ЛИСТ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ С ОРИЕНТИРОВАННОЙ ЗЕРЕННОЙ СТРУКТУРОЙ И СПОСОБ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ
ELECTRICAL STEEL SHEET WITH ORIENTED GRAIN STRUCTURE AND METHOD FOR ITS PRODUCTION

Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к листу электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, обладающему отличной адгезией покрытия. В частности, настоящее изобретение относится к листу электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой с отличной адгезией изоляционного покрытия даже без наличия пленки форстерита.
Испрашивается приоритет заявки на патент Японии № 2019-005057 от 16 января 2019, содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
Предпосылки создания изобретения
[0002] Листы электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой представляют собой мягко-магнитные материалы, которые используются в основном как материалы для стальных сердечников трансформаторов. Таким образом, требуются магнитные свойства, такие как высокие характеристики намагничивания и низкие потери в стали. Характеристики намагничивания представляют собой плотности магнитного потока, индуцируемые при возбуждении стального сердечника. При повышении плотности магнитного потока можно уменьшить размер стальных сердечников, что выгодно с точки зрения конструкции трансформаторов, а также с точки зрения расходов на изготовление трансформаторов.
[0003] Для улучшения магнитных свойств необходимо управлять текстурой так, чтобы как можно больше зерен находилось в кристаллографической ориентации (ориентации Госса), в которой плоскость {110} выровнена параллельно поверхности стального листа, а ось <100> выровнена в направлении прокатки. Чтобы накапливать кристаллографические ориентации в ориентации Госса, обычной практикой является мелкодисперсное выделение ингибиторов, таких как AlN, MnS и MnSe в стали для контроля вторичной рекристаллизации.
[0004] Потери в стали означают потерю мощности, расходуемой в виде тепловой энергии, когда стальной сердечник возбуждается магнитным полем переменного тока. С точки зрения экономии энергии потери в стали должны быть как можно ниже. На уровень потерь в стали влияют магнитная восприимчивость, толщина листа, натяжение пленки, количество примесей, удельное электрическое сопротивление, размер зерна, размер магнитного домена и др. Даже сейчас, когда разработаны различные технологии для изготовления листов электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, продолжаются исследования и разработки, направленные на снижение потерь в стали, для повышения энергоэффективности.
2
4
2
4
[0005] Другими характеристиками, требующимися для листов электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, являются характеристики покрытия, образованного на поверхности основного стального листа. Обычно в листах электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, как показано на фиг. 1, формируется пленка форстерита 2, состоящая в основном из MgSiO (форстерит), на базовом стальном листе 1, а на пленке форстерита 2 создается изоляционное покрытие 3. Функцией пленки форстерита и изоляционного покрытия является электрическая изоляция поверхности основного стального листа и приложения натяжения к базовому стальному листу для снижения потерь в стали. Помимо MgSiO, пленка форстерита включает также небольшое количество примесей и добавок, содержащихся в базовом стальном листе и отжиговом сепараторе, а также продукты их реакции.
[0006] Чтобы изоляционное покрытие имело изоляционные характеристики и требуемое натяжение, изоляционное покрытие не должно отслаиваться от листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой. Поэтому изоляционное покрытие должно иметь высокую адгезию покрытия. Однако сложно одновременно повысить натяжение, приложенное к базовому стальному листу, и адгезию покрытия. Даже сейчас продолжаются исследования и разработки, направленные на улучшение обоих этих показателей.
[0007] листы электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой обычно производятся по следующей методике. Сляб из кремнистой стали, содержащей 2,0-4,0 вес.% Si, подвергают горячей прокатке, после горячей прокатки стальной лист при необходимости отжигают, и затем отожженный стальной лист один, два или более раз подвергают холодной прокатке с промежуточным отжигом между прокатками, чтобы придать стальному листу конечную толщину. Затем стальной лист, имеющий окончательную толщину, подвергают обезуглероживающему отжигу во влажной атмосфере водорода, чтобы облегчить первичную рекристаллизацию в дополнение к обезуглероживанию и чтобы образовать оксидный слой на поверхности стального листа.
2
2
4
[0008] Отжиговый сепаратор, содержащий MgO (оксид магния) в качестве основного компонента, наносят на стальной лист, содержащий оксидный слой, сушат и после сушки стальной лист сворачивают в рулон. Затем рулонную листовую сталь подвергают окончательному отжигу, чтобы облегчить вторичную рекристаллизацию, и кристаллографические ориентации зерен накапливаются в ориентации Госса. Далее, MgO в отжиговом сепараторе реагирует с SiO (оксид кремния) в оксидном слое, образуя на поверхности основного стального листа неорганическую пленку форстерита, состоящую в основном из MgSiO.
[0009] Затем стальной лист, содержащий пленку форстерита, подвергают очистному отжигу для вытеснения примесей в базовом стальном листе наружу и удаления их. Кроме того, после выравнивающего отжига стального листа на поверхность стального листа, содержащего пленку форстерита, наносят раствор, состоящий в основном, например, из фосфата и коллоидного оксида кремния, и запекают, чтобы образовать изоляционное покрытие. Одновременно между кристаллическим основным стальным листам и по существу аморфным изоляционным покрытием создается натяжение из-за различия коэффициентов теплового расширения. Таким образом, изоляционное покрытие можно назвать покрытием с натяжением.
2
4
[0010] Граница раздела между пленкой форстерита, состоящей в основном из MgSiO (позиция 2 на фиг. 1), и стальным листом (позиция 1 на фиг. 1) обычно имеет неоднородную неровную форму (смотри фиг. 1). Неровная граница раздела немного ослабляет эффект уменьшения потерь в стали вследствие натяжения. Поскольку потери в стали уменьшаются при сглаживании границы раздела, к настоящему времени были выполнены следующие разработки.
[0011] В патентном документе 1 описывается способ производства, в котором пленку форстерита удаляют таким способом, как травление, и поверхность стального листа сглаживают путем химического полирования или электролитического полирования. Однако в способе производства согласно патентному документу 1, может быть сложным обеспечить адгезию изоляционного покрытия к поверхности основного стального листа.
[0012] Поэтому для улучшения адгезии изоляционного покрытия к сглаженной поверхности стального листа, показанной на фиг. 2, было предложено сформировать промежуточный слой 4 (или нижнюю пленку) между основным стальным листом и изоляционным покрытием. Нижняя пленка, описанная в патентном документе 2 и образованная путем нанесения водного раствора фосфата или силиката щелочного металла, также эффективна для обеспечения адгезии покрытия. В качестве более эффективного способа в патентном документе 3 описан способ, согласно которому стальной лист отжигают в особой атмосфере перед формированием изоляционного покрытия и на поверхности стального листа формируют окисленный снаружи слой оксида кремния в качестве промежуточного слоя.
[0013] Образование такого промежуточного слоя может улучшить адгезию покрытия, но поскольку требуется дополнительное крупноразмерное оборудование, такое как оборудование для электролитической обработки и оборудование для нанесения сухого покрытия, может быть трудно найти для него место, и производственные расходы могут возрасти.
4
3
4
2
4
2
4
2
2
4
2
3
4
2
[0014] Патентные документы 4-6 описывают методы, в которых, когда на стальном листе формируется изоляционное покрытие, содержащие кислую органическую смолу в качестве основного компонента, который по существу не содержит хрома, между стальным листом и изоляционным покрытием формируют слой соединения фосфора (слой, состоящий из FePO, Fe(PO), FeHPO, Fe(HPO), ZnFe(PO), Zn(PO) и их гидратов, или слой, состоящий из фосфата Mg, Ca и Al), имеющий толщину от 10 до 200 нм) для улучшения внешнего вида и повышения адгезии изоляционного покрытия.
[0015] С другой стороны, известен способ контроля магнитных доменов (который делит 180°-ный магнитный домен), согласно которому ширину 180°-ного магнитного домена сужают за счет создания участков с растягивающим напряжением и участков с канавкой, проходящей в направлении, пересекающем направление прокатки через заданные интервалы в направлении прокатки, как способ уменьшения аномальных потерь на вихревые токи, которые являются одним из видов потерь в стали. В способе формирования растягивающего деформации используется эффект измельчения 180°-ного магнитного домена для магнитного домена обратного потока, создаваемого на стороне деформации (область деформации). Характерным является способ, в котором используются ударные волны или быстрый нагрев за счет облучения лазерным лучом. В этом способе форма поверхности облучаемого участка практически не изменяется. Далее, способ формирования канавки использует эффект экранирования магнитного поля благодаря магнитному полюсу, создаваемому на боковой стенке канавки. Таким образом, тип контроля магнитных доменов подразделяется на приложение деформации и формирование канавки.
[0016] Например, в патентном документе 7 описывается, что удаляются оксиды с поверхности окончательно отожженного стального листа, сглаживается поверхность, затем формируется пленка на поверхности, а также разделяется магнитный домен в результате облучения лазерным лучом, электронным лучом или плазменным факелом.
Список цитирования
Патентные документы
[0017] Патентный документ 1: Нерассмотренная заявка на патент Японии, первая публикация № S49-096920
Патентный документ 2: Нерассмотренная заявка на патент Японии, первая публикация № H05-279747
Патентный документ 3: Нерассмотренная заявка на патент Японии, первая публикация № H06-184762
Патентный документ 4: Нерассмотренная заявка на патент Японии, первая публикация № 2001-220683
Патентный документ 5: Нерассмотренная заявка на патент Японии, первая публикация № 2003-193251
Патентный документ 6: Нерассмотренная заявка на патент Японии, первая публикация № 2003-193252
Патентный документ 7: Нерассмотренная заявка на патент Японии, первая публикация № H11-012755
Сущность изобретения
Задачи, стоящие перед изобретением
[0018] В случае описанного выше листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, имеющего трехслойную структуру "основной стальной лист/ промежуточный слой, состоящий в основном из оксида кремния/ изоляционное покрытие" и не содержащего пленки форстерита, возникает проблема, что ширина магнитного домена больше, чем у показанного на фиг. 1 листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, имеющего пленку форстерита. В результате исследования различных вариантов контроля магнитного домена для листов электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, не содержащих пленки форстерита, авторы настоящего изобретения сосредоточили свое внимание на том, что когда плотность энергии лазерного луча или электронного луча, облучающего лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, повышается, то магнитный домен предпочтительно разделяется.
[0019] Однако, согласно исследованиям, проведенным авторами настоящего изобретения, было обнаружено, что повышение плотности энергии лазерного луча или электронного луча способствует разделению магнитного домена, но в то же время влияет на изоляционное покрытие. В частности, обнаружилась проблема, что когда проводится облучение лазерным лучом или электронным лучом, имеющим высокую плотность энергии, изменяется структура изоляционного покрытия из-за влияния теплоты излучения, и адгезия изоляционного покрытия снижается.
[0020] Настоящее изобретение было создано с учетом вышеупомянутых проблем, и его цель состоит в том, чтобы предоставить лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, способный обеспечить хорошую адгезию изоляционного покрытия и достичь хорошего эффекта снижения потерь в стали у листов электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, которые не содержат пленки форстерита и имеют области деформации, образованные на базовом стальном листе, а также разработать способ получения такого листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой.
