Электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой и способ производства электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой - RU2730822C1

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001]

Настоящее изобретение относится к электротехническому стальному листу с ориентированной зеренной структурой, а также к способу производства электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой.

Приоритет испрашивается по заявке на патент Японии № 2017-137419, поданной 13 июля 2017 г., содержание которой включено в настоящий документ посредством ссылки.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002]

Электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой представляет собой магнитно-мягкий материал, который используется главным образом в качестве материала сердечника трансформатора, и таким образом обязан иметь магнитные характеристики, такие как высокие характеристики намагничивания и низкие потери в материале. Характеристики намагничивания относятся к плотности магнитного потока, возникающего при возбуждении сердечника. По мере того, как плотность магнитного потока увеличивается, сердечник может быть уменьшен в размере. Следовательно, чем выше характеристики намагничивания, тем более выгодно производство трансформатора с точки зрения затрат.

[0003]

Для увеличения характеристик намагничивания необходимо разработать текстуру, имеющую зерна, выровненные в кристаллической ориентации (ориентации Госса), в которой плоскость {110} выровнена параллельно поверхности стального листа, а ось <100> выровнена с направлением прокатки. Для того, чтобы выровнять кристаллическую ориентацию с ориентацией Госса, обычной практикой является управление вторичной рекристаллизацией для того, чтобы вызвать образование мелких выделений ингибиторов, таких как AlN, MnS и MnSe.

[0004]

Потери в материале представляют собой потери мощности, потребляемой в виде тепловой энергии, когда сердечник возбуждается переменным магнитным полем, и они должны быть как можно менее с точки зрения экономии энергии. На уровень потерь в материале влияют магнитная восприимчивость, толщина листа, натяжение пленки, количество примесей, удельное электрическое сопротивление, размер зерна и подобное. Даже в настоящее время с различными технологиями, разработанными для электротехнических стальных листов, непрерывно проводятся исследования и разработки по снижению потерь в материале для улучшения магнитных характеристик.

[0005]

Другой характеристикой, требуемой для электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой, является характеристика пленки и покрытия, сформированного на поверхности стального листа. Как правило, в электротехническом стальном листе с ориентированной зеренной структурой, как показано на Фиг. 1, на стальном листе 1 формируется пленка 2 форстерита, содержащая Mg₂SiO₄ (форстерит) в качестве основного компонента, и изоляционное покрытие 3 формируется на пленке 2 форстерита. Пленка форстерита и изоляционное покрытие электрически изолируют поверхность стального листа и выполняют функцию приложения натяжения к стальному листу для того, чтобы уменьшить потери в материале.

[0006]

Пленка форстерита также содержит, в дополнение к Mg₂SiO₄, небольшое количество примесей и добавок, содержащихся в стальном листе и сепараторе отжига, а также в продуктах их реакции.

[0007]

Для того, чтобы изоляционное покрытие проявляло изоляционные свойства и требуемое натяжение, изоляционное покрытие не должно отслаиваться от стального листа, и поэтому изоляционное покрытие должно иметь высокую адгезию покрытия. Однако нелегко одновременно увеличить как натяжение, прикладываемое к стальному листу, так и адгезию покрытия, и непрерывно проводятся исследования и разработки для одновременного увеличения натяжения, прикладываемого к стальному листу, и адгезии покрытия.

[0008]

Электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой обычно производится с помощью следующей процедуры. Сляб из кремнистой стали, содержащей 2,0-4,0 мас. % Si, подвергается горячей прокатке в горячекатаный стальной лист, который затем подвергается отжигу по мере необходимости, затем подвергается холодной прокатке один раз или два или более раз с промежуточным отжигом между ними, и окончательно обрабатывается в стальной лист, имеющий окончательную толщину. После этого обезуглероживающий отжиг стального листа, имеющего окончательную толщину, выполняется во влажной водородной атмосфере для поддержания первичной рекристаллизации в дополнение к обезуглероживанию и формирования оксидного слоя на поверхности стального листа.

[0009]

Сепаратор отжига, содержащий MgO (оксид магния) в качестве основного компонента, наносится на стальной лист, имеющий оксидный слой, и высушивается. После сушки полученный лист сматывается в рулон. Затем выполняется окончательный отжиг этого рулона для поддержания вторичной рекристаллизации, чтобы выровнять зерна в ориентации Госса и дополнительно заставить MgO в сепараторе отжига и SiO₂ (оксид кремния или кремнезем) в оксидном слое реагировать друг с другом, посредством чего неорганическая пленка из форстерита, содержащая Mg₂SiO₄ в качестве основного компонента, формируется на поверхности стального листа.

[0010]

Затем выполняется рафинирующий отжиг стального листа, имеющего пленку форстерита, чтобы вызвать диффузию примесей из стального листа наружу и их удаление. Кроме того, с помощью разглаживающего отжига стального листа на его поверхности образуется изоляционное покрытие, содержащее фосфат и коллоидный кремнезем в качестве основного компонента. При этом создается натяжение между стальным листом и изоляционным покрытием благодаря разности в коэффициенте теплового расширения между ними.

[0011]

Граница между пленкой форстерита («2» на Фиг. 1), содержащей Mg₂SiO₄ в качестве основного компонента, и стальным листом («1» на Фиг. 1) обычно имеет неровную форму, которая является неоднородной (см. Фиг. 1), и неровная форма границы немного ухудшает эффект уменьшения потерь в материале благодаря натяжению. Для того, чтобы уменьшить потери в материале путем выравнивания этой границы, до настоящего времени были выполнены следующие разработки.

[0012]

Патентный документ 1 раскрывает способ производства, в котором пленка форстерита удаляется путем травления и подобного, и поверхность стального листа сглаживается химическим или электролитическим полированием. Однако в способе производства Патентного документа 1 имеется та проблема, что изоляционное покрытие трудно прилипает к поверхности основного металла.

[0013]

Следовательно, для увеличения адгезии изоляционного покрытия к гладкой поверхности стального листа, как показано на Фиг. 2, было предложено формирование промежуточного слоя 4 (или покрытия основного материала) между стальным листом и изоляционным покрытием. Покрытие основного материала, формируемое путем нанесения водного раствора фосфата или силиката щелочного металла, раскрытого в Патентном документе 2, также является эффективным для адгезии покрытия. Однако в качестве более эффективного способа Патентный документ 3 раскрывает способ отжига стального листа в конкретной атмосфере перед формированием изоляционного покрытия, чтобы сформировать внешним образом окисленный слой кремнезема в качестве промежуточного слоя на поверхности стального листа.

[0014]

Кроме того, Патентный документ 4 раскрывает способ формирования внешним образом окисленного слоя кремнезема с плотностью нанесения 100 мг/м² или менее в качестве промежуточного слоя на поверхности стального листа перед формированием изоляционного покрытия. Патентный документ 5 раскрывает способ формирования внешним образом окисленного слоя, такого как слой кремнезема, в качестве промежуточного слоя, когда изоляционное покрытие является кристаллическим изоляционным покрытием, содержащим соединение борной кислоты и золь глинозема в качестве основного компонента.

[0015]

Эти внешним образом окисленные слои кремнезема формируются в качестве промежуточного слоя на поверхности стального листа, функционируют как основной материал гладкой границы, и показывают некоторый эффект улучшения адгезии изоляционного покрытия. Однако ведутся дальнейшие разработки для более надежного обеспечения адгезии изоляционного покрытия, сформированного на внешне окисленном слое кремнезема.

[0016]

Патентный документ 6 раскрывает способ выполнения термической обработки стального листа, имеющего гладкую поверхность, в окислительной атмосфере для формирования кристаллического промежуточного слоя из Fe₂SiO₄ (фаялита) или (Fe, Mn)₂SiO₄ (кнебелита) на поверхности стального листа, а затем уже формирования на нем изоляционного покрытия.

[0017]

Однако в окислительной атмосфере, в которой Fe₂SiO₄ или (Fe, Mn)₂SiO₄ формируется на поверхности стального листа, Si в поверхностном слое стального листа окисляется, и выделяется оксид, такой как SiO₂, так что возникает проблема ухудшения характеристик потерь в материале.

[0018]

В дополнение к этому, существует та проблема, что благодаря разнице в кристаллической структуре адгезия между промежуточным слоем и изоляционным покрытием является нестабильной.

[0019]

Кроме того, также существует проблема в том, что натяжение, прикладываемое к поверхности стального листа промежуточным слоем, содержащим Fe₂SiO₄ или (Fe, Mn)₂SiO₄ в качестве основного компонента, не является столь же большим, как натяжение, прикладываемое к поверхности стального листа промежуточным слоем, содержащим в качестве основного компонента SiO₂.

[0020]

Патентный документ 7 раскрывает способ формирования пленки геля, имеющей толщину 0,1-0,5 мкм, в качестве промежуточного слоя на гладкой поверхности стального листа способом золь-геля, и формирования изоляционного покрытия на этом промежуточном слое. Однако раскрытые условия формирования пленки попадают в диапазон обычного способа золь-геля, и адгезия покрытия не может быть надежно обеспечена.

[0021]

Патентный документ 8 раскрывает способ формирования кремнистого покрытия в качестве промежуточного слоя на гладкой поверхности стального листа с помощью анодной электролитической обработки в водном растворе силиката, и уже после этого формирования изоляционного покрытия.

[0022]

Патентный документ 9 раскрывает электротехнический стальной лист, в котором оксид, такой как TiO₂ (оксид одного или более элементов, выбираемых из группы, состоящей из Al, Si, Ti, Cr и Y), наносится в форме слоев или островков на гладкую поверхность стального листа, затем наносится слой кремнезема, а затем на него наносится изоляционное покрытие.

[0023]

За счет формирования такого промежуточного слоя возможно улучшить адгезию покрытия. Однако поскольку для этого требуется дополнительное оборудование, такое как оборудование для электролитической обработки или оборудование для сухого покрытия, остаются проблемы в обеспечении места для оборудования и экономические проблемы.

[0024]

Патентный документ 10 раскрывает электротехнический лист кремнистой стали с ориентированной зеренной структурой, в котором внешним образом окисленный гранулированный оксид, содержащий кремнезем в качестве основного компонента, обеспечивается в дополнение к внешним образом окисленному слою, содержащему кремнезем в качестве основного компонента, с толщиной 2-500 нм на границе между прикладывающим натяжение изоляционным покрытием и стальным листом, а Патентный документ 11 также раскрывает электротехнический лист кремнистой стали с ориентированной зеренной структурой, в котором внешним образом окисленный слой, содержащий кремнезем в качестве основного компонента, снабжается пустотами с долей площади сечения 30% или менее.

[0025]

Патентный документ 12 раскрывает способ формирования на гладкой поверхности стального листа внешним образом окисленного слоя, содержащего SiO₂ в качестве основного компонента, который имеет толщину 2-500 нм и содержит металлическое железо с долей площади сечения 30% или менее, в качестве промежуточного слоя, и формирования изоляционного покрытия на этом промежуточном слое.

[0026]

Патентный документ 13 раскрывает способ формирования на гладкой поверхности стального листа промежуточного слоя, содержащего стекловидный оксид кремния в качестве основного компонента, который имеет толщину от 0,005 до 1 мкм и содержит металлическое железо или железосодержащий оксид с объемной долей 1%-70%, и формирования изоляционного покрытия на этом промежуточном слое.

[0027]

Патентный документ 14 раскрывает способ формирования на гладкой поверхности стального листа внешним образом окисленного слоя, содержащего SiO₂ в качестве основного компонента, который имеет толщину 2-500 нм и содержит оксид металла (оксид Si-Mn-Cr, оксид Si-Mn-Cr-Al-Ti или оксид Fe) с долей площади сечения 50% или менее, в качестве промежуточного слоя, и формирования изоляционного покрытия на этом промежуточном слое.

