальном листе, по существу, является 0,0001%.
[0033]
Si: 0,80% - 7,00%
Si - это химический элемент, увеличивающий электрическое сопротивление стального листа и уменьшающий потери в сердечнике. Если содержание Si меньше 0,80%, во время окончательного отжига имеет место аустенитное превращение, это отрицательно влияет на ориентацию кристаллов в стальном листе, что является нежелательным. Предпочтительно, чтобы содержание Si составляло 1,50% или более, более предпочтительно - 2,50% или более.
[0034]
С другой стороны, если содержание Si больше 7,00%, ухудшается обрабатываемость, и во время прокатки возникают трещины. Поэтому необходимо, чтобы содержание Si составляло 7,00% или менее. Предпочтительно, чтобы содержание Si составляло 5,50% или менее, более предпочтительно - 4,50% или менее.
[0035]
Mn: 0,05% - 1,00%
Mn - это химический элемент, препятствующий возникновению трещин во время горячей прокатки и в результате связывания с S и/или Se образующий MnS и/или MnSe, которые работают как ингибиторы. Если содержание Mn меньше 0,05%, эффект от добавления оказывается недостаточным, что является нежелательным. Предпочтительно, чтобы содержание Mn составляло 0,07% или более, более предпочтительно - 0,09% или более.
[0036]
С другой стороны, если содержание Mn больше 1,00%, при выделении MnS и/или MnSe их распределение становится неравномерным, и невозможно получить требуемую структуру после вторичной рекристаллизации, в результате уменьшается плотность магнитного потока, что является нежелательным. Предпочтительно, чтобы содержание Mn составляло 0,80% или менее, более предпочтительно - 0,60% или менее.
[0037]
Растворимый в кислоте Al: 0,010% - 0,065%
Растворимый в кислоте Al в результате связывания с N образует (Al, Si)N, который действует как ингибитор. Если количество растворимого в кислоте Al меньше 0,010%, эффект от добавления оказывается недостаточным, в результате вторичная рекристаллизация не происходит в достаточной степени, что является нежелательным. Предпочтительно, чтобы количество растворимого в кислоте Al составляло 0,015% или более, более предпочтительно - 0,020% или более.
[0038]
С другой стороны, если количество растворимого в кислоте Al больше 0,065%, при выделении (Al, Si)N его распределение становится неравномерным, и невозможно получить требуемую структуру после вторичной рекристаллизации, в результате уменьшается плотность магнитного потока, что является нежелательным. Предпочтительно, чтобы количество растворимого в кислоте Al составляло 0,050% или менее, более предпочтительно - 0,040% или менее.
[0039]
N: 0,012% или менее
Так как из-за образования нитридов может повыситься риск увеличения потерь в сердечнике, необходимо, чтобы содержание N составляло 0,012% или менее. Предпочтительно, чтобы содержание N составляло 0,010% или менее, более предпочтительно - 0,009% или менее.
[0040]
Как будет описано позднее, если рассматривать его нахождение в составе сляба, N является химическим элементом, который в результате связывания с Al образует AlN, работающий как ингибитор. Однако N также является химическим элементом, который приводит к возникновению раковин (пустот) в стальном листе во время холодной прокатки. Хотя на содержание N конкретные ограничения не накладываются, если содержание N меньше 0,004%, AlN образуется в недостаточной степени, что является нежелательным. Поэтому нижний предел содержания N может составлять 0,004% или более. Предпочтительно, чтобы содержание N составляло 0,006% или более, более предпочтительно - 0,007% или более.
[0041]
Seq=S+0,406⋅Se: 0,015% или менее
Как будет описано позднее, если рассматривать их вхождение в состав сляба, S и Se являются химическими элементами, которые в результате связывания с Mn образуют MnS и/или MnSe, работающие как ингибиторы. Их содержание задается с использованием выражения Seq=S+0,406⋅Se, с учетом соотношения их атомных масс.
[0042]
Так как из-за образования сульфидов могут увеличиться потери в сердечнике, необходимо, чтобы значение Seq составляло 0,015% или менее. Предпочтительно, чтобы значение Seq составляло 0,013% или менее, более предпочтительно - 0,011% или менее.
Хотя на нижний предел значения Seq конкретные ограничения не накладываются, если значение Seq меньше 0,003%, эффект от добавления оказывается недостаточным. Поэтому необходимо, чтобы значение Seq составляло 0,003% или более. Предпочтительно, чтобы значение Seq составляло 0,005% или более, более предпочтительно - 0,007% или более.
[0043]
В: 0,0005% - 0,0080%
В - это химический элемент, который в результате связывания с N образует BN, работающий как ингибитор, чему также способствует его выделение совместно с MnS или MnSe.
[0044]
Если содержание В меньше 0,0005%, эффект от добавления оказывается недостаточным, что является нежелательным. Предпочтительно, чтобы содержание В составляло 0,0010% или более, более предпочтительно - 0,0015% или более. С другой стороны, если содержание В больше 0,0080%, при выделении BN его распределение становится неравномерным, и невозможно получить требуемую структуру после вторичной рекристаллизации, в результате уменьшается плотность магнитного потока, что является нежелательным. Предпочтительно, чтобы содержание В составляло 0,0060% или менее, более предпочтительно - 0,0040% или менее.
[0045]
Помимо указанных выше химических элементов в состав основного стального листа входят Fe и примеси. Примеси - это химические элементы, которые неизбежным образом как загрязнения вносятся из исходных материалов, используемых при производстве стали, и/или в ходе процессов, используемых при ее производстве. В представленном листе из электротехнической стали приемлемым диапазоном содержания примесей является такой, который не приводит к ухудшению свойств.
Например, представленный лист из электротехнической стали может содержать как примесь по меньшей мере один химический элемент, выбранный из следующей группы, в указанном количестве: 0,30% или менее Cr; 0,40% или менее Cu; 0,50% или менее Р; 1,00% или менее Ni; 0,30% или менее Sn; 0,30% или менее Sb и 0,01% или менее Bi.
[0046]
Стеклянная пленка
В листе из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, соответствующем данному варианту, стеклянную пленку создают таким образом, чтобы она находилась в контакте с основным стальным листом. Стеклянная пленка содержит сложные оксиды, например, форстерит (Mg2SiO4). Стеклянную пленку создают во время окончательного отжига, который описан позднее, и в ходе которого оксидный слой, содержащий в качестве основного компонента оксид кремния, реагирует с сепаратором отжига, содержащим в качестве основного компонента оксид магния.
[0047]
Морфология ВN и его влияние
Средний размер частиц BN: 50-300 нм
Если внутри стеклянной пленки находится BN с размером частиц 50-300 нм, улучшается адгезия основного покрытия. Причина этого неясна, но предполагается, что улучшение сцепления покрытия связано с тем, что при нахождении BN внутри стеклянной пленки (пленки из форстерита), главной составляющей которой является Mg2SiO4, изменяется морфология той части этой пленки, где она прикреплена к основному стальному листу. В данном варианте необходимо, чтобы средний размер частиц BN составлял 50-300 нм.
Стеклянная пленка на границе с основным стальным листом имеет трехмерную поверхность прикрепления. Термином "внутри стеклянной пленки" обозначена область, проходящая в направлении по толщине от внешней поверхности стеклянной пленки (то есть от границы между этой пленкой и изолирующим покрытием) на расстояние 5 мкм к основному стальному листу. Так как обычно толщина стеклянной пленки составляет 1-5 мкм, то эта "область внутри стеклянной пленки" может включать основной стальной лист, помимо самой пленки.
[0048]
Так как BN повторно выделяется после того, как он перешел в твердый раствор, его частицы стремятся приобрести сферическую форму, чтобы уменьшилась поверхностная энергия. Поэтому частица BN имеет преимущественно сферическую форму. В данном варианте "сферическая частица BN" - это частица BN, у которой отношение длинной оси к короткой оси составляет 1,5 или менее.
[0049]
Хотя в состав может входить BN, имеющий размер частиц 300 нм или более, если крупный BN имеется в чрезмерной степени, уменьшается частота его выделения, в результате нельзя в достаточной степени обеспечить улучшение сцепления покрытия. Поэтому необходимо, чтобы средний размер частиц BN составлял 300 нм или менее. Предпочтительно, чтобы средний размер частиц BN составлял 280 нм или менее, более предпочтительно - 260 нм или менее.
[0050]
Если размер частиц BN составляет 50 нм или менее, увеличивается частота его выделения, и в результате увеличиваются потери в сердечнике. Поэтому необходимо, чтобы средний размер частиц BN составлял 50 нм или более. Предпочтительно, чтобы средний размер частиц BN составлял 80 нм.
[0051]
Численная плотность частиц BN: 2×106-2×1010 частиц/мм3
Необходимо, чтобы численная плотность частиц BN, имеющих средний размер 50-300 нм, внутри стеклянной пленки составляла 2×106-2×1010 частиц/мм3.
