Лист анизотропной электротехнической стали
Изобретение относится к области металлургии, а именно к листу анизотропной электротехнической стали, используемому в качестве материала для железных сердечников трансформаторов. Лист анизотропной электротехнической стали содержит основной стальной лист и изоляционное покрытие, между которыми отсутствует пленка форстерита. Основной стальной лист имеет химический состав, содержащий в мас.%: 0,085 или меньше C, 0,80-7,00 Si, 0,05-1,00 Mn, 0,065 или меньше кислоторастворимого Al, 0,003 или меньше S, 0,0040 или меньше N, 0,0005-0,0080 B, 0-0,50 P, 0-1,00 Ni, 0-0,30 Sn, 0-0,30 Sb, 0-0,40 Cu, 0-0,30 Cr, 0-0,01 Bi, остальное – Fe и примеси. При рассмотрении поперечного сечения, перпендикулярного направлению прокатки основного стального листа, когда областью наблюдения является область с длиной 10 мкм от поверхности основного стального листа внутрь основного стального листа в направлении по толщине основного стального листа и длиной 20 мм в направлении, перпендикулярном направлению по толщине листа, в этой области наблюдения отсутствуют игольчатые включения, имеющие длину 1 мкм или больше. Обеспечивается уменьшение магнитных потерь. 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 5 табл., 2 пр.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к листу анизотропной электротехнической стали, имеющему превосходные магнитные характеристики, подходящему в качестве материала металлического сердечника трансформатора. Приоритет испрашивается по заявке на патент Японии № 2019-005084, поданной 16 января 2019 г., содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Листы анизотропной электротехнической стали используются главным образом для трансформаторов. Поскольку трансформатор непрерывно возбуждается в течение длительного периода времени от установки до утилизации, и при этом происходит непрерывная потеря энергии, эти потери энергии при намагничивании переменным током, то есть магнитные потери, являются главным показателем, который определяет эффективность трансформатора. Как правило, лист анизотропной электротехнической стали включает в себя основной стальной лист, содержащий 7 мас.% или менее Si и имеющий текстуру, контролируемую так, чтобы кристаллографическая ориентация каждого зерна была выставлена с ориентировкой {110}<001>, называемой ориентировкой Госса, и изоляционное покрытие для придания изоляционных свойств основному стальному листу.
[0003] Для того, чтобы уменьшить магнитные потери листов анизотропной электротехнической стали, было предложено много способов. Например, известны способ увеличения выстраивания в ориентировке Госса в текстуре основного стального листа, способ увеличения количества элемента твердого раствора, такого как Si, который увеличивает электрическое сопротивление в основном стальном листе, способ уменьшения толщины основного стального листа и т.п.
[0004] Кроме того, известно, что приложение натяжения к основному стальному листу является эффективным способом уменьшения магнитных потерь. Для того чтобы приложить натяжение к основному стальному листу, эффективно формировать на поверхности основного стального листа пленку из материала с меньшим коэффициентом теплового расширения, чем у основного стального листа, при высокой температуре.
[0005] Пленка форстерита, которая формируется, когда присутствующие на поверхности основного стального листа оксиды реагируют с сепаратором отжига в процессе окончательного отжига, может прикладывать натяжение к основному стальному листу. Поскольку на границе между пленкой форстерита и основным стальным листом имеется шероховатость, пленка форстерита также действует как промежуточная пленка, которая повышает адгезию между изоляционным покрытием и основным стальным листом за счет якорного эффекта благодаря шероховатости.
[0006] Способ формирования изоляционного покрытия путем прокаливания покрывающей жидкости, состоящей главным образом из коллоидного кремнезема и фосфата, который раскрыт в патентном документе 1, имеет большой эффект приложения натяжения к основному стальному листу и является эффективным для уменьшения магнитных потерь. Поэтому нанесение изоляционного покрытия, состоящего главным образом из фосфата, после оставления пленки форстерита, сформированной в процессе окончательного отжига, является обычным способом производства листа анизотропной электротехнической стали. Кроме того, в описании настоящей заявки изоляционное покрытие, способное прикладывать натяжение, а также придавать изоляционные свойства основному стальному листу, упоминается как изоляционное покрытие с натяжением.
[0007] С другой стороны, в последние годы стало очевидно, что пленка форстерита препятствует движению стенок доменов и оказывает негативное влияние на магнитные потери. В листе анизотропной электротехнической стали магнитные домены изменяются с движением стенок доменов под действием переменного магнитного поля. Плавное перемещение стенок доменов эффективно для улучшения магнитных потерь, но движение стенок доменов затруднено из-за наличия шероховатости на границе раздела между пленкой форстерита и основным стальным листом, и в результате было найдено, что эффект улучшения магнитных потерь за счет приложения натяжения устраняется, и достаточный эффект улучшения магнитных потерь не может быть получен.
[0008] Поэтому была разработана технология предотвращения образования пленки форстерита и сглаживания поверхности основного стального листа. Например, в патентных документах 2-5 раскрыта технология сглаживания поверхности основного стального листа без образования пленки форстерита после окончательного отжига путем регулирования точки росы в атмосфере обезуглероживающего отжига и использования оксида алюминия в качестве сепаратора отжига.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ
[0009] Патентный документ 1: Японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация № S48-039338
Патентный документ 2: Японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация № H07-278670
Патентный документ 3: Японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация № H11-106827
Патентный документ 4: Японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация № H07-118750
Патентный документ 5: Японская нерассмотренная патентная заявка, первая публикация № 2003-268450.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ
[0010] Поскольку в описанных выше традиционных технологиях считается, что, когда пленка форстерита не образуется на поверхности основного стального листа, поскольку на поверхности основного стального листа нет неровностей, препятствующих перемещению стенок доменов, магнитные потери в листе анизотропной электротехнической стали могут быть улучшены. Однако даже с помощью этих технологий нельзя было в достаточной степени получить эффект улучшения магнитных потерь.
[0011] Настоящее изобретение было создано с учетом вышеупомянутых обстоятельств, и его цель состоит в том, чтобы уменьшить магнитные потери в листе анизотропной электротехнической стали, в котором отсутствует пленка форстерита между основным стальным листом и изоляционным покрытием с натяжением, по сравнению с обычными случаями.
СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ
[0012] Для того, чтобы решить вышеописанные проблемы, авторы настоящего изобретения провели интенсивные исследования причины неспособности получить достаточный эффект улучшения магнитных потерь при производстве листа анизотропной электротехнической стали, в котором отсутствует пленка форстерита между основным стальным листом и изоляционным покрытием с натяжением. В результате было найдено, что в области поверхностного слоя основного стального листа в листе анизотропной электротехнической стали, в котором не может быть получен достаточный эффект улучшения магнитных потерь, присутствует большое число игольчатых включений. Авторы настоящего изобретения предположили, что эти игольчатые включения являются той причиной, которая препятствует движению стенок доменов, то есть причиной, которая оказывает негативное влияние на магнитные потери, и в результате проведения дальнейшего исследования было найдено, что когда удовлетворяются следующие условия, магнитные потери в листе анизотропной электротехнической стали, в котором отсутствует пленка форстерита между основным стальным листом и изоляционным покрытием с натяжением, могут быть уменьшены по сравнению с обычными случаями.
<Условия>
В том случае, в котором рассматривается поперечное сечение, перпендикулярное направлению прокатки основного стального листа, когда областью наблюдения является область с длиной 10 мкм от поверхности основного стального листа внутрь основного стального листа в направлении по толщине и длиной 20 мм в направлении, перпендикулярном направлению по толщине листа, в этой области наблюдения отсутствуют игольчатые включения, имеющие длину 1 мкм или больше.
[0013] Настоящее изобретение было создано на основе вышеописанных выявленных фактов, и его суть заключается в следующем.
[0014] (1) Лист анизотропной электротехнической стали в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения представляет собой лист анизотропной электротехнической стали, в котором отсутствует пленка форстерита между основным стальным листом и изоляционным покрытием с натяжением. В листе анизотропной электротехнической стали основной стальной лист содержит 0,085 мас.% или меньше C, 0,80-7,00 мас.% Si, 0,05-1,00 мас.% Mn, 0,065 мас.% или меньше кислоторастворимого Al, 0,003 мас.% или меньше S, 0,0040 мас.% или меньше N, 0,0005-0,0080 мас.% B, 0-0,50 мас.% P, 0-1,00 мас.% Ni, 0-0,30 мас.% Sn, 0-0,30 мас.% Sb, 0-0,40 мас.% Cu, 0-0,30 мас.% Cr и 0-0,01 мас.% Bi, а остальное - Fe и примеси в его химическом составе, и в случае, в котором рассматривается поперечное сечение, перпендикулярное направлению прокатки основного стального листа, когда областью наблюдения является область с длиной 10 мкм от поверхности основного стального листа внутрь основного стального листа в направлении по толщине листа и длиной 20 мм в направлении, перпендикулярном направлению по толщине листа, в этой области наблюдения отсутствуют игольчатые включения, имеющие длину 1 мкм или больше.
