СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЛИСТА АНИЗОТРОПНОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ
METHOD FOR PRODUCING A SHEET OF ANISOTROPIC ELECTROTECHNICAL STEEL

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к способу производства листа анизотропной электротехнической стали, имеющего превосходную адгезию покрытия. В частности, настоящее изобретение относится к способу производства листа анизотропной электротехнической стали, имеющего превосходную адгезию изоляционного покрытия даже без пленки форстерита. Приоритет испрашивается по заявке на патент Японии № 2019-005059, поданной 16 января 2019 г., содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Листы анизотропной электротехнической стали представляют собой магнитно-мягкие материалы и используются главным образом в качестве материалов сердечников для трансформаторов. Поэтому от них требуются магнитные характеристики, такие как высокие характеристики намагничивания и низкие магнитные потери. К характеристикам намагничивания относится магнитная индукция, возникающая при возбуждении сердечника. При увеличении магнитной индукции размеры сердечника могут быть уменьшены, что является выгодным с точки зрения конфигурации устройства трансформатора, а также с точки зрения затрат на производство трансформатора.
[0003] Для того, чтобы улучшить характеристики намагничивания, необходимо выставить поверхности {110} параллельно поверхностям стального листа, а также управлять текстурой кристаллических зерен так, чтобы как можно больше кристаллических зерен находилось в ориентировке Госса, т.е. в такой кристаллографической ориентации, в которой оси <100> выставлены в направлении прокатки. Для накопления кристаллографических ориентаций в ориентировке Госса обычной практикой является тонкодисперсное выделение в стали ингибиторов, таких как AlN, MnS и MnSe, чтобы управлять вторичной рекристаллизацией.
[0004] Магнитные потери представляют собой потери мощности, потребляемой в виде тепловой энергии, когда сердечник возбуждается переменным магнитным полем. С точки зрения энергосбережения магнитные потери должны быть как можно более низкими. Магнитная восприимчивость, толщина листа, натяжение пленки, количество примесей, удельное электрическое сопротивление, размер кристаллического зерна, размер магнитного домена и т.п. влияют на уровень магнитных потерь. Даже теперь, когда разработаны различные технологии изготовления листов электротехнической стали, продолжаются исследования и разработки, направленные на снижение магнитных потерь, с целью повышения энергоэффективности.
2
4
2
4
[0005] Другими характеристиками, требуемыми у листов анизотропной электротехнической стали, являются характеристики покрытия, формируемого на поверхности основного стального листа. Как правило, в листах анизотропной электротехнической стали, как показано на Фиг. 1, на основном стальном листе 1 формируется пленка 2 форстерита, состоящая в основном из MgSiO (форстерита), а на пленке 2 форстерита формируется изоляционное покрытие 3. Пленка форстерита и изоляционное покрытие выполняют функцию электрического изолирования поверхности основного стального листа и приложения натяжения к основному стальному листу для того, чтобы уменьшить магнитные потери. Пленка форстерита также содержит, в дополнение к MgSiO, небольшое количество примесей и добавок, содержащихся в основном стальном листе и сепараторе отжига, а также продуктов их реакции.
[0006] Для того, чтобы изоляционное покрытие проявляло изоляционные свойства и требуемое натяжение, изоляционное покрытие не должно отслаиваться от листа электротехнической стали. Поэтому изоляционное покрытие должно иметь высокую адгезию покрытия. Однако нелегко одновременно увеличить натяжение, прикладываемое к основному стальному листу, и адгезию покрытия. Даже теперь продолжаются исследования и разработки для их одновременного улучшения.
[0007] Листы анизотропной электротехнической стали обычно производят по следующей процедуре. Сляб кремнистой стали, содержащий 2,0-7,0 мас.% Si, подвергается горячей прокатке, стальной лист после горячей прокатки отжигается по мере необходимости, после чего отожженный стальной лист подвергается холодной прокатке один, два или более раз с выполняемым между ними промежуточным отжигом, чтобы получить стальной лист с конечной толщиной. После этого стальной лист с конечной толщиной подвергается обезуглероживающему отжигу во влажной водородной атмосфере, чтобы способствовать первичной рекристаллизации в дополнение к обезуглероживанию и сформировать оксидный слой на поверхности стального листа.
2
2
4
[0008] На стальной лист с оксидным слоем наносится сепаратор отжига, содержащий MgO (оксид магния) в качестве главного компонента, и высушивается, а после сушки стальной лист сматывается в рулон. Затем смотанный в рулон стальной лист подвергается окончательному отжигу, чтобы способствовать вторичной рекристаллизации, и кристаллографические ориентации кристаллических зерен выстраиваются в ориентировке Госса. Кроме того, MgO в сепараторе отжига реагирует с SiO (кремнеземом) в оксидном слое с образованием неорганической пленки форстерита, состоящей главным образом из MgSiO, на поверхности основного стального листа.
[0009] Затем стальной лист с пленкой форстерита подвергается рафинирующему отжигу для диффузии примесей в основном стальном листе наружу и удаления их. Кроме того, после выравнивающего отжига стального листа, на поверхность стального листа с пленкой форстерита наносится раствор, состоящий главным образом, например, из фосфата и коллоидного кремнезема, и прокаливается для того, чтобы сформировать изоляционное покрытие. При этом между кристаллическим основным стальным листом и по существу аморфным изоляционным покрытием создается натяжение из-за различия в коэффициенте теплового расширения. Поэтому изоляционное покрытие может упоминаться как покрытие с натяжением.
2
4
[0010] Граница раздела между пленкой форстерита, состоящей главным образом из MgSiO («2» на Фиг. 1), и стальным листом («1» на Фиг. 1) обычно имеет неоднородную неровную форму (см. Фиг. 1). Неровная граница раздела слегка уменьшает эффект уменьшения магнитных потерь из-за натяжения. Поскольку магнитные потери уменьшаются при сглаживании границы раздела, на сегодняшний день были выполнены следующие разработки.
[0011] Патентный документ 1 раскрывает способ производства, в котором пленка форстерита удаляется таким способом, как травление, и поверхность стального листа сглаживается химическим или электролитическим полированием. Однако в способе производства по патентному документу 1 может быть трудно обеспечить адгезию изоляционного покрытия к поверхности основного стального листа.
[0012] Поэтому для того, чтобы улучшить адгезию изоляционного покрытия к сглаженной поверхности стального листа, как показано на Фиг. 2, было предложено формировать промежуточный слой 4 (или грунтовочную пленку) между основным стальным листом и изоляционным покрытием. Грунтовочная пленка, раскрытая в патентном документе 2 и формируемая путем нанесения водного раствора фосфата или силиката щелочного металла, также является эффективной для адгезии покрытия. В качестве более эффективного способа патентный документ 3 раскрывает способ, в котором стальной лист отжигается в конкретной атмосфере перед формированием изоляционного покрытия, а в качестве промежуточного слоя на поверхности стального листа формируется внешне окисленный слой кремнезема.
[0013] Адгезия покрытия может быть улучшена путем формирования такого промежуточного слоя, но поскольку дополнительно требуется крупномасштабное оборудование, такое как оборудование для электролитической обработки и оборудование для сухого покрытия, может быть трудно обеспечить площадку для него, и производственные затраты могут увеличиться.
4
3
4
2
4
2
4
2
2
4
2
3
4
2
[0014] Патентные документы 4-6 раскрывают методики, в которых, когда на стальном листе формируется изоляционное покрытие, содержащее кислую органическую смолу в качестве главного компонента, которое по существу не содержит хрома, между стальным листом и изоляционным покрытием формируется слой фосфорсодержащего соединения (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 10-200 нм), чтобы улучшить внешний вид и адгезию изоляционного покрытия.
[0015] С другой стороны, способ управления магнитными доменами (который измельчает 180-градусные магнитные домены), в котором ширина 180-градусных магнитных доменов уменьшается за счет формирования частей с напряжением деформации и частей канавки, проходящих в направлении, пересекающем направление прокатки, с заданными интервалами в направлении прокатки, известен в качестве способа уменьшения аномальных потерь на вихревые токи, которые являются частью магнитных потерь. В способе формирования напряжения деформации используется эффект измельчения 180-градусных магнитных доменов от закрывающего магнитного домена, который образуется в деформированной части (в области деформации). Типичным способом является способ, который использует ударные волны или быстрый нагрев за счет облучения лучом лазера. В этом способе форма поверхности облучаемого участка практически не изменяется, и на основном стальном листе формируется участок напряжения деформации. Кроме того, способ формирования канавки использует эффект размагничивающего поля благодаря магнитному полюсу, образующемуся на боковой стенке канавки. Таким образом, управление магнитными доменами подразделяется на управление типа приложения деформации и управление типа формирования канавки.
[0016] Например, патентный документ 7 раскрывает, что оксид на поверхности окончательно отожженного стального листа удаляется, поверхность сглаживается, затем на этой поверхности формируется пленка, и магнитный домен измельчается с помощью облучения лучом лазера, электронным лучом или плазменным факелом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
[0017] Патентный документ 1: Японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация № S49-096920
Патентный документ 2: Японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация № H05-279747
Патентный документ 3: Японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация № H06-184762
Патентный документ 4: Японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация № 2001-220683
Патентный документ 5: Японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация № 2003-193251
Патентный документ 6: Японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация № 2003-193252
Патентный документ 7: Японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация № H11-012755
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ
[0018] В листе анизотропной электротехнической стали, имеющем проиллюстрированную выше трехслойную структуру «основной стальной лист - промежуточный слой, состоящий главным образом из оксида кремния, - изоляционное покрытие» и не имеющем пленки форстерита, существует проблема, заключающаяся в том, что ширина магнитного домена больше, чем у листа анизотропной электротехнической стали с пленкой форстерита, как показано на Фиг. 1. В результате исследования различных средств управления магнитными доменами у листов анизотропной электротехнической стали, не имеющих пленки форстерита, авторы настоящего изобретения сосредоточились на том факте, что магнитный домен предпочтительно измельчается, когда плотность энергии луча лазера или электронного луча, излучаемого на лист анизотропной электротехнической стали, увеличивается.
[0019] Однако согласно исследованиям, проведенным авторами настоящего изобретения, было обнаружено, что когда плотность энергии лазерного луча или электронного луча увеличивается, это способствует измельчению магнитного домена, и в то же самое время затрагивается изоляционное покрытие. В частности, была обнаружена проблема, заключающаяся в том, что при излучении лазерного луча или электронного луча, имеющего высокую плотность энергии, структура изоляционного покрытия изменяется из-за влияния тепла излучения, и адгезия изоляционного покрытия снижается.
[0020] Настоящее изобретение было создано с учетом вышеупомянутых проблем, и его задача состоит в том, чтобы предложить способ производства листа анизотропной электротехнической стали, способный обеспечить хорошую адгезию изоляционного покрытия и получение хорошего эффекта снижения магнитных потерь в листах анизотропной электротехнической стали, которые не имеют пленки форстерита и имеют области деформации, сформированные на основном стальном листе.
СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ
[0021] (1) Способ производства листа анизотропной электротехнической стали в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения включает в себя процесс формирования области деформации с облучением электронным лучом листа анизотропной электротехнической стали, имеющего основной стальной лист, промежуточный слой, расположенный в контакте с основным стальным листом, и изоляционное покрытие, расположенное в контакте с промежуточным слоем, и формированием области деформации, которая простирается в направлении, пересекающем направление прокатки основного стального листа, на поверхности основного стального листа, причем в процессе формирования области деформации центральная часть области деформации в направлении прокатки основного стального листа и направлении протяженности области деформации нагревается до температуры 800°C или выше и 2000°C или ниже.