Если численная плотность частиц BN меньше 2×106 частиц/мм3, распределение BN внутри стеклянной пленки становится неудовлетворительным, в результате нельзя в достаточной степени обеспечить улучшение сцепления покрытия, что является нежелательным. Предпочтительно, чтобы численная плотность частиц BN составляла 3×106 частиц/мм3 или более.
Необходимо, чтобы верхний предел численной плотности частиц BN составлял 2×1010 частиц/мм3, чтобы не допустить увеличения потерь в сердечнике.
[0052]
Численная плотность частиц BN измеряется таким образом, как приведено далее. Лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой (готовое изделие) подвергают очистке с использованием гидроксида натрия, удаляют изолирующее покрытие с поверхности стального листа, и с целью определения численной плотности BN изучают поверхность стального листа с использованием FE-SEM (Field Emission Scanning Electron Microscopy - Автоэлектронная сканирующая микроскопия). Численную плотность частиц BN можно определить, сделав 10 микрофотографий поля зрения размером 4 мкм в направлении по ширине × 2 мкм в направлении по толщине и подсчитав количество частиц BN на поверхности стального листа.
[0053]
Интенсивность IB эмиссии В измеряют при помощи GDS: интенсивность эмиссии В, измеренная внутри стеклянной пленки, больше интенсивности его эмиссии, измеренной внутри основного стального листа.
Если рассматривать распределение В в направлении по толщине стального листа, когда концентрация (интенсивность эмиссии) В внутри стеклянной пленки меньше его концентрации (интенсивности его эмиссии) внутри основного стального листа, адгезия покрытия ухудшается, так как внутри стеклянной пленки не происходит выделения BN, или он выделяется внутри стеклянной пленки только в небольшом количестве. Кроме того, если внутри основного стального листа содержится мелкий BN, увеличиваются потери в сердечнике.
[0054]
Если в листе из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, соответствующем данному варианту, при помощи оптической эмиссионной спектроскопии с тлеющим разрядом измерять интенсивность эмиссии В начиная от поверхности изолирующего покрытия, ее значение, измеренное внутри стеклянной пленки, больше ее значения, измеренного внутри основного стеклянного листа. За счет этой особенности в данном варианте можно получить лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, который обеспечивает низки потери в сердечнике, и в котором обеспечивается превосходное адгезия покрытия.
[0055]
Для листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, соответствующего данному варианту, помимо интенсивности эмиссии В, при помощи оптической эмиссионной спектроскопии с тлеющим разрядом начиная от поверхности изолирующего покрытия предпочтительно также измерять интенсивность эмиссии Al и интенсивность эмиссии Fe. Если при измерении времени от момента начала измерения время распыления, необходимое для достижения области внутри стеклянной пленки, обозначить как "t(стекло)", и время распыления, необходимое для достижения области внутри основного стального листа, обозначить как "t(Fe)", интенсивность эмиссии В в момент времени t(стекло) обозначить как "IB_t(стекло)" и интенсивность эмиссии В в момент времени t(Fe) обозначить как "IB_t(Fe)", то, что измеренные значения IB_t(стекло) и IB_t(Fe) удовлетворяют приведенному далее выражению (1), указывает, что внутри стеклянной пленки BN выделяется в достаточной степени. Таким образом, если обеспечить соблюдение этого выражения (1), можно гарантировать низкие потери в сердечнике и превосходное адгезия покрытия.
IB_t(стекло) > IB_t(Fe) (1)
[0056]
При измерении с использованием GDS в некоторых случаях время распыления, необходимое для достижения стеклянной пленки, можно определить как момент времени, в который наблюдается пиковое значение интенсивности эмиссии Mg. Это объясняется тем, что стеклянная пленка состоит, главным образом, из форстерита (Mg2SiO4). Таким образом, уровень по толщине, на котором находится стеклянная пленка, это уровень (соответствует времени распыления), на котором наблюдается пиковое значение интенсивности эмиссии Mg. Однако, так как состав стеклянной пленки изменяется в зависимости от условий производства, момент времени (уровень по толщине), когда наблюдается пиковое значение интенсивности эмиссии Mg, может сместиться. Поэтому в данном варианте предпочтительно определять уровень по толщине, на котором находится стеклянная пленка, при помощи пикового значения интенсивности эмиссии Al. Al присутствует в шпинели (MgAl2O4), которая выделяется на границе между стеклянной пленкой и основным стальным листом, и то, достигнута ли стеклянная пленка, можно с максимальной степенью вероятности определить, используя время, необходимое для достижения Al, находящегося на этой границе. Эту характеристику можно определить, выполнив измерение при помощи GDS. Когда при помощи GDS измеряются интенсивности эмиссии Fe, Al, Mg и В, за t(стекло) принимается момент времени, в который наблюдается второе пиковое значение интенсивности эмиссии Al, и этот момент времени принимается за время достижения области внутри стеклянной пленки.
Помимо этого, в качестве времени распыления, необходимого для достижения области внутри основного стального листа, то есть момента времени t(Fe), можно задать момент времени, в который интенсивность эмиссии Fe стала неизменной. Тот факт, что интенсивность эмиссии Fe стала неизменной, указывает, что соответствующий уровень по толщине точно находится внутри основного стального листа.
[0057]
На Фиг.1 приведен график, на котором показаны результаты выполнения анализа при помощи GDS для листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, соответствующего этому изобретению. Как показано на Фиг.1, при выполнении анализа при помощи GDS для листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, соответствующего данному варианту, начиная от поверхности входящего в его состав изолирующего покрытия, имеются два пиковых значения интенсивности эмиссии Al - в изолирующем покрытии и в стеклянной пленке. При этом пиковое значение интенсивности эмиссии Al, наблюдаемое в изолирующем покрытии, обозначается как "первое пиковое значение интенсивности эмиссии Al", и пиковое значение интенсивности эмиссии Al, наблюдаемое в стеклянной пленке, обозначается как "второе пиковое значение интенсивности эмиссии Al". Как описано выше, в данном варианте за момент времени t(стекло) принимается момент времени, соответствующий второму пиковому значению интенсивности эмиссии Al. В примере, показанном на Фиг.1, t(стекло) составляет 106 секунд.
Помимо этого, как показано на Фиг.1, момент времени (соответствует уровню по толщине, на Фиг.1 - примерно 25 секунд), в который интенсивность эмиссии Mg начинает изменяться с последующим достижением ею пикового значения, принимается за время достижения границы между изолирующим покрытием и стеклянной пленкой, и момент времени (соответствует уровню по толщине, на Фиг.1 - примерно 150 секунд), в который интенсивность эмиссии Mg становится равной нулю, принимается за время достижения границы между стеклянной пленкой и основным стальным листом. При этом в интервале времени распыления от 0 до 25 секунд обнаруживается небольшая эмиссия Mg, но предполагается, что этот эмитируемый Mg диффундировал в изолирующее покрытие. Таким образом, уровень по толщине, на котором наблюдается эта эмиссия, считается положением внутри изолирующего покрытия, а не положением внутри стеклянной пленки.
Помимо этого, в данном варианте за момент времени t(Fe) принимается момент времени, в который интенсивность эмиссии Fe стала неизменной. В примере, показанном на Фиг.1, момент времени t(Fe) равен 325 секундам. При этом "момент времени, в который интенсивность эмиссии Fe стала неизменной" это не момент времени, в который интенсивность эмиссии Fe перестает изменяться, а момент времени, когда она уже некоторое время остается неизменной. Например, в данном варианте за "момент времени, в который интенсивность эмиссии Fe стала неизменной" принимается момент времени, когда ее изменение находится в пределах 0,5 в течение 50 секунд. То есть за t(Fe) принимается момент конца периода в 50 секунд, в течение которого изменение этой интенсивности находится в пределах 0,5.
[0058]
Помимо этого, чтобы подходящим образом управлять размером частиц BN, частотой их выделения и их распределением, необходимо подходящим образом управлять скоростью охлаждения в ходе очистительного отжига, после окончательного отжига. Подробности этого приведены далее.
[0059]
Изолирующее покрытие
В листе из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, соответствующем данному варианту, изолирующее покрытие создают таким образом, чтобы оно находилось в контакте со стеклянной пленкой, и это покрытие в качестве основных компонентов содержит фосфат и коллоидный оксид кремния.
[0060]
Далее будет описан способ изготовления листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, соответствующего данному варианту.
[0061]
Химический состав сляба из кремнистой стали
Сляб из кремнистой стали, используемый для получения представленного листа из электротехнической стали, имеет следующий химический состав (в мас.%): 0,085% или менее С; 0,80% - 7,00% Si; 0,05% - 1,00% Mn; 0,010% - 0,065% растворимого в кислоте Al; 0,004% - 0,012% N; 0,01% или менее S и 0,0005% - 0,0080% В.