[0015] (2) В листе анизотропной электротехнической стали в соответствии с вышеописанным пунктом (1) игольчатые включения могут содержать муллит, представленный формулой 3Al2O3⋅2SiO2.
ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0016] В соответствии с вышеописанным аспектом настоящего изобретения магнитные потери в листе анизотропной электротехнической стали, в котором отсутствует пленка форстерита между основным стальным листом и изоляционным покрытием с натяжением, могут быть уменьшены по сравнению с обычными случаями.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0017] Фиг. 1 представляет собой тройную фазовую диаграмму Al2O3-MgO-SiO2.
Фиг. 2 представляет собой график, показывающий соотношение между количеством MgO в мас.% в сепараторе отжига и количеством муллита.
Фиг. 3 представляет собой график, показывающий соотношение между количеством MgO в мас.% в сепараторе отжига и магнитными потерями (W17/50).
Фиг. 4 представляет собой график, показывающий соотношение между нанесенным количеством сепаратора отжига на одну сторону и количеством муллита.
ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0018] Лист анизотропной электротехнической стали в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения представляет собой лист анизотропной электротехнической стали, в котором отсутствует пленка форстерита между основным стальным листом и изоляционным покрытием с натяжением. Далее лист анизотропной электротехнической стали в соответствии с настоящим вариантом осуществления сокращенно именуется как «предложенный электротехнический стальной лист», а поверхность основного стального листа сокращенно именуется как «поверхность стального листа». Предложенный электротехнический стальной лист характеризуется тем, что в том случае, в котором рассматривается поперечное сечение (сечение С), перпендикулярное направлению прокатки основного стального листа, когда областью наблюдения является область с длиной 10 мкм от поверхности основного стального листа внутрь основного стального листа в направлении по толщине основного стального листа и длиной 20 мм в направлении, перпендикулярном направлению по толщине листа (направлении по ширине листа), в этой области наблюдения отсутствуют игольчатые включения, имеющие длину 1 мкм или больше. В дальнейшем длина области наблюдения в направлении по толщине основного стального листа упоминается как «длина в направлении по толщине листа», а длина области наблюдения в направлении по ширине основного стального листа упоминается как «длина в направлении по ширине листа».
[0019] Далее будет описан предложенный электротехнический стальной лист.
[0020] Авторы настоящего изобретения постулировали, что одной из причин, по которой магнитные потери не могли быть в достаточной степени уменьшены в листе анизотропной электротехнической стали, в котором отсутствует пленка форстерита между основным стальным листом и изоляционным покрытием с натяжением, может быть то, что во время окончательного отжига образовывались включения, оказывающие негативное влияние на магнетизм, и взяли образец из (низкосортного) листа анизотропной электротехнической стали с большими магнитными потерями с тем, чтобы «обнажить» поперечное сечение (сечение С), перпендикулярное направлению прокатки основного стального листа, чтобы наблюдать это сечение образца под микроскопом.
[0021] В результате, в случае листа анизотропной электротехнической стали с большими магнитными потерями было найдено, что большое количество игольчатых включений присутствовало в области поверхностного слоя основного стального листа в сечении C, более конкретно в области, имеющей длину 10 мкм от поверхности стального листа внутрь основного стального листа в направлении по толщине основного стального листа. Кроме того, было найдено, что эти игольчатые включения содержали муллит (3Al2O3⋅2SiO2). Эти результаты наблюдения являются теми выявленными фактами, которые служат основой настоящего изобретения.
[0022] При производстве листа анизотропной электротехнической стали обезуглероживающий отжиг выполняется с целью удаления C (углерода) перед окончательным отжигом. При обезуглероживающем отжиге C удаляется, и в то же самое время на поверхности стального листа образуется пленка SiO2. После обезуглероживающего отжига выполняется окончательный отжиг с сепаратором отжига, содержащим в качестве главного компонента глинозем и нанесенным на пленку SiO2 на поверхности стального листа с целью предотвращения слипания основного стального листа, смотанного в рулон, во время окончательного отжига.
[0023] Поскольку муллит является сложным оксидом глинозема (Al2O3) и SiO2, возможно, что муллит будет образовываться и оставаться из-за недостаточного удаления SiO2, который образовался при обезуглероживающем отжиге, во время окончательного отжига.
[0024] Сначала образовавшийся при обезуглероживающем отжиге SiO2 адсорбируется на содержащемся в сепараторе отжига глиноземе, имеющем высокую удельную площадь поверхности по БЭТ, во время окончательного отжига и удаляется с поверхности стального листа, когда сепаратор отжига смывается водой после окончательного отжига. Следовательно, в качестве причины недостаточного удаления образовавшегося при обезуглероживающем отжиге SiO2 можно предположить недостаточное нанесенное количество сепаратора отжига.
[0025] То есть можно предположить, что существовал предел количества SiO2, который мог быть адсорбирован на единицу веса глинозема, нанесенное количество сепаратора отжига было недостаточным, весь SiO2 не адсорбировался и не удалялся, и SiO2 оставался на поверхности стального листа. В результате можно предположить, что Al (Al, образующийся при разложении AlN, который действует как ингибитор), который переместился изнутри основного стального листа к поверхности стального листа во время окончательного отжига, реагирует с SiO2, оставшимся на поверхности стального листа, и тем самым образуется муллит, который остается в основном стальном листе (особенно в области поверхностного слоя вблизи поверхности стального листа).
[0026] Основываясь на технической идее подавления образования муллита путем регулирования компонентного состава и наносимого количества сепаратора отжига, авторы настоящего изобретения интенсивно изучили компонентный состав и наносимое количество сепаратора отжига, которые могут ингибировать образование муллита. В результате было найдено, что образование муллита можно подавить путем добавления MgO к сепаратору отжига, содержащему глинозем в качестве главного компонента, в конкретной пропорции, а также управления количеством наносимого сепаратора отжига таким образом, чтобы оно находилось в пределах конкретного диапазона.
[0027] Фиг. 1 показывает тройную фазовую диаграмму Al2O3-MgO-SiO2. Как показано на Фиг. 1, теоретически, когда MgO присутствует в пропорции 50 мол.% (28 мас.%) или больше по отношению к глинозему, муллит не образуется. Поэтому авторы настоящего изобретения исследовали соотношение между количеством MgO, добавленного к сепаратору отжига, содержащему глинозем в качестве главного компонента, и количеством муллита, образующегося в области поверхностного слоя основного стального листа.
[0028] Подвергнутый обезуглероживающему отжигу лист, имеющий толщину 0,23 мм, использовали в качестве тестового материала, и на подвергнутый обезуглероживающему отжигу лист наносили сепаратор отжига, содержащий глинозем, в наносимом количестве 8,0 г/м2 на сторону при изменении количества добавляемого MgO в диапазоне от 0 до 80 мас.%. После того как сепаратор отжига высушивали, подвергнутый обезуглероживающему отжигу лист подвергали окончательному отжигу и получали лист анизотропной электротехнической стали, в котором отсутствовала пленка форстерита на поверхности основного стального листа. Кроме того, окончательный отжиг выполняли при укладке стопкой подвергнутых обезуглероживающему отжигу листов, покрытых сепаратором отжига.
[0029] Полученные таким образом стальные листы после окончательного отжига промывали водой, чтобы удалить излишек сепаратора отжига, а затем брали тестовый образец в виде квадрата со стороной 20 мм из каждого из стальных листов после окончательного отжига, с которых был удален излишек сепаратора отжига. Поперечное сечение (сечение С), перпендикулярное направлению прокатки тестового образца, полировали алмазным полировальным кругом, а затем наблюдали под микроскопом с 1000-кратным увеличением и измеряли число игольчатых включений, имеющих длину 1 мкм или больше, присутствовавших в области (области наблюдения), имеющей длину 10 мкм от поверхности стального листа внутрь основного стального листа в направлении по толщине основного стального листа и длину 20 мм в направлении по ширине основного стального листа. Игольчатое включение определялось как включение, в котором отношение максимальная главная ось/максимальная малая ось составляло 10 или больше.
[0030] Затем измеряли магнитные потери (W17/50) в тестовых образцах с разными количествами MgO, добавленного к сепаратору отжига, и среднее значение в 10 точках принимали в качестве магнитных потерь (W17/50) тестового образца.