Средства для решения проблемы
2
4
13
[0021] (1) В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой представляет собой лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, содержащий основной стальной лист, промежуточный слой, находящийся в контакте с основным стальным листом, и изоляционное покрытие, находящееся в контакте с промежуточным слоем. Поверхность основного стального листа в листе электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой имеет область деформации, которая проходит в направлении, пересекающем направление прокатки основного стального листа, и, если смотреть в сечении поверхности, параллельной направлению прокатки и направлению толщины основного стального листа, в изоляционном покрытии на области деформации присутствует кристаллический оксид фосфора MPO.
Здесь M означает по меньшей мере один или оба элемента из Fe и Cr.
z
d
d
[0022] (2) Если в листе электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, описанном в пункте (1), на виде в сечении области деформации, обозначить полную длину поля наблюдения в направлении, ортогональном направлению толщины основного стального листа, как L, а сумму длин L всех участков пустот в направлении, ортогональном направлению толщины основного металлического листа, как ΣL, то доля линейных сегментов X в области пустот, в которой присутствуют пустоты, определяемая из следующего уравнения 1, составляет 20% или меньше.
d
z
X=(ΣL/L)×100,     (уравнение 1)
2
4
13
(3) Если в листе электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, описанном в пунктах (1) или (2), на виде в разрезе поверхности, параллельной направлению прокатки и направлению толщины основного стального листа, определить область, включающую центр области деформации в направлении прокатки основного стального листа и имеющую ширину 10 мкм в направлении прокатки основного стального листа, как центральную часть области деформации, в изоляционном покрытии в центральной части может присутствовать кристаллический оксид фосфора MPO.
(4) В листе электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, описанном в пункте (3), на виде в сечении области деформации доля области кристаллического оксида фосфора в изоляционном составляет 10% или больше и 60% или меньше.
(5) В листе электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, описанном в пункте (3) или (4), в сечении области деформации средняя толщина промежуточного слоя в центральной части может составлять от половины и более и до двух или менее средних толщин промежуточного слоя вне области деформации.
(6) В листе электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, описанном в любом из пунктов (3)-(5), на виде в сечении области деформации доля площади области аморфного оксида фосфора в изоляционном покрытии в центральной составляет  1% или более и 60% или менее.
[0023] (7) Способ получения листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения является способом получения листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, описанного в любом из пунктов (1)-(6). Способ включает процесс формирования области деформации путем облучения листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, содержащего основной стальной лист, промежуточный слой, находящийся в контакте с основным стальным листом, и изоляционное покрытие, находящееся в контакте с промежуточным слоем, лазерным лучом или электронным лучом и формирование области деформации, проходящей в направлении, пересекающем направление прокатки, на поверхности основного стального листа, причем в процессе формирования области деформации температуру центральной части области деформации в направлении прокатки и в направлении прохождения области деформации повышают до значения в интервале от 900°C до 1500°C.
[0024] (8) В способе, описанном в пункте (7), в процессе формирования области деформации область деформации создается путем облучения листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой лазерным лучом, при этом условия облучения лазерным лучом являются следующими:
2
- плотность энергии лазерного излучения на единицу площади: 0,8-6,5 мДж/мм,
- ширина луча излучения: 10-500 мкм,
- интервал излучения: 1-20 мм,
- продолжительность излучения (скорость прохождения через лист, скорость лазерного сканирования): 5-200 мкс.
Эффекты изобретения
[0025] Настоящее изобретение позволяет предоставить лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, способный обеспечить хорошую адгезию изоляционного покрытия и достичь хорошего эффекта снижения потерь в стали для листов электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, которые не содержат пленки форстерита и имеют области деформации, сформированные на базовом стальном листе, изобретение позволяет также предоставить способ получения такого листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой.
Краткое описание чертежей
[0026]
Фиг. 1: схематический вид в сечении, показывающий структуру покрытия обычного листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой.
Фиг. 2: схематический вид в сечении, показывающий структуру другого покрытия обычного листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой.
Фиг. 3: схематический вид в сечении, поясняющий область деформации листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4: увеличенный схематический вид в сечении части A с фиг. 3.
Фиг. 5: диаграмма, поясняющая определение доли линейных сегментов пустот в листе электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, согласно варианту осуществления.
Фиг. 6: пример снимка в просвечивающий электронный микроскоп (TEM) сечения листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно варианту осуществления.
Варианты осуществления изобретения
[0027] Авторы настоящего изобретения в результате тщательных исследований листов электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, которые не имеют пленки форстерита, обнаружили, что при определенных условиях излучения можно уменьшить ширину магнитного домена и обеспечить адгезию изоляционного покрытия за счет изменения условий излучения лазерного луча или электронного луча.
Далее, авторы настоящего изобретения обнаружили также, что когда указанные выше условия облучения не удовлетворяются, то даже если ширину магнитного домена можно удерживать узкой, в изоляционном покрытии образуются пустоты, и адгезия изоляционного покрытия ухудшается.
2
4
13
[0028] Кроме того, авторы настоящего изобретения обнаружили, что после облучения в обычных условиях излучения в изоляционном покрытии не наблюдается никаких изменений, но, когда область деформации формируется при определенных условиях излучения, какие описаны выше, в центральной части области деформации и вблизи нее можно получить уникальную структуру, содержащую кристаллический оксид фосфора MPO.
[0029] Далее будут описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Однако очевидно, что настоящее изобретение не ограничено конфигурациями, раскрытыми в этих вариантах осуществления, и могут быть реализованы различные модификации без отклонения от цели настоящего изобретения. Также очевидно, что элементы следующих вариантов осуществления можно комбинировать друг с другом в пределах объема настоящего изобретения.
Далее, в следующих вариантах осуществления ограничивающий численный диапазон, представимый в форме "от … до …", означает диапазон, включающий численные значения, стоящие перед и после "до", как нижнее предельное значение и верхнее предельное значение. Численные значения, указанные как "больше, чем" или "меньше, чем" не включены в численный диапазон.
Лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой
[0030] Лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления содержит основной стальной лист, промежуточный слой, находящийся в контакте с основным стальным листом, и изоляционное покрытие, находящееся в контакте с промежуточным слоем.
2
4
13
Лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления имеет область деформации, которая проходит в направлении, пересекающем направление прокатки на поверхности основного стального листа, и если смотреть в сечении поверхности, параллельной направлению прокатки и направлению толщины основного стального листа, в изоляционном покрытии в области деформации присутствует кристаллический оксид фосфора MPO. M означает по меньшей мере один или оба из элементов Fe и Cr.
[0031] В листе электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления имеется основной стальной лист, промежуточный слой, находящийся в контакте с основным стальным листом, и изоляционное покрытие, находящееся в контакте с промежуточным слоем, но не имеется пленки форстерита.
При этом лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой без пленки форстерита представляет собой лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, полученный путем удаления пленки форстерита после изготовления, или лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, изготовленный с подавлением образования пленки форстерита.
[0032] В настоящем варианте осуществления направление прокатки основного стального листа является направлением горячей прокатки или холодной прокатки, когда основной стальной лист изготавливается способом получения, который будет описан позднее. Направление прокатки можно также назвать направлением прохождения листа, направлением транспортировки стального листа и т.п. Направление прокатки является продольным направлением основного стального листа. Направление прокатки можно также установить с помощью прибора для исследования структуры магнитных доменов или устройства для измерения кристаллографической ориентации, как устройство на основе метода рентгеноструктурного анализа Лауэ.
В настоящем варианте осуществления "направление, пересекающее направление прокатки" означает направление в пределах углов наклона 45° по часовой стрелке или против часовой стрелке, параллельное поверхности основного стального листа, к направлению, параллельному или перпендикулярному поверхности основного стального листа, относительно направления прокатки (далее также называемое просто "направлением, перпендикулярным направлению прокатки"). Поскольку область деформации формируется на поверхности основного стального листа, область деформации проходит от направления, перпендикулярного направлению прокатки и направлению толщины листа на поверхности основного стального листа, до направления под углом в пределах 45° на плоской поверхности основного стального листа.
[0033] Поверхность, параллельная направлению прокатки и направлению толщины листа, означает поверхность, параллельную как вышеописанному направление прокатки, так и вышеописанному направлению толщины основного стального листа.
[0034] Изоляционное покрытие на области деформации означает часть изоляционного покрытия на базовом стальном листе, которая находится выше области деформации в направлении толщины листа, если смотреть в сечении поверхности, параллельной направлению прокатки и направлению толщины листа.
[0035] Ниже будет описан каждый из компонентов листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления.
Основной стальной лист
[0036] Основной стальной лист, который является основным материалом, имеет текстуру, в которой кристаллографические ориентация контролируются так, что она соответствовали ориентации Госса на поверхности основного стального листа. Шероховатость поверхности основного стального листа особо не ограничивается, но его среднеарифметическая шероховатость (Ra) предпочтительно меньше или равна 0,5 мкм, более предпочтительно меньше или равна 0,3 мкм, чтобы приложить большое натяжение к базовому стальному листу для уменьшения потерь в стали. Нижний предел среднеарифметической шероховатости (Ra) основного стального листа особо не ограничивается, но когда он составляет 0,1 мкм или меньше, эффект снижения потерь в стали выходит на насыщение, поэтому нижний предел может составлять 0,1 мкм.
[0037] Толщина основного стального листа также особо не ограничивается, но средняя толщина листа предпочтительно не превышает 0,35 мм, более предпочтительно не превышает 0,30 мм, чтобы еще больше снизить потери в стали. Нижний предел толщины основного стального листа особо не ограничивается, но с точки зрения производственного оборудования и стоимости может составлять 0,10 мм. Способ измерения толщины основного стального листа особо не ограничивается, но ее можно измерить, например, используя микрометр или подобное.
[0038] Химический состав основного стального листа особо не ограничивается, но предпочтительно он включает, например, высокую концентрацию Si (например, от 0,8 до 7,0 вес.%). В этом случае между основным стальным листом и промежуточным слоем, состоящим в основном из оксида кремния, возникает сильное химическое сродство, и промежуточный слой и основной стальной лист прочно сцепляются друг с другом.
Промежуточный слой
[0039] Промежуточный слой находится в контакте с основным стальным листом (то есть он образован на поверхности основного стального листа), его функцией является привести основной стальной лист и изоляционное покрытие в тесный контакт друг с другом. Промежуточный слой проходит по всей поверхности основного стального листа. В результате образования промежуточного слоя между основным стальным листом и изоляционным покрытием улучшается адгезия между основным стальным листом и изоляционным покрытием, и к базовому стальному листу прикладывается напряжение.