[0022] (2) В способе производства листа анизотропной электротехнической стали, описанном в пункте (1), в процессе формирования области деформации, центральная часть области деформации в направлении прокатки основного стального листа и направлении протяженности области деформации может нагреваться до температуры 800°C или выше и 1500°C или ниже.
(3) В способе производства листа анизотропной электротехнической стали, описанном в пункте (1) или (2), в процессе формирования области деформации, условия облучения электронным лучом могут быть следующими: ускоряющее напряжение: 50 кВ или больше и 350 кВ или меньше, ток луча: 0,3 мА или больше и 50 мА или меньше, диаметр излучения луча: 10 мкм или больше и 500 мкм или меньше, интервал облучения: 3 мм или больше и 20 мм или меньше, и скорость сканирования: 5 м/с или больше и 80 м/с или меньше.
(4) Способ производства листа анизотропной электротехнической стали, описанный в любом из пунктов (1)-(3), может дополнительно включать в себя процесс формирования промежуточного слоя с формированием промежуточного слоя на основном стальном листе, и в этом процессе формирования промежуточного слоя основной стальной лист может быть термообработан для формирования промежуточного слоя при условиях отжига, отрегулированных до: температура отжига: 500°C или выше и 1500°C или ниже, время выдержки: 10 секунд или больше и 600 секунд или меньше, и точка росы: -20°C или выше и 5°C или ниже.
2
2
2
2
2
2
2
2
(5) Способ производства листа анизотропной электротехнической стали, описанный в любом из пунктов (1)-(4), может дополнительно включать в себя процесс формирования изоляционного покрытия с формированием изоляционного покрытия на основном стальном листе, на котором сформирован промежуточный слой, и при этом в процессе формирования изоляционного покрытия на поверхность основного стального листа может наноситься раствор для формирования изоляционного покрытия в наносимом количестве от 2 г/м до 10 г/м, основной стальной лист, на который нанесен раствор для формирования изоляционного покрытия, может быть оставлен на 3-300 секунд, основной стальной лист, на который нанесен раствор для формирования изоляционного покрытия, может быть нагрет со скоростью нагрева 5°C/с или больше и 30°C/с или меньше в атмосфере газа, содержащей водород и азот и имеющей степень окисления PHO/PH, отрегулированную до 0,001 или больше и 0,3 или меньше, нагретый основной стальной лист может быть выдержан в диапазоне температур 300°C или выше и 950°C или ниже в течение 10 секунд или больше и 300 секунд или меньше в атмосфере газа, содержащей водород и азот и имеющей степень окисления PHO/PH, отрегулированную до 0,001 или больше и 0,3 или меньше, и выдержанный основной стальной лист может быть охлажден до 500°C со скоростью охлаждения 5°C/с или больше и 50°C/с или меньше в атмосфере газа, содержащей водород и азот и имеющей степень окисления PHO/PH, контролируемую в пределах 0,001 или больше и 0,05 или меньше.
ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0023] В соответствии с настоящим изобретением можно предложить способ производства листа анизотропной электротехнической стали, способный обеспечить хорошую адгезию изоляционного покрытия и получение хорошего эффекта уменьшения магнитных потерь в листах анизотропной электротехнической стали, которые не имеют пленки форстерита и имеют области деформации, сформированные на основном стальном листе.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0024] Фиг. 1 - схематический вид в сечении, показывающий структуру покрытия обычного листа анизотропной электротехнической стали.
Фиг. 2 - схематический вид в сечении, показывающий другую структуру покрытия обычного листа анизотропной электротехнической стали.
Фиг. 3 - схематический вид в сечении для объяснения области деформации, получаемой с помощью способа производства листа анизотропной электротехнической стали в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 4 - схематический увеличенный вид в сечении части А по Фиг. 3.
Фиг. 5 - рисунок для объяснения определения доли линейного сегмента пустот в листе анизотропной электротехнической стали в соответствии с этим вариантом осуществления.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0025] Авторы настоящего изобретения обнаружили, что для листа анизотропной электротехнической стали, не имеющего пленки форстерита, существует разница в адгезии изоляционного покрытия между случаем, в котором излучается луч лазера, и случаем, в котором излучается электронный луч, и изучили управление магнитными доменами с помощью электронного луча.
[0026] Авторы настоящего изобретения обнаружили, что ширина магнитного домена может быть сужена и адгезия изоляционного покрытия может быть обеспечена при конкретных условиях облучения, в результате тщательных исследований не имеющих пленки форстерита листов анизотропной электротехнической стали путем изменения условий облучения электронным лучом. Кроме того, авторы настоящего изобретения также обнаружили, что когда вышеупомянутые конкретные условия облучения не удовлетворяются, даже при том, что ширину магнитного домена удается контролируемо уменьшить, в изоляционном покрытии образуются пустоты и адгезия изоляционного покрытия ухудшается.
2
4
13
[0027] Кроме того, авторы настоящего изобретения также обнаружили, что в изоляционном покрытии не наблюдается никаких изменений после облучения при обычных условиях облучения, но когда область деформации формируется при конкретных условиях облучения, как описано выше, в центральной части области деформации и ее окрестности можно увидеть уникальную структуру, содержащую MPO.
[0028] Далее будут описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения. Однако очевидно, что настоящее изобретение не ограничено конфигурациями, раскрытыми в этих вариантах осуществления, и различные модификации могут быть выполнены без отклонения от назначения настоящего изобретения. Также очевидно, что элементы следующих вариантов осуществления могут быть скомбинированы друг с другом в рамках объема настоящего изобретения. Кроме того, в следующих вариантах осуществления диапазон числовых значений, выраженный с использованием «-», означает диапазон, включающий в себя числовые значения нижнего предела и верхнего предела до и после «-». Числовые значения, выражаемые с использованием «более чем» или «менее чем», не включаются в указанный диапазон.
[Способ производства листа анизотропной электротехнической стали]
[0029] Далее будет описан способ производства листа анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим изобретением. Способ производства листа анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления не ограничен следующим способом. Следующий способ производства представляет собой один пример производства листа анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Лист анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления может производиться путем формирования промежуточного слоя на основном стальном листе, на котором пресечено формирование пленки форстерита во время окончательного отжига или пленка форстерита удалена после окончательного отжига, в качестве исходного материала, формирования изоляционного покрытия, а затем формирования области деформации.
[0030] Способ производства листа анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления включает в себя процесс формирования области деформации с облучением электронным лучом листа анизотропной электротехнической стали, имеющего основной стальной лист, промежуточный слой, расположенный в контакте с основным стальным листом, и изоляционное покрытие, расположенное в контакте с промежуточным слоем, и формированием области деформации, которая простирается в направлении, пересекающем направление прокатки, на поверхности основного стального листа. В процессе формирования области деформации способа производства листа анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления центральная часть области деформации в направлении прокатки и направлении протяженности области деформации нагревается до температуры 800°C или выше и 2000°C или ниже.
[0031] В способе производства листа анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления:
(a) отжигают основной стальной лист, с которого образующаяся при окончательном отжиге пленка неорганического минерального вещества, такого как форстерит, удалена путем травления, шлифовки или т.п., или
(b) отжигают основной стальной лист, в котором пресечено формирование вышеописанной пленки неорганического минерального вещества при окончательном отжиге,
(c) промежуточный слой формируют на поверхности основного стального листа с помощью термоокислительного отжига, то есть отжига в атмосфере с управляемой точкой росы, и
(d) на промежуточный слой наносят раствор для формирования изоляционного покрытия, состоящий главным образом из фосфата и коллоидного кремнезема, и прокаливают.
Лист анизотропной электротехнической стали, имеющий основной стальной лист, промежуточный слой, расположенный в контакте с основным стальным листом, и изоляционное покрытие, расположенное в контакте с промежуточным слоем, в качестве самой внешней поверхности, может быть произведен с помощью вышеописанного способа производства.
[0032] Основной стальной лист изготавливают, например, следующим образом. Заготовку кремнистой стали, содержащую 0,8-7,0 мас.% Si, предпочтительно заготовку кремнистой стали, содержащую 2,0-7,0 мас.% Si, подвергают горячей прокатке, стальной лист после горячей прокатки отжигают по мере необходимости, а затем отожженный стальной лист подвергают холодной прокатке один, два или более раз с выполняемым между ними промежуточным отжигом, получая стальной лист с конечной толщиной. Затем, в дополнение к обезуглероживанию, способствуют первичной рекристаллизации, подвергая стальной лист с конечной толщиной обезуглероживающему отжигу, и на поверхности стального листа образуется оксидный слой.
2
4
[0033] Затем на поверхность стального листа с оксидным слоем наносят сепаратор отжига, содержащий оксид магния в качестве главного компонента, и сушат, а после сушки стальной лист сматывают в рулон. Затем смотанный в рулон стальной лист подвергают окончательному отжигу (вторичной рекристаллизации). На поверхности стального листа при окончательном отжиге образуется пленка форстерита, состоящая главным образом из форстерита (MgSiO). Эту пленку форстерита удаляют путем травления, шлифовки или т.п. После ее удаления поверхность стального листа предпочтительно сглаживают химической или электролитической полировкой.
[0034] С другой стороны, в качестве вышеописанного сепаратора отжига может использоваться сепаратор отжига, содержащий глинозем в качестве главного компонента вместо оксида магния. Сепаратор отжига, содержащий глинозем в качестве главного компонента, наносят на поверхность стального листа с оксидным слоем и сушат, а после сушки стальной лист сматывают в рулон. Затем этот смотанный в рулон стальной лист подвергают окончательному отжигу (вторичной рекристаллизации). При использовании сепаратора отжига, содержащего глинозем в качестве главного компонента, даже когда выполняется окончательный отжиг, пресекается формирование на поверхности стального листа пленки неорганического минерального вещества, такого как форстерит. После окончательного отжига поверхность стального листа предпочтительно сглаживают химической или электролитической полировкой.
[0035] Основной стальной лист, с которого удалена пленка неорганических минеральных веществ, таких как форстерит, или основной стальной лист, в котором пресечено формирование пленки неорганического минерального вещества, такого как форстерит, подвергают термоокислительному отжигу при следующих условиях отжига, и на поверхности основного стального листа образуется промежуточный слой. В некоторых случаях отжиг после окончательного отжига может не выполняться, и изоляционное покрытие может быть сформировано на поверхности основного стального листа после окончательного отжига.
[0036] Атмосфера отжига при формировании промежуточного слоя предпочтительно является восстановительной атмосферой с тем, чтобы внутренность стального листа не окислялась, а особенно предпочтительно - атмосферой азота, смешанного с водородом. Например, предпочтительной является атмосфера, в которой соотношение водород:азот составляет 80-20%:20-80% (всего 100%).
[0037] Кроме того, когда формируется промежуточный слой, предпочтительно регулировать условия отжига так, чтобы температура отжига составляла 500°C или выше и 1500°C или ниже, время выдержки составляло 10 секунд или больше и 600 секунд или меньше, а точка росы составляла -20°С или выше и 10°C или ниже. Точка росы более предпочтительно составляет 5°C или ниже. Промежуточный слой формируется на поверхности основного стального листа с помощью термической обработки основного стального листа при таких условиях отжига.
[0038] Толщиной промежуточного слоя управляют путем подходящего регулирования одного или более из температуры отжига, времени выдержки и точки росы атмосферы отжига. Толщина промежуточного слоя предпочтительно составляет в среднем 2-400 нм с точки зрения обеспечения адгезии изоляционного покрытия. Более предпочтительно, она составляет от 5 нм до 300 нм.
