ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКАЯ ЛИСТОВАЯ СТАЛЬ С ИЗОЛЯЦИОННЫМ ПОКРЫТИЕМ
ELECTROTECHNICAL SHEET STEEL WITH INSULATION COATING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к электротехнической листовой стали с изоляционным покрытием с превосходными способностью к штамповке и адгезионными свойствами, даже без содержания соединений хрома.
Уровень техники
Электротехническая листовая сталь используется в моторах, трансформаторах и т.п. Изоляционное покрытие, сформированное на электротехнической листовой стали, должно обладать различными свойствами, такими как стойкость к расслаиванию, простота обработки и формования и стабильность при хранении и использовании. В частности, изоляционное покрытие с превосходной способностью к штамповке снижает число перемещений матрицы при штамповке. Изоляционное покрытие с превосходными адгезионными свойствами снижает частоту очистки, вызванной отслаиванием покрытия. Поэтому такое покрытие характеризуется простотой и удобством в обращении. Свойства, необходимые для изоляционного покрытия, сформированного на электротехнической листовой стали, зависят от области использования. Поэтому различные изоляционные покрытия разрабатываются в зависимости от области использования.
Когда электротехническую листовую сталь используют для изготовления продукта, электротехническую листовую сталь обычно штампуют, режут или изгибают. Обработка электротехнической листовой стали таким образом может ухудшить ее магнитные свойства за счет остаточных напряжений. Для снижения ухудшения магнитных свойств часто выполняют отжиг для снятия напряжений при температуре от около 700 до 800°C. Таким образом, в случае проведения отжига для снятия напряжений, изоляционное покрытие должно обладать термостойкостью, достаточной чтобы выдержать нагрев в ходе отжига для снятия напряжений.
Изоляционное покрытие, сформированное на электротехнической листовой стали, можно характеризовать тремя нижеследующими типами.
(1) Неорганическое покрытие, которое выдерживает отжиг для снятия напряжений, с особым вниманием, направленным на свариваемость и термостойкость.
(2) Неорганическое покрытие, содержащее смолу (т.е. покрытие, содержащее неорганический материал с некоторым количеством органического материала), которое выдерживает отжиг для снятия напряжений так, что достигается и свариваемость, и термостойкость.
(3) Органическое покрытие, не способное выдержать отжиг для снятия напряжений, для специальных применений.
Изоляционные покрытия общего назначения, способные выдержать нагрев в ходе отжига для снятия напряжений, являются покрытиями, содержащими неорганический компонент, как описано в случае типов (1) и (2). Используемый неорганический компонент обычно включает соединение хрома. Примером изоляционного покрытия типа (2), которое содержит соединение хрома, является хроматное изоляционное покрытие.
Хроматное изоляционное покрытие типа (2) формируют однократным нанесением с однократным прокаливанием. Хроматное изоляционное покрытие типа (2) может заметно улучшить штампуемость электротехнической листовой стали с изоляционным покрытием и поэтому более широко используется по сравнению с неорганическим покрытием типа (1).
3
Например, патентная литература 1 раскрывает электротехническую листовую сталь с электроизоляционным покрытием, которое получено таким образом, что рабочий раствор наносят на поверхность основы электротехнической листовой стали и затем прокаливают обычном способом, рабочий раствор получают таким образом, что эмульсию смолы с отношением винилацетат/виниловый эфир версатиковой кислоты (VeoVa) от 90/10 до 40/60 в качестве органической смолы и органический восстановитель смешивают с водным раствором дихромата, содержащим по меньшей мере один двухвалентный металл, в пропорции от 5 до 120 частей масс. твердого вещества смолы в эмульсии смолы и 10-60 частей масс. органического восстановителя на 100 частей масс. CrO в водном растворе.
Однако в последние годы электротехническая листовая сталь с изоляционным покрытием, не содержащим соединения хрома, востребована в области электротехнической листовой стали из-за повышения внимания к экологии.
Поэтому разработана электротехническая листовая сталь с изоляционным покрытием, не содержащим соединения хрома. Например, в патентной литературе 2 раскрыто изоляционное покрытие, которое не содержит соединения хрома и которое может улучшить штампуемость. Изоляционное покрытие, раскрытое в патентной литературе 2, содержит смолу и коллоидный диоксид кремния (диоксид кремния, содержащий оксид алюминия). Патентная литература 3 раскрывает изоляционное покрытие, которое выполнено из одного или нескольких видов коллоидного диоксида кремния, золя оксида алюминия и золя оксида циркония, которое содержит растворимую в воде смолу или эмульсию смолы. Патентная литература 4 раскрывает изоляционное покрытие, которое свободно от соединения хрома, которое содержит фосфат в качестве основного компонента и которое содержит смолу.