[0040] Промежуточный слой можно образовать путем термообработки основного стального листа, образование пленки форстерита в котором подавляется во время окончательного отжига, или термообработки основного стального листа, с которого пленка форстерита была удалена после окончательного отжига в газовой атмосфере, подобранной для заданной степени окисления.
x
x
[0041] Оксид кремния, являющийся основным компонентом промежуточного слоя, предпочтительно представляет собой SiO, где x составляет от 1,0 до 2,0. Когда в оксиде кремния SiO x составляет от 1,5 до 2,0, оксид кремния является более стабильным, что более предпочтительно.
2
2
[0042] Например, когда термообработка проводится в условиях: газовая атмосфера: 20-80% N+80-20% H (в сумме 100%), точка росы: от -20°C до 2°C, температура отжига: от 600°C до 1150°C и продолжительность отжига: от 10 до 600 секунд, можно образовать промежуточный слой, состоящий в основном из оксида кремния.
[0043] При малой толщине промежуточного слоя эффект релаксации термических напряжений может быть недостаточно выражен. Поэтому толщина промежуточного слоя предпочтительно составляет в среднем 2 нм или более. Более предпочтительно толщина промежуточного слоя составляет не менее 5 нм. С другой стороны, если промежуточный слой толстый, толщина становится неоднородной, и в слое могут возникать такие дефекты, как пустоты и трещины. Поэтому толщина промежуточного слоя предпочтительно составляет в среднем не более 400 нм, более предпочтительно не более 300 нм. Способ измерения толщины промежуточного слоя будет описан позднее.
[0044] Промежуточный слой может представлять собой внешнюю оксидную пленку, образованную в результате окисления снаружи. Внешняя оксидная пленка представляет собой оксидную пленку, образованную в атмосфере газа, имеющего низкую степень окисления, и является оксидом, образованным в форме пленки на поверхности стального листа после диффундирования легирующего элемента (Si) из стального листа к поверхности стального листа.
[0045] Как описано выше, промежуточный слой содержит оксид кремния (кремнезем) в качестве основного компонента. Помимо оксида кремния промежуточный слой может содержать оксид легирующего элемента, имеющегося в базовом стальном листе. То есть, он может содержать любой оксид Fe, Mn, Cr, Cu, Sn, Sb, Ni, V, Nb, Mo, Ti, Bi и Al или их смешанный оксид. Промежуточный слой может также содержать зерна металла Fe или подобного. Кроме того, промежуточный слой может содержать примеси, если только эффект не ухудшается.
[0046] Более предпочтительно, чтобы в листе электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления средняя толщина промежуточного слоя в его центральной части составляла, если смотреть в сечении поверхности параллельно направлению прокатки и направлению толщины листа, от половины и более и до двух или менее средних толщин промежуточного слоя вне области деформации. Здесь центральная часть означает центральную зону области деформации, какая будет описана позднее.
При такой конфигурации хорошую адгезию изоляционного покрытия можно поддерживать даже в области деформации.
[0047] Обычно, поскольку лазерный луч или электронный луч излучается в направлении, пересекающем направление прокатки через заданные расстояния вдоль направления прокатки, в направлении прокатки периодически образуется множество областей деформации. Таким образом, участок между N-й областью деформации, отсчитываемой в направлении прокатки, и, например, (N+1)-й областью деформации (или (N-1)-й областью деформации), смежный с N-й областью деформации в направлении прокатки, можно назвать областью, отличной от области деформации.
[0048] Среднюю толщину промежуточного слоя в области, отличной от области деформации, можно измерить с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) или просвечивающего электронного микроскопа (TEM) способом, который будет описан позднее. Кроме того, этим же способом можно измерить среднюю толщину промежуточного слоя в области деформации.
В частности, среднюю толщину промежуточного слоя в области деформации и среднюю толщину промежуточного слоя в области, отличной от области деформации, можно измерить способом, описываемым ниже.
[0049] Сначала вырезается образец для испытаний так, чтобы направление резки было параллельно направлению толщины листа (в частности, образец вырезается так, чтобы поверхность среза была параллельна направлению толщины листа и перпендикулярна направлению прокатки), и поперечную структуру поверхности среза обследуют в SEM при увеличении, при котором каждый слой (то есть основной стальной лист, промежуточный слой и изоляционное покрытие) входило в поле обзора. Сколько слоев включает в себя поперечная структура, можно понять, анализируя композиционное изображение в обратно-рассеянных электронах (COMPO-изображение).
[0050] Чтобы идентифицировать каждый слой поперечной структуры, проводится линейный анализ в направлении толщины листа с использованием метода энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (SEM-EDS), и проводится количественный анализ химического состава каждого слоя.
Элементами, подлежащими количественному анализу, являются пять элементов Fe, Cr, P, Si и О. Используемое ниже сокращение "ат.%" является не абсолютным значением в атомных процентах, а является относительным значением, рассчитанным на основе интенсивности рентгеновского излучения, соответствующей этим пяти элементам.
[0051] В дальнейшем предполагается, что относительное значение, измеренное методом SEM-EDS, представляет собой конкретное числовое значение, полученное путем выполнения линейного анализа с помощью сканирующего электронного микроскопа NB5000 производства Hitachi High-Technologies Corporation и EDS-анализатора XFlash(r) 6|30 производства Bruker AXS GmbH, и введения полученных результатов в программу анализа EDS-данных ESPRIT 1.9, разработанную Bruker AXS GmbH, для расчета.
Кроме того, относительное значение, измеренное методом TEM-EDS, является конкретным численным значением, полученным в результате линейного анализа с помощью просвечивающего электронного микроскопа JEM-2100F производства JEOL Ltd., и EDS-анализатора JED-2300T производства JEOL Ltd., и введения полученных результатов в программу обработки EDS-данных (анализирующая станция) производства JEOL Ltd. для расчета. Конечно, измерение методами SEM-EDS и TEM-EDS не ограничено приведенными ниже примерами.
[0052] Сначала основной стальной лист, промежуточный слой и изоляционное покрытие идентифицируются следующим образом на основе результатов обследования COMPO-изображения и результатов количественного анализа методом SEM-EDS. А именно, когда имеется область, в которой содержание Fe составляет 80 ат.% или более, а содержание O составляет менее 30 ат.% в пределах погрешности измерения, а также линейный сегмент (толщина) на линии сканирования при линейном анализе, соответствующий этой области, составляет не менее 300 нм, эта область определяется как основной стальной лист, а области за исключением основного стального листа определяются как промежуточный слой и изоляционное покрытие.
[0053] В результате обследования области, исключающей идентифицированный выше основной стальной лист, оказалось, что имеется область, в которой содержание P составляет не менее 5 ат.%, и содержание O составляет 30 ат.% или более в пределах погрешности измерения, а также линейный сегмент (толщина) на линии сканирования при линейном анализе, соответствующий этой области, составляет не менее 300 нм, эта область определяется как изоляционное покрытию.
[0054] Когда вышеописанная область идентифицируется как изоляционное покрытие, выделения или включения, содержащиеся в пленке, не включаются в целевые показатели для определения, и область, которая удовлетворяет вышеописанным результатам количественного анализа в качестве матричной фазы, определяется как изоляционное покрытие. Например, когда из COMPO-изображения или результатов линейного анализа подтверждается, что на линии сканирования при линейном анализе присутствуют выделения или включения, определение выполняется на основе результатов количественного анализа в качестве матричной фазы без включения этой области в целевые показатели. Выделения или включения можно отличить от матричной фазы по контрасту на COMPO-изображении, их можно отличить от матричной фазы по количеству составляющих элементов, присутствующих в результатах количественного анализа.
[0055] Когда рассматривается область, не включающая основной стальной лист и изоляционное покрытие, идентифицированные выше, и соответствующий этой области линейный сегмент (толщина) на линии сканирования при линейном анализе составляет 300 нм или более, эта область определяется как промежуточный слой. Промежуточный слой может удовлетворять следующим условиям: среднее содержание Si 20 ат.% или больше и среднее содержание O 30 ат.% или больше как общее среднее (например, среднеарифметическое от атомных процентов каждого элемента, измеренных во всех точках измерения на линии сканирования). Результаты количественного анализа промежуточного слоя являются результатами количественного анализа матричной фазы, они не учитывают результаты анализа выделений или включений, содержащихся в промежуточном слое.
[0056] Далее, в области, определенной выше как изоляционное покрытие, область, в которой суммарное количество Fe, Cr, P и O составляет 70 ат.% или более, а содержание Si меньше 10 ат.% в пределах погрешности измерения, определяется как выделение.
[0057] Как будет описано позднее, кристаллическую структуру вышеописанного выделения можно идентифицировать из электронограммы.
2
2
7
2
2
7
[0058] Хотя в обычном изоляционном покрытии может присутствовать кристаллический оксид фосфора MPO, кристаллическая структура MPO (где M означает по меньшей мере один или оба элементов из Fe и Cr) может быть идентифицирована и дискриминирована на основе электронограммы.
[0059] Идентификация каждого слоя и измерение толщины с помощью вышеописанного изучения COMPO-изображения и количественного анализа методом SEM-EDS проводится в пяти или более точках с разными полями обзора. Среднеарифметическое значение рассчитывается из значений толщин слоев, полученных в общей сложности в пяти или более точках, исключая максимальное и минимальное значение, и это среднее значение используется в качестве толщины каждого из слоев. Однако, толщину оксидной пленки, которая является промежуточным слоем, измеряют в месте, в котором на основании анализа его морфологии можно установить, что это область внешнего окисления, а не область внутреннего окисления, и рассчитывают ее среднее значение. Таким способом можно измерить толщину (среднюю толщину) изоляционного покрытия и промежуточного слоя.
[0060] Если имеется слой, в котором линейный сегмент (толщина) линии сканирования при линейном анализе составляет менее 300 нм в по меньшей мере одном из описанных выше пяти или более полей обзора, соответствующий слой предпочтительно обследовать в деталях с помощью TEM, и идентификация соответствующего слоя и измерение толщины проводятся с использованием TEM.
[0061] Более конкретно, образец для испытаний, содержащий слой, подлежащий детальному обследованию с помощью TEM, вырезается путем обработки сфокусированным ионным  лучом (FIB) так, чтобы направление резки было параллельно направлению толщины листа (в частности, образец вырезается так, чтобы поверхность среза была параллельна направлению толщины листа и перпендикулярна направлению прокатки), и поперечная структура этой поверхности среза (изображение в светлом поле) наблюдается в сканирующий TEM (STEM) при увеличении, при котором соответствующий слой включен в поле обзора. Когда ни один из слоев не включен в поле обзора, поперечная структура обследуется во множестве непрерывных полей обзора.
[0062] Чтобы идентифицировать поперечную структуру каждый из слоев, проводится линейный анализ в направлении толщины листа с использованием TEM-EDS, а также выполняется количественный анализ химического состава каждого слоя. Элементами, подлежащими количественному анализу, являются пять элементов: Fe, Cr, P, Si и O.
[0063] Каждый из слоев идентифицируется, и толщина каждого из слоев измеряется на основании результатов наблюдения изображения в светлом поле с помощью TEM и результатов количественного анализа посредством TEM-EDS, описанных выше. Идентификации каждого из слоев и измерение толщины каждого слоя с использованием TEM могут выполняться в соответствии с описанным выше способом и с использованием SEM.