[0031] Результаты измерений показаны на Фиг. 2 и 3. Фиг. 2 представляет собой график, показывающий соотношение между количеством MgO в сепараторе отжига и количеством муллита. Фиг. 3 представляет собой график, показывающий соотношение между количеством MgO в сепараторе отжига и магнитными потерями (W17/50).
[0032] Как показано на Фиг. 2, когда количество MgO в сепараторе отжига составляло 28 мас.% или больше, муллит не образовывался. С другой стороны, как показано на Фиг. 3, можно заметить, что когда количество MgO в сепараторе отжига было в пределах диапазона 28 мас.% или больше и 50 мас.% или меньше, магнитные потери составляли менее 1,00 Вт/кг, и проявлялся эффект улучшения магнитных потерь, но когда количество MgO в сепараторе отжига превышало 50 мас.%, магнитные потери составляли 1,00 Вт/кг или больше, т.е. проявлялись неудовлетворительные магнитные потери.
[0033] Для выяснения причины этого поверхность полученного стального листа проанализировали методом рентгеновской дифракции (XRD). В результате было установлено, что форстерит обнаруживался, когда количество MgO составляло 54 мас.% или больше, и что высота пика XRD форстерита увеличивалась по мере увеличения количества MgO. Исходя из этого, можно предположить, что когда количество MgO в сепараторе отжига превышает 50 мас.%, муллит не образуется (см. Фиг. 2), но, с другой стороны, образуется форстерит, вызывающий неудовлетворительные магнитные потери.
[0034] Затем на подвергнутый обезуглероживающему отжигу лист с толщиной 0,23 мм нанесли сепаратор отжига, содержащий глинозем в качестве главного компонента и MgO в количестве 45 мас.%. Наносимое количество сепаратора отжига варьировали в диапазоне 5,0-15,0 г/м2 на сторону. Множество подвергнутых обезуглероживающему отжигу листов, покрытых сепаратором отжига и высушенных, укладывали в стопку и подвергали окончательному отжигу для того, чтобы получить листы анизотропной электротехнической стали.
[0035] Полученные таким образом листы анизотропной электротехнической стали промывали водой, чтобы удалить излишек сепаратора отжига, а затем брали тестовый образец в виде квадрата со стороной 20 мм из каждого из листов анизотропной электротехнической стали, с которых был удален излишек сепаратора отжига. Поперечное сечение (сечение С), перпендикулярное направлению прокатки тестового образца, полировали алмазным полировальным кругом, а затем наблюдали под микроскопом с 1000-кратным увеличением и измеряли число игольчатых включений, имеющих длину 1 мкм или больше, присутствовавших в области (области наблюдения), имеющей длину 10 мкм от поверхности стального листа внутрь основного стального листа в направлении по толщине основного стального листа и длину 20 мм в направлении по ширине основного стального листа.
[0036] Результаты показаны на Фиг. 4. Фиг. 4 представляет собой график, показывающий соотношение между наносимым количеством сепаратора отжига на одну сторону и количеством муллита. На Фиг. 4 можно заметить, что «игольчатые включения (муллит), имеющие длину 1 мкм или больше» формировались тогда, когда наносимое количество сепаратора отжига на сторону было меньше, чем 6,0 г/м2.
[0037] Поскольку муллит не образуется, когда MgO присутствует в пропорции 50 мол.% (28 мас.%) или больше по отношению к глинозему в соответствии с тройной фазовой диаграммой Al2O3-MgO-SiO2, показанной на Фиг. 1, муллит не должен образовываться, когда наносимое количество MgO составляет 45 мас.%. Однако, как показано на Фиг. 4, «игольчатые включения (муллит), имеющие длину 1 мкм или больше» формировались тогда, когда наносимое количество содержащего 45 мас.% MgO сепаратора отжига на сторону составляло менее 6,0 г/м2. Причина этого может быть усмотрена в следующем.
[0038] (x) Когда наносимое количество сепаратора отжига мало, адсорбция и удаление SiO2 с помощью Al2O3 сепаратора отжига становятся недостаточными во время окончательного отжига.
(y) Во время окончательного отжига Al, образующийся при разложении AlN (ингибитора), добавляется к Al-му компоненту сепаратора отжига, доля MgO в сепараторе отжига относительно уменьшается, и компонентный состав сепаратора отжига сдвигается в область формирования муллита (см. Фиг. 1).
[0039] Следовательно, важно в достаточной степени адсорбировать и удалять SiO2 с помощью Al2O3 сепаратора отжига во время окончательного отжига, чтобы подавить формирование муллита, и с этой целью необходимо не только выполнять управление таким образом, чтобы количество MgO, добавляемого к сепаратору отжига, составляло 28 мас.% или больше, но еще необходимо выполнять управление таким образом, чтобы наносимое количество сепаратора отжига составляло 6,0 г/м2 или больше.
[0040] Как описано выше, авторы настоящего изобретения обнаружили, что когда количество добавляемого MgO и количество наносимого сепаратора отжига, содержащего глинозем в качестве главного компонента, регулировались в пределах определенного диапазона, образование игольчатых включений (муллита) могло быть ингибировано в области поверхностного слоя основного стального листа в листе анизотропной электротехнической стали, и таким образом может быть реализовано уменьшение магнитных потерь в листе анизотропной электротехнической стали. Это обусловлено тем, что предложенный электротехнический стальной лист характеризуется тем, что в том случае, при котором рассматривается сечение C основного стального листа, когда областью наблюдения является область с длиной в направлении по толщине листа 10 мкм от поверхности основного стального листа внутрь основного стального листа и длину в направлении по ширине листа 20 мм, в этой области наблюдения отсутствуют игольчатые включения, имеющие длину 1 мкм или больше, на основе вышеописанных результатов исследования, проведенного авторами настоящего изобретения. Кроме того, верхний предел длины игольчатого включения в области наблюдения листа анизотропной электротехнической стали с большими магнитными потерями конкретно не ограничен и может составлять, например, 5 мкм.
[0041] Далее будут описаны характеристики предложенного электротехнического стального листа.
<Длина области наблюдения в направлении по толщине листа: 10 мкм>
[0042] Когда игольчатые включения присутствуют в области поверхностного слоя основного стального листа на сечении C, то есть в области, имеющей длину 10 мкм от поверхности стального листа внутрь основного стального листа, поскольку движение стенок доменов затруднено, а значит, и уменьшение магнитных потерь становится затруднительным, и толщина SiO2, образующегося на поверхности подвергнутого обезуглероживающему отжигу листа, составляет примерно несколько мкм, длина области наблюдения в направлении по толщине листа для измерения числа игольчатых включений устанавливается равной 10 мкм.
<Игольчатые включения, имеющие длину 1 мкм или больше, отсутствуют в области наблюдения с длиной в направлении по ширине листа 20 мм>
[0043] Как описано выше, игольчатое включение, имеющее длину 1 мкм или больше, является включением, в котором отношение максимальная главная ось/максимальная малая ось составляет 10 или больше. Поскольку игольчатые включения значительно затрудняют движение стенок доменов, авторы настоящего изобретения сосредоточились на числе игольчатых включений, присутствующих внутри зерен в области наблюдения.
[0044] При полировке сечения C основного стального листа алмазным полировальным кругом длина образца, при которой может быть получена равномерная и гладкая полированная поверхность, составляет примерно 20 мм. Поэтому для того, чтобы точно измерить число «игольчатых включений, имеющих длину 1 мкм или больше», которые значительно затрудняют движение стенок доменов, длину области наблюдения в направлении по ширине листа установили равной 20 мм и измеряли число присутствующих в области наблюдения игольчатых включений с длиной 1 мкм или больше.
[0045] В результате было найдено, что магнитные потери W17/50 могут быть уменьшены до величины менее 1,00 Вт/кг, когда игольчатые включения, имеющие длину 1 мкм или больше, отсутствуют в области наблюдения (когда число игольчатых включений в области наблюдения равно нулю), но, с другой стороны, магнитные потери W17/50 увеличивались до величины более 1,00 Вт/кг, когда в области наблюдения присутствовали игольчатые включения, имеющие длину 1 мкм или больше (см. Таблицу 2). Следовательно, с точки зрения сокращения магнитных потерь существенное условие заключается в том, чтобы в области наблюдения отсутствовали игольчатые включения (муллит), имеющие длину 1 мкм или больше.