[0028]

Как было описано выше, когда промежуточный слой, содержащий SiO₂ в качестве основного компонента, содержит внешним образом гранулированные оксиды, пустоты, металлическое железо, железосодержащие оксиды или оксиды металлов, адгезия изоляционного покрытия до некоторой степени улучшается, но требуется дополнительное улучшение.

ДОКУМЕНТЫ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

[0029]

[Патентный документ 1] Японская нерассмотренная патентная заявка, Первая публикация № S49-096920

[Патентный документ 2] Японская нерассмотренная патентная заявка, Первая публикация № H05-279747

[Патентный документ 3] Японская нерассмотренная патентная заявка, Первая публикация № H06-184762

[Патентный документ 4] Японская нерассмотренная патентная заявка, Первая публикация № H09-078252

[Патентный документ 5] Японская нерассмотренная патентная заявка, Первая публикация № H07-278833

[Патентный документ 6] Японская нерассмотренная патентная заявка, Первая публикация № H08-191010

[Патентный документ 7] Японская нерассмотренная патентная заявка, Первая публикация № H03-130376

[Патентный документ 8] Японская нерассмотренная патентная заявка, Первая публикация № H11-209891

[Патентный документ 9] Японская нерассмотренная патентная заявка, Первая публикация № 2004-315880

[Патентный документ 10] Японская нерассмотренная патентная заявка, Первая публикация № 2002-322566

[Патентный документ 11] Японская нерассмотренная патентная заявка, Первая публикация № 2002-363763

[Патентный документ 12] Японская нерассмотренная патентная заявка, Первая публикация № 2003-313644

[Патентный документ 13] Японская нерассмотренная патентная заявка, Первая публикация № 2003-171773

[Патентный документ 14] Японская нерассмотренная патентная заявка, Первая публикация № 2002-348643

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ, РЕШАЕМЫЕ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

[0030]

Как правило, электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, не имеющий пленки форстерита, имеет трехслойную структуру «стальной лист - промежуточный слой - изоляционное покрытие», и форма границы между стальным листом и изоляционным покрытием является макроскопически однородной и гладкой (см. Фиг. 2). После термической обработки между слоями действует поверхностное натяжение из-за разницы в коэффициентах теплового расширения между слоями, так что натяжение может прикладываться к стальному листу, в то время как слои легко разделяются.

[0031]

Следовательно, задачей настоящего изобретения является сформировать промежуточный слой, содержащий оксид кремния в качестве основного компонента (то есть промежуточный слой, содержащий Si и O), способный обеспечить превосходную адгезию изоляционного покрытия без шероховатости, а также предложить электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой и способ его производства для решения этих проблем.

СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ

[0032]

В предшествующем уровне техники для того, чтобы обеспечить однородную адгезию изоляционного покрытия, обычной практикой является более равномерное и гладкое формирование на гладкой поверхности стального листа промежуточного слоя, содержащего оксид кремния в качестве основного компонента. Однако авторы настоящего изобретения интенсивно исследовали способы решения этих проблем независимо от обычной практики.

[0033]

В результате было найдено, что в трехслойной слоистой структуре, когда промежуточный слой, содержащий оксид кремния в качестве основного компонента и содержащий фосфид металла, формируется на поверхности электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой, в котором пленка форстерита удалена после производства, или на поверхности электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой, в котором образование пленки форстерита ингибируется, изоляционное покрытие может гарантировать превосходную адгезию покрытия без неровностей.

[0034]

Настоящее изобретение было создано на основе вышеописанных находок, и его суть заключается в следующем.

(1) Электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, содержащий: стальной лист; промежуточный слой, содержащий Si и O, расположенный на стальном листе; и изоляционное покрытие, расположенное на промежуточном слое, причем промежуточный слой содержит фосфид металла, толщина промежуточного слоя составляет 4 нм или более, и распространенность содержащегося фосфида металла в сечении промежуточного слоя составляет 1-30% по доле площади сечения.

(2) В электротехническом стальном листе с ориентированной зеренной структурой в соответствии с пунктом (1) фосфид металла может представлять собой один или более фосфидов Fe, выбираемых из группы, состоящей из Fe₃P, Fe₂P и FeP.

(3) В электротехническом стальном листе с ориентированной зеренной структурой в соответствии с пунктом (1) или (2) промежуточный слой может в дополнение к фосфиду металла содержать α-Fe и/или силикат железа.

(4) В электротехническом стальном листе с ориентированной зеренной структурой в соответствии с пунктом (3) суммарная распространенность фосфида металла и α-Fe и/или силиката железа в сечении промежуточного слоя может составлять 1-30% по доле площади сечения.

(5) В электротехническом стальном листе с ориентированной зеренной структурой в соответствии с любым из пунктов (1)-(4) толщина промежуточного слоя может составлять менее чем 400 нм.

(6) В электротехническом стальном листе с ориентированной зеренной структурой в соответствии с любым из пунктов (1)-(5) толщина изоляционного покрытия может составлять 0,1-10 мкм.

(7) В электротехническом стальном листе с ориентированной зеренной структурой в соответствии с любым из пунктов (1)-(6) среднеарифметическая шероховатость поверхности стального листа Ra может составлять 0,5 мкм или менее.

(8) Способ производства электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой в соответствии с другим аспектом настоящего изобретения является способом производства электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой в соответствии с любым из пунктов (1)-(7), и включает в себя: горячую прокатку стальной заготовки стали для того, чтобы получить горячекатаный стальной лист; холодную прокатку горячекатаного стального листа для того, чтобы получить лист холоднокатаной стали; обезуглероживающий отжиг листа холоднокатаной стали для того, чтобы сформировать оксидный слой на поверхности листа холоднокатаной стали; нанесение сепаратора отжига на поверхность листа холоднокатаной стали, имеющего оксидный слой; сушку сепаратора отжига и сматывание листа холоднокатаной стали; окончательный отжиг смотанного листа холоднокатаной стали; нанесение первого раствора; дополнительный отжиг листа холоднокатаной стали с нанесенным на него первым раствором для того, чтобы сформировать промежуточный слой, содержащий фосфид металла; нанесение второго раствора на поверхность промежуточного слоя; и отверждение нагревом листа холоднокатаной стали с нанесенным на него вторым раствором, причем первый раствор содержит фосфорную кислоту и соединение металла, массовое соотношение между фосфорной кислотой и соединением металла составляет от 2:1 до 1:2, температура отжига при отжиге для формирования промежуточного слоя составляет 600°C-1150°C, продолжительность отжига составляет 10-600 с, точка росы в атмосфере отжига составляет от -20°C до 2°C, соотношение между количеством водорода и количеством азота в атмосфере отжига составляет 75%:25%, и наносимым количеством первого раствора управляют таким образом, чтобы распространенность включенного фосфида металла как доля площади составляла 1-30% площади сечения промежуточного слоя.

(9) Способ производства электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой в соответствии с пунктом (8) может дополнительно включать в себя: удаление пленки неорганического минерального материала, образующейся во время окончательного отжига перед нанесением первого раствора, причем сепаратор отжига может содержать оксид магния в качестве основного компонента.

(10) Способ производства электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой в соответствии с пунктом (8) или (9) может дополнительно включать в себя: отжиг горячекатаного стального листа перед холодной прокаткой.

ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0035]

В соответствии с настоящим изобретением возможно обеспечить электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, в котором промежуточный слой, содержащий оксид кремния в качестве основного компонента, который содержит фосфид металла и α-Fe и/или силикат железа сообразно обстоятельствам, и может гарантировать превосходную адгезию изоляционного покрытия без шероховатости, обеспечивается на всей поверхности стального листа, а также способ его производства.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0036]

Фиг. 1 схематично показывает слоистую структуру электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой в предшествующем уровне техники.

Фиг. 2 схематично показывает другую слоистую структуру электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой в предшествующем уровне техники.

Фиг. 3 схематично показывает слоистую структуру электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой по настоящему изобретению.

Фиг. 4 показывает способ производства электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой по настоящему изобретению.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0037]

Электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, имеющий превосходную адгезию покрытия, в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения (в дальнейшем иногда называемый «электротехническим стальным листом» в соответствии с настоящим вариантом осуществления) является электротехническим стальным листом с ориентированной зеренной структурой, в котором изоляционное покрытие формируется на промежуточном слое, содержащем оксид кремния в качестве основного компонента, сформированном на поверхности стального листа (то есть на промежуточном слое, содержащем Si и O). В частности, в электротехническом стальном листе с ориентированной зеренной структурой, включающем промежуточный слой, содержащий оксид кремния в качестве основного компонента, на поверхности электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой, не имеющем пленки форстерита на поверхности и имеющем изоляционное покрытие, содержащее фосфат и коллоидный кремнезем в качестве основного компонента, на промежуточном слое, этот промежуточный слой содержит фосфид металла, толщина промежуточного слоя составляет 4 нм или более, и распространенность фосфида металла в сечении промежуточного слоя составляет 1-30% по доле площади сечения. Другими словами, электротехнический стальной лист в соответствии с настоящим вариантом осуществления включает в себя стальной лист 1, промежуточный слой 4, содержащий Si и O, расположенный на стальном листе 1, и изоляционное покрытие 3, расположенное на промежуточном слое 4, в котором промежуточный слой 4 содержит фосфид металла 5, толщина промежуточного слоя 4 составляет 4 нм или более, и распространенность фосфида металла 5 в сечении промежуточного слоя 4 составляет 1-30% по доле площади сечения.

[0038]

Здесь электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, не имеющий пленки форстерита на поверхности, является электротехническим стальным листом с ориентированной зеренной структурой, в котором пленка форстерита удалена после производства, или электротехническим стальным листом с ориентированной зеренной структурой, в котором формирование пленки форстерита подавлено.

[0039]

Далее будет описан электротехнический стальной лист настоящего варианта осуществления.

[0040]

Слоистая структура электротехнического стального листа настоящего изобретения схематично показана на Фиг. 3. Как показано на Фиг. 3, промежуточный слой 4, содержащий оксид кремния в качестве основного компонента и содержащий фосфид металла 5, формируется на поверхности стального листа 1, и на нем формируется изоляционное покрытие 3. Промежуточный слой 4, содержащий оксид кремния в качестве основного компонента, может содержать α-Fe и/или силикат железа в дополнение к фосфиду металла 5. Подробности будут описаны ниже.

[0041]

ИЗОЛЯЦИОННОЕ ПОКРЫТИЕ

Изоляционное покрытие формируется путем нанесения раствора, содержащего фосфат и коллоидный кремнезем (SiO₂) в качестве основного компонента, на промежуточный слой, содержащий оксид кремния в качестве основного компонента, и отверждения нагревом этого раствора. Это изоляционное покрытие может прикладывать высокое поверхностное натяжение к стальному листу.

[0042]

Однако, когда толщина изоляционного покрытия составляет менее 0,1 мкм, становится затруднительно прикладывать требуемое поверхностное натяжение к стальному листу. Следовательно, толщина изоляционного покрытия предпочтительно составляет 0,1 мкм или более. Более предпочтительно эта толщина составляет 0,5 мкм или более, 0,8 мкм или более, 1,0 мкм или более, или 2,0 мкм или более. С другой стороны, когда толщина изоляционного покрытия превышает 10 мкм, трещины могут образовываться в изоляционном покрытии на стадии формирования изоляционного покрытия. Следовательно, толщина изоляционного покрытия предпочтительно составляет 10 мкм или менее. Более предпочтительно эта толщина составляет 5 мкм или менее, 4,5 мкм или менее, 4,2 мкм или менее, или 4,0 мкм или менее.

[0043]

По мере необходимости к изоляционному покрытию может быть применена, обработка измельчения магнитных доменов, чтобы приложить локальное микронапряжение, с помощью лазерных, плазменных, механических способов, травления и подобного.