[0064] Если толщина каждого из слоев, идентифицированных TEM, меньше или равна 5 нм, с точки зрения пространственного разрешения предпочтительно использовать TEM, имеющий функцию коррекции сферической аберрации. Кроме того, если толщина каждого из слоев меньше или равна 5 нм, можно выполнить точечный анализ в направлении толщины листа с интервалами, например, 2 нм, измерить линейный сегмент (толщину) каждого слоя, и этот линейный сегмент можно принять за толщину каждого из слоев. Например, когда используется TEM, имеющий функцию коррекции сферической аберрации, EDS-анализ можно осуществить с пространственным разрешением около 0,2 нм.
[0065] Поскольку в вышеописанном способе идентификации каждого слоя сначала идентифицируется основной стальной лист на всей области, затем в оставшейся части идентифицируется изоляционное покрытие, и, наконец, оставшаяся часть определяется как промежуточный слой, а также идентифицируются выделения, в случае листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, который удовлетворяет конфигурации согласно настоящему варианту осуществления, во всей области отсутствуют неидентифицированные области, кроме вышеописанных слоев.
Изоляционное покрытие
2
[0066] Изоляционное покрытие представляет собой стекловидное изоляционное покрытие, образованное путем нанесения раствора, состоящего в основном из фосфата и коллоидного оксида кремния (SiO), на поверхность промежуточного слоя и его спекания. Это изоляционное покрытию может обеспечить высокое поверхностное натяжение базовому стальному листу. Изоляционное покрытие образует, например, самую внешнюю поверхность листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой.
[0067] Средняя толщина изоляционного покрытия предпочтительно составляет от 0,1 до 10 мкм. При средней толщине изоляционного покрытия менее 0,1 мкм нельзя улучшить адгезию изоляционного покрытия, и может быть сложным создать требуемое поверхностное натяжение у стального листа. Поэтому средняя толщина предпочтительно составляет в среднем 0,1 мкм или более, более предпочтительно не менее 0,5 мкм.
[0068] При средней толщине изоляционного покрытия более 10 мкм в изоляционном покрытии могут возникать трещины на этапе формирования изоляционного покрытия. Поэтому средняя толщина предпочтительно составляет 10 мкм или меньше, более предпочтительно в среднем 5 мкм или меньше.
[0069] Учитывая современные экологические проблемы, средняя концентрация Cr в химическом составе изоляционного покрытии предпочтительно ограничивается значениями менее 0,10 ат.%, более предпочтительно менее 0,05 ат.%.
Область деформации
[0070] Область деформации, образованная на базовом стальном листе, будет описана с обращением к фиг. 3 и 4.
На фиг. 3 схематически показан вид в сечении поверхности, параллельной направлению прокатки и направлению толщины листа, этот вид включает область D деформации, образованную на поверхности основного стального листа 1. Как показано на фиг. 3, промежуточный слой 4 находится в контакте с основным стальным листом 1, изоляционное покрытие 3 находится в контакте с промежуточным слоем 4, и на поверхности основного стального листа 1 образована область D деформации. Поскольку промежуточный слой 4 имеет меньшую толщину, чем другие слои, промежуточный слой 4 показан на фиг. 3 линией.
[0071] Здесь центр области деформации означает центр между концевыми участками области деформации в направлении прокатки, если рассматривать сечение поверхности, параллельной направлению прокатки и направлению толщины листа, и, например, если расстояние между концевыми участками области деформации в направлении прокатки составляет 40 мкм, центр области деформации находится на расстояние 20 мкм от каждого концевого участка. В сечении с фиг. 3 центр области деформации указан точкой C, находящейся на равном расстоянии от концевого участка e и концевого участка e’ области D деформации, образованной на базовом стальном листе.
[0072] В примере, показанном на фиг. 3, изоляционное покрытие на области D деформации, образованной в базовом стальном листе, представляет собой область A изоляционного покрытия 3, находящуюся между концевым участком e и концевым участком e’.
[0073] Концевой участок e или концевой участок e’ области D деформации, образованной на базовом стальном листе, как показано на фиг. 3, можно определить, например, по карте значений доверительного коэффициента (CI) дифракции обратно-рассеянных электронов (EBSD). То есть, поскольку кристаллическая решетка деформирована в области, где деформация накапливается вследствие облучения лазерным лучом или электронным лучом, значение CI отличается от значения в необлученной области. Таким образом, в процессе EBSD карта значений CI записывается, например, в области, включающей как облученную область, так и необлученную область, и области на карте разделяются на область, в которой значение CI больше или равно критическому значению, и область, в которой значение CI меньше критического значения, причем за критическое значение выбрано среднее арифметическое верхнего предела и нижнего предела (исключая погрешность измерения) значений CI на карте. Затем одна из областей определяется как область деформации (область облучения), а другая область определяется как область, отличная от области деформации (область без облучения). Таким способом можно идентифицировать область деформации.
[0074] На фиг. 4 схематически показано сечение поверхности, параллельной направлению прокатки и направлению толщины листа, оно представляет собой увеличенный вид области A, окруженной пунктирной линией на фиг. 3. На фиг. 4 показан участок, включающий центральную часть C области D деформации.
[0075] Центральная часть области деформации является областью, включающей центр области деформации и имеющий ширину 10 мкм в направлении прокатки. На фиг. 4 центральная часть C области D деформации показана окруженной прямой линией m и прямой линией m’. Прямая линия m и прямая линия m’ перпендикулярны направлению прокатки основного стального листа 1 и параллельны друг другу, они отделены друг от друга на 10 мкм. В примере с фиг. 4 расстояния от прямой линии m и прямой линии m’ до центра С области D деформации равны.
Более предпочтительно, положения центра области деформации и центра центральной части области деформации совпадают друг с другом в направлении прокатки.
[0076] Ширина области D деформации, представляющая собой расстояние между концевым участком e и концевым участком e’, предпочтительно больше или равна 10 мкм, более предпочтительно больше или равна 20 мкм. Ширина области D деформации предпочтительно меньше ли равна 500 мкм, более предпочтительно меньше или равна 100 мкм.
2
4
13
[0077] В листе электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления более предпочтительно, чтобы кристаллический оксид фосфора MPO присутствовал в изоляционном покрытии в центральной части области деформации. Здесь M означает по меньшей мере один или оба элемента Fe и Cr.
2
4
13
В примере, показанном на фиг. 4, выделение кристаллического оксида фосфора MPO присутствует в изоляционном покрытии 3 в центральной части C области D деформации. На фиг. 4 оно обозначено как область 5, содержащая выделение (далее называемая также "областью 5 кристаллического оксида фосфора"). Кроме того, вокруг области 5 кристаллического оксида фосфора с фиг. 4 имеется область 6, содержащая выделение аморфного оксида фосфора (далее называемая также "областью 6 аморфного оксида фосфора"). В изоляционном покрытии 3 области, отличные от области 5 кристаллического оксида фосфора и области 6 аморфного оксида фосфора, включают матричную фазу 7 или пустоты 8 изоляционного покрытия.
2
4
13
2
4
13
[0078] Область 5 кристаллического оксида фосфора может состоять только из выделений кристаллического оксида фосфора MPO, или может являться зоной, содержащей выделения кристаллического оксида фосфора MPO и другие выделения. Далее, область 6 может состоять только из выделений аморфного оксида фосфора или может являться зоной, содержащей выделения аморфного оксида фосфора и другие выделения.
2
4
13
2
4
13
2
4
13
2
4
13
[0079] Кристаллический оксид фосфора MPO в области 5 кристаллического оксида фосфора является, например, таким оксидом фосфора как FePO, или CrPO, или (Fe, Cr)PO. Область кристаллического оксида фосфора может быть образована вблизи поверхности изоляционного покрытия 3. Область 6 может быть образована вблизи промежуточного слоя 4 изоляционного покрытия 3.
[0080] Матричная фаза 7 изоляционного покрытия содержит P, Si и O в качестве компонентов композиции.
2
4
13
[0081] Выделения кристаллического оксида фосфора MPO, выделения аморфного оксида фосфора и т.п. можно дискриминировать путем анализа электронограммы.
2
4
13
2
2
7
Эта идентификация может быть проведена с использованием файла дифракции порошков (PDF) Международного центра дифракционных данных (ICDD). В частности, при наличии выделений кристаллического оксида фосфора MPO появляется дифракционная картина PDF: 01-084-1956, а в случае выделения MPO (это выделение присутствует в изоляционном покрытии, не облучавшемся лазерным лучом и электронным лучом) появляется дифракционная картина PDF: 00-048-0598. Когда выделение представляет собой аморфный оксид фосфора, дифракционная картина выглядит как гало.
2
4
13
[0082] В листе электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления, благодаря присутствию кристаллического оксида фосфора MPO в изоляционном покрытии в области деформации, хорошую адгезию изоляционного покрытия можно обеспечить, даже когда область деформации образована при плотности энергии, при которой можно получить хороший эффект снижения потерь в стали.
z
d
d
[0083] Если в листе электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления, как показано на фиг. 5, на виде в сечении области деформации в поверхности, параллельной направлению прокатки и направлению толщины листа, обозначить полную длину поля обзора как L, а сумму длин L всех пустот (в примере с фиг. 5 длины L1-L4) в направлении, ортогональном направлению толщины листа, как ΣL, то доля линейных сегментов X в области пустот, в которой присутствуют пустоты, определяется из следующего уравнения 1, более предпочтительно, доля линейных сегментов X меньше или равна 20%.
[0084]
d
z
X=(ΣL/L)×100,    (уравнение 1)
При такой конфигурации отслаивание изоляционного покрытия, начинающееся с пустот, подавляется, и может быть достигнут эффект улучшения адгезии изоляционного покрытия.
d
z
d
[0085] Длину L пустот можно идентифицировать следующим способом. Изоляционное покрытие, идентифицированное описанным выше способом, обследуется с помощью TEM (изображение в светлом поле). На изображении в светлом поле белая область представляет собой пустоту. Является ли белая область пустотой или нет, можно четко определить с помощью вышеописанного метода TEM-EDS. В поле обзора (вся длина L) область, которая представляет собой пустоту, и область, которая не является пустотой в изоляционном покрытии, переводятся в двоичную форму, а длины L пустот в направлении, ортогональном направлению толщины листа, можно полученные путем анализа изображений.
d
d
d
1
2
3
4
d
4
[0086] В примере с фиг. 5 сумма ΣL длин L пустот 8 равна ΣL=L+L+L+L. Как показано на фиг. 5, когда пустоты 8 перекрываются 8 в направлении толщины листа, в качестве длин пустот определяется значение, полученное вычитанием длины участка перекрывания из длины перекрывающихся пустот L. На фиг. 5 длина двух пустот 8, которые перекрываются, если смотреть в направлении толщины листа, равна L, что получается вычитанием длины перекрывания.
