ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ СТАЛЬНОЙ ЛИСТ С ОРИЕНТИРОВАННОЙ ЗЕРЕННОЙ СТРУКТУРОЙ И СПОСОБ ЕГО ПРОИЗВОДСТВА
ELECTRICAL STEEL SHEET WITH ORIENTED GRAIN STRUCTURE AND ITS PRODUCTION METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001]
Настоящее изобретение относится к электротехническому стальному листу с ориентированной зеренной структурой и к способу его производства.
Приоритет испрашивается согласно заявке на патент Японии № 2018-022233, поданной 9 февраля 2018 г., содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002]
В качестве стального листа для сердечников трансформаторов известен электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, имеющий превосходную магнитную характеристику в конкретном направлении. Электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой представляет собой стальной лист, в котором кристаллическими ориентациями управляют с помощью комбинации холодной прокатки и отжига таким образом, что ось легкого намагничивания кристаллических зерен и направление прокатки совпадают друг с другом.
[0003]
В качестве способа уменьшения потерь на вихревые токи, которые являются разновидностью потерь в стали электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой, известен электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, имеющий электроизоляционное покрытие, сформированное на поверхности основного стального листа, в котором управляют кристаллическими ориентациями. Это электроизоляционное покрытие играет роль придания основному стальному листу не только свойств электрической изоляции, но также и растягивающего усилия, коррозионной стойкости и подобного.
[0004]
В дополнение к этому, в качестве другого способа уменьшения аномальных потерь на вихревые токи известен способ управления магнитными доменами, в котором деформированные (напряженные) области или бороздки, сформированные в направлении, пересекающемся с направлением прокатки, формируются вдоль направления прокатки с предопределенными интервалами, сужая тем самым ширину магнитных доменов 180º (магнитные домены 180º измельчаются). Следовательно, способ управления магнитным доменом классифицируется на способ придания локальной деформации основному стальному листу электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой и способ формирования канавки на поверхности основного стального листа, на которой присутствует покрытие, способное прикладывать растягивающее усилие к основному стальному листу.
[0005]
В случае производства ленточного сердечника с использованием электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой, в котором магнитными доменами управляют с использованием бороздок, эти бороздки не удаляются при выполнении отжига для снятия внутренних напряжений, и таким образом возможно сохранить эффект измельчения магнитных доменов. Следовательно, для ленточных сердечников существует случай, когда настоящий способ управления магнитным доменом используется в качестве способа уменьшения аномальных потерь на вихревые токи.
[0006]
Фиг. 1 показывает схему электротехнического стального листа, в котором формируются бороздки. Фиг. 1 показывает состояние, в котором множество бороздок 11 формируется на поверхности основного стального листа 10 таким образом, что бороздки являются смежными друг другу в направлении прокатки основного стального листа 10. На Фиг. 1 символ Ɵ обозначает угол, образуемый направлением (направление ширины листа), ортогональным к направлению прокатки основного стального листа 10 и к направлению толщины листа, и продольным направлением бороздки 11. W обозначает ширину бороздки 11, D обозначает глубину бороздки 11, и d обозначает интервал между бороздками 11, смежными друг другу в направлении прокатки. Предложено множество способов для формирования бороздки в электротехническом стальном листе.
[0007]
Патентный документ 1 раскрывает способ электролитического травления, в котором бороздка формируется на поверхности электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой с помощью электролитического травления.
[0008]
Патентный документ 2 раскрывает способ шестеренчатого пресса, в котором бороздка формируется на поверхности электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой с помощью механического прижатия зубчатого колеса к поверхности стального листа.
[0009]
Патентный документ 3 раскрывает способ лазерного облучения, в котором стальной лист (облучаемая лазером часть) плавится и испаряется с помощью облучения лазером.
[0010]
В дополнение к этому Патентный документ 4 раскрывает электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, в котором в качестве конфигурации бороздок для получения устойчивой характеристики потерь в стали слои рассеянного сплава слоя, в котором расплав, получаемый в электротехническом стальном листе с помощью облучения лазером, повторно затвердевает в стальном листе, равномерно распределяются в частях бороздки.
ДОКУМЕНТЫ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
[0011]
[Патентный документ 1] Японская рассмотренная патентная заявка, Вторая публикация № S62-54873
[Патентный документ 2] Японская рассмотренная патентная заявка, Вторая публикация № S62-53579
[Патентный документ 3] Японская нерассмотренная патентная заявка, Первая публикация № 2003-129135
[Патентный документ 4] Опубликованный японский перевод международной патентной заявки РСТ № 2016-532776
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ
[0012]
Способ, в котором бороздка формируется в холоднокатаном стальном листе с использованием лазера, является превосходным с точки зрения производительности. Однако в зависимости от электротехнических стальных листов имеются случай, в котором магнитострикция благоприятна, и случай, в котором магнитострикция недостаточна, и существует проблема, заключающаяся в том, что устойчивый электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой с низкой магнитострикцией не может быть получен.
[0013]
Настоящее изобретение было создано с учетом вышеописанной проблемы, и задачей настоящего изобретения является предложить электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, имеющий низкие потери в стали и низкую магнитострикцию, а также способ для производства электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой, в котором электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой производится устойчиво.
СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ
[0014]
Авторы настоящего изобретения исследовали причину изменения величины магнитострикции, возникающего при производстве электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой, включающего в себя основной стальной лист, имеющий множество бороздок на поверхности, и стеклянную пленку, сформированную на поверхности основного стального листа. В результате было выяснено, что изменение величины магнитострикции связано с различием структур корней стеклянной пленки внутри бороздок (в дальнейшем упоминаемых как «части бороздки»). В результате проведения дополнительного исследования на основе этого результата авторы настоящего изобретения нашли, что величиной магнитострикции можно устойчиво управлять так, чтобы она находилась на низком уровне, управляя структурами корней стеклянной пленки для удовлетворения конкретного условия. Настоящее изобретение было создано на основе вышеописанных находок, и его суть заключается в следующем.
[0015]
(1) Электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения включает в себя основной стальной лист, имеющий множество бороздок на поверхности и стеклянную пленку, сформированную на поверхности основного стального листа. Угол, который продольное направление бороздки образует с направлением, ортогональным к направлению прокатки и направлению толщины основного стального листа, составляет 0-40°, ширина бороздки составляет 20-300 мкм, глубина бороздки составляет 10-40 мкм, а интервалы бороздок в направлении прокатки составляют 2-30 мм. Если смотреть на область, включающую бороздки, в поперечном сечении, ортогональном к продольному направлению бороздки, точка, присутствующая на линии профиля стеклянной пленки в самом высоком месте в направлении толщины листа, определяется как пиковая точка, прямая линия, проходящая через пиковую точку и параллельная направлению ширины бороздки, ортогональному к направлению толщины листа в упомянутом сечении, определяется как опорная линия, точка, присутствующая на граничной линии между стеклянной пленкой и основным стальным листом в самом низком месте в направлении толщины листа, определяется как самая глубокая точка, и точка, присутствующая на граничной линии в самом высоком месте в направлении толщины листа, в области с центром в самой глубокой точке, имеющей длину 2 мкм в направлении ширины бороздки, определяется как неглубокая точка, то соотношение между самым коротким расстоянием А между опорной линией и самой глубокой точкой и самым коротким расстоянием B между опорной линией и упомянутой неглубокой точкой удовлетворяет Выражению (1).
0,1 мкм ≤ A - B ≤ 5,0 мкм (1)
[0016]
(2) Способ производства электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения представляет собой способ для производства электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой, описанного в предшествующем пункте (1), и включает в себя стадию формирования бороздки на поверхности холоднокатаного стального листа с использованием лазера. На вышеописанной стадии атмосфера, включающая облучаемую лазером часть, представляет собой воздух или инертный газ, точка росы воздуха составляет -30 - 0°C, а точка росы инертного газа составляет -20 - 20°C.
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0017]
В соответствии с вышеописанным аспектом настоящего изобретения может быть получен электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой с низкими потерями в стали и низкой магнитострикцией.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0018]
Фиг. 1 представляет собой схематический вид, показывающий электротехнический стальной лист, в котором формируются бороздки.
Фиг. 2 схематически изображает периферию бороздки.
Фиг. 3 представляет собой схематический вид для описания граничной смешанной области.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0019]
Сначала будут подробно описаны исследования, проведенные авторами настоящего изобретения.
[0020]
Авторы настоящего изобретения исследовали причину изменения величины магнитострикции, возникающего при производстве электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой, включающего в себя основной стальной лист, имеющий множество бороздок на поверхности, и стеклянную пленку, сформированную на поверхности основного стального листа. Что касается низкой магнитострикции, то детали, влияющие на формирование бороздок, неясны, и исследование проводилось с учетом степени интеграции ориентации после вторичной рекристаллизации, глубины бороздки и натяжения покрытия; однако в результате исследования не было обнаружено различий в степени интеграции ориентации после вторичной рекристаллизации, глубине бороздки и натяжении покрытия. Поэтому авторы настоящего изобретения посчитали, что изменение магнитострикции объясняется различием в форме бороздки и детально исследовали поперечные сечения бороздки. В результате было найдено, что в электротехнических стальных листах с ориентированной зеренной структурой, отличающихся по магнитострикции, состояния корней стеклянной пленки в частях бороздок отличались друг от друга.
[0021]
Фиг. 2 показывает схематическую иллюстрацию стеклянной пленки на периферии бороздки. Фиг. 2 представляет собой поперечное сечение электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой, включающее основной стальной лист и стеклянную пленку, и, более подробно, вид, показывающий область, включающую бороздку в поперечном сечении, ортогональном к продольному направлению бороздки. Стеклянная пленка 21 обычно представляет собой, как описывается ниже, оксидный слой, формируемый в процессе вторичного рекристаллизационного отжига, и состоит из оксида, включающего главным образом форстерит, причем доля содержания форстерита обычно составляет 70 об.% или больше, а остаток представляет собой оксид, включающий алюминий, кальций и подобное. Бороздки 11 формируются в основном стальном листе 10, и стеклянная пленка 21 из вышеописанного оксида формируется на поверхности основного стального листа 10, включая поверхности бороздок 11. На поверхности стеклянной пленки 21, кроме того, может быть обеспечено покрытие 22 с натяжением. Корни 23 стеклянной пленки 21 являются частями, в которых стеклянная пленка 21 удлиняется к внутренней части основного стального листа 10, и обычно присутствуют с интервалами приблизительно 0,1-2 мкм.