Однако у электротехнической листовой стали с изоляционным покрытием, не содержащим соединения хрома, может быть хуже штампуемость и адгезионные свойства (адгезия между изоляционным покрытием и электротехнической листовой сталью), чем с изоляционным покрытием, содержащим соединение хрома.
С другой стороны, например, в патентной литературе 5 раскрыт способ улучшения адгезионных свойств за счет снижения количества Fe в покрытии из фосфата поливалентного металла до соответствия неравенству 0≤Fe/P≤0,10. Кроме того, патентная литература 6 раскрывает способ улучшения свойств изоляционного покрытия путем подавления растворения Fe в растворе для нанесения покрытия, хотя никаких конкретных значений в ней не указано.
В целом свойства изоляционного покрытия, по-видимому, ухудшаются за счет растворения Fe в изоляционном покрытии, как было предложено выше. Однако в случае покрытия, которое сформировано так, что краску, не содержащую соединения хрома, где соединение хрома дает эффект пассивирования, непосредственно наносят на поверхности электротехнической листовой стали и затем прокаливают, трудно контролировать растворение Fe. В результате трудно в достаточной степени улучшить характеристики изоляционного покрытия, в частности, например, штампуемость и его адгезионные свойства.
Патентная литература 7 и 8 раскрывают способ изготовления стального сердечника, имеющего конечные изолирующие свойства при низкой температуре в течение короткого времени. В этом способе формирование сети силоксановых связей ускоряется введением металла или металлоида, выбранного из группы, состоящей из Fe, Li, Na, К, Mg, Са, Cr, Mn, Co, Ni, Cu, Zn, Y, Ti, Zr, Nb, В, Al, Ge, Sn, P, Sb и Bi в изоляционное покрытие в виде алкоксида или хлорида. Однако патентная литература 7 и 8 подробно не описывает, как ускорить формирование сети силоксановых связей в примере или не описывает конкретную возможность улучшения штампуемости, адгезионных свойств и т.п.
Список цитированных источников
Патентная литература
PTL 1: Публикация прошедшей экспертизу патентной заявки Японии №60-36476
PTL 2: Публикация не прошедшей экспертизу патентной заявки Японии №10-130858
PTL 3: Публикация не прошедшей экспертизу патентной заявки Японии №10-46350
PTL 4: Патент Японии №2944849
PTL 5: Патент Японии №3718638
PTL 6: Публикация не прошедшей экспертизу патентной заявки Японии №2005-240131
PTL 7: Публикация не прошедшей экспертизу патентной заявки Японии №2003-193263
PTL 8: Публикация не прошедшей экспертизу патентной заявки Японии №2004-285481
Раскрытие изобретения
Техническая задача
Настоящее изобретение было создано для решения вышеуказанных проблем. Целью настоящего изобретения является создание электротехнической листовой стали с изоляционным покрытием с превосходными штампуемостью и адгезионными свойствами.
Решение проблемы
Авторы изобретения провели интенсивные исследования для решения указанных проблем. В результате авторы изобретения неожиданно установили, что среди изоляционных покрытий, содержащих Si, который получен из соединения Si и который является одним из основных неорганических компонентов, покрытие, содержащее определенное количество Fe, обладает улучшенными свойствами покрытий для преимущественного решения указанных проблем. Настоящее изобретение основано на вышеуказанных данных. В частности, настоящее изобретение предлагает следующее.
2
(1) Электротехническая листовая сталь с изоляционным покрытием, содержащая электротехническую листовую сталь и изоляционное покрытие, сформированное на электротехнической листовой стали. Изоляционное покрытие содержит Si и Fe. Масса Si в изоляционном покрытии в пересчете на SiO составляет от 50 до 99% от общей массы покрытия. Мольное отношение (Fe/Si) содержания Fe к содержанию Si в изоляционном покрытии составляет от 0,01 до 0,6.
2
3
2
2
3
2
(2) В электротехнической листовой стали с изоляционным покрытием, определенной в пункте (1), изоляционное покрытие содержит органическую смолу и/или смазку и в изоляционном покрытии отношение (С (органическая смола + смазка)/(FeO + SiO)) массы органической смолы и/или смазки в пересчете на С к сумме массы Fe в пересчете на FeO и массы Si в пересчете на SiO составляет от 0,05 до 0,8.
Положительные эффекты изобретения
Электротехническая листовая сталь с изоляционным покрытием в соответствии с настоящим изобретением обладает превосходной штампуемостью и также превосходной адгезией между изоляционным покрытием и электротехнической листовой сталью.