[0062]
С: 0,085% или менее
С - это химический элемент, позволяющий управлять структурой при первичной рекристаллизации, но оказывающий отрицательное влияние на магнитные свойства. Поэтому С - это химический элемент, который необходимо удалять при помощи обезуглероживающего отжига перед окончательным отжигом. Если содержание С больше 0,085%, необходимо увеличивать длительность обезуглероживающего отжига, в результате уменьшается производительность. Поэтому необходимо, чтобы содержание С составляло 0,085% или менее. Предпочтительно, чтобы содержание С составляло 0,070% или менее, более предпочтительно - 0,050% или менее.
[0063]
Хотя нижним пределом содержания С может являться 0%, при уменьшении его содержания до уровня менее 0,0001% существенно увеличивается стоимость производства. Поэтому на практике нижним пределом содержания С в стальном листе, по существу, является 0,0001%. В ходе обезуглероживающего отжига содержание С в листе из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой обычно снижают до уровня примерно 0,001% или менее.
[0064]
Si: 0,80% - 7,00%
Si - это химический элемент, увеличивающий электрическое сопротивление стального листа и уменьшающий потери в сердечнике. Если содержание Si меньше 0,80%, во время окончательного отжига имеет место аустенитное превращение, это отрицательно влияет на ориентацию кристаллов в стальном листе. Поэтому необходимо, чтобы содержание Si составляло 0,80% или более. Предпочтительно, чтобы содержание Si составляло 1,50% или более, более предпочтительно - 2,50% или более.
[0065]
С другой стороны, если содержание Si больше 7,00%, ухудшается обрабатываемость, и во время прокатки возникают трещины. Поэтому необходимо, чтобы содержание Si составляло 7,00% или менее. Предпочтительно, чтобы содержание Si составляло 5,50% или менее, более предпочтительно - 4,50% или менее.
[0066]
Mn: 0,05% - 1,00%
Mn - это химический элемент, препятствующий возникновению трещин во время горячей прокатки и в результате связывания с S и/или Se образующий MnS, который работает как ингибитор. Если содержание Mn меньше 0,05%, эффект от добавления оказывается недостаточным. Поэтому необходимо, чтобы содержание Mn составляло 0,05% или более. Предпочтительно, чтобы содержание Mn составляло 0,07% или более, более предпочтительно - 0,09% или более.
[0067]
С другой стороны, если содержание Mn больше 1,00%, при выделении MnS его распределение становится неравномерным, и невозможно получить требуемую структуру после вторичной рекристаллизации, в результате уменьшается плотность магнитного потока, что является нежелательным. Поэтому необходимо, чтобы содержание Mn составляло 1,00% или менее. Предпочтительно, чтобы содержание Mn составляло 0,80% или менее, более предпочтительно - 0,60% или менее.
[0068]
Растворимый в кислоте Al: 0,010% - 0,065%
Растворимый в кислоте Al в результате связывания с N образует (Al, Si)N, который действует как ингибитор. Если количество растворимого в кислоте Al меньше 0,010%, эффект от добавления оказывается недостаточным, и вторичная рекристаллизация не происходит в достаточной степени. Поэтому необходимо, чтобы количество растворимого в кислоте Al составляло 0,010% или более. Предпочтительно, чтобы количество растворимого в кислоте Al составляло 0,015% или более, более предпочтительно - 0,020% или более.
[0069]
С другой стороны, если количество растворимого в кислоте Al больше 0,065%, при выделении (Al, Si)N его распределение становится неравномерным, и невозможно получить требуемую структуру после вторичной рекристаллизации, в результате уменьшается плотность магнитного потока. Поэтому необходимо, чтобы количество растворимого в кислоте Al составляло 0,065% или менее. Предпочтительно, чтобы количество растворимого в кислоте Al составляло 0,050% или менее, более предпочтительно - 0,040% или менее.
[0070]
N: 0,004% - 0,012%
N - это химический элемент, который в результате связывания с Al образует AlN, работающий как ингибитор. Однако N также является химическим элементом, который приводит к возникновению раковин (пустот) в стальном листе во время холодной прокатки. Если содержание N меньше 0,004%, AlN образуется в недостаточной степени. Поэтому необходимо, чтобы содержание N составляло 0,004% или более. Предпочтительно, чтобы содержание N составляло 0,006% или более, более предпочтительно - 0,007% или более.
[0071]
С другой стороны, если содержание N составляет более 0,012%, во время холодной прокатки в стальном листе могут возникать раковины (пустоты). Поэтому необходимо, чтобы содержание N составляло 0,012% или менее. Предпочтительно, чтобы содержание N составляло 0,010% или менее, более предпочтительно - 0,009% или менее.
[0072]
S: 0,01% или менее
S - это химический элемент, который в результате связывания с Mn образует MnS, работающий как ингибитор.
[0073]
Если содержание S составляет более 0,01%, распределение выделившегося MnS становится неравномерным после очистительного отжига, невозможно получить требуемую структуру после вторичной рекристаллизации, уменьшается плотность магнитного потока и увеличиваются потери на гистерезис. Если MnS остается после очистительного отжига, увеличиваются потери на гистерезис.
На нижний предел содержания S конкретные ограничения не накладываются. Предпочтительно, чтобы содержание S составляло 0,003% или более, более предпочтительно - 0,007% или более.
[0074]
В: 0,0005% - 0,0080%
В - это химический элемент, который в результате связывания с N образует BN, работающий как ингибитор, чему также способствует его выделение совместно с MnS.
[0075]
Если содержание В меньше 0,0005%, эффект от добавления оказывается недостаточным. Поэтому необходимо, чтобы содержание В составляло 0,0005% или более. Предпочтительно, чтобы содержание В составляло 0,0010% или более, более предпочтительно - 0,0015% или более. С другой стороны, если содержание В больше 0,0080%, при выделении BN его распределение становится неравномерным, и невозможно получить требуемую структуру после вторичной рекристаллизации, в результате уменьшается плотность магнитного потока. Поэтому необходимо, чтобы содержание В составляло 0,0080% или менее. Предпочтительно, чтобы содержание В составляло 0,0060% или менее, более предпочтительно - 0,0040% или менее.
[0076]
Помимо указанных выше химических элементов в состав листа из кремнистой стали входят Fe и примеси. Примеси - это химические элементы, которые неизбежным образом как загрязнения вносятся из исходных материалов, используемых при производстве стали, и/или в ходе процессов, используемых при ее производстве. В представленном листе из электротехнической стали приемлемым диапазоном содержания примесей является такой, который не приводит к ухудшению свойств.
[0077]
Кроме того, представленный лист из электротехнической стали может содержать как примесь по меньшей мере один химический элемент, выбранный из следующей группы, в указанном количестве: 0,30% или менее Cr; 0,40% или менее Cu; 0,50% или менее Р; 1,00% или менее Ni; 0,30% или менее Sn; 0,30% или менее Sb и 0,01% или менее Bi, содержание этих химических элементов в указанных количествах может улучшить другие свойства, не ухудшая при этом магнитные.
[0078]
Сляб из кремнистой стали
Представленный сляб (сляб из кремнистой стали) получают путем непрерывного литья или путем изготовления слитка и последующей прокатки в блюминге из расплавленной стали, имеющей указанный выше химический состав и полученной в конвертере или электрической печи, которую подвергли необходимой вакуумной дегазации. В обычном случае сляб из кремнистой стали представляет собой стальной элемент, имеющий толщину от 150 до 350 мм, предпочтительно - от 220 до 280 мм. Сляб из кремнистой стали может иметь небольшую толщину - от 30 до 70 мм. Преимуществом сляба небольшой толщины является то, что при изготовлении горячекатаного листа нет необходимости выполнять его черновую обработку для получения промежуточной толщины.
[0079]
Температура нагрева сляба из кремнистой стали
Сляб из кремнистой стали нагревают до температуры 1250°С или менее и подвергают горячей прокатке. Если температура нагрева больше 1250°С, увеличивается количество прокатной окалины, MnS и/или MnSe полностью переходят в твердый раствор и выделяются в мелкой форме при выполнении последующих процессов, и температуру обезуглероживающего отжига необходимо повышать до уровня 900°С или более, чтобы получить требуемый размер зерна после первичной рекристаллизации, что является нежелательным. Помимо этого, высока вероятность того, что ингибитор, выделяющийся в мелкой форме, будет созревать по Оствальду во время обезуглероживающего отжига, в результате после первичной рекристаллизации уменьшится однородность зерен (увеличится разница в размерах). Как следствие, вторичная рекристаллизация перестанет быть стабильной, и значительно ухудшатся магнитные свойства, что является нежелательным. Предпочтительно, чтобы температура нагрева составляла 1200°С или менее.