[0044]

Промежуточный слой, содержащий оксид кремния в качестве основного компонента

Промежуточный слой в соответствии с настоящим вариантом осуществления содержит Si и O, и дополнительно содержит фосфид металла. Промежуточный слой в соответствии с настоящим вариантом осуществления может дополнительно содержать примеси. Такой промежуточный слой в настоящем варианте осуществления называется промежуточным слоем, содержащим оксид кремния в качестве основного компонента. В трехслойной структуре (см. Фиг. 2) промежуточный слой, содержащий оксид кремния в качестве основного компонента, имеет функцию обеспечения плотного контакта стального листа и изоляционного покрытия. Однако до сих пор было нелегко сформировать промежуточный слой, содержащий оксид кремния в качестве основного компонента, на всей поверхности стального листа так, чтобы он прочно прилипал с однородной адгезией без неровностей.

[0045]

Следовательно, авторы настоящего изобретения полагали, что благодаря тому, что промежуточный слой не является слоем, который содержит только оксид кремния, но промежуточный слой является слоем в котором совместно содержатся оксида кремния и кристаллического материала, промежуточный слой и стальной лист прочно сцепляются друг с другом с однородной адгезией без неровностей, и они сформировали на поверхности стального листа промежуточный слой, содержащий оксид кремния в качестве основного компонента, и содержащий различные кристаллические материалы, чтобы проверить адгезию между промежуточным слоем и стальным листом.

[0046]

В результате было найдено, что промежуточный слой, содержащий оксид кремния в качестве основного компонента и содержащий фосфид металла, прочно прилипает ко всей поверхности стального листа. Считается, что причина этого состоит в том, что гибкость промежуточного слоя улучшается за счет неправильной формы фосфида металла, включенного в промежуточный слой, содержащий оксид кремния в качестве основного компонента.

[0047]

Как правило, в электротехническом стальном листе с ориентированной зеренной структурой, как показано на Фиг. 1, пленка 2 форстерита, содержащая Mg₂SiO₄ (форстерит) в качестве основного компонента, формируется на стальном листе 1, и граница между пленкой 2 форстерита и стальным листом 1 имеет неровную форму, которая является неоднородной (см. Фиг. 1). Неровная форма границы, которая оценивается шероховатостью поверхности, значительно способствует адгезии между стальным листом и изоляционным покрытием, и для того, чтобы улучшить адгезию между стальным листом и изоляционным покрытием, необходимо увеличивать шероховатость поверхности. Однако в электротехническом стальном листе с ориентированной зеренной структурой в соответствии с настоящим вариантом осуществления считается, что улучшение гибкости промежуточного слоя, содержащего оксид кремния в качестве основного компонента, значительно влияет на улучшение адгезии между стальным листом и изоляционным покрытием. Следовательно, шероховатость поверхности стального листа, на котором сформирован промежуточный слой, особенно не ограничивается каким-либо конкретным диапазоном. С точки зрения улучшения адгезии, что является целью настоящего изобретения, шероховатость поверхности предпочтительно является высокой. Однако с точки зрения приложения большого натяжения к стальному листу и достижения уменьшения потерь в материале среднеарифметическая шероховатость поверхности (Ra) предпочтительно составляет 0,5 мкм или менее и более предпочтительно 0,3 мкм или менее. В электротехническом стальном листе с ориентированной зеренной структурой в соответствии с настоящим вариантом осуществления, даже если поверхность стального листа является гладкой, промежуточный слой в соответствии с настоящим вариантом осуществления может гарантировать адгезию изоляционного покрытия.

[0048]

Толщина стального листа также особенно не ограничивается каким-либо конкретным диапазоном. Однако для того, чтобы дополнительно уменьшить потери в материале, эта толщина предпочтительно составляет 0,35 мм или менее, и более предпочтительно 0,30 мм или менее.

[0049]

В промежуточном слое, содержащем оксид кремния в качестве основного компонента и содержащем фосфид металла (в дальнейшем иногда называемом «промежуточным слоем в соответствии с настоящим вариантом осуществления»), оксид кремния предпочтительно представляет собой SiO_x (x=1,0-2,0). В случае x=1,5-2,0 оксид кремния становится более устойчивым, что является более предпочтительным. Когда окислительный отжиг для формирования промежуточного слоя в соответствии с настоящим вариантом осуществления выполняется в достаточной степени, может быть сформирован SiO_x со значением x≈2,0.

[0050]

Когда окислительный отжиг выполняется при нормальной температуре (1150°C или менее), на поверхности стального листа может быть сформирован промежуточный слой в соответствии с настоящим изобретением, обладающий высокой плотностью и высокой прочностью для того, чтобы выдерживать термическое напряжение и легко ослаблять его благодаря относительно малой эластичности.

[0051]

Стальной лист имеет высокую концентрацию Si (например 0,80-4,00 мас. %), и имеет сильное химическое сродство с промежуточным слоем в соответствии с настоящим вариантом осуществления, и поэтому промежуточный слой в соответствии с настоящим вариантом осуществления и стальной лист прочно прилипают друг к другу.

[0052]

Когда толщина промежуточного слоя в соответствии с настоящим вариантом осуществления является малой, эффект релаксации термического напряжения проявляется в недостаточной степени, и поэтому толщина промежуточного слоя в соответствии с настоящим вариантом осуществления составляет 4 нм или более. Эта толщина предпочтительно составляет 5 нм или более, 10 нм или более, 20 нм или более или 50 нм или более. С другой стороны, верхний предел толщины промежуточного слоя в соответствии с настоящим вариантом осуществления не ограничивается при условии, что он является однородным и не имеет никаких дефектов, таких как пустоты или трещины. Однако, когда толщина является слишком большой, существует опасение, что толщина может стать неравномерной или могут появиться дефекты, такие как пустоты и трещины. Следовательно, толщина промежуточного слоя в соответствии с настоящим вариантом осуществления предпочтительно составляет менее чем 400 нм. Эта толщина более предпочтительно составляет 300 нм или менее, 250 нм или менее, 200 нм или менее или 100 нм или менее.

[0053]

Фосфид металла, содержащийся в промежуточном слое в соответствии с настоящим вариантом осуществления, предпочтительно представляет собой один или более фосфидов Fe, выбираемых из группы, состоящей из Fe₃P, Fe₂P и FeP. Поскольку Fe является составляющим элементом стального листа, считается, что Fe₃P, Fe₂P и FeP среди металлических фосфидов значительно способствуют улучшению адгезии между промежуточным слоем в соответствии с настоящим вариантом осуществления и стальным листом.

[0054]

Распространенность фосфида металла в промежуточном слое в соответствии с настоящим вариантом осуществления обозначается отношением полной площади сечения (в дальнейшем иногда называемой «долей площади сечения») фосфида металла к площади сечения всего промежуточного слоя, содержащего фосфид металла.

[0055]

Когда доля площади сечения фосфида металла является малой (распространенность является малой), фосфид металла не способствует улучшению гибкости промежуточного слоя, и требуемая адгезия для стального листа не обеспечивается. Следовательно, доля площади сечения фосфида металла предпочтительно составляет 1% или более. Доля площади сечения фосфида металла более предпочтительно составляет 2% или более, 5% или более, 10% или более или 15% или более.

[0056]

С другой стороны, когда доля площади сечения фосфида металла является большим (распространенность является большой), доля оксида кремния уменьшается, и уменьшается адгезия между промежуточным слоем и изоляционным покрытием. Следовательно, доля площади сечения фосфида металла предпочтительно составляет 30% или менее. Доля площади сечения фосфида металла более предпочтительно составляет 27% или менее, 25% или менее, 20% или менее или 18% или менее.

[0057]

Промежуточный слой в соответствии с настоящим вариантом осуществления в дополнение к фосфиду металла может содержать α-Fe и/или силикат железа. α-Fe представляет собой железо, имеющее ферритную фазу, и является основным составляющим элементом стального листа. Силикат железа представляет собой кристаллический Fe₂SiO₄ (фаялит), который образуется, когда стальной лист подвергается окислительному отжигу, и может содержать небольшое количество FeSiO₃ (ферросилита).

[0058]

Считается, что благодаря присутствию α-Fe, который является главным составляющим элементом стального листа, и/или силиката железа, у которого есть химическое сродство со стальным листом в промежуточном слое, содержащем оксид кремния в качестве основного компонента в соответствии с настоящим вариантом осуществления, термическая чувствительность промежуточного слоя, приближается к термической чувствительности стального листа, и таким образом гибкость промежуточного слоя улучшается, приводя к улучшению адгезии между промежуточным слоем и стальным листом. Однако даже когда промежуточный слой содержит α-Fe и/или силикат железа, распространенность фосфида металла в промежуточном слое должна составлять 1%-30% от площади сечения, как было описано выше.

[0059]

Распространенность «фосфида металла и α-Fe и/или силиката железа» в промежуточном слое в соответствии с настоящим вариантом осуществления обозначается отношением полной площади сечения (суммарной доли площади сечения) «фосфида металла и α-Fe и/или силиката железа» к площади сечения всего промежуточного слоя, содержащего «фосфид металла и α-Fe и/или силикат железа».

[0060]

Даже когда промежуточный слой содержит α-Fe и/или силикат железа, распространенность фосфида металла в промежуточном слое должна составлять 1%-30% от площади сечения. В дополнение к этому, α-Fe и/или силикат железа не является существенным компонентом промежуточного слоя в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Следовательно, суммарная доля площади сечения «фосфида металла и α-Fe и/или силиката железа» составляет 1% или более. Более предпочтительно суммарная доля площади сечения «фосфида металла и α-Fe и/или силиката железа» составляет 2% или более, 5% или более, 10% или более или 15% или более.

[0061]

С другой стороны, когда суммарная площадь сечения «фосфида металла и α-Fe и/или силиката железа» является большой (распространенность является большой), доля оксида кремния в промежуточном слое уменьшается, и адгезия между промежуточным слоем и изоляционным покрытием уменьшается. Следовательно, суммарная доля этой площади сечения предпочтительно составляет 30% или менее. Суммарная доля этой площади сечения более предпочтительно составляет 27% или менее, 25% или менее, 20% или менее или 18% или менее.

[0062]

Когда размеры зерна (среднее значение диаметров эквивалентных по площади окружностей) «фосфида металла и α-Fe и/или силиката железа» в промежуточном слое в соответствии с настоящим вариантом осуществления являются малыми, эффект ослабления термического напряжения уменьшается. Следовательно, размер зерна предпочтительно составляет 1 нм или более. Более предпочтительно размер зерна составляет 3 нм или более.

[0063]

С другой стороны, когда размеры зерна «фосфида металла и α-Fe и/или силиката железа» являются большими, «фосфид металла и α-Fe и/или силикат железа» могут стать источником разрушения благодаря концентрации напряжений. Следовательно, размер зерна предпочтительно составляет 2/3 или менее от толщины промежуточного слоя, содержащего оксид кремния в качестве основного компонента и содержащего «фосфид металла и α-Fe и/или силикат железа». Этот размер зерна более предпочтительно составляет 1/2 или менее от толщины промежуточного слоя.

[0064]

Особенностью электротехнического стального листа в соответствии с настоящим вариантом осуществления является промежуточный слой, содержащий оксид кремния в качестве основного компонента и содержащий фосфид металла, а также при необходимости α-Fe и/или силикат железа, и прямо не относящийся к составу основного стального листа, так что состав электротехнического стального листа в соответствии с настоящим вариантом осуществления особо не ограничивается. Однако, поскольку электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой в соответствии с настоящим вариантом осуществления производится посредством различных процессов, будут описаны предпочтительные составы основной стали (сляба) и стального листа 1 (основного стального листа) для производства электротехнического стального листа в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Далее %, относящийся к химическому составу, означает мас. %.

[0065]

Химический состав основного стального листа

Основной стальной лист электротехнического стального листа в соответствии с настоящим вариантом осуществления содержит, например, Si: от 0,8 мас. % до 7,0 мас. %, C: 0,005 мас. % или менее, N: 0,005 мас. % или менее, S+Se: 0,005 мас. % или менее, кислоторастворимый Al: 0,005 мас. % или менее, с остатком, состоящим из Fe и примесей.