[0022]
Результаты исследования показали, что в том случае, когда магнитострикция была большой, корни 23 стеклянной пленки 21 в частях бороздки развивались чрезмерно, а в том случае, когда магнитострикция была благоприятной, степень развития корней 23 стеклянной пленки 21 была почти такой же, как и в частях, отличающихся от частей бороздки. Причина увеличения магнитострикции, когда корни 23 стеклянной пленки 21 развиваются чрезмерно, не ясна, но предполагается, что становится легко генерировать магнитные домены под углом 90° от корней 23 стеклянной пленки 21 в качестве исходных точек.
[0023]
В том случае, когда корень 23 стеклянной пленки 21 является слишком коротким, считается, что нет никакого неблагоприятного влияния на магнитострикцию, но адгезия между стеклянной пленкой 21 и основным металлом (основным стальным листом 10) ухудшается, и таким образом может образоваться трещина в покрытии в части бороздки. Когда влага попадает через эту трещину, образуется ржавчина, и изоляционные свойства, коэффициент заполнения и внешний вид ухудшаются.
[0024]
Авторы настоящего изобретения изучили способ предотвращения чрезмерного развития корня 23 стеклянной пленки 21 в части бороздки, и в результате обнаружили, что глубиной, на которой образуется корень 23 стеклянной пленки 21, можно управлять путем регулирования точки росы вспомогательного газа, используемого во время формирования бороздки, так, чтобы эта точка росы находилась в подходящем диапазоне.
[0025]
Далее будет описана конфигурация электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой в соответствии с настоящим вариантом осуществления (в дальнейшем сокращенно упоминаемая как настоящий электротехнический стальной лист).
[0026]
Настоящий электротехнический стальной лист включает в себя основной стальной лист 10, имеющий множество бороздок 11 на поверхности, и стеклянную пленку 21, сформированную на поверхности основного стального листа 10 (см. Фиг. 1 и Фиг. 3). В настоящем электротехническом стальном листе покрытие 22 с натяжением (изоляционное покрытие) может быть сформировано на поверхности стеклянной пленки 21. Как показано на Фиг. 1, на поверхности основного стального листа 10 множество бороздок 11 формируются так, чтобы они были смежными друг другу в направлении прокатки основного стального листа 10. Направление (угол Ɵ) бороздки 11, ширина W и глубина D бороздки 11, а также интервал d между бороздками не влияют на магнитострикцию или трещину в части канавки, что является целью настоящего изобретения, и определяются аналогично обычному электротехническому стальному листу с ориентированной зеренной структурой, с учетом потерь в стали.
[0027]
Угол Ɵ, который продольное направление бороздки 11 образует с направлением (ширины листа), ортогональным к направлению прокатки и направлению толщины основного стального листа 10, устанавливается равным 0-40°, потому что становится невозможно получить эффект улучшения потерь в стали, когда этот угол является слишком большим. Ширина W бороздки 11 устанавливается равной 20-300 мкм, потому что благоприятные потери в стали не могут быть получены, когда ширина является слишком большой или слишком малой. Глубина D бороздки 11 устанавливается равной 10-40 мкм, потому что благоприятные потери в стали не могут быть получены, когда глубина является слишком большой или слишком малой. Бороздки 11 формируются с интервалами в направлении прокатки d, составляющими 2-30 мм. Интервалы d между бороздками 11 могут быть неодинаковыми.
[0028]
Граничная смешанная область и конфигурация корня стеклянной пленки 21 в части бороздки в настоящем электротехническом стальном листе будет описана далее с использованием Фиг. 3. Фиг. 3 представляет собой вид в поперечном сечении настоящего электротехнического стального листа и показывает область, включающую бороздку 11 в поперечном сечении, ортогональном к продольному направлению бороздки 11.
[0029]
В настоящем электротехническом стальном листе корню стеклянной пленки 21 внутри бороздки 11, сформированной на стальном листе основного материала 10, не позволяют чрезмерно развиваться и удерживают его в подходящем диапазоне. В частности, как показано на Фиг. 3, если смотреть на область, включающую бороздку 11, в поперечном сечении, ортогональном к продольному направлению бороздки 11, точка, присутствующая на линии профиля 21a стеклянной пленки 21 в самом высоком положении в направлении толщины листа, определяется как пиковая точка 35. Прямая линия, проходящая через пиковую точку 35 и параллельная к направлению ширины бороздки, ортогональному к направлению толщины листа в поперечном сечении, показанном на Фиг. 3, определяется как опорная линия 31. В поперечном сечении, показанном на Фиг. 3, точка, присутствующая на граничной линии 12 между стеклянной пленкой 21 и основным стальным листом 10 в самом низком (самом глубоком) положении в направлении толщины листа, определяется как самая глубокая точка 32. В дополнение к этому, в поперечном сечении, показанном на Фиг. 3, точка, присутствующая на граничной линии 12 в самом высоком (неглубоком) положении в направлении толщины листа в области с центром в упомянутой самой глубокой точке 32, имеющей длину 2 мкм (то есть ±1 мкм) в направлении ширины бороздки, определяется как неглубокая точка 33.
Когда опорная линия 31, самая глубокая точка 32 и неглубокая точка 33 определяются в сечении, показанном на Фиг. 3, как было описано выше, в настоящем электротехническом стальном листе структурой корня стеклянной пленки 21 управляют таким образом, чтобы соотношение между самым коротким расстоянием А между опорной линией 31 и самой глубокой точкой 32 и самым коротким расстоянием B между опорной линией 31 и упомянутой неглубокой 33 удовлетворяло Выражению (1).
