BR112020000265A2 - folha de aço elétrica orientada a grãos - Google Patents

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BR112020000265A2
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insulating coating
crystalline phosphide
layer
phosphide
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BR112020000265-8A
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Seiki Takebayashi
Shuichi Nakamura
Hiroyasu Fujii
Yoshiyuki Ushigami
Shinsuke TAKATANI
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Nippon Steel Corporation
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Abstract

A presente invenção refere-se a uma folha de aço elétrica orientada a grãos que é provida com uma folha de aço de material base, uma camada intermediária arranjada em contato com a folha de aço base, e uma película isolante arranjada em contato com a camada intermediária de modo a formar a superfície mais superior. Visto em uma superfície cortada na qual a direção de corte é paralela à direção da espessura da folha, a película isolante tem uma camada contendo fosfeto cristalino que contém fosfetos cristalinos em uma região em contato com a camada intermediária.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FOLHA DE AÇO ELÉTRICA ORIENTADA A GRÃOS". Campo Técnico da Invenção
[001] A presente invenção refere-se a uma folha de aço elétrica orientada a grãos excelente na aderência de revestimento. Em particular, a presente invenção refere-se a uma folha de aço elétrica orientada a grãos excelente na aderência de revestimento do revestimento isolante mesmo sem uma película de forsterita.
[002] A prioridade é reivindicada no Pedido de Patente Japonês nº. 2017-137416, depositado em 13 de julho de 2017, e o teor do qual é incorporado no presente documento a título de referência. Técnica Relacionada
[003] Uma folha de aço elétrica orientada a grãos é um material magnético mole, é usada principalmente como um material de núcleo de um transformador, e desse modo precisa ter características magnéticas tais como características de magnetização elevada e baixa perda de ferro. As características de magnetização referem-se à densidade de fluxo magnético induzida quando um núcleo é excitado. À medida que a densidade de fluxo magnético aumenta, o núcleo pode ser reduzido no tamanho. Desse modo, é vantajoso para a configuração de dispositivo do transformador, e também vantajoso para o custo de fabricação do transformador.
[004] A fim de aumentar as características de magnetização, é necessário controlar a textura para a orientação de cristal (orientação de Goss) em que o plano {110} é alinhado paralelo à superfície da folha de aço e o eixo <100> é alinhado com a direção de laminação. A fim de alinhar a orientação de cristal com a orientação de Goss, de modo geral, inibidores tais como AlN, MnS e MnSe são finamente precipitados no aço, e desse modo a recristalização secundária é controlada.
[005] A perda de ferro é uma perda de energia consumida como energia térmica quando o núcleo é excitado por um campo magnético de corrente alternada. A perda de ferro precisa ser tão baixa quanto possível do ponto de vista de economia de energia. O nível da perda de ferro é influenciado pela susceptibilidade magnética, pela espessura da folha, pela tensão do revestimento, pela quantidade de impurezas, pela resistividade elétrica, pelo tamanho de grão, pelo tamanho do domínio magnético, e similares. Mesmo atualmente com várias tecnologias desenvolvidas para folhas de aço de forno elétricos, a pesquisa e o desenvolvimento para reduzir as perdas de ferro são executados continuamente para melhorar a economia de energia.
[006] Uma outra característica requerida para a folha de aço elétrica orientada a grãos é uma característica de uma película e um revestimento formados sobre a superfície da folha de aço base. De modo geral, em uma folha de aço elétrica orientada a grãos, tal como mostrado na FIGURA 1, uma película de forsterita 2 contendo principalmente Mg2SiO4 (forsterita) é formada sobre a folha de aço base 1, e um revestimento isolante 3 é formado sobre a película de forsterita
2. A película de forsterita e o revestimento isolante isolam eletricamente a superfície da folha de aço base, e têm uma função de aplicar tensão à folha de aço base para reduzir a perda de ferro. A película de forsterita contém, além de Mg2SiO4, uma pequena quantidade de impurezas e aditivos derivados da folha de aço base e um separador de recozimento, e os seus produtos de reação.
[007] A fim de que o revestimento isolante exiba propriedades de isolamento e tensão requeridas, o revestimento isolante não deve se desprender da folha de aço de forno elétrico e, portanto, o revestimento isolante precisa ter uma elevada aderência de revestimento. No entanto, não é fácil aumentar simultaneamente ambas a tensão aplicada à folha de aço base e a aderência de revestimento. Até mesmo atualmente, a pesquisa e o desenvolvimento de aumentar simultaneamente ambas as propriedades são realizados continuamente.
[008] A folha de aço elétrica orientada a grãos é tipicamente fabricada pelo procedimento a seguir. Um bloco de aço ao silício que contém de 2,0 a 4,0% em massa de silício é laminado a quente, recozido tal como necessário após a laminação a quente, laminado a frio uma vez ou laminado a frio duas vezes ou mais vezes com recozimento intermediário entre as laminações, por meio do que uma folha de aço que tem uma espessura final é obtida. Em seguida, a folha de aço que tem a espessura final é descarburada em uma atmosfera de hidrogênio úmida, por meio do que a recristalização primária prossegue além da descarburação, e uma camada de óxido é formada sobre a superfície da folha de aço.
[009] Um separador de recozimento que contém MgO (magnésia) como um componente principal é aplicado à folha de aço que tem a camada de óxido. Após a secagem do separador de recozimento, a folha de aço é enrolada em uma bobina. Subsequentemente, a folha de aço bobinada é recozida finalmente, por meio do que a recristalização secundária é promovida e os grãos são alinhados com a orientação de Goss. Além disso, a MgO no separador de recozimento é reagida com SiO2 (sílica) na camada de óxido, por meio do que uma película de forsterita inorgânica que contém principalmente Mg2SiO4 é formada sobre a superfície da folha de aço base.
[0010] A folha de aço que tem a película de forsterita é recozida com purificação, por meio do que as impurezas na folha de aço base são difundidas para a parte externa e removidas. Subsequentemente, depois que a folha de aço é recozida com achatamento, uma solução que contém principalmente um fosfato e sílica coloidal é aplicada na superfície da folha de aço que tem a película de forsterita e então a folha de aço é cozida, por meio do que um revestimento isolante é formado. Então, uma tensão é aplicada entre a folha de aço base que é cristalina e o revestimento isolante que é substancialmente amorfo devido à diferença no coeficiente de expansão térmica entre os mesmos.
[0011] A interface entre a película de forsterita ("2" na FIGURA 1) que contém principalmente Mg2SiO4 e a folha de aço ("1" na FIGURA 1) têm tipicamente um formato irregular que não é uniforme (vide a FIGURA 1). O formato desigual da interface deteriora ligeiramente o efeito de redução da perda de ferro devido à tensão. Uma vez que a perda de ferro é reduzida quando a interface é alisada, os seguintes desenvolvimentos foram realizados até o presente.
[0012] O Documento de Patente 1 divulga um método de fabricação no qual uma película de forsterita é removida por meio de decapagem ou similar, e a superfície de uma folha de aço é alisada por meio de polimento químico ou polimento eletrolítico. No entanto, no método de fabricação do Documento de Patente 1, há casos em que um revestimento isolante é difícil de aderir à superfície de uma folha de aço base.
[0013] Portanto, a fim de aumentar a aderência de revestimento do revestimento isolante à folha de aço com a superfície lisa, tal como mostrado na FIGURA 2, a formação de uma camada intermediária 4 (ou revestimento base) entre a folha de aço base e o revestimento isolante é sugerida. Um revestimento base formado mediante a aplicação de uma solução aquosa de um fosfato ou um silicato de metal alcalino divulgado no Documento de Patente 2 também é eficaz para a aderência de revestimento. Como um método mais eficaz, o Documento de Patente 3 divulga um método de recozimento de uma folha de aço em uma atmosfera específica antes da formação de um revestimento isolante para formar uma camada de sílica externamente oxidada como uma camada intermediária na superfície da folha de aço.
[0014] Além disso, o Documento de Patente 4 divulga um método de formação de 100 mg/m2 ou menos de uma camada de sílica externamente oxidada como uma camada intermediária sobre a superfície de uma folha de aço base antes da formação de um revestimento isolante. O Documento de Patente 5 divulga um método de formação de uma camada amorfa externamente oxidada tal como uma camada de sílica como uma camada intermediária em um caso no qual um revestimento isolante é um revestimento isolante cristalino que contém principalmente um composto de ácido bórico e um sol de alumina.
[0015] Essas camadas de sílica externamente oxidadas são formadas como uma camada intermediária na superfície da folha de aço base, funcionam como um material base da interface lisa, e exibem um certo efeito na melhoria da aderência de revestimento do revestimento isolante. No entanto, um desenvolvimento adicional está sendo elaborado para garantir de maneira mais confiável a aderência do revestimento isolante formado na camada de sílica externamente oxidada.
[0016] O Documento de Patente 6 divulga um método de execução de um tratamento térmico em uma folha de aço base que tem uma superfície lisa em uma atmosfera de oxidação para formar uma camada intermediária cristalina de Fe2SiO4 (faialita) ou (Fe, Mn)2SiO4 (knebelita) sobre a superfície da folha de aço, e formar em seguida um revestimento isolante sobre a mesma.
[0017] No entanto, na atmosfera de oxidação em que Fe2SiO4 ou (Fe, Mn)2SiO4 é formado na superfície da folha de aço base, o silício na camada de superfície da folha de aço base é oxidado e um óxido tal como SiO2 é precipitado, de modo que existem casos nos quais as características de perda de ferro se deterioram.
[0018] Fe2SiO4 e (Fe, Mn)2SiO4 na camada intermediária são cristalinos, ao passo que o revestimento isolante formado de uma solução que contém principalmente um fosfato e sílica coloidal é principalmente amorfo. Há casos nos quais a aderência entre a camada intermediária que é cristalina e o revestimento isolante que é substancialmente amorfo não é estável.
[0019] Além disso, há casos nos quais a tensão aplicada à superfície da folha de aço pela camada intermediária que contém principalmente Fe2SiO4 ou (Fe, Mn)2SiO4 não é tão grande quanto a tensão aplicada à superfície da folha de aço pela camada intermediária que contém principalmente SiO2.
[0020] O Documento de Patente 7 divulga um método de formação de um revestimento de gel que tem uma espessura de 0,1 a 0,5 μm como uma camada intermediária na superfície lisa de uma folha de aço base por um método de sol-gel, e a formação de um revestimento isolante sobre a camada intermediária.
[0021] No entanto, as condições de revestimento divulgadas no Documento de Patente 7 estão dentro da faixa de um método de sol-gel típico, e há casos nos quais a aderência de revestimento não pode ser assegurada com firmeza.
[0022] O Documento de Patente 8 divulga um método de formação de um revestimento silícico como uma camada intermediária sobre a superfície lisa de uma folha de aço base por um tratamento eletrolítico anódico em uma solução aquosa de silicato e em seguida a formação de um revestimento isolante. O Documento de Patente 9 divulga uma folha de aço de forno elétrico em que um óxido tal como TiO2 (um óxido de um ou mais selecionados de Al, Si, Ti, Cr e Y) é incluído na forma de camadas ou ilhas na superfície lisa de uma folha de aço base, uma camada de sílica é incluída sobre a mesma, e um revestimento isolante também é incluído sobre a mesma.
[0023] Com a formação de tal camada intermediária, é possível melhorar a aderência de revestimento. No entanto, uma vez que grandes instalações tais como uma instalação de tratamento eletrolítico ou uma instalação de revestimento seco, são requeridas recentemente, há casos nos quais é difícil assegurar o local de instalação, e os custos de fabricação aumentam.
[0024] O Documento de Patente 10 divulga um método de formação, na superfície lisa de uma folha de aço base, de uma camada externamente oxidada como uma camada intermediária, a qual tem uma espessura de 2 a 500 nm, contém ferro metálico em uma fração de área em seção transversal de 30% ou menos, e contém principalmente SiO2, e a formação de um revestimento isolante sobre a camada intermediária.
[0025] O Documento de Patente 11 divulga um método de formação, na superfície lisa de uma folha de aço base, de uma camada intermediária que tem uma espessura de 0,005 a 1 μm, contém ferro metálico ou um óxido contendo ferro em uma fração de volume de 1% a 70%, e contém principalmente um óxido de silício vítreo, e a formação de um revestimento isolante sobre a camada intermediária.