[0066]

Si: от 0,8 мас. % до 7,0 мас. %

Si (кремний) увеличивает электрическое сопротивление электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой и уменьшает потери в материале. Содержание Si предпочтительно составляет 0,8 мас. % или более, и более предпочтительно 2,0 мас. % или более. С другой стороны, когда содержание Si превышает 7,0 мас. %, плотность магнитного потока насыщения основного стального листа, уменьшается, что затрудняет уменьшение размера сердечника при использовании высокой плотности магнитного потока. По вышеупомянутой причине содержание Si предпочтительно составляет 7,0 мас. % или менее.

[0067]

C: 0,005 мас. % или менее

C (углерод) формирует соединение в основном стальном листе и ухудшает потери в материале, так что его количество предпочтительно является небольшим. Содержание C предпочтительно ограничено величиной 0,005 мас. % или менее. Содержание С предпочтительно составляет 0,004 мас. % или менее, и более предпочтительно 0,003 мас. % или менее. Поскольку количество C предпочтительно является малым, его нижний предел включает в себя 0 мас. %. Однако, когда содержание C уменьшается до менее чем 0,0001 мас. %, производственные затраты значительно увеличиваются. Следовательно, практический нижний предел с точки зрения производства составляет 0,0001 мас. %.

[0068]

N: 0,005 мас. % или менее

N (азот) формирует соединение в основном стальном листе и ухудшает потери в материале, так что его количество предпочтительно является небольшим. Содержание N предпочтительно ограничено величиной 0,005 мас. % или менее. Верхний предел содержания N предпочтительно составляет 0,004 мас. %, и более предпочтительно 0,003 мас. %. Поскольку количество N предпочтительно является малым, его нижний предел может составлять 0 мас. %.

[0069]

Сумма S и Se: 0,005 мас. % или менее

S (сера) и Se (селен) образуют соединение в основном стальном листе и ухудшают потери в материале, так что их количество предпочтительно является небольшим. Количество каждого из S и Se предпочтительно составляет 0,005 мас. % или менее, и кроме того, сумма S и Se также предпочтительно ограничивается величиной 0,005 мас. % или менее. Количество каждого из S и Se более предпочтительно составляет 0,004 мас. % или менее, и еще более предпочтительно 0,003 мас. % или менее. Поскольку их количество предпочтительно является малым, нижний предел количества каждого из S и Se может составлять 0 мас. %.

[0070]

Кислоторастворимый Al: 0,005 мас. % или менее

Кислоторастворимый Al (кислоторастворимый алюминий) формирует соединение в основном стальном листе и ухудшает потери в материале, так что его количество предпочтительно является небольшим. Количество кислоторастворимого Al предпочтительно составляет 0,005 мас. % или менее. Количество кислоторастворимого Al более предпочтительно составляет 0,004 мас. % или менее, и более предпочтительно 0,003 мас. % или менее. Поскольку количество кислоторастворимого Al предпочтительно является малым, его нижний предел может составлять 0 мас. %.

[0071]

Остальная часть состава вышеописанного основного стального листа состоит из Fe и примесей. Термин «примеси» относится к элементам, неизбежно попадающим в сталь из руды, металлолома, производственной среды и подобного при промышленном производстве стали.

[0072]

Кроме того, основной стальной лист электротехнического стального листа в соответствии с настоящим вариантом осуществления может содержать вместо части Fe в качестве необязательных элементов, например по меньшей мере один элемент, выбираемый из Mn (марганца), Bi (висмута), B (бора), Ti (титана), Nb (ниобия), V (ванадия), Sn (олова), Sb (сурьмы), Cr (хрома), Cu (меди), P (фосфора), Ni (никеля) и Mo (молибдена) внутри такого диапазона, который не ухудшает характеристики.

[0073]

Количество описанных выше необязательных элементов может быть, например, следующим. Нижний предел необязательных элементов особенно не ограничивается, и может составлять 0 мас. %. Кроме того, даже если эти необязательные элементы содержатся как примеси, эффект электротехнического стального листа в соответствии с настоящим вариантом осуществления не ухудшается.

Mn: 0 мас. % или более и 0,15 мас. % или менее,

Bi: 0 мас. % или более и 0,010 мас. % или менее,

B: 0 мас. % или более и 0,080 мас. % или менее,

Ti: 0 мас. % или более и 0,015 мас. % или менее,

Nb: 0 мас. % или более и 0,20 мас. % или менее,

V: 0 мас. % или более и 0,15 мас. % или менее,

Sn: 0 мас. % или более и 0,30 мас. % или менее,

Sb: 0 мас. % или более и 0,30 мас. % или менее,

Cr: 0 мас. % или более и 0,30 мас. % или менее,

Cu: 0 мас. % или более и 0,40 мас. % или менее,

P: 0 мас. % или более и 0,50 мас. % или менее,

Ni: 0 мас. % или более и 1,00 мас. % или менее, и

Mo: 0 мас. % или более и 0,10 мас. % или менее.

[0074]

Предпочтительный состав образца основной стали (сляба)

C (углерод) является элементом, эффективным для управления текстурой первичной рекристаллизации, так что содержание C предпочтительно составляет 0,005 мас. % или более. Содержание C более предпочтительно составляет 0,02 мас. %, более предпочтительно 0,04 мас. %, и еще более предпочтительно 0,05 мас. % или более. Когда количество C превышает 0,085 мас. %, обезуглероживание в процессе обезуглероживания выполняется в недостаточной степени, и требуемые магнитные характеристики не могут быть получены, так что количество C предпочтительно составляет 0,085 мас. % или менее. Его количество более предпочтительно составляет 0,065 мас. % или менее.

[0075]

Когда количество Si (кремния) составляет менее 0,80 мас. %, во время окончательного отжига происходит аустенитное превращение, и выравнивание зерен в ориентации Госса ингибируется, так что количество Si предпочтительно составляет 0,80 мас. % или более. С другой стороны, когда количество Si превышает 4,00 мас. %, стальной лист упрочняется, обрабатываемость ухудшается, и становится трудно выполнять холодную прокатку, так что становится необходимым использовать оборудование для теплой прокатки и подобное. С точки зрения обрабатываемости количество Si предпочтительно составляет 4,00 мас. % или менее. Его количество более предпочтительно составляет 3,80 мас. % или менее.

[0076]

Когда количество Mn (марганца) составляет менее 0,03 мас. %, ударная вязкость уменьшается, и растрескивание легко происходит во время горячей прокатки. Следовательно, количество Mn предпочтительно составляет 0,03 мас. % или более. Его количество более предпочтительно составляет 0,06 мас. % или более. С другой стороны, когда количество Mn превышает 0,15 мас. %, образуется большое количество MnS и/или MnSe неоднородным образом, и вторичная рекристаллизация протекает неустойчиво, так что количество Mn предпочтительно составляет 0,15 мас. % или менее. Его количество более предпочтительно составляет 0,13 мас. % или менее.

[0077]

Когда количество кислоторастворимого Al (кислоторастворимого алюминия) составляет менее 0,010 мас. %, количество выделений AlN, который функционирует в качестве ингибитора, становится недостаточным, и вторичная рекристаллизация протекает неустойчиво и в недостаточной степени, так что количество кислоторастворимого Al предпочтительно составляет 0,010 мас. % или более. Его количество более предпочтительно составляет 0,015 мас. % или более. С другой стороны, когда количество кислоторастворимого Al превышает 0,065 мас. %, AlN огрубляется, и его функция в качестве ингибитора уменьшается. Следовательно, количество кислоторастворимого Al предпочтительно составляет 0,065 мас. % или менее. Его количество более предпочтительно составляет 0,060 мас. % или менее.

[0078]

Когда количество N составляет менее 0,004 мас. %, количество выделений AlN, функционирующего в качестве ингибитора, становится недостаточным, и вторичная рекристаллизация протекает неустойчиво и в недостаточной степени, так что количество N предпочтительно составляет 0,004 мас. % или более. Его количество более предпочтительно составляет 0,006 мас. % или более. С другой стороны, когда количество N превышает 0,015 мас. %, большое количество нитридов выделяется неоднородно во время горячей прокатки, что нарушает прогресс рекристаллизации. Следовательно, количество N предпочтительно составляет 0,015 мас. % или менее. Его количество более предпочтительно составляет 0,013 мас. % или менее.

[0079]

Когда количество одного из S и Se или их суммы составляет менее чем 0,005 мас. %, количество выделений MnS и/или MnSe, функционирующих в качестве ингибитора, становится недостаточным, и вторичная рекристаллизация протекает неустойчиво и в недостаточной степени, так что количество одного из S и Se или их суммы предпочтительно составляет 0,005 мас. % или более. Их количество более предпочтительно составляет 0,007 мас. % или более. С другой стороны, когда их количество превышает 0,050 мас. %, очистка становится недостаточной во время окончательного отжига, и характеристики потерь в материале ухудшаются. Следовательно, количество одного из S и Se или их суммы предпочтительно составляет 0,050 мас. % или менее. Их количество более предпочтительно составляет 0,045 мас. % или менее.

[0080]

Остальная часть химического состава состоит из Fe и примесей. Примеси означают компоненты, включенные из сырья, такого как руда или лом, или из-за различных факторов производственного процесса, когда сталь изготавливается промышленным способом, и являются приемлемыми в диапазоне, который не оказывает неблагоприятного воздействия на настоящее изобретение. Кроме того, основная сталь электротехнического стального листа в соответствии с настоящим вариантом осуществления может содержать другие элементы, например, один или более элементов, выбираемых из группы, состоящей из P, Cu, Ni, Sn и Sb, в таком диапазоне, который не ухудшает характеристики электротехнического стального листа в соответствии с настоящим вариантом осуществления.

[0081]

P является элементом, который увеличивает удельное электрическое сопротивление основного стального листа и способствует уменьшения потерь в материале. Однако когда его количество превышает 0,50 мас. %, твердость чрезмерно увеличивается, и характеристики прокатки ухудшаются. Следовательно, его количество предпочтительно составляет 0,50 мас. % или менее. Его количество более предпочтительно составляет 0,35 мас. % или менее.

[0082]

Cu (медь) является элементом, который формирует мелкие выделения CuS или CuSe, которые функционируют в качестве ингибитора и способствуют улучшению магнитных характеристик. Однако когда ее количество превышает 0,40 мас. %, эффект улучшения магнитных характеристик насыщается, и во время горячей прокатки образуются дефекты поверхности. Следовательно, ее количество предпочтительно составляет 0,40 мас. % или менее. Ее количество более предпочтительно составляет 0,35 мас. % или менее.

[0083]

Ni (никель) является элементом, который увеличивает удельное электрическое сопротивление основного стального листа и способствует уменьшению потерь в материале. Однако когда его количество превышает 1,00 мас. %, вторичная рекристаллизация становится неустойчивой. Следовательно, количество Ni предпочтительно составляет 1,00 мас. % или менее. Его количество более предпочтительно составляет 0,75 мас. % или менее.

[0084]

Sn и Sb являются элементами, которые сегрегируются на границах зерна и имеют функцию регулирования окислительного поведения во время обезуглероживающего отжига. Однако когда их количество превышает 0,30 мас. %, обезуглероживание нелегко протекает во время обезуглероживающего отжига, так что количество как Sn, так и Sb предпочтительно составляет 0,30 мас. % или менее. Количества обоих этих элементов более предпочтительно составляют 0,25 мас. % или менее.

[0085]

Кроме того, основная сталь может добавочно содержать один или более элементов, выбираемых из группы, состоящей из Cr, Mo, V, Bi, Nb и Ti, в качестве формирующего ингибитор элемента. Нижние пределы содержания этих элементов особенно не ограничиваются, и каждый из них может быть равным 0 мас. %. Верхние пределы содержания этих элементов могут составлять 0,30 мас. %, 0,10 мас. %, 0,15 мас. %, 0,010 мас. %, 0,20 мас. % и 0,0150 мас. %, соответственно.

