ЛИСТ ИЗ ТЕКСТУРИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
TEXTURE ELECTRIC STEEL SHEET AND METHOD OF ITS PRODUCTION

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к листу из текстурированной электротехнической стали, используемому в качестве материала стального сердечника трансформатора и т.п., и способу его изготовления.
Известный уровень техники
Лист из текстурированной электротехнической стали, который в основном используется в качестве железного сердечника трансформатора, должен обладать превосходными магнитными свойствами, в частности низкими потерями в железе.
Чтобы соответствовать этому требованию важно, чтобы зерно вторичной рекристаллизации было ориентировано в стальном листе в значительной степени в (110) [001] ориентации (или так называемая "ориентация Госса") и снижено содержание примесей в конечном стальном листе. Однако существуют ограничения по контролю ориентации кристалла и снижению содержания примесей, связанные со стоимостью производства, и так далее. В связи с этим были разработаны некоторые способы придания неоднородной деформации поверхности стального листа физическими способами или химическими способами и снижения ширины магнитного домена для уменьшения потери в железе, т.е. способы уменьшения магнитных доменов.
2
Например, JP 57-002252 B (PTL 1) предлагает способ снижения потери в железе стального листа облучением лазером конечного стального листа, созданием области высокой плотности дислокаций в поверхностном слое стального листа и снижением ширины магнитного домена. Кроме того, JP 62-053579 B (PTL 2) предлагает способ уменьшения магнитных доменов формированием линейных канавок глубиной более 5 мкм в железной основе стального листа после конечного отжига при нагрузке 882-2156 МПа (90 до 220 кгс/мм) с последующей термообработкой стального листа при температуре 750°C или выше. С помощью вышеописанных способов уменьшения магнитных доменов может быть получен стальной лист из текстурированной электротехнической стали с подходящими свойствами потери в железе.
Краткое изложение существа изобретения
Техническая задача, решаемая изобретением
Вышеуказанные способы уменьшения магнитных доменов обработкой с формированием линейных канавок обладают меньшим эффектом снижения потери в железе по сравнению с другими способами уменьшения магнитных доменов созданием областей с высокой плотностью дислокаций лазерным облучением и т.п. Также проблемой вышеуказанных способов является незначительное улучшение потери в железе в существующих пакетах железа трансформатора, хотя потери в железе снижены уменьшением магнитных доменов. Таким образом, эти способы обеспечивают крайне низкое значение коэффициента заполнения (BF).
Пути решения задачи
Настоящее изобретение было разработано для решения этих задач. Целью настоящего изобретения является создание листа из текстурированной электротехнической стали, который может еще больше снизить потери в железе материала с помощью линейных канавок, сформированных на нем, для уменьшения магнитных доменов, и обладает превосходными свойствами низких потерь в железе сборки реального трансформатора, наряду с преимущественным способом его изготовления.
Существо настоящего изобретения можно резюмировать следующим образом:
[1] Лист из текстурированной электротехнической стали, включающий пленку форстерита; покрытие, создающее напряжение на поверхности стального листа; и линейные канавки для уменьшения магнитных доменов на поверхности стального листа, причем
толщина стального листа составляет 0,30 мм или менее,
линейные канавки формируются с интервалом 2-10 мм в направлении прокатки,
глубина каждой из линейных канавок составляет 10 мкм или более,
толщина пленки форстерита в нижней части линейных канавок составляет 0,3 мкм или более,
общее напряжение на стальном листе, создаваемое пленкой форстерита, и покрытием, создающим напряжение, составляет 10,0 МПа или более в направлении прокатки, и
17/50
доля потери на вихревые токи в потерях в железе W стального листа составляет 65% или менее, при размещении стального листа в переменном магнитном поле 1,7 Тл и 50 Гц в направлении прокатки.
[2] Способ изготовления листа из текстурированной электротехнической стали, включающий:
прокатку сляба листа из текстурированной электротехнической стали до конечной толщины листа;
последующее обезуглероживание стального листа;
затем нанесение отжигового сепаратора, состоящего в основном из MgO, на поверхность стального листа до конечного отжига стального листа; и
последующее нанесение покрытия, создающего напряжение, и правильный отжиг стального листа, причем
(1) формирование линейных канавок для уменьшения магнитных доменов выполняют перед окончательным отжигом для формирования пленки форстерита,
2
(2) количество покрытия отжигового сепаратора составляет 10,0 г/м или более, и
(3) приложенное к стальному листу напряжение на линии правильного отжига после окончательного отжига устанавливают в диапазоне 3-15 МПа.
[3] Способ изготовления листа из текстурированной электротехнической стали в соответствии с вышеуказанным п. [2], в котором проводят горячую прокатку сляба листа из текстурированной электротехнической стали и необязательно отжиг в горячей зоне и последующую однократную, двукратную или многократную холодную прокатку с промежуточным отжигом между ними, до конечной толщины листа.