[0046] Идентификация веществ, составляющих игольчатые включения, может быть выполнена с помощью качественного анализа с использованием метода широкоугольной рентгеновской дифракции (WAXD) для игольчатых включений. Например, тестовый образец, вырезанный от основного стального листа, погружают в раствор ниталя (5 об.% азотной кислоты/этанол) на 90 секунд, и его поверхность удаляется примерно на несколько микрон для проявления игольчатых включений. Определение проявившихся игольчатых включений может быть выполнено с помощью оптического микроскопа. Поверхность тестового образца, на которой проявились игольчатые включения, анализируют методом широкоугольной рентгеновской дифракции. В частности, полученный спектр рентгеновской дифракции сопоставляется с файлом порошковой дифракции (PDF). Для идентификации муллита может использоваться, например, карточка JCPDS № 15-776. Поскольку муллит не образуется в иной части основного стального листа, кроме игольчатых включений, описанным выше методом может быть определено, содержится ли муллит в игольчатых включениях.
<Химический состав основного стального листа>
[0047] Далее будет описан химический состав (компонентный состав) основного стального листа предложенного электротехнического стального листа. Химический состав основного стального листа не ограничен конкретным составом при условии, что могут быть получены магнитные и механические характеристики, требуемые для листа анизотропной электротехнической стали, но пример химического состава основного стального листа является следующим.
[0048] А именно, основной стальной лист предложенного электротехнического стального листа содержит 0,085 мас.% или меньше C, 0,80-7,00 мас.% Si, 0,05-1,00 мас.% Mn, 0,065 мас.% или меньше кислоторастворимого Al, 0,003 мас.% или меньше S, 0,0040 мас.% или меньше N, и 0,0005-0,0080 мас.% B, а остальное - Fe и примеси в его химическом составе. Далее будет описан каждый из элементов. В следующем описании «%», относящийся к химическому составу, означает массовый процент, «мас.%».
C: 0,085% или меньше
[0049] Углерод (C) является элементом, эффективным для управления структурой первичной рекристаллизации, но поскольку он оказывает негативное влияние на магнитные характеристики, он является элементом, удаляемым с помощью обезуглероживающего отжига перед окончательным отжигом. Когда количество C превышает 0,085% в конечном продукте, происходит образование выделений при старении, и гистерезисные потери ухудшаются, и поэтому количество C устанавливается равным 0,085% или меньше. Количество C предпочтительно составляет 0,070% или меньше, а более предпочтительно 0,050% или меньше.
[0050] Нижний предел его содержания включает 0%, но когда количество C уменьшается до величины менее 0,0001%, себестоимость производства значительно увеличивается, и поэтому 0,0001% представляет собой практический нижний предел для реального стального листа. В листе анизотропной электротехнической стали количество C обычно уменьшается при обезуглероживающем отжиге до примерно 0,002% или меньше.
Si: от 0,80 до 7,00%
[0051] Кремний (Si) является элементом, который увеличивает электрическое сопротивление стального листа и улучшает характеристики магнитных потерь. Когда количество Si составляет менее 0,80%, происходит γ-превращение во время окончательного отжига, кристаллографическая ориентация стального листа ухудшается, и поэтому количество Si устанавливается равным 0,80% или больше. Количество Si предпочтительно составляет 1,50% или больше, а более предпочтительно 2,50% или больше.
[0052] С другой стороны, когда количество Si превышает 7,00%, уменьшается обрабатываемость и во время прокатки появляются трещины, и поэтому количество Si устанавливается равным 7,00% или меньше. Количество Si предпочтительно составляет 5,50% или меньше, а более предпочтительно 4,50% или меньше.
Mn: от 0,05 до 1,00%
[0053] Марганец (Mn) является аустенитобразующим элементом и тем элементом, который предотвращает растрескивание во время горячей прокатки и связывается с S и/или Se, образуя MnS и/или MnSe, которые действуют как ингибитор.
[0054] Mn является элементом, который предотвращает растрескивание во время горячей прокатки и связывается с S, образуя MnS, который действует как ингибитор. Когда количество Mn составляет менее 0,05%, эффект добавления проявляется в недостаточной степени, и поэтому количество Mn устанавливается равным 0,05% или больше. Количество Mn предпочтительно составляет 0,07% или больше, а более предпочтительно 0,09% или больше.
[0055] С другой стороны, когда количество Mn превышает 1,00%, выделение и дисперсия MnS становятся неоднородными, требуемая структура вторичной рекристаллизации не может быть получена, магнитная индукция уменьшается, и поэтому количество Mn устанавливается равным 1,00% или меньше. Количество Mn предпочтительно составляет 0,80% или меньше, а более предпочтительно 0,60% или меньше.
Кислоторастворимый Al: 0,065% или меньше
[0056] Кислоторастворимый алюминий (Al) является элементом, который связывается с N с образованием (Al,Si)N, который действует как ингибитор. Когда количество кислоторастворимого Al превышает 0,065%, выделение и дисперсия (Al,Si)N становятся неоднородными, требуемая структура вторичной рекристаллизации не может быть получена, магнитная индукция уменьшается, и поэтому количество кислоторастворимого Al устанавливается равным 0,065% или меньше. Количество кислоторастворимого Al предпочтительно составляет 0,050% или меньше, а более предпочтительно 0,040% или меньше. Нижний предел его содержания включает 0%, но когда количество кислоторастворимого Al уменьшается до величины менее 0,0001%, себестоимость производства значительно увеличивается, и поэтому 0,0001% представляет собой практический нижний предел для реального стального листа. Количество кислоторастворимого Al обычно уменьшается при окончательном отжиге до 0,002% или меньше.
S: 0,003% или меньше
[0057] Сера (S) связывается с Mn, образуя ингибитор, но когда количество S превышает 0,003% в конечном продукте, она выделяется в виде MnS в стальном листе, и гистерезисные потери увеличиваются, и поэтому количество S устанавливается равным 0,003% или меньше. Нижний предел ее содержания включает 0%, но когда количество серы уменьшается до величины менее 0,0001%, себестоимость производства значительно увеличивается, и поэтому 0,0001% представляет собой практический нижний предел для реального стального листа.
[0058] Содержание S в основном стальном листе изменяется в зависимости от количества MgO, добавляемого к сепаратору отжига. Когда количество MgO, добавляемого к сепаратору отжига, контролируется на уровне 28 мас.% или больше с тем, чтобы игольчатые включения (муллит) с длиной 1 мкм или больше не присутствовали в области наблюдения, выявленной в сечении C основного стального листа, содержание S в основном стальном листе листа анизотропной электротехнической стали, получаемого в качестве конечного продукта, подавляется до 0,003% или меньше, и в результате подавляется образование тонкодисперсных сульфидов, как описано выше, что способствует уменьшению магнитных потерь. Соответственно, чем больше количество MgO, добавляемого к сепаратору отжига, тем это более предпочтительно также с точки зрения сокращения содержания S в основном стальном листе, но когда количество MgO, добавляемого к сепаратору отжига, превышает 50 мас.%, образуется форстерит, как описано выше, и поэтому верхний предел количества MgO, добавляемого к сепаратору отжига, нужно контролировать до 50 мас.%.
N: 0,0040% или меньше
[0059] Азот (N) является элементом, который связывается с Al, образуя AlN, который действует как ингибитор, но когда его количество в конечном продукте составляет более 0,0040%, он выделяется в виде AlN в стальном листе и увеличивает гистерезисные потери, и поэтому количество N устанавливается равным 0,0040% или меньше. Нижний предел его содержания включает 0%, но когда количество N уменьшается до величины менее 0,0001%, себестоимость производства значительно увеличивается, и поэтому 0,0001% представляет собой практический нижний предел для реального стального листа. Кроме того, в листе анизотропной электротехнической стали количество N обычно уменьшается при окончательном отжиге до примерно 0,003%.
B: 0,0005-0,0080%
[0060] Бор (B) является элементом, который связывается с N и сложными выделениями с MnS, образуя BN, который действует как ингибитор.
[0061] Когда количество В составляет менее 0,0005%, эффект добавления получается в недостаточной степени, и поэтому количество В устанавливается равным 0,0005% или больше. Количество В предпочтительно составляет 0,0010% или больше, а более предпочтительно 0,0015% или больше. С другой стороны, когда количество В превышает 0,0080%, выделение и дисперсия BN становятся неоднородными, требуемая структура вторичной рекристаллизации не может быть получена, магнитная индукция уменьшается, и поэтому количество В устанавливается равным 0,0080% или меньше. Количество В предпочтительно составляет 0,0060% или меньше, а более предпочтительно 0,0040% или меньше.
[0062] В числе компонентов основного стального листа остальное помимо вышеописанных элементов составляют Fe и примеси. Примеси представляют собой элементы, которые неизбежно примешиваются из стального сырья и/или в процессе производства стали и являются допустимыми в пределах диапазона, не ухудшающего характеристик предложенного электротехнического стального листа.