[0026] O Documento de Patente 12 divulga um método de formação, na superfície lisa de uma folha de aço base, de uma camada externamente oxidada como uma camada intermediária, a qual tem uma espessura de 2 a 500 nm, contém um óxido de metal (óxido de Si-Mn- Cr, óxido de Si-Mn-Cr-Al-Ti, ou óxido de Fe) em uma fração de área em seção transversal de 50% ou menos, e contém principalmente SiO2 como uma camada intermediária, e a formação de um revestimento isolante sobre a camada intermediária.
[0027] Tal como descrito acima, quando a camada intermediária que contém principalmente SiO2 contém ferro metálico, óxidos contendo ferro, ou óxidos de metal, a aderência de revestimento do revestimento isolante é melhorada até alguma extensão, mas industrialmente é esperada uma melhoria adicional.
[0028] Por outro lado, os Documentos de Patente 13 a 15 divulgam técnicas para, em um caso de formação de um revestimento isolante contendo uma resina orgânica ácida substancialmente livre de cromo como um componente principal em uma folha de aço, melhorar a aparência externa e a aderência do revestimento isolante mediante a formação de uma camada de composto de fósforo (FePO4, Fe3(PO4)2, FeHPO4, Fe(H2PO4)2, Zn2Fe(PO4)2, Zn3(PO4)2, ou uma camada feita de um hidrato dos mesmos, ou uma camada feita de um fosfato de Mg, Ca e Al, com uma espessura de 10 a 200 nm). No entanto, nessas técnicas descritas acima, há casos nos quais o revestimento isolante de desprende localmente. Documentos da Técnica Anterior Documentos de Patente
[0029] Documento de Patente 1 - Pedido de Depósito Japonês Não Examinado, Primeira Publicação nº. S49-096920
[0030] Documento de Patente 2 - Pedido de Depósito Japonês Não Examinado, Primeira Publicação nº. H05-279747
[0031] Documento de Patente 3 - Pedido de Depósito Japonês Não Examinado, Primeira Publicação nº. H06-184762
[0032] Documento de Patente 4 - Pedido de Depósito Japonês Não Examinado, Primeira Publicação nº. H09-078252
[0033] Documento de Patente 5 - Pedido de Depósito Japonês Não Examinado, Primeira Publicação nº. H07-278833
[0034] Documento de Patente 6 - Pedido de Depósito Japonês Não Examinado, Primeira Publicação nº. H08-191010
[0035] Documento de Patente 7 - Pedido de Depósito Japonês Não Examinado, Primeira Publicação nº. H03-130376
[0036] Documento de Patente 8 - Pedido de Depósito Japonês Não Examinado, Primeira Publicação nº. H11-209891
[0037] Documento de Patente 9 - Pedido de Depósito Japonês Não Examinado, Primeira Publicação nº. 2004-315880
[0038] Documento de Patente 10 - Pedido de Depósito Japonês Não Examinado, Primeira Publicação nº. 2003-313644
[0039] Documento de Patente 11 - Pedido de Depósito Japonês Não Examinado, Primeira Publicação nº. 2003-171773
[0040] Documento de Patente 12 - Pedido de Depósito Japonês Não Examinado, Primeira Publicação nº. 2002-348643
[0041] Documento de Patente 13 - Pedido de Depósito Japonês Não Examinado, Primeira Publicação nº. 2001-220683
[0042] Documento de Patente 14 - Pedido de Depósito Japonês Não Examinado, Primeira Publicação nº. 2003-193251
[0043] Documento de Patente 15 - Pedido de Depósito Japonês Não Examinado, Primeira Publicação nº. 2003-193252 Divulgação da Invenção Problemas a serem Resolvidos pela Invenção
[0044] Tipicamente, a estrutura em camadas de uma folha de aço elétrica orientada a grãos que não tem nenhuma película de forsterita tem uma estrutura de três-camadas da "folha de aço base-camada intermediária que contém principalmente óxido de silício-revestimento isolante", e a estrutura entre a folha de aço base e o revestimento isolante é macroscopicamente uniforme e lisa (vide a FIGURA 2). No entanto, até mesmo no caso de um revestimento isolante excelente na aderência de revestimento na técnica relacionada, o revestimento isolante se desprende localmente.
[0045] Presume-se que isso ocorre porque, na estrutura em camadas da estrutura de três camadas acima, localmente há porções finas na camada intermediária que contém principalmente óxido de silício (daqui por diante, ela pode simplesmente ser indicada como "camada intermediária"), e nessas porções a aderência de revestimento é reduzida e o revestimento isolante se desprende. Tal redução local na aderência de revestimento afeta a tensão aplicada à folha de aço base e, portanto, também afeta a perda de ferro.
[0046] Portanto, um objetivo da presente invenção consiste na formação de um revestimento isolante sobre toda a superfície de uma camada intermediária que contenha principalmente óxido de silício de modo a não causar uma aderência irregular à camada intermediária, e no aumento da aderência de revestimento total do revestimento isolante a uma folha de aço de forno elétrico. Isto é, um objetivo da presente invenção consiste na provisão de uma folha de aço elétrica orientada a grãos excelente na aderência de revestimento do revestimento isolante até mesmo sem uma película de forsterita. Meios para Resolver o Problema
[0047] Na técnica relacionada, a fim de controlar a aderência de revestimento do revestimento isolante para que seja uniforme, uma camada intermediária que contém principalmente óxido de silício é formada sobre a superfície de uma folha de aço base lisa acabada de maneira mais uniforme e lisa. No entanto, na prática, tal como descrito acima, a aderência de revestimento do revestimento isolante formado mediante a aplicação e o cozimento de uma solução que contém principalmente um fosfato e sílica coloidal é irregular, e o revestimento isolante se desprende localmente.
[0048] Os autores da presente invenção estudaram intensivamente os métodos para resolver os problemas acima independentemente do sentido comum técnico.
[0049] Como resultado, foi verificado que, quando uma camada contendo fosfeto cristalino que contém um fosfeto cristalino é formada em uma área inferior de um revestimento isolante em contato com uma camada intermediária que contém principalmente óxido de silício, a desuniformidade da aderência de revestimento do revestimento isolante pode ser suprimida e, como resultado, a aderência de revestimento do revestimento isolante a uma folha de aço de forno elétrico pode ser aumentada enquanto são corretamente mantidas as propriedades de isolamento do revestimento isolante.
[0050] Um aspecto da presente invenção usa o que segue.
[0051] (1) Uma folha de aço elétrica orientada a grãos de acordo com um aspecto da presente invenção inclui: uma folha de aço base; uma camada intermediária arranjada em contato com a folha de aço base; e um revestimento isolante arranjado em contato com a camada intermediária para ser uma superfície mais externa, em que o revestimento isolante tem uma camada contendo fosfeto cristalino que contém um fosfeto cristalino em uma área em contato com a camada intermediária quando é vista uma seção transversal cuja direção de corte é paralela a uma direção da espessura.
[0052] (2) Na folha de aço elétrica orientada a grãos de acordo com (1), uma espessura média da camada contendo fosfeto cristalino pode ser 1/10 ou mais e 1/2 ou menos de uma espessura média do revestimento isolante quando vista em seção transversal.
[0053] (3) Na folha de aço elétrica orientada a grãos de acordo com (1) ou (2), uma fração da área do fosfeto cristalino na camada contendo fosfeto cristalino podem ser de 5% a 50% em média quando vista em seção transversal.
[0054] (4) Na folha de aço elétrica orientada a grãos de acordo com qualquer um de (1) a (3), um diâmetro de círculo equivalente do fosfeto cristalino podem ser de 5 a 300 nm em média quando vista em seção transversal.
[0055] (5) Na folha de aço elétrica orientada a grãos de acordo com qualquer de (1) a (4), o fosfeto cristalino pode conter 70% ou mais e 100% ou menos no total de Fe, Cr, P e O, e limitar o Si a 10% ou menos, como uma composição química.
[0056] (6) Na folha de aço elétrica orientada a grãos de acordo com qualquer um de (1) a (5), pelo menos um elemento selecionado do grupo que consiste em FeP, Fe2P, Fe3P, FeP2 e Fe2P2O7 pode ser contido como o fosfeto cristalino.
[0057] (7) Na folha de aço elétrica orientada a grãos de acordo com qualquer um de (1) a (6), pelo menos um elemento selecionado do grupo que consiste em (Fe,Cr)P, (Fe,Cr)2P, (Fe,Cr)3P, (Fe,Cr)P2 e (Fe,Cr)2P2O7 pode ser contido como o fosfeto cristalino. Efeitos da Invenção
[0058] De acordo com o aspecto acima da presente invenção, é possível obter uma folha de aço elétrica orientada a grãos provida com um revestimento isolante sem nenhuma desuniformidade na aderência de revestimento, isto é, uma folha de aço elétrica orientada a grãos excelente na aderência de revestimento do revestimento isolante até mesmo sem uma película de forsterita. Breve Descrição dos Desenhos
[0059] A FIGURA 1 é um esquema em seção transversal que mostra uma estrutura em camadas de uma folha de aço elétrica orientada a grãos na técnica relacionada.
[0060] A FIGURA 2 é um esquema em seção transversal que mostra uma outra estrutura em camadas de uma folha de aço elétrica orientada a grãos na técnica relacionada.
[0061] A FIGURA 3 é um esquema em seção transversal que mostra uma estrutura em camadas de uma folha de aço elétrica orientada a grãos de acordo com uma modalidade da presente invenção. Modalidades da Invenção
[0062] A seguir, uma modalidade preferível da presente invenção será descrita em detalhes. No entanto, a presente invenção não é limitada somente à configuração que é divulgada na modalidade, e várias modificações são possíveis sem desviar do aspecto da presente invenção. Além disso, a faixa de limitação tal como descrito a seguir inclui um limite inferior e um limite superior da mesma. No entanto, o valor expresso por ''mais do que'' ou ''menos do que'' não está incluído na faixa de limitação.
[0063] Uma folha de aço elétrica orientada a grãos excelente na aderência de revestimento de acordo com a presente modalidade (em seguida, às vezes indicada como a "folha de aço de forno elétrico da presente invenção") é uma folha de aço elétrica orientada a grãos em que não há nenhuma película de forsterita na superfície de uma folha de aço base, uma camada intermediária que contém principalmente óxido de silício é arranjada na superfície da folha de aço base, um revestimento isolante formado contendo principalmente um fosfato e sílica coloidal é arranjado na camada intermediária, e uma camada contendo fosfeto cristalino que contém um fosfeto cristalino é arranjada em uma área inferior do revestimento isolante em contato com a camada intermediária.
[0064] Especificamente, a folha de aço elétrica orientada a grãos da presente modalidade é uma folha de aço elétrica orientada a grãos que inclui uma folha de aço base, uma camada intermediária arranjada em contato com a folha de aço base, e um revestimento isolante arranjado em contato com a camada intermediária para ser a superfície mais externa, e o revestimento isolante inclui uma camada contendo fosfeto cristalino que contém um fosfeto cristalino em uma área em contato com a camada intermediária quando é vista uma seção transversal (especificamente, uma seção transversal paralela a uma direção da espessura e perpendicular a uma direção da laminação) cuja direção de corte é paralela à direção da espessura.
[0065] Aqui, a folha de aço elétrica orientada a grãos que não tem nenhuma película de forsterita é uma folha de aço elétrica orientada a grãos fabricada mediante a remoção de uma película de forsterita formada, ou uma folha de aço elétrica orientada a grãos fabricada mediante a supressão da formação de uma película de forsterita.
[0066] A folha de aço de forno elétrico da presente invenção será descrita em seguida.
[0067] Na técnica relacionada, uma camada intermediária que contém principalmente óxido de silício é formada sobre a superfície de uma folha de aço base ao executar o recozimento (tratamento de oxidação térmica) ou similar na folha de aço base que não tem nenhuma película de forsterita em uma atmosfera com um ponto de orvalho controlado, e um revestimento isolante é formado mediante a aplicação de uma solução de formação de revestimento isolante sobre a camada intermediária e a execução do recozimento com cozimento na mesma. A estrutura em seção transversal da folha de aço de forno elétrico na técnica relacionada é uma estrutura de três camadas de "revestimento isolante-camada intermediária-folha de aço base" tal como mostrada na FIGURA 2. Depois de um tratamento térmico, a tensão superficial age entre as camadas devido à diferença no coeficiente de expansão térmica entre as camadas, de modo que a tensão pode ser aplicada à folha de aço base, enquanto as camadas podem ser separadas facilmente.