Здесь самое короткое расстояние А между опорной линией 31 и самой глубокой точкой 32 относится к длине прямой линии, которая перпендикулярна опорной линии 31 и соединяет самую глубокую точку 32 и опорную линию 31. В дополнение к этому, самое короткое расстояние В между опорной линией 31 и упомянутой неглубокой точкой 33 относится к длине прямой линии, которая перпендикулярна опорной линии 31 и соединяет неглубокую точку  33 и опорную линию 31.
В дальнейшем область между самой глубокой точкой 32 и неглубокой точкой 33 в направлении толщины листа определяется как граничная смешанная область 34, а значение (= A - B), получаемое путем вычитания самое короткого расстояния B из самого короткого расстояния A, определяется как толщина граничной смешанной области 34. В граничной смешанной области 34 сталь и стеклянная пленка присутствуют в смешанной форме.
0,1 мкм ≤ A - B ≤ 5,0 мкм (1)
[0030]
Сечения частей бороздки в пяти произвольных местах (здесь соответственно различные бороздки 11) в основном стальном листе 10, в котором присутствуют бороздки 11, наблюдаются с использованием сканирующего электронного микроскопа, толщины граничных смешанных областей 34 получаются из фотографий поперечных сечений, и среднее значение толщин в пяти местах рассматривается как толщина граничной смешанной области 34.
В том случае, когда толщина (= A - B) граничной смешанной области 34 составляет меньше чем 0,1 мкм, адгезия между стеклянной пленкой 21 и основным металлом (основным стальным листом 10) ухудшается, и таким образом может образоваться трещина в покрытии в части бороздки. Следовательно, нижний предел толщины граничной смешанной области 34 составляет 0,1 мкм. С другой стороны, в том случае, когда толщина граничной смешанной области 34 превышает 5,0 мкм, значение магнитострикции увеличивается благодаря чрезмерному развитию корня стеклянной пленки 21. Следовательно, верхний предел толщины граничной смешанной области 34 составляет 5,0 мкм. Для того, чтобы получить эффект улучшения адгезии покрытия и эффект уменьшения магнитострикции сбалансированным образом, толщина граничной смешанной области 34 должна составлять 1 мкм или больше и 3 мкм или меньше.
[0031]
Далее будет описан способ для производства настоящего электротехнического стального листа для получения вышеописанной конфигурации.
[0032]
Сначала холоднокатаный стальной лист для настоящего электротехнического стального листа производится с помощью обычного способа. Способ для производства холоднокатаного стального листа особенно не ограничивается, и обычно может использоваться известный способ.
[0033]
Затем холоднокатаный стальной лист облучается с использованием лазера, формируя тем самым множество бороздок в направлении, пересекающемся с направлением прокатки, с предопределенными интервалами.
[0034]
В качестве лазерного источника света можно использовать, например, мощный лазер, обычно используемый в промышленности, такой как волоконный лазер, лазер YAG, полупроводниковый лазер, или углекислотный лазер. Импульсный лазер или лазер непрерывного излучения также могут использоваться при условии, что это позволяет устойчиво формировать бороздку. В качестве условий для облучения лазерным светом можно установить, например, выходную мощность лазера от 200 до 3000 Вт, диаметр пятна фокусировки лазерного света (диаметр, включающий 86% от выходной мощности лазера; в дальнейшем упоминаемый как «86%-й диаметр») в направлении прокатки равным 10-1000 мкм, диаметр пятна фокусировки лазерного света (86%-й диаметр) в направлении ширины листа равным 10-1000 мкм, и скорость лазерного сканирования равной 5-100 м/с.
[0035]
Одновременно с облучением лазерным светом вспомогательный газ выдувается на облучаемую лазером часть стального листа. Вспомогательный газ играет роль удаления компонента, который плавится или испаряется из стального листа благодаря лазерному облучению. Благодаря обдуву вспомогательным газом лазерный свет устойчиво достигает стального листа, и таким образом бороздки формируются устойчиво. Скорость потока вспомогательного газа может быть установлена, например, равной 10-1000 л/мин.
[0036]
В настоящем изобретении в качестве вспомогательного газа используется воздух или инертный газ, и его точка росы устанавливается равной -30 - 0°C в случае воздуха и -20 - 20°C в случае инертного газа. В таком случае возможно сформировать корень стеклянной пленки, удовлетворяющий вышеописанному Выражению (1).
[0037]
После формирования бороздок в стальном листе холоднокатаный стальной лист обезуглероживается и азотируется с использованием известных способов, а затем на него наносится сепаратор отжига, включающий в себя главным образом MgO, после чего лист нагревается, выдерживается, а затем охлаждается, формируя тем самым стеклянную пленку. Сама по себе стеклянная пленка способна прикладывать растягивающее усилие к стальному листу; однако для улучшения эффекта управления магнитным доменом на стеклянной пленке обычно формируется покрытие с натяжением (изоляционное покрытие).