[0086]

Далее будут описаны способы задания конфигурации электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Кроме того, для удобства также описываются способы для оценки элементов, отличающихся от составляющих элементов электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой в соответствии с настоящим вариантом осуществления.

[0087]

Тестовый образец вырезается из электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой, на котором сформировано изоляционное покрытие, и слоистая структура тестового образца наблюдается с помощью сканирующего электронного микроскопа (SEM) или просвечивающего электронного микроскопа (TEM).

[0088]

В частности, сначала тестовый образец вырезается так, чтобы направление реза было параллельно направлению толщины (в частности, тестовый образец вырезается так, чтобы поперечное сечение было параллельно направлению толщины и перпендикулярно направлению прокатки), и структура этого сечения наблюдается с помощью SEM с увеличением, при котором каждый слой включается в наблюдаемое поле зрения. Например, при наблюдении с композиционным изображением отраженных электронов (изображением COMP), может быть сделан вывод о том, сколько слоев включает в себя структура сечения. Например, на изображении COMP стальной лист может изображаться светлым цветом, промежуточный слой - темным цветом, и изоляционное покрытие - промежуточным цветом.

[0089]

Для того, чтобы идентифицировать каждый слой в структуре сечения, линейный анализ выполняется вдоль направления толщины с использованием SEM-EDS (энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии), и выполняется количественный анализ химического состава каждого слоя. Элементами, подлежащими количественному анализу, являются пять элементов Fe, P, Si, O и Mg.

[0090]

По результатам наблюдения изображения COMP и результатам количественного анализа SEM-EDS, когда некоторая область имеет содержание Fe 80 ат. % или более, исключая шум измерения, а линейный сегмент (толщина) на линии сканирования линейного анализа, соответствующей этой области, составляет 300 нм или более, эта область определяется как основной стальной лист, а область за исключением основного стального листа определяется как промежуточный слой и изоляционное покрытие. В дополнение к этому, «шум измерения» является шумом на графике, показывающем результаты линейного анализа.

[0091]

Что касается области за исключением основного стального листа, идентифицированной выше, по результатам наблюдения изображения COMP и результатам количественного анализа SEM-EDS, когда некоторая область имеет содержание Fe менее 80 ат. %, исключая шум измерения, содержание P 5 ат. % или более, исключая шум измерения, содержание Si менее чем 20 ат. %, исключая шум измерения, содержание O 50 ат. % или более, исключая шум измерения, и содержание Mg 10 ат. % или менее, исключая шум измерения, а линейный сегмент (толщина) на линии сканирования линейного анализа, соответствующей этой области, составляет 300 нм или более, эта область определяется как изоляционное покрытие.

[0092]

В дополнение к этому, для определения области, которая является изоляционным покрытием, выделения, включения и т.п., которые содержатся в изоляционном покрытии, не рассматриваются в качестве объектов определения, но область, которая удовлетворяет результатам количественного анализа в качестве первичной фазы, определяется как изоляционное покрытие. Например, когда присутствие выделений, включений и т.п. на линии сканирования линейного анализа подтверждается изображением COMP или результатами линейного анализа, эта область не рассматривается в качестве объекта, и изоляционное покрытие определяется результатами количественного анализа как первичная фаза. Выделения и включения можно отличить от первичной фазы по контрасту на изображении COMP, и можно отличить от первичной фазы по распространенности составляющих элементов, включенных в результаты количественного анализа.

[0093]

Когда некоторая область исключает основной стальной лист и изоляционное покрытие, идентифицированные выше, и линейный сегмент (толщина) на линии сканирования линейного анализа, соответствующей этой области, составляет 300 нм или более, эта область определяется как промежуточный слой.

[0094]

Идентификация каждого слоя и измерение толщины с помощью наблюдения изображения COMP и количественного анализа SEM-EDS выполняются в пяти или более точках при изменении наблюдаемого поля зрения. Для толщин промежуточного слоя и изоляционного покрытия, полученных в общей сложности в пяти или более точках, среднее значение получается из значений, не включающих максимальное значение и минимальное значение, и это среднее значение принимается в качестве средней толщины промежуточного слоя и средней толщины изоляционного покрытия.

[0095]

В дополнение к этому, если слой, в котором линейный сегмент (толщина) на линии сканирования линейного анализа составляет менее чем 300 нм, является включенным по меньшей мере в одном из пяти или более описанных выше наблюдаемых полей зрения, этот слой наблюдается подробно с помощью TEM, и идентификация соответствующего слоя и измерение толщины выполняются с помощью TEM.

[0096]

Тестовый образец, включающий слой, подлежащий подробному наблюдению с использованием TEM, вырезается так, чтобы направление реза было параллельно направлению толщины (в частности, тестовый образец вырезается так, чтобы поперечное сечение было параллельно направлению толщины и перпендикулярно направлению прокатки), и структура этого сечения наблюдается (на изображении с ярким полем) с помощью сканирующего TEM (STEM) с увеличением, при котором соответствующий слой включается в наблюдаемое поле зрения.

[0097]

Для того, чтобы идентифицировать каждый слой в структуре сечения, линейный анализ выполняется вдоль направления толщины с использованием TEM-EDS, и выполняется количественный анализ химического состава каждого слоя. Элементами, подлежащими количественному анализу, являются пять элементов Fe, P, Si, O и Mg.

[0098]

По результатам описанного выше наблюдения изображения с ярким полем с помощью TEM и результатам количественного анализа TEM-EDS каждый слой идентифицируется, и измеряется толщина каждого слоя.

[0099]

Область, имеющая содержание Fe 80 ат. % или более, исключая шум измерения, определяется как основной стальной лист, а область, исключающая этот основной стальной лист, определяется как промежуточный слой и изоляционное покрытие.

[0100]

Что касается области за исключением основного стального листа, идентифицированной выше, по результатам наблюдения изображения COMP и результатам количественного анализа TEM-EDS, область, имеющая содержание Fe менее 80 ат. %, исключая шум измерения, содержание P 5 ат. % или более, исключая шум измерения, содержание Si менее чем 20 ат. %, исключая шум измерения, содержание O 50 ат. % или более, исключая шум измерения, и содержание Mg 10 ат. % или менее, исключая шум измерения, определяется как изоляционное покрытие. В дополнение к этому, для определения области, которая является изоляционным покрытием, выделения, включения и т.п., которые содержатся в изоляционном покрытии, не рассматриваются в качестве объектов определения, но область, которая удовлетворяет результатам количественного анализа в качестве первичной фазы, определяется как изоляционное покрытие.

[0101]

Область за исключением основного стального листа и изоляционного покрытия, идентифицированных выше, определяется как промежуточный слой.

[0102]

Линейный сегмент (толщина) на линии сканирования линейного анализа измеряется для промежуточного слоя и изоляционного покрытия, идентифицированных выше. Когда толщина каждого слоя составляет 5 нм или менее, с точки зрения пространственного разрешения предпочтительно использовать TEM, имеющий функцию коррекции сферической аберрации. Когда толщина каждого слоя составляет 5 нм или менее, точечный анализ выполняется с интервалами 2 нм вдоль направления толщины, измеряется линейный сегмент (толщина) каждого слоя, и этот линейный сегмент может быть принят за толщину каждого слоя.

[0103]

Наблюдение и измерение с помощью TEM выполняются в пяти или более точках при изменении наблюдаемого поля зрения. Для результатов измерения, полученных в общей сложности в пяти или более точках, среднее значение получается из значений, не включающих максимальное значение и минимальное значение, и это среднее значение принимается в качестве средней толщины соответствующего слоя.

[0104]

В дополнение к этому, количества Fe, P, Si, O, Mg и подобное, содержащихся в основном стальном листе, промежуточном слое и изоляционном покрытии, описанных выше, являются критерием для идентификации основного стального листа, промежуточного слоя и изоляционного покрытия. Химические составы основного стального листа, промежуточного слоя и изоляционного покрытия электротехнического стального листа в соответствии с настоящим вариантом осуществления особенно не ограничиваются.

[0105]

Затем подтверждается, включен ли фосфид металла в промежуточный слой, идентифицированный выше.

[0106]

На основе описанных выше результатов идентификации тестовый образец, включающий в себя промежуточный слой, вырезается так, чтобы направление реза было параллельно направлению толщины (в частности, тестовый образец вырезается так, чтобы поперечное сечение было параллельно направлению толщины и перпендикулярно направлению прокатки), и структура этого сечения наблюдается с помощью TEM с увеличением, при котором промежуточный слой включается в наблюдаемое поле зрения.

[0107]

Фазы выделений, включенные в промежуточный слой, подтверждаются в общей сложности пятью или более случайными изображениями с ярким полем, идентификация кристаллических фаз выполняется по результатам анализа кристаллической структуры электроннолучевой дифракцией для фаз выделений, а элементы подтверждаются с помощью точечного анализа TEM-EDS.

В частности, электроннолучевая дифракция выполняется на фазах выделений в качестве объекта с помощью суженного электронного луча, чтобы получить информацию только из фаз выделений в качестве объекта, а кристаллическая структура кристаллических фаз в качестве объекта идентифицируется из рисунка электроннолучевой дифракции. Эта идентификация может выполняться с использованием файла порошковой дифракции (PDF) Международного центра дифракционных данных (ICDD). По результатам электроннолучевой дифракции можно в основном определить, является ли кристаллическая фаза Fe₃P, Fe₂P, FeP, FeP₂, Fe или Fe₂SiO₄.

В дополнение к этому, идентификация того, является ли кристаллическая фаза Fe₃P, может быть выполнена на основе PDF: № 01-089-2712. Идентификация того, является ли кристаллическая фаза Fe₂P, может быть выполнена на основе PDF: № 01-078-6749. Идентификация того, является ли кристаллическая фаза Fe2P, может быть выполнена на основе PDF: № 03-065-2595. Идентификация того, является ли кристаллическая фаза FeP₂, может быть выполнена на основе PDF: № 01-089-2261. Когда кристаллическая фаза идентифицируется на основе описанного выше PDF, идентификация может выполняться с допуском межплоскостного расстояния ±5% и допуском межплоскостного угла ±3°.

В результате точечного анализа TEM-EDS, когда содержание P в кристаллической фазе в качестве объекта составляет 30 ат. % или более, а общая сумма содержания P и количества металлических элементов составляет 70 ат. % или более, эта кристаллическая фаза может быть подтверждена как фосфид металла. Когда кристаллическая фаза в качестве объекта имеет содержание P менее чем 30 ат. % и содержание Fe 70 ат. % или более, эта кристаллическая фаза может быть подтверждена как α-железо. Когда кристаллическая фаза в качестве объекта имеет содержание P менее чем 30 ат. %, содержание Fe 10 ат. % или более, и содержание Si 5 ат. % или более, эта кристаллическая фаза может быть подтверждена как силикат железа.

По меньшей мере пять кристаллических фаз для каждой точки, то есть в общей сложности 25 кристаллических фаз, идентифицируются и подтверждаются.

[0108]

В дополнение к этому, доля площади фосфида металла получается путем анализа изображения на основе идентифицированного выше промежуточного слоя и идентифицированного выше фосфида металла. В частности, доля площади фосфида металла получается из полной площади сечения промежуточного слоя, присутствующего в области, подвергаемой облучению электронным лучом, в общей сложности в пяти или более наблюдаемых полях зрения, и полной площади сечения фосфида металла, присутствующего в промежуточном слое. Например, значение, получаемое путем деления полной площади сечения фосфида металла на полную площадь сечения промежуточного слоя, принимается в качестве средней доли площади фосфида металла. Что касается бинаризации изображения для анализа, она может быть выполнена путем ручной раскраски промежуточного слоя и фосфида металла на фотографии, основанной на вышеописанном результате идентификации фосфида металла.