[0068] Portanto, os autores da presente invenção prestaram atenção à intercamada de "revestimento isolante-camada intermediária", pensaram que a adição de uma outra camada especial entre as camadas pode aumentar a aderência entre as camadas enquanto mantém a tensão aplicada à folha de aço base, e examinaram camadas que podem ser adicionadas tal como segue.
[0069] Como camadas que podem ser adicionadas, uma camada que tem um componente compatível com o revestimento isolante e a folha de aço base foi examinada. Isto é, foi investigado para que tenha o mesmo componente principal que aquele do revestimento isolante e inclua um composto que contém principalmente P, O, e/ou Fe misturados no mesmo. Além disso, o Cr que tem propriedades similares ao Fe foi incluído, e a mistura de um composto contendo P, O, Fe e Cr na mesma foi examinada.
[0070] Por exemplo, como composto a ser misturado, um composto contendo Fe, Cr, P e O em uma quantidade total de 70% ou mais e 100% ou menos, e a limitação do silício a 10% ou menos, como uma composição química, foi examinado.
[0071] Especificamente, como composto a ser misturado, um fosfeto cristalino tal como Fe3P, Fe2P, FeP, FeP2 e Fe2P2O7 foi examinado. Além disso, um fosfeto cristalino tal como (Fe,Cr)3P, (Fe,Cr)2P, (Fe,Cr)P, (Fe,Cr)P2 e (Fe,Cr)2P2O7, que é um composto que também contém Cr que tem propriedades similares ao Fe e que substitui uma porção do Fe, foi examinado.
[0072] Com base nos resultados do exame acima, uma solução foi preparada ao misturar o fosfeto cristalino acima mencionado em uma solução de aplicação que contém principalmente um fosfato e sílica coloidal para formar o revestimento isolante. Essa solução foi usada como uma solução de formação de camada contendo fosfeto cristalino.
[0073] A camada intermediária que contém principalmente óxido de silício foi formada na superfície da folha de aço base ao executar o tratamento de oxidação térmica (recozimento em uma atmosfera com ponto de orvalho controlado) ou similar na folha de aço base que não tem nenhuma película de forsterita. A solução de formação de camada contendo fosfeto cristalino foi aplicada à camada intermediária e cozida, e em seguida a solução de formação de revestimento isolante também foi aplicada e cozida, por meio do que o revestimento isolante foi formado. A aderência de revestimento da folha de aço de forno elétrico fabricada tal como acima foi avaliada.
[0074] Como resultado do exame acima, foi esclarecido que, quando a camada contendo fosfeto cristalino, na qual o fosfeto cristalino está concentrado, é formada na área inferior do revestimento isolante em contato com a camada intermediária que contém principalmente óxido de silício, a aderência de revestimento do revestimento isolante é melhorada de maneira significativa.
[0075] A estrutura em camadas da folha de aço de forno elétrico da presente invenção é mostrada esquematicamente na FIGURA 3. Tal como mostrado na FIGURA 3, a estrutura em seção transversal da folha de aço de forno elétrico da presente invenção tem uma estrutura de quatro camadas de "folha de aço base 1-camada intermediária 4- camada contendo fosfeto cristalino 6 contendo fosfeto cristalino 5- revestimento isolante 3".
[0076] Isto é, uma vez que a camada contendo fosfeto cristalino é formada na área inferior do revestimento isolante em contato com a camada intermediária que contém principalmente óxido de silício, a estrutura em seção transversal tem substancialmente uma estrutura de quatro camadas.
[0077] Falando estritamente, a camada contendo fosfeto cristalino 6 e o revestimento isolante 3 são diferentes um do outro. No entanto, uma vez que o componente da matriz da camada contendo fosfeto cristalino 6 é o mesmo que o componente do revestimento isolante 3, a camada contendo fosfeto cristalino 6 e o revestimento isolante 3 são similares um ao outro. A camada contendo fosfeto cristalino 6 e o revestimento isolante 3 são diferentes um do outro quer o fosfeto cristalino 5 esteja contido ou não.
[0078] A seguir, cada camada da folha de aço de forno elétrico da presente invenção será descrita. Folha de Aço Base
[0079] Na estrutura de quatro camadas descrita acima, a folha de aço base como material base tem uma textura na qual a orientação de cristal é controlada para a orientação de Goss. A aspereza de superfície da folha de aço base não é particularmente limitada, mas é de preferência de 0,5 μm ou menos e com mais preferência de 0,3 μm ou menos em termos da aspereza média aritmética (Ra) do ponto de vista da obtenção de uma redução na perda de ferro mediante a aplicação de uma grande tensão ao aço base. O limite inferior da aspereza média aritmética (Ra) da folha de aço base não é particularmente limitado. No entanto, o efeito de melhorar a perda de ferro é saturado a 0,1 μm ou menos, de modo que o seu limite inferior pode ser 0,1 μm.
[0080] A espessura da folha de aço base também não é particularmente limitada. No entanto, a fim de reduzir ainda mais a perda de ferro, a espessura é de preferência de 0,35 mm ou menos, e com mais preferência de 0,30 mm ou menos em média. O limite inferior da espessura da folha de aço base não é particularmente limitado, mas pode ser de 0,10 mm do ponto de vista de instalações e custos de fabricação.
[0081] A folha de aço base contém uma alta concentração de silício (por exemplo, de 0,80 a 4,00% em massa), de modo que é desenvolvida uma forte afinidade química com a camada intermediária que contém principalmente óxido de silício, e a camada intermediária e a folha de aço base aderem com firmeza uma à outra. Camada Intermediária que contém principalmente Óxido de Silício
[0082] Na estrutura de quatro camadas acima mencionada, a camada intermediária é arranjada em contato com a folha de aço base, e tem uma função de colocar a folha de aço base e o revestimento isolante que contém a camada contendo fosfeto cristalino em contato próximo.
[0083] O óxido de silício contido principalmente na camada intermediária é de preferência SiOx (x = 1,0 a 2,0). O SiOx (x = 1,5 a 2,0) é mais preferível porque o óxido de silício fica mais estável. O SiOx (x  2,0) pode ser formado ao executar de maneira suficiente o recozimento com oxidação quando o óxido de silício é formado sobre a superfície da folha de aço base.
[0084] Quando o recozimento com oxidação é executado sob condições típicas (gás da atmosfera: 20% a 80% de N2 + 80% a 20% de H2, ponto de orvalho: -20°C a 2°C, temperatura de recozimento: 600°C a 1150°C, tempo de recozimento: 10 a 600 segundos), o óxido de silício permanece amorfo, de modo que uma camada intermediária de um material denso que tem uma elevada resistência para suportar a tensão térmica e pode relaxar facilmente a tensão térmica devido à elasticidade aumentada, pode ser formada sobre a superfície da folha de aço base.
[0085] Por outro lado, quando a espessura da camada intermediária é fina, o efeito de relaxamento da tensão térmica não é exibido de maneira suficiente e, portanto, a espessura da camada intermediária é de preferência de 2 nm ou mais em média. A sua espessura é com mais preferência de 5 nm ou mais. Por outro lado, quando a espessura da camada intermediária é grande, a espessura fica desuniforme, e defeitos tais como espaços vazios e rachaduras são gerados na camada. Portanto, a espessura da camada intermediária é de preferência de 400 nm ou menos em média. A sua espessura é com mais preferência de 300 nm ou menos. Revestimento Isolante
[0086] Na estrutura de quatro camadas acima mencionada, o revestimento isolante é um revestimento isolante vítreo que fica localizado na superfície mais externa e é formado mediante a aplicação e cozimento de uma solução que contém principalmente um fosfato e sílica coloidal (SiO2).
[0087] Esse revestimento isolante pode aplicar uma elevada tensão superficial à folha de aço base. No entanto, uma vez que o revestimento isolante da folha de aço de forno elétrico da presente invenção inclui a camada contendo fosfeto cristalino (descrita mais adiante) que contém um fosfeto cristalino na sua área inferior em contato com a camada intermediária que contém principalmente óxido de silício (vide a FIGURA 3), a aderência de revestimento do revestimento isolante é melhorada de maneira significativa, e uma tensão superficial mais elevada pode ser aplicada à folha de aço base.
[0088] Um método de formação do revestimento isolante que inclui a camada contendo fosfeto cristalino será descrito mais adiante.
[0089] Alguns fosfetos cristalinos são condutores. No entanto, uma vez que não há nenhum fosfeto cristalino na área superior do revestimento isolante (área que exclui a camada contendo fosfeto cristalino), as propriedades de isolamento do revestimento isolante são mantidas boas.
[0090] Quando a espessura do revestimento isolante (incluindo a camada contendo fosfeto cristalino) é menor do que 0,1 μm, a espessura da camada contendo fosfeto cristalino fica fina, a aderência de revestimento do revestimento isolante não é melhorada, e fica difícil aplicar a tensão superficial requerida à folha de aço. Portanto, a sua espessura é de preferência de 0,1 μm ou mais em média. A sua espessura é com mais preferência de 0,5 μm ou mais.
[0091] Por outro lado, quando a espessura do revestimento isolante (incluindo a camada contendo fosfeto cristalino) excede 10 μm, há um problema que rachaduras podem ser geradas no revestimento isolante no estágio de formação do revestimento isolante. Portanto, a espessura do revestimento isolante é de preferência de 10 μm ou menos em média. A sua espessura é com mais preferência de 5 μm ou menos.
[0092] Tal como necessário, o tratamento de refino de domínio magnético pode ser aplicado para aplicar microtensões locais ou formar sulcos locais por meio de laser, plasma, métodos mecânicos, causticação, ou outros métodos.
[0093] Além disso, levando em consideração os problemas ambientais recentes, no revestimento isolante, em particular a área superior (área excluindo a camada contendo fosfeto cristalino) do revestimento isolante, a média da concentração de Cr como uma composição química é de preferência limitada a menos de 0,10%, e com mais preferência limitada a menos de 0,05%. Camada Contendo Fosfeto Cristalino
[0094] Na estrutura de quatro camadas acima, a camada contendo fosfeto cristalino é incluída na área inferior do revestimento isolante, arranjada em contato com a camada intermediária que contém principalmente óxido de silício, e arranjada em contato com a área superior do revestimento isolante (área excluindo a camada contendo fosfeto cristalino) (vide a FIGURA 3). A camada contendo fosfeto cristalino é importante para o revestimento isolante a fim de assegurar uma excelente aderência de revestimento sem uniformidades.
[0095] A razão pela qual a aderência de revestimento do revestimento isolante é melhorada de maneira significativa quando a camada contendo fosfeto cristalino é incluída na área inferior do revestimento isolante em contato com a camada intermediária que contém principalmente óxido de silício não está clara, mas considera-se que "quando um fosfeto cristalino é incluído na fase primária amorfa (o mesmo componente que o revestimento isolante) de uma camada contendo fosfeto cristalino, a elasticidade total da camada contendo fosfeto cristalino aumenta, a tensão acumulada entre a camada intermediária e o revestimento isolante é relaxada até mesmo sob a tensão de flexão, a aderência de revestimento do revestimento isolante não tem nenhuma uniformidade, e o revestimento isolante tem menos probabilidade de se desprender".
[0096] Quando a espessura da camada contendo fosfeto cristalino excede 1/2 da espessura do revestimento isolante incluindo a camada contendo fosfeto cristalino, a tensão aplicada à folha de aço base pelo revestimento isolante é relativamente reduzida, de modo que há uma possibilidade que as características da perda de ferro possam se deteriorar. Além disso, há um problema que as propriedades de isolamento do revestimento isolante podem diminuir. Portanto, é preferível que a espessura da camada contendo fosfeto cristalino seja 1/2 ou menos da espessura do revestimento isolante incluindo a camada contendo fosfeto cristalino em média. A sua espessura é com mais preferência de 1/3 ou menos. Em outras palavras, a espessura da camada contendo fosfeto cristalino é desejavelmente igual ou menor do que a espessura do revestimento isolante que não contém nenhum fosfeto cristalino em média, e com mais preferência 1/2 ou menos da espessura do revestimento isolante.