Краткое описание чертежа
Фиг. 1 представляет график, показывающий влияние мольного отношения (Fe/Si) в изоляционном покрытии на адгезионные свойства.
Осуществление изобретения
Осуществления настоящего изобретения описаны ниже. Настоящее изобретение не ограничивается указанными осуществлениями.
Электротехническая листовая сталь с изоляционным покрытием в соответствии с настоящим изобретением содержит электротехническую листовую сталь и изоляционное покрытие, сформированное на электротехнической листовой стали. Электротехническая листовая сталь и изолирующее покрытие ниже описаны в указанном порядке.
Электротехническая листовая сталь
Электротехническая листовая сталь, используемая в настоящем изобретении, не ограничивается конкретной электротехнической листовой сталью. Используемая электротехническая листовая сталь может быть, например, электротехнической листовой сталью состава общего назначения. В общем, компонентами, содержащимися в электротехнической листовой стали, являются Si, Al и т.п. Остальную часть электротехнической листовой стали составляют Fe и неизбежные примеси. Обычно содержание Si составляет от 0,05 до 7,0% масс. и содержание Al составляет 2,0% масс. или менее.
Тип электротехнической листовой стали особо не ограничен. Следующие листы предпочтительно могут быть использованы в настоящем изобретении: так называемая мягкая толстая листовая сталь (электротехническая толстая листовая сталь) с высокой плотностью магнитного потока, холоднокатаный стальной лист общего назначения, такой как SPCC, нетекстурированная электротехническая листовая сталь, содержащая Si и Al для увеличения сопротивления и т.п. В настоящем изобретении предпочтительно могут быть использованы нетекстурированная электротехническая листовая сталь по JIS С 2552:2000 и текстурированная электротехническая листовая сталь по JIS С 2553:2012.
Изоляционное покрытие
Изоляционное покрытие электротехнической листовой стали с изоляционным покрытием в соответствии с настоящим изобретением содержит Si и Fe. Изоляционное покрытие может содержать определенный компонент, такой как органическая смола. Компоненты, содержащиеся в изоляционном покрытии, описаны ниже.
Изоляционное покрытие, которое содержит Si, может быть сформировано с использованием соединения Si. Примеры соединения Si включают коллоидный диоксид кремния, пирогенный диоксид кремния, алкоксисиланы и силоксаны. В настоящем изобретении использование одного или нескольких веществ, выбранных из этих соединений, позволяет изоляционному покрытию содержать Si.
Соединение Si, которое используется для формирования изоляционного покрытия, предпочтительно представляет собой соединение Si, содержащее реакционно-способную функциональную группу. Использование соединения Si, содержащего реакционно-способную функциональную группу, может обеспечить формирование прочного изоляционного покрытия, в результате чего адгезионные свойства и штампуемость значительно улучшаются. Следующие группы могут быть приведены в качестве примеров реакционно-способной функциональной группы: реакционно-способные группы в реакции присоединения, реакционно-способные группы в реакции конденсации, реакционно-способные группы в реакции раскрытия кольца и реакционно-способные группы в радикальных реакциях. Конкретные примеры реакционно-способных функциональных групп включают атом водорода, связанный с атомом кремния, алкенильные группы (например, винильная группа, аллильная группу, и пропенильная группа), органические группы, содержащие меркапто-группу, алкокси-группы (такие как метокси-группа, этокси-группа, и пропокси-группа), каждая из которых связана с атомом кремния, гидроксильные группы, каждая связана с атомом кремния, атомы галогена, каждый связан с атомом кремния, органические группы, содержащие амино-группу (такие как 2-аминоэтильная и 3-аминопропильная группа), органические группы, содержащие эпокси-группу (глицидоксиалкильные группы (такие как 3-глицидоксипропильная группа)), эпоксициклогексилалкильные группы (такие как 2-(3,4-эпоксициклогексил)этил), акрил-содержащие органические группы (такие, как 3-акрилоксипропильная группа) и метакрил-содержащие органические группы (такие как 3-метакрилоксипропильная группа).
В настоящем изобретении среди соединений Si, содержащих реакционно-способную функциональную группу, соединение Si, содержащее органическую группу, содержащую эпокси-группу, органическую группу, содержащую амино-группу, или алкокси-группу, связанную с атомом кремния, предпочтительно используют для дополнительного усиления эффекта настоящего изобретения.
Кроме того, в настоящем изобретении предпочтительно используют соединение Si, содержащее два или более типов реакционно-способных функциональных групп, связанных с одним соединением Si. Примеры такого соединения Si включают соединения Si, такие как 3-глицидоксипропилтриметоксисилан и 3-глицидоксипропилметилдиметоксисилан, содержащие органическую группу, содержащую эпоксидную группу и алкокси-группу, связанную с атомом кремния, и соединения Si, такие как 3-аминопропилтриметоксисилан и N-2-(аминоэтил)-3-аминопропилтриметоксисилан, содержащие органическую группу, содержащую амино-группу, и алкокси-группу, связанные с атомом кремния.