[0087] С точки зрения улучшения адгезии изоляционного покрытия доля X линейных сегментов более предпочтительно должна составлять 10% или меньше. Нижний предел доли X линейных сегментов особо не ограничивается и может составлять 0%.
При бинаризации изображения для осуществления анализа изображений изображение может быть преобразовано в двоичную форму вручную путем окрашивания пустот на рентгенограмме текстуры на основе вышеописанного результата распознавания пустот.
z
[0088] Поле обзора может представлять собой вышеописанную центральную часть области деформации. Таким образом, полная длина L поля обзора может быть установлена равной 10 мкм.
[0089] Для определения доли X линейных сегментов пустоты измеряют долю линейных сегментов пустот в трех точках одной и той же области деформации с интервалом 50 мм или больше в направлении, перпендикулярном направлению прокатки и направлению толщины основного стального листа, и за долю X линейных сегментов принимается среднеарифметическое значение долей линейных сегментов.
2
4
13
[0090] На фиг. 6 показан пример TEM-снимка сечения листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой (поверхность основного стального листа, параллельная направлению прокатки и направлению толщины листа), снятого в центральной части вышеописанной области деформации. На снимке с фиг. 6, пустоты 8 в изоляционном покрытии 3 показаны белым, а грубая черная область вблизи поверхности изоляционного покрытия 3 представляет собой область 6 аморфного оксида фосфора. Область 5 кристаллического оксида фосфора 5 и область 6 аморфного оксида фосфора можно видеть на базовом стальном листе 1 со стороны изоляционного покрытия 3. Черные участки представляют собой кристаллический оксид фосфора MPO и аморфный оксид фосфора. Остальное является матричной фазой изоляционного покрытия 3.
[0091] В листе электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления более предпочтительно, чтобы область D деформации в направлении, перпендикулярном плоской поверхности основного стального листа 1, была создана непрерывной или прерывистой. Непрерывность области D деформации означает, что область D деформации проходит на 5 мм или больше в направлении, пересекающем направление прокатки основного стального листа 1. Прерывистость области D деформации означает, что в направлении, пересекающем направление прокатки основного стального листа 1, образована точечная область D деформации или область D деформации в виде прерывистых линий длиной меньше или равной 5 мм.
При такой конфигурации можно достичь стабильного эффекта измельчения магнитных доменов.
[0092] В листе электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления более предпочтительно, чтобы доля области кристаллического оксида фосфора в изоляционном покрытии в центральной части, выраженная как доля площади в сечении плоскости, параллельной направлению прокатки и направлению толщины листа, составляла от 10% до 60%.
Доля площади предпочтительно составляет 20% или больше, более предпочтительно 30% или больше. Доля площади предпочтительно не превышает 50%, более предпочтительно не превышает 40%. При такой конфигурации можно достичь эффекта улучшения адгезии изоляционного покрытия.
2
4
13
[0093] Долю площади области кристаллического оксида фосфора в изоляционном покрытии центральной части можно рассчитать на основе анализа электронограмм путем идентификации выделений описанным выше способом и последующей идентификации кристаллического оксида фосфора MPO. Доля площади области кристаллического оксида фосфора в изоляционном покрытии центральной части представляет собой отношение полной площади сечения, занятой областью кристаллического оксида фосфора в этом сечении, к полной площади сечения изоляционного покрытия центральной части, включая выделения или пустоты. Площадь поперечного сечения может быть рассчитана путем анализа изображения или может быть рассчитана из снимков сечения.
[0094] В листе электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления более предпочтительно, чтобы доля площади области аморфного оксида фосфора в изоляционном покрытии центральной части составляла от 1% до 60% в сечении поверхности, параллельной направлению прокатки и направлению толщины листа.
При доле площади области аморфного оксида фосфора 1% или выше локальные деформации в изоляционном покрытии релаксируют. Далее, при доле площади области аморфного оксида фосфора 60% или меньше может быть получен эффект, при котором натяжение изоляционного покрытия не снижается.
Более предпочтительно, доля площади области аморфного оксида фосфора составляет не менее 5%, и более предпочтительно доля площади области аморфного оксида фосфора не превышает 40%. Долю площади области аморфного оксида фосфора в изоляционном покрытии центральной части можно измерить тем же способом, что и долю площади области кристаллического оксида фосфора в изоляционном покрытии центральной части.
[0095] Как описано выше, в описанном сечении область D деформации в базовом стальном листе 1 листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления можно опознать по карте значений доверительного коэффициента (CI) при дифракции обратно-рассеянных электронов (EBSD).
[0096] Что касается листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления, компонентный состав основного стального листа особо не ограничивается. Однако, поскольку лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой производят посредством разных процессов, существуют компонентные составы заготовки стального материала (слябов) и базовых стальных листов, которые предпочтительны для производства листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления. Такие компонентные составы будет описаны ниже.
Ниже проценты, относящиеся к компонентному составу заготовки стального материала и основного стального листа, означает весовые проценты от полного веса заготовки стального материала или основного стального листа.
[0097]
Компонентный состав основного стального листа
Основной стальной лист в листе электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления содержит, например, 0,8% до 7,0% Si и ограничен 0,005% или менее C, 0,005% или менее N, суммарным количеством S и Se: 0,005% или меньше, 0,005% или меньше кислоторастворимого Al, остальное составляют Fe и примеси.
Si: от 0,8% до 7,0%
[0098]
Кремний (Si) повышает электрическое сопротивление листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой и снижает потери в стали. Нижний предел содержания Si предпочтительно составляет 0,8% или более, более предпочтительно 2,0% или более. С другой стороны, если содержание Si превышает 7,0%, магнитная индукция насыщения основного стального листа снижается, и может быть затруднительным уменьшить размер стального сердечника. Поэтому верхний предел содержания Si предпочтительно составляет 7,0% или меньше.
C: 0,005% или меньше
[0099]
Поскольку углерод (C) образует соединение в базовом стальном листе и ухудшает потери в стали, его количество предпочтительно следует уменьшить. Содержание C предпочтительно ограничивается значением 0,005% или меньше. Верхний предел содержания C составляет предпочтительно 0,004% или меньше, более предпочтительно 0,003% или меньше. Поскольку более предпочтительно уменьшить количество C, нижний предел включает 0%. Однако, когда количество C снижается до менее 0,0001%, стоимость производства значительно возрастет. Таким образом, 0,0001% является практическим нижним пределом для производства.
N: 0,005% или меньше
[0100]
Поскольку азот (N) образует соединение в базовом стальном листе и ухудшает потери в стали, его количество предпочтительно следует уменьшить. Содержание N предпочтительно ограничивается значением 0,005% или меньше. Верхний предел содержания N составляет предпочтительно 0,004% или меньше, более предпочтительно 0,003% или меньше. Поскольку более предпочтительно уменьшить количество N, нижний предел может быть равен 0%.
Суммарное количество S и Se: 0,005% или меньше
[0101]
Поскольку сера (S) и селен (Se) образуют соединения в базовом стальном листе и ухудшают потери в стали, их количество предпочтительно следует уменьшить. Полное содержание одного или обоих из S и Se предпочтительно ограничивается значением 0,005% или меньше. Суммарное количество S и Se предпочтительно составляет 0,004% или меньше, более предпочтительно 0,003% или меньше. Поскольку более предпочтительно уменьшить количество S и Se, нижний предел может быть равен 0%.
Кислоторастворимый Al: 0,005% или меньше
[0102]
Поскольку кислоторастворимый Al (кислоторастворимый алюминий) образует соединение в базовом стальном листе и ухудшает потери в стали, его количество предпочтительно следует уменьшить. Содержание кислоторастворимого Al предпочтительно составляет 0,005% или меньше. Предпочтительно, содержание кислоторастворимого Al составляет 0,004% или меньше, более предпочтительно 0,003% или меньше. Поскольку более предпочтительно уменьшить количество кислоторастворимого Al, нижний предел может быть равен 0%.
[0103] Остальная часть компонентного состава основного стального листа состоит из Fe и примесей. "Примеси" относятся к примесям, попавшим из руды, лома, использующихся в качестве сырья, производственной среды и т.п. в промышленном производстве стали.
[0104] Кроме того, основной стальной лист листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления может содержать по меньшей мере один элемент, выбранный, например, из таких элементов как Mn (марганец), Bi (висмут), B (бор), Ti (титан), Nb (ниобий), V (ванадий), Sn (олово), Sb (сурьма), Cr (хром), Cu (медь), P (фосфор), Ni (никель) и Mo (молибден) в качестве элемента выбора вместо части Fe как остальной части состава, в содержании, которое не ухудшает характеристики листа.
[0105] Количество вышеописанного необязательного элемента может быть, например, следующим. Нижний предел элемента выбора особо не ограничивается и может быть равным 0%. Далее, даже если необязательный элемент содержится как примесь, эффект листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления не ухудшается.
Mn: от 0% до 1,00%,
Bi: 0% до 0,010%,
B: 0% до 0,008%,
Ti: 0% до 0,015%,
Nb: 0% до 0,20%,
V: 0% до 0,15%,
Sn: 0% до 0,30%,
Sb: 0% до 0,30%,
Cr: 0% до 0,30%,
Cu: 0% до 0,40%,
P: 0% до 0,50%,
Ni: 0% до 1,00% и
Mo: 0% до 0,10%.
[0106] Описанный выше химический состав основного стального листа можно измерить обычным аналитическим методом. Например, стальной компонент можно измерить методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-AES). C и S можно измерить с использованием метода инфракрасной абсорбционной спектроскопии после сжигания пробы в печи, N можно измерить с использованием способа теплопроводности плавки в атмосфере инертного газа, и O можно измерить способом недисперсионной инфракрасной спектроскопии плавки в атмосфере инертного газа.
[0107] Основной стальной лист листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления предпочтительно имеет текстуру кристаллического зерна, развитую в ориентации {110} <001>. Ориентация {110} <001> означает кристаллографическую ориентацию (ориентацию Госса), при которой поверхность {110} выровнена параллельно поверхности стального листа, а ось <100> выровнена в направлении прокатки. Магнитные свойства листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой можно с успехом улучшить путем установки кристаллографической ориентации основного стального листа в ориентации Госса.
[0108] Текстуру описанного выше листа кремнистой стали можно определить методами общего анализа. Например, ее можно определить методом рентгеновской дифракции (метод Лауэ). Согласно методу Лауэ, стальной лист облучают вертикально  лучом рентгеновских лучей и анализируют прошедшие или отраженные дифракционные пятна. Кристаллографическую ориентацию в месте, которое облучается рентгеновскими лучами, можно идентифицировать по анализу дифракционных пятен. Когда дифракционные пятна анализируются во множестве мест путем изменения положения облучения, можно измерить распределение ориентации кристаллов в каждом из положений облучения. Метод Лауэ подходит для измерения кристаллической ориентации металлической структуры, содержащей крупные зерна.
Способ получения листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой
[0109]
Далее будет описан способ получения листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему изобретению. Способ получения листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления не ограничен следующим способом. Следующий способ получения является примером получения листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления.
Лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления можно получить путем формирования промежуточного слоя на базовом стальном листе как исходном материале, образование пленки форстерита на котором подавляется во время окончательного отжига, или у которого пленка форстерита удаляется после окончательного отжига, формирования изоляционного покрытия и затем формирования области деформации.
[0110] Способ получения листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления включает операцию формирования области деформации путем облучения лазерным лучом или электронным лучом листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, содержащего основной стальной лист, промежуточный слой, находящийся в контакте с основным стальным листом, и изоляционное покрытие, находящееся в контакте с промежуточным слоем, и формирование области деформации, проходящей в направлении, пересекающем направление прокатки, на поверхности основного стального листа.
В процессе формирования области деформации в способе получения листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления температуру центральной части области деформации в направлении прокатки и в направлении прохождения области деформации повышают до значения в интервале от 900°C до 1500°C.
2
4
13
[0111] В процессе формирования области деформации кристаллический оксид фосфора MPO будет стабильно образовываться, если установить температуру центральной части области деформации в направлении прокатки и в направлении прохождения области деформации на уровне 900°C или выше. Далее, если установить температуру центральной части области деформации на уровне 1500°C или ниже, область деформации можно образовать без отрицательного влияния на основной стальной лист.
[0112] Способ получения листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления включает:
(a) отжиг основного стального листа, с которого пленка неорганического минерального вещества, такого как форстерит, образованная при окончательном отжиге, удаляется путем травления, шлифования или подобного, или
(b) отжиг основного стального листа, образование в котором вышеописанной пленки неорганического минерального вещества предотвращается во время финишного отжига,
(c) формирование промежуточного слоя на поверхности основного стального листа путем вышеописанного отжига (термообработка в атмосфере с контролируемой точкой росы) и
(d) нанесение на промежуточный слой раствора, образующего изоляционное покрытие, состоящего в основном из фосфата и коллоидного оксида кремния, и запекание (отверждение нагревом).
В некоторых случаях отжиг после финишного отжига можно не проводить, и промежуточный слой и изоляционное покрытие можно образовать одновременно путем нанесения раствора изоляционного покрытия на поверхность основного стального листа после финишного отжига, а затем выполнить отжиг.
Лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, содержащий основной стальной лист, промежуточный слой, находящийся в контакте с основным стальным листом, и, в качестве внешней поверхности, изоляционное покрытие, находящееся в контакте с промежуточным слоем, можно изготовить описанным выше способом получения.
[0113] Основной стальной лист получают, например, следующим образом.
Заготовку кремнистой стали, содержащей от 0,8 до 7,0 вес.% Si, предпочтительно заготовку кремнистой стали, содержащей от 2,0 до 7,0 вес.% Si, подвергают горячей прокатке, стальной лист после горячей прокатки при необходимости отжигают, и затем отожженный стальной лист подвергают горячей прокатке один, два или более раз с промежуточным отжигом между проходами прокатки, чтобы получить стальной лист с окончательной толщиной. Далее, наряду с обезуглероживанием, первичной рекристаллизации способствует обезуглероживающий отжиг стального листа, имеющего окончательную толщину, и на поверхности стального листа образуется оксидный слой.
2
4
[0114] Затем отжиговый сепаратор, содержащий оксид магния в качестве основного компонента, наносят на поверхность стального листа, имеющего оксидный слой, и сушат, после сушки стальной лист сматывают в рулон. Затем рулонный лист стали подвергают окончательному отжигу (вторичная рекристаллизация). Во время окончательного отжига на поверхности стального листа образуется пленка форстерита, состоящая в основном из форстерита (MgSiO). Эту пленку форстерита удаляют путем травления, шлифования или подобного. После удаления пленки поверхность стального листа предпочтительно сглаживают путем химического полирования или электролитического полирования.
[0115] С другой стороны, в качестве вышеописанного отжигового сепаратора можно использовать отжиговый сепаратор, содержащий в качестве основного компонента оксид алюминия, а не оксид магния. Отжиговый сепаратор, содержащий оксид алюминия в качестве основного компонента, наносят на поверхность стального листа, имеющего оксидный слой, и сушат, а после сушки стальной лист сматывают в рулон. Затем рулонный стальной лист подвергают окончательному отжигу (вторичная рекристаллизация). Когда используется отжиговый сепаратор, содержащий в качестве основного компонента оксид алюминия, то образование пленки неорганического минерального вещества, такого как форстерит, на поверхности стального листа подавляется, даже когда проводится окончательный отжиг. После окончательного отжига поверхность стального листа предпочтительно сглаживают путем химического полирования или электролитического полирования.
[0116] Основной стальной лист, с которого пленка неорганического минерала, такого как форстерит, была удалена, или основной стальной лист, в котором предотвращено образование пленки неорганического минерального вещества, такого как форстерит, отжигается в газовой атмосфере, имеющей контролируемую точку росы, чтобы образовать промежуточный слой, состоящий в основном из оксида кремния, на поверхности основного стального листа. В некоторых случаях можно не проводить отжиг после окончательного отжига, и изоляционное покрытие можно сформировать на поверхности основного стального листа после окончательного отжига.
[0117] Атмосфера отжига предпочтительно является восстановительной атмосферой, чтобы внутренняя часть стального листа не окислялась, и особенно предпочтительно является атмосферой азота в смеси с водородом. Например, предпочтительной является атмосфера, в которой отношение водород:азот составляет от 80:20 до 20:80 (в сумме 100%), и точка росы составляет от-20° до 2°C.
[0118] Толщина промежуточного слоя контролируется путем надлежащего подбора температуры отжига, времени выдерживания и одной или более точек росы атмосферы отжига. Толщина промежуточного слоя предпочтительно составляет в среднем от 2 до 400 нм для обеспечения адгезии изоляционного покрытия. Более предпочтительно, толщина составляет от 5 до 300 нм.
[0119] Затем на промежуточный слой наносят раствор для образования изоляционного покрытия, состоящего в основном из фосфата и коллоидного оксида кремния, и спекают, в результате получают лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, содержащий основной стальной лист, промежуточный слой, находящийся в контакте с основным стальным листом, и изоляционное покрытие, находящееся в контакте с промежуточным слоем. В этом случае изоляционное покрытие может образовывать самую внешнюю поверхность листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой.
[0120] Далее, лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, полученный вышеописанными операциями, облучают лазерным лучом или электронным лучом, чтобы образовать область деформации, которая проходит в направлении, пересекающем направление прокатки, на поверхности основного стального листа.
[0121] В процессе формирования области деформации облучение лазерным лучом или электронным лучом происходит так, чтобы установить температуру центральной части области деформации в направлении прокатки и направлении прохождения области деформации в интервале от 900°C до 1500°C. Температура центральной части области деформации более предпочтительно больше или равна 1100°C, и температура центральной части области деформации более предпочтительно меньше или равна 1420°C.
[0122] Как описано выше, в настоящем варианте осуществления участки растягивающих напряжений (области деформации), которые простираются в направлении, пересекающем направление прокатки, формируют через заданные интервалы в направлении прокатки путем облучения листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой лазерным лучом или электронным лучом. Центральная часть области деформации в направлении прокатки представляет собой описанную выше область, включающую центр области деформации. Когда лазерный луч или электронный луч облучает прерывисто, например, точечно в направлении, пересекающем направление прокатки, центральная часть области деформации в направлении прохождения области деформации является областью, включающей среднюю точку (то есть центр) линейного сегмента и соединяющей концевые участки в направлении области прохождения области деформации с получением непрерывной области деформации на каждом точечном участке облучения, и является областью, имеющей ширину 10 мкм в направление прохождения области деформации, отсчитываемую от средней точки (центра). Когда лазерный луч или электронный луч облучает непрерывно (то есть без разрывов от одного концевого участка до другого концевого участка листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой в направлении ширины), то поскольку во всех точках возникает одинаковая деформация, все участки анализируются как центральная часть области деформации (центральная часть области деформации в направлении прохождения области деформации). Таким образом, область, соответствующая как центральной части области деформации в направлении прокатки, так и центральной части области деформации в направление прохождения области деформации, нагревают до температуры в интервале от 900°C до 1500°C.
2
2
2
[0123] Что касается условий облучения лазерным лучом в процессе образования области деформации, плотность энергии лазерного излучения на единицу площади предпочтительно составляет от 0,8 до 6,5 мДж/мм. Более предпочтительно, плотность энергии лазерного излучения на единицу площади больше или равна 1,0 мДж/мм и более предпочтительно меньше или равна 4,0 мДж/мм.
[0124] Ширина луча излучения предпочтительно составляет от 10 до 500 мкм. Более предпочтительно, ширина луча излучения больше или равна 20 мкм и более предпочтительно меньше или равна 100 мкм.
[0125] Интервал излучения лазерного луча в процессе образования области деформации предпочтительно составляет от 1 мм до 20 мм. Более предпочтительно, интервал излучения лазерного луча больше или равен 2 мм и более предпочтительно меньше или равен 10 мм.
[0126] Продолжительность облучения лазерным лучом в процессе образования области деформации предпочтительно составляет от 5 до 200 мкс.
2
4
13
2
4
13
2
4
13
2
4
13
[0127] Долю X линейных сегментов пустот, распределение кристаллического оксида фосфора MPO (наличие или отсутствие MPO, доля площади и т.п.) в изоляционном покрытии в центральной части области деформации, среднюю толщину промежуточного слоя в центральной части области деформации и т.д. можно регулировать путем подбора условий лазерного облучения. Условия лазерного излучения влияют друг на друга сложным образом, так что это нельзя объяснить в двух словах, но, например, долю X линейных сегментов пустот можно регулировать температурой центральной части области деформации в направлении прокатки и направлении прохождения области деформации. С повышением температуры доля X линейных сегментов пустот обычно увеличивается. Однако, на долю X линейных сегментов можно влиять плотностью энергии лазерного излучения на единицу площади, шириной луча излучения и т.п. Далее, наличие или отсутствие кристаллического оксида фосфора MPO в изоляционном покрытии центральной части области деформации можно устанавливать через ширину луча излучения или подобного. Долю площади кристаллического оксида фосфора MPO можно регулировать, кроме ширины луча излучения, температурой центральной части области деформации в направлении прокатки и направлении прохождения области деформации. Среднюю толщину промежуточного слоя в центральной части области деформации можно регулировать через температуру центральной части области деформации в направлении прокатки и направлении прохождения области деформации. При повышении температуры центральной части области деформации в направлении прокатки и направление прохождения области деформации средняя толщина промежуточного слоя в центральной части области деформации обычно увеличивается. Однако она имеет тенденцию к уменьшению с образованием пустот.
[0128] Каждый из слоев листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой согласно настоящему варианту осуществления обследуется и измеряется следующим образом.
[0129] Из листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой вырезается образец, и структура покрытия образца обследуется в сканирующем электронном микроскопе или просвечивающем электронном микроскопе.