[0097] O limite inferior da espessura da camada contendo fosfeto cristalino não é particularmente limitado, mas é de preferência 1/10 ou mais da espessura do revestimento isolante incluindo a camada contendo fosfeto cristalino em média em termos de assegurar de maneira confiável a aderência de revestimento do revestimento isolante. O seu limite inferior é com mais preferência de 1/7 ou mais. Em outras palavras, a espessura da camada contendo fosfeto cristalino é de preferência 1/9 ou mais da espessura do revestimento isolante que não tem nenhum fosfeto cristalino em média, e com mais preferência 1/6 ou mais da espessura do revestimento isolante.
[0098] A quantidade de fosfeto cristalino incluído na camada contendo fosfeto cristalino é indicada por uma fração da área (daqui por diante às vezes indicada como "fração da área em seção transversal") que é a razão entre a área em seção transversal total do fosfeto cristalino e a área em seção transversal de toda a camada contendo fosfeto cristalino que contém o fosfeto cristalino.
[0099] Quando a fração da área em seção transversal do fosfeto cristalino é pequena (a quantidade é pequena), a aderência de revestimento do revestimento isolante não é melhorada, de modo que a fração da área em seção transversal do fosfeto cristalino é de preferência de 5% ou mais em média. A sua fração da área em seção transversal é com mais preferência de 10% ou mais.
[00100] Por outro lado, quando a fração da área em seção transversal do fosfeto cristalino é grande (a quantidade é grande), a proporção de materiais amorfos na camada contendo fosfeto cristalino fica pequena, e a aderência entre a camada contendo fosfeto cristalino e o revestimento isolante (área no revestimento isolante que não contém nenhuma camada contendo fosfeto cristalino) diminui. Portanto, a fração da área em seção transversal do fosfeto cristalino é de preferência de 50% ou menos em média. A sua fração da área em seção transversal é com mais preferência de 35% ou menos.
[00101] Quando o tamanho de grão do fosfeto cristalino incluído na camada contendo fosfeto cristalino é pequeno, o efeito de relaxamento da tensão não pode ser obtido de maneira suficiente. Portanto, o diâmetro de círculo equivalente do fosfeto cristalino incluído na camada contendo fosfeto cristalino é de preferência de 5 nm ou mais em média. O seu diâmetro de círculo equivalente é com mais preferência de 10 nm ou mais.
[00102] Por outro lado, quando o tamanho de grão do fosfeto cristalino é grande, o fosfeto cristalino pode ser a origem de uma fratura devido à concentração da tensão, de modo que o diâmetro de círculo equivalente do fosfeto cristalino incluído na camada contendo fosfeto cristalino é de preferência de 300 nm ou menos em média. O seu diâmetro de círculo equivalente é com mais preferência de 270 nm ou menos. No entanto, o diâmetro de círculo equivalente do fosfeto cristalino tem que ser menor do que a espessura da camada contendo fosfeto cristalino.
[00103] O fosfeto cristalino contido na camada contendo fosfeto cristalino pode ser qualquer tipo de fosfeto cristalino com capacidade de obter o efeito de relaxamento de tensão, e não é particularmente limitado a um fosfeto cristalino específico.
[00104] Por exemplo, o fosfeto cristalino é um composto que contém fósforo, e pode ser um composto contendo Fe, Cr, P e O em uma quantidade total de 70% ou mais e 100% ou menos, e limitando o silício a 10% ou menos, como uma composição química. Por exemplo, o teor de P do fosfeto cristalino pode ser maior do que 0% e menor do que 70%. O restante da composição química desse composto pode consistir em impurezas. O termo "impurezas" refere-se àquelas incorporadas de materiais brutos, ambientes manufaturados, e similares.
[00105] Por exemplo, o fosfeto cristalino é de preferência um ou dois ou mais de Fe3P, Fe2P, FeP, FeP2, Fe2P2O7, (Fe,Cr)3P, (Fe,Cr)2P, (Fe,Cr)P, (Fe,Cr)P2 e (Fe,Cr)2P2O7. Aqui, por exemplo, (Fe,Cr)P significa que uma porção de Fe de FeP é substituída por Cr (o mesmo se aplica a outros fosfetos cristalinos). O grau de substituição de Cr no fosfeto cristalino que contém Cr não é particularmente limitado, mas é de preferência maior do que 0% e menor do que 70%.
[00106] Por exemplo, em um caso no qual um fosfeto cristalino em que uma porção de Fe não é substituída por Cr é desejado, é preferível que pelo menos um elemento selecionado do grupo que consiste em FeP, Fe2P, Fe3P, FeP2 e Fe2P2O7 seja contido como fosfeto cristalino.
[00107] Similarmente, em um caso no qual um fosfeto cristalino em que uma porção de Fe é substituída por Cr é desejado, é preferível que pelo menos um elemento selecionado do grupo que consiste em (Fe,Cr)P, (Fe,Cr)2P, (Fe,Cr)3P, (Fe,Cr)P2 e (Fe,Cr)2P2O7 seja contido como fosfeto cristalino.
[00108] Tal como descrito acima, a característica da folha de aço de forno elétrico da presente invenção é que a camada contendo fosfeto cristalino que contém o fosfeto cristalino é formada na área inferior do revestimento isolante em contato com a camada intermediária que contém principalmente óxido de silício.
[00109] A composição (composição química) da folha de aço base não é diretamente relacionada à presença da camada contendo fosfeto cristalino, de modo que a composição da folha de aço base não é particularmente limitada na folha de aço de forno elétrico da presente invenção. No entanto, uma vez que a folha de aço elétrica orientada a grãos é fabricada através de vários processos, as composições preferíveis de uma porção de aço base (bloco) e a folha de aço base para fabricar a folha de aço de forno elétrico da presente invenção serão descritas a seguir. A seguir, a % relacionada às composições da porção de aço base e a folha de aço base significa a % em massa. Composição da Folha de Aço Base
[00110] A folha de aço base da folha de aço de forno elétrico da presente invenção contém, por exemplo, Si: de 0,8% a 7,0%, C: 0,005% ou menos, N: 0,005% ou menos, quantidade total de S e Se: 0,005% ou menos, Al solúvel em ácido: 0,005% ou menos, e o restante que consiste em Fe e impurezas.
[00111] Silício: 0,80% ou mais e 7,0% ou menos
[00112] O Si (silício) aumenta a resistência elétrica da folha de aço elétrica orientada a grãos e reduz a perda de ferro. Um limite inferior preferível do teor de Si é 0,8%, e com mais preferência 2,0%. Por outro lado, quando o teor de Si excede 7,0%, a densidade de fluxo magnético de saturação da folha de aço base diminui, o que torna difícil reduzir o tamanho do núcleo. Um limite superior preferível do teor de Si é 7,0%.
[00113] C: 0,005% ou menos
[00114] O C (carbono) forma um composto na folha de aço base e degrada a perda de ferro, de modo que a quantidade do mesmo é de preferência pequena. O teor de C é de preferência limitado a 0,005% ou menos. O limite superior do teor de C é de preferência de 0,004%, e com mais preferência de 0,003%. Uma vez que a quantidade de C é de preferência pequena, o limite inferior do mesmo inclui 0%. No entanto, quando o C é reduzido a menos de 0,0001% na quantidade, os custos de fabricação aumentam de maneira significativa. Portanto, um limite inferior prático do mesmo é de 0,0001% em termos de fabricação.
[00115] N: 0,005% ou menos
[00116] O N (nitrogênio) forma um composto na folha de aço base e degrada a perda de ferro, de modo que a quantidade do mesmo é de preferência pequena. O teor de N é de preferência limitado a 0,005% ou menos. O limite superior do teor de N é de preferência de 0,004%, e com mais preferência de 0,003%. Uma vez que a quantidade de N é de preferência pequena, o limite inferior do mesmo pode ser 0%.
[00117] Quantidade total de S e Se: 0,005% ou menos
[00118] O S (enxofre) e o Se (selênio) formam um composto na folha de aço base e degradam a perda de ferro, de modo que a quantidade dos mesmos é de preferência pequena. É preferível limitar a quantidade de um dentre o S e o Se ou a soma dos dois a 0,005% ou menos. A quantidade total de S e Se é de preferência de 0,004% ou menos, e com mais preferência de 0,003% ou menos. Uma vez que o teor de S ou Se é de preferência pequeno, o limite inferior de cada um deles pode ser 0%.
[00119] Al solúvel em ácido: 0,005% ou menos
[00120] O Al solúvel em ácido (alumínio solúvel em ácido) forma um composto em uma folha de aço base e degrada a perda de ferro, de modo que a quantidade do mesmo é de preferência pequena. A quantidade de Al solúvel em ácido é de preferência de 0,005% ou menos. A quantidade de Al solúvel em ácido é de preferência de 0,004% ou menos, e com mais preferência de 0,003% ou menos. Uma vez que a quantidade de Al solúvel em ácido é de preferência pequena, o limite inferior do mesmo pode ser 0%.
[00121] O restante da composição da folha de aço base descrita acima consiste em Fe e impurezas. O termo "impurezas" refere-se àquelas incorporadas de minério como um material bruto, sucata, ambientes de fabricação, e similares quando o aço é manufaturado industrialmente.
[00122] Além disso, a folha de aço base da folha de aço de forno elétrico da presente invenção pode conter, em vez de uma porção de Fe como o restante, como elementos opcionais, por exemplo, pelo menos um elemento selecionado de Mn (manganês), Bi (bismuto), B (boro), Ti (titânio), Nb (nióbio), V (vanádio), Sn (estanho), Sb (antimônio), Cr (cromo), Cu (cobre), P (fósforo), Ni (níquel), e Mo (molibdênio) dentro da faixa que não inibe as características.
[00123] As quantidades dos elementos opcionais descritos acima podem ser, por exemplo, tal como segue. O limite inferior dos elementos opcionais não é particularmente limitado, e o limite inferior pode ser 0%. Além disso, mesmo se esses elementos opcionais forem contidos como impurezas, o efeito da folha de aço de forno elétrico da presente invenção não é prejudicado.
[00124] Mn: 0% ou mais e 0,15% ou menos,
[00125] Bi: 0% ou mais e 0,010% ou menos,
[00126] B: 0% ou mais e 0,080% ou menos,
[00127] Ti: 0% ou mais e 0,015% ou menos,
[00128] Nb: 0% ou mais e 0,20% ou menos,
[00129] V: 0% ou mais e 0,15% ou menos,
[00130] Sn: 0% ou mais e 0,30% ou menos,
[00131] Sb: 0% ou mais e 0,30% ou menos,
[00132] Cr: 0% ou mais e 0,30% ou menos,
[00133] Cu: 0% ou mais e 0,40% ou menos,
[00134] P: 0% ou mais e 0,50% ou menos,
[00135] Ni: 0% ou mais e 1,00% ou menos, e
[00136] Mo: 0% ou mais e 0,10% ou menos. Composição do Pedaço de Aço Base (Bloco)
[00137] O C (carbono) é um elemento eficaz no controle de uma textura de recristalização primária. A quantidade de C é de preferência de 0,005% ou mais. A quantidade de C é com mais preferência de 0,02% ou mais, 0,04% ou mais, e ainda com mais preferência de 0,05% ou mais. Quando a quantidade de C excede 0,085%, a descarburação não prossegue de maneira suficiente em um processo de descarburação, e as características magnéticas requeridas não podem ser obtidas, de modo que a quantidade de C é de preferência de 0,085% ou menos. A quantidade do mesmo é com mais preferência de 0,065% ou menos.
[00138] Quando a quantidade de Si (silício) é menor do que 0,80%, a transformação austenítica ocorre durante o recozimento final, e o alinhamento dos grãos na orientação de Goss é inibido, de modo que a quantidade de Si é de preferência de 0,80% ou mais. Por outro lado, quando a quantidade de Si excede 4,00%, a folha de aço base é endurecida, a trabalhabilidade é deteriorada, e é difícil executar a laminação a frio, de modo que é necessário lidar com as instalações para a laminação a quente e similares. Do ponto de vista da trabalhabilidade, a quantidade de Si é de preferência de 4,00% ou menos. A quantidade do mesmo é com mais preferência de 3,80% ou menos.
[00139] Quando a quantidade de Mn (manganês) é menor do que 0,03%, a dureza diminui, e a rachadura ocorre facilmente durante a laminação a quente. Portanto, a quantidade de Mn é de preferência de 0,03% ou mais. A quantidade do mesmo é com mais preferência de 0,06% ou mais. Por outro lado, quando a quantidade de Mn excede 0,15%, uma grande quantidade de MnS e/ou MnSe é formada de maneira não uniforme, e a recristalização secundária não prossegue de maneira estável, de modo que a quantidade de Mn é de preferência de 0,15% ou menos. A quantidade do mesmo é com mais preferência de 0,13% ou menos.