[0080]
На нижний предел температуры нагрева конкретные ограничения не накладываются. Для обеспечения обрабатываемости сляба из кремнистой стали предпочтительно, чтобы температура нагрева составляла 1100°С или более.
[0081]
Горячая прокатка, отжиг горячей полосы
Сляб из кремнистой стали, нагретый до температуры 1250°С или менее, подвергают горячей прокатке для получения горячекатаного стального листа. Горячекатаный стальной лист нагревают до температуры в диапазоне 1000°С - 1150°С (температура первой стадии) для прохождения рекристаллизации, и после этого выполняют отжиг с нагревом до температуры в диапазоне 850°С - 1100°С (температура второй стадии), которая ниже температуры первой стадии, с целью устранения неоднородности структуры, имеющейся после горячей прокатки. Предпочтительно один или несколько раз выполнять отжиг горячей полосы, чтобы гомогенизировать структуру после горячей прокатки перед тем, как горячекатаный стальной лист будет подвергнут окончательной, холодной прокатке.
[0082]
При отжиге горячей полосы уровень температуры первой стадии в значительной степени влияет на выделение ингибитора в ходе выполнения последующих процессов. Если температура первой стадии больше 1150°С, в ходе выполнения последующих процессов ингибитор выделяется в мелкой форме, и температуру обезуглероживающего отжига необходимо повысить до уровня 900°С или более, чтобы получить требуемый размер зерна после первичной рекристаллизации, что является нежелательным. Предпочтительно, чтобы температура первой стадии составляла 1120°С или менее.
[0083]
С другой стороны, если температура первой стадии меньше 1000°С, рекристаллизация становится недостаточной, и не происходит гомогенизации структуры, полученной после горячей прокатки, что является нежелательным. Предпочтительно, чтобы температура первой стадии составляла 1030°С или более.
[0084]
Как и в случае температуры первой стадии, если температура второй стадии больше 1100°С, в ходе выполнения последующих процессов ингибитор выделяется в мелкой форме, что является нежелательным. С другой стороны, если температура второй стадии меньше 850°С, не происходит аустенитного превращения, и не происходит гомогенизации структуры, полученной после горячей прокатки, что является нежелательным. Предпочтительно, чтобы температура второй стадии составляла 880°С или более.
[0085]
Холодная прокатка
После отжига в горячем состоянии (отжиг горячей полосы) стальной лист подвергают холодной прокатке в один проход или холодной прокатке в несколько проходов с промежуточным отжигом, чтобы получить окончательную толщину этого листа. Холодную прокатку можно выполнять при комнатной температуре или температуре выше комнатной. Например, прокатку можно выполнять после того, как стальной лист нагрет до примерно 200°С, то есть в его теплом состоянии.
[0086]
Обезуглероживающий отжиг
Стальной лист, имеющий окончательную толщину, подвергают обезуглероживающему отжигу в атмосфере с высоким содержанием влаги, чтобы удалить из него С и задать требуемый размер зерна после первичной рекристаллизации. Например, предпочтительно выполнять обезуглероживающий отжиг при температуре в диапазоне 770°С - 950°С в течение времени, достаточного для того, чтобы размер зерна после первичной рекристаллизации составлял 15 мкм или более.
[0087]
Если температура при обезуглероживающем отжиге меньше 770°С, нельзя получить требуемый размер зерна, что является нежелательным. Предпочтительно, чтобы при обезуглероживающем отжиге температура составляла 800°С или более. С другой стороны, если температура при обезуглероживающем отжиге больше 950°С, размер зерна становится больше требуемого, что является нежелательным. Предпочтительно, чтобы при обезуглероживающем отжиге температура составляла 920°С или менее.
[0088]
Азотирование
После обезуглероживающего отжига и перед окончательным отжигом стальной лист подвергают азотированию, чтобы обеспечить содержание в нем N в диапазоне 40-1000 ppm. Если после азотирования содержание N в стальном листе меньше 40 ppm, выделение AlN не происходит в достаточной степени, в результате он не работает как ингибитор, что является нежелательным. Предпочтительно, чтобы содержание N в стальном листе после азотирования составляло 80 ppm или более.
[0089]
С другой стороны, если содержание N в стальном листе больше 1000 ppm, после проведения вторичной рекристаллизации в ходе последующего окончательного отжига AlN остается в чрезмерном количестве, в результате увеличиваются потери в сердечнике, что является нежелательным. Предпочтительно, чтобы содержание N в стальном листе после азотирования составляло 970 ppm или менее.
[0090]
Нанесение сепаратора отжига
После азотирования на стальной лист наносят сепаратор отжига, и подвергают этот лист окончательному отжигу. В качестве сепаратора отжига можно использовать обычный такой сепаратор.
[0091]
Окончательный отжиг
Отжиг с целью вторичной рекристаллизации
Так как ингибирование усиливается при наличии BN, предпочтительно, чтобы при выполнении отжига с целью вторичной рекристаллизации, входящего в состав окончательного отжига, скорость нагрева в диапазоне температур 1000°С - 1100°С составляла 15°С/час или менее, более предпочтительно - 10°С/час или менее. Вместо управления скоростью нагрева, температуру стального листа можно поддерживать в диапазоне 1000°С - 1100°С в течение 10 часов или более.
[0092]
Очистительный отжиг
Сразу после отжига с целью вторичной рекристаллизации стальной лист подвергают очистительному отжигу. При выполнении для стального листа очистительного отжига после завершения вторичной рекристаллизации, выделившиеся фазы, которые применялись в качестве ингибиторов, становятся безвредными, и потери на гистерезис, являющиеся характеристикой магнитных свойств готового изделия, уменьшаются, что является предпочтительным. На атмосферу, в которой выполняется очистительный отжиг, конкретные ограничения не накладываются, и это может быть, например, атмосфера из водорода. Помимо этого, очистительный отжиг выполняют при температуре примерно 1200°С в течение 10-30 часов. При том, что температура очистительного отжига составляет примерно 1200°С, конкретные ограничения на эту температуру не накладываются. С учетом производительности предпочтительно, чтобы температура очистительного отжига составляла 1180°С - 1220°С. Если температура очистительного отжига составляет 1180°С или менее, диффузия химических элементов занимает очень много времени, и длительность отжига необходимо увеличить, что является нежелательным. С другой стороны, если температура очистительного отжига составляет 1220°С или более, возникают проблемы при эксплуатации отжиговой печи (снижается срок ее службы).
[0093]
Условия охлаждения
После очистительного отжига стальной лист охлаждают в заранее определенных условиях (с заданной скоростью охлаждения).
Для обеспечения нахождения среднего размера частиц BN в диапазоне 50-300 нм необходимо, чтобы скорость охлаждения в диапазоне температур 1200°С - 1000°С была меньше 50°С/час. Кроме того, необходимо, чтобы скорость охлаждения в диапазоне температур 1000°С - 600°С была меньше 30°С/час.
[0094]
Причина того, что скоростью охлаждения управляют указанным выше образом, приведена далее.
[0095]
В области высоких температур BN превращается в В и N, находящиеся в твердом растворе, а N, не находящийся в твердом растворе, во время охлаждения уходит в атмосферу. В то же время В, который не находится в твердом растворе, во время охлаждения не уходит из системы вовне, а выделяется в виде соединения В, например, BN, Fe2B или Fe3B, внутри стеклянной пленки или основного стального листа. Если в основном стальном листе в достаточном количестве не присутствует N, находящийся в твердом растворе, то BN не выделяется, и выделяются только Fe2B или Fe3B.
[0096]
Если скорость охлаждения во время охлаждения из области высоких температур является подходящей, N, находящийся в твердом растворе, уходит из системы вовне, и в основном стальном листе выделяются Fe2B или Fe3B. Помимо этого, выделившиеся Fe2B или Fe3B созревают по Оствальду и являются крупными по размеру. В, находящийся в стеклянной пленке в твердом растворе, связывается с N, находящимся в атмосфере, и в результате в стеклянной пленке выделяется мелкий BN.
[0097]
Если скорость охлаждения является высокой, N, находящийся в твердом растворе, не уходит из системы вовне, BN в основном стальном листе выделяется в мелкой форме, Оствальдовского созревания выделившихся Fe2B или Fe3B не происходит, и они выделяются в мелкой форме. В указанных условиях В, находящийся в стеклянной пленке в твердом растворе, связывается с N, находящимся в атмосфере, и в результате в стеклянной пленке выделяется мелкий BN. При этом выделение BN в основном стальном листе в мелкой форме приводит к тому, что в готовом изделии увеличиваются потери на гистерезис, то есть увеличиваются потери в сердечнике.