Кроме того, в настоящем изобретении предпочтительно используют два или более типов соединений Si, содержащих различные реакционно-способные функциональные группы. Могут быть указаны следующие комбинации: например, сочетание соединения Si, содержащего органическую группу, содержащую амино-группу, и соединения Si, содержащего органическую группу, содержащую эпокси-группу (например, сочетание 3-глицидоксипропилтриметоксисилана и 3-аминопропилтриметоксисилана, сочетание 3-глицидоксипропилтриметоксисилана и N-2-(аминоэтил)-3-аминопропилтриметоксисилана или т.п.), и сочетание соединения Si, содержащего алкокси-группу, связанную с атомом кремния, и соединения Si, содержащего органическую группу, содержащую эпокси-группу, (например, сочетание 3-глицидоксипропилтриметоксисилана и метилтриэтоксисилана, сочетание 3-глицидоксипропилметилдиметоксисилана и метилтриэтоксисилана или т.п.).
В случае использования двух или более типов соединений Si, содержащих различные реакционно-способные функциональные группы, соотношение между используемыми соединениями Si конкретно не ограничивается и может задаваться соответствующим образом. В случае использования, например сочетания соединения Si, содержащего органическую группу, содержащую амино-группу, и соединения Si, содержащего органическую группу, содержащую эпокси-группу, массовое отношение (соединение Si, содержащее органические группы, содержащую амино-группу /соединение Si, содержащее органическую группу, содержащую эпокси-группу) между соединениями Si, которые используются в исходных материалах, предпочтительно находится в диапазоне от 0,25 до 4,0. Когда отношение (соединение Si, содержащее органическую группу, содержащую амино-группу/соединение Si, содержащее органическую группу, содержащую эпокси-группу) находится в диапазоне от 0,25 до 4,0, достигается эффект повышения коррозионной стойкости. Альтернативно в случае использования сочетания соединения Si, содержащего алкокси-группу, связанную с атомом кремния, и соединения Si, содержащего органическую группу, содержащую эпокси-группу, массовое отношение (соединение Si, содержащее алкокси-группу, связанную с атомом кремния/соединение Si, содержащее органическую группу, содержащую эпокси-группу) между соединениями Si, которые используются в качестве исходных материалов, предпочтительно находится в диапазоне от 0,20 до 3,0. Когда отношение (соединение Si, содержащее алкокси-группу, связанную с атомом кремния/соединение Si, содержащее органическую группу, содержащую эпокси-группу) находится в диапазоне от 0,20 до 3,0, достигается эффект повышения стойкости к воздействию водяного пара.
Кроме того, в настоящем изобретении соединение Si, содержащее реакционно-способную функциональную группу, предпочтительно используют в сочетании с коллоидным диоксидом кремния и/или пирогенным диоксидом кремния. В случае этого сочетания используемое массовое отношение ((коллоидный диоксид кремния + пирогенный диоксид кремния)/соединение Si) общего количества соединения Si, содержащего реакционно-способную функциональную группу, к количеству коллоидного диоксида кремния и/или пирогенного диоксида кремния предпочтительно составляет 2,0 или менее. Когда массовое отношение ((коллоидный диоксид кремния + пирогенный диоксид кремния)/соединение Si) составляет 2,0 или менее достигается эффект повышения стойкости к царапинам.
2
Содержание Si в изоляционном покрытии регулируют таким образом, чтобы масса Si в покрытии (далее по тексту относится к массе Si в покрытии в некоторых случаях) в пересчете на SiO составляла от 50 до 99% от общей массы покрытия. При этом единицы "%" относятся к "массовым процентам". Когда масса Si в покрытии составляет менее 50% от общей массы покрытия, адгезионные свойства не улучшается и не достигается стойкость к отслаиванию после отжига. Когда масса Si в покрытии составляет более 99% от общей массы покрытия, ухудшаются адгезионные свойства и внешний вид. В частности, в настоящем описании термин "масса покрытия" относится к массе сухого покрытия. Масса покрытия может быть определена по содержанию остающегося сухого вещества (твердого вещества), полученного путем сушки рабочего раствора для формирования покрытия на стальном листе, при 180°C в течение 30 минут. Термин "общая масса покрытия" относится к фактической массе сухого изоляционного покрытия (сухого покрытия).