[0038]
2
2
2
2
2
2
В качестве условий обезуглероживания могут быть установлены известные обычные условия; например, холоднокатаный стальной лист нагревается до 850ºC, затем выдерживается в течение 60 с, а затем охлаждается, атмосфера обезуглероживания представляет собой атмосферу водорода и инертного газа, в которой отношение PHO/PH предпочтительно устанавливается в диапазоне 0,15-0,65, и в частности благоприятные характеристики могут быть получены при значении PHO/PH, равном приблизительно 0,33. Азотирование также может выполняться с помощью известного обычного способа, и количество азотирования может быть установлено, например, в диапазоне 50-400 частей на миллион; однако особенно благоприятные характеристики могут быть получены при количестве азотирования, равном приблизительно 200 частей на миллион. Что касается состава сепаратора отжига, может использоваться известный обычный сепаратор отжига, и может использоваться, например, сепаратор отжига, включающий 100 м.ч. MgO и 5 м.ч. TiO с добавкой, например, FeCl в количестве 200 частей на миллион в пересчете на хлор. Стеклянная пленка формируется с помощью описываемой ниже стадии путем сматывания стального листа в рулон, выдерживания его при пиковой температуре 1200ºC в течение приблизительно 20 час, а затем охлаждения. В качестве покрытия с натяжением может использоваться, например, покрытие с натяжением, включающее в себя фосфат алюминия в качестве главного компонента, и его толщина может быть установлена равной 1 мкм.
[0039]
Механизм влияния состава и точки росы вспомогательного газа на развитие корня стеклянной пленки в части бороздки описывается ниже.
[0040]
2
2
2
Корень стеклянной пленки состоит главным образом из форстерита, и формируется в процессе вторичного рекристаллизационного отжига после формирования бороздок. Сырье, формирующее форстерит, состоит из SiO, присутствующего на поверхности стального листа перед вторичной рекристаллизацией, и MgO в сепаратере отжига. SiO, присутствующий на поверхности стального листа, обычно получается из декарбоксилированного слоя. Кроме того, существует также случай, когда влага в сепаратере отжига выделяется в процессе нагревания при вторичном рекристаллизационном отжиге, окисляет стальной лист и дополнительно увеличивает содержание SiO. Окисление стального листа влагой в сепаратере отжига упоминается как дополнительное окисление, и считается, что, когда происходит дополнительное окисление, стеклянная пленка формируется в чрезмерном количестве, и корень стеклянной пленки развивается.
[0041]
2
Мерой для предотвращения дополнительного окисления является оптимизация количества наносимого сепаратора отжига и управление количеством влаги в сепаратере отжига. Когда количество наносимого сепаратора отжига является слишком малым, количество Mg, который является сырьем для форстерита, становится малым, и становится невозможно получить желаемую стеклянную пленку. В дополнение к этому, когда количество влаги является слишком малым, SiO разлагается в процессе нагрева для вторичного рекристаллизационного отжига, сырья форстерита становится мало, и становится невозможным получить желаемую стеклянную пленку. Когда количество сепаратора отжига является слишком большим, особого вреда нет, но количество непрореагировавшего сепаратора отжига увеличивается, и такой сепаратор отжига применяется напрасно, что не является экономически целесообразным. Когда количество влаги является слишком большим, происходит чрезмерное внутреннее окисление, как было описано выше, и возникает проблема чрезмерного формирования корня стеклянной пленки.
[0042]
Когда нет никакой бороздки, наносимое количество и количество влаги являются единственными вещами, которые нужно контролировать во время нанесения сепаратора отжига; однако сепаратор отжига заполняет часть бороздки, и таким образом добавочное окисление в ней произойдет с большей вероятностью, чем в других частях стального листа.
[0043]
Когда количество наносимого сепаратора отжига или количество влаги уменьшается для формирования стеклянной пленки в части бороздки в подходящем количестве, жесткая стеклянная пленка не формируется в части, отличающейся от бороздки, и таким образом невозможно решить проблему, используя количество сепаратора отжига или количество влаги.
[0044]
Следовательно, добавочное окисление части бороздки подавляется путем управления точкой росы вспомогательного газа во время формирования бороздки, посредством чего подавляется чрезмерное развитие корня стеклянной пленки в части бороздки. Механизм этого описывается ниже.
[0045]
Когда атмосфера с подходящим кислородным потенциалом обеспечивается во время формирования бороздки путем нагрева лазером, формируется оксидная пленка, имеющая выгодное свойство герметизации от атмосферы. Для управления кислородным потенциалом точка росы вспомогательного газа в воздушной композиции устанавливается равной -30 - 0°C. В том случае, когда оксидная пленка формируется при вышеописанных условиях, считается, что оксидная пленка функционирует как барьерный слой, в который кислород в стали не проникает, даже когда большое количество влаги выделяется из сепаратора отжига в части бороздки во время нагревания для вторичной рекристаллизации.
[0046]
2
2
Когда точка росы является слишком высокой, образуется большое количество SiO и происходит то же явление, что и при избыточном добавочном окислении. С другой стороны, когда точка росы является слишком низкой, герметизирующее свойство создаваемой оксидной пленки становится чрезмерно эффективным, оксидный слой SiO развивается недостаточно, и корень жесткой стеклянной пленки не формируется.
По вышеописанным причинам в способе для производства настоящего электротехнического стального листа на стадии формирования бороздок на поверхности холоднокатаного стального листа с использованием лазера точка росы воздуха поддерживается в диапазоне от -30°C до 0°C в том случае, когда атмосфера, включающая облучаемую лазером часть, является воздухом, то есть в том случае, когда воздух используется в качестве вспомогательного газа.
[0047]
В случае использования в качестве вспомогательного инертного газа точка росы инертного газа поддерживается в диапазоне от -20°C до 20°C. В качестве инертного газа могут использоваться азот, гелий, аргон и подобное.
[0048]
С помощью вышеописанного способа производства можно получить электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, в котором корень стеклянной пленки развивается подходящим образом, и магнитострикция является благоприятной.