Положительный эффект изобретения
В соответствии с настоящим изобретением можно создать лист из текстурированной электротехнической стали, который позволяет реальному трансформатору с пакетом из указанного листа эффективно сохранять эффект снижения потери в железе стального листа, который имеет линейные канавки, сформированные на нем, и обработан для уменьшения магнитных доменов. Таким образом, реальный трансформатор может обладать превосходными низкими потерями в железе.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение далее будет описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 представляет график, иллюстрирующий изменение потери в железе трансформатора в зависимости от доли потери на вихревые токи материала железного сердечника, и
фиг.2 представляет поперечное сечение части линейной канавки стального листа, сформированной в соответствии с настоящим изобретением.
Описание осуществлений
2
4
Настоящее изобретение будет конкретно описано далее. Авторы настоящего изобретения рассмотрели условия, необходимые для улучшения потери в железе листа из текстурированной электротехнической стали в качестве материала с линейными канавками, сформированными на нем для уменьшения магнитных доменов и имеющего пленку форстерита (пленка, состоящая в основном из MgSiO), и для предотвращения ухудшения коэффициента заполнения реального трансформатора с помощью этого листа из текстурированной электротехнической стали.
Толщина пленки форстерита в образцах конечного стального листа, на котором сформированы линейные канавки, напряжение пленки и доля потери на вихревые токи в материале приведены в таблице 1. Видно, что напряжение в пленке растет, а доля потери на вихревые токи материала, в котором сформированы линейные канавки, уменьшается при увеличении толщины пленки форстерита. Кроме того, даже если толщина пленки форстерита мала, напряжение пленки может быть повышено увеличением количества наносимого изоляционного покрытия, что приводит к уменьшению доли потери на вихревые токи. В соответствии с использованием в изобретении изоляционное покрытие означает такое покрытие, которое может создавать напряжение на стальном листе для снижения потери в железе (далее именуемое как "покрытие, создающее напряжение").
Таблица 1
Образец No.
Толщина пленки форстерита, где сформированы канавки (мкм)
Количество покрытия, создающего напряжение (г/м<sup>2</sup>)
Напряжение, создаваемое пленкой (МПа)
Доля потери на вихревые токи (%)
Примечание
1
0
11,0
6,0
71
канавки сформированы после конечного отжига
2
0,06
11,0
7,2
70
-
3
0,12
11,0
8,1
68
-
4
0,15
11,0
8.8
68
-
5
0,27
11,0
9,5
66
-
6
0,31
11,0
10,2
65
-
7
0,35
11,0
11,8
63
-
8
0,46
11,0
13,7
61
-
9
0,52
11,0
15,8
60
-
10
0,12
18,5
12,3
63
толстое покрытие, создающее напряжение,
11
0,19
18,5
13,2
61
толстое покрытие, создающее напряжение,
12
0,25
18,5
11,8
64
толстое покрытие, создающее напряжение,
2
2
Фиг.1 иллюстрирует изменения потери в железе трансформатора в зависимости от доли потерь на вихревые токи в материале железного сердечника. Как показано на фиг.1 белыми кружками (количество покрытия, создающего напряжение: 11,0 г/м), ухудшение коэффициента заполнения становится менее значимым, когда доля потерь на вихревые токи в потерях в железе материала составляет 65% или менее. С другой стороны, как показано на фиг.1 черными прямоугольниками (количество покрытия, создающего напряжение: 18,5 г/м), отсутствует улучшение потери в железе трансформатора, когда толщина пленки форстерита мала, даже если доля потери на вихревые токи невелика.
В этом случае, чтобы уменьшить долю потери на вихревые токи, эффективным является увеличение напряжения пленки в направлении прокатки (общее напряжение создаваемого пленкой форстерита и покрытием, создающим напряжение), и, как уже указывалось ранее, необходимо контролировать, чтобы это напряжение пленки составляло 10,0 МПа или выше. Однако как и в случае с примерами, обозначенными черными прямоугольниками, полагают, что коэффициент заполнения сердечника стальным листом становится хуже в случае увеличения количества наносимого покрытия, создающего напряжение, так, что напряжение пленки составляет 10,0 МПа или выше, по сравнению с увеличением толщины пленки форстерита, формируемой на нижней части линейных канавок, и, следовательно, эффект улучшения потери в железе компенсируется увеличением напряжения пленки покрытия, что не приводит к улучшению потери в железе трансформатора.