Изоляционное покрытие электротехнической листовой стали с изоляционным покрытием в соответствии с настоящим изобретением, содержит Fe. Изоляционное покрытие, которое содержит Fe, может быть сформировано с использованием соединения Fe (соединение, которое выделяет ионы Fe или коллоид Fe в рабочем растворе для формирования изоляционного покрытия). Альтернативно изоляционное покрытие, которое содержит Fe, может быть сформировано таким образом, что Fe растворяется из электротехнической листовой стали в процессе образования изоляционного покрытия. Примеры соединения Fe включают ацетат железа, цитрат железа и цитрат аммония железа.
Количество растворенного Fe можно регулировать в зависимости от состава электротехнической листовой стали; pH рабочего раствора, который используется для формирования изоляционного покрытия; времени прошедшего от нанесения рабочего раствора на электротехническую листовую сталь до прокаливания; или т.п. В частности, чем выше содержание Al в электротехнической листовой стали, тем ниже количество растворенного Fe. С повышением содержания Si в электротехнической листовой стали количество растворенного Fe увеличивается. Чем ниже значение pH рабочего раствора, тем выше количество растворенного Fe. Повышение времени прошедшего от нанесения рабочего раствора на электротехническую листовую сталь до прокаливания увеличивает количество растворенного Fe. Увеличение количества растворенного Fe регулированием этих факторов позволяет повысить количество Fe, содержащегося в изоляционном покрытии. Уменьшение количества растворенного Fe регулированием этих факторов позволяет снизить количество Fe, содержащегося в изоляционном покрытии.
Содержание Fe в изоляционном покрытии должно быть отрегулировано таким образом, чтобы мольное отношение (Fe/Si) количества Fe к количеству Si в изоляционном покрытии составляло от 0,01 до 0,6. Причина, по которой свойства покрытия улучшаются, когда отношение (Fe/Si) находится в вышеуказанном диапазоне неясна и по-видимому вызвана высокой реакционной способностью соединения Si по отношению к Fe. То есть, Si и Fe, вероятно, связаны друг с другом через О с образованием превосходного изоляционного покрытия. Когда отношение (Fe/Si), является чрезвычайно низким, реакция, протекающая между изоляционным покрытием и поверхностью электротехнической листовой стали, по-видимому, недостаточна и поэтому адгезионные свойства является недостаточными. При высоком значении отношения (Fe/Si) количество железа в изоляционном покрытии является большим и образование связи между Si и Fe (Si-O-Fe-O-Si или т.п.) вероятно ингибируется; следовательно, адгезионные свойства и штампуемость ухудшаются. Отношение (Fe/Si) предпочтительно составляет от 0,01 до 0,60, более предпочтительно от 0,02 до 0,5 и наиболее предпочтительно от 0,02 до 0,50.
Метод определения отношения (Fe/Si) не имеет особых ограничений, если эффект настоящего изобретения может быть подтвержден. Отношение (Fe/Si) может быть определено, например, оже-электронной спектроскопией, анализом по глубине с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, анализом энергодисперсионной спектроскопии (EDS) покрытия методом просвечивающей электронной микроскопии (ТЕМ) поперечного сечения или растворения покрытия в горячей щелочи. В случае оже-электронной спектроскопии отношение (Fe/Si) может быть определено таким образом, что анализ по глубине выполняется катодным распылением и среднее значение для каждого из Fe и Si определяется до снижения интенсивности Si наполовину. В этой операции число точек анализа предпочтительно составляет десять или более. В случае растворения покрытия в горячей щелочи отношение (Fe/Si) может быть определено таким образом, что, например, стальной лист с покрытием погружают в нагретый водный раствор 20% масс. NaOH, покрытие растворяется в нем (растворение в горячей щелочи) и Fe и Si в водном растворе подвергают анализу индуктивно связанной плазмой (ICP).
Изоляционное покрытие электротехнической листовой стали с изоляционным покрытием в соответствии с настоящим изобретением может содержать органическую смолу. Изоляционное покрытие, содержащее органическую смолу, позволяет дополнительно улучшить свойства изоляционного покрытия. Органическая смола, которая может быть использована в настоящем изобретении, не имеет особых ограничений и любая известная, обычно используемая смола, преимущественно является подходящей. Примеры органической смолы включают водные смолы (эмульсии, дисперсии, растворимые в воде), такие как акриловая смола, алкидная смола, полиолефиновая смола, стирольная смола, винилацетатная смола, эпоксидная смола, фенольная смола, полиэфирная смола, уретановая смола и меламиновая смола. В частности, предпочтительными являются эмульсия акриловой смолы или смолы этилен-акриловой кислоты.