[0063] Кроме того, основной стальной лист может содержать по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из 0,30% или меньше Cr, 0,40% или меньше Cu, 0,50% или меньше P, 1,00% или меньше Ni, 0,30% или меньше Sn, 0,30% или меньше Sb и 0,01% или меньше Bi, вместо части Fe в пределах диапазона, не ухудшающего магнитные характеристики и повышающего другие характеристики. Поскольку эти элементы не являются существенными, нижний предел содержания каждого из них составляет 0%.
[0064] Вышеописанные компоненты стали могут быть измерены с помощью обычных методов анализа стали. Например, компоненты стали могут быть измерены с использованием атомной эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-AES). Кроме того, кислоторастворимый Al может быть измерен методом ICP-AES с использованием фильтрата после нагревания и растворения образца в кислоте. Кроме того, 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.
<Определение слоев, составляющих лист анизотропной электротехнической стали>
[0065] Для того, чтобы определить каждый слой в структуре поперечного сечения предложенного электротехнического стального листа, выполняют линейный анализ в направлении по толщине листа и выполняют количественный анализ химических компонентов каждого слоя с использованием EDS, присоединенного к SEM или TEM. Элементами, подлежащими количественному анализу, являются шесть элементов Fe, P, Si, O, Mg и Al.
[0066] Область, которая представляет собой область в форме слоя, находящуюся в самом глубоком положении в направлении по толщине листа и имеющую содержание Fe 80 ат.% или более и содержание O менее 30 ат.%, исключая шум измерения, определяется как основной стальной лист.
[0067] Область, не включающая основной стальной лист, определенный выше, имеющая содержание Fe менее 80 ат.%, содержание P 5 ат.% или больше и содержание O 30 ат.% или больше, исключая шум измерения, определяется как изоляционное покрытие.
[0068] Предложенный электротехнический стальной лист не имеет пленки форстерита на основном стальном листе. Наличие или отсутствие пленки форстерита на основном стальном листе может быть установлено путем анализа поверхности стального листа, с которой было удалено изоляционное покрытие, с использованием метода рентгеновской дифракции. В частности, полученный спектр рентгеновской дифракции сопоставляется с PDF. Например, для определения наличия или отсутствия форстерита может использоваться карточка JCPDS № 34-189. В предложенном электротехническом стальном листе, даже если поверхность стального листа, с которой было удалено изоляционное покрытие, анализируется методом рентгеновской дифракции, пик форстерита не обнаруживается. Кроме того, изоляционное покрытие с предложенного электротехнического стального листа может быть удалено, например, путем погружения предложенного электротехнического стального листа в 20%-ный водный раствор NaOH с температурой 80°C на 20 минут.
<Способ производства предложенного электротехнического стального листа>
[0069] Далее будет описан способ производства предложенного электротехнического стального листа.
<Компоненты сляба кремнистой стали>
[0070] В качестве компонентов сляба кремнистой стали для предложенного электротехнического стального листа содержатся 0,085 мас.% или меньше C, 0,80-7,00 мас.% Si, 0,05-1,00 мас.% Mn, 0,010-0,065 мас.% кислоторастворимого Al, 0,0040-0,0120 мас.% N, 0,010 мас.% или меньше S и 0,0005-0,0080 мас.% B.
C: 0,085% или меньше
[0071] C является элементом, эффективным для управления структурой первичной рекристаллизации, но поскольку он оказывает негативное влияние на магнитные характеристики, он является элементом, удаляемым с помощью обезуглероживающего отжига перед окончательным отжигом. Когда количество C превышает 0,085%, время обезуглероживающего отжига увеличивается, а производительность уменьшается, и поэтому количество C устанавливается равным 0,085% или меньше. Количество C предпочтительно составляет 0,070% или меньше, а более предпочтительно 0,050% или меньше.
[0072] Нижний предел его содержания включает 0%, но когда количество С уменьшается до величины менее 0,0001%, себестоимость производства значительно увеличивается, и поэтому 0,0001% представляет собой практический нижний предел для реального стального листа. Кроме того, в листе анизотропной электротехнической стали количество C обычно уменьшается при обезуглероживающем отжиге до примерно 0,001% или меньше.
Si: 0,80-7,00%
[0073] Si является элементом, который увеличивает электрическое сопротивление стального листа и улучшает характеристики магнитных потерь. Когда количество Si составляет менее 0,80%, происходит γ-превращение во время окончательного отжига, кристаллографическая ориентация стального листа ухудшается, и поэтому количество Si устанавливается равным 0,80% или больше. Количество Si предпочтительно составляет 1,50% или больше, а более предпочтительно 2,50% или больше.
[0074] С другой стороны, когда количество Si превышает 7,00%, обрабатываемость уменьшается и во время прокатки появляются трещины, и поэтому количество Si устанавливается равным 7,00% или меньше. Количество Si предпочтительно составляет 5,50% или меньше, а более предпочтительно 4,50% или меньше.
Mn: от 0,05 до 1,00%
[0075] Mn является элементом, который предотвращает растрескивание во время горячей прокатки и связывается с S и/или Se, образуя MnS, который действует как ингибитор. Когда количество Mn составляет менее 0,05%, эффект добавления получается в недостаточной степени, и поэтому количество Mn устанавливается равным 0,05% или больше. Количество Mn предпочтительно составляет 0,07% или больше, а более предпочтительно 0,09% или больше.
[0076] С другой стороны, когда количество Mn превышает 1,00%, выделение и дисперсия MnS становятся неоднородными, требуемая структура вторичной рекристаллизации не может быть получена, магнитная индукция уменьшается, и поэтому количество Mn устанавливается равным 1,00% или меньше. Количество Mn предпочтительно составляет 0,80% или меньше, а более предпочтительно 0,60% или меньше.
Кислоторастворимый Al: от 0,010 до 0,065%
[0077] Кислоторастворимый Al является элементом, который связывается с N с образованием (Al,Si)N, который действует как ингибитор. Когда количество кислоторастворимого Al составляет менее 0,010%, эффект добавления получается в недостаточной степени, и вторичная рекристаллизация не протекает в достаточной степени, и поэтому количество кислоторастворимого Al устанавливается равным 0,010% или больше. Количество кислоторастворимого Al предпочтительно составляет 0,015% или больше, а более предпочтительно 0,020% или больше.
[0078] С другой стороны, когда количество кислоторастворимого Al превышает 0,065%, выделение и дисперсия (Al,Si)N становятся неоднородными, требуемая структура вторичной рекристаллизации не может быть получена, магнитная индукция уменьшается, и поэтому количество кислоторастворимого Al устанавливается равным 0,065% или меньше. Количество кислоторастворимого Al предпочтительно составляет 0,050% или меньше, а более предпочтительно 0,040% или меньше.
N: от 0,0040 до 0,0120%
[0079] N является элементом, который связывается с Al, образуя AlN, который действует как ингибитор, но, с другой стороны, он также является элементом, который образует пузыри (пустоты) в стальном листе во время холодной прокатки. Когда количество N составляет менее 0,0040%, образование AlN является недостаточным, и поэтому количество N устанавливается равным 0,0040% или больше. Количество N предпочтительно составляет 0,0060% или больше, а более предпочтительно 0,0070% или больше.
[0080] С другой стороны, когда количество N превышает 0,0120%, имеется опасение, что могут образовываться пузыри (пустоты) в стальном листе во время холодной прокатки, и поэтому количество N устанавливается равным 0,0120% или меньше. Количество N предпочтительно составляет 0,0100% или меньше, а более предпочтительно 0,0090% или меньше.
S: 0,010% или меньше
[0081] S является элементом, который связывается с Mn с образованием MnS, который действует как ингибитор.
[0082] Когда количество S превышает 0,010%, выделение и дисперсия MnS становятся неоднородными, желаемая структура вторичной рекристаллизации не может быть получена, магнитная индукция уменьшается и гистерезисные потери после очистки увеличиваются, или остается MnS и гистерезисные потери после очистки увеличиваются. Нижний предел количества S конкретно не установлен, но предпочтительно составляет 0,003% или больше. Количество S более предпочтительно составляет 0,007% или больше.
B: от 0,0005 до 0,0080%
[0083] B является элементом, который связывается с N и сложными выделениями с MnS, образуя BN, который действует как ингибитор.