Таким образом, для улучшения потери в железе материала важно контролировать толщину пленки форстерита, формируемой на нижней части линейных канавок, в то время как для улучшения коэффициента заполнения важно контролировать напряжение, создаваемое на всей поверхности стального листа, включая участки, где формируются линейные канавки, долю потери на вихревые токи в потерях в железе материала и толщину пленки форстерита, формируемой на нижней части линейных канавок, соответственно.
На основании этих выводов конкретные условия сбалансированного улучшения потерь в железе и улучшения коэффициента заполнения будут описаны далее.
Толщина стального листа: 0,30 мм или менее
В настоящем изобретении толщина стального листа должна быть 0,30 мм или менее. Это вызвано тем, что если толщина стального листа более 0,30 мм, это создает настолько большие потери на вихревые токи, что они могут препятствовать снижению доли потери на вихревые токи до 65% или менее, даже при уменьшении магнитных доменов. Кроме того, без ограничения нижний предел толщины стального листа, как правило, составляет 0,05 мм или более.
Интервалы в направлении прокатки между серией линейных канавок, сформированных на стальном листе: 2-10 мм
В настоящем изобретени, интервалы в направлении прокатки между линейными канавками, сформированными на стальном листе, составляют 2-10 мм. Это вызвано тем, что, если вышеописанные интервалы между серией линейных канавок выше 10 мм, то не может быть достигнут достаточный эффект уменьшения магнитных доменов за счет небольшого количества магнетизма, создаваемого на поверхности. С другой стороны, если интервалы менее 2 мм, то ухудшается магнитная проницаемость в направлении прокатки и эффект снижения потери на вихревые токи уменьшением магнитных доменов исчезает в связи с чрезмерным увеличением количества магнетизма, создаваемого на поверхности, и уменьшается стальная подложка с увеличением числа канавок.
Глубина линейной канавки: 10 мкм или более
В настоящем изобретении глубина каждой линейной канавкой на стальном листе должна быть 10 мкм или более. Это вызвано тем, что если глубина каждой линейной канавки на стальном листе ниже 10 мкм, то не может быть достигнут достаточный эффект уменьшения магнитных доменов за счет небольшого количества магнетизма, создаваемого на поверхности. Следует отметить, что верхний предел глубины каждой линейной канавки предпочтительно составляет около 50 мкм или менее без ограничений, потому что уменьшается стальная подложка с более глубокими канавками и, следовательно, магнитная проницаемость в направлении прокатки становится хуже.
Толщина пленки форстерита в нижней части линейной канавки: 0,3 мкм или более
Эффект, достигаемый введением линейных канавок способом уменьшения магнитных доменов для формирования линейной канавки, меньше, чем эффект, получаемый способом уменьшения магнитных доменов для создания участков с высокой плотностью дислокаций, из-за меньшего создаваемого количества магнетизма. Во-первых, было исследовано количество создаваемого магнетизма при формировании линейных канавок. В результате была установлена корреляция между толщиной пленки форстерита, где были сформированы линейные канавки, особенно в нижней части линейных канавок, и количеством магнетизма. Затем были проведены дальнейшие исследования соотношения между толщиной пленки и количеством магнетизма. В результате было установлено, что увеличение толщины пленки в нижней части линейной канавки является эффективным для увеличения количества магнетизма. В частности, толщина пленки форстерита, необходимая для повышения количества магнетизма и для улучшения эффекта уменьшения магнитных доменов, составляет 0,3 мкм или более, предпочтительно 0,6 мкм или более в нижней части линейных канавок. С другой стороны, верхний предел толщины пленки форстерита предпочтительно составляет около 5,0 мкм без ограничений, так как ухудшается адгезия к стальному листу и пленка форстерита отрывается легче, если пленка форстерита слишком толстая.
Хотя причина увеличения количества магнетизма, как описано выше, точно не выяснена, авторы настоящего изобретения полагают следующее. Существует корреляция между толщиной пленки форстерита и напряжением, создаваемым пленкой форстерита на стальном листе, и напряжение пленки в нижней части линейных канавок становится сильнее с увеличением толщины пленки форстерита. Полагают, что это повышенное напряжение вызывает увеличение внутреннего напряжения в стальном листе в нижней части линейных канавок, что приводит к увеличению количества магнетизма.
В настоящем изобретении толщина пленки форстерите в нижней части линейных канавок рассчитывается следующим образом. Как показано на фиг.2, пленка форстерита, находящаяся в нижней части линейных канавок, регистрируется SEM в поперечном разрезе по направлению, в котором проходят линейные канавки, причем площадь пленки форстерита рассчитывают анализом изображения и рассчитанную площадь делят на длину измеренного отрезка для определения толщины пленки форстерита на стальном листе. В этом случае длина измеренного отрезка составляет 100 мм.