В предшествующем уровне техники для предотвращения образования влаги во время лазерного облучения используется обезвоженный вспомогательный газ; однако в качестве такого вспомогательного газа не используется газ, имеющий специально контролируемую точку росы. Технический смысл в целом заключается в том, что точка росы так называемого сухого газа, который обычно используется в промышленности, составляет приблизительно -35° C. В способе для производства настоящего электротехнического стального листа корень стеклянной пленки в части бороздки регулировался до конкретного состояния (удовлетворяющего Выражению (1)) путем положительного регулирования точки росы вспомогательного газа до конкретного диапазона, и в результате стало возможным улучшить как магнитную характеристику (магнитострикцию), так и адгезию стеклянной пленки. Проблема влаги, образующейся во время лазерного облучения благодаря управлению точкой росы вспомогательного газа до вышеописанного конкретного диапазона, может быть решена путем удержания температуры атмосферы во время лазерного облучения равной приблизительно 90ºC.
[ПРИМЕРЫ]
[0049]
Далее настоящее изобретение будет более подробно описано с использованием примеров. Настоящее изобретение не ограничивается аспектами примеров, описанных ниже.
[0050]
[Пример 1]
Сляб, включающий Si: 3,4 мас.%, Mn: 0,15 мас.%, S: 0,006 мас.%, C: 0,045 мас.%, кислоторастворимый Al: 0,022 мас.%, и N: 0,007 мас.%, использовался в качестве материала и подвергали горячей прокатке известным способом, затем выполняли отжиг горячей ленты и стальной лист, имеющий окончательную толщину листа 0,22 мм, получали с помощью холодной прокатки.
[0051]
После этого поверхность стального листа облучалась с использованием лазера, и множество бороздок, проходящих в направлении, пересекающемся с направлением прокатки, формировалось вдоль направления прокатки с интервалами 5 мм. Направление формирования бороздки было установлено под углом 20° к направлению L относительно направления C (ширины) стального листа, ширина бороздки была установлена равной 50 мкм, а глубина бороздки была установлена равной 25 мкм.
[0052]
В качестве условий для облучения лазерным светом выходная мощность лазера регулировалась на уровне 200-3000 Вт, диаметр пятна фокусировки лазерного света (86%-й диаметр) в направлении прокатки регулировался на уровне 10-1000 мкм, диаметр пятна фокусировки лазерного света (86%-й диаметр) в направлении ширины листа регулировался на уровне 10-1000 мкм, и скорость лазерного сканирования регулировалась в диапазоне 5-100 м/с.
[0053]
Вспомогательный газ для эффективного удаления металла стального листа, расплавленного или испаренного лазером во время лазерного облучения, продувался со скоростью 100 л/мин. Состав и точка росы вспомогательного газа были установлены как показано в Таблице 1.
[0054]
2
2
Холоднокатаный стальной лист, в котором были сформированы бороздки, был обезуглерожен, после чего был подвергнут азотирующей обработке. В качестве условий обезуглероживания, холоднокатаный стальной лист нагревался до 850ºC, затем выдерживался 60 с и охлаждался. Атмосфера обезуглероживания была атмосферой водород-инертный газ, и соотношение PHO/PH было установлено равным 0,33. В дополнение к этому, количество азотирования было установлено равным 200 частей на миллион.
[0055]
2
2
2
После этого сепаратор отжига, включающий MgO в качестве главного компонента, был нанесен таким образом, чтобы его количество составляло 4 г/м на одной поверхности. Что касается состава сепаратора отжига, FeCl был добавлен к 100 м.ч. MgO и 5 м.ч. TiO таким образом, чтобы добавленное количество составляло 200 частей на миллион в пересчете на хлор.
[0056]
После этого стальной лист был смотан в рулон, выдержан при пиковой температуре 1200ºC в течение 20 час, а затем охлажден, формируя тем самым стеклянную пленку на поверхности. Кроме того, покрытие с натяжением, включающее фосфат алюминия в качестве главного компонента, было сформировано таким образом, чтобы его толщина составляла 1 мкм, в результате чего был получен электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой. Растягивающее усилие при этом составило 12 МПа в направлении прокатки, включая стеклянную пленку.
[0057]
Толщина (= A - B) области, в которой основной металл и стеклянная пленка присутствовали в смешанной форме (граничной смешанной области) в части бороздки полученного электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой, магнитные характеристики (магнитострикция, плотность магнитного потока и потери в стали), и наличие или отсутствие трещин в части бороздки показаны ниже.
[0058]
[Таблица 1]
№
Тип
Вспомогательный газ
Граничная смешанная область (мкм)
Магнитострикция (λp-p) x 10<sup>-6</sup>
Плотность магнитного потока (Тл)
Потери в стали W17/50(Вт/кг)
Трещина в части бороздки
Состав
Точка росы (°C)
1
Пример
Воздух
-30
0,8
0,43
1,90
0,78
Отсутствует
2
Пример
Воздух
-23
2
0,41
1,89
0,78
Отсутствует
3
Пример
Воздух
-15
1
0,21
1,90
0,78
Отсутствует
4
Пример
Воздух
-8
3
0,38
1,90
0,79
Отсутствует
5
Пример
Воздух
0
5
0,58
1,89
0,78
Отсутствует
6
Пример
Азот
-20
2
0,48
1,90
0,78
Отсутствует
7
Пример
Азот
0
1
0,32
1,89
0,79
Отсутствует
8
Пример
Азот
20
3
0,46
1,89
0,78
Отсутствует
9
Сравнительный пример
Воздух
-35
0,05
0,44
1,91
0,76
Присутствует
10
Сравнительный пример
Воздух
10
7
0,76
1,89
0,81
Отсутствует
11
Сравнительный пример
Азот
-25
0,08
0,55
1,90
0,78
Присутствует
12
Сравнительный пример
Азот
30
6
0,78
1,88
0,84
Отсутствует
[0059]
-6
Магнитострикция выражалась абсолютной величиной разницы между длиной наиболее удлиненного стального листа и длиной наиболее сжатого стального листа во время возбуждения стального листа синусоидальной волной с частотой 50 Гц таким образом, что максимальная плотность магнитного потока стального листа достигала 1,7 Тл, и оценивалась как благоприятная, когда эта разница составляла 0,6×10 или меньше.