[0130] В частности, во-первых, образец вырезается так, чтобы направление резки было параллельно направлению толщины листа (более подробно, образец вырезается так, чтобы поверхность среза была параллельна направлению толщины листа и перпендикулярна направлению прокатки), и поперечная структура поверхности среза обследуется в SEM при увеличении, при котором каждый из слоев включен в поле обзора. Сколько слоев включает в себя поперечная структура, можно понять, анализируя композиционное изображение в обратно-рассеянных электронах (COMPO-изображение).
[0131] Чтобы идентифицировать каждый слой поперечной структуры, проводится линейный анализ в направлении толщины листа с использованием метода энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (SEM-EDS), и проводится количественный анализ химического состава каждого слоя.
Элементами, подлежащими количественному анализу, являются пять элементов Fe, Cr, P, Si и О. Используемое ниже сокращение "ат.%" является не абсолютным значением в атомных процентах, а является относительным значением, рассчитанным на основе интенсивности рентгеновского излучения, соответствующей этим пяти элементам. Далее конкретные числовые значения приводятся для случая, когда относительные значения рассчитаны при использовании вышеописанного устройства или подобного.
[0132] Сначала основной стальной лист, промежуточный слой и изоляционное покрытие идентифицируются следующим образом на основе результатов обследования COMPO-изображения и результатов количественного анализа методом SEM-EDS. А именно, когда имеется область, в которой содержание Fe составляет 80 ат.% или более, а содержание O составляет менее 30 ат.% в пределах погрешности измерения, а также соответствующий этой области линейный сегмент (толщина) на линии сканирования при линейном анализе составляет не менее 300 нм, эта область определяется как основной стальной лист, а области за исключением основного стального листа определяются как промежуточный слой и изоляционное покрытие.
[0133] Когда в результате обследования области, исключающей идентифицированный выше основной стальной лист, имеется область, в которой содержание P составляет не менее 5 ат.%, и содержание O составляет 30 ат.% или более в пределах погрешности измерения, а также соответствующий этой области линейный сегмент (толщина) на линии сканирования при линейном анализе составляет не менее 300 нм, эта область определяется как изоляционное покрытие.
[0134] Когда вышеописанная область идентифицируется как изоляционное покрытие, выделения или включения, содержащиеся в пленке, не учитываются при идентификации, и область, которая удовлетворяет вышеописанным результатам количественного анализа в качестве матричной фазы, определяется как изоляционное покрытие. Например, когда из COMPO-изображения или результатов линейного анализа подтверждается, что выделения или включения присутствуют на линии сканирования линейного анализа, определение выполняется на основе результатов количественного анализа в качестве матричной фазы без учета этой области в целевые показатели. Выделения или включения можно отличить от матричной фазы по контрасту на COMPO-изображении, их можно отличить от матричной фазы по количеству составляющих элементов, присутствующих в результатах количественного анализа.
[0135] Когда имеется область, исключающая основной стальной лист и изоляционное покрытие, идентифицированные выше, и соответствующий этой области линейный сегмент (толщина) на линии сканирования линейного анализа составляет 300 нм или более, эта область определяется как промежуточный слой. Промежуточный слой может удовлетворять следующим условиям: среднее содержание Si 20 ат.% или больше и среднее содержание O 30 ат.% или больше как общее среднее (например, среднеарифметическое от атомных процентов каждого элемента, измеренных в точках измерения на линии сканирования). Результаты количественного анализа промежуточного слоя являются результатами его количественного анализа как матричной фазы, которые не включают результаты анализа выделений или включений, содержащихся в промежуточном слое.
[0136] Далее, в области, определенной выше как изоляционное покрытие, зона, в которой суммарное количество Fe, Cr, P и O составляет 70 ат.% или более, а содержание Si менее 10 ат.% в пределах погрешности измерения, определяется как выделение.
[0137] Как описано выше, кристаллическую структуру вышеописанного выделения можно идентифицировать из электронограммы.
2
2
7
2
2
7
[0138] Хотя в обычном изоляционном покрытии может присутствовать MPO, кристаллическая структура MPO (где M означает по меньшей мере один или оба из элементов Fe и Cr) может быть идентифицирована и дискриминирована из электронограммы (дифракционной картины, образующейся при рассеянии электронов).
[0139] Идентификация каждого слоя и измерение толщины путем вышеописанного обследования COMPO-изображения и количественного анализа методом SEM-EDS проводится в пяти или более точках с разными полями обзора. Среднеарифметическое значение рассчитывается из значений толщин слоев, полученных в общей сложности в пяти или более точках, исключая максимальное и минимальное значение, и это среднее значение используется в качестве толщины каждого из слоев. Однако, предпочтительно толщину оксидной пленки, которая является промежуточным слоем, измерять в месте, в котором на основании анализа его морфологии можно установить, что это область внешнего окисления, а не область внутреннего окисления, и рассчитать ее среднее значение.
[0140] Если имеется слой, в котором линейный сегмент (толщина) линии сканирования при линейном анализе составляет менее 300 нм в по меньшей мере одном из описанных выше пяти или более полей обзора, соответствующий слой обследуется в деталях с помощью TEM, и идентификация соответствующего слоя и измерение толщины проводятся с использованием TEM.
[0141] Более конкретно, образец для испытаний, содержащий слой, подлежащий детальному обследованию с помощью TEM, вырезается путем обработки сфокусированным ионным лучом (FIB) так, чтобы направление резки было параллельно направлению толщины листа (в частности, образец вырезается так, чтобы поверхность среза была параллельна направлению толщины листа и перпендикулярна направлению прокатки), и поперечная структура этой поверхности среза (изображение в светлом поле) наблюдается в сканирующий TEM (STEM) с увеличением, при котором соответствующий слой включен в поле обзора. Когда ни один из слоев не включен в поле обзора, поперечная структура наблюдается во множестве непрерывных полей обзора.
[0142] Чтобы идентифицировать поперечную структуру каждого слоя, проводится линейный анализ в направлении толщины листа с использованием TEM-EDS, а также выполняется количественный анализ химического состава каждого из слоев. Элементами, подлежащими количественному анализу, являются пять элементов: Fe, Cr, P, Si и O.
[0143] Идентифицируется каждый из слоев, и толщина каждого из слоев измеряется на основании результатов обследования изображения в светлом поле с помощью TEM и результатов количественного анализа TEM-EDS, описанных выше. Операция идентификации каждого из слоев и операция измерения толщины каждого слоя с использованием TEM могут выполняться в соответствии с описанным выше способом с использованием TEM.
[0144] В частности, область, в которой содержание Fe составляет не менее 80 ат.%, а содержание O меньше 30 ат.% в пределах погрешности измерений, определяется как основной стальной лист, а области за исключением основного стального листа определяются как промежуточный слой и изоляционное покрытие.
[0145] В области, не включающей основной стальной лист, определенный выше, область, в которой содержание P составляет не менее 5 ат.%, а содержание O не менее 30 ат.%, в пределах погрешности измерения, определяется как изоляционное покрытию. Когда идентифицируется вышеописанная область, которая является изоляционным покрытием, выделения или включения, содержащиеся в изоляционном покрытии, не включаются в целевые показатели для идентификации, и область, которая удовлетворяет вышеуказанному результату количественного анализа как матричная фаза, определяется как изоляционное покрытие.
[0146] Область, не включающая основной стальной лист и указанное выше изоляционное покрытие, определяется как промежуточный слой. Промежуточный слой может удовлетворять условиям: среднее содержание Si 20 ат.% или выше и среднее содержание O 30 ат.% или выше в среднем для всего промежуточного слоя. Вышеописанные результаты количественного анализа промежуточного слоя не включают результатов анализа выделений или включений, содержащихся в промежуточном слое, и представляют собой результаты его количественного анализа как матричной фазы.
[0147] Далее, в области, определенной выше как изоляционное покрытие, область, в которой суммарное количество Fe, Cr, P и O составляет 70 ат.% или выше, а содержание Si меньше 10 ат.% в пределах погрешности измерений, определяется как выделения. Как описано выше, кристаллическая структура выделения может быть идентифицирована из электронограммы.
[0148] Для идентифицированных выше промежуточного слоя и изоляционного покрытия измеряли линейный сегмент (толщину) на кривой сканирования вышеописанного линейного анализа. Если толщина каждого из слоев меньше или равна 5 нм, с точки зрения пространственного разрешения предпочтительно использовать TEM, имеющий функцию коррекции сферической аберрации. Кроме того, если толщина каждого из слоев меньше или равна 5 нм, точечный анализ можно выполнить в направлении толщины листа с интервалами, например, 2 нм, измерить линейный сегмент (толщину) каждого слоя, и этот линейный сегмент можно принять за толщину каждого из слоев. Например, когда используется TEM, имеющий функцию коррекции сферической аберрации, EDS-анализ можно выполнить с пространственным разрешением около 0,2 нм.
[0149] Наблюдение и измерение с помощью TEM проводились в пяти или более точках с разными полями обзора, среднее арифметическое значение рассчитывалось из значений, полученных путем исключения максимального и минимального значений из результатов измерения, полученных в пяти или более точках в целом, и среднее значение принималось за среднюю толщину соответствующего слоя.
2
4
13
[0150] Поскольку в листе электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, согласно вышеописанному варианту осуществления, промежуточный слой находится в контакте с основным стальным листом, а изоляционное покрытие находится в контакте с промежуточный слоем, то когда каждый из слоев идентифицируется в соответствии с вышеописанными стандартами определения, другие слои, кроме основного стального листа, промежуточного слоя и изоляционного покрытия, отсутствуют. Однако вышеописанные область кристаллического оксида фосфора MPO или область аморфного оксида фосфора могут присутствовать в форме слоя.
[0151] Кроме того, вышеописанные количества Fe, P, Si, O, Cr и т.п., содержащихся в базовом стальном листе, промежуточном слое и изоляционном покрытии, являются стандартами определения для идентификации основного стального листа, промежуточного слоя и изоляционного покрытия и определения их толщин.
[0152] Когда измеряется адгезия изоляционного покрытия листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой по вышеописанному варианту осуществления, это можно реализовать путем испытания на прочность адгезии при изгибе. В частности, образец для испытаний в форме плоского листа размером 80 мм х 80 мм наматывают на круглый стержень диаметром 20 мм, а затем вытягивают до плоского состояния. Затем измеряется площадь изоляционного покрытия, которое не отслаивается от листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, и значение, полученное путем деления площади, которая не отслоилась, на площадь стального листа определяется как остаточная доля площади покрытия (%) для оценки адгезии изоляционного покрытия. Например, ее можно рассчитать, поместив на образец прозрачную пленку с масштабом сетки 1 мм и измерив площадь изоляционного покрытия, которое не отслоилось.
17/50
[0153] Потери в стали (W) листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой измеряли в условиях переменного тока частотой 50 Гц и плотности индуцированного магнитного потока 1,7 Тл.