2
2
[0039] Затем на промежуточном слое формируют изоляционное покрытие. Предпочтительный способ формирования изоляционного покрытия является следующим. Конечно же, способ формирования изоляционного покрытия не ограничен следующим способом. Сначала наносят и прокаливают раствор для формирования изоляционного покрытия, состоящий главным образом из фосфата и коллоидного кремнезема. Затем раствор для формирования изоляционного покрытия наносят на поверхность основного стального листа в наносимом количестве от 2 г/м до 10 г/м, и основной стальной лист, на который нанесен раствор для формирования изоляционного покрытия, оставляют на время от 3 секунд до 300 секунд.
2
2
2
2
2
2
[0040] Затем основной стальной лист, на который нанесен раствор для формирования изоляционного покрытия, нагревают со скоростью нагрева 5°C/с или больше и 30°C/с или меньше в атмосфере газе, содержащей водород и азот и имеющей степень окисления PHO/PH, отрегулированную до 0,001 или больше и 0,3 или меньше. Основной стальной лист, нагретый при этих условиях, выдерживают в диапазоне температур 300°C или выше и 950°C или ниже в течение 10 секунд или больше и 300 секунд или меньше в атмосфере газа, содержащей водород и азот и имеющей степень окисления PHO/PH, отрегулированную до 0,001 или больше и 0,3 или меньше. Основной стальной лист, выдержанный при этих условиях, охлаждают до 500°C со скоростью охлаждения 5°C/с или больше и 50°C/с или меньше в атмосфере газа, содержащей водород и азот и имеющей степень окисления PHO/PH, контролируемую в пределах 0,001 или больше и 0,05 или меньше. Когда степень окисления атмосферы во время от нагревания до охлаждения меньше показанного выше значения нижнего предела, промежуточный слой может стать тонким. Кроме того, когда превышается показанное выше значение верхнего предела, промежуточный слой может стать толстым. Кроме того, когда скорость охлаждения во время охлаждения составляет менее 5°C/с, производительность может уменьшиться. Кроме того, когда скорость охлаждения превышает 50°C/с, в изоляционном покрытии может образоваться много пустот.
[0041] Затем лист анизотропной электротехнической стали, полученный в вышеописанном процессе, облучают электронным лучом для формирования области деформации, которая простирается в направлении, пересекающем направление прокатки, на поверхности основного стального листа. При этом центральная часть области деформации в направлении прокатки и направлении протяженности области деформации нагревается до температуры 800°C или выше и 2000°C или ниже за счет облучения листа анизотропной электротехнической стали электронным лучом. Таким образом, на поверхности основного стального листа формируется область деформации, которая простирается в направлении, пересекающем направление прокатки. При этом центральная часть области деформации в направлении прокатки представляет собой область, которая включает в себя центр области деформации (подробности будут описаны позже, но это центр между концевыми участками области деформации в направлении прокатки при сечении области деформации плоскостью, параллельной направлению прокатки и направлению по толщине листа) и имеет ширину 10 мкм в направлении прокатки. Центральная часть области деформации в направлении протяженности области деформации представляет собой область, которая включает в себя середину (то есть центр) линейного сегмента, соединяющего концевые участки в направлении протяженности области деформации при непрерывной области деформации, и означает область, имеющую ширину 10 мкм в направлении протяженности области деформации от середины (центра). Следовательно, области, соответствующие как центральной части области деформации в направлении прокатки, так и центральной части области деформации в направлении протяженности области деформации, нагреваются до 800°C или выше и 2000°C или ниже. При этом, для того чтобы нагреть центральную часть области деформации в направлении прокатки и направлении протяженности области деформации до температуры 800°C или выше и 2000°C или ниже, в процессе формирования области деформации электронный луч предпочтительно излучают при условиях ускоряющего напряжения 50 кВ или больше и 350 кВ или меньше, тока луча 0,3 мА или больше и 50 мА или меньше, диаметра излучения луча 10 мкм или больше и 500 мкм или меньше, интервала облучения 3 мм или больше и 20 мм или меньше и скорости сканирования 5 м/с или больше и 80 м/с или меньше. Предпочтительно использовать электронный луч, потому что он имеет такие особенности, как эффект пресечения повреждения покрытия из-за высокого ускоряющего напряжения и высокоскоростного управления лучом. В процессе формирования области деформации центральная часть области деформации в направлении прокатки и направлении протяженности области деформации может быть нагрета до температуры 800°C или выше и 1500°C или ниже.
[0042] Облучение электронным лучом предпочтительно выполняется в то время, как осуществляется сканирование лучом от одного концевого участка по ширине до другого концевого участка по ширине стального листа с использованием одного или более излучающих устройств (например, электронных пушек). Направление сканирования электронного луча предпочтительно имеет угол 45-135° в направлении по часовой стрелке или против часовой стрелки, параллельном поверхности листа анизотропной электротехнической стали, относительно направления прокатки, а более предпочтительно - 90°, то есть параллельно поверхности листа анизотропной электротехнической стали и перпендикулярно направлению прокатки. Когда отклонение от 90° становится большим, объем области деформации чрезмерно увеличивается, и поэтому гистерезисные потери имеют тенденцию к увеличению.
[0043] Ускоряющее напряжение предпочтительно составляет 50 кВ или больше и 350 кВ или меньше. Предпочтительно, ускоряющее напряжение электронного луча является высоким. По мере того, как ускоряющее напряжение электронного луча становится более высоким, проникновение электронного луча в материал увеличивается, и электронный луч легко проходит через изоляционное покрытие. Поэтому повреждение изоляционного покрытия пресекается. Кроме того, когда ускоряющее напряжение высоко, имеется то преимущество, что диаметр луча может быть легко уменьшен. Для того, чтобы получить вышеописанные эффекты, предпочтительно, чтобы ускоряющее напряжение составляло 50 кВ или больше. Ускоряющее напряжение предпочтительно составляет 70 кВ или больше, а более предпочтительно 100 кВ или больше. С другой стороны, с точки зрения пресечения роста стоимости оборудования, ускоряющее напряжение предпочтительно составляет 350 кВ или меньше. Ускоряющее напряжение предпочтительно составляет 300 кВ или меньше, а более предпочтительно 250 кВ или меньше.
[0044] Ток луча предпочтительно составляет 0,3 мА или больше и 50 мА или меньше. Ток луча предпочтительно является малым с точки зрения уменьшения диаметра луча. Когда ток луча является слишком большим, может быть трудно сфокусировать луч. Поэтому ток луча предпочтительно составляет 50 мА или меньше. Ток луча более предпочтительно составляет 30 мА или меньше. Когда ток луча является слишком малым, может оказаться невозможным сформировать деформацию, требуемую для получения достаточного эффекта измельчения магнитного домена. Таким образом, предпочтительно, ток луча составляет 0,3 мА или больше, более предпочтительно 0,5 мА или больше, а еще более предпочтительно 1 мА или больше.
[0045] Диаметр излучения луча предпочтительно составляет 10 мкм или больше и 500 мкм или меньше. По мере того, как диаметр излучения луча в направлении, ортогональном направлению сканирования луча, становится меньше, это выгодно для улучшения магнитных потерь одиночного листа. Диаметр излучения луча в направлении, ортогональном направлению сканирования электронного луча, предпочтительно составляет 500 мкм или меньше. При этом в настоящем варианте осуществления диаметр излучения луча определяется как полуширина профиля луча, измеренного щелевым способом (с использованием щели с шириной 0,03 мм). Диаметр излучения луча в направлении, ортогональном направлению сканирования, предпочтительно составляет 400 мкм или меньше, а более предпочтительно 300 мкм или меньше. Нижний предел диаметра излучения луча в направлении, ортогональном направлению сканирования, конкретно не ограничен, но предпочтительно составляет 10 мкм или больше. Когда диаметр излучения луча в направлении, ортогональном направлению сканирования электронного луча, составляет 10 мкм или больше, можно облучать широкий диапазон одним источником электронного луча. Диаметр излучения луча в направлении, ортогональном направлению сканирования, предпочтительно составляет 30 мкм или больше, а более предпочтительно 100 мкм или больше.
[0046] Интервал облучения предпочтительно составляет 3 мм или больше и 20 мм или меньше. Кроме того, когда интервал облучения составляет 3 мм или больше и 20 мм или меньше, может быть получен эффект сокращения магнитных потерь путем балансирования уменьшения потерь на вихревые токи вследствие измельчения магнитного домена и подавления увеличения гистерезисных потерь. Интервал облучения представляет собой расстояние облучения электронным лучом в направлении прокатки основного стального листа и является интервалом между областями деформации в направлении прокатки.
[0047] Скорость сканирования предпочтительно составляет 5 м/с или больше и 80 м/с или меньше. Кроме того, когда скорость сканирования составляет 5 м/с или больше и 80 м/с или меньше, могут быть достигнуты как эффект измельчения магнитного домена, так и улучшение производительности. Скорость сканирования луча предпочтительно составляет 5 м/с или больше. При этом скорость сканирования – это скорость сканирования, получаемая делением расстояния от точки начала облучения до точки конца облучения электронным лучом при формировании каждой из областей деформации на время, требуемое для сканирования между этими точками, то есть средняя скорость сканирования. Например, когда точка начала облучения и точка конца облучения электронным лучом являются обоими концевыми участками стального листа в направлении по ширине, скорость сканирования является средней скоростью сканирования во время облучения в то время, как луч пробегает от одного концевого участка по ширине до другого концевого участка по ширине стального листа (скоростью, получаемой делением расстояния между концевыми участками по ширине стального листа на время, требуемое для сканирования между концевыми участками по ширине). Когда скорость сканирования составляет менее чем 5 м/с, продолжительность обработки становится большой, а производительность может уменьшиться. Скорость сканирования более предпочтительно составляет 45 м/с или больше.
[0048] Далее будет описан пример листа анизотропной электротехнической стали, полученного способом производства листа анизотропной электротехнической стали согласно вышеописанному варианту осуществления. Однако очевидно, что лист анизотропной электротехнической стали, полученный способом производства листа анизотропной электротехнической стали по настоящему изобретению, не ограничен следующим вариантом осуществления.
[Лист анизотропной электротехнической стали]
2
4
13
[0049] Лист анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления имеет основной стальной лист, промежуточный слой, расположенный в контакте с основным стальным листом, и изоляционное покрытие, расположенное в контакте с промежуточным слоем. Лист анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления имеет область деформации, которая простирается в направлении, пересекающем направление прокатки, на поверхности основного стального листа, и MPO присутствует в изоляционном покрытии на области деформации на виде в сечении плоскостью, параллельной направлению прокатки и направлению по толщине листа. М означает по меньшей мере один или оба из Fe и Cr.
[0050] В листе анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления имеется основной стальной лист, промежуточный слой, расположенный в контакте с основным стальным листом, и изоляционное покрытие, расположенное в контакте с промежуточным слоем, и нет пленки форстерита. При этом лист анизотропной электротехнической стали без пленки форстерита является листом анизотропной электротехнической стали, изготовленным путем удаления пленки форстерита после производства, или листом анизотропной электротехнической стали, изготовленным при пресечении формирования пленки форстерита.
[0051] В настоящем варианте осуществления направление прокатки основного стального листа является направлением прокатки при горячей или холодной прокатке, когда основной стальной лист изготавливается способом производства, который будет описан позже. Направление прокатки может также упоминаться как направление прохождения листа, направление транспортировки и т.п. стального листа. Направление прокатки является продольным направлением основного стального листа. Направление прокатки также можно выявить с помощью устройства для наблюдения структуры магнитных доменов или устройства для измерения кристаллографической ориентации, например, рентгеновским методом Лауэ. В настоящем варианте осуществления направление, пересекающее направление прокатки, означает параллельное поверхности основного стального листа направление в диапазоне отклонений в пределах 45° по часовой стрелке или против часовой стрелки от направления, параллельного поверхности основного стального листа и перпендикулярного направлению прокатки (в дальнейшем оно также упоминается просто как «направление, перпендикулярное направлению прокатки»). Поскольку область деформации формируется на поверхности основного стального листа, область деформации проходит в направлении отклонения в пределах 45° на плоской поверхности основного стального листа от направления, перпендикулярного направлению прокатки и направлению по толщине листа на поверхности основного стального листа.