[00140] Quando a quantidade de Al solúvel em ácido (alumínio solúvel em ácido) é menor do que 0,010%, a quantidade de precipitação de AlN que funciona como um inibidor é insuficiente, e a recristalização secundária não prossegue de maneira estável e suficiente, de modo que a quantidade de Al solúvel em ácido é de preferência de 0,010% ou mais. A quantidade do mesmo é com mais preferência de 0,015% ou mais. Por outro lado, quando a quantidade de Al solúvel em ácido excede 0,065%, o AlN é engrossado e a função do mesmo como um inibidor diminui. Portanto, a quantidade de Al solúvel em ácido é de preferência de 0,065% ou menos. A quantidade do mesmo é com mais preferência de 0,060% ou menos.
[00141] Quando a quantidade de N (nitrogênio) é menor do que 0,004%, a quantidade de precipitação de AlN que funciona como um inibidor é insuficiente, e a recristalização secundária não prossegue de maneira estável e suficiente, de modo que a quantidade de N é de preferência de 0,004% ou mais. A quantidade do mesmo é com mais preferência de 0,006% ou mais. Por outro lado, quando a quantidade de N excede 0,015%, uma quantidade grande de nitretos é precipitada de maneira não uniforme durante a laminação a quente, o que perturba o progresso da recristalização. Portanto, a quantidade de N é de preferência de 0,015% ou menos. A quantidade do mesmo é com mais preferência de 0,013% ou menos.
[00142] Quando a quantidade de um dentre o S (enxofre) e o Se (selênio) ou a soma dos dois é menor do que 0,005%, a quantidade de precipitação de MnS e/ou de MnSe que funcionam como um inibidor é insuficiente, e a recristalização secundária não prossegue de maneira estável e suficiente, de modo que a quantidade de um dentre S e Se ou a soma dos dois é de preferência de 0,005% ou mais. A quantidade dos mesmos é com mais preferência de 0,007% ou mais. Por outro lado, quando a quantidade total de S e Se excede 0,050%, a purificação é insuficiente durante o recozimento final e as características da perda de ferro diminuem. Portanto, a quantidade de um dentre o S e o Se ou a soma dos dois é de preferência de 0,050% ou menos. A quantidade dos mesmos é com mais preferência de 0,045% ou menos.
[00143] O restante da composição do pedaço de aço base descrita acima consiste em Fe e impurezas. O termo "impurezas" refere-se àquelas incorporadas de minério, sucata como um material bruto, ambientes de fabricação, e similares quando o aço é manufaturado industrialmente.
[00144] Além disso, o pedaço de aço base da folha de aço de forno elétrico da presente invenção pode conter, em vez de uma porção de Fe como restante, como elementos opcionais, por exemplo, um ou dois ou mais dentre P, Cu, Ni, Sn e Sb dentro da faixa que não inibe as características. O limite inferior dos elementos opcionais não é particularmente limitado, e o limite inferior pode ser 0%.
[00145] O P (fósforo) é um elemento que aumenta a resistividade elétrica da folha de aço base e contribui para uma redução da perda de ferro. No entanto, quando a quantidade do mesmo excede 0,50%, a dureza aumenta excessivamente e as características de laminação se deterioram. Portanto, a quantidade do mesmo é de preferência de 0,50% ou menos. A quantidade do mesmo é com mais preferência de 0,35% ou menos.
[00146] O Cu (cobre) é um elemento que forma CuS ou CuSe fino que funciona como um inibidor e contribui para a melhoria nas características magnéticas. No entanto, quando a quantidade do mesmo excede 0,40%, o efeito de melhorar as características magnéticas é saturado e defeitos de superfície são incorridos durante a laminação a quente. Portanto, a quantidade do mesmo é de preferência de 0,40% ou menos. A quantidade do mesmo é com mais preferência de 0,35% ou menos.
[00147] O Ni (níquel) é um elemento que aumenta a resistividade elétrica da folha de aço base e contribui para uma redução da perda de ferro. No entanto, quando a quantidade do mesmo excede 1,00%, a recristalização secundária fica instável. Portanto, a quantidade de Ni é de preferência de 1,00% ou menos. A quantidade do mesmo é com mais preferência de 0,75% ou menos.
[00148] O Sn (estanho) e o Sb (antimônio) são elementos que segregam nos limites de grãos e têm uma função de controlar o comportamento de oxidação durante o recozimento com descarburação. No entanto, quando a quantidade dos mesmos excede 0,30%, a descarburação não prossegue facilmente durante o recozimento com descarburação, de modo que as quantidades de Sn e de Sb são de preferência de 0,30% ou menos. A quantidade de cada elemento é com mais preferência de 0,25% ou menos.
[00149] Além disso, o pedaço de aço base da folha de aço de forno elétrico da presente invenção pode de maneira adjunta conter, em vez de uma porção de Fe como o restante, como elementos opcionais, por exemplo, um ou dois ou mais dentre Cr, Mo, V, Bi, Nb e Ti como um elemento que forma um inibidor. O limite inferior dos elementos opcionais não é particularmente limitado, e o limite inferior pode ser 0%. Os limites superiores desses elementos podem ser Cr: 0,30%, Mo: 0,10%, V: 0,15%, Bi: 0,010%, Nb: 0,20% e Ti: 0,015%, respectivamente.
[00150] A seguir, será descrito um método de fabricação da folha de aço de forno elétrico da presente invenção.
[00151] Em um método de fabricação de uma folha de aço elétrica orientada a grãos de acordo com a presente modalidade (daqui por diante, indicado às vezes como o "método de fabricação da presente invenção"),
[00152] (a) uma folha de aço base em que uma película de um material mineral inorgânico tal como a forsterita formada durante o recozimento final é removida por meio de decapagem, retificação, ou similar, é recozida, ou
[00153] (b) uma folha de aço base em que a formação da película de material mineral inorgânico acima mencionado é suprimida durante o recozimento final é recozida,
[00154] (c) uma camada intermediária que contém principalmente óxido de silício é formada sobre a superfície da folha de aço base pelo recozimento acima (recozimento com oxidação térmica, recozimento em uma atmosfera com ponto de orvalho controlado),
[00155] (d) uma solução de formação de camada contendo fosfeto cristalino que contém principalmente um fosfato e sílica coloidal e que contém um fosfeto cristalino é aplicada à camada intermediária e cozida,
[00156] (e) após o cozimento acima, uma solução de formação de revestimento isolante que contém principalmente um fosfato e sílica coloidal e que não contém nenhum fosfeto cristalino é aplicada e também cozida.
[00157] De acordo com o método de fabricação da presente invenção, a camada contendo fosfeto cristalino em contato com a camada intermediária acima mencionada pode ser formada na área inferior do revestimento isolante.
[00158] A folha de aço base em que uma película de um material mineral inorgânico tal como a forsterita é removida por meio de decapagem, retificação, ou similar, e a folha de aço base em que a formação da camada do óxido de material mineral inorgânico acima mencionado é suprimida, são fabricadas, por exemplo, tal como segue.
[00159] Uma parte de aço ao silício que contém de 0,80 a 4,00% em massa de Si, de preferência uma parte de aço ao silício que contém de
2,0 a 4,0% em massa de Si, é laminada a quente, é sujeitada ao recozimento tal como necessário após a laminação a quente, é, em seguida, sujeitada à laminação a frio uma vez ou à laminação a frio duas vezes ou mais com recozimento intermediário entre as laminações, e é acabada como uma folha de aço que tem uma espessura final. Em seguida, a folha de aço que tem a espessura final é sujeitada ao recozimento com descarburação, e desse modo a recristalização primária prossegue além da descarburação, e uma camada de óxido é formada sobre a superfície da folha de aço.
[00160] Em seguida, um separador de recozimento que contém magnésia como um componente principal é aplicado à superfície da folha de aço que tem a camada de óxido. Após a secagem do separador de recozimento, a folha de aço é enrolada em uma bobina, e sujeitada ao recozimento final (recristalização secundária). Durante o recozimento final, uma película de forsterita que contém principalmente forsterita (Mg2SiO4) é formada sobre a superfície da folha de aço. A película de forsterita é removida por meio de decapagem, retificação, ou similar. Após a remoção, de preferência, a superfície da folha de aço é alisada em acabamento por meio de polimento químico ou polimento eletrolítico.
[00161] Por outro lado, como separador de recozimento acima mencionado, ao invés de magnésia pode ser usado um separador de recozimento que contém alumina como um componente principal. Um separador de recozimento que contém alumina como um componente principal é aplicado à superfície da folha de aço que tem a camada de óxido, e secado. Após a secagem do separador de recozimento, a folha de aço é enrolada em uma bobina, e sujeitada ao recozimento final (recristalização secundária). Em um caso no qual o separador de recozimento que contém alumina como um componente principal é usado, a formação de uma película de um material mineral inorgânico tal como a forsterita na superfície da folha de aço é suprimida até mesmo quando o recozimento final é executado. Após o recozimento final, de preferência, a superfície da folha de aço é alisada no acabamento por meio de polimento químico ou polimento eletrolítico.
[00162] Com o recozimento da folha de aço base em que a película de material mineral inorgânico tal como a forsterita é removida ou a folha de aço base em que a formação da película do material mineral inorgânico tal como o forsterita é suprimida sob condições típicas de recozimento, uma camada intermediária que contém principalmente óxido de silício é formada sobre a superfície da folha de aço base.
[00163] A atmosfera de recozimento é de preferência uma atmosfera de redução de modo a não fazer com que o interior da folha de aço seja oxidado, e é particularmente preferível uma atmosfera de nitrogênio em que o hidrogênio é misturado. Por exemplo, é preferível uma atmosfera que contém hidrogênio:nitrogênio a 75%:25% com um ponto de orvalho de -20°C a 0°C.
[00164] A espessura da camada intermediária que contém principalmente óxido de silício é controlada ao controlar apropriadamente uma ou duas ou mais das condições dentre a temperatura de recozimento, o tempo de retenção e o ponto de orvalho da atmosfera de recozimento. A espessura da camada intermediária é de preferência de 2 a 400 nm em média em termos de assegurar a aderência de revestimento do revestimento isolante. A sua espessura é com mais preferência de 5 a 300 nm.
[00165] Uma solução de formação da camada contendo fosfeto cristalino que contém principalmente um fosfato e sílica coloidal e que contém um fosfeto cristalino é aplicada à camada intermediária que contém principalmente o óxido de silício, e então cozida.
[00166] Como fosfeto cristalino, pode ser usado um composto contendo Fe, Cr, P e O em uma quantidade total de 70% ou mais e
100% ou menos, e limitando o Si a 10% ou menos, como uma composição química. O restante da composição química desse composto pode consistir em impurezas.
[00167] Por exemplo, o fosfeto cristalino é de preferência um ou dois ou mais dentre Fe3P, Fe2P, FeP, FeP2, Fe2P2O7, (Fe,Cr)3P, (Fe,Cr)2P, (Fe,Cr)P, (Fe,Cr)P2 e (Fe,Cr)2P2O7.
[00168] O diâmetro médio do fosfeto cristalino é de preferência de 10 a 300 nm. O fosfeto cristalino na solução de formação da camada contendo fosfeto cristalino é contido de preferência em uma razão de massa de 3 a 35%.
[00169] No método de fabricação da presente invenção, após o cozimento acima ao usar a solução de formação da camada contendo fosfeto cristalino, uma solução de formação de revestimento isolante que contém principalmente um fosfato e sílica coloidal e que não contém nenhum fosfeto cristalino é aplicada e também cozida.
[00170] Pelos dois processos de recozimento com cozimento acima, uma camada contendo fosfeto cristalino em contato com a camada intermediária e um revestimento isolante que está em contato com a camada contendo fosfeto cristalino e que não contém nenhum fosfeto cristalino pode ser formada.