[0109]

В дополнение к этому, на основе идентифицированного выше фосфида металла с помощью анализа изображения получается диаметр эквивалентной окружности фосфида металла. Получаются диаметры эквивалентных окружностей по меньшей мере пяти или более металлических фосфидов в каждом из в общей сложности пяти или более наблюдаемых полей зрения, среднее значение получается из полученных диаметров эквивалентной окружности, исключая максимальное значение и минимальное значение, и это среднее значение принимается за средний диаметр эквивалентной окружности фосфида металла. Что касается бинаризации изображения для анализа, она может быть выполнена путем ручной раскраски фосфида металла на фотографии, основанной на вышеописанном результате идентификации фосфида металла.

[0110]

Шероховатость поверхности стального листа может быть измерена с использованием прибора для измерения шероховатости поверхности типа игольчатой головки на основе стандарта JIS B 0633:2001. Здесь в качестве объекта измерения может использоваться лист стального материала до того, как он будет покрыт промежуточным слоем и изоляционным покрытием. С другой стороны, когда имеется только электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, на котором сформированы промежуточный слой и изоляционное покрытие, вышеописанное измерение может быть выполнено после того, как изоляционное покрытие будет подходящим образом удалено с помощью известного способа. Поскольку толщина промежуточного слоя является малой, считается, что он не влияет на результат измерения шероховатости поверхности стального листа. Следовательно, удаление промежуточного слоя не является существенным.

[0111]

Адгезия изоляционного покрытия оценивается путем проведения испытания прочности адгезии на изгиб. Плоский пластинчатый тестовый образец размером 80×80 мм в качестве электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой обматывается вокруг круглого стержня с диаметром 20 мм, а затем растягивается в плоское состояние, измеряется площадь изоляционного покрытия, которое не отслоилось от электротехнического стального листа, значение, получаемое путем деления площади, которая не отслоилась, на площадь стального листа, определяется как доля площади оставшегося покрытия (%), и оценивается адгезия изоляционного покрытия. Например, вычисление может быть выполнено путем помещения прозрачной пленки с миллиметровой сеткой на тестовый образец и измерения площади неотслоившегося изоляционного покрытия.

[0112]

Далее будет описан способ производства электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой в соответствии с настоящим вариантом осуществления. В соответствии с находками авторов настоящего изобретения, в способе производства электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой в соответствии с описываемым ниже настоящим вариантом осуществления может быть произведен электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Однако даже в электротехническом стальном листе с ориентированной зеренной структурой, полученном с помощью способа производства, отличающегося от способа производства электротехнического стального листа в соответствии с настоящим вариантом осуществления, когда вышеописанные требования удовлетворяются, формируется промежуточный слой, содержащий оксид кремния в качестве основного компонента (то есть промежуточный слой, содержащий Si и O), способный к обеспечению превосходной адгезии изоляционного покрытия без шероховатости. Следовательно, электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, который удовлетворяет вышеупомянутым требованиям, является электротехническим стальным листом с ориентированной зеренной структурой в соответствии с настоящим вариантом осуществления, независимо от способа производства.

[0113]

Способ производства электротехнического стального листа в соответствии с настоящим вариантом осуществления (в дальнейшем иногда называемый «способом производства в соответствии с настоящим вариантом осуществления») включает в себя, как показано на Фиг. 4: горячую прокатку образца стали для того, чтобы получить горячекатаный стальной лист; отжиг горячекатаного стального листа по мере необходимости; холодную прокатку горячекатаного стального листа для того, чтобы получить лист холоднокатаной стали; обезуглероживающий отжиг листа холоднокатаной стали для того, чтобы сформировать оксидный слой на поверхности листа холоднокатаной стали; нанесение сепаратора отжига на поверхность листа холоднокатаной стали, имеющего оксидный слой; сушку сепаратора отжига и сматывание листа холоднокатаной стали; окончательный отжиг смотанного листа холоднокатаной стали; нанесение первого раствора; дополнительный отжиг листа холоднокатаной стали с нанесенным на него первым раствором для того, чтобы сформировать промежуточный слой, содержащий фосфид металла (термоокислительный отжиг); нанесение второго раствора на поверхность промежуточного слоя; и отверждение нагревом листа холоднокатаной стали с нанесенным на него вторым раствором, причем первый раствор содержит фосфорную кислоту и соединение металла, массовое соотношение между фосфорной кислотой и соединением металла составляет от 2:1 до 1:2, температура нагрева при отжиге для формирования промежуточного слоя составляет 600°C-1150°C, продолжительность отжига составляет 10-600 с, точка росы в атмосфере отжига составляет от -20°C до 2°C, соотношение между количеством водорода и количеством азота в атмосфере отжига составляет 75%:25%, и наносимым количеством первого раствора управляют таким образом, чтобы распространенность включенного фосфида металла как доля площади составляла 1-30% площади сечения промежуточного слоя. Способ производства электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой может дополнительно включать в себя удаление пленки неорганического минерального материала, образующейся во время окончательного отжига перед нанесением первого раствора, причем сепаратор отжига может содержать оксид магния в качестве основного компонента. В частности, для способа производства электротехнического стального листа в соответствии с настоящим вариантом осуществления важно, чтобы раствор (первый раствор), содержащий фосфорную кислоту и соединение, содержащее металлический элемент, которое реагирует с фосфорной кислотой с образованием фосфида металла, наносился на (a) поверхность электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой, с которой пленка неорганического минерального материала, такого как форстерит, образующаяся на поверхности стального листа во время окончательного отжига, удалялась путем травления, шлифовки и т.п., или (b) поверхность электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой, в котором образование пленки неорганического минерального материала было подавлено во время окончательного отжига, и отжиг выполнялся для формирования промежуточного слоя, содержащего оксид кремния в качестве основного компонента и фосфид металла, и чтобы раствор (второй раствор), содержащий фосфат и коллоидный кремнезем в качестве основного компонента, наносился на этот промежуточный слой и подвергался термической обработке для того, чтобы сформировать изоляционное покрытие.

[0114]

Электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, с которого пленка неорганического минерального материала, такого как форстерит, удалена путем травления, шлифовки и т.п., и электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, в котором подавлено образование оксидного слоя неорганического минерального материала, производится, например, следующим образом.

[0115]

Образец кремнистой стали, содержащий 2,0-4,0 мас. % Si, подвергается горячей прокатке в горячекатаный стальной лист, этот горячекатаный стальной лист подвергается отжигу по мере необходимости, горячекатаный стальной лист или отожженный горячекатаный стальной лист затем подвергается холодной прокатке один, два или более раз с промежуточным отжигом между ними, и окончательно обрабатывается в стальной лист, имеющий окончательную толщину, и этот стальной лист затем подвергается обезуглероживающему отжигу для выполнения первичной рекристаллизации. Оксидный слой формируется на поверхности стального листа обезуглероживающим отжигом. Хотя отжиг (так называемый отжиг в горячей зоне) горячекатаного стального листа не является существенным, он может быть выполнен для того, чтобы улучшить характеристики продукта.

[0116]

Затем сепаратор отжига, содержащий оксид магния в качестве основного компонента, наносится на поверхность стального листа, имеющего оксидный слой, и высушивается. После сушки полученный лист сматывается в рулон и подвергается окончательному отжигу (вторичной рекристаллизации). Во время окончательного отжига пленка форстерита, содержащая форстерит (Mg₂SiO₄) в качестве основного компонента, формируется на поверхности стального листа, но эта пленка удаляется путем травления, шлифовки и т.п. После ее удаления поверхность стального листа предпочтительно обрабатывается до окончательной гладкости химической или электролитической полировкой. Когда среднеарифметическая шероховатость Ra поверхности стального листа становится равной 0,5 мкм или менее в результате химической или электролитической полировки, характеристики потерь в материале электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой значительно улучшаются, что является предпочтительным.

[0117]

Затем сепаратор отжига, содержащий глинозем в качестве основного компонента, может использоваться вместо сепаратора отжига, содержащего оксид магния, и он наносится и высушивается. После сушки полученный лист сматывается в рулон и подвергается окончательному отжигу (вторичной рекристаллизации). Во время окончательного отжига образование пленки неорганического минерального материала, такого как форстерит, подавляется, и может быть произведен электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой. После производства поверхность стального листа предпочтительно обрабатывается до окончательной гладкости химической или электролитической полировкой.

[0118]

Раствор (первый раствор), содержащий фосфорную кислоту и соединение, содержащее металлический элемент, который реагирует с фосфорной кислотой с образованием фосфида металла, наносится на поверхность электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой, с которого пленка неорганического минерального материала, такого как форстерит, удалена, или на поверхность электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой, в котором образование пленки неорганического минерального материала, такого как форстерит, подавлено, и этот лист отжигается для того, чтобы сформировать промежуточный слой в соответствии с настоящим вариантом осуществления.

[0119]

Примеры источников металла для фосфида металла (то есть соединений, содержащих металлический элемент), включают в себя хлориды, сульфаты, карбонаты, нитраты, фосфаты и простые металлы. Однако с точки зрения обеспечения высокой адгезии к стальному листу в качестве фосфида металла предпочтительными являются одно или более соединений, выбираемых из группы, состоящей из Fe₃P, Fe₂P и FeP. Следовательно, соединение, содержащее металлический элемент, который реагирует с фосфорной кислотой с образованием фосфида металла, предпочтительно является соединением, содержащим Fe. С учетом способности к реакции с фосфорной кислотой предпочтительным является FeCl₃. В случае использования органической фосфорной кислоты или фосфата в качестве источника фосфора для фосфида металла существует опасение, что количество фосфида металла может быть недостаточным. Следовательно, первый раствор должен содержать фосфорную кислоту.

[0120]

Массовое соотношение между фосфорной кислотой в первом наносимом растворе и соединением, содержащим металлический элемент, реагирующий с фосфорной кислотой с образованием фосфида металла, должно составлять 2:1-1:2, и предпочтительно 1:1-1:1,5. При поддержании соотношения между фосфорной кислотой и соединением, содержащим металлический элемент, внутри вышеупомянутого диапазона адгезия изоляционного покрытия может быть в достаточной степени улучшена. Когда фосфорной кислоты недостаточно, фосфид металла в промежуточном слое не образуется.

Наносимое количество первого раствора определяется в соответствии с намеченной толщиной промежуточного слоя. Количество самого фосфида металла в промежуточном слое определяется наносимым количеством фосфорной кислоты и соединения, содержащего металлический элемент. С другой стороны, толщина промежуточного слоя определяется температурой нагрева при отжиге, продолжительностью отжига и точкой росы атмосферы отжига, что будет описано позже. Следовательно, доля площади фосфида металла в сечении промежуточного слоя определяется как наносимым количеством соединения, так и условиями отжига. По вышеупомянутым причинам необходимо определять наносимое количество первого раствора в соответствии с толщиной промежуточного слоя. Например, когда отжиг выполняется при условии, что толщина промежуточного слоя составляет 4 нм, наносимое количество первого раствора может составлять 0,03-4 мг/м². Когда отжиг выполняется при условии, что толщина промежуточного слоя составляет менее 400 нм, наносимое количество первого раствора может составлять 3-400 мг/м². Наносимое количество первого раствора представляет собой наносимое количество фосфорной кислоты и соединения, содержащего металлический элемент, и масса воды и т.п. растворителей не включается в наносимое количество первого раствора.

[0121]

Отжиг для формирования промежуточного слоя в соответствии с настоящим вариантом осуществления может выполняться при такой температуре, при которой фосфид металла образуется за требуемое время, и особенно не ограничивается ни конкретной температурой, ни временем выдержки. Однако с точки зрения ускорения реакции содержащего металлический элемент соединения, которое образует фосфид металла с фосфорной кислотой, температура нагрева при отжиге предпочтительно составляет 600°C-1150°C. Когда соединение, содержащее элемент для образования фосфида металла, представляет собой FeCl₃, температура нагрева при отжиге предпочтительно составляет 700°C-1150°C. Продолжительность отжига предпочтительно составляет 10-600 с.