[0052] Плоскость, параллельная направлению прокатки и направлению по толщине листа, означает плоскость, параллельную и вышеописанному направлению прокатки, и направлению по толщине основного стального листа.
[0053] Изоляционное покрытие на области деформации означает ту часть расположенного на основном стальном листе изоляционного покрытия, которая располагается над областью деформации в направлении по толщине листа на виде в сечении плоскостью, параллельной направлению прокатки и направлению по толщине листа.
[0054] Далее будет описан каждый из составляющих компонентов листа анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Лист анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления может быть произведен вышеописанным способом производства листа анизотропной электротехнической стали.
(Основной стальной лист)
[0055] Основной стальной лист, который является основным материалом, имеет текстуру кристаллических зерен, в которой кристаллографическая ориентация контролируется таким образом, что она становится ориентировкой Госса на поверхности основного стального листа. Шероховатость поверхности основного стального листа конкретно не ограничена, но ее среднеарифметическая шероховатость (Ra) предпочтительно составляет 0,5 мкм или меньше, а более предпочтительно 0,3 мкм или меньше, с целью приложения большого натяжения к основному стальному листу для уменьшения магнитных потерь. Нижний предел среднеарифметической шероховатости (Ra) основного стального листа конкретно не ограничен, но когда она составляет 0,1 мкм или меньше, эффект улучшения магнитных потерь насыщается, и поэтому нижний предел может составлять 0,1 мкм.
[0056] Толщина основного стального листа также конкретно не ограничена, но средняя толщина листа предпочтительно составляет 0,35 мм или меньше, а более предпочтительно 0,30 мм или меньше, для дополнительного уменьшения магнитных потерь. Нижний предел толщины основного стального листа конкретно не ограничен, но может составлять 0,10 мм с точки зрения производственных оборудования и затрат. Способ измерения толщины основного стального листа конкретно не ограничен, но ее можно измерять, использовать, например, микрометр или т.п.
[0057] Химический состав основного стального листа конкретно не ограничен, но предпочтительно он включает, например, высокую концентрацию Si (например, 0,8-7,0 мас.%). В этом случае развивается сильное химическое сродство между основным стальным листом и промежуточным слоем, состоящим главным образом из оксида кремния, и промежуточный слой и основной стальной лист прочно сцепляются друг с другом.
(Промежуточный слой)
[0058] Промежуточный слой расположен находящимся в контакте с основным стальным листом (то есть образован на поверхности основного стального листа) и имеет функцию приведения основного стального листа и изоляционного покрытия в плотный контакт друг с другом. Промежуточный слой проходит непрерывно на поверхности основного стального листа. Адгезия между основным стальным листом и изоляционным покрытием улучшается и механическое напряжение прикладывается к основному стальному листу за счет формирования промежуточного слоя между основным стальным листом и изоляционным покрытием.
[0059] Промежуточный слой может быть сформирован путем термообработки основного стального листа, в котором пресечено формирование пленки форстерита во время окончательного отжига, или основного стального листа, с которого пленка форстерита удалена после окончательного отжига в атмосфере газа, отрегулированной до заданной степени окисления.
x
x
x
[0060] Оксид кремния, который является главным компонентом промежуточного слоя, предпочтительно представляет собой SiO (x=1,0-2,0). Когда оксид кремния представляет собой SiO (x=1,5-2,0), оксид кремния является более стабильным, что более предпочтительно. Когда промежуточный слой формируется на поверхности основного стального листа, если термоокислительный отжиг выполняется в достаточной степени (то есть, удовлетворяя условиям вышеописанного варианта осуществления), то на промежуточном слое может быть сформирован SiO (x≈2,0).
[0061] Когда термоокислительный отжиг выполняется при условиях вышеописанного варианта осуществления, оксид кремния находится в аморфном состоянии. Поэтому на поверхности основного стального листа может быть сформирован промежуточный слой из плотного материала, который имеет высокую прочность для того, чтобы выдерживать термическое напряжение, и имеет увеличенную эластичность и позволяет легко снимать термическое напряжение.
[0062] Когда толщина промежуточного слоя мала, эффект релаксации термического напряжения может не проявляться в достаточной степени. Поэтому толщина промежуточного слоя предпочтительно составляет в среднем 2 нм или больше. Толщина промежуточного слоя более предпочтительно составляет 5 нм или больше. С другой стороны, когда толщина промежуточного слоя большая, толщина становится неравномерной, и в слое могут возникать дефекты, такие как пустоты и трещины. Поэтому толщина промежуточного слоя предпочтительно составляет в среднем 400 нм или меньше, а более предпочтительно 300 нм или меньше. Способ измерения толщины промежуточного слоя будет описан позже.
[0063] Промежуточный слой может быть внешне окисленной пленкой, сформированной путем внешнего окисления. Внешне окисленная пленка представляет собой оксидную пленку, сформированную в атмосфере газа, имеющей низкую степень окисления, и означает оксид, образовавшийся в форме пленки на поверхности стального листа после того, как легирующий элемент (Si) в стальном листе продиффундировал к поверхности стального листа.
[0064] Как описано выше, промежуточный слой содержит в качестве главного компонента кремнезем (оксид кремния). В дополнение к оксиду кремния промежуточный слой может содержать оксид легирующего элемента, содержащегося в основном 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 сложный оксид. Промежуточный слой может также содержать металлические зерна Fe или т.п. Кроме того, промежуточный слой может содержать примеси, если только при этом эффект не ухудшается.
[0065] В листе анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления, более предпочтительно, средняя толщина промежуточного слоя в его центральной части равна умноженной на 0,5 или больше и 2 или меньше средней толщине промежуточного слоя вне области деформации на виде в сечении плоскостью, параллельной направлению прокатки и направлению по толщине листа. Здесь центральная часть является центральной частью области деформации, которая будет описана позже. При такой конфигурации хорошая адгезия изоляционного покрытия может поддерживаться даже в области деформации.
[0066] Обычно в направлении прокатки множество областей деформации формируются по существу непрерывно (например, непрерывно за исключением стыков областей деформации). Таким образом, область между N-ой областью деформации, подсчитанной в направлении прокатки, и, например, N+1-ой областью деформации (или N-1-ой областью деформации), смежной с N-ой областью деформации в направлении прокатки, может упоминаться как область вне области деформации.
[0067] Средняя толщина промежуточного слоя вне области деформации может быть измерена с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) или просвечивающего электронного микроскопа (TEM) способом, который будет описан позже. Кроме того, средняя толщина промежуточного слоя в области деформации также может быть измерена тем же самым способом. В частности, средняя толщина промежуточного слоя в области деформации и средняя толщина промежуточного слоя вне области деформации могут быть измерены описанным ниже способом.
[0068] Сначала вырезают тестовый образец так, чтобы направление реза было параллельно направлению по толщине листа (в частности, тестовый образец вырезают так, чтобы поверхность среза была параллельна направлению по толщине листа и перпендикулярна направлению прокатки), и структуру этого сечения наблюдают с помощью SEM с увеличением, при котором каждый из слоев (то есть основной стальной лист, промежуточный слой и изоляционное покрытие) входят в наблюдаемое поле зрения. То, сколько слоев включает структура сечения, можно определить по составному изображению в обратно рассеянных электронах (изображению COMPO).
[0069] Для того, чтобы идентифицировать каждый из слоев в структуре сечения, проводят линейный анализ в направлении по толщине листа с использованием энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (SEM-EDS) и выполняют количественный анализ химического состава каждого из слоев. Элементами, подлежащими количественному анализу, являются пять элементов: Fe, Cr, P, Si и O. «Атомный %», описанный ниже, является не абсолютным значением атомного %, а относительным значением, вычисляемым на основе интенсивности рентгеновского излучения, соответствующей этим пяти элементам.
[0070] Далее предполагается, что относительное значение, измеренное с помощью SEM-EDS, представляет собой конкретное числовое значение, полученное путем выполнения линейного анализа с помощью сканирующего электронного микроскопа (NB5000) производства компании Hitachi High-Technologies Corporation и анализатора EDS (XFlash (r) 6|30) производства компании Bruker AXS GmbH, и ввода полученных результатов в программное обеспечение (ESPRIT 1.9) производства компании Bruker AXS GmbH для расчета. Кроме того, относительное значение, измеренное с помощью TEM-EDS, должно быть конкретным числовым значением, полученным путем выполнения линейного анализа с помощью просвечивающего электронного микроскопа (JEM-2100F) производства компании JEOL Ltd. и энергодисперсионного рентгеновского анализатора (JED-2300T) производства компании JEOL Ltd., и ввода результатов в программное обеспечение для обсчета данных EDS (аналитическая станция) производства компании JEOL Ltd. Конечно же, измерение с помощью SEM-EDS и TEM-EDS не ограничено показанными ниже примерами.
[0071] Сначала основной стальной лист, промежуточный слой и изоляционное покрытие идентифицируют следующим образом на основе результатов наблюдения изображения COMPO и результатов количественного анализа SEM-EDS. А именно, когда есть область, в которой содержание Fe составляет 80 атомных % или больше, а содержание O составляет менее 30 атомных %, исключая шум измерения, а также линейный сегмент (толщина) на линии сканирования линейного анализа, соответствующей этой области, составляет 300 нм или больше, эта область определяется как основной стальной лист, а остальные области определяются как промежуточный слой и изоляционное покрытие.
[0072] В результате наблюдения области за исключением основного стального листа, идентифицированного выше, когда имеется область, в которой содержание P составляет 5 атомных % или больше, а содержание O составляет 30 атомных % или больше, исключая шум измерения, а также линейный сегмент (толщина) на линии сканирования линейного анализа, соответствующей этой области, составляет 300 нм или больше, эта область определяется как изоляционное покрытие.
[0073] Когда идентифицируется вышеописанная область, которая является изоляционным покрытием, выделения или включения, содержащиеся в пленке, не включаются в цели для определения, и область, которая удовлетворяет вышеописанным результатам количественного анализа в качестве матричной фазы, определяется как изоляционное покрытие. Например, когда по изображению COMPO или результатам линейного анализа подтверждается, что выделения или включения присутствуют на линии сканирования линейного анализа, определение выполняется на основе результатов количественного анализа матричной фазы без включения этой области. Выделения или включения можно отличить от матричной фазы по контрасту на изображении COMPO, а также по количеству составляющих элементов, присутствующих в результатах количественного анализа.
[0074] Когда имеется область за исключением основного стального листа и изоляционного покрытия, идентифицированных выше, и линейный сегмент (толщина) на линии сканирования линейного анализа, соответствующей этой области, составляет 300 нм или больше, эта область определяется как промежуточный слой. Промежуточный слой может удовлетворять среднему содержанию Si 20 атомных % или более и среднему содержанию O 30 атомных % или более в качестве общего среднего (например, среднего арифметического атомных процентов каждого из элементов, измеренных в каждой из точек измерения на линии сканирования). Результаты количественного анализа промежуточного слоя представляют собой результаты количественного анализа матричной фазы, которые не включают результаты анализа выделений или включений, содержащихся в промежуточном слое.
[0075] Кроме того, в области, определенной выше как изоляционное покрытие, область, в которой суммарное количество Fe, Cr, P и O составляет 70 атомных % или больше, а содержание Si составляет менее 10 атомных %, исключая шум измерения, определяется как выделение.