[00171] O cozimento acima é executado por um tratamento térmico de 350°C a 1150°C por 5 a 300 segundos em uma atmosfera mista de vapor d’água-nitrogênio-hidrogênio em que o grau de oxidação PH2O/PH2 da atmosfera é de 0,001 a 1,0. Por esse tratamento térmico, o revestimento isolante que tem a camada contendo fosfeto cristalino em contato com a camada intermediária pode ser formado na área inferior. A fim de exibir a aderência do revestimento isolante com uma boa reprodutibilidade, é mais preferível ajustar o grau de oxidação PH2O/PH2 em 0,01 a 0,15, à temperatura de cozimento de 650°C a 950°C, e ao tempo de retenção de 30 a 270 segundos. Após o tratamento térmico, a folha de aço é resfriada com o grau de oxidação da atmosfera mantido baixo de modo que o fosfeto cristalino não seja quimicamente alterado (o fosfeto cristalino não absorve umidade e não se deteriora com o resfriamento). A atmosfera de resfriamento é de preferência uma atmosfera que tem um grau de oxidação PH2O/PH2 de 0,01 ou menos.
[00172] Cada camada da folha de aço de forno elétrico da folha da presente invenção é observada e medida tal como segue.
[00173] Um corpo de prova é cortado da folha de aço elétrica orientada a grãos em que o revestimento isolante é formado, e a estrutura em camadas do corpo de prova é observada com um microscópio eletrônico de varredura (SEM) ou um microscópio eletrônico de transmissão (TEM).
[00174] Especificamente, em primeiro lugar, um corpo de prova é cortado de modo que a direção do corte seja paralela à direção da espessura (especificamente, o corpo de prova é cortado de modo que a seção transversal seja paralela à direção da espessura e perpendicular à direção de laminação), e a estrutura em seção transversal dessa seção transversal é observada com um SEM a uma ampliação em que cada camada é incluída no campo visual observado. Por exemplo, na observação com uma imagem de composição eletrônica de reflexão (imagem de COMP), pode ser inferido quantas camadas a estrutura em seção transversal inclui. Por exemplo, na imagem de COMP, a folha de aço pode ser distinguida como a cor clara, a camada intermediária como a cor escura, e o revestimento isolante como a cor intermediária.
[00175] A fim de identificar cada camada na estrutura em seção transversal, a análise de linha é executada ao longo da direção da espessura ao usar SEM-EDS (espectroscopia de raios X dispersiva de energia), e a análise quantitativa da composição química de cada camada é executada. Os elementos a serem analisados quantitativamente são cinco elementos: Fe, P, Si, O e Mg.
[00176] Dos resultados da observação na imagem de COMP e nos resultados da análise quantitativa por SEM-EDS, em um caso no qual uma área tem um teor de Fe de 80% ou mais excluindo o ruído da medição, e o segmento de linha (espessura) na linha de varredura da análise de linha que corresponde a essa área é de 300 nm ou mais, a área é determinada como a folha de aço base, e uma área excluindo a folha de aço base é determinada como a camada intermediária e o revestimento isolante (incluindo a camada contendo fosfeto cristalino).
[00177] No que diz respeito à área excluindo a folha de aço base identificada acima, dos resultados da observação na imagem de COMP e dos resultados da análise quantitativa por SEM-EDS, em um caso no qual uma área tem um teor de Fe de menos de 80%, um teor de P de 5% ou mais, um teor de Si de menos de 20%, um teor de O de 50% ou mais, e um teor de Mg de 10% ou menos excluindo o ruído da medição, e o segmento de linha (espessura) na linha de varredura da análise de linha que corresponde a essa área é de 300 nm ou mais, a área é determinada como o revestimento isolante (incluindo a camada contendo fosfeto cristalino).
[00178] Além disso, a fim de determinar a área que é o revestimento isolante (incluindo a camada contendo fosfeto cristalino), precipitados, inclusões, e similares que são contidos no revestimento isolante, não são considerados como objetos da determinação, mas a área que satisfaz os resultados da análise quantitativa como uma matriz é determinada como o revestimento isolante (incluindo a camada contendo fosfeto cristalino). Por exemplo, quando a presença de precipitados, inclusões, e similares na linha de varredura da análise de linha é confirmada a partir da imagem de COMP ou dos resultados da análise de linha, essa área não é considerada para a determinação do revestimento isolante, e o revestimento isolante é determinado pelos resultados da análise quantitativa como a matriz. Os precipitados e as inclusões podem ser distinguidos da matriz por meio de contraste na imagem de COMP, e podem ser distinguidos da matriz pelas quantidades de elementos constituintes incluídos nos resultados da análise quantitativa.
[00179] Em um caso no qual uma área exclua a folha de aço base e o revestimento isolante (incluindo a camada contendo fosfeto cristalino) acima identificados e o segmento de linha (espessura) na linha de varredura da análise de linha que corresponde a essa área é de 300 nm ou mais, essa área é determinada como a camada intermediária. Além disso, é preferível identificar a camada intermediária usando TEM conforme necessário.
[00180] A identificação de cada camada e a medição da espessura pela observação da imagem de COMP e pela análise quantitativa de SEM-EDS acima mencionadas são executadas em cinco lugares ou mais enquanto é mudado o campo visual observado. No que diz respeito às espessuras da camada intermediária e do revestimento isolante (incluindo a camada contendo fosfeto cristalino) obtidas de cinco lugares ou mais no total, um valor médio é calculado ao excluir o valor máximo e o valor mínimo dos valores, e esse valor médio é tomado como a espessura média da camada intermediária e a espessura média do revestimento isolante (incluindo a camada contendo fosfeto cristalino).
[00181] Além disso, se uma camada em que o segmento de linha (espessura) na linha de varredura da análise de linha é menor do que 300 nm for incluída em pelo menos um dos campos visuais observados de cinco lugares ou mais tal como descrito acima, a camada é observada em detalhes por meio de TEM, e a identificação da camada correspondente e a medição da espessura são executadas por meio de TEM.
[00182] Um corpo de prova incluindo uma camada a ser observada em detalhes ao usar TEM é cortado por um processo de feixe de íons focado (FIB) de modo que a direção do corte seja paralela à direção da espessura (especificamente, um corpo de prova é cortado de modo que a seção transversal seja paralela à direção da espessura e perpendicular à direção de laminação), e a estrutura em seção transversal dessa seção transversal é observada (imagem de campo brilhante) com um TEM de varredura (STEM) a uma ampliação em que a camada correspondente é incluída no campo visual observado. Em um caso no qual cada camada não é incluída no campo visual observado, a estrutura em seção transversal é observada em uma pluralidade de campos visuais contínuos.
[00183] A fim de identificar cada camada na estrutura em seção transversal, a análise de linha é executada ao longo da direção da espessura ao usar TEM-ENDS, e a análise quantitativa da composição química de cada camada é executada. Os elementos a serem analisados quantitativamente são cinco elementos: Fe, P, Si, O e Mg.
[00184] A partir dos resultados da observação da imagem de campo brilhante por meio de TEM descrito acima e dos resultados da análise quantitativa por meio de TEM-EDS, cada camada é identificada e a espessura de cada camada é medida.
[00185] Uma área que tem um teor de Fe de 80% ou mais excluindo o ruído da medição é determinada como a folha de aço base, e uma área excluindo essa folha de aço base é determinada como a camada intermediária e o revestimento isolante (incluindo a camada contendo fosfeto cristalino).
[00186] No que diz respeito à área excluindo a folha de aço base identificada acima, a partir dos resultados da observação da imagem de campo brilhante e dos resultados da análise quantitativa por meio de TEM-EDS, uma área que tem um teor de Fe de menos de 80%, um teor de P de 5% ou mais, um teor de Si de menos de 20%, um teor de O de 50% ou mais, e um teor de Mg de 10% ou menos excluindo o ruído da medição é determinada como o revestimento isolante (incluindo a camada contendo fosfeto cristalino). Além disso, a fim de determinar a área que é o revestimento isolante (incluindo a camada contendo fosfeto cristalino), precipitados, inclusões, e similares que são contidos no revestimento isolante não são considerados como objetos da determinação, mas a área que satisfaz os resultados da análise quantitativa como uma matriz é determinada como o revestimento isolante (incluindo a camada contendo fosfeto cristalino).
[00187] Uma área excluindo a folha de aço base e o revestimento isolante (incluindo a camada contendo fosfeto cristalino) identificados acima é determinada como a camada intermediária. Essa camada intermediária pode satisfazer um teor de Fe de menos de 80% em média, um teor de P de menos de 5% em média, e um teor de Si de 20% ou mais em média, um teor de O de 50% ou mais em média, e um teor de Mg de 10% ou menos em média como a média de toda a camada intermediária. Além disso, os resultados da análise quantitativa da camada intermediária acima mencionada não incluem os resultados da análise dos precipitados, das inclusões, e similares contidos na camada intermediária, mas são resultados da análise quantitativa como uma matriz.
[00188] O segmento de linha (espessura) na linha de varredura da análise de linha é medido para a camada intermediária e o revestimento isolante (incluindo a camada contendo fosfeto cristalino) identificados acima. Quando a espessura de cada camada é 5 nm ou menos, é preferível usar um TEM que tem uma função de correção de aberração esférica do ponto de vista da definição espacial. Quando a espessura de cada camada é 5 nm ou menos, a análise de ponto é executada, por exemplo, a intervalos de 2 nm ao longo da direção da espessura, o segmento de linha (espessura) de cada camada é medido, e esse segmento de linha pode ser adotado como a espessura de cada camada. Por exemplo, quando é usado TEM que tem uma função de correção da aberração esférica, a análise de EDS pode ser executada com uma definição espacial de cerca de 0,2 nm.
[00189] A observação e a medição com o TEM acima mencionado são executadas em cinco lugares ou mais enquanto é mudado o campo visual observado. No que diz respeito aos resultados de medição obtidos de cinco lugares ou mais no total, um valor médio é calculado ao excluir o valor máximo e o valor mínimo dos valores, e esse valor médio é adotado como a espessura média da camada correspondente.
[00190] Na folha de aço de forno elétrico da presente invenção, a camada intermediária é incluída em contato com a folha de aço base, e o revestimento isolante (incluindo a camada contendo fosfeto cristalino) é incluído em contato com a camada intermediária. Portanto, em um caso de identificação de cada camada de acordo com o critério descrito acima, as camadas com exceção da folha de aço base, da camada intermediária, e do revestimento isolante (incluindo a camada contendo fosfeto cristalino) não são incluídas.
[00191] Além disso, as quantidades de Fe, P, Si, O, Mg e similares contidos na folha de aço base, na camada intermediária e no revestimento isolante descrito acima são um critério para a identificação da folha de aço base, da camada intermediária e do revestimento isolante e a obtenção das espessuras dos mesmos.
[00192] A seguir, é confirmado se uma camada contendo fosfeto cristalino é ou não incluída no revestimento isolante acima identificado.
[00193] Com base nos resultados da identificação do revestimento isolante (incluindo a camada contendo fosfeto cristalino), um corpo de prova incluindo o revestimento isolante é cortado pelo processo FIB de modo que a direção do corte seja paralela à direção da espessura (especificamente, um corpo de prova é cortado de modo que a seção transversal seja paralela à direção da espessura e perpendicular à direção da laminação), e a estrutura em seção transversal dessa seção transversal é observada com um TEM a uma ampliação em que o revestimento isolante é incluído no campo visual observado.
[00194] A difração de feixe de elétrons de área ampla é executada no revestimento isolante no campo visual observado com um diâmetro do feixe de elétrons menor do que 1/10 do revestimento isolante e 200 nm, e é verificado se alguma fase cristalina está ou não incluída na área irradiada pelo feixe de elétrons pelo padrão de difração de feixe de elétrons.
[00195] Em um caso no qual é possível confirmar que uma fase cristalina é incluída pelo padrão de difração de feixe de elétrons acima mencionado, a fase cristalina como um objeto é confirmada em uma imagem de campo brilhante, e a análise de ponto é executada na fase cristalina por meio de TEM-EDS. Como um resultado da análise de ponto por TEM-EDS, quando a composição química da fase cristalina como objeto contém Fe, Cr, P, O em uma quantidade total de 70% ou mais e 100% ou menos e 10% ou menos de Si, a fase cristalina pode ser determinada como sendo cristalina e uma fase contendo fósforo. Portanto, a fase cristalina é determinada como um fosfeto cristalino.
[00196] Tal como necessário, a difração de feixe de elétrons é executada na fase cristalina como o objeto com um feixe de elétrons estreitado de modo a obter a informação somente da fase cristalina como objeto, e a estrutura de cristal da fase cristalina como objeto é identificada a partir do padrão de difração de feixe de elétrons. Esta identificação pode ser executada ao usar o Powder Diffraction File (PDF) do International Centre for Diffraction Data (ICDD).