[0084] Когда количество В составляет менее 0,0005%, эффект добавления получается в недостаточной степени, и поэтому количество В устанавливается равным 0,0005% или больше. Количество В предпочтительно составляет 0,0010% или больше, а более предпочтительно 0,0015% или больше. С другой стороны, когда количество В превышает 0,0080%, выделение и дисперсия BN становятся неоднородными, требуемая структура вторичной рекристаллизации не может быть получена, магнитная индукция уменьшается, и поэтому количество В устанавливается равным 0,0080% или меньше. Количество В предпочтительно составляет 0,0060% или меньше, а более предпочтительно 0,0040% или меньше.
[0085] В слябе кремнистой стали остальное помимо вышеописанных элементов составляют Fe и примеси. Примеси представляют собой элементы, которые неизбежно примешиваются из стального сырья и/или в процессе производства стали и являются допустимыми в пределах диапазона, не ухудшающего характеристик предложенного электротехнического стального листа.
[0086] Кроме того, сляб кремнистой стали может содержать по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из 0,30% или меньше Cr, 0,40% или меньше Cu, 0,50% или меньше P, 1,00% или меньше Ni, 0,30% или меньше Sn, 0,30% или меньше Sb и 0,01% или меньше Bi, вместо части Fe в пределах диапазона, не ухудшающего магнитные характеристики электротехнического стального листа и улучшающего другие характеристики.
<Процесс производства предложенного электротехнического стального листа>
[0087] Расплавленную сталь, имеющую вышеописанный компонентный состав, отливают в сляб кремнистой стали обычным способом, а затем подвергают обычной горячей прокатке, получая горячекатаную полосу, которую сматывают в рулон. Затем горячекатаную полосу подвергают отжигу в состоянии горячей полосы, а затем подвергают холодной прокатке один или множество раз с промежуточным отжигом между ними, чтобы получить стальной лист конечной толщины.
[0088] Затем выполняют обезуглероживающий отжиг стального листа конечной толщины. Обезуглероживающий отжиг представляет собой термическую обработку во влажном водороде, уменьшает количество C в стальном листе до уровня, который не вызывает магнитного старения в готовом листе, и вызывает первичную рекристаллизацию в стальном листе для подготовки к последующей вторичной рекристаллизации. Кроме того, для образования ингибитора AlN выполняют азотирующий отжиг, который представляет собой отжиг, выполняемый в атмосфере аммиака.
[0089] Затем стальной лист после обезуглероживающего отжига подвергают окончательному отжигу при температуре 1100°C или выше. Этот окончательный отжиг представляет собой термическую обработку, выполняемую в виде рулона, в который смотан стальной лист, но с целью предотвращения слипания стального листа окончательный отжиг выполняют с нанесенным на поверхность стального листа сепаратором отжига, содержащим глинозем (Al2O3) в качестве главного компонента и от 28 мас.% до 50 мас.% MgO. Наносимое количество сепаратора отжига составляет 6,0 г/м2 или больше на сторону. Как описано выше, когда количество MgO, добавляемого к сепаратору отжига, содержащему глинозем в качестве главного компонента, контролируется в диапазоне от 28 мас.% до 50 мас.%, а наносимое количество сепаратора отжига контролируется на уровне 6,0 г/м2 или больше на сторону, возможно получить лист анизотропной электротехнической стали, в котором игольчатые включения (муллит), имеющие длину 1 мкм или больше, отсутствуют в основном стальном листе. Верхний предел количества наносимого сепаратора отжига конкретно не ограничен, но с точки зрения стоимости он предпочтительно составляет 12,0 г/м2 или меньше на сторону.
[0090] Для того, чтобы эффективно предотвращать образование игольчатых включений (муллита), предпочтительно управлять удельной площадью поверхности по БЭТ глинозема в сепараторе отжига, содержащем Al2O3 в качестве главного компонента, так, чтобы она составляла 3-10 м2/г. Когда удельная площадь поверхности по БЭТ глинозема составляет 3-10 м2/г, количество SiO2, адсорбируемого глиноземом, может быть увеличено, и образование игольчатых включений может быть предотвращено.
[0091] Когда удельная площадь поверхности по БЭТ глинозема составляет менее 3 м2/г, трудно адсорбировать и удалять SiO2 в достаточной степени, и поэтому удельная площадь поверхности по БЭТ глинозема предпочтительно составляет 3 м2/г или больше. С другой стороны, когда удельная площадь поверхности по БЭТ глинозема превышает 10 м2/г, вязкость суспензии сепаратора отжига становится слишком высокой, образуются пятна покрытия и появляются участки, на которых SiO2 не может быть в достаточной степени адсорбирован и удален, и поэтому удельная площадь поверхности по БЭТ глинозема предпочтительно составляет 10 м2/г или меньше.
[0092] Даже при использовании сепаратора отжига в вышеописанном диапазоне удельной площади поверхности по БЭТ, если наносимое количество сепаратора отжига является недостаточным, SiO2 не может быть адсорбирован и удален в достаточной степени, и образуются игольчатые включения (муллит). После окончательного отжига на стальной лист, с которого излишек сепаратора отжига был удален путем промывки водой, наносится покрывающая жидкость, содержащая коллоидный кремнезем, и этот коллоидный кремнезем прокаливается для формирования изоляционного покрытия с натяжением. Как описано выше, при этом может быть получен лист анизотропной электротехнической стали с низкими магнитными потерями, в котором отсутствует пленка форстерита между основным стальным листом и изоляционным покрытием с натяжением.
[Пример]
[0093] Далее будут описаны примеры настоящего изобретения, но каждое из условий в примерах является лишь одним примером условий, используемых для подтверждения осуществимости и эффектов настоящего изобретения, и настоящее изобретение не ограничено этими примерами условий. Кроме того, настоящее изобретение может использовать различные условия, если только решается задача настоящего изобретения, без отступления от сути настоящего изобретения.
(Пример 1)
[0094] Слябы с показанными в Таблице 1 компонентными составами нагревали до 1100°C, чтобы подвергнуть горячей прокатке для получения горячекатаной полосы с толщиной 2,6 мм, и эту горячекатаную полосу подвергали отжигу в состоянии горячей полосы при 1100°C, а затем подвергали холодной прокатке один или множество раз с промежуточным отжигом между ними, чтобы получить стальной лист с конечной толщиной 0,23 мм.
[0095] [Таблица 1]
| Сталь № | Химический состав стального сляба (мас.%) (остальное - Fe и примеси) | ||||||
| C | Si | Mn | Al | N | S | B | |
| A1 | 0,085 | 3,45 | 0,10 | 0,028 | 0,0040 | 0,008 | 0,0015 |
| A2 | 0,031 | 1,21 | 0,10 | 0,029 | 0,0100 | 0,009 | 0,0020 |
| A3 | 0,033 | 6,52 | 0,10 | 0,029 | 0,0100 | 0,007 | 0,0018 |
| A4 | 0,041 | 3,45 | 0,08 | 0,028 | 0,0070 | 0,005 | 0,0019 |
| A5 | 0,044 | 3,33 | 0,80 | 0,029 | 0,0060 | 0,004 | 0,0021 |
| A6 | 0,052 | 4,52 | 0,12 | 0,020 | 0,0050 | 0,003 | 0,0016 |
| A7 | 0,055 | 3,12 | 0,09 | 0,055 | 0,0017 | 0,001 | 0,0017 |
| A8 | 0,061 | 2,81 | 0,09 | 0,030 | 0,0120 | 0,009 | 0,0018 |
| A9 | 0,062 | 3,12 | 0,11 | 0,030 | 0,0040 | 0,001 | 0,0019 |
| A10 | 0,071 | 2,92 | 0,13 | 0,030 | 0,0050 | 0,001 | 0,0021 |
[0096] Вышеописанные стальные листы перематывали, чтобы подвергнуть обезуглероживающему отжигу при 820°C во влажной атмосфере с 75% водорода, 25% азота и точкой росы 40°C, а затем подвергали азотирующему отжигу, который осуществляли в атмосфере аммиака с целью образования ингибитора AlN в каждом из стальных листов. После этого на поверхность стального листа наносили водную суспензию сепаратора отжига, содержащего глинозем с удельной площадью поверхности по БЭТ 3-10 м2/г и 0-80 мас.% MgO, при варьировании наносимого количества твердого содержимого сепаратора отжига в расчете на одну сторону в диапазоне 5-15 г/м2, после чего стальной лист сматывали в рулон.
[0097] Смотанный в рулон стальной лист, который был покрыт вышеописанным сепаратором отжига и высушен, подвергали окончательному отжигу при 1200°C в течение 20 часов. После окончательного отжига излишек сепаратора отжига удаляли со стального листа путем промывки водой, получив лист анизотропной электротехнической стали, в котором завершена вторичная рекристаллизация.