[0076] Как будет описано позже, кристаллическая структура вышеописанного выделения может быть идентифицирована по картине дифракции электронного луча.
2
2
7
2
2
7
[0077] Хотя MPO может присутствовать в обычном изоляционном покрытии, кристаллическая структура MPO (где М - по меньшей мере один или оба из Fe и Cr) может быть идентифицирована и различена по картине дифракции электронного луча.
[0078] Идентификация каждого из слоев и измерение толщины с помощью описанного выше наблюдения изображения COMPO и количественного анализа SEM-EDS выполняют в пяти или более местах с разными наблюдаемыми полями зрения. Среднее арифметическое значение получается из значений, исключающих максимальное значение и минимальное значение среди толщин слоев, полученных в целом в пяти или более местах, и это среднее значение используется в качестве толщины каждого из слоев. Однако толщина оксидной пленки, которая является промежуточным слоем, измеряется в положении, в котором при наблюдении вида текстуры можно определить, что это область внешнего окисления, а не область внутреннего окисления, и получается ее среднее значение. Толщина (средняя толщина) изоляционного покрытия и промежуточного слоя может быть измерена с помощью такого способа.
[0079] Когда имеется слой, в котором линейный сегмент (толщина) на линии сканирования линейного анализа составляет менее 300 нм в по меньшей мере одном из вышеописанных пяти или более наблюдаемых полей зрения, предпочтительно, соответствующий слой подробно изучают с помощью TEM, и идентификацию соответствующего слоя и измерение толщины выполняют с помощью TEM.
[0080] Более конкретно, тестовый образец, включающий слой, подлежащий подробному наблюдению с использованием TEM, вырезают путем обработки сфокусированным ионным пучком (FIB) так, чтобы направление реза было параллельно направлению по толщине листа (в частности, тестовый образец вырезают так, чтобы поверхность среза была параллельна направлению по толщине листа и перпендикулярна направлению прокатки), и структуру этого сечения наблюдают (на светлопольном изображении) с помощью сканирующего TEM (STEM) с увеличением, при котором соответствующий слой входит в наблюдаемое поле зрения. Когда каждый из слоев не входит в наблюдаемое поле зрения, структуру сечения наблюдают во множестве непрерывных полей зрения.
[0081] Для того, чтобы идентифицировать каждый из слоев в структуре сечения, выполняют линейный анализ в направлении по толщине листа с использованием ТEM-EDS и выполняют количественный анализ химического состава каждого слоя. Элементами, подлежащими количественному анализу, являются пять элементов: Fe, Cr, P, Si и O.
[0082] Каждый из слоев идентифицируют и измеряют толщину каждого из слоев на основе результатов наблюдения светлопольного TEM-изображения и результатов количественного анализа TEM-EDS, описанного выше. Способ идентификации каждого из слоев и способ измерения толщины каждого из слоев с использованием TEM может быть выполнен в соответствии с вышеописанным способом, использующим SEM.
[0083] Когда толщина каждого из слоев, идентифицированных с помощью TEM, составляет 5 нм или меньше, с точки зрения пространственного разрешения предпочтительно использовать TEM, имеющий функцию коррекции сферической аберрации. Кроме того, когда толщина каждого из слоев составляет 5 нм или меньше, точечный анализ может выполняться в направлении по толщине листа с интервалами, например, 2 нм или меньше, может быть измерен линейный сегмент (толщина) каждого из слоев, и этот линейный сегмент может быть принят за толщину каждого из слоев. Например, когда используется TEM, имеющий функцию коррекции сферической аберрации, анализ EDS может быть выполнен с пространственным разрешением примерно 0,2 нм.
[0084] В вышеописанном способе идентификации каждого из слоев, поскольку сначала идентифицируется основной стальной лист во всей области, затем идентифицируется изоляционное покрытие в оставшейся части и, наконец, оставшееся определяется как промежуточный слой, а также идентифицируются выделения, в случае листа анизотропной электротехнической стали, который удовлетворяет конфигурации настоящего варианта осуществления, нет никакой неидентифицированной области помимо вышеописанных слоев во всей области.
(Изоляционное покрытие)
2
[0085] Изоляционное покрытие представляет собой стекловидное изоляционное покрытие, формируемое путем нанесения раствора, состоящего главным образом из фосфата и коллоидного кремнезема (SiO), на поверхность промежуточного слоя и его прокаливания. Альтернативно, раствор, состоящий главным образом из золя глинозема и борной кислоты, может быть нанесен и прокален для того, чтобы сформировать изоляционное покрытие. Это изоляционное покрытие может придавать высокое поверхностное натяжение основному стальному листу. Это изоляционное покрытие составляет, например, самую внешнюю поверхность листа анизотропной электротехнической стали.
[0086] Средняя толщина изоляционного покрытия предпочтительно составляет 0,1-10 мкм. Когда средняя толщина изоляционного покрытия составляет менее 0,1 мкм, адгезия изоляционного покрытия не может быть улучшена, и может быть трудно приложить требуемое поверхностное натяжение к стальному листу. Поэтому средняя толщина предпочтительно составляет в среднем 0,1 мкм или больше, а более предпочтительно 0,5 мкм или больше.
[0087] Когда средняя толщина изоляционного покрытия составляет более чем 10 мкм, могут возникать трещины в изоляционном покрытии на стадии формирования изоляционного покрытия. Поэтому средняя толщина предпочтительно составляет в среднем 10 мкм или меньше, а более предпочтительно 5 мкм или меньше.
[0088] Принимая во внимание недавние экологические проблемы, средняя концентрация Cr в химическом составе изоляционного покрытия предпочтительно ограничена величиной менее 0,10 атомного %, а более предпочтительно менее 0,05 атомного %.
(Область деформации)
[0089] Область деформации, формируемая на основном стальном листе, будет описана со ссылкой на Фиг. 3 и 4. Фиг. 3 – это схематический вид, показывающий сечение плоскостью, параллельной направлению прокатки и направлению по толщине листа, и является видом, включающим область деформации D, сформированную на поверхности основного стального листа 1. Как показано на Фиг. 3, промежуточный слой 4 расположен в контакте с основным стальным листом 1, изоляционное покрытие 3 расположено в контакте с промежуточным слоем 4, а область деформации D сформирована на поверхности основного стального листа 1. Поскольку промежуточный слой 4 имеет меньшую толщину, чем у других слоев, промежуточный слой 4 представлен линией на Фиг. 3.
[0090] Здесь центр области деформации означает центр между концевыми участками области деформации в направлении прокатки, при наблюдении в сечении плоскостью, параллельной направлению прокатки и направлению по толщине листа, и, например, когда расстояние между концевыми участками областей деформации в направлении прокатки составляет 40 мкм, центр областей деформации располагается на расстоянии 20 мкм от каждого из концевых участков. На виде в сечении по Фиг. 3 центр c области деформации обозначен точкой, находящейся на равном расстоянии от концевого участка e и концевого участка e’ области деформации D.
[0091] В примере, показанном на Фиг. 3, изоляционное покрытие на области деформации D, сформированной на основном стальном листе, является областью изоляционного покрытия 3, расположенной между концевым участком e и концевым участком e’.
[0092] Концевой участок e или концевой участок e’ области деформации D, показанной на Фиг. 3, могут быть определены, например, с помощью карты значений доверительного индекса (от англ. confidential index, CI) дифракции обратного рассеяния электронов (EBSD). То есть, поскольку кристаллические решетки деформируются в области, в которой накапливается деформация за счет облучения электронным лучом, значение CI в облученной области отличается от значения CI в необлученной области. Следовательно, например, получается карта значений CI EBSD в области, включающей и облученную, и необлученную области, и эта область на карте разделяется на область, в которой значение CI равно или выше критического значения, и область, в которой значение CI меньше критического значения, в качестве которого используется среднеарифметическое значение верхнего предельного значения и нижнего предельного значения CI (исключая шум измерения) на карте значений CI. Затем одна из этих областей определяется как область деформации (облученная область), а другая область определяется как область, отличная от области деформации (необлученная область). Таким образом может быть идентифицирована область деформации.
[0093] Фиг. 4 – это схематический вид, показывающий сечение плоскостью, параллельной направлению прокатки и направлению по толщине листа, а также увеличенный вид области А, окруженной пунктирной линией на Фиг. 3. Фиг. 4 показывает диапазон, включающий центральную часть C области деформации D.
[0094] Центральная часть области деформации представляет собой область, включающую центр области деформации и имеющую ширину 10 мкм в направлении прокатки. На Фиг. 4 центральная часть C области деформации D показана окруженной прямой линией m и прямой линией m’. Прямая линия m и прямая линия m’ являются прямыми линиями, перпендикулярными направлению прокатки основного стального листа 1 и параллельными друг другу, и имеют интервал 10 мкм. В примере по Фиг. 4 расстояния от прямой линии m и прямой линии m’ до центра c области деформации D равны. Более предпочтительно, положения центра области деформации и центра центральной части области деформации совпадают друг с другом в направлении прокатки.
[0095] Ширина области деформации D, которая является расстоянием между концевым участком e и концевым участком e’, предпочтительно составляет 10 мкм или больше, а более предпочтительно 20 мкм или больше. Ширина области деформации D предпочтительно составляет 500 мкм или меньше, а более предпочтительно 100 мкм или меньше.
2
4
13
2
4
13
[0096] В листе анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления более предпочтительно, чтобы MPO присутствовал в изоляционном покрытии на центральной части области деформации. М означает по меньшей мере один или оба из Fe и Cr. В примере, показанном на Фиг. 4, выделение MPO присутствует в изоляционном покрытии 3 центральной части C области деформации D. На Фиг. 4 выделение отмечено как область 5. Кроме того, вокруг области 5 на Фиг. 4 присутствует область 6, содержащая выделение аморфного оксида фосфора. В изоляционном покрытии 3 области, отличающиеся от области 5 и области 6, включают матричную фазу 7 или пустоты 8 изоляционного покрытия.
2
4
13
2
4
13
[0097] Область 5 может состоять только из выделения MPO, или же может быть областью, содержащей выделение MPO и другие выделения. Кроме того, область 6 может состоять только из выделения аморфного оксида фосфора, или же может быть областью, содержащей выделение аморфного оксида фосфора и другие выделения.
2
4
13
2
4
13
2
4
13
2
4
13
[0098] MPO представляет собой оксид фосфора, например FePO или CrPO, или (Fe,Cr)PO. Область 6 может быть сформирована в окрестности поверхности изоляционного покрытия 3.
[0099] Матричная фаза 7 изоляционного покрытия содержит в своем составе P, Si и O.
2
4
13
2
4
13
2
2
7
[0100] Выделение MPO, выделение аморфного оксида фосфора и т.п. могут быть различены методом анализа картины дифракции электронного луча. Эта идентификация может выполняться с использованием файла порошковой дифракции (PDF) Международного центра дифракционных данных (ICDD). В частности, когда выделение представляет собой MPO, появляется дифрактограмма PDF:01-084-1956, а когда выделение представляет собой MPO, который присутствует в обычном изоляционном покрытии, появляется дифрактограмма PDF:00-048-0598. Когда выделение представляет собой аморфный оксид фосфора, дифрактограмма выглядит как гало.