При оценке потери в железе листа из текстурированной электротехнической стали в качестве конечного продукта магнитный поток содержит компоненты только в направлении прокатки и поэтому необходимо лишь усилить напряжение в направлении прокатки для улучшения потери в железе. Однако когда лист из текстурированной электротехнической стали собран в пакет реального трансформатора, магнитный поток включает компоненты не только в направлении прокатки, но и в направлении, перпендикулярном направлению прокатки (далее именуемое "поперечное направление"). Соответственно, напряжение в направлении прокатки, а также напряжение в поперечном направлении оказывают влияние на потери в железе.
Общее напряжение, создаваемое на стальном листе пленкой форстерита и покрытием, создающим напряжение: 10,0 МПа или выше в направлении прокатки
Как указано выше, ухудшение потери в железе является неизбежным, если абсолютное значение создаваемого напряжения на стальном листе невелико. Таким образом, в направлении прокатки стального листа необходимо поддерживать общее напряжение, создаваемое пленкой форстерита и покрытием, равное 10,0 МПа или выше. Причина того, почему только общее напряжение в направлении прокатки определяется в настоящем изобретении в том, что напряжение в поперечном направлении становится достаточно большим для осуществления настоящего изобретения, если общее напряжение 10,0 МПа создается в направлении прокатки. Следует отметить, что не существует определенного верхнего предела общего напряжения в направлении прокатки пока стальной лист не будет подвергаться пластической деформации. Предпочтительно верхний предел общего напряжения составляет 200 МПа или ниже.
В настоящем изобретении общее напряжение, создаваемое пленкой форстерита и покрытием, создающим напряжение, определяется следующим образом. При измерении напряжения в направлении прокатки образец 280 мм в направлении прокатки × 30 мм в поперечном направлении вырезают из продукта (материал с покрытием, создающим напряжение), в то время как при измерении напряжения в поперечном направлении, образец 280 мм в поперечном направлении × 30 мм в направлении прокатки вырезают из продукта. Затем удаляют на одной стороне пленку форстерита и покрытие, создающее напряжение. Затем определяют коробление стального листа измерением коробления до и после удаления и пересчитывают на напряжение с помощью формулы пересчета (1) приведенной ниже.
Формула пересчета (1)
<mrow><mi>σ</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><mi>E</mi><mi>d</mi></mrow><mrow><msup><mi>ℓ</mi><mn>2</mn></msup></mrow></mfrac><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>a</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>a</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mtext> </mtext><mrow><mo>(</mo><mn>1</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>
где σ - напряжение пленки (МПа);
Е - модуль Юнга стального листа = 143 (ГПа);
L - измерение коробления по длине (мм);
1 -
a коробление перед удалением (мм);
2 -
a коробление после удаления (мм);
D - толщина стального листа (мм).
Напряжение, определяемое этим способом, представляет напряжение, созданное на поверхности, с которой удалена пленка форстерита и покрытие, создающее напряжение. Так как напряжение создается на обеих сторонах образца, готовят два образца для измерения того же продукта в том же направлении, и напряжение определяют для каждой из стороны вышеописанным способом для получения среднего значения напряжения. Это среднее значение рассматривается как напряжение, создаваемое на образце.
17/50
Доля потери на вихревые токи потерь в железе W стального листа, при создании переменного магнитного поля 1,7 Тл и 50 Гц в направлении прокатки стального листа: 65% или менее
17/50
17/50
В настоящем изобретении доля потери на вихревые токи в потерях в железе W стального листа поддерживается равной 65% или менее, при создании переменного магнитного поля 1,7 Тл и 50 Гц в направлении прокатки стального листа. Это вызвано тем, что, как указано выше, если доля потери на вихревые токи превышает 65%, в конечном стальном листе увеличиваются потери в железе в пакете трансформатора, даже если в самом стальном листе отсутствуют изменения значения потерь в железе. Другими словами, это вызвано тем, что, когда лист из текстурированной электротехнической стали собран в виде железного сердечника реального трансформатора, компоненты высоких гармоник накладываются на магнитный поток и увеличивается потеря на вихревые токи, которая увеличивается в зависимости от частоты, в железном сердечнике трансформатора и, следовательно, в трансформаторе увеличиваются потери в железе. Такое увеличение потерь на вихревые токи трансформатора пропорционально потери на вихревые токи исходного стального листа. Таким образом, можно снизить потери в железе в получаемом трансформаторе за счет снижения доли потери на вихревые токи в стальном листе. Соответственно, в настоящем изобретении доля потерь на вихревые токи в потерях в железе W в стальном листе поддерживается равной 65% или менее, при создании переменного магнитного поля 1,7 Тл и 50 Гц в направлении прокатки стального листа.