[0098]
Если скорость охлаждения меньше 10°С/час, значительно уменьшается производительность. Поэтому предпочтительно, чтобы скорость охлаждения составляла 10°С/час или более. То есть предпочтительно, чтобы скорость охлаждения в диапазоне температур 1200°С - 1000°С составляла 10°С/час - 50°С/час, и скорость охлаждения в диапазоне температур 1000°С - 600°С составляла 10°С/час - 30°С/час.
[0099]
Предпочтительно, чтобы во время охлаждения по меньшей мере в диапазоне температур 1200°С - 600°С атмосфера на 100% состояла из Н2 и при температуре меньше 600°С она на 100% состояла из N2.
Если во время охлаждения в диапазоне температур 1200°С - 600°С атмосфера на 100% состоит из N2, в это время стальной лист азотируется, и образование нитридов вызывает увеличение потерь на гистерезис, что является нежелательным. При охлаждении в диапазоне температур 1200°С - 600°С Н2 может быть заменен на Ar, но это является нежелательным в экономическом плане.
[0100]
Обработка с целью измельчения магнитных доменов
После окончательного отжига лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой может быть подвергнут определенной обработке с целью измельчения магнитных доменов. В ходе обработки с целью уменьшения магнитных доменов создают канавки, ширина магнитных доменов уменьшается, и в результате уменьшаются потери в сердечнике, что является предпочтительным. На способ обработки с целью измельчения магнитных доменов конкретные ограничения не накладываются, и он может представлять собой создание канавок при помощи облучения лазером, облучения электронным лучом, травления и воздействия зубчатого колеса.
Хотя предпочтительно, чтобы обработка с целью измельчения магнитных доменов проводилась после окончательного отжига, эту обработку можно выполнять перед окончательным отжигом или после создания изолирующего покрытия.
[0101]
Создание изолирующего покрытия
Изолирующее покрытие создают следующим путем: наносят раствор, предназначенный для создания изолирующего покрытия, на поверхность стального листа после вторичной рекристаллизации или после очистительного отжига и выполняют обжиг. На тип изолирующего покрытия конкретные ограничения не накладываются, и это может быть хорошо известное изолирующее покрытие. Например, изолирующее покрытие может быть создано путем нанесения водного раствора, содержащего фосфат и коллоидный оксид кремния.
[0102]
Например, предпочтительно, чтобы упомянутый фосфат представлял собой фосфат Ca, Al, Sr и т.п. Из этих фосфатов более предпочтительным является фосфат алюминия. На тип коллоидного оксида кремния конкретные ограничения не накладываются, и размер его частиц (среднечисловой диаметр) можно выбирать подходящим образом. Однако если размер его частиц превышает 200 нм, частицы могут оседать в растворе. Поэтому предпочтительно, чтобы размер (среднечисловой диаметр) частиц коллоидного оксида кремния составлял 200 нм или менее, более предпочтительно - 170 нм.
[0103]
Если размер частиц коллоидного оксида кремния меньше 100 нм, это не влияет отрицательно на диспергирование, но увеличивается стоимость производства. Поэтому по экономическим соображениям предпочтительно, чтобы размер частиц коллоидного оксида кремния составлял 100 нм или более, более предпочтительно - 150 нм или более.
[0104]
Изолирующую пленку создают так, как описано далее. Для примера, при помощи мокрого метода, например, с использованием ролика для нанесения покрытия, на поверхность стального листа наносят раствор, предназначенный для создания изолирующего покрытия, и выполняют обжиг при температуре в диапазоне 800°С - 900°С в течение 10-60 секунд на воздухе.
Примеры
[0105]
Далее будут рассмотрены примеры реализации настоящего изобретения. При этом условия в этих примерах являются всего лишь иллюстративными и применяются для подтверждения возможности реализации настоящего изобретения на практике и его эффектов, поэтому это изобретение такими иллюстративными условиями не ограничивается. В настоящем изобретении могут использоваться условия различного типа, пока они не приводят к выходу за пределы объема этого изобретения и могут способствовать решению его задачи.
[0106]
Пример 1
Стальной сляб, имеющий химический состав, приведенный в Таблице 1-1, был нагрет до 1150°С. Этот стальной сляб был подвергнут горячей прокатке для получения горячекатаного стального листа толщиной 2,6 мм. Горячекатаный стальной лист был подвергнут отжигу в горячем состоянии (отжиг горячей полосы), в ходе которого этот лист был отожжен при 1100°С и после этого отожжен при 900°С. После отжига в горячем состоянии стальной лист был подвергнут холодной прокатке в один проход или холодной прокатке в несколько проходов с промежуточным отжигом для получения холоднокатаного стального листа толщиной 0,22 мм.
[107]
Таблица 1-1
| Сляб № | Химический состав, мас.% | |||||||||
| C | Si | Mn | Al | N | S | Se | Seq | B | ||
| Пример изобретения | А1 | 0,08 | 3,45 | 0,10 | 0,0275 | 0,0082 | 0,0065 | 0 | 0,0065 | 0,0015 |
| А2 | 0,07 | 1,89 | 0,10 | 0,0285 | 0,0091 | 0,0062 | 0 | 0,0062 | 0,0020 | |
| А3 | 0,04 | 6,52 | 0,10 | 0,0290 | 0,0086 | 0,0055 | 0,001 | 0,0065 | 0,0018 | |
| А4 | 0,07 | 3,45 | 0,08 | 0,0277 | 0,0081 | 0,0062 | 0,001 | 0,0072 | 0,0019 | |
| А5 | 0,05 | 3,33 | 0,80 | 0,0288 | 0,0079 | 0,0065 | 0 | 0,0065 | 0,0021 | |
| А6 | 0,06 | 4,52 | 0,12 | 0,0200 | 0,0077 | 0,0071 | 0 | 0,0071 | 0,0016 | |
| А7 | 0,08 | 3,12 | 0,09 | 0,055 | 0,0083 | 0,0068 | 0 | 0,0068 | 0,0017 | |
| А8 | 0,05 | 2,81 | 0,09 | 0,0299 | 0,0052 | 0,0069 | 0 | 0,0069 | 0,0018 | |
| А9 | 0,07 | 3,12 | 0,11 | 0,0295 | 0,0110 | 0,0072 | 0 | 0,0072 | 0,0019 | |
| А10 | 0,05 | 2,92 | 0,13 | 0,0299 | 0,0088 | 0,0031 | 0,002 | 0,0051 | 0,0021 | |
| А11 | 0,05 | 3,45 | 0,12 | 0,0275 | 0,0089 | 0,0061 | 0,008 | 0,0141 | 0,0022 | |
| А12 | 0,06 | 3,44 | 0,10 | 0,0266 | 0,0091 | 0,0065 | 0 | 0,0065 | 0,0006 | |
| А13 | 0,07 | 4,21 | 0,10 | 0,0271 | 0,0092 | 0,0072 | 0 | 0,0072 | 0,0078 | |
| А14 | 0,06 | 3,45 | 0,10 | 0,0310 | 0,0091 | 0,0072 | 0 | 0,0072 | 0,0025 | |
| А15 | 0,06 | 3,35 | 0,10 | 0,0299 | 0,0092 | 0,0056 | 0 | 0,0056 | 0,0017 | |
| Сравнительный пример | а1 | 0,15 | 3,45 | 0,12 | 0,0285 | 0,0082 | 0,0065 | 0 | 0,0065 | 0,0002 |
| а2 | 0,06 | 0,50 | 0,08 | 0,0275 | 0,0091 | 0,0067 | 0 | 0,0067 | 0,0004 | |
| а3 | 0,05 | 8,00 | 0,09 | 0,0277 | 0,0099 | 0,0068 | 0 | 0,0068 | 0,0004 | |
| а4 | 0,04 | 3,45 | 0,04 | 0,0291 | 0,0068 | 0,0088 | 0,001 | 0,0098 | 0,0002 | |
| а5 | 0,07 | 3,35 | 1,21 | 0,0288 | 0,0088 | 0,0091 | 0,002 | 0,0111 | 0,0006 | |
| а6 | 0,05 | 3,25 | 0,08 | 0,0050 | 0,0071 | 0,0062 | 0,003 | 0,0092 | 0,0007 | |
| а7 | 0,06 | 3,12 | 0,07 | 0,0820 | 0,0089 | 0,0059 | 0 | 0,0059 | 0,0009 | |
| а8 | 0,05 | 3,45 | 0,10 | 0,0265 | 0,0152 | 0,0091 | 0,001 | 0,0101 | 0,0003 | |
| а9 | 0,05 | 3,15 | 0,08 | 0,0258 | 0,0082 | 0,0100 | 0,01 | 0,0200 | 0,0002 | |
| а10 | 0,06 | 3,28 | 0,10 | 0,0266 | 0,0089 | 0,0065 | 0,0001 | 0,0066 | 0,0003 | |
| а11 | 0,05 | 3,19 | 0,13 | 0,0277 | 0,0085 | 0,0067 | 0 | 0,0067 | 0,0152 |
[0108]
Холоднокатаный стальной лист, имеющий окончательную толщину 0,22 мм, был подвергнут обезуглероживающему отжигу, при котором он выдерживался при температуре 860°С в атмосфере с высоким содержанием влаги. После обезуглероживающего отжига для стального листа было выполнено азотирование (отжиг с целью увеличения содержания в нем азота). После азотирования на стальной лист был нанесен сепаратор отжига, который в качестве основного компонента содержал оксид магния, и после этого стальной лист выдерживался при температуре 1200°С в течение 20 часов в атмосфере водорода. После выдержки стальной лист был подвергнут охлаждению - со скоростью 40°С/час в диапазоне температур 1200°С - 1000°С и со скоростью 20°С/час в диапазоне температур 1000°С - 600°С. Во время этого охлаждения в диапазоне температур 1200°С - 600°С атмосфера на 100% состояла из Н2 и при температуре меньше 600°С атмосфера на 100% состояла из N2.