2
3
2
2
3
2
2
3
2
2
3
2
Органическая смола эффективно способствует улучшению стойкости к царапинам и штампуемости и ее содержание не имеет особых ограничений. Содержание органической смолы в изоляционном покрытии предпочтительно регулируют таким образом, чтобы отношение (С (органическая смола)/(FeO + SiO)) массы в покрытии органической смолы в пересчете на С к сумме массы в покрытии железа в пересчете на FeO и массы в покрытии Si в пересчете на SiO составляло от 0,05 до 0,8. При этом масса в покрытии приведена в массовых процентах. Когда (С (органическая смола)/(FeO + SiO)) составляет 0,05 или более, достигается эффект улучшения штампуемости. Когда (С (органическая смола)/(FeO + SiO)) составляет 0,8 или менее, обеспечивается стойкость к царапинам.
Изоляционное покрытие электротехнической листовой стали с изоляционным покрытием в соответствии с настоящим изобретением может содержать смазку. Эффект повышения стойкости к царапинам и штампуемости получают при содержании смазки в изоляционном покрытии.
Используемая смазка может быть, например, одним или несколькими полиолефиновыми восками (например, полиэтиленовые воски), парафиновыми восками (например, синтетический парафин, натуральный парафин и т.п.), фторуглеводородными парафинами (например, политетрафторэтилен и т.п.), амидными соединениями жирных кислот (например, стеарамид, пальмитамид и т.п.), металлическими мылами (например, стеарат кальция, стеарат цинка и т.п.), сульфидами металлов (например, дисульфид молибдена, дисульфид вольфрама и т.п.), графитом, фторидом графита, нитридом бора, полиалкиленгликолями и сульфатами щелочных металлов и т.п. В частности, полиэтиленовый воск и политетрафторэтилен (PNFE) воск являются предпочтительными.
2
3
2
2
3
2
Количество используемой смазки не имеет особых ограничений и предпочтительно регулируется таким образом, чтобы отношение (С (смазки)/(FeO + SiO)) массы в покрытии смазки в пересчете на С к сумме массы в покрытии Fe в пересчете на FeO и массы в покрытии Si в пересчете на SiO составляло от 0,05 до 0,8. Их отношение предпочтительно находится в диапазоне от 0,05 до 0,3. Когда указанное отношение массы в покрытии составляет 0,05 или более, достигается эффект снижения трения вырубного штампа что, следовательно, предпочтительно. Отношение предпочтительно составляет 0,8 или меньше, потому что покрытие не отслаивается при резке.
2
3
2
2
3
2
Изоляционное покрытие электротехнической листовой стали с изоляционным покрытием в соответствии с настоящим изобретением может содержать и органическую смолу и смазку. В этом случае содержание органической смолы и смазки в изоляционном покрытии предпочтительно регулируют таким образом, чтобы отношение (С (органическая смола + смазка)/(FeO + SiO)) суммы массы в покрытии органической смолы в пересчете на С и массы в покрытии смазки в пересчете на С к сумме массы в покрытии Fe в пересчете на FeO и массы в покрытии Si в пересчете на SiO составляло от 0,05 до 0,8. Когда их отношение находится в пределах этого диапазона, достигаются эффекты, обусловленные органической смолой и смазкой.
В настоящем изобретении изоляционное покрытие может дополнительно содержать другой компонент, такой как поверхностно-активное вещество, антикоррозионное средство, ингибитор окисления, обычно используемая добавка, неорганическое соединение или органическое соединение в дополнение к вышеуказанным компонентам. Примеры неорганического соединения включают борную кислоту и пигменты.
2
3
2
2
3
2
2
3
2
Вышеуказанный другой компонент может содержаться в изоляционном покрытии таким образом, чтобы не ухудшался эффект настоящего изобретения. Например, содержание другого компонента предпочтительно регулируют таким образом, чтобы отношение (другой компонент/(FeO + SiO)) массы в покрытии другого компонента к сумме массы в покрытии Fe в пересчете на FeO и массы в покрытии Si в пересчете на SiO составляло 0,8 или менее. Когда (другой компонент/(FeO + SiO)) составляет 0,8 или менее обеспечивается стойкость к царапинам.
Толщина изоляционного покрытия, которое содержит вышеуказанные компоненты, особо не ограничена и может задаваться в зависимости от искомых свойств изоляционного покрытия. В случае изоляционного покрытия обычной электротехнической листовой стали с изоляционным покрытием толщина изоляционного покрытия составляет от 0,01 до 10 мкм. Толщина изоляционного покрытия предпочтительно находится в диапазоне от 0,05 до 1 мкм.
Способ изготовления электротехнической листовой стали с изоляционным покрытием описан ниже.