17/50
Потери в железе W материала (общие потери в железе) измеряют с помощью тестера одинарного листа в соответствии с JIS C2556. Кроме того, проводят измерения В-Н петли гистерезиса того же образца, что используется в измерении потери в железе материала намагничиванием постоянным током (0,01 Гц или менее) при максимальном магнитном потоке 1,7 Тл и минимальном магнитном потоке - 1,7 Тл, в котором потери в железе, рассчитанные за один цикл В-Н петли, считаются потерями на гистерезис. С другой стороны, потери на вихревые токи рассчитываются вычитанием потери на гистерезис, полученные измерением намагничивания прямым током, из потери в железе материала (общие потери в железе). Полученное значение потерь на вихревые токи делят на величину потерь в железе материала и выражают в процентах, что рассматривается как доля потерь на вихревые токи в потерях в железе материала.
Способ изготовления листа из текстурированной электротехнической стали в соответствии с настоящим изобретением будет детально описан далее.
2
2
Во-первых, способ включает формирование пленки форстерита в нижней части линейных канавок толщиной 0,3 мкм или более. Поэтому очень важно сформировать линейные канавки до конечного отжига, в результате чего формируется пленка форстерита. Кроме того, для формирования пленки форстерита вышеописанной толщины в нижней части линейных канавок количество покрытия отжигового сепаратора должно составлять 10 г/м или более в общей сложности на обеих поверхностях. Кроме того, отсутствует определенный верхний предел количества покрытия отжигового сепаратора, не влияющий на технологический процесс (например, извилистость рулона при окончательном отжиге). Если создаются проблемы, такие как вышеописанная извилистость, количество покрытия предпочтительно составляет 50 г/м или менее.
Во-вторых, этот способ включает увеличение напряжения, применяемого к стальному листу (и в направлении прокатки и в поперечном направлении, перпендикулярном направлению прокатки). Важно снизить разрушение пленки форстерита, где формируются линейные канавки, особенно в нижней части линейных канавок на линии правильного отжига после конечного отжига с помощью растягивающего напряжения, прилагаемого к стальному листу в направлении прокатки в печи при высокой температуре.
Для снижения разрушения пленки форстерита, где формируются линейные канавки при проведении нанесения покрытия, создающего напряжение, и правильного отжига, напряжение, прилагаемое к стальному листу на линии правильного отжига после конечного отжига, поддерживается равным 3-15 МПа. Причина этого заключается в следующем. На линии правильного отжига после конечного отжига большое напряжение применяется в направлении перемещения стального листа для выравнивания формы листа. В частности, участки, где формируются линейные канавки, подвержены концентрированию напряжения в связи с их формой, где пленка форстерита подвержена разрушению. Соответственно, для подавления разрушения пленки форстерита эффективным является снижение напряжения, прилагаемого к стальному листу. Это вызвано тем, что снижение прилагаемого напряжения приводит к меньшему давлению, применяемому к стальному листу и, следовательно, меньше вероятность разрушения пленки форстерита в нижней части линейных канавок. Однако если применяемое напряжение слишком низкое, лист может получаться извилистым и может происходить нарушение формовки на линии правильного отжига, что приводит к снижению производительности. Соответственно, оптимальный диапазон напряжения, применяемого к стальному листу, составляет 3-15 МПа для предотвращения разрушения пленки форстерита и сохранения производительности линии правильного отжига.
8
В настоящем изобретении не существует особых ограничений, кроме вышеописанных. Однако ниже будут описаны рекомендуемые и предпочтительные химический состав и условия изготовления стального листа настоящего изобретения. Кроме того, чем выше степень выравнивания кристаллического зерна в <100> направлении, тем больший эффект снижения потери в железе получается в результате уменьшения магнитных доменов. Таким образом, предпочтительно, чтобы плотность магнитного потока В, которая дает представление о степени выравнивания кристаллического зерна, составляла 1,90 Тл или выше. Кроме того, если используется ингибитор, например ингибитор на основе AlN, Al и N, могут содержаться в подходящем количестве, в то время как, если используется ингибитор на основе MnS/MnSe, Mn и Se и/или S, могут содержаться в подходящем количестве. Конечно, эти ингибиторы также могут быть использованы совместно. В этом случае предпочтительное содержание Al, N, S и Se составляет: Al: 0,01-0,065% масс.; N: 0,005-0,012% масс.; S: 0,005-0,03% масс. и Se: 0,005-0,03% масс. соответственно.
Кроме того, настоящее изобретение также применимо для листа из текстурированной электротехнической стали с ограниченным содержанием Al, N, S и Se без использования ингибитора.
В этом случае содержание Al, N, S и Se предпочтительно ограничивается для Al: 100 ч./млн масс. или менее, N: 50 ч./млн масс. или менее; S: 50 ч./млн масс. или менее, и Se: 50 ч./млн масс. или менее., соответственно.
Основные элементы и другие необязательно добавленные элементы сляба для листа из текстурированной электротехнической стали настоящего изобретения будут более определенно описаны далее.