После отжига со стального листа был удален лишний оксид магния, и после этого для получения готового изделия на пленке из форстерита было создано изолирующее покрытие, которое в качестве основных компонентов содержало фосфат и коллоидный оксид кремния.
Химический состав основного стального листа, входящего в состав готового изделия, приведен в Таблице 1-2. При этом в Таблице 1-1 номерами А1 - А15 и а1 - а11 указаны слябы, а в Таблице 1-2 номерами А1 - А15 и а1 - а11 указаны основные стальные листы. Например, основной стальной лист А1 был изготовлен из сляба А1.
[0109]
Таблица 1-2
| Сталь № | Химический состав, мас.% | |||||||||
| C | Si | Mn | Al | N | S | Se | Seq | B | ||
| Пример изобретения | А1 | 0,002 | 3,45 | 0,10 | 0,0275 | 0,0032 | 0,0020 | 0 | 0,0020 | 0,0015 |
| А2 | 0,001 | 1,89 | 0,10 | 0,0285 | 0,0021 | 0,0021 | 0 | 0,0021 | 0,0020 | |
| А3 | 0,002 | 6,52 | 0,10 | 0,0290 | 0,0016 | 0,0022 | 0,001 | 0,0032 | 0,0018 | |
| А4 | 0,003 | 3,45 | 0,08 | 0,0277 | 0,0029 | 0,0025 | 0,001 | 0,0035 | 0,0019 | |
| А5 | 0,003 | 3,33 | 0,80 | 0,0288 | 0,0028 | 0,0030 | 0 | 0,0030 | 0,0021 | |
| А6 | 0,002 | 4,52 | 0,12 | 0,02 | 0,0023 | 0,0011 | 0 | 0,0011 | 0,0016 | |
| А7 | 0,001 | 3,12 | 0,09 | 0,055 | 0,0022 | 0,0012 | 0 | 0,0012 | 0,0017 | |
| А8 | 0,002 | 2,81 | 0,09 | 0,0299 | 0,0019 | 0,0021 | 0 | 0,0021 | 0,0018 | |
| А9 | 0,001 | 3,12 | 0,11 | 0,0295 | 0,0039 | 0,0022 | 0 | 0,0022 | 0,0019 | |
| А10 | 0,002 | 2,92 | 0,13 | 0,0299 | 0,0038 | 0,0031 | 0,002 | 0,0051 | 0,0021 | |
| А11 | 0,002 | 3,45 | 0,12 | 0,0275 | 0,0033 | 0,0016 | 0,008 | 0,0096 | 0,0022 | |
| А12 | 0,001 | 3,44 | 0,10 | 0,0266 | 0,0021 | 0,0017 | 0 | 0,0017 | 0,0006 | |
| А13 | 0,003 | 4,21 | 0,10 | 0,0271 | 0,0029 | 0,0021 | 0 | 0,0021 | 0,0078 | |
| А14 | 0,002 | 3,45 | 0,10 | 0,031 | 0,003 | 0,0022 | 0 | 0,0022 | 0,0025 | |
| А15 | 0,001 | 3,35 | 0,10 | 0,0299 | 0,0012 | 0,0033 | 0 | 0,0033 | 0,0017 | |
| Сравнительный пример | а1 | 0,15 | 3,45 | 0,12 | 0,0285 | 0,0082 | 0,0065 | 0 | 0,0065 | 0,0002 |
| а2 | 0,06 | 0,5 | 0,08 | 0,0275 | 0,0091 | 0,0067 | 0 | 0,0067 | 0,0004 | |
| а3 | 0,05 | 8 | 0,09 | 0,0277 | 0,0099 | 0,0068 | 0 | 0,0068 | 0,0004 | |
| а4 | 0,04 | 3,45 | 0,04 | 0,0291 | 0,0068 | 0,0088 | 0,001 | 0,0098 | 0,0002 | |
| а5 | 0,07 | 3,35 | 1,21 | 0,0288 | 0,0088 | 0,0091 | 0,002 | 0,0111 | 0,0006 | |
| а6 | 0,05 | 3,25 | 0,08 | 0,0050 | 0,0071 | 0,0062 | 0,003 | 0,0092 | 0,0007 | |
| а7 | 0,06 | 3,12 | 0,07 | 0,0820 | 0,0089 | 0,0059 | 0 | 0,0059 | 0,0009 | |
| а8 | 0,05 | 3,45 | 0,10 | 0,0265 | 0,0152 | 0,0091 | 0,001 | 0,0101 | 0,0003 | |
| а9 | 0,05 | 3,15 | 0,08 | 0,0258 | 0,0082 | 0,01 | 0,01 | 0,0200 | 0,0002 | |
| а10 | 0,06 | 3,28 | 0,10 | 0,0266 | 0,0089 | 0,0065 | 0,0001 | 0,0066 | 0,0003 | |
| а11 | 0,05 | 3,19 | 0,13 | 0,0277 | 0,0085 | 0,0067 | 0 | 0,0067 | 0,0152 |
[0110]
Для управления размером магнитных доменов в изделии после создания изолирующего покрытия были использованы механическая обработка, облучение лазером, облучение электронным лучом и т.д.
[0111]
Выделившаяся фаза
Если смотреть в поперечном сечении стального листа, область внутри стеклянной пленки (а именно, область, проходящая в направлении по толщине, от внешней поверхности этой пленки (границы между ней и изолирующим покрытием) на расстояние 5 мкм к основному стальному листу) была изучена с использованием SEM-EDS, при этом наличие соединения В определялось для 10 полей зрения размером 4 мкм в направлении по ширине × 2 мкм в направлении по толщине, при помощи EDS было определено, что это соединение представляет собой BN, была измерена длина длинной оси частиц этого соединения, было выполнено преобразование в диаметр эквивалентной окружности и в результате был определен размер частиц этой выделившейся фазы. На основе этого определенного размера частиц выделившейся фазы были получены численная плотность частиц BN, имеющих размер 50-300 нм, и средний размер частиц BN.
Наличие/отсутствие выделившейся фазы BN и средний размер частиц BN указаны в Таблице 2.
[0112]
Численная плотность частиц BN
Перед измерением численной плотности частиц BN с листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, изготовленного при помощи указанного выше способа, с использованием гидроксида натрия было удалено изолирующее покрытие. При помощи SEM была изучена область, лежащая в сечении, перпендикулярном направлению прокатки стального листа, и проходящая от внешней поверхности стеклянной пленки на расстояние 5 мкм, и для 10 полей зрения, каждое из которых имело размер 4 мкм в направлении по ширине × 2 мкм в направлении по толщине, было подсчитано количество частиц BN с размером 50-300 нм.
Численная плотность частиц BN приведена в Таблице 2.
[0113]
Интенсивность эмиссии В
Интенсивность IB эмиссии измерялась с использованием оптической эмиссионной спектроскопии с тлеющим разрядом (GDS). При измерении интенсивности эмиссии В при помощи оптической эмиссионной спектроскопии с тлеющим разрядом начиная от внешней поверхности стального листа без изолирующего покрытия, время распыления, необходимое для достижения стеклянной пленки, было обозначено как "t(стекло)", и время распыления, необходимое для достижения основного стального листа, было обозначено как "t(Fe)", и были измерены интенсивность IB_t(стекло) эмиссии В в момент времени t(стекло) и интенсивность IB_t(Fe) эмиссии В в момент времени t(Fe). Отношение IB_t(стекло)/IB_t(Fe) приведено в Таблице 2. Приемлемым считался стальной лист, для которого соблюдалось условие IB_t(стекло)/IB_t(Fe) > 1.