[0060]
Потери в стали были потерями в стали (W17/50) в случае возбуждения стального листа синусоидальной волной с частотой 50 Гц таким образом, что максимальная плотность магнитного потока стального листа достигала 1,7 Тл, и оценивались как благоприятные, когда потери в стали составляли 0,8 Вт/кг или меньше.
[0061]
Что касается трещин в части бороздки, покрытие в части бороздки в полученном образце в диапазоне 10 мм в продольном направлении бороздки наблюдалось с использованием сканирующего электронного микроскопа, и в том случае, когда не было трещин с длиной более 0,5 мкм, считалось, что трещины отсутствуют.
[0062]
Из результатов данного примера было найдено, что когда состав и точка росы вспомогательного газа находятся в пределах настоящего изобретения, толщина граничной смешанной области поддерживается в диапазоне 0,1 мкм или больше и 5,0 мкм или меньше, в части бороздки нет никаких трещин, и магнитострикция и потери в стали являются благоприятными.
[0063]
[Пример 2]
Сляб, включающий Si: 3,4 мас.%, Mn: 0,15 мас.%, S: 0,006 мас.%, C: 0,045 мас.%, кислоторастворимый Al: 0,022 мас.%, и N: 0,007 мас.%, использовался в качестве материала и подвергался горячей прокатке известным способом, затем выполнялся отжиг горячей ленты, и стальной лист, имеющий окончательную толщину листа 0,22 мм, получался с помощью холодной прокатки.
[0064]
После этого поверхность стального листа облучалась с использованием лазера, и множество бороздок, проходящих в направлении, пересекающемся с направлением прокатки, формировалось вдоль направления прокатки с интервалами 5 мм. Направление формирования бороздки было установлено под углом 20° к направлению L относительно направления C стального листа, и ширина и глубина бороздки были установлены как показано в Таблице 2.
[0065]
Условия для облучения лазерным светом были установлены теми же самыми, что и в Примере 1, а в качестве вспомогательного газа воздух, имеющий точку росы -15°C, продувался со скоростью 100 л/мин.
[0066]
2
2
Холоднокатаный стальной лист, в котором были сформированы бороздки, был обезуглерожен, после чего был подвергнут азотирующей обработке. В качестве условий обезуглероживания, холоднокатаный стальной лист нагревался до 850ºC, затем выдерживался 60 с и охлаждался. Атмосфера обезуглероживания была атмосферой водород-инертный газ, и соотношение PHO/PH было установлено равным 0,33. В дополнение к этому, количество азотирования было установлено равным 200 частей на миллион.
[0067]
2
2
2
После этого сепаратор отжига, включающий MgO в качестве главного компонента, был нанесен таким образом, чтобы его количество составляло 4 г/м на одной поверхности. Что касается состава сепаратора отжига, FeCl был добавлен к 100 м.ч. MgO и 5 м.ч. TiO таким образом, чтобы добавленное количество составляло 200 частей на миллион в пересчете на хлор.
[0068]
После этого стальной лист был смотан в рулон, выдержан при пиковой температуре 1200ºC в течение 20 час, а затем охлажден, формируя тем самым стеклянную пленку на поверхности. Кроме того, покрытие с натяжением, включающее фосфат алюминия в качестве главного компонента, было сформировано таким образом, чтобы его толщина составляла 1 мкм, в результате чего был получен электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой. Растягивающее усилие при этом составило 12 МПа в направлении прокатки, включая стеклянную пленку.
[0069]
Толщина граничной смешанной области в полученном электротехническом стальном листе с ориентированной зеренной структурой, магнитные характеристики (магнитострикция, плотность магнитного потока и потери в стали), а также присутствие или отсутствие трещин в части бороздки показаны ниже.
[0070]
[Таблица 2]
№
Тип
Глубина канавки (мкм)
Ширина канавки (мкм)
Граничная смешанная область (мкм)
Магнитострикция (λp-p) x 10<sup>-6</sup>
Плотность магнитного потока (Тл)
Потери в стали W17/50 (Вт/кг)
Трещина в части бороздки
13
Пример
23
20
2
0,25
1,90
0,77
Отсутствует
14
Пример
25
50
1
0,21
1,90
0,76
Отсутствует
15
Пример
23
100
2
0,32
1,89
0,78
Отсутствует
16
Пример
26
300
2
0,29
1,90
0,79
Отсутствует
17
Сравнительный пример
23
400
4
0,30
1,87
0,85
Отсутствует
18
Пример
10
48
2
0,27
1,91
0,79
Отсутствует
19
Пример
25
50
1
0,21
1,90
0,76
Отсутствует
20
Пример
40
55
3
0,35
1,88
0,79
Отсутствует
21
Сравнительный пример
8
40
2
0,36
1,92
0,82
Отсутствует
22
Сравнительный пример
50
58
3
0,54
1,96
0,83
Отсутствует
[0071]
Способы для оценки магнитострикции, потерь в стали и наличия трещин в части бороздки были теми же самыми, что и в Примере 1. Из результатов данного примера было найдено, что когда глубина и ширина бороздки находятся в пределах настоящего изобретения, трещины в части бороздки отсутствуют, а магнитострикция и потери в стали являются благоприятными.
