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無取向硅鋼

 

硅鋼板的制造技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量是衡量一個國家高端鋼生產(chǎn)能力和科技發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。無取向硅鋼具有鐵損低、矯頑力小、磁導(dǎo)率和磁感應(yīng)強度高、節(jié)能降耗等特點，被譽為鋼鐵產(chǎn)品中的“工藝品”，憑借其優(yōu)異的磁性能被廣泛應(yīng)用于電機、電器、變壓器、電工儀表等家電行業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域。

 

無取向硅鋼板作為電機的鐵芯材料，為減少鐵芯的渦流損失，需要在無取向硅鋼板表面涂覆絕緣涂層。無取向硅鋼板的涂層以是否含有鉻元素可大體分為非環(huán)保涂層和環(huán)保涂層，涂層質(zhì)量的好壞直接影響著無取向硅鋼板的使用性能。不好的涂層質(zhì)量使得無取向硅鋼板的耐蝕性、沖片性和焊接性降低，還可能影響無取向硅鋼板的層間絕緣能力，導(dǎo)致無取向硅鋼板產(chǎn)品渦流損耗大。

 

事故背景

 

某無取向硅鋼板在生產(chǎn)過程中涂層表面出現(xiàn)缺陷，筆者采用宏觀觀察、化學(xué)成分分析、硬度測試、能譜分析及涂層厚度測試等方法對缺陷產(chǎn)生的原因進行了分析，并提出了相應(yīng)的改進建議。

 

理化檢驗

 

1、宏觀觀察

圖1 無取向硅鋼板涂層表面缺陷宏觀形貌

 

無取向硅鋼板涂層缺陷的宏觀形貌如圖1所示，可見缺陷處有肉眼可見的淡黃色、白色斑塊，觸之手感粗糙，不符合企業(yè)技術(shù)要求。

 

2、化學(xué)成分分析

 

使用CX-9900型直讀光譜儀對無取向硅鋼板涂層缺陷處和非缺陷處的基板進行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表1。

 

表1 無取向硅鋼板的化學(xué)成分(質(zhì)量分數(shù))%

 

結(jié)果表明，缺陷處和非缺陷處基板的化學(xué)成分均符合企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)對無取向硅鋼板基板的技術(shù)要求。

 

3、硬度測試

 

使用HVS-5型顯微硬度計對無取向硅鋼板的涂層缺陷處和非缺陷處進行硬度測試，試驗載荷為9.8N(1kgf)，保持載荷時間10s，試驗結(jié)果見表2，可見硬度均符合企業(yè)技術(shù)要求。

 

表2 無取向硅鋼板的硬度測試結(jié)果HV1

 

4、能譜分析

 

采用能譜(EDS)儀對無取向硅鋼板的涂層缺陷進行分析，淡黃色缺陷的測試位置如圖2a)所示，白色缺陷的測試位置如圖2b)所示，鉻元素的測試結(jié)果見表3。

 

圖2 無取向硅鋼板涂層缺陷EDS分析位置

 

表3 無取向硅鋼板涂層缺陷的鉻元素的分析結(jié)果(質(zhì)量分數(shù))%

 

結(jié)果表明，淡黃色缺陷和白色缺陷均含有鉻元素。

 

5、涂層厚度測試

 

采用膜厚儀對無取向硅鋼板的涂層缺陷進行厚度測試，測試結(jié)果，見表4。

 

表4 無取向硅鋼板的涂層厚度測試結(jié)果g·m-2

 

結(jié)果表明，淡黃色缺陷處的涂層厚度比技術(shù)要求值的要薄，而白色缺陷處的涂層厚度比技術(shù)要求值的要厚，這表明涂層缺陷處的涂層厚度不均。

 

分析與討論

 

該無取向硅鋼板涂層缺陷處和非缺陷處的基板化學(xué)成分均符合企業(yè)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)對無取向硅鋼板基板的技術(shù)要求，且涂層缺陷處和非缺陷處的硬度均符合技術(shù)要求，說明涂層缺陷的產(chǎn)生與化學(xué)成分無關(guān)。

 

EDS分析結(jié)果表明淡黃色缺陷和白色缺陷含有鉻元素。涂層厚度測試結(jié)果表明淡黃色缺陷處的涂層厚度比技術(shù)要求值的要薄，而白色缺陷處的涂層厚度比技術(shù)要求值的要厚，涂層缺陷處存在涂層厚度不均。

 

該無取向硅鋼板涂層為環(huán)保涂層，企業(yè)技術(shù)要求該涂層不應(yīng)含有鉻元素，查閱生產(chǎn)記錄可知生產(chǎn)線之前生產(chǎn)的產(chǎn)品是含有鉻元素的非環(huán)保涂層無取向硅鋼板，由此推測在生產(chǎn)過程中含有鉻元素的非環(huán)保涂料與不含有鉻元素的環(huán)保涂料不相容，導(dǎo)致無取向硅鋼板涂層不均的發(fā)生。

 

圖3 非環(huán)保涂料殘留位置示意圖

 

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)涂層機與硅鋼板接觸的兩根轉(zhuǎn)向輥表面都有黃色印跡，該印跡應(yīng)為殘留的非環(huán)保涂料。非環(huán)保涂料殘留位置如圖3所示，由殘留的非環(huán)保涂料出現(xiàn)的位置推測，殘留的非環(huán)保涂料為生產(chǎn)窄硅鋼板時產(chǎn)生，當(dāng)生產(chǎn)比之前寬的硅鋼板時，涂料被蹭到了寬硅鋼板上，與寬硅鋼板上的環(huán)保涂料不相容，導(dǎo)致了涂層缺陷的產(chǎn)生。這說明在進行寬、窄硅鋼板產(chǎn)品切換時，涂層機沒有按技術(shù)要求進行徹底清洗，才使得兩種涂料混在一起，導(dǎo)致了涂層不均的出現(xiàn)。

 

結(jié)論及建議

 

該無取向硅鋼板在生產(chǎn)過程中進行了寬度規(guī)格的切換，生產(chǎn)窄硅鋼板時殘留的非環(huán)保涂料與生產(chǎn)寬硅鋼板時的環(huán)保涂料不相容，導(dǎo)致了該無取向硅鋼板涂層缺陷的產(chǎn)生，出現(xiàn)了涂層不均的現(xiàn)象。

 

建議嚴格規(guī)范涂層工序中轉(zhuǎn)向輥表面清洗方案，在切換環(huán)保涂料前機組運行過渡卷時擦拭干凈轉(zhuǎn)向輥表面，確保轉(zhuǎn)向輥表面無殘留的非環(huán)保涂料；合理安排生產(chǎn)計劃，有寬度變化的產(chǎn)品切換時，中間應(yīng)通入過渡卷，以保證產(chǎn)品切換順利。

 

作者：陳漫，助理工程師，上海材料研究所