При выполнении GDS значения t(стекло) и t(Fe) были определены на основе интенсивностей эмиссии Al и Fe. Если говорить конкретно, пиковое значение интенсивности эмиссии Al, наблюдаемое для изолирующего покрытия, было обозначено как "первое пиковое значение интенсивности эмиссии Al", пиковое значение интенсивности Al, наблюдаемое для стеклянной пленки, было обозначено как "второе пиковое значение интенсивности эмиссии Al", и момент времени, в который достигается второе пиковое значение интенсивности эмиссии Al, был задан как "t(стекло)". Момент времени, в который интенсивность эмиссии Fe стала неизменной, был задан как "t(Fe)". При этом "момент времени, в который интенсивность эмиссии Fe стала неизменной" это не момент времени, в который интенсивность эмиссии Fe перестает изменяться, а момент времени, когда она уже некоторое время остается неизменной. Если говорить конкретно, за "момент времени, в который интенсивность эмиссии Fe стала неизменной" принимался момент времени, когда ее изменение находилось в пределах 0,5 в течение 50 секунд. То есть за t(Fe) принимался момент конца периода в 50 секунд, в течение которого изменение этой интенсивности находилось в пределах 0,5.
[0114]
Адгезия покрытия
Адгезия покрытия оценивалась таким образом, как приведено далее. После окончательного отжига на стеклянной пленке было создано изолирующее покрытие, стальной лист изгибался вокруг круглых стержней разного диаметра (20 мм, 10 мм, 5 мм), и адгезия покрытия оценивалось, исходя из относительной площади отслоившегося покрытия для каждого из указанных диаметров. Относительная площадь отслоившегося покрытия представляла собой отношение площади, на которой произошло отслоение, к площади деформированной области (области, где стальной лист контактировал с круглым стержнем, которая определялась следующим образом: ширина тестового образца × диаметр круглого стержня × π). Даже когда изолирующее покрытие отслаивалось при сильном изгибе, но не происходило распространения этого отслоения, и относительная площадь отслоившегося покрытия была небольшой, считалось, что ухудшение характеристик трансформатора является небольшим.
[0115]
Адгезия покрытия оценивалось с использованием 7 степеней A - G, где А означало 0% относительной площади отслоившегося покрытия, В - более 0% и менее 20%, С - более 20% и менее 40%, D - более 40% и менее 60%, Е - более 60% и менее 80%, F - более 80% и менее 100% и G - 100%. Адгезия покрытия со степенью В и выше считалось приемлемым.
[0116]
Магнитные свойства
Плотность B8 магнитного потока
Для листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, изготовленного при помощи описанного выше способа, плотность B8 магнитного потока (плотность магнитного потока при напряженности магнитного поля 800 А/м) была измерена при помощи метода испытания одного листа (SST - Single Sheet Testing).
[0117]
Потери W17/50 в сердечнике/Потери W17/50 в сердечнике после управления размером магнитных доменов
Из листов из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой до операции управления размером магнитных доменов и после нее были взяты тестовые образцы (например, тестовый образец 100 мм × 500 мм), и после этого в условиях возбуждения, например, при плотности магнитного потока 1,7 Тл и частоте 50 Гц, были измерены потери W17/50 в сердечнике (единица измерения - Вт/кг), представляющие собой потери энергии на единицу веса.
За исключением некоторых примеров, управление размером магнитных доменов выполнялось после создания изолирующего покрытия. Как указано позднее, в упомянутых некоторых примерах управление размером магнитных доменов выполнялось до создания изолирующего покрытия (в этом случае его можно назвать "промежуточным процессом").
[0118]
Характер выделения частиц BN, интенсивность эмиссии В, результаты оценки сцепления покрытия и магнитные свойства листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой (готового изделия) приведены в Таблице 2. В примерах изобретения В1 - В15, условия в которых находились в пределах объема настоящего изобретения, были получены листы из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, в которых обеспечивалось превосходное адгезия покрытия, и которые имели превосходные магнитные свойства. В сравнительных примерах b1 - b11, условия в которых выходили за пределы объема настоящего изобретения, адгезия покрытия и магнитные свойства были недостаточно хорошими.
[0119]
Таблица 2
| № | Сталь № | Наличие выделившейся фазы BN | Численная плотность, частиц/мм3 | Средний размер частиц, нм | IB_t(стекло)/IB_t(Fe) | Адгезия покрытия | Магнитные свойства | |||||
 20 мм |
10 мм |
5 мм |
Плотность B8 магнитного потока, Тл | Потери W17/50 в сердечнике, Вт/кг | Потери W17/50 в сердечнике после управления размером магнитных доменов, Вт/кг | |||||||
| Пример изобретения | В1 | А1 | Есть | 2×106 | 120 | 18 | А | A | B | 1,923 | 0,82 | 0,67 |
| В2 | А2 | Есть | 2×107 | 280 | 21 | А | A | B | 1,924 | 0,81 | 0,69 | |
| В3 | А3 | Есть | 3×106 | 250 | 22 | А | B | B | 1,930 | 0,82 | 0,71 | |
| В4 | А4 | Есть | 8×106 | 220 | 23 | А | A | B | 1,929 | 0,83 | 0,69 | |
| В5 | А5 | Есть | 4×106 | 200 | 22 | А | B | B | 1,921 | 0,80 | 0,68 | |
| В6 | А6 | Есть | 2×106 | 190 | 17 | А | A | B | 1,925 | 0,84 | 0,67 | |
| В7 | А7 | Есть | 3×106 | 90 | 19 | А | B | B | 1,933 | 0,82 | 0,68 | |
| В8 | А8 | Есть | 8×106 | 70 | 22 | А | A | B | 1,928 | 0,81 | 0,65 | |
| В9 | А9 | Есть | 7×106 | 50 | 19 | А | A | B | 1,928 | 0,82 | 0,66 | |
| В10 | А10 | Есть | 5×106 | 120 | 15 | А | B | B | 1,924 | 0,82 | 0,67 | |
| В11 | А11 | Есть | 2×106 | 290 | 12 | А | A | B | 1,922 | 0,80 | 0,69 | |
| В12 | А12 | Есть | 5×106 | 160 | 31 | А | B | B | 1,926 | 0,84 | 0,70 | |
| В13 | А13 | Есть | 2×106 | 60 | 33 | А | A | B | 1,933 | 0,81 | 0,69 | |
| В14 | А14 | Есть | 2×1010 | 200 | 16 | А | A | B | 1,921 | 0,79 | 0,69 | |
| В15 | А15 | Есть | 1×1010 | 210 | 21 | А | A | B | 1,931 | 0,80 | 0,65 | |
| Сравнительный пример | b1 | а1 | Нет | - | - | 11 | D | E | G | 1,922 | 0,90 | 0,81 |
| b2 | а2 | Нет | - | - | 0,5 | D | E | G | 1,921 | 0,92 | 0,83 | |
| b3 | а3 | Нет | - | - | 0,3 | E | F | G | 1,922 | 0,94 | 0,85 | |
| b4 | а4 | Нет | - | - | 0,9 | E | F | G | 1,925 | 0,92 | 0,83 | |
| b5 | а5 | Нет | - | - | 0,9 | G | G | G | 1,922 | 0,94 | 0,85 | |
| b6 | а6 | Нет | - | - | 0,8 | G | G | G | 1,924 | 0,91 | 0,82 | |
| b7 | а7 | Нет | - | - | 0,9 | C | D | G | 1,923 | 0,89 | 0,80 | |
| b8 | а8 | Нет | - | - | 0,9 | C | D | G | 1,921 | 0,89 | 0,80 | |
| b9 | а9 | Нет | - | - | 0,9 | C | D | G | 1,929 | 0,99 | 0,89 | |
| b10 | а10 | Нет | - | - | 0,9 | B | C | C | 1,899 | 1,01 | 0,91 | |
| b11 | а11 | Нет | - | - | 31 | E | F | G | 1,923 | 0,91 | 0,82 |
[0120]
Пример 2
Лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой (готовое изделие) был изготовлен с использованием того же способа, что и в Примере 1. Для управления размером магнитных доменов в изделии были использованы механическая обработка, облучение лазером, облучение электронным лучом и т.д.
Характер выделения частиц BN, интенсивность эмиссии В и другие характеристики были определены с использованием того же способа, что и в Примере 1.
[0121]
Характер выделения частиц BN, интенсивность эмиссии В, результаты оценки сцепления покрытия и магнитные свойства листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой (готового изделия) приведены в Таблице 3. В примерах изобретения С1 - С5, условия в которых находились в пределах объема настоящего изобретения, были получены листы из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, в которых обеспечивалось превосходное адгезия покрытия, и которые имели превосходные магнитные свойства.