[0072]
[Пример 3]
Сляб, включающий Si: 3,4 мас.%, Mn: 0,15 мас.%, S: 0,006 мас.%, C: 0,045 мас.%, кислоторастворимый Al: 0,022 мас.%, и N: 0,007 мас.%, использовался в качестве материала и подвергался горячей прокатке известным способом, затем выполнялся отжиг в горячей зоне, и стальной лист, имеющий окончательную толщину листа 0,22 мм, получался с помощью холодной прокатки.
[0073]
После этого поверхность стального листа облучалась с использованием лазера, и множество бороздок, проходящих в направлении, пересекающемся с направлением прокатки, формировалось в направлении, наклоненном под углом, показанным в Таблице 3, к направлению L относительно направления C стального листа, с интервалами вдоль направления прокатки, показанными в Таблице 3. Ширина бороздки была установлена равной 50 мкм, а глубина бороздки была установлена равной 25 мкм.
[0074]
Условия для облучения лазерным светом были установлены теми же самыми, что и в Примере 1, а в качестве вспомогательного газа воздух, имеющий точку росы -15°C, продувался со скоростью 100 л/мин.
[0075]
2
2
Холоднокатаный стальной лист, в котором были сформированы бороздки, был обезуглерожен, после чего был подвергнут азотирующей обработке. В качестве условий обезуглероживания, холоднокатаный стальной лист нагревался до 850ºC, затем выдерживался 60 с и охлаждался. Атмосфера обезуглероживания была атмосферой водород-инертный газ, и соотношение PHO/PH было установлено равным 0,33. В дополнение к этому, количество азотирования было установлено равным 200 частей на миллион.
[0076]
2
2
2
После этого сепаратор отжига, включающий MgO в качестве главного компонента, был нанесен таким образом, чтобы его количество составляло 4 г/м на одной поверхности. Что касается состава сепаратора отжига, FeCl был добавлен к 100 м.ч. MgO и 5 м.ч. TiO таким образом, чтобы добавленное количество составляло 200 частей на миллион в пересчете на хлор.
[0077]
После этого стальной лист был смотан в рулон, выдержан при пиковой температуре 1200ºC в течение 20 час, а затем охлажден, формируя тем самым стеклянную пленку на поверхности. Кроме того, покрытие с натяжением, включающее фосфат алюминия в качестве главного компонента, было сформировано таким образом, чтобы его толщина составляла 1 мкм, в результате чего был получен электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой. Растягивающее усилие при этом составило 12 МПа в направлении прокатки, включая стеклянную пленку.
[0078]
Толщина граничной смешанной области в полученном электротехническом стальном листе с ориентированной зеренной структурой, магнитные характеристики (магнитострикция, плотность магнитного потока и потери в стали), а также присутствие или отсутствие трещин в части бороздки показаны ниже.
[0079]
[Таблица 3]
№
Тип
Шаг бороздки (мм)
Угол (°)
Граничная смешанная область (мкм)
Магнитострикция (λp-p) x 10<sup>-6</sup>
Плотность магнитного потока (Тл)
Потери в стали W17/50 (Вт/кг)
Трещина в части бороздки
23
Пример
2
20
2
0,37
1,88
0,78
Отсутствует
24
Пример
5
20
1
0,21
1,90
0,76
Отсутствует
25
Пример
10
20
2
0,42
1,91
0,77
Отсутствует
26
Пример
30
20
5
0,46
1,91
0,8
Отсутствует
27
Сравнительный пример
1,5
20
1
0,20
1,87
0,90
Отсутствует
28
Сравнительный пример
35
20
5
0,46
1,91
0,84
Отсутствует
29
Пример
5
0
2
0,26
1,88
0,75
Отсутствует
30
Пример
5
20
1
0,21
1,90
0,76
Отсутствует
31
Пример
5
40
2
0,30
1,91
0,80
Отсутствует
32
Сравнительный пример
5
50
2
0,42
1,91
0,85
Отсутствует
[0080]
Способы для оценки магнитострикции, потерь в стали и наличия трещин в части бороздки были теми же самыми, что и в Примере 1. Из результатов данного примера было установлено, что когда шаг бороздок и угол направления формирования бороздок с направлением L относительно направления C стального листа находятся в пределах настоящего изобретения, трещины в части бороздки отсутствуют, а магнитострикция и потери в стали являются благоприятными.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
[0081]
10 - стальной лист
11 - бороздка
21 - стеклянная пленка
22 - покрытие с натяжением
23 - корень стеклянной пленки
31 - опорная линия
32 - самая глубокая точка
33 - неглубокая точка
34 - граничная смешанная область
35 - пиковая точка
Ɵ - угол, образуемый бороздкой с направлением, перпендикулярным к направлению прокатки
W - ширина бороздки
D - глубина бороздки
d - интервал между бороздками