C: 0,08% масс. или менее
C добавляют для улучшения текстуры горячекатаного листа. Однако содержание C более 0,08% масс. осложняет снижение содержания C до 50 ч/млн масс. или менее, когда не происходит магнитное старение в процессе производства. Таким образом, содержание C предпочтительно составляет 0,08% масс. или менее. Кроме того, нижний предел содержания C не ограничен, потому что вторичная рекристаллизация возможна для материала, не содержащего C.
Si: 2,0-8,0% масс.
Si является элементом, который эффективно повышает электрическое сопротивление стали и улучшает потери в железе. Содержание Si 2,0% масс. или более обеспечивает особенно хороший эффект в снижении потери в железе. С другой стороны содержание Si 8,0% масс. или менее может обеспечить особенно хорошую обрабатываемость и плотность магнитного потока. Таким образом, содержание Si предпочтительно составляет 2,0-8,0% масс.
Mn: 0,005-1,0% масс.
Mn является элементом, который улучшает обрабатываемость в горячем состоянии. Однако содержание Mn менее 0,005% масс. имеет меньшее влияние. С другой стороны, содержание Mn 1,0% масс. или менее обеспечивает особенно хорошую плотность магнитного потока в продукте. Таким образом, содержание Mn предпочтительно составляет 0,005-1,0% масс.
Кроме того, в дополнение к вышеуказанным элементам сляб также может содержать следующие элементы, в качестве элементов для улучшения магнитных свойств:
по меньшей мере, один элемент из: Ni: 0,03-1,50% масс.; Sn: 0,01-1,50% масс.; Sb: 0,005-1,50% масс.; Cu: 0,03-3,0% масс., Р: 0,03-0,50% масс.; Мо: 0,005-0,10% масс. и Cr: 0,03-1,50% масс.
Ni является элементом, полезным для дальнейшего улучшения текстуры горячекатаного листа и получения улучшенных магнитных свойств. Однако содержание Ni менее 0,03% масс. является менее эффективным в плане улучшения магнитных свойств, в то время как содержание Ni 1,50% масс. или менее увеличивает, в частности, стабильность вторичной рекристаллизации и обеспечивает еще более совершенные магнитные свойства. Таким образом, содержание Ni предпочтительно составляет 0,03-1,50% масс.
Каждый из Sn, Sb, Си, P, Мо и Cr является элементом, который может быть использован для дальнейшего улучшения магнитных свойств. Однако если любой из этих элементов содержится в количестве, меньшем, чем его нижний вышеописанный предел, он менее эффективен для улучшения магнитных свойств, а если содержится в количестве, равном или меньшем его вышеописанного верхнего предела, это дает лучший рост зерна вторичной рекристаллизации. Таким образом, каждый из этих элементов предпочтительно содержится в количестве в пределах вышеописанного диапазона. Остальные компоненты сляба, отличающиеся от вышеописанных элементов, представляют собой Fe и случайные примеси, которые вносятся в процессе производства.
Сляб вышеописанного химического состава нагревают, а затем подвергают горячей прокатке обычным способом. Альтернативно может быть проведена горячая прокатка сляба непосредственно после литья, без нагрева. В случае тонких слябов может быть проведена его горячая прокатка или следующая стадия без горячей прокатки.
Кроме того, необязательно проводят отжиг в зоне горячих состояний горячекатаного листа. Основная цель отжига в зоне горячих состояний состоит в улучшении магнитных свойств путем растворения ленточной текстуры, получаемой горячей прокаткой, для получения текстуры зерна однородного размера первичной рекристаллизации, и тем самым дальнейшем развитии текстуры Госса вторичной рекристаллизации при отжиге. В этот момент для получения высокоразвитой текстуры Госса в конечном листе температура отжига в зоне горячих состояний предпочтительно составляет 800-1100°C. Если температура отжига в зоне горячих состояний ниже 800°C, остается ленточная текстура, получаемая горячей прокаткой, что затрудняет получение текстуры первичной рекристаллизации зерна однородного размера и препятствует искомому улучшению вторичной рекристаллизации. С другой стороны, если температура отжига в зоне горячих состояний превышает 1100°C, размер зерна после отжига в зоне горячих состояний слишком укрупняется, что затрудняет получение текстуры первичной рекристаллизации зерна однородного размера.