2
4
13
[0101] В листе анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления благодаря присутствию MPO в изоляционном покрытии центральной части в области деформации хорошая адгезия изоляционного покрытия может быть обеспечена даже тогда, когда область деформации формируется с плотностью энергии, при которой может быть получен хороший эффект уменьшения магнитных потерь.
z
d
1
4
d
[0102] В листе анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления, как показано на Фиг. 5, на виде в сечении области деформации в плоскости, параллельной направлению прокатки и направлению по толщине листа, когда вся длина наблюдаемого поля зрения в направлении, ортогональном направлению по толщине листа, равна L, а сумма длин пустот L (с L по L в примере на Фиг. 5) в направлении, ортогональном направлению по толщине листа, равна ΣL, и доля X линейного сегмента области пустот, в которой присутствуют пустоты, определяется следующим Уравнением 1, более предпочтительно, чтобы доля X линейного сегмента составляла 20% или меньше.
d
z
[0103] X=(ΣL/L)×100 (Уравнение 1)
При такой конфигурации пресекается отслаивание изоляционного покрытия, начинающееся с пустоты, и может быть получен эффект улучшения адгезии изоляционного покрытия.
d
z
d
d
d
d
1
2
3
4
d
4
[0104] Длина пустоты L может быть идентифицирована следующим способом. Изоляционное покрытие, идентифицированное вышеописанным способом, наблюдают с помощью TEM (светлопольное изображение). На этом светлопольном изображении белая область - это пустота. Является ли эта белая область пустотой, может быть четко различено с помощью вышеописанной TEM-EDS. В наблюдаемом поле зрения (полной длины L) область, которая является пустотой, и область, которая не является пустотой в изоляционном покрытии, бинаризуются, и длина пустоты L в направлении, ортогональном направлению по толщине листа, может быть получена с помощью анализа изображения. При этом в примере по Фиг. 5 сумма ΣL длин L пустот 8 равна ΣL=L+L+L+L. Как показано на Фиг. 5, когда пустоты 8 перекрываются в направлении по толщине листа, значение, получаемое вычитанием длины перекрывающейся части из длины перекрывающихся пустот L, определяется как длина пустот. На Фиг. 5 длина двух пустот 8, которые перекрываются, если смотреть в направлении по толщине листа, равна L, которая получается вычитанием длины перекрытия.
[0105] Доля X линейного сегмента более предпочтительно составляет 10% или меньше с точки зрения улучшения адгезии изоляционного покрытия. Нижний предел доли X линейного сегмента конкретно не ограничен и может составлять 0%. При бинаризации изображения для выполнения анализа изображения, изображение может бинаризоваться путем ручной раскраски пустот на фотографии структуры на основе вышеописанного результата различения пустоты.
z
[0106] Наблюдаемое поле зрения может быть вышеописанной центральной частью области деформации. То есть полная длина L наблюдаемого поля зрения может быть установлена равной 10 мкм.
[0107] Для доли X линейного сегмента пустоты доля линейного сегмента пустоты измеряется в трех точках в области деформации с интервалом 50 мм или больше в направлении, перпендикулярном направлению прокатки и направлению по толщине основного стального листа, и среднее арифметическое значение долей линейного сегмента принимается за долю X линейного сегмента.
[0108] В листе анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления, более предпочтительно, область деформации D выполнена непрерывно или прерывисто, если смотреть в направлении, перпендикулярном плоской поверхности основного стального листа 1. Тот факт, что область деформации D выполнена непрерывно, означает, что область деформации D сформирована на 5 мм или больше в направлении, пересекающем направление прокатки основного стального листа 1. Тот факт, что область деформации D выполнена прерывисто, означает, что в направлении, пересекающем направление прокатки основного стального листа 1, сформирована область точечной деформации D или область прерывистой линейной деформации D размером 5 мм или меньше. При такой конфигурации может быть получен устойчивый эффект измельчения магнитного домена.
2
4
13
[0109] В листе анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления, более предпочтительно, доля MPO в изоляционном покрытии центральной части составляет 10% или больше и 60% или меньше в терминах доли площади на виде в сечении плоскостью, параллельной направлению прокатки и направлению по толщине листа. Эта доля площади предпочтительно составляет 20% или больше, а более предпочтительно 30% или больше. Эта доля площади предпочтительно составляет 50% или меньше, а более предпочтительно 40% или меньше. При такой конфигурации может быть получен эффект улучшения адгезии изоляционного покрытия.
2
4
13
2
4
13
2
4
13
2
4
13
[0110] Доля площади MPO в изоляционном покрытии центральной части может быть вычислена путем идентификации выделений вышеописанным способом, а затем идентификации выделений MPO в соответствии с анализом картины дифракции луча. Доля площади MPO в изоляционном покрытии центральной части является отношением полной площади сечения MPO в том же самом сечении ко всей площади сечения изоляционного покрытия центральной части, включая выделения или пустоты. Площади сечения могут быть вычислены с помощью анализа изображения или могут быть вычислены по фотографиям сечения.
2
4
13
[0111] В листе анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления, более предпочтительно, доля площади области аморфного оксида фосфора в изоляционном покрытии центральной части составляет 1% или больше и 60% или меньше на виде в сечении плоскостью, параллельной направлению прокатки и направлению по толщине листа. Когда доля площади области аморфного оксида фосфора составляет 1% или больше, локальное напряжение в изоляционном покрытии ослабляется. Кроме того, когда доля площади области аморфного оксида фосфора составляет 60% или меньше, может быть получен эффект, при котором натяжение изоляционного покрытия не понижается. Доля площади области аморфного оксида фосфора более предпочтительно составляет 5% или больше и 40% или меньше. Доля площади области аморфного оксида фосфора в изоляционном покрытии центральной части может быть измерена тем же самым способом, что и доля площади MPO в изоляционном покрытии центральной части.
[0112] На вышеописанном виде в сечении, как уже было описано выше, область деформации D в основном стальном листе 1 листа анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления может быть различена с помощью карты значений доверительного индекса (CI) дифракции обратного рассеяния электронов (EBSD).
[0113] Что касается листа анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления, компонентный состав основного стального листа конкретно не ограничен. Однако, поскольку лист анизотропной электротехнической стали производится посредством различных процессов, имеются компонентные составы стальных заготовок (слябов) и основных стальных листов, которые являются предпочтительными для производства листа анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Такие компонентные составы будут описаны ниже. В дальнейшем %, относящийся к компонентному составу стальной заготовки и основного стального листа, означает массовый процент (мас.%) по отношению к полной массе стальной заготовки или основного стального листа.
(Компонентный состав основного стального листа)
[0114] Основной стальной лист листа анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления содержит, например, Si: 0,8-7,0%, а также ограничен до C: 0,005% или меньше, N: 0,005% или меньше, суммарное количество S и Se: 0,005% или меньше, кислоторастворимый Al: 0,005% или меньше, а остальное в нем состоит из Fe и примесей.
Si: 0,8% или больше и 7,0% или меньше
[0115] Кремний (Si) увеличивает электрическое сопротивление листа анизотропной электротехнической стали и уменьшает магнитные потери. Нижний предел содержания Si предпочтительно составляет 0,8% или больше, а более предпочтительно 2,0% или больше. С другой стороны, когда содержание Si превышает 7,0%, магнитная индукция насыщения основного стального листа уменьшается, что затрудняет уменьшение размера сердечника. Поэтому верхний предел содержания Si предпочтительно составляет 7,0% или меньше.
C: 0,005 мас.% или меньше
[0116] Поскольку углерод (C) образует соединение в основном стальном листе и ухудшает магнитные потери, предпочтительно уменьшить его количество. Содержание C предпочтительно ограничено величиной 0,005 мас.% или меньше. Верхний предел содержания C предпочтительно составляет 0,004% или меньше, а более предпочтительно 0,003% или меньше. Поскольку более предпочтительно уменьшать количество C, нижний предел включает 0%. Однако когда количество C уменьшается до величины менее 0,0001%, себестоимость производства значительно увеличивается. Таким образом, 0,0001% является практическим нижним пределом при производстве.
N: 0,005 мас.% или меньше
[0117] Поскольку азот (N) образует соединение в основном стальном листе и ухудшает магнитные потери, предпочтительно уменьшить его количество. Содержание N предпочтительно ограничено величиной 0,005 мас.% или меньше. Верхний предел содержания N предпочтительно составляет 0,004% или меньше, а более предпочтительно 0,003% или меньше. Поскольку более предпочтительно уменьшать количество N, нижний предел может составлять 0%.
Общее количество S и Se: 0,005 мас.% или меньше
[0118] Поскольку сера (S) и селен (Se) образуют соединение в основном стальном листе и ухудшают магнитные потери, предпочтительно уменьшать их количество. Общее количество S и Se предпочтительно ограничивено величиной 0,005% или меньше. Общее количество S и Se предпочтительно составляет 0,004 мас.% или меньше, а более предпочтительно 0,003 мас.% или меньше. Поскольку более предпочтительно уменьшать количества S и Se, нижний предел может составлять 0%.
Кислоторастворимый Al: 0,005 мас.% или меньше
[0119] Поскольку кислоторастворимый Al (кислоторастворимый алюминий) образует соединение в основном стальном листе и ухудшает магнитные потери, предпочтительно уменьшить его количество. Количество кислоторастворимого Al предпочтительно составляет 0,005% или меньше. Содержание кислоторастворимого Al предпочтительно составляет 0,004% или меньше, а более предпочтительно 0,003% или меньше. Поскольку более предпочтительно уменьшать количество кислоторастворимого Al, нижний предел может составлять 0%.
[0120] Остальное в компонентном составе основного стального листа состоит из Fe и примесей. Термин «примеси» относится к элементам, неизбежно попадающим в сталь из руды, металлолома, производственной среды и т.п. при промышленном производстве стали.
[0121] Кроме того, основной стальной лист листа анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления может содержать по меньшей мере один элемент, выбранный из, например, Mn (марганца), Bi (висмута), B (бора), Ti (титана), Nb (ниобия), V (ванадия), Sn (олова), Sb (сурьмы), Cr (хрома), Cu (меди), P (фосфора), Ni (никеля) и Mo (молибдена) в качестве селективного элемента вместо части Fe, которое составляет остальное, в той мере, при которой не ухудшаются его характеристики.
[0122] Количество вышеописанного селективного элемента может быть, например, следующим. Нижний предел содержания выбранного элемента конкретно не ограничен, и его нижний предел может составлять 0%. Кроме того, даже когда селективный элемент содержится как примесь, эффект листа анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления не ухудшается.
Mn: 0% или больше и 1,00% или меньше,
Bi: 0% или больше и 0,010% или меньше,
B: 0% или больше и 0,008% или меньше,
Ti: 0% или больше и 0,015% или меньше,
Nb: 0% или больше и 0,20% или меньше,
V: 0% или больше и 0,15% или меньше,
Sn: 0% или больше и 0,30% или меньше,
Sb: 0% или больше и 0,30% или меньше,
Cr: 0% или больше и 0,30% или меньше,
Cu: 0% или больше и 0,40% или меньше,
P: 0% или больше и 0,50% или меньше,
Ni: 0% или больше и 1,00% или меньше, и
Mo: 0% или больше и 0,10% или меньше.
[0123] Вышеописанный химический состав основного стального листа может быть измерен с помощью обычного аналитического метода. Например, компонент стали может быть измерен с использованием атомной эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-AES). C и S могут быть измерены с использованием метода поглощения в инфракрасной области спектра сгорания, N может быть измерен с использованием метода теплопроводности при плавлении в инертном газе, и O может быть измерен с использованием метода недисперсионного поглощения в инфракрасной области при плавлении в инертном газе.