Электротехническая листовая сталь, которая используется для изготовления электротехнической листовой стали с изоляционным покрытием, может быть обычного назначения, как описана выше. Таким образом, электротехническая листовая сталь может быть сталью, изготовленной обычным способом или коммерчески доступной сталью.
В настоящем изобретении предварительная обработка электротехнической листовой стали, которая является исходным материалом, не имеет особых ограничений. То есть электротехническая листовая сталь может быть необработанной. В настоящем изобретении электротехническую листовую сталь предпочтительно обезжиривают щелочью или протравливают соляной кислотой, серной кислотой, фосфорной кислотой, или т.п.
Приготавливают рабочий раствор, который используют для формирования изоляционного покрытия. Рабочий раствор может быть получен, например, добавлением соединения Si в деионизированную воду. Рабочий раствор может быть получен добавлением, при необходимости, соединения Fe, органической смолы, смазки и/или другого соединения в деионизированную воду.
Значение pH рабочего раствора может быть скорректировано, когда готовят рабочий раствор. Значение pH рабочего раствора является одним из факторов, влияющих на количество Fe в изоляционном покрытии, как описано выше. Таким образом, с точки зрения искомого количества Fe, pH рабочего раствора предпочтительно корректируют вместе с продолжительностью (время, прошедшее от нанесения рабочего раствора на электротехническую листовую сталь до прокаливания), составом электротехнической листовой стали или т.п. В случае доводки pH рабочего раствора, pH рабочего раствора предпочтительно задают в диапазоне от 3 до 12. Значение pH рабочего раствора предпочтительно составляет 3 или более, поскольку количество Fe в покрытии вряд ли будет чрезмерным. Значение pH рабочего раствора предпочтительно составляет 12 или менее, поскольку количество Fe в покрытии вряд ли будет низким.
Затем рабочий раствор наносят на поверхность электротехнической листовой стали и оставляют на определенное время. Прошедшее время является одним из факторов, влияющих на количество Fe в изоляционном покрытии, как описано выше. В частности, оставление рабочего раствора на определенное время позволяет Fe электротехнической листовой стали растворяться в рабочем растворе. Это обеспечивает присутствие Fe в изоляционном покрытии. Таким образом, с точки зрения искомого количества Fe, прошедшее время предпочтительно корректируют вместе с pH рабочего раствора, составом электротехнической листовой стали, температурой атмосферы, в которой остается рабочий раствор (при комнатной температуре, например, от 10 до 30°C), или т.п. В случае корректировки прошедшее время предпочтительно устанавливают в диапазоне от 3 до 220 с и более предпочтительно от 10 до 100 с.
Способ нанесения рабочего раствора на электротехническую листовую сталь не имеет особых ограничений. Различные инструменты, такие как покрывной валик, устройство для нанесения покрытий обливом, распыление и ножевое устройство для нанесения покрытий могут быть использованы для нанесения рабочего раствора на лист электротехнической стали.
Затем рабочий раствор, нанесенный на электротехническую листовую сталь, прокаливают для формирования изоляционного покрытия. Способ прокаливания рабочего раствора не имеет особых ограничений. Может быть использован нагрев горячим воздухом, инфракрасный нагрев, индукционный нагрев и тому подобные обычно используемые методы. Температура прокаливания рабочего раствора конкретно не ограничена и может задаваться таким образом, что температура стального листа достигает от около 150 до 350°C. Время его прокаливания не имеет особых ограничений и может быть выбрано в диапазоне, например, от 1 с до 10 мин.
2
Напряжения в электротехнической листовой стали с изоляционным покрытием в соответствии с настоящим изобретением, вызванные, например, штамповкой, могут быть сняты отжигом для снятия внутренних напряжений. Предпочтительная атмосфера отжига для снятия остаточных напряжений является, например, N атмосферой или атмосферой DX газа, не способного окислить железо. Коррозионная стойкость может быть увеличена таким образом, чтобы точка росы Dp устанавливалась при повышенной температуре, например от около 5 до 60°C, и поверхность и торцевая поверхность слегка окислялись. Температура отжига для снятия остаточного напряжения предпочтительно составляет от 700 до 900°C и более предпочтительно от 700 до 800°C. Время выдержки при температуре отжига для снятия внутренних напряжений предпочтительно длительное и более предпочтительно 1 час или более.
Изоляционное покрытие предпочтительно размещают на обеих поверхностях стального листа и может быть размещено на его одной поверхности в зависимости от целей. Альтернативно изоляционное покрытие может быть размещено на его одной поверхности и другое изоляционное покрытие может быть размещено на его другой поверхности.