[00197] A partir dos resultados da análise de ponto de TEM-EDS e dos resultados da difração de feixe de elétrons descritos acima, pode ser determinado se a fase cristalina é ou não Fe3P, Fe2P, FeP, FeP2, Fe2P2O7, (Fe,Cr)3P, (Fe,Cr)2P, (Fe,Cr)P, (Fe,Cr)P2, ou (Fe,Cr)2P2O7.
[00198] Além disso, a identificação se a fase cristalina é Fe3P pode ser executada com base no PDF: nº. 01-089-2712. A identificação se a fase cristalina é Fe2P pode ser executada com base no PDF: nº. 01-078-
6749. A identificação se a fase cristalina é FeP pode ser executada com base no PDF: nº. 03-065-2595. A identificação se a fase cristalina é FeP2 pode ser executada com base no PDF: nº. 01-089-2261. A identificação se a fase cristalina é Fe2P2O7 pode ser executada com base no PDF: nº. 01-076-1762. A identificação se a fase cristalina é (Fe,Cr)3P pode ser executada com base no PDF: nº. 01-089-2712 para Fe3P ou no PDF: nº. 03-065-1607 para Cr3P. A identificação se a fase cristalina é (Fe,Cr)2P pode ser executada com base no PDF: nº. 01-078- 6749 para Fe2P ou no PDF: nº. 00-045-1238 para Cr2P. A identificação se a fase cristalina é (Fe,Cr)P pode ser executada com base no PDF: nº. 03-065-2595 para FeP ou no PDF: nº. 03-065-1477 para CrP. A identificação se a fase cristalina é (Fe,Cr)P2 pode ser executada com base no PDF: nº. 01-089-2261 para FeP2 ou no PDF: nº. 01-071-0509 para CrP2. A identificação se a fase cristalina é (Fe,Cr)2P2O7 pode ser executada com base no PDF: nº. 01-076-1762 para Fe2P2O7 ou no PDF: nº. 00-048-0598 para Cr2P2O7. Em um caso no qual a fase cristalina é identificada com base nos PDFs descritos acima, a identificação pode ser executada com um espaçamento interplanar de ±5% e em uma tolerância de ângulo interplanar de ±3°.
[00199] A confirmação (irradiação do feixe de elétrons de área ampla) se alguma fase cristalina é ou não incluída na área irradiada do feixe de elétrons é executada sequencialmente ao longo da direção da espessura da interface entre o revestimento isolante (incluindo a camada contendo fosfeto cristalino) e a camada intermediária para a superfície mais externa sem uma abertura, e a confirmação do padrão de difração de feixe de elétron é repetida até que seja confirmado que nenhuma fase cristalina é incluída na área irradiada por feixe de elétrons.
[00200] Com a repetição da irradiação do feixe de elétrons ao longo da direção da espessura, pode ser identificado se um fosfeto cristalino é ou não incluído no revestimento isolante e na área onde o fosfeto cristalino no revestimento isolante é incluído. A área onde o fosfeto cristalino é incluído no revestimento isolante é determinada como a camada contendo fosfeto cristalino.
[00201] No que diz respeito à camada contendo fosfeto cristalino identificada acima, é medido o segmento de linha (espessura) da camada contendo fosfeto cristalino na linha de varredura da irradiação de feixe de elétrons, isto é, o segmento de linha (espessura) da área onde o fosfeto cristalino é incluído no revestimento isolante na direção da espessura.
[00202] A confirmação descrita acima se a camada contendo fosfeto cristalino é ou não incluída no fosfeto cristalino é executada em cinco lugares ou mais enquanto é mudado o campo visual observado. No que diz respeito à espessura da camada contendo fosfeto cristalino obtida de cinco lugares ou mais no total, um valor médio é calculado ao excluir o valor máximo e o valor mínimo dos valores, e esse valor médio é adotado como a espessura média da camada contendo fosfeto cristalino.
[00203] Além disso, a fração da área de fosfeto cristalino é obtida pela análise de imagem baseada na camada contendo fosfeto cristalino identificada acima e no fosfeto cristalino identificado acima. Especificamente, a fração da área do fosfeto cristalino é obtida da área em seção transversal total da camada contendo fosfeto cristalino incluída na área sujeitada à irradiação de feixe de elétrons (irradiação de feixe de elétrons de área ampla) nos campos visuais observados de cinco lugares ou mais no total, e da área em seção transversal total do fosfeto cristalino incluído na camada contendo fosfeto cristalino. Por exemplo, um valor obtido ao dividir a área em seção transversal total acima mencionada do fosfeto cristalino pela área em seção transversal total acima mencionada da camada contendo fosfeto cristalino é adotado como a fração média da área do fosfeto cristalino. No que diz respeito à binarização da imagem para a análise de imagem, a binarização da imagem pode ser executada manualmente ao colorir a camada contendo fosfeto cristalino e o fosfeto cristalino na fotografia com base no resultado da identificação descrito acima do fosfeto cristalino.
[00204] Além disso, com base no fosfeto cristalino acima identificado, o diâmetro de círculo equivalente do fosfeto cristalino é obtido pela análise da imagem. Os diâmetros de círculo equivalentes de pelo menos cinco fosfetos cristalinos são obtidos em cada um dos campos visuais observados de cinco lugares ou mais, um valor médio é calculado ao excluir o valor máximo e o valor mínimo dos diâmetros equivalentes obtidos do círculo, e esse valor médio é adotado como o diâmetro de círculo equivalente médio do fosfeto cristalino. No que diz respeito à binarização da imagem para a análise de imagem, a binarização da imagem pode ser executada manualmente ao colorir o fosfeto cristalino na fotografia com base no resultado da identificação descrito acima do fosfeto cristalino.
[00205] O teor de Cr na área do revestimento isolante excluindo a camada contendo fosfeto cristalino pode ser obtido em termos da unidade pela análise quantitativa de SEM-EDS ou pela análise quantitativa de TEM-EDS.
[00206] Além disso, a Ra (aspereza média aritmética) da superfície da folha de aço base pode ser medida ao usar um dispositivo de medição da aspereza da superfície do tipo estilete.
[00207] A aderência de revestimento do revestimento isolante é avaliada ao realizar um teste de aderência de flexão. Um corpo de prova de 80 mm × 80 mm que tem um formato de placa lisa é enrolado em torno de uma barra redonda com um diâmetro de 20 mm e esticado até ficar plano, a área do revestimento isolante que não se desprende da folha de aço de forno elétrico é medida, um valor obtido ao dividir a área que não se desprende pela área da folha de aço é definido como a fração da área do revestimento restante (%), e a aderência de revestimento do revestimento isolante é avaliada. Por exemplo, o cálculo pode ser executado ao colocar uma película transparente com uma escala de grade de 1 mm no corpo de prova e ao medir a área do revestimento isolante que não se desprende.
[00208] A perda de ferro (W 17/50) da folha de aço elétrica orientada a grãos é medida a uma frequência de corrente alternada de 50 Hz e uma densidade de fluxo magnético induzida de 1,7 Tesla. Exemplos
[00209] A seguir, os efeitos de um aspecto da presente invenção serão descritos em detalhes com referência aos exemplos a seguir. No entanto, a condição nos exemplos é uma condição exemplificadora usada para confirmar a operabilidade e os efeitos da presente invenção, de modo que a presente invenção não seja limitada à condição exemplificadora. A presente invenção pode usar vários tipos de condições, contanto que as condições não desviem do âmbito da presente invenção e possam atingir o objetivo da presente invenção. Exemplo 1
[00210] Um pedaço de aço base que tem a composição mostrada na Tabela 1 foi tratado termicamente a 1150°C por 60 minutos e sujeitado então à laminação a quente para obter uma folha de aço laminada a quente que tem uma espessura de 2,3 mm. Em seguida, a folha de aço laminada a quente foi sujeitada ao recozimento de faixa quente em que a folha de aço laminada a quente foi mantida a 1120°C por 200 segundos, resfriada imediatamente, mantida a 900°C por 120 segundos, e então resfriada rapidamente. A folha recozida de faixa quente foi decapada e sujeitada então à laminação a frio para obter uma folha de aço laminada a frio que tem uma espessura final de 0,23 mm. Tabela 1 Pedaço Composição (% em massa) de Aço Si C Al Mn S N Base A 3,25 0,052 0,029 0,110 0,007 0,008
[00211] A folha de aço laminada a frio (daqui por diante indicada como "folha de aço") foi sujeitada ao recozimento com descarburação a 850°C por 180 segundos em uma atmosfera que contém hidrogênio:nitrogênio a 75%:25%. A folha de aço depois do recozimento com descarburação foi sujeitada ao recozimento com nitrificação a 750°C por 30 segundos em uma atmosfera mista de hidrogênio- nitrogênio-amônio para controlar o teor de nitrogênio da folha de aço a 230 ppm.
[00212] Um separador de recozimento que contém alumina como um componente principal foi aplicado à folha de aço após o recozimento com nitrificação. Subsequentemente, a folha de aço foi sujeitada ao recozimento final ao ser aquecida até 1200°C a uma taxa de aquecimento de 15°C/h em uma atmosfera mista de hidrogênio e nitrogênio, e então sujeitada ao recozimento com purificação ao ser mantida a 1200°C por 20 horas em uma atmosfera de hidrogênio. Em seguida, a folha de aço foi resfriada naturalmente, por meio do que uma folha de aço base que tem uma superfície lisa foi obtida.
[00213] A folha de aço base obtida foi recozida a 950°C por 240 segundos em uma atmosfera de 25% de N2 + 75% de H2 com um ponto de orvalho de -2°C, por meio do que uma camada intermediária que contém principalmente óxido de silício e que tem uma espessura média de 9 nm foi formada sobre a superfície da folha de aço base.
[00214] Uma solução de formação da camada contendo fosfeto cristalino que tem um fosfeto cristalino foi aplicada à camada intermediária que contém principalmente óxido de silício e cozida, por meio do que uma camada contendo fosfeto cristalino foi formada. A fim de formar de maneira confiável a camada contendo fosfeto cristalino em contato com a camada intermediária que contém principalmente óxido de silício na área inferior de um revestimento isolante e de assegurar de maneira confiável as propriedades de isolamento do revestimento isolante, uma solução de formação de revestimento isolante também foi aplicada e cozida, por meio do que o revestimento isolante que não contém nenhum fosfeto cristalino foi formado. Tal como descrito acima, os tratamentos de aplicação e cozimento foram executados duas vezes.
[00215] No primeiro tratamento, uma solução obtida ao agitar e misturar 0 a 40 partes em massa de um pó fino de um ou dois ou mais fosfetos cristalinos de FeP, (Fe,Cr)P, Fe2P, (Fe,Cr)2P, Fe3P, FeP2, Fe2P2O7 e (Fe,Cr)2P2O7 em 100 partes em massa de uma solução que contém principalmente uma solução aquosa de fosfato de magnésio, sílica coloidal e anidrido crômico foi usada como uma solução de formação da camada contendo fosfeto cristalino, e a solução de formação da camada contendo fosfeto cristalino foi aplicada a X (= 1/10 a 1/2) vezes a quantidade típica de aplicação e cozida sob as condição de recozimento com cozimento mostradas na Tabela 2.
[00216] O tamanho de grão do fosfeto cristalino misturado na solução de formação da camada contendo fosfeto cristalino era de 10 a 300 nm em termos do diâmetro médio com exceção do corpo de prova A5. O tamanho de grão do fosfeto cristalino misturado na solução de formação da camada contendo fosfeto cristalino usada para a produção do corpo de prova A5 era maior do que 300 nm em termos do diâmetro médio.
[00217] No resfriamento após o cozimento, o grau de oxidação PH2O/PH2 da atmosfera durante o resfriamento foi ajustado tal como segue com exceção do corpo de prova A9 de modo que a camada contendo fosfeto cristalino não absorvesse umidade a caminho do resfriamento (contração térmica) e o fosfeto cristalino não se deteriorasse.
[00218] Faixa de temperatura da temperatura de cozimento a 700°C: PH2O/PH2 ≤ 0,01
[00219] Faixa de temperatura de 700°C a 300°C: PH2O/PH2 ≤ 0,008
[00220] Por meio da aplicação, cozimento e resfriamento, o fosfeto cristalino pode ser distribuído na área inferior do revestimento isolante e a camada contendo fosfeto cristalino em contato com a camada intermediária pode ser formada.