[0122]
Таблица 3
| № | Сталь № | Наличие выделившейся фазы BN | Численная плотность, частиц/мм3 | Средний размер частиц, нм | IB_t(стекло)/IB_t(Fe) | Адгезия покрытия | Магнитные свойства | Способ управления размером магнитных доменов | |||||
|
20 мм |
10 мм |
5 мм |
Плотность B8 магнитного потока, Тл | Потери W17/50 в сердечнике, Вт/кг | Потери W17/50 в сердечнике после управления размером магнитных доменов, Вт/кг | ||||||||
| Пример изобретения | С1 | А1 | Есть | 2×106 | 100 | 19 | А | A | B | 1,925 | 0,82 | 0,67 | Лазер |
| С2 | А2 | Есть | 5×106 | 150 | 12 | А | A | B | 1,925 | 0,80 | 0,68 | Лазер | |
| С3 | А3 | Есть | 4×106 | 150 | 21 | А | А | B | 1,931 | 0,82 | 0,71 | Зубчатое колесо | |
| С4 | А4 | Есть | 3×106 | 100 | 18 | А | A | B | 1,930 | 0,82 | 0,68 | Электронный луч | |
| С5 | А5 | Есть | 4×106 | 80 | 15 | А | А | B | 1,922 | 0,80 | 0,68 | Электронный луч |
[0123]
Пример 3
Лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой (готовое изделие) был изготовлен с использованием того же способа, что и в Примере 1. Для управления размером магнитных доменов в изделии были использованы механическая обработка, облучение лазером, облучение электронным лучом и т.д.
В D6 управление размером магнитных доменов выполнялось до окончательного отжига. В D7 управление размером магнитных доменов выполнялось после окончательного отжига и до создания изолирующего покрытия. Если не считать указанных условий, D6 и D7 были изготовлены с использованием того же способа, что и D1 - D5.
В d1 был нанесен сепаратор отжига и после этого отжиг выполнялся при 1200°С в течение 3 часов в атмосфере водорода. В d2 был нанесен сепаратор отжига и после этого отжиг выполнялся при 1200°С в течение 5 часов в атмосфере водорода. В d3 стальной лист выдерживался при 1200°С в течение 20 часов, охлаждался со скоростью 60°С/час в диапазоне температур 1200°С - 1000°С и после этого охлаждался со скоростью 20°С/час в диапазоне температур 1000°С - 600°С. В d4 стальной лист выдерживался при 1200°С в течение 20 часов, охлаждался со скоростью 40°С/час в диапазоне температур 1200°С - 1000°С и после этого охлаждался со скоростью 40°С/час в диапазоне температур 1000°С - 600°С.
Если не считать указанных условий, d1 - d4 были изготовлены с использованием того же способа, что и D1 - D5.
[0124]
Для листа из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой (готового изделия) были определены характер выделения частиц BN, IB_t(стекло) и IB_t(Fe), адгезия покрытия и магнитные свойства. Результаты этого приведены в Таблице 4.
[0125]
Таблица 4
| № | Сталь № | Наличие выделившейся фазы BN | Численная плотность, частиц/мм3 | Средний размер частиц, нм | IB_t(стекло)/IB_t(Fe) | Адгезия покрытия | Магнитные свойства | Способ управления размером магнитных доменов | |||||
|
20 мм |
10 мм |
5 мм |
Плотность B8 магнитного потока, Тл | Потери W17/50 в сердечнике, Вт/кг | Потери W17/50 в сердечнике после управления размером магнитных доменов, Вт/кг | ||||||||
| Пример изобретения | D1 | А6 | Есть | 2×106 | 150 | 20 | А | A | B | 1,926 | 0,81 | 0,67 | Лазер |
| D2 | А7 | Есть | 5×106 | 100 | 11 | А | A | B | 1,926 | 0,81 | 0,67 | Лазер | |
| D3 | А8 | Есть | 3×106 | 80 | 6 | А | А | B | 1,931 | 0,81 | 0,70 | Зубчатое колесо | |
| D4 | А9 | Есть | 3×106 | 90 | 11 | А | A | B | 1,931 | 0,81 | 0,68 | Электронный луч | |
| D5 | А10 | Есть | 3×106 | 200 | 15 | А | B | B | 1,923 | 0,79 | 0,68 | Электронный луч | |
| D6 | А11 | Есть | 3×106 | 120 | 24 | А | A | B | 1,922 | 0,68 | - | Лазер перед окончательным отжигом | |
| D7 | А12 | Есть | 6×106 | 200 | 22 | А | A | B | 1,931 | 0,67 | - | Лазер после окончательного отжига | |
| Сравнительный пример | d1 | А8 | Есть | 2×103 | 210 | 10 | D | D | E | 1,931 | 0,98 | 0,79 | Зубчатое колесо |
| d2 | А9 | Есть | 5×102 | 200 | 11 | C | D | E | 1,933 | 0,99 | 0,78 | Зубчатое колесо | |
| d3 | А10 | Есть | 3×1011 | 30 | 21 | A | A | B | 1,931 | 0,88 | 0,75 | Лазер | |
| d4 | А12 | Есть | 2×1011 | 40 | 22 | A | A | B | 1,933 | 0,87 | 0,76 | Зубчатое колесо |
[0126]
В примерах изобретения D1 - D7, в которых интенсивность IB_t(стекло) эмиссии В в поверхностной зоне стального листа и интенсивность IB_t(Fe) эмиссии В в центральной зоне стального листа удовлетворяли приведенному выше выражению (1), адгезия покрытия и магнитные свойства были превосходными. С другой стороны, в d1 - d4, в которых хотя бы одно условие изготовления выходило за соответствующий указанный выше диапазон, адгезия покрытия и/или магнитные свойства были недостаточно хорошими.
При этом в D6 и D7, так как размером магнитных доменов управляли, выполняя промежуточный процесс, в отличие от других примеров изобретения и сравнительных примеров, потери W17/50 в сердечнике были измерены только один раз. Поэтому в Таблице 4 в столбце "Потери W17/50 в сердечнике после управления размером магнитных доменов, Вт/кг" для них стоит "-".
Промышленная применимость
[0127]
Согласно указанным выше аспектам настоящего изобретения, когда в листе из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой в качестве ингибитора применяется BN, можно гарантированным образом изготавливать такой лист с обеспечением в нем превосходного сцепления покрытия, с обеспечением низких потерь в сердечнике и превосходной эффективности работы ленточного сердечника, а также можно не допустить отслаивания основного покрытия в области на внутренней стороне этого сердечника, где стальной лист подвергается сильному изгибу. Таким образом, настоящее изобретение можно применять в промышленности при изготовлении листов из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой.
1. Лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, содержащий:
- основной стальной лист;
- стеклянную пленку, находящуюся в контакте с основным стальным листом; и
- изолирующее покрытие, находящееся в контакте со стеклянной пленкой и содержащее фосфат и коллоидный оксид кремния,
причем:
химический состав основного стального листа является следующим, мас.%:
0,085% или менее С;
0,80-7,00% Si;
0,05-1,00% Mn;
0,010-0,065% растворимого в кислоте Al;
0,012% или менее N;
0,015% или менее Seq, где Seq=S+0,406·Se;
0,0005-0,0080% В;
остальное - Fe и примеси,
в области, проходящей от границы между стеклянной пленкой и изолирующим покрытием в направлении по толщине на расстояние 5 мкм к основному стальному листу, содержится BN, имеющий средний размер частиц 50-300 нм и численную плотность 2×106-2×1010 частиц/мм3, и
интенсивность эмиссии В, полученная внутри стеклянной пленки, больше интенсивности эмиссии В, полученной внутри основного стального листа, при измерении этой интенсивности при помощи оптической эмиссионной спектроскопии с тлеющим разрядом, начиная от поверхности изолирующего покрытия.
2. Лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой по п.1, в котором:
если при помощи оптической эмиссионной спектроскопии с тлеющим разрядом измерять интенсивность эмиссии Al и интенсивность эмиссии Fe, из пиковых значений интенсивности эмиссии Al два пиковых значения этой интенсивности, наблюдаемые на наиболее отдаленной стороне относительно изолирующего покрытия, обозначить как "первое пиковое значение интенсивности эмиссии Al" и "второе пиковое значение интенсивности эмиссии Al", где первое пиковое значение и второе пиковое значение располагаются по очереди от упомянутой отдаленной стороны, время распыления, при котором наблюдается второе пиковое значение интенсивности эмиссии Al, обозначить как "t(стекло)", время распыления, при котором интенсивность эмиссии Fe стала неизменной, обозначить как "t(Fe)", интенсивность эмиссии В в момент времени t(стекло) обозначить как "IB_t(стекло)" и интенсивность эмиссии В в момент времени t(Fe) обозначить как "IB_t(Fe)", то IB_t(стекло) и IB_t(Fe) должны удовлетворять следующему выражению (1):
IB_t(стекло)>IB_t(Fe) (1).
3. Лист из электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой по п.1 или 2, в котором отношение длин большей оси к меньшей оси частиц BN составляет 1,5 или менее.