После отжига в зоне горячих состояний проводят однократную, двукратную или многократную холодную прокатку с промежуточным отжигом между ними с последующим обезуглероживанием (в сочетании с отжигом рекристаллизации) и нанесение на лист отжигового сепаратора. После нанесения отжигового сепаратора проводят окончательный отжиг для вторичной рекристаллизации и формирования пленки форстерита. Следует отметить, что отжиговый сепаратор предпочтительно состоит в основном из MgO для формирования форстерита. В соответствии с использованием в описании фраза "состоит в основном из MgO" подразумевает, что любые известные соединения для отжигового сепаратора и любые соединения, улучшающие свойства, отличные от MgO, также могут содержаться в пределах, не мешающих образованию пленки форстерита, являющейся целью изобретения. Кроме того, как описано ниже, формирование линейных канавок в соответствии с настоящим изобретением осуществляется на любой стадии после конечной холодной прокатки и до конечного отжига.
После конечного отжига эффективно проводить правильный отжиг листа для корректировки его формы. В соответствии с настоящим изобретением изоляционное покрытие наносится на поверхность стального листа до или после правильного отжига. В соответствии с использованием в описании это изоляционное покрытие означает такое покрытие, которое может создать напряжение на стальном листе для снижения потери в железе. Покрытие, создающее напряжение, включает неорганическое покрытие, содержащего диоксид кремния и керамическое покрытие, наносимое осаждением из паровой фазы, химическим осаждением из паровой фазы и так далее.
В настоящем изобретении линейные канавки формируются на поверхности листа из текстурированной электротехнической стали на любой стадии после вышеописанной конечной холодной прокатки и до конечного отжига. На данный момент доля потери на вихревые токи в потерях в железе материала регулируется контролем толщины пленки форстерита в нижней части линейных канавок и контролем общего напряжения в направлении прокатки в пленке форстерита и напряжения, создаваемого пленкой покрытия, как указано выше. Это приводит к более значительному эффекту улучшения потери в железе при уменьшении магнитных доменов, при которой формируются линейные канавки, тем самым достигается достаточный эффект уменьшения магнитных доменов.
Линейные канавки формируются различными способами, включая обычные общеизвестные способы формирования линейных канавок, например способ локального травления, способ гравирования с использованием режущего инструмента и т.п., способ прокатки с использованием валков с выступами и т.д. Наиболее предпочтительным является способ, включающий нанесение на стальной лист, путем печати и т.п., резиста для травления, после конечной холодной прокатки и затем формирование линейных канавок в областях без покрытия стального листа таким процессом, как электролитическое травление.
В настоящем изобретении линейные канавки предпочтительно формируют на поверхности стального листа глубиной 10 мкм или более до около 50 мкм, шириной около 50-300 мкм с интервалом 2-10 мм, причем линейные канавки формируются под углом ±30° относительно направления, перпендикулярного к направлению прокатки. В соответствии с использованием в описании "линейный" включает сплошную линию, а также пунктирную линию, штриховую линию и т.д.
В соответствии с настоящим изобретением, за исключением вышеуказанных стадий и условий изготовления, обычные хорошо известные способы изготовления листа из текстурированной электротехнической стали могут применяться там, где уменьшение магнитных доменов осуществляется формированием линейных канавок.
Примеры
Пример 1
2
2
Стальной сляб химического состава, представленного в таблице 2, готовят способом непрерывного литья. Проводят горячую прокатку каждого из этих стальных слябов, нагретых до 1400°C, приводящую к горячекатаному листу толщиной 2,2 мм и затем отжиг в горячей зоне при 1020°C в течение 180 секунд. Затем проводят холодную прокатку каждого стального листа до промежуточной толщины листа 0,55 мм и затем промежуточный отжиг при следующих условиях: окислительная способность атмосферы P(HO)/P(H)=0,25 и длительность=90 секунд. Затем проводят травление соляной кислотой каждого стального листа для удаления подокалины с их поверхности и затем повторную холодную прокатку, завершающуюся получением холоднокатаного листа с толщиной листа 0,23 мм.
Таблица 2
ID стали
Химический состав [% масс.] (C, O, N, Al, Se, S: [ч./млн масс.])