[0122]

Атмосфера отжига предпочтительно является восстановительной атмосферой, чтобы не вызывать окисления внутренней части стального листа, и особенно предпочтительно является атмосферой азота с добавлением водорода. Например, предпочтительной является атмосфера, содержащая водород:азот в соотношении 75%:25% и имеющая точку росы от -20°C до 2°C. В дополнение к этому, атмосферой можно управлять, фокусируясь на окислительном потенциале. В этом случае атмосфера отжига предпочтительно задается таким образом, чтобы парциальное давление кислорода (P_H2O/P_H2: отношение парциального давления водяного пара к парциальному давлению водорода), находилось в диапазоне 0,0016-0,0093.

[0123]

Распространенность фосфида металла в промежуточном слое в соответствии с настоящим вариантом осуществления предпочтительно составляет 1%-30% по доле площади в сечении промежуточного слоя в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Его доля площади в сечении более предпочтительно составляет 5%-25%. Промежуточный слой в соответствии с настоящим вариантом осуществления в дополнение к фосфиду металла может содержать α-Fe и/или силикат железа. α-Fe образуется при восстановлении соединения железа, а силикат железа образуется при окислительно-восстановительной реакции α-Fe или соединения железа и оксида кремния.

[0124]

Даже когда промежуточный слой в соответствии с настоящим вариантом осуществления содержит α-Fe и/или силикат железа сообразно обстоятельствам в дополнение к фосфиду металла, распространенность этих материалов предпочтительно составляет 1%-30% по доле площади в сечении промежуточного слоя в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Их доля площади в сечении более предпочтительно составляет 5%-25%.

[0125]

Толщина промежуточного слоя в соответствии с настоящим вариантом осуществления задается путем регулирования одного или более из температуры нагрева при отжиге, времени выдержки и точки росы атмосферы отжига. Толщина промежуточного слоя в соответствии с настоящим вариантом осуществления предпочтительно составляет 4-400 нм. Его толщина более предпочтительно составляет 5-300 нм. Толщина промежуточного слоя становится более при увеличении температуры нагрева при отжиге, при увеличении времени выдержки, а также при повышении точки росы атмосферы отжига. В описанных выше диапазонах температур и атмосфер толщина промежуточного слоя задается равной предопределенному значению путем регулирования одного или более из температуры нагрева при отжиге, времени выдержки и точки росы атмосферы отжига, которые являются факторами управления толщиной.

[0126]

Охлаждение стального листа после отжига, то есть охлаждение промежуточного слоя в соответствии с настоящим вариантом осуществления выполняется при поддержании окислительных свойств атмосферы отжига низкими, чтобы фосфид металла химически не менялся. Например, охлаждение выполняется в атмосфере, содержащей водород:азот в соотношении 75%:25% и имеющей точку росы от -50°C до -20°C.

[0127]

Способ золь-геля может использоваться в качестве способа формирования промежуточного слоя в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Например, силикагель, в котором фосфорсодержащее соединение растворено в водно-спиртовом растворителе, наносится на поверхность стального листа, нагревается до 200°C для сушки на воздухе, и после сушки выдерживается при 300-1000°C в течение 1 мин в восстановительной атмосфере для воздушного охлаждения.

[0128]

Размер зерна фосфида металла и α-Fe и/или силиката железа, содержащихся в промежуточном слое в соответствии с настоящим вариантом осуществления, предпочтительно составляет 1 нм или более. Более предпочтительно размер зерна составляет 3 нм или более. С другой стороны, размер зерна предпочтительно составляет 2/3 или менее от толщины промежуточного слоя в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Более предпочтительно этот размер зерна составляет 1/2 или менее от толщины промежуточного слоя в соответствии с настоящим вариантом осуществления. Хотя факторы, влияющие на размер зерна фосфида металла и α-Fe и/или силиката железа, не ясны в настоящее время, размер зерна имеет тенденцию к увеличению при увеличении температуры нагрева при отжиге и при увеличении времени выдержки. В дополнение к этому, размер зерна фосфида металла имеет тенденцию к увеличению при уменьшении соотношения между фосфорной кислотой в первом растворе и соединением, содержащим металлический элемент, которое реагирует с фосфорной кислотой с образованием фосфида металла (то есть при уменьшении отношения количества фосфорной кислоты к количеству этого соединения). Считается, что предпочтительный размер зерна может быть получен путем регулирования одного или более из этих управляющих факторов.

[0129]

Второй раствор, содержащий фосфат и коллоидный кремнезем в качестве основного компонента, наносится на промежуточный слой в соответствии с настоящим вариантом осуществления и отверждается нагревом, например при 850°C, чтобы сформировать основанное на фосфорной кислоте изоляционное покрытие. Известный способ может подходящим образом использоваться в качестве способа управления толщиной изоляционного покрытия. Например, толщиной изоляционного покрытия можно управлять, изменяя количество наносимого второго раствора, содержащего фосфат и коллоидный кремнезем в качестве основного компонента.

[0130]

Адгезия изоляционного покрытия оценивается путем проведения испытания прочности адгезии на изгиб. Электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой обматывается вокруг круглого стержня с диаметром 20 мм, а затем разматывается в плоское состояние, измеряется площадь изоляционного покрытия, которое не отслоилось от электротехнического стального листа, вычисляется отношение этой площади к площади стального листа (доля площади оставшегося покрытия (%)), и оценивается адгезия изоляционного покрытия.

[ПРИМЕРЫ]

[0131]

Далее описываются примеры настоящего изобретения, но условия в примерах являются только примерами условий, используемых для подтверждения выполнимости и эффектов настоящего изобретения, так что настоящее изобретение не ограничивается этими примерными условиями. Настоящее изобретение может использовать различные условия, пока цель настоящего изобретения достигается без отступления от сути настоящего изобретения. В дополнение к этому, оценка каждого из примеров, описываемых ниже, была осуществлена с помощью описанного выше способа.

[0132]

(Пример 1)

Образец кремнистой стали, имеющий состав, показанный в Таблице 1, был выдержан при 1150°C в течение 60 мин, а затем подвергнут горячей прокатке для того, чтобы получить горячекатаный стальной лист толщиной 2,3 мм. Затем этот горячекатаный стальной лист был подвергнут отжигу, в котором горячекатаный стальной лист выдерживался при 1120°C в течение 200 с, затем при 900°C в течение 120 секунд, и быстро охлаждался, а затем был подвергнут холодной прокатке после травления, формируя тем самым лист холоднокатаной стали, имеющий окончательную толщину 0,23 мм.

[0133]

[Таблица 1]

[0134]

Лист холоднокатаной стали (упоминаемый в дальнейшем как «стальной лист») подвергался обезуглероживающему отжигу при 850°C в течение 180 с в атмосфере, содержащей водород:азот в соотношении 75%:25%. Этот стальной лист после обезуглероживающего отжига был подвергнут азотирующему отжигу путем выдержки при 750°C в течение 30 с в смешанной атмосфере водорода, азота и аммиака для того, чтобы отрегулировать содержание азота в стальном листе до 230 частей на миллион.

[0135]

Сепаратор отжига, содержащий глинозем в качестве основного компонента, был нанесен на стальной лист после азотирующего отжига, после чего стальной лист был подвергнут окончательному отжигу путем нагрева до 1200°C со скоростью нагревания 15°C/час в смешанной атмосфере водорода и азота, затем рафинирующему отжигу путем выдержки при 1200°C в течение 20 час в водородной атмосфере, и охлажден естественным образом, посредством чего был получен электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, имеющий гладкую поверхность. Среднеарифметическое значение шероховатости Ra этого электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой составило 0,21 мкм.

[0136]

Водный раствор, содержащий наносимый материал, показанный в Таблице 2, был нанесен на гладкую поверхность произведенного электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой так, чтобы количество наносимого материала, исключая воду, было равно наносимому количеству, показанному в Таблице 2, и полученный лист нагревался до 1000°C со скоростью нагревания 8°C/с в атмосфере, содержащей водород:азот в соотношении 75%:25% и имеющей точку росы -20°C, и после продолжения нагревания в течение 60 с точка росы немедленно изменялась до -5°C. Массовое соотношение между фосфорной кислотой и соединением, содержащим металлический элемент, во всех наносимых материалах, показанных в Таблице 2, находилось в диапазоне от 2:1 до 1:2. После выдержки точка росы атмосферы немедленно изменялась до -50°C для естественного охлаждения.

[0137]

Во время нагревания и естественного охлаждения точка росы атмосферы устанавливалась низкой для того, чтобы подавить реакцию окисления. В частности, во время естественного охлаждения точка росы атмосферы поддерживалась низкой для того, чтобы подавить химическую реакцию в фосфиде металла в промежуточном слое, содержащем оксид кремния в качестве основного компонента. Во время изотермической выдержки точка росы атмосферы поддерживалась высокой для того, чтобы сформировать промежуточный слой, содержащий оксид кремния в качестве основного компонента. Таким образом, на поверхности электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой формировался промежуточный слой, содержащий оксид кремния в качестве основного компонента и содержащий фосфид металла, а также α-Fe и/или силикат железа. Толщины сформированных промежуточных слоев показаны в Таблице 2.

[0138]

[Таблица 2]

[0139]

Водный раствор, содержащий фосфат магния, коллоидный кремнезем и хромовый ангидрид в качестве основного компонента, был нанесен на поверхность сформированного промежуточного слоя и подвергнут отверждению нагревом при 850°C в течение 30 с в атмосфере азота для того, чтобы сформировать изоляционное покрытие.

[0140]

Тестовый образец был вырезан из электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой со сформированным на нем изоляционным покрытием, его поперечное сечение наблюдалось с помощью просвечивающего электронного микроскопа, и измерялись толщина промежуточного слоя и полная доля площади сечения материалов, содержащихся в промежуточном слое. Элементное соотношение между главным компонентом промежуточного слоя и остальными материалами, содержащимися в промежуточном слое, идентифицировалось с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, и кроме того материалы, содержащиеся в промежуточном слое, идентифицировались с помощью электроннолучевой дифракции. Результаты также показаны в Таблице 2.

[0141]

Затем, тестовый образец размером 80×80 мм вырезался из электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой со сформированным на нем изоляционным покрытием и обматывался вокруг круглого стержня с диаметром 20 мм, после чего распрямлялся в плоское состояние, измерялась площадь изоляционного покрытия, которое не отслоилось от стального листа, и вычислялась доля площади оставшегося покрытия. Образец, имеющий долю площади оставшегося покрытия 85% или более, считался имеющим высокую адгезию, и образец, имеющий долю площади оставшегося покрытия 90% или более, считался имеющим еще более высокую адгезию. Результаты также показаны в Таблице 2.

[0142]

Материал, содержащийся в промежуточном слое в качестве основного компонента, является оксидом кремния. В промежуточном слое тестового образца A3 содержались Fe₂P, FeP, α-Fe и Fe₂SiO₄. Считается, что эти материалы образуются из Fe нанесенного материала FeCl₃ и из P фосфорной кислоты нанесенного материала, а также из Si и O оксида кремния, являющегося главным компонентом промежуточного слоя. В дополнение к этому, размеры зерна (среднее значение диаметров эквивалентных окружностей) фосфида металла всех тестовых образцов, раскрытых в Таблице 2, находились в диапазоне 1 нм или более и 2/3 или менее от толщины промежуточного слоя.

[0143]

В то время как доля площади оставшегося покрытия тестового образца A1, в котором промежуточный слой не содержал фосфида, α-Fe Fe₂SiO₄, составила 81%, доля площади оставшегося покрытия тестового образца A3, в котором промежуточный слой содержал Fe₂P, FeP, α-Fe и Fe₂SiO₄, составила 97%. Из этого можно видеть, что когда промежуточный слой, содержащий оксид кремния в качестве основного компонента, содержит фосфид Fe, адгезия изоляционного покрытия значительно улучшается.