Примеры
Как показано в таблице 1, рабочие растворы готовят таким образом, что соединения Si были добавлены к деионизированной воде при необходимости вместе с органическими смолами, соединениями Fe или смазкой. Значение pH каждого рабочего раствора показано в таблице 1. В таблице 1 количество каждого компонента дано в частях масс. на 100 частей масс. всех эффективных компонентов, исключая воду и растворитель. Общая концентрация твердого вещества компонентов по отношению к количеству деионизированной воды составляет 50 г/л. В таблице 1 S1-S7, представляющие соединения Si, являются теми, что показаны в таблице 2, R1-R3, представляющие органические смолы, это показанные в таблице 3, F1 и F2, представляющие соединения Fe, являются теми, что показаны в таблице 4, и L1 и L2, представляющие смазку, те, что показаны в таблице 5.
Каждый рабочий раствор нанесен на поверхность (одну поверхность) образца, вырезанного из электротехнической листовой стали (А360 (JIS С 2552 (2000)), толщиной 0,35 мм, шириной 150 мм и длиной 300 мм с использованием устройства для нанесения покрытий валиком, оставляют на время (время, прошедшее от нанесения до прокаливания), показанное в таблице 1, и затем прокаливают в воздушной печи при температуре прокаливания (то есть температура, до которой нагревают стальной лист) показанной в таблице 1, в течение времени прокаливания, показанного в таблице 1, с последующим охлаждением до комнатной температуры, в результате чего формируется изоляционное покрытие.
2
2
3
2
2
3
2
3
2
2
3
2
Масса Si в изоляционном покрытии в пересчете на SiO, масса Fe в изоляционном покрытии в пересчете на FeO и масса органической смолы или смазки в изоляционном покрытии в пересчете на С определяется следующим образом, изоляционное покрытие нагревают и растворяют в нагретом 20% масс. водном растворе NaOH и проводят ICP анализ на Fe, Si и С в водном растворе. Следующие параметры приведены в таблице 1: количество Si (массовое содержание в покрытии в пересчете на SiO), количество Fe (массовое содержание в покрытии в пересчете на FeO), мольное отношение (Fe/Si) Fe к Si, отношение массового содержания в покрытия (массовое содержание в покрытии органической смолы в пересчете на С: С (органическая смола)/(FeO + SiO)), отношение массового содержания в покрытии (массовое содержание в покрытии смазки в пересчете на С: С (смазка)/(FeO + SiO)), и доля (содержание Si в таблице 1) количества Si в общей массе покрытия.
Результаты, полученные при исследовании свойств покрытия (штампуемость и адгезионные свойства) конечной электротехнической листовой стали с изоляционным покрытием показаны в таблице 1 (листы продукта в таблице 1). Оценивают штампуемость только некоторых листов электротехнической стали с изоляционным покрытием.
Также оценивают свойства покрытия отожженных листов, полученных отжигом электротехнической листовой стали с изоляционным покрытием для снятия напряжений при 750°C в течение 2 ч в атмосфере азота. Результаты оценки приведены в таблице 1 (отожженные листы в таблице 1).
Конкретный способ оценки штампуемости и адгезии и критерии оценки и штампуемости и адгезии описаны ниже.
Штампуемость
Каждый лист электротехнической стали с изоляционным покрытием подвергают штамповке с использованием стального штампа диаметром 15 мм до достижения высоты заусенца 50 мкм. Штампуемость оценивают на основании числа штамповок электротехнической листовой стали с изоляционным покрытием. Критерии оценки такие, как описано ниже. Результаты оценки приведены в таблице 1.
Критерии оценки
А: 1200000 или более раз
В: от 1000000 раз до менее 1200000 раз
С: от 700000 раз до менее 1000000 раз
D: от 300000 раз до менее 700000 раз
Е: менее 300000 раз
Адгезионные свойства
Клейкую целлофановую ленту наклеивают на поверхность каждого листа электротехнической стали с изоляционным покрытием. После сгибания внутрь листов электротехнической стали с изоляционным покрытием до радиуса 10 мм клейкую целлофановую ленту отрывают и состояние покрытия на стальном листе оценивают путем визуального наблюдения. Критерии оценки такие, как описаны ниже. Результаты оценки приведены в таблице 1. Взаимосвязь между мольным отношением (Fe/Si) и адгезионными свойствами, определенными в сравнительных примерах 1-4 и примерах 1-7 изобретения, показана на фиг. 1.
Критерии оценки
А: остающаяся часть 90% или более
Б: остающаяся часть 60% или более до менее 90%
С: остающаяся часть 30% или более до менее 60%
Д: остающаяся часть менее 30%
Как показано в таблице 1, каждый лист из электротехнической стали с изоляционным покрытием, полученным в соответствии с настоящим изобретением, обладает превосходными штампуемостью и адгезионными свойствами.