С
Si
Mn
Ni
O
N
Al
Se
S
A
450
3,25
0,04
0,01
16
70
230
Следы
20
В
550
3,30
0,11
0,01
15
25
30
100
30
С
700
3,20
0,09
0,01
12
80
200
90
30
D
250
3,05
0,04
0,01
25
40
60
следы
20
Остальное: Fe и неизбежные примеси
2
2
2
2
После этого на каждый стальной лист наносят резист для травления глубокой офсетной печатью. Затем проводят электролитическое травление каждого стального листа и смывают резист в щелочном растворе, в результате чего формируются линейные канавки, каждая шириной 150 мкм и глубиной 20 мкм с интервалом в 3 мм с углом наклона 10° относительно направления, перпендикулярного к направлению прокатки. Затем проводят обезуглероживание каждого стального листа, при котором они находятся в атмосфере с окислительной способностью P(HO)/P(Н)=0,55 и температуре выдержки 825°C в течение 200 секунд. Затем на каждый стальной лист наносят отжиговый сепаратор, состоящий в основном из MgO. После этого проводят конечный отжиг каждого стального листа для вторичной рекристаллизации и очистки при 1250°C в течение 10 часов в смешанной атмосфере N:H=60:40. Затем на каждый стальной лист наносят изоляционное покрытие, создающее напряжение, состоящее из 50% коллоидного диоксида кремния и фосфата магния для получения продукта. В этом случае различные виды изоляционного покрытия, создающего напряжение, наносят на стальной лист и несколько различных напряжений применяют к рулону на непрерывной линии после конечного отжига. Кроме того, другие продукты также готовят в качестве сравнительных примеров, в которых линейные канавки формируют на каждом продукте после конечного отжига и изоляционное покрытие, создающее напряжение, состоящее из 50% коллоидного диоксида кремния и фосфата магния, наносят на каждый продукт. Условия изготовления такие же, как описано выше, за исключением времени формирования линейных канавок. Затем измеряют магнитные свойства каждого продукта и напряжение пленки и, кроме того, разрезают на образцы со снятой фаской и собирают в трехфазный 500 кВА трансформатор и затем измеряют его потери в железе и шум при возбуждении 50 Гц и 1,7 Тл.
Описанные выше результаты измерений приведены в таблице 3.
Таблица 3
No.
ID стали
Время формирования канавок
Количество нанесенного отжигового сепаратора (г/м<sup>2</sup>)
Напряжение применяемое в правильном отжиге (МПа)
Толщина пленки форстерита в нижней части канавок (мкм)
Напряжение, создаваемое пленкой в направлении прокатки (МПа)
Доля потери на вихревые токи (%)
Потери в железе материала W<sub>17/50</sub> (Вт/кг)
Потери в железе трансформатора W<sub>17/50</sub> (Вт/кг)
Коэффициент заполнения
Остальное
Примечание
1
A
После холодной прокатки
11
17,7
0,13
9,2
68
0,75
1,00
1,33
-
Сравнительный пример
2
После холодной прокатки
8
8,8
0,11
8,8
70
0,77
1,03
1,34
-
Сравнительный
3
После холодной прокатки
11
6,9
0,36
12,3
62
0,73
0,90
1,23
-
Соответствующий
4
После конечного отжига
11
8,8
0,02
9,9
68
0,78
1,03
1,32
-
Сравнительный
5
B
После холодной прокатки
12
14,7
0,32
13,2
64
0,72
0,90
1,25
-
Соответствующий пример
6
После холодной прокатки
12
2,0
-
-
-
-
-
-
Происходит изгиб листа, не применим в качестве продукта
Сравнительный пример
7
После холодной прокатки
12
4,9
0,61
14,2
63
0,70
0,87
1,24
-
Соответствующий пример
8
После холодной прокатки
12
6,9
0,52
13,8
62
0,71
0,88
1,24
-
Соответствующий пример
9
После холодной прокатки
7
9,8
0,18
8,8
66
0,78
1,02
1,31
-
Сравнительный пример
10
После конечного отжига
12
3,0
0,08
11,2
69
0,75
1,00
1,33
-
Сравнительный пример
11
С
После холодной прокатки
14
4,9
0,68
16,2
59
0,67
0,82
1,22
-
Соответствующий пример
12
После холодной прокатки
14
8,8
0,52
15,2
62
0,69
0,84
1,22
-
Соответствующий пример
13
После холодной прокатки
14
12,7
0,48
15,0
63
0,68
0,85
1,25
-
Соответствующий пример
14
После холодной прокатки
14
15,7
0,22
10,2
68
0,75
0,99
1,32
-
Сравнительный пример
15
После конечного отжига
11
12,7
0,02
9,0
70
0,79
1,06
1,34
-
Сравнительный пример
16
D
После холодной прокатки
12
2,0
0,35
12,3
60
0,82
1,12
1,37
Нарушение при формовке
Сравнительный пример
17
После холодной прокатки
12
10,8
0,52
13,6
61
0,71
0,86
1,21
-
Соответствующий пример
Как показано в таблице 3, каждый лист из текстурированной электротехнической стали, прошедший обработку уменьшением магнитных доменов путем формирования линейных канавок с напряжением, входящим в объем притязаний настоящего изобретения, является менее подверженным ухудшению его коэффициента заполнения и предлагает очень хорошие свойства потери в железе. Напротив, листы из текстурированной электротехнической стали с использованием сравнительных примеров, обозначенных No 1, 2, 4, 9, 10, 14, 15 и 16, любой признак которых выходит за объем притязаний настоящего изобретения, такой как толщина пленки форстерита в нижней части линейных канавок, не обеспечивают низких потерь в железе и подвержены его ухудшению в реальном трансформаторе.