[0098] Компоненты основного стального листа в произведенном листе анизотропной электротехнической стали были измерены с использованием ICP-AES. Кислоторастворимый Al был измерен методом ICP-AES с использованием фильтрата после нагревания и растворения образца в кислоте. Кроме того, C и S были измерены с использованием метода поглощения в инфракрасной области спектра сгорания, N был измерен с использованием метода теплопроводности при плавлении в инертном газе, и O был измерен с использованием метода недисперсионного поглощения в инфракрасной области при плавлении в инертном газе.
[0099] Тестовый образец в виде квадрата со стороной 20 мм брали из центральной части в направлении по ширине самой внешней окружной периферии смотанного в рулон листа анизотропной электротехнической стали, полученного таким образом, поперечное сечение (сечение С), перпендикулярное направлению прокатки, полировали алмазным полировальным кругом, поперечное сечение одной стороны (20 мм) тестового образца наблюдали с помощью микроскопа (с 1000-кратным увеличением) и измеряли число игольчатых включений, имеющих длину 1 мкм или больше, присутствующих в области наблюдения с длиной в направлении по толщине листа 10 мкм и длиной в направлении по ширине листа 20 мм. Идентификацию веществ, составляющих игольчатые включения, выполняли следующими способами. Тестовый образец, вырезанный от основного стального листа, погружали в раствор ниталя (5 об.% азотной кислоты/этанол) на 90 секунд, и его поверхность удалялась примерно на несколько микрон для проявления игольчатых включений. Поверхность тестового образца, на которой проявились игольчатые включения, проанализировали методом широкоугольной рентгеновской дифракции. Кроме того, определение проявившихся игольчатых включений проводили с помощью оптического микроскопа. В частности, полученный спектр рентгеновской дифракции был сопоставлен с данными JCPDS № 15-776. Кроме того, магнитные потери W17/50 тестового образца измеряли в соответствии со стандартом JIS C 2550:2011. Химические составы полученных листов анизотропной электротехнической стали показаны в Таблице 2, а результаты оценки показаны в Таблице 3.
[0100] [Таблица 2]
| № | № | Сталь № | Химический состав стальной продукции (мас.%) (остальное - Fe и примеси) | ||||||
| C | Si | Mn | Al | N | S | B | |||
| Пример по изобретению | B1 | A1 | ≤ 0,002 | 3,45 | 0,10 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0015 |
| B2 | A2 | ≤ 0,002 | 1,21 | 0,10 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0020 | |
| B3 | A3 | ≤ 0,002 | 6,52 | 0,10 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0018 | |
| B4 | A4 | ≤ 0,002 | 3,45 | 0,08 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0019 | |
| B5 | A5 | ≤ 0,002 | 3,33 | 0,80 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0021 | |
| B6 | A6 | ≤ 0,002 | 4,52 | 0,12 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0016 | |
| B7 | A7 | ≤ 0,002 | 3,12 | 0,09 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0017 | |
| B8 | A8 | ≤ 0,002 | 2,81 | 0,09 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0018 | |
| B9 | A9 | ≤ 0,002 | 3,12 | 0,11 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0019 | |
| B10 | A10 | ≤ 0,002 | 2,92 | 0,13 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0021 | |
| Сравнительный пример | b1 | A4 | ≤ 0,002 | 3,45 | 0,08 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0019 |
| b2 | A4 | ≤ 0,002 | 3,45 | 0,08 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0019 | |
| b3 | A4 | ≤ 0,002 | 3,45 | 0,08 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0019 | |
| b4 | A4 | ≤ 0,002 | 3,45 | 0,08 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0019 | |
| b5 | A4 | ≤ 0,002 | 3,45 | 0,08 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0019 | |
| b6 | A4 | ≤ 0,002 | 3,45 | 0,08 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0019 | |
| b7 | A4 | ≤ 0,002 | 3,45 | 0,08 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0019 | |
| b8 | A4 | ≤ 0,002 | 3,45 | 0,08 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0019 | |
| b9 | A4 | ≤ 0,002 | 3,45 | 0,08 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0019 | |
| b10 | A4 | ≤ 0,002 | 3,45 | 0,08 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0019 | |
| b11 | A4 | ≤ 0,002 | 3,45 | 0,08 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0019 | |
| b12 | A4 | ≤ 0,002 | 3,45 | 0,08 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0019 | |
| b13 | A4 | ≤ 0,002 | 3,45 | 0,08 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0019 | |
| b14 | A4 | ≤ 0,002 | 3,45 | 0,08 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0019 | |
| b15 | A4 | ≤ 0,002 | 3,45 | 0,08 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0019 |
[0101] [Таблица 3]
| № | № | Сталь № | Сепаратор отжига | Игольчатые включения, имеющие длину 1 мкм или больше (шт./20 мм) | Магнитные потери W17/50 (Вт/кг) | Присутствие или отсутствие образования форстерита | |
| Количество MgO (мас.%) | Наносимое количество (г/м2) | ||||||
| Пример по изобретению | B1 | A1 | 28 | 6,0 | 0 | 0,98 | Отсутствует |
| B2 | A2 | 32 | 6,4 | 0 | 0,89 | Отсутствует | |
| B3 | A3 | 34 | 7,1 | 0 | 0,87 | Отсутствует | |
| B4 | A4 | 35 | 7,8 | 0 | 0,85 | Отсутствует | |
| B5 | A5 | 36 | 8,2 | 0 | 0,84 | Отсутствует | |
| B6 | A6 | 38 | 9,0 | 0 | 0,83 | Отсутствует | |
| B7 | A7 | 40 | 9,5 | 0 | 0,81 | Отсутствует | |
| B8 | A8 | 45 | 10,8 | 0 | 0,82 | Отсутствует | |
| B9 | A9 | 48 | 11,1 | 0 | 0,84 | Отсутствует | |
| B10 | A10 | 50 | 12,0 | 0 | 0,82 | Отсутствует | |
| Сравнительный пример | b1 | A4 | 0 | 10,0 | 54 | 1,43 | Отсутствует |
| b2 | A4 | 12 | 10,0 | 38 | 1,20 | Отсутствует | |
| b3 | A4 | 22 | 10,0 | 2 | 1,24 | Отсутствует | |
| b4 | A4 | 60 | 10,0 | 0 | 1,21 | Присутствует | |
| b5 | A4 | 80 | 10,0 | 0 | 1,48 | Присутствует | |
| b6 | A4 | 28 | 5 | 49 | 1,24 | Отсутствует | |
| b7 | A4 | 32 | 4,2 | 42 | 1,19 | Отсутствует | |
| b8 | A4 | 34 | 4,5 | 38 | 1,17 | Отсутствует | |
| b9 | A4 | 35 | 4,8 | 14 | 1,14 | Отсутствует | |
| b10 | A4 | 36 | 4,9 | 10 | 1,01 | Отсутствует | |
| b11 | A4 | 38 | 5,1 | 20 | 1,11 | Отсутствует | |
| b12 | A4 | 40 | 5 | 12 | 1,08 | Отсутствует | |
| b13 | A4 | 45 | 5,1 | 39 | 1,21 | Отсутствует | |
| b14 | A4 | 48 | 4,9 | 58 | 1,32 | Отсутствует | |
| b15 | A4 | 50 | 5,2 | 41 | 1,24 | Отсутствует |
[0102] Как показано в Таблице 2, основные стальные листы B1-B10 и b1-b15 содержали 0,002 мас.% или меньше C, 1,21-6,52 мас.% Si, 0,08-0,80 мас.% Mn, 0,002 мас.% или меньше кислоторастворимого Al, 0,002 мас.% или меньше S, 0,003 мас.% или меньше N, 0,0015-0,0021 мас.% B, а остальное - Fe и примеси в их химическом составе.
[0103] Как показано в Таблице 3, в примерах B1-B10 по изобретению в результате управления количеством MgO в сепараторе отжига в пределах диапазона от 28 мас.% до 50 мас.% и управления количеством наносимого сепаратора отжига в пределах диапазона 6,0-12,0 г/м2 на сторону, игольчатые включения (муллит) с длиной 1 мкм или больше отсутствовали в области наблюдения каждого из основных стальных листов, и магнитные потери W17/50 были подавлены до величины менее 1,00 Вт/кг. Кроме того, листы анизотропной электротехнической стали примеров B1-B10 по изобретению не имели пленки форстерита и имели зеркальный блеск.
[0104] Как показано в Таблице 3, в сравнительных примерах b1-b3, поскольку количество MgO в сепараторе отжига было меньше, чем 28 мас.%, в то время как количество наносимого сепаратора отжига контролировалось в диапазоне 6,0-12,0 г/м2 на сторону, в области наблюдения основного стального листа присутствовало множество игольчатых включений (муллита) с длиной 1 мкм или больше, и магнитные потери W17/50 увеличились до более 1,00 Вт/кг.