Примеры
[0154] Хотя далее эффект одного аспекта настоящего изобретения будет описан более подробно на примерах, условия в примерах являются лишь одним из примеров условий, подходящих для подтверждения осуществимости и эффекта настоящего изобретения, и настоящее изобретение не ограничено этим одним примером условий.
В настоящем изобретении могут быть приняты различные условия, не выходящие за объем и существо настоящего изобретения, если только цель настоящего изобретения достигается.
[0155] Стальные заготовки, имеющие компонентный состав, указанный в таблице 1, выдерживали 60 минут при 1150°C и затем подвергали горячей прокатке для получения горячекатаного стального листа толщиной 2,3 мм. Затем горячекатаный стальной лист подвергали отжигу горячей полосы, при котором его выдерживали 200 секунд при 1120°C, немедленно охлаждали, выдерживали 120 секунд при 900°C и затем быстро охлаждали. Стальной лист, отожженный в горячей полосе, протравливали и затем подвергали холодной прокатке с получением холоднокатаного стального листа с конечной толщиной листа 0,23 мм.
Таблица 1
[0156]
Стальная деталь
Компонентный состав (вес.%)
Si
C
Al
Mn
S
N
A
3,25
0,052
0,029
0,110
0,007
0,008
[0157] Этот холоднокатаный стальной лист (далее называемый просто "стальным листом") подвергали обезуглероживающему отжигу, при котором он выдерживался в атмосфере 75% водорода и 25% азота при 850°C в течение 180 секунд. После обезуглероживающего отжига стальной лист подвергали азотирующему отжигу, при котором его выдерживали в смешанной атмосфере водорода, азота и аммиака при 750°C в течение 30 секунд, чтобы довести содержание азота в стальном листе до 230 ppm.
[0158] Отжиговый сепаратор, содержащий оксид алюминия в качестве главного компонента, наносили на стальной лист после азотирующего отжига, затем стальной лист нагревали до 1200°C со скоростью нагрева 15°C/ч в смешанной атмосфере водорода и азота для окончательного отжига. Затем стальной лист подвергали очистительному отжигу, который проводился 20 часов при 1200°C в атмосфере водорода. Затем стальной лист остывал естественным образом с получением основного стального листа с гладкой поверхностью.
2
2
[0159] Полученный основной стальной лист отжигали в следующих условиях: атмосфера 25% N+75% H, точка росы: -2°C, 950°C, 240 секунд, и на поверхности основного стального листа создавался промежуточный слой со средней толщиной 9 нм.
[0160] Изоляционное покрытие создавали, нанося раствор, состоящий в основном из фосфата и коллоидного оксида кремния, на поверхность основного стального листа, на котором был сформирован промежуточный слой, и затем проводя запекание.
[0161] Далее, область деформации формировали в различных условиях, указанных в таблице 2. В таблице 2 "температура центральной части области деформации" означает температуру центральной части области деформации в направлении прокатки основного стального листа и в направление прохождения области деформации. "Ширина луча излучения" означает ширину луча в направлении прокатки основного стального листа.
Таблица 2
[0162]
Формирование области деформации
температура центральной части области деформации(°)
плотность мощности(мДж/мм<sup>2</sup>)
продолжительность излучения(мкс)
ширина луча излучения(мкм)
интервал излучения(мм)
Пример 1
1140
2,8
45
100
4
Пример 2
1210
3,3
45
100
4
Пример 3
1410
6,5
45
100
3
Пример 4
900
2,2
12
50
1
Пример 5
1020
2,2
23
50
2
Пример 6
1140
2,2
34
50
3
Пример 7
1260
2,2
45
50
4
Пример 8
1380
2,2
56
50
5
Пример 9
1500
2,2
67
50
6
Пример 10
960
1,1
17
50
3
Пример 11
1320
3,3
17
50
3
Пример 12
1410
3,9
17
50
3
Пример 13
1380
3,7
186
50
3
Пример 14
1320
3,3
6
50
3
Пример 15
1480
2,2
42
20
2
Пример 16
910
4,5
63
500
5
Пример 17
1430
1,7
17
100
12
Ср.пример 1
<u>830</u>
0,4
45
100
4
Ср.пример 2
<u>870</u>
0,7
45
100
4
Ср.пример 3
<u>1640</u>
8,9
45
100
3
Ср.пример 4
<u>1830</u>
6,7
28
50
3
[0163] Исходя из вышеописанных наблюдений и способа измерения, из листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, на котором было образовано изоляционное покрытие, вырезали образец для испытаний, структуру образца исследовании в сканирующий электронный микроскоп (SEM) или просвечивающий электронный микроскоп (TEM), идентифицировали центральную часть области деформации и измеряли толщину промежуточного слоя и толщину изоляционного покрытия. Кроме того, идентифицировали выделения. Конкретный способ описан выше.
2
4
13
2
4
13
2
4
13
2
4
13
Таблица 3 показывает результаты по определению присутствия или отсутствия кристаллического оксида фосфора MPO в изоляционном покрытии в области деформации. "Относительная толщина промежуточного слоя в центральной части области деформации" в таблице 3 означает отношение средней толщины промежуточного слоя в центральной части области деформации к средней толщине промежуточного слоя в других местах, кроме области деформации. Как можно видеть из таблицы 3, в листе электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, произведенной способом получения по настоящему варианту осуществления, кристаллический оксид фосфора MPO присутствует в изоляционном покрытии в области деформации. С другой стороны, в сравнительных примерах 1 и 2 кристаллический оксид фосфора MPO в изоляционном покрытии отсутствовал. Кроме того, измеряли долю площади выделений, долю X линейных сегментов в области пустот и относительную толщину промежуточного слоя, которые все оказались равными 0. В сравнительных примерах 3 и 4 поверхность основного материала центральной части области деформации расплавилась, и изоляционное покрытие отслоилось после облучения лазерным лучом, поэтому присутствие кристаллического оксида фосфора MPO подтвердить было невозможно. Кроме того, нельзя было измерить долю площади выделений, долю X линейных сегментов в области пустот и относительную толщину промежуточного слоя.
Таблица 3
[0164]
Наличие или отсутствие оксида фосфора (M<sub>2</sub>P<sub>4</sub>O<sub>13</sub>)
Доля площади выделений(%)
доля линейных сегментов в области пустот (%)
относительная толщина промежуточного слоя
M<sub>2</sub>P<sub>4</sub>O<sub>13</sub> в центральной части области деформации
аморфный оксид фосфора в центральной части области деформации
доля X линейных сегментов пустот в центральной части области деформации
относительная толщина промежуточного слоя в центральной части области деформации
Пример 1
присутствует
54
6
5
1,3
Пример 2
присутствует
24
28
12
1,3
Пример 3
присутствует
6
51
21
0,8
Пример 4
присутствует
11
0
1
1,1
Пример 5
присутствует
28
2
6
1,4
Пример 6
присутствует
57
5
11
1,0
Пример 7
присутствует
21
31
16
1,3
Пример 8
присутствует
13
45
20
1,1
Пример 9
присутствует
5
58
19
0,9
Пример 10
присутствует
22
0
4
1,3
Пример 11
присутствует
16
53
15
1,1
Пример 12
присутствует
11
64
18
0,9
Пример 13
присутствует
9
60
20
1,7
Пример 14
присутствует
11
53
18
1,2
Пример 15
присутствует
4
58
20
1,1
Пример 16
присутствует
13
0
1
1,3
Пример 17
присутствует
8
53
18
1,1
Ср. пример 1
<u>отсутствует</u>
0
0
0
1,2
Ср. пример 2
<u>отсутствует</u>
0
0
0
1,2
Ср. пример 3
-
-
-
-
0,2
Ср. пример 4
-
-
-
-
0,3
[0165] Затем из листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, на котором было сформировано изоляционное покрытие, вырезали образец для испытаний размерами 80 мм × 80 мм, наматывали на круглый стержень диаметром 20 мм и затем растягивали плоскостно. После этого измеряли площадь изоляционного покрытия, которое не отслоилось от листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой и рассчитывали остаточную долю площади покрытия (%). Результаты представлены в таблице 4.
Таблица 4
[0166]
Адгезия
Потери в сталиW<sub>17</sub>/W<sub>50</sub> (Вт/кг)
Пример 1
<img file="00000001.jpg" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0,64
Пример 2
<img file="00000001.jpg" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0,64
Пример 3
<img file="00000002.jpg" he="3" wi="3" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0,68
Пример 4
<img file="00000001.jpg" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0,67
Пример 5
<img file="00000002.jpg" he="3" wi="3" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0,64
Пример 6
<img file="00000001.jpg" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0,64
Пример 7
<img file="00000001.jpg" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0,64
Пример 8
<img file="00000001.jpg" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0,66
Пример 9
<img file="00000002.jpg" he="3" wi="3" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0,67
Пример 10
<img file="00000002.jpg" he="3" wi="3" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0,69
Пример 11
<img file="00000001.jpg" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0,63
Пример 12
<img file="00000001.jpg" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0,64
Пример 13
<img file="00000001.jpg" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0,66
Пример 14
<img file="00000001.jpg" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0,65
Пример 15
<img file="00000001.jpg" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0,64
Пример 16
<img file="00000002.jpg" he="3" wi="3" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0,68
Пример 17
<img file="00000001.jpg" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0,67
Сравнительный пример 1
<img file="00000001.jpg" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0,77
Сравнительный пример 2
<img file="00000001.jpg" he="4" wi="5" img-content="undefined" img-format="jpg" />
0,71
Сравнительный пример 3
×
0,75
Сравнительный пример 4
×
0,72
[0167] Адгезию изоляционного покрытия оценивали по трехбалльной шкале. "  " (отлично) означает, что доля остаточной площади покрытия составляет не менее 95%, "  " (хорошо) означает, что доля остаточной площади покрытия больше или равна 90%, "×" (плохо) означает, что доля остаточной площади покрытия меньше 90%.
В сравнительных примерах 3 и 4 поверхность основного стального листа расплавилась, и покрытие отслоилось.
[0168] Кроме того, для каждого экспериментального примера измеряли потери в стали у листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой. Результаты приведены в таблице 4.
Как можно видеть из таблицы 4, в листе электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, произведенной способом получения по настоящему изобретению, потери в стали были снижены.
Промышленная применимость
[0169] Настоящее изобретение позволяет предоставить лист электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, способный обеспечить хорошую адгезию изоляционного покрытия и достичь хорошего эффекта снижения потерь в стали для листов электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой, которые не содержат пленки форстерита и имеют области деформации, сформированные на базовом стальном листе, а также предоставить способ получения такого листа электротехнической стали с ориентированной зеренной структурой. Таким образом, изобретение имеет широкую промышленную применимость.
Краткое описание ссылочных позиций
[0170]
1
основной стальной лист
2
пленка форстерита
3
изоляционное покрытие
4
промежуточный слой
5
область, содержащая выделения кристаллического оксида фосфора M<sub>2</sub>P<sub>4</sub>O<sub>13</sub>
6
область, содержащая выделения аморфного оксида фосфора
7
матричная фаза изоляционного покрытия
8
пустоты.