無取向硅鋼板涂層表面缺陷原因分析

(1. 上海材料研究所, 上海 200437; 2. 寶山鋼鐵股份有限公司, 上海 201900)

硅鋼板的制造技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量是衡量一個(gè)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(qiáng)度高、節(jié)能降耗等特點(diǎn)，被譽(yù)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(jī)、電器、變壓器、電工儀表等家電行業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域[1-2]。無取向硅鋼板作為電機(jī)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[3-5]。

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(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的改進(jìn)建議。

1 理化檢驗(yàn)

1.1 宏觀觀察

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。

1.2 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(jìn)行化學(xué)成分分析，結(jié)果見表1。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。

圖1 無取向硅鋼板涂層表面缺陷宏觀形貌Fig.1 Macro morphology of the coating surface defects of the non-oriented silicon steel plate

1.3 硬度測試

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

1.4 能譜分析

采用能譜(EDS)儀對無取向硅鋼板的涂層缺陷進(jìn)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。結(jié)果表明，淡黃色缺陷和白色缺陷均含有鉻元素。

表1 無取向硅鋼板的化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))Tab.1 Chemical compositions of the non-oriented silicon steel plate (mass fraction) %

表2 無取向硅鋼板的硬度測試結(jié)果Tab.2 Hardness test results of the non-oriented silicon steel plate HV1

圖2 無取向硅鋼板涂層缺陷EDS分析位置Fig.2 EDS analysis locations of the coating defects of the non-oriented silicon steel plate:a) the light yellow defect; b) the white defect

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?jǐn)?shù))Tab.3 EDS analysis results of chromium element of the coating defects of the non-oriented silicon steel plate (mass fraction)

1.5 涂層厚度測試

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

表4 無取向硅鋼板的涂層厚度測試結(jié)果Tab.4 Coating thickness test results of the non-oriented silicon steel plate g·m-2

2 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。現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)涂層機(jī)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(shí)產(chǎn)生，當(dāng)生產(chǎn)比之前寬的硅鋼板時(shí)，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(jìn)行寬、窄硅鋼板產(chǎn)品切換時(shí)，涂層機(jī)沒有按技術(shù)要求進(jìn)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)。

圖3 非環(huán)保涂料殘留位置示意圖Fig.3 Schematic of residual position of the non-green coatings

3 結(jié)論及建議

該無取向硅鋼板在生產(chǎn)過程中進(jìn)行了寬度規(guī)格的切換，生產(chǎn)窄硅鋼板時(shí)殘留的非環(huán)保涂料與生產(chǎn)寬硅鋼板時(shí)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(yán)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(jī)組運(yùn)行過渡卷時(shí)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(jì)劃，有寬度變化的產(chǎn)品切換時(shí)，中間應(yīng)通入過渡卷，以保證產(chǎn)品切換順利。