В сравнительных примерах b4 и b5 количество MgO в сепараторе отжига было больше 50 мас.%, в то время как количество наносимого сепаратора отжига контролировалось в диапазоне 6,0-12,0 г/м2 на сторону. В этом случае игольчатые включения (муллит) с длиной 1 мкм или больше отсутствовали в области наблюдения основного стального листа, но образовался форстерит, и в результате магнитные потери W17/50 увеличились до более 1,00 Вт/кг.
В сравнительном примере b6, поскольку количество наносимого сепаратора отжига составляло менее 6,0 г/м2 на сторону, в то время как количество MgO в сепараторе отжига составляло 28 мас.% или больше, в области наблюдения основного стального листа присутствовало множество игольчатых включений (муллита) с длиной 1 мкм или больше, и магнитные потери W17/50 увеличились до более 1,00 Вт/кг.
В сравнительных примерах b7-b15, поскольку количество наносимого сепаратора отжига составляло менее 6,0 г/м2 на сторону, в то время как количество MgO в сепараторе отжига контролировалось в диапазоне от 28 мас.% до 50 мас.%, в области наблюдения основного стального листа присутствовало множество игольчатых включений (муллита) с длиной 1 мкм или больше, и магнитные потери W17/50 увеличились до более 1,00 Вт/кг.
(Пример 2)
[0105] Сляб с показанным в Таблице 1 компонентным составом стали № A5 нагревали до 1100°C, чтобы подвергнуть горячей прокатке для получения горячекатаного стального листа с толщиной 2,60 мм, и этот горячекатаный лист подвергали отжигу в состоянии горячей полосы при 1100°C, а затем холодной прокатке один или множество раз с промежуточным отжигом между ними, получив стальной лист с конечной толщиной 0,23 мм.
[0106] Вышеописанный стальной лист перематывали, чтобы подвергнуть обезуглероживающему отжигу при 820°C во влажной атмосфере с 75% водорода, 25% азота и точкой росы 40°C, а затем подвергали азотирующему отжигу в атмосфере аммиака с целью формирования ингибитора AlN в стальном листе.
[0107] После этого на поверхность стального листа наносили водную суспензию сепаратора отжига, содержащего глинозем с удельной площадью поверхности по БЭТ, варьирующейся в диапазоне 3,0-10 м2/г, и 35,0-48,0 мас.% MgO, при варьировании наносимого количества твердого содержимого сепаратора отжига в расчете на одну сторону в диапазоне 8,2-11,2 г/м2, а затем стальной лист сматывали в рулон.
[0108] Смотанный в рулон стальной лист, который был покрыт вышеописанным сепаратором отжига и высушен, подвергали окончательному отжигу при 1200°C в течение 20 часов. После окончательного отжига излишек сепаратора отжига удаляли со стального листа путем промывки водой, получив лист анизотропной электротехнической стали, который не имел пленки форстерита и имел зеркальный блеск и в котором была завершена вторичная рекристаллизация.
[0109] Тестовый образец в виде квадрата со стороной 20 мм брали из центральной части в направлении по ширине самой внешней окружной периферии смотанного в рулон листа анизотропной электротехнической стали, полученного таким образом, поперечное сечение (сечение С), перпендикулярное направлению прокатки, полировали алмазным полировальным кругом, поперечное сечение одной стороны (20 мм) тестового образца наблюдали с помощью микроскопа (с 1000-кратным увеличением) и измеряли число игольчатых включений, имеющих длину 1 мкм или больше, присутствующих в области наблюдения с длиной в направлении по толщине листа 10 мкм и длиной в направлении по ширине листа 20 мм. Кроме того, магнитные потери W17/50 тестового образца измеряли в соответствии со стандартом JIS C 2550:2011. Химические составы полученных листов анизотропной электротехнической стали показаны в Таблице 4, а результаты оценки показаны в Таблице 5.
[0110] [Таблица 4]
| № | Сталь № | Химический состав стальной продукции (мас.%) (остальное - Fe и примеси) | ||||||
| C | Si | Mn | Al | N | S | B | ||
| C1 | A5 | ≤ 0,002 | 3,33 | 0,80 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0021 |
| C2 | A5 | ≤ 0,002 | 3,33 | 0,80 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0021 |
| C3 | A5 | ≤ 0,002 | 3,33 | 0,80 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0021 |
| C4 | A5 | ≤ 0,002 | 3,33 | 0,80 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0021 |
| C5 | A5 | ≤ 0,002 | 3,33 | 0,80 | ≤ 0,002 | ≤ 0,003 | ≤ 0,002 | 0,0021 |
[0111] [Таблица 5]
| № | № | Сталь № | Сепаратор отжига | Удельная площадь поверхности глинозема по БЭТ (м2/г) | Игольчатые включения с длиной 1 мкм или больше (шт./20 мм) | Магнитные потери W17/50 (Вт/кг) | Присутствие или отсутствие образования форстерита | |
| Количество MgO (мас.%) | Наносимое количество (г/м2) | |||||||
| Пример по изобретению | C1 | A5 | 35 | 8,2 | 3,0 | 0 | 0,88 | Отсутствует |
| C2 | A5 | 38 | 9,8 | 4,8 | 0 | 0,84 | Отсутствует | |
| C3 | A5 | 42 | 10,1 | 6,2 | 0 | 0,80 | Отсутствует | |
| C4 | A5 | 45 | 10,8 | 7,5 | 0 | 0,77 | Отсутствует | |
| C5 | A5 | 48 | 11,2 | 10,0 | 0 | 0,72 | Отсутствует |
[0112] Как показано в Таблице 4, основные стальные листы C1-C5 содержали 0,002 мас.% или меньше C, 3,33 мас.% Si, 0,80 мас.% Mn, 0,002 мас.% или меньше кислоторастворимого Al, 0,002 мас.% или меньше S, 0,003 мас.% или меньше N, 0,0021 мас.% B, а остальное составляли Fe и примеси в их химическом составе.
[0113] Как показано в Таблице 5, можно видеть, что магнитные потери W17/50 могут быть значительно уменьшены путем управления количеством MgO в сепараторе отжига в диапазоне от 28 мас.% до 50 мас.%, управления количеством наносимого сепаратора отжига в диапазоне 6,0-12,0 г/м2 на сторону и, кроме того, управления удельной площадью поверхности по БЭТ глинозема, являвшегося главным компонентом сепаратора отжига, в диапазоне 3,0-10,0 м2/г. Можно предположить, что это происходит потому, что не образуются игольчатые включения, и, кроме того, увеличивается количество SiO2, адсорбируемого глиноземом.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
[0114] В соответствии с настоящим изобретением, в листе анизотропной электротехнической стали, в котором отсутствует пленка форстерита между основным стальным листом и изоляционным покрытием с натяжением, можно обеспечить лист анизотропной электротехнической стали, в котором могут быть значительно уменьшены магнитные потери и на котором предусмотрено изоляционное покрытие с натяжением, и который имеет более низкие магнитные потери, чем в обычных случаях. Следовательно, настоящее изобретение имеет высокую применимость в промышленности, производящей электротехнический стальной лист, а также в промышленности, использующей электротехнический стальной лист.
1. Лист анизотропной электротехнической стали, в котором отсутствует пленка форстерита между основным стальным листом и изоляционным покрытием с натяжением, причем
основной стальной лист содержит:
0,085 мас.% или меньше C;
0,80-7,00 мас.% Si;
0,05-1,00 мас.% Mn;
0,065 мас.% или меньше кислоторастворимого Al;
0,003 мас.% или меньше S;
0,0040 мас.% или меньше N;
0,0005-0,0080 мас.% B;
0-0,50 мас.% P;
0-1,00 мас.% Ni;
0-0,30 мас.% Sn;
0-0,30 мас.% Sb;
0-0,40 мас.% Cu;
0-0,30 мас.% Cr;
0-0,01 мас.% Bi; и
остальное – Fe и примеси в его химическом составе, и
в случае, в котором рассматривается поперечное сечение, перпендикулярное направлению прокатки основного стального листа, когда областью наблюдения является область с длиной 10 мкм от поверхности основного стального листа внутрь основного стального листа в направлении по толщине основного стального листа и длиной 20 мм в направлении, перпендикулярном направлению по толщине листа, в этой области наблюдения отсутствуют игольчатые включения, имеющие длину 1 мкм или больше.
2. Лист анизотропной электротехнической стали по п. 1, в котором игольчатое включение содержит муллит, представленный формулой 3Al2O3⋅2SiO2.