[00221] No segundo tratamento, uma solução de formação de revestimento isolante que contém não contém o fosfeto cristalino tal como descrito acima foi aplicada a (1-X) vezes a quantidade de aplicação típica (vide a Tabela 3) e cozida sob as mesmas condições de recozimento que aquelas no primeiro tratamento. Por essa aplicação e cozimento, o revestimento isolante que não contém nenhum fosfeto cristalino e que tem boas propriedades de isolamento pode ser formado na camada contendo fosfeto cristalino.
[00222] A Tabela 2 mostra as condições de aplicação, cozimento e resfriamento para o primeiro tratamento.
Tabela 2 Corpo Quantidade de Fosfeto Razão de Grau de Tempera Tempo de Grau de oxidação da Observações de aplicação para cristalino massa do oxidação da tura de contenção atmosfera durante o prova o primeiro misturado na fosfeto atmosfera coziment (s) resfriamento tratamento solução de cristalino durante o o (°C) (PH2O/PH2) (mg/m2) aplicação misturado (%) cozimento Temperatura 700 ~ (PH2O/PH2) de cozimento 300°C ~700°C A1 0,5 - - 0,15 800 120 0,007 0,007 Exemplo comparativo A2 0,5 Fe3P 5 0,15 800 120 0,007 0,007 Exemplo da invenção A3 1,0 Fe2P 5 0,1 820 90 0,007 0,007 Exemplo da invenção
49/54 A4 1,0 Fe2P 40 0,1 820 90 0,007 0,007 Exemplo da invenção A5 1,5 FeP 10 0,06 840 45 0,01 0,005 Exemplo da (graúdo) invenção A6 1,5 FeP 1 0,06 840 45 0,01 0,005 Exemplo da invenção A7 2,0 FeP, FeP2 15 0,06 840 45 0,005 0,005 Exemplo da invenção A8 2,0 Fe2P2O7 10 0,015 860 30 0,006 0,006 Exemplo da invenção A9 2,0 Fe2P2O7 10 0,015 860 30 0,015 0,015 Exemplo da invenção A10 2,5 Fe2P2O7 10 0,015 860 30 0,006 0,006 Exemplo da invenção A11 5,0 - - 0,15 810 120 0,007 0,007 Exemplo comparativo
[00223] Com base nos métodos de observação e medição descritos acima, um corpo de prova foi cortado a partir da folha de aço elétrica orientada a grãos em que o revestimento isolante é formado, a estrutura em camadas do corpo de prova foi observada com um microscópio eletrônico de varredura (SEM) ou um microscópio eletrônico de transmissão (TEM), e a espessura do revestimento isolante e a espessura da camada contendo fosfeto cristalino foram medidas.
[00224] Na imagem de TEM da camada contendo fosfeto cristalino, a composição química do fosfeto cristalino foi analisada por meio de TEM-EDS, e a estrutura do fosfeto cristalino foi identificada por meio de difração de feixe de elétrons.
[00225] Na imagem de TEM da camada contendo fosfeto cristalino, a matriz (porção do revestimento isolante) e o fosfeto cristalino foram binarizados e distinguidos um do outro, e a partir da área em seção transversal total do fosfeto cristalino, a fração da área (%) do fosfeto cristalino foi calculada por meio da análise de imagem.
[00226] Na imagem de TEM da camada contendo fosfeto cristalino, a matriz (porção do revestimento isolante) e o fosfeto cristalino foram binarizados e distinguidos um do outro, e o diâmetro de círculo equivalente do fosfeto cristalino foi obtido por meio da análise da imagem. Os resultados são mostrados na Tabela 3.
[00227] Em seguida, um corpo de prova de 80 mm x 80 mm foi cortado a partir da folha de aço elétrica orientada a grãos na qual o revestimento isolante foi formado, e enrolado em torno de uma barra redonda com um diâmetro de 20 mm e esticado até ficar plano, a área do revestimento isolante que não se desprende da folha de aço de forno elétrico foi medida, e a fração da área do revestimento restante foi calculada. Os resultados também são mostrados na Tabela 3.
Tabela 3 Corpo Quantidade Espessura do Camada contendo fosfeto cristalino Fração total Fração da Perda Observações de de revestimento Espessura Fosfeto Tamanho da área em área do de prova aplicação isolante contido (µm) cristalino médio de seção revestimento ferro para o na camada grão transversal remanescente W17/50 segundo contendo fosfeto (nm) do fosfeto (%) (W/kg) tratamento cristalino (µm) cristalino (mg/m2) A1 4,5 3,8 - - - - 83 0,71 Exemplo comparativo A2 4,5 3,9 0,4 Fe3P 7 8 93 0,63 Exemplo da invenção A3 4,0 3,9 0,7 Fe2P 32 9 96 0,63 Exemplo da invenção
51/54 A4 4,0 3,9 1,1 Fe2P, 91 55 84 0,67 Exemplo da (Fe,Cr)2P invenção A5 3,5 4,0 1,3 FeP (graúdo) 445 15 85 0,69 Exemplo da invenção A6 3,5 4,0 1,2 FeP, 33 3 86 0,66 Exemplo da invenção A7 3,0 4,1 1,6 FeP, FeP2, 64 25 95 0,64 Exemplo da (Fe,Cr)P invenção A8 3,0 4,1 1,5 FeP2O7, 126 17 94 0,64 Exemplo da (Fe,Cr)2P2O7 invenção A9 3,0 4,1 1,6 FeP2O7, 336 14 87 0,68 Exemplo da (Fe,Cr)2P2O7 invenção A10 2,5 4,2 2,2 Fe2P2O7, 252 16 89 0,70 Exemplo da (Fe,Cr)2P2O7 invenção A11 - 3,8 - - - - 82 0,71 Exemplo comparativo
[00228] Embora não seja mostrado na tabela, a composição química do fosfeto cristalino contido na camada contendo fosfeto cristalino incluiu Fe, Cr, P e O em uma quantidade total de 70% ou mais e 100% ou menos, e 10% ou menos de Si.
[00229] Pode ser observado que, nos exemplos da invenção que têm a camada contendo fosfeto cristalino, a fração da área do revestimento restante era maior e a aderência de revestimento do revestimento isolante era significativamente superior àquelas dos Exemplos Comparativos A1 e A11 que não tem nenhuma camada contendo fosfeto cristalino. Considera-se que a tensão acumulada no interior foi relaxada pela coexistência de materiais amorfos e cristalinos na camada contendo fosfeto cristalino de uma maneira bem equilibrada, e desse modo a uniformidade na aderência de revestimento tinha desaparecido.
[00230] Em particular, nos corpos de prova A2, A3, A7 e A8, uma vez que a quantidade e o tamanho do fosfeto cristalino incluído, e a espessura da camada contendo fosfeto cristalino sejam apropriados, não somente a aderência de revestimento, mas também as características da perda de ferro são extremamente excelentes.
[00231] Por outro lado, considera-se que, uma vez que a fração total da área em seção transversal do fosfeto cristalino na camada contendo fosfeto cristalino do corpo de prova A4 era tão elevada quanto 55%, a proporção de materiais amorfos era pequena e, por outro lado, uma vez que a fração total da área em seção transversal do fosfeto cristalino na camada contendo fosfeto cristalino do corpo de prova A6 era tão baixa quanto 3%, a proporção de materiais cristalinos era pequena, e a aderência de revestimento só foi ligeiramente melhorada.
[00232] Considera-se que, uma vez que o tamanho de grão médio do fosfeto cristalino do corpo de prova A5 era tão grande como 445 nm e o tamanho de grão médio do fosfeto cristalino do corpo de prova A9 era tão grande quanto 336 nm, o fosfeto cristalino se transformou na origem de uma fratura devido à concentração da tensão, e a aderência de revestimento foi apenas ligeiramente melhorada. Embora a camada contendo fosfeto cristalino do corpo de prova A9 correspondesse à configuração da presente invenção, uma vez que o grau de oxidação PH2O/PH2 da atmosfera durante o resfriamento depois do cozimento era maior do que 0,01, havia a possibilidade de que a camada contendo fosfeto cristalino pudesse absorver uma pequena quantidade de umidade a caminho do resfriamento, a aderência de revestimento pudesse deteriorar, e a fase cristalina pudesse ser degradada por algum mecanismo.
[00233] Considera-se que, embora a aderência de revestimento do corpo de prova A10 seja boa, o revestimento isolante que não tem nenhuma camada contendo fosfeto cristalino era fino, de modo que a tensão na folha de aço não pudesse ser maximizada e as características da perda de ferro fosse melhorada apenas ligeiramente.
[00234] Embora o (Fe,Cr)2P fosse detectado no corpo de prova A4, o (Fe,Cr)P no corpo de prova A7, e o (Fe,Cr)2P2O7 nos corpos de prova A8 a A10, estes foram formados pela reação entre o Cr derivado do anidrido crômico contido na solução de formação de revestimento isolante e o fosfeto cristalino. A razão de substituição entre Cr e Fe estava em uma faixa de 5% a 65% pela razão atômica.
[00235] Além disso, um teste foi realizado sob as mesmas condições de fabricação que aquelas do corpo de prova A2 descrito acima, mas apenas mudando o fosfeto cristalino misturado na solução de formação da camada contendo fosfeto cristalino.
[00236] O corpo de prova A12 foi fabricado ao misturar o (Fe,Cr)3P na solução, e foi confirmado que o (Fe,Cr)3P foi incluído na camada contendo fosfeto cristalino.
[00237] O corpo de prova A13 foi fabricado ao misturar o (Fe,Cr)P2 na solução, e foi confirmado que o (Fe,Cr)P2 foi incluído na camada contendo fosfeto cristalino.
[00238] Foi confirmado que os resultados da avaliação dos corpos de prova A12 e A13 eram equivalentes aos resultados da avaliação do corpo de prova A2. Aplicabilidade Industrial
[00239] De acordo com o aspecto da presente invenção, é possível obter uma folha de aço elétrica orientada a grãos provida com um revestimento isolante que não tem nenhuma uniformidade na aderência de revestimento, isto é, uma folha de aço elétrica orientada a grãos excelente na aderência de revestimento do revestimento isolante mesmo sem uma película de forsterita. Portanto, a aplicabilidade industrial é elevada. Breve Descrição dos Símbolos de Referência 1 folha de aço base 2 película de forsterita 3 revestimento isolante 4 camada intermediária 5 fosfeto cristalino 6 camada contendo fosfeto cristalino

Claims (7)

REIVINDICAÇÕES
1. Folha de aço elétrica orientada a grãos, caracterizada pelo fato de que compreende: uma folha de aço base; uma camada intermediária arranjada em contato com a folha de aço base; e um revestimento isolante arranjado em contato com a camada intermediária para ser uma superfície mais externa, em que o revestimento isolante tem uma camada contendo fosfeto cristalino que contém um fosfeto cristalino em uma área em contato com a camada intermediária quando é vista uma seção transversal cuja direção de corte é paralela a uma direção da espessura.
2. Folha de aço elétrica orientada a grãos de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma espessura média da camada contendo fosfeto cristalino é 1/10 ou mais e 1/2 ou menos de uma espessura média do revestimento isolante quando vista em seção transversal.
3. Folha de aço elétrica orientada a grãos de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que uma fração da área do fosfeto cristalino na camada contendo fosfeto cristalino é de 5% a 50% em média quando vista em seção transversal.
4. Folha de aço elétrica orientada a grãos de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que um diâmetro de círculo equivalente do fosfeto cristalino é de 5 a 300 nm na média quando vista em seção transversal.
5. Folha de aço elétrica orientada a grãos de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o fosfeto cristalino contém 70% ou mais e 100% ou menos no total de Fe, Cr, P e O, e limita o Si a 10% ou menos, como uma composição química.
6. Folha de aço elétrica orientada a grãos de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que pelo menos um elemento selecionado do grupo que consiste em FeP, Fe2P, Fe3P, FeP2 e Fe2P2O7 é contido como fosfeto cristalino.
7. Folha de aço elétrica orientada a grãos de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizada pelo fato de que pelo menos um elemento selecionado do grupo que consiste em (Fe,Cr)P, (Fe,Cr)2P, (Fe,Cr)3P, (Fe,Cr)P2 e (Fe,Cr)2P2O7 é contido como fosfeto cristalino.
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