[0124] Основной стальной лист листа анизотропной электротехнической стали согласно настоящему варианту осуществления предпочтительно имеет развитую в ориентировке {110}<001> текстуру кристаллических зерен. Ориентировка {110}<001> означает кристаллографическую ориентацию (ориентировку Госса), в которой поверхность {110} выставлена параллельно поверхности стального листа, а ось <100> выставлена в направлении прокатки. В листе анизотропной электротехнической стали магнитные характеристики предпочтительно улучшаются за счет управления кристаллографической ориентацией основного стального листа в ориентировке Госса. Текстура основного стального листа может быть измерена с помощью обычного аналитического метода. Например, она может быть измерена методом рентгеновской дифракции (методом Лауэ). Метод Лауэ представляет собой метод, в котором стальной лист вертикально облучают рентгеновским лучом и анализируют дифракционные пятна при прохождении или отражении. Кристаллографическая ориентация того места, на которое излучается рентгеновский луч, может быть идентифицирована путем анализа дифракционных пятен. Когда дифракционные пятна анализируют во множестве положений путем изменения положения облучения, может быть измерено распределение кристаллографической ориентации в каждом из положений облучения. Метод Лауэ представляет собой способ, подходящий для измерения кристаллографической ориентации кристаллической структуры с крупными кристаллическими зернами.
[0125] Каждый из слоев листа анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления наблюдают и измеряют следующим образом.
[0126] Вырезают тестовый образец от листа анизотропной электротехнической стали и наблюдают структуру покрытия тестового образца с помощью сканирующего электронного микроскопа или просвечивающего электронного микроскопа.
[0127] В частности, сначала тестовый образец вырезают так, чтобы направление реза было параллельно направлению по толщине листа (в частности, тестовый образец вырезают так, чтобы поверхность среза была параллельна направлению по толщине листа и перпендикулярна направлению прокатки), и структуру этого сечения наблюдают с помощью SEM с увеличением, при котором каждый из слоев входит в наблюдаемое поле зрения. То, сколько слоев включает структура сечения, можно определить по составному изображению в обратно рассеянных электронах (изображению COMPO).
[0128] Для того, чтобы идентифицировать каждый из слоев в структуре сечения, выполняют линейный анализ в направлении по толщине листа и выполняют количественный анализ химического состава каждого из слоев с использованием энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (SEM-EDS). Элементами, подлежащими количественному анализу, являются пять элементов: Fe, Cr, P, Si и O. «Атомный %», описанный ниже, является не абсолютным значением атомного %, а относительным значением, вычисляемым на основе интенсивности рентгеновского излучения, соответствующей этим пяти элементам. Далее показаны конкретные числовые значения, когда относительные значения вычисляются с использованием вышеописанного устройства или т.п.
[0129] Сначала основной стальной лист, промежуточный слой и изоляционное покрытие идентифицируют следующим образом на основе результатов наблюдения изображения COMPO и результатов количественного анализа SEM-EDS. А именно, когда есть область, в которой содержание Fe составляет 80 атомных % или больше, а содержание O составляет менее 30 атомных %, исключая шум измерения, и линейный сегмент (толщина) на линии сканирования линейного анализа, соответствующей этой области, составляет 300 нм или больше, эта область определяется как основной стальной лист, а остальные области определяются как промежуточный слой и изоляционное покрытие.
[0130] В результате наблюдения области за исключением основного стального листа, идентифицированного выше, когда имеется область, в которой содержание P составляет 5 атомных % или больше, а содержание O составляет 30 атомных % или больше, исключая шум измерения, а также линейный сегмент (толщина) на линии сканирования линейного анализа, соответствующей этой области, составляет 300 нм, эта область определяется как изоляционное покрытие.
[0131] Когда идентифицирована область, которая является вышеописанным изоляционным покрытием, выделения или включения, содержащиеся в пленке, не включаются в цели для определения, и область, которая удовлетворяет вышеописанным результатам количественного анализа в качестве матричной фазы, определяется как изоляционное покрытие. Например, когда по изображению COMPO или результатам линейного анализа подтверждается, что выделения или включения присутствуют на линии сканирования линейного анализа, определение выполняется на основе результатов количественного анализа матричной фазы без включения этой области в цели определения. Выделения или включения можно отличить от матричной фазы по контрасту на изображении COMPO, а также по количеству составляющих элементов, присутствующих в результатах количественного анализа.
[0132] Когда имеется область за исключением основного стального листа и изоляционного покрытия, идентифицированных выше, и линейный сегмент (толщина) на линии сканирования линейного анализа, соответствующей этой области, составляет 300 нм или больше, эта область определяется как промежуточный слой. Промежуточный слой может удовлетворять среднему содержанию Si 20 атомных % или более и среднему содержанию O 30 атомных % или более в качестве общего среднего (например, среднего арифметического атомных процентов каждого из элементов, измеренных в каждой из точек измерения на линии сканирования). Результаты количественного анализа промежуточного слоя представляют собой результаты количественного анализа матричной фазы, которые не включают результаты анализа выделений или включений, содержащихся в промежуточном слое.
[0133] Кроме того, в области, определенной выше как изоляционное покрытие, область, в которой суммарное количество Fe, Cr, P и O составляет 70 атомных % или больше, а содержание Si составляет менее 10 атомных %, исключая шум измерения, определяется как выделение.
[0134] Как описано выше, кристаллическая структура вышеописанного выделения может быть идентифицирована по картине дифракции электронного луча.
2
2
7
2
2
7
[0135] Хотя MPO может присутствовать в обычном изоляционном покрытии, кристаллическая структура MPO (где М - по меньшей мере один или оба из Fe и Cr) может быть идентифицирована и различена по картине дифракции электронного луча.
[0136] Идентификацию каждого из слоев и измерение толщины с помощью описанного выше наблюдения изображения COMPO и количественного анализа SEM-EDS выполняют в пяти или более местах с разными наблюдаемыми полями зрения. Среднее арифметическое значение получают из значений, исключающих максимальное значение и минимальное значение среди толщин слоев, полученных в целом в пяти или более местах, и это среднее значение используется в качестве толщины каждого из слоев. Однако предпочтительно толщина оксидной пленки, которая является промежуточным слоем, измеряется в положении, в котором при наблюдении вида текстуры можно определить, что это область внешнего окисления, а не область внутреннего окисления, и получается ее среднее значение. Кроме того, в области деформации средняя толщина промежуточного слоя и средняя толщина изоляционного покрытия могут быть вычислены тем же самым способом.
[0137] Когда имеется слой, в котором линейный сегмент (толщина) на линии сканирования линейного анализа составляет менее 300 нм в по меньшей мере одном из вышеописанных пяти или более наблюдаемых полей зрения, соответствующий слой подробно изучают с помощью TEM, и идентификацию соответствующего слоя и измерение толщины выполняют с помощью TEM.
[0138] Более конкретно, тестовый образец, включающий слой, подлежащий подробному наблюдению с использованием TEM, вырезают путем обработки сфокусированным ионным пучком (FIB) так, чтобы направление реза было параллельно направлению по толщине листа (в частности, тестовый образец вырезают так, чтобы поверхность среза была параллельна направлению по толщине листа и перпендикулярна направлению прокатки), и структура этой поверхности среза в сечении наблюдают (на светлопольном изображении) с помощью сканирующего TEM (STEM) с увеличением, при котором соответствующий слой входит в наблюдаемое поле зрения. Когда каждый из слоев не входит в наблюдаемое поле зрения, структуру сечения наблюдают во множестве непрерывных полей зрения.
[0139] Для того, чтобы идентифицировать каждый из слоев в структуре сечения, выполняют линейный анализ в направлении по толщине листа с использованием ТEM-EDS и выполняют количественный анализ химического состава каждого из слоев. Элементами, подлежащими количественному анализу, являются пять элементов: Fe, Cr, P, Si и O.
[0140] Каждый из слоев идентифицируют и измеряют толщину каждого из слоев на основе результатов наблюдения светлопольного TEM-изображения и результатов количественного анализа TEM-EDS, описанного выше. Способ идентификации каждого из слоев и способ измерения толщины каждого из слоев с использованием TEM может быть выполнен в соответствии с вышеописанным способом, использующим SEM.
[0141] В частности, область, в которой содержание Fe составляет 80 атомных % или больше, а содержание O составляет менее 30 атомных %, исключая шум измерения, определяется как основной стальной лист, а области за исключением основного стального листа определяются как промежуточный слой и изоляционное покрытие.
[0142] В области за исключением основного стального листа, идентифицированного выше, область, в которой содержание P составляет 5 атомных % или больше, а содержание O составляет 30 атомных % или больше, исключая шум измерения, определяется как изоляционное покрытие. Когда определяется вышеописанная область, которая является изоляционным покрытием, выделения или включения, содержащиеся в изоляционном покрытии, не включаются в цели для определения, и область, которая удовлетворяет вышеописанным результатам количественного анализа в качестве матричной фазы, определяется как изоляционное покрытие.
[0143] Область за исключением основного стального листа и изоляционного покрытия, идентифицированных выше, определяется как промежуточный слой. Промежуточный слой может удовлетворять среднему содержанию Si 20 атомных % или более и среднему содержанию O 30 атомных % или более в качестве среднего значения всего промежуточного слоя. Вышеописанные результаты количественного анализа промежуточного слоя не включают в себя результаты анализа выделений или включений, содержащихся в промежуточном слое, и являются результатами количественного анализа матричной фазы.
[0144] Кроме того, в области, определенной выше как изоляционное покрытие, область, в которой суммарное количество Fe, Cr, P и O составляет 70 атомных % или больше, а содержание Si составляет менее 10 атомных %, исключая шум измерения, определяется как выделение. Как описано выше, кристаллическая структура выделения может быть идентифицирована по картине дифракции электронного луча.
[0145] Для промежуточного слоя и изоляционного покрытия, идентифицированных выше, измеряется линейный сегмент (толщина) на линии сканирования вышеописанного линейного анализа. Когда толщина каждого слоя составляет 5 нм или меньше, с точки зрения пространственного разрешения предпочтительно использовать TEM, имеющий функцию коррекции сферической аберрации. Кроме того, когда толщина каждого из слоев составляет 5 нм или меньше, может выполняться точечный анализ в направлении по толщине листа с интервалами, например, 2 нм, может быть измерен линейный сегмент (толщина) каждого из слоев, и этот линейный сегмент может быть принят за толщину каждого слоя. Например, когда используется TEM, имеющий функцию коррекции сферической аберрации, анализ EDS может быть выполнен с пространственным разрешением примерно 0,2 нм.
[0146] Наблюдение и измерение с помощью TEM осуществляют в пяти или более положениях с различными наблюдаемыми полями зрения и вычисляют среднее арифметическое значение из значений, полученных исключением максимальных и минимальных значений из результатов измерения, полученных в общем в пяти или более положениях, и это среднее значение принимают за среднюю толщину соответствующего слоя. Кроме того, в области деформации средняя толщина промежуточного слоя и средняя толщина изоляционного покрытия могут быть вычислены тем же самым способом.
2
4
13
[0147] В листе анизотропной электротехнической стали согласно вышеописанному варианту осуществления, поскольку промежуточный слой находится в контакте с основным стальным листом, а изоляционное покрытие находится в контакте с промежуточным слоем, когда каждый из слоев идентифицируется с помощью вышеописанных стандартов определения, нет никаких других слоев, кроме основного стального листа, промежуточного слоя и изоляционного покрытия. Однако вышеописанная область MPO или область аморфного оксида фосфора могут присутствовать в форме слоя.
[0148] Кроме того, вышеописанные содержания Fe, P, Si, O, Cr и т.п. в основном стальном листе являются стандартами определения для идентификации основного стального листа, промежуточного слоя и изоляционного покрытия, а также получения их толщины.