[0144]

Доля площади оставшегося покрытия тестовых образцов A4-A6, в которых промежуточный слой, содержащий оксид кремния в качестве основного компонента, содержал Co₂P, Ni₂P и Cu₃P, составила 90% или менее, и можно заметить, что Co₂P, Ni₂P и Cu₃P не настолько способствуют улучшению адгезии изоляционного покрытия, как Fe₂P и FeP. Однако по сравнению с тестовым образцом A2 адгезия покрытия была улучшена, и поэтому промежуточный слой, содержащий Co₂P, Ni₂P и Cu₃P, также является примером настоящего изобретения.

[0145]

(Пример 2)

Как и в Примере 1, был произведен электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, имеющий гладкую поверхность. Водный раствор, содержащий наносимый материал, показанный в Таблице 3, был нанесен на поверхность электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой так, чтобы количество наносимого материала, исключая воду, было равно наносимому количеству, показанному в Таблице 3, и полученный лист нагревался до 1150°C со скоростью нагревания 8°C/с в атмосфере, содержащей водород:азот в соотношении 75%:25% и имеющей точку росы -20°C. Массовое соотношение между фосфорной кислотой и соединением, содержащим металлический элемент, во всех наносимых материалах, показанных в Таблице 3, находилось в диапазоне от 2:1 до 1:2.

[0146]

После нагревания точка росы атмосферы была немедленно изменена на -3°C для выдержки в течение времени, показанного в Таблице 3, и после этой выдержки точка росы атмосферы была немедленно изменена на -30°C для того, чтобы сформировать промежуточный слой на гладкой поверхности стального листа. После формирования полученный лист был подвергнут естественному охлаждению.

[0147]

Как и в Примере 1, изоляционное покрытие было сформировано на промежуточном слое, и после этого были идентифицированы материал, содержащийся в промежуточном слое в качестве основного компонента, и другие материалы, содержащиеся в промежуточном слое, и кроме того были измерены полная доля площади сечения материалов и доля площади оставшегося изоляционного покрытия. Результаты показаны в Таблице 3. Размеры зерна (среднее значение диаметров эквивалентных окружностей) фосфида металла всех тестовых образцов, раскрытых в Таблице 3, находились в диапазоне 1 нм или более и 2/3 или менее от толщины промежуточного слоя.

[0148]

[Таблица 3]

[0149]

Материал, содержащийся в промежуточном слое в качестве основного компонента, представлял собой оксид кремния. В то время как доля площади оставшегося покрытия Тестового образца A11, в котором толщина промежуточного слоя была равна 583 нм, составила менее 90%, доля площади оставшегося покрытия Тестовых образцов A7-A10, в которых толщина промежуточного слоя составляла 400 нм или менее, составила 90% или более. Как было описано выше, толщина промежуточного слоя предпочтительно составляет 400 нм или менее. Однако Тестовый образец A11, в котором толщина промежуточного слоя превышала 400 нм, имел долю площади оставшегося покрытия более чем 85%, что является критерием допустимости, и таким образом также было определено в качестве примера настоящего изобретения.

[0150]

(Пример 3)

Как и в Примере 1, был произведен электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, имеющий гладкую поверхность. Водный раствор, содержащий наносимый материал, показанный в Таблице 4, был нанесен на поверхность электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой так, чтобы количество наносимого материала, исключая воду, было равно наносимому количеству, показанному в Таблице 4, и полученный лист нагревался до 700°C со скоростью нагревания 6°C/с в атмосфере, содержащей водород:азот в соотношении 75%:25% и имеющей точку росы -20°C. Массовое соотношение между фосфорной кислотой и соединением, содержащим металлический элемент, во всех наносимых материалах, показанных в Таблице 4, находилось в диапазоне от 2:1 до 1:2.

[0151]

После нагревания точка росы атмосферы была немедленно изменена на 1°C для выдержки в течение времени, показанного в Таблице 4, и после этой выдержки точка росы атмосферы была немедленно изменена на -40°C для того, чтобы сформировать промежуточный слой на гладкой поверхности стального листа. После формирования полученный лист был подвергнут естественному охлаждению.

[0152]

Как и в Примере 1, изоляционное покрытие было сформировано на промежуточном слое, и после этого были идентифицированы материал, содержащийся в промежуточном слое в качестве основного компонента, и другие материалы, содержащиеся в промежуточном слое, и кроме того были измерены полная доля площади сечения материалов и доля площади оставшегося изоляционного покрытия. Результаты показаны в Таблице 4. Размеры зерна (среднее значение диаметров эквивалентных окружностей) фосфида металла всех тестовых образцов, раскрытых в Таблице 4, находились в диапазоне 1 нм или более и 2/3 или менее от толщины промежуточного слоя.

[0153]

[Таблица 4]

[0154]

Материал, содержащийся в промежуточном слое в качестве основного компонента, представлял собой оксид кремния. Материалами, содержащимися в промежуточном слое, были Fe₂P, Fe₃P и/или FeP, а α-Fe и Fe₂SiO₄ не смогли быть обнаружены. Считается, что это связано с тем, что температура выдержки при отжиге для формирования промежуточного слоя составляла всего 700°C, и α-Fe и Fe₂SiO₄ не образовывались.

[0155]

В то время как доля площади оставшегося покрытия Тестового образца A12, в котором толщина промежуточного слоя была менее 4 нм, составила менее 90%, доля площади оставшегося покрытия Тестовых образцов A13-A15, в которых толщина промежуточного слоя составляла 8-21 нм, составила 90% или более. Как было описано выше, можно заметить, что когда толщина промежуточного слоя составляет 4 нм или более, получается электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, имеющий превосходную адгезию покрытия.

[0156]

В дополнение к этому, в то время как в образце A16, в котором полная доля площади сечения материалов, включенных в промежуточный слой, составляла 0,6%, доля площади оставшегося покрытия составила менее 90%, доля площади оставшегося покрытия составила 90% или более в случае образцов A13-A15, в которых полная доля площади сечения материалов, включенных в промежуточный слой, составляла 1% или более. Как было описано выше, можно заметить, что когда полная доля площади сечения материалов, включенных в промежуточный слой, составляет 1% или более, получается электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, имеющий превосходную адгезию.

[0157]

(Пример 4)

Образец кремнистой стали (сляб), имеющий состав, показанный в Таблице 1, был выдержан при 1150°C в течение 60 мин, а затем подвергнут горячей прокатке для того, чтобы получить горячекатаный стальной лист толщиной 2,3 мм. Затем этот горячекатаный стальной лист был подвергнут отжигу, в котором горячекатаный стальной лист выдерживался при 1120°C в течение 200 с, затем при 900°C в течение 120 секунд, и быстро охлаждался, а затем был подвергнут холодной прокатке после травления, формируя тем самым лист холоднокатаной стали, имеющий окончательную толщину 0,27 мм.

[0158]

Лист холоднокатаной стали (упоминаемый в дальнейшем как «стальной лист») подвергался обезуглероживающему отжигу при 850°C в течение 180 с в атмосфере, содержащей водород:азот в соотношении 75%:25%. Этот стальной лист после обезуглероживающего отжига был подвергнут азотирующему отжигу путем выдержки при 750°C в течение 30 с в смешанной атмосфере водорода, азота и аммиака для того, чтобы отрегулировать содержание азота в стальном листе до 230 частей на миллион.

[0159]

Сепаратор отжига, содержащий оксид магния в качестве основного компонента, был нанесен на стальной лист после азотирующего отжига, после чего стальной лист был подвергнут окончательному отжигу путем нагрева до 1200°C со скоростью нагревания 15°C/час в смешанной атмосфере водорода и азота, а затем рафинирующему отжигу путем выдержки при 1200°C в течение 20 час в водородной атмосфере. Затем стальной лист после рафинирующего отжига был охлажден естественным образом.

[0160]

Пленка форстерита, содержащая форстерит в качестве основного компонента, которая была сформирована на поверхности стального листа, была удалена путем травления, а затем лист был подвергнут электролитическому полированию, формируя тем самым электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, имеющий гладкую поверхность. Среднеарифметическое значение шероховатости Ra этого электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой составило 0,14 мкм.

[0161]

Водный раствор, содержащий наносимый материал, показанный в Таблице 5, был нанесен на поверхность электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой так, чтобы количество наносимого материала, исключая воду, было равно наносимому количеству, показанному в Таблице 5, и полученный лист нагревался до 800°C со скоростью нагревания 6°C/с в атмосфере, содержащей водород:азот в соотношении 75%:25% и имеющей точку росы -20°C. После нагревания точка росы атмосферы была немедленно изменена на -1°C для выдержки в течение времени, показанного в Таблице 5, и после этой выдержки точка росы атмосферы была немедленно изменена на -50°C для того, чтобы сформировать промежуточный слой на гладкой поверхности. После формирования полученный лист был подвергнут естественному охлаждению. Массовое соотношение между фосфорной кислотой и соединением, содержащим металлический элемент, во всех наносимых материалах, показанных в Таблице 5, находилось в диапазоне от 2:1 до 1:2.

[0162]

Как и в Примере 1, изоляционное покрытие было сформировано на промежуточном слое, и после этого были идентифицированы материал, содержащийся в промежуточном слое в качестве основного компонента, и другие материалы, содержащиеся в промежуточном слое, и кроме того были измерены полная доля площади сечения материалов и доля площади оставшегося изоляционного покрытия. Результаты показаны в Таблице 5. Размеры зерна (среднее значение диаметров эквивалентных окружностей) фосфида металла всех тестовых образцов, раскрытых в Таблице 5, находились в диапазоне 1 нм или более и 2/3 или менее от толщины промежуточного слоя.

[0163]

[Таблица 5]

[0164]

Материал, содержащийся в промежуточном слое в качестве основного компонента, представлял собой оксид кремния. В то время как доля площади оставшегося покрытия Тестового образца A17, в котором полная доля площади сечения материалов, содержащихся в промежуточном слое, составляла 63%, составила менее 90%, доля площади оставшегося покрытия Тестовых образцов A18-A20, в которых полная доля площади сечения материалов, содержащихся в промежуточном слое, составляла 30% или менее, составила 90% или более. Как было описано выше, можно заметить, что когда полная доля площади сечения материалов, содержащихся в промежуточном слое, составляет 30% или менее, получается электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, имеющий превосходную адгезию покрытия.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ

[0165]

Как было описано выше, в соответствии с настоящим изобретением возможно обеспечить электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой, в котором промежуточный слой, содержащий оксид кремния в качестве основного компонента, который содержит фосфид металла и α-Fe и/или силикат железа сообразно обстоятельствам, и может гарантировать превосходную адгезию изоляционного покрытия без шероховатости, обеспечивается на всей поверхности стального листа, а также способ его производства. Следовательно, промышленная применимость настоящего изобретения в производстве электротехнического стального листа и в использующей его промышленности является высокой.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

[0166]

1 - стальной лист

2 - пленка форстерита

3 - изоляционное покрытие

4 - промежуточный слой

5 - фосфид металла

Реферат

Изобретение относится к области металлургии. Для повышения характеристик намагничивания и обеспечения превосходной адгезии изоляционного покрытия электротехнический стальной лист с ориентированной зеренной структурой содержит стальной лист (1), промежуточный слой (4), содержащий Si и O, расположенный на стальном листе, и изоляционное покрытие (3), расположенное на промежуточном слое (4), причем промежуточный слой (4) содержит фосфид (5) металла, толщина промежуточного слоя (4) составляет 4 нм или более, и распространенность содержащегося фосфида (5) металла в сечении промежуточного слоя (4) составляет 1-30% по доле площади сечения. Заявлено также изобретение на способ производства электротехнического стального листа с ориентированной зеренной структурой. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 табл., 4 ил., 4 пр.

Формула