[0149] Когда измеряется адгезия изоляционного покрытия листа анизотропной электротехнической стали согласно вышеописанному варианту осуществления, она может быть оценена путем выполнения испытания на адгезию при изгибе. В частности, плоский тестовый образец в форме листа размером 80 мм × 80 мм обматывают вокруг круглого стержня с диаметром 20 мм, а затем выпрямляют до плоского состояния. Затем измеряют площадь изоляционного покрытия, которое не отслоилось от листа электротехнической стали, и значение, получаемое делением площади, на которой оно не отслоилась, на площадь стального листа, определяется как доля площади оставшегося покрытия (%) для оценки адгезии изоляционного покрытия. Например, вычисление может быть выполнено путем помещения прозрачной пленки с 1-миллиметровой масштабной сеткой на тестовый образец и измерения площади неотслоившегося изоляционного покрытия.
17/50
[0150] Магнитные потери (W) листа анизотропной электротехнической стали измеряют при частоте переменного тока 50 Гц и наведенной магнитной индукции 1,7 Тл.
Примеры
[]
[0151] Далее, хотя эффект одного аспекта настоящего изобретения будет описан более подробно с помощью примеров, условия в примерах являются одним из примеров условий, используемых для подтверждения осуществимости и эффекта настоящего изобретения, и настоящее изобретение не ограничено этим примером условий. В настоящем изобретении могут использоваться различные условия, если только суть настоящего изобретения не изменяется и достигается цель настоящего изобретения.
(Экспериментальный пример 1)
[0152] Стальные заготовки с показанным в Таблице 1 компонентным составом выдержали при 1150°C в течение 60 минут, а затем подвергли горячей прокатке, получив горячекатаный стальной лист с толщиной 2,3 мм. Затем этот горячекатаный стальной лист подвергли отжигу в состоянии горячей полосы, при котором его выдерживали при 1120°C в течение 200 секунд, немедленно охлаждали, выдерживали при 900°C в течение 120 секунд, а затем быстро охлаждали. Отожженный в состоянии горячей полосы стальной лист травили, а затем подвергали холодной прокатке, получив холоднокатаный стальной лист с конечной толщиной 0,23 мм.
[0153] [Таблица 1]
Материал cтальной заготовки
Компонентный состав (мас.%)
Si
C
Al
Mn
S
N
A
3,25
0,052
0,029
0,110
0,007
0,008
[0154] Этот холоднокатаный стальной лист (в дальнейшем называемый «стальным листом») подвергали обезуглероживающему отжигу, при котором его выдерживали в атмосфере водорода:азота 75%:25% при 850°C в течение 180 секунд. Стальной лист после обезуглероживающего отжига подвергали азотирующему отжигу, при котором его выдерживали в смешанной атмосфере водорода, азота и аммиака при 750°C в течение 30 секунд, чтобы отрегулировать содержание азота в стальном листе до 230 миллионных долей (м.д.).
[0155] На стальной лист после азотирующего отжига наносили сепаратор отжига, содержащий глинозем в качестве главного компонента, а затем стальной лист нагревали до 1200°C со скоростью нагрева 10°C/час в смешанной атмосфере водорода и азота для окончательного отжига. Затем стальной лист подвергали рафинирующему отжигу, при котором его выдерживали при 1200°C в течение 20 часов в атмосфере водорода. Затем стальной лист естественным образом охлаждали, получив основной стальной лист с гладкой поверхностью.
[0156] Промежуточный слой формировали на полученном основном стальном листе при условиях, показанных в Таблице 2. Раствор, состоящий главным образом из фосфата и коллоидного кремнезема, наносили на поверхность основного стального листа, на котором был сформирован промежуточный слой, при условиях, показанных в Таблице 2, и изоляционное покрытие формировалось при условиях, показанных в Таблице 2.
[0157] [Таблица 2]
Формирование промежуточного слоя
Условия нанесения
Формирование изоляционного покрытия
Нагрев
Выдержка
Охлаждение
Температура отжига(°C)
Время выдержки(с)
Точка росы(°C)
Наносимое количество(г/м<sup>2</sup>)
Время оставления(с)
Степень окисления
Скорость нагрева(°C/с)
Температура(°C)
Степень окисления
Время выдержки(с)
Степень окисления
Скорость охлаждения(°C/с)
Пример 1
800
30
-10
4,8
30
0,110
15
850
0,110
120
0,030
20
Пример 2
890
30
-5
5,0
20
0,100
20
910
0,090
90
0,040
15
Пример 3
1050
15
2
4,3
20
0,200
10
730
0,220
100
0,025
30
Пример 4
950
30
-12
5,3
30
0,160
16
890
0,150
130
0,020
40
Пример 5
1100
10
0
6,8
35
0,130
20
780
0,150
110
0,030
20
Пример 6
930
20
-10
5,5
40
0,220
18
810
0,090
80
0,005
18
Пример 7
1000
20
-3
3,8
25
0,008
25
700
0,220
150
0,010
16
Пример 8
880
30
-9
6,3
30
0,140
10
930
0,150
70
0,040
20
Пример 9
850
60
6
4,6
70
0,210
20
870
0,190
160
0,030
30
Пример 10
900
7
-5
5,6
40
0,150
16
790
0,130
90
0,020
20
Пример 11
1050
35
-4
4,1
320
0,110
20
860
0,090
120
0,060
45
Пример 12
880
60
-12
3,9
60
0,130
40
800
0,080
200
0,020
30
Пример 13
700
150
-16
6,2
45
0,200
15
1000
0,160
50
0,030
20
Пример 14
800
60
10
4,2
20
0,330
20
880
0,280
80
0,040
40
Пример 15
750
8
-10
5,0
50
0,150
45
920
0,230
100
0,020
30
Пример 16
1000
30
-10
5,3
30
0,1
15
850
0,11
150
0,03
15
Пример 17
1100
30
-5
6,3
20
0,2
20
900
0,15
100
0,02
30
Сравнительный пример 1
950
20
-12
4,8
40
0,110
23
860
0,170
120
0,030
36
Сравнительный пример 2
1050
50
-14
5,6
55
0,160
18
890
0,210
90
0,020
30
Сравнительный пример 3
850
7
6
4,8
120
0,320
35
850
0,140
100
0,060
25
[0158] Затем при условиях, показанных в Таблице 3, формировали область деформации путем облучения электронным лучом и получили листы анизотропной электротехнической стали в соответствии с каждым из экспериментальных примеров. В Таблице 3 «температура в центральной части области деформации» означает температуру в центральной части области деформации в направлении прокатки основного стального листа и в направлении протяженности деформированной области.
[0159] [Таблица 3]
Формирование области деформации
Температура в центральной части области деформации
Ускоряющее напряжение(кВ)
Ток луча(мА)
Диаметр излучения луча(мкм)
Интервал облучения(мм)
Скорость сканирования(м/с)
Пример 1
900
60
15,00
250
4
20
Пример 2
1030
120
2,50
200
5
15
Пример 3
1100
160
2,60
150
5
15
Пример 4
1330
200
3,20
180
5
20
Пример 5
1450
250
1,20
200
5
15
Пример 6
1000
40
10,00
160
5
10
Пример 7
1150
260
0,28
120
6
12
Пример 8
1260
150
2,50
520
4
7
Пример 9
980
100
2,00
180
6
9
Пример 10
1100
150
5,00
210
6
18
Пример 11
1020
50
6,50
220
5
11
Пример 12
1170
130
7,50
190
7
19
Пример 13
1420
90
16,00
180
6
25
Пример 14
1130
70
11,00
200
5
23
Пример 15
1390
120
8,00
190
5
20
Пример 16
1500
160
8,00
180
5
23
Пример 17
2000
200
8,00
160
6
26
Сравнительный пример 1
<u>780</u>
60
5,20
230
6
30
Сравнительный пример 2
<u>790</u>
130
1,20
200
6
15
Сравнительный пример 3
<u>750</u>
100
1,50
520
7
11
[0160] Тестовый образец вырезали из каждого из листов анизотропной электротехнической стали, структуру покрытия каждого из тестовых образцов наблюдали с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) или просвечивающего электронного микроскопа (TEM), и идентификацию области деформации и центральной части области деформации, измерение толщины промежуточного слоя и измерение толщины изоляционного покрытия выполняли на основе способа наблюдения и измерения в соответствии с вышеописанным вариантом осуществления. В дополнение, идентифицировали выделения. Конкретный способ этого был описан выше.
2
4
13
2
4
13
[0161] Таблица 4 показывает результаты определения присутствия или отсутствия MPO в изоляционном покрытии на области деформации. Как видно из Таблицы 4, в листе анизотропной электротехнической стали, изготовленном способом производства по настоящему варианту осуществления, MPO присутствует в изоляционном покрытии на области деформации.
[0162] [Таблица 4]
Присутствие или отсутствие оксида фосфора (M<sub>2</sub>P<sub>4</sub>O<sub>13</sub>)
Адгезия
Магнитные потериW<sub>17</sub>/W<sub>50</sub>(Вт/кг)
Пример 1
Присутствует
Превосходная
0,74
Пример 2
Присутствует
Превосходная
0,75
Пример 3
Присутствует
Превосходная
0,73
Пример 4
Присутствует
Превосходная
0,72
Пример 5
Присутствует
Превосходная
0,74
Пример 6
Присутствует
Превосходная
0,78
Пример 7
Присутствует
Превосходная
0,78
Пример 8
Присутствует
Превосходная
0,77
Пример 9
Присутствует
Превосходная
0,75
Пример 10
Присутствует
Превосходная
0,77
Пример 11
Присутствует
Превосходная
0,74
Пример 12
Присутствует
Превосходная
0,73
Пример 13
Присутствует
Превосходная
0,76
Пример 14
Присутствует
Превосходная
0,74
Пример 15
Присутствует
Превосходная
0,76
Пример 16
Присутствует
Превосходная
0,75
Пример 17
Присутствует
Превосходная
0,74
Сравнительный пример 1
Отсутствует
Плохая
0,83
Сравнительный пример 2
Отсутствует
Плохая
0,84
Сравнительный пример 3
Отсутствует
Плохая
0,83
[0163] Затем вырезали тестовый образец размером 80 мм × 80 мм из листа анизотропной электротехнической стали, на котором было сформировано изоляционное покрытие, обмотали его вокруг круглого стержня с диаметром 20 мм и разогнули в плоское состояние. Затем измерили площадь изоляционного покрытия, которое не отслоилось от листа электротехнической стали, и вычислили долю площади оставшегося покрытия (%). Результаты этого показаны в Таблице 4 как адгезия пленки. Адгезию изоляционного покрытия оценивали по двухбалльной шкале. «Превосходная» означает, что доля площади оставшегося покрытия составляет 90% или больше. «Плохая» означает, что доля площади оставшегося покрытия составляет менее 90%. Как видно из Таблицы 4, листы анизотропной электротехнической стали, изготовленные способом производства по настоящему изобретению, имеют превосходную адгезию.
[0164] В дополнение, были измерены магнитные потери листа анизотропной электротехнической стали каждого из экспериментальных примеров. Результаты показаны в Таблице 4. Как видно из Таблицы 4, в листе анизотропной электротехнической стали, изготовленном способом производства по настоящему изобретению, магнитные потери были уменьшены.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
[0165] В соответствии с настоящим изобретением можно предложить способ производства листа анизотропной электротехнической стали, способный обеспечить хорошую адгезию изоляционного покрытия и получение хорошего эффекта уменьшения магнитных потерь в листах анизотропной электротехнической стали, которые не имеют пленки форстерита и имеют области деформации, сформированные на основном стальном листе. Таким образом, настоящее изобретение имеет высокую промышленную применимость.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
[0166] 1 - Основной стальной лист
2 - Пленка форстерита
3 - Изоляционное покрытие
4 - Промежуточный слой
2
4
13
5 - Область, содержащая выделение MPO
6 - Область, содержащая выделение аморфного оксида фосфора
7 - Матричная фаза изоляционного покрытия
8 - Пустота