無取向硅鋼含鉻絕緣涂層層間電阻和膜重的分析和應用

趙從文，張振海

（馬鞍山鋼鐵股份有限公司冷軋總廠，安徽馬鞍山 243000）

引言

硅鋼是各類電器鐵芯必不可少的材料，需求量隨著電力工業的發展和人民生活水平的改善而不斷增加。近年來，中國硅鋼產業正在從高速發展向高質量發展邁進，用戶對硅鋼的質量要求也在逐漸提高，中高端產品市場開始初步形成。各類新標準的頒布實施、技術改造及工藝的優化和突破促使中高端產品的質量穩定[1]。對標國內先進硅鋼生產企業，在硅鋼涂層檢測方面較為豐富，而部分鋼企僅對涂層附著力性能進行出廠檢測。

硅鋼層間電阻對電機穩定可靠運行具有重要的影響，過低的層間電阻往往會導致電機運行過程中涂層被擊穿，絕緣性喪失，出現電機溫升超標、效率下降等問題，嚴重時會導致電機燒毀。而過高的層間電阻又會帶來產品鉚接力不夠、焊接性變差、制造成本上升等一系列問題[2]。因此需要根據電機的具體使用工況，確定合適的層間電阻。

部分鋼企在線生產過程中，對于涂層方面的控制主要是通過在線監測附著力、抽檢層間電阻的方式來進行。對于涂層層間電阻的控制手段欠缺，這與用戶越來越嚴格的用戶需求不相符。而采用膜重測量結果，來調整涂覆量，從而實現層間電阻的穩定、精確控制，因其操作可量化、且相對簡單，在硅鋼生產企業得到廣泛使用[3]。在該工作的推進過程中，需要生產企業依據自身使用涂料的特點，建立絕緣涂層層間電阻與膜重之間的影響規律。

探討依據現有無取向硅鋼含鉻涂料特點，采用X射線熒光測試儀、層間電阻測試儀、掃描電鏡等設備檢測得到層間電阻和膜重相關數據，初步制定了層間電阻與膜重的控制標準，分析了層間電阻與膜重之間的影響規律，為生產線采用膜重控制涂層層間電阻提供技術指導。

1 試驗材料與方法

試驗材料為現場生產的無取向硅鋼經過退火后涂層的成品板，經高精度剪板機剪切成規格為150×200 mm 的層間電阻試樣共116 片，經沖片機加工成直徑為50 mm 的膜重試樣共116 片，層間電阻測試儀檢測的電流數據經過計算得出層間電阻值，膜重則根據某涂料廠家提供的標樣，在X 射線熒光光譜儀上建立Cr含量變化曲線，通過所測樣品中的Cr含量數據來表示膜重。

2 結果與分析

2.1 層間電阻與膜重數據檢測

對試樣進行層間電阻和膜重檢測，如圖1 所示為層間電阻和膜重檢測結果。

圖1 層間電阻和膜重檢測結果

從圖1 可知，單面層間電阻在120～980 Ω·mm2之間，波動范圍較大，分布不均勻，初步分析有以下幾個方面原因。

（1）涂覆過程受來料板形、粗糙度的影響，板形差容易造成涂覆不良，層間電阻變低。

（2）不同班組的操作工對干燥爐和燒結爐的實際溫度設定存在10℃左右的溫度偏差，同時也可能受到在切換鋼種過程中溫度波動的影響。

（3）涂層機在使用過程中刻槽的磨損也會使得涂層不均勻，層間電阻波動大。

（4）兩輥涂層機的制約性，使得其對涂覆過程難以精確控制。而相比于層間電阻，膜重波動范圍較窄，分布相對均勻，單面Cr 含量范圍在100～400 mg/m2之間。

2.2 層間電阻與膜重數據分析

對層間電阻數據進行分析，計算其各段分布的比例，如表1 所列。前期生產現場層間電阻內控值確定為雙面電阻之和≥100 Ω·mm2/片即為合格品，由此造成的結果是層間電阻幾乎沒有不合格的，這也與我們實際統計的數據相符，當層間電阻≥100 Ω·mm2/片時，合格率為100%。顯而易見，內控值確定為≥100 Ω·mm2/片是無意義的，不合適的。當內控值定為≥150 Ω·mm2/片時，合格率為97.39%，此時合格率依然是偏高的；當內控值定為≥200 Ω·mm2/片時，合格率為88.69%；當內控值定為≥250 Ω·mm2/片時，合格率為82.61%；當內控值定為≥300 Ω·mm2/片時，合格率為75.65%，此時合格率偏低；當內控值定為≥350 Ω·mm2/片時，合格率為66.96%，合格率偏低。考慮到實際生產的順行，認為內控值定為≥200 Ω·mm2/片是合適的，同時注意到層間電阻在100～150 Ω·mm2/片時，合格率2.61%；在150～200 Ω·mm2/片時，合格率8.7%；在200～250 Ω·mm2/片時，合格率6.08%。因此，內控值定為≥200 Ω·mm2/片時，也有足夠的提升空間，在對現場各項工作進行改善后，合格率更容易提升。

表1 層間電阻數據分布

由于前期并無膜重方面的內控標準，根據此次測定的膜重數據，參考層間電阻內控標準的建立思路，初步制定膜重的內控范圍。統計膜重數據分布范圍如表2 所列。由表可知，當內控值≥100 mg/m2時，合格率為100%，此時內控值無實際意義；當內控值≥120 mg/m2時，合格率為97.84%，此時合格率依然偏高；當內控值≥140 mg/m2時，合格率為93.53%，合格率偏高；當內控值≥160 mg/m2時，合格率為87.07%；當內控值≥180 mg/m2時，合格率為70.69%，合格率偏低；當內控值≥200 mg/m2時，合格率為49.14%，合格率偏低。內控值為≥160 mg/m2較為合適，同時統計膜重在140～160 mg/m2時，合格率6.46%；在160～180 mg/m2時，合格率16.38%。綜上，在保證生產順行及足夠提升空間的前提下，膜重內控值為≥160 mg/m2。

表2 膜重數據分布

2.3 影響規律分析

如圖2所示為層間電阻與膜重變化趨勢圖。由圖可知，當膜重小于500 mg/m2時，層間電阻隨著膜重的增加而升高，整體呈拋物線形式；而膜重范圍在500～550 mg/m2時，膜重變化不大，但層間電阻差距較為明顯。分別選取膜重接近的試樣（約532 mg/m2）進行微觀形貌觀察，如圖3所示。由圖可知，在膜重無明顯差別時，圖3（a）表面整體平整緊實，無明顯開裂及疏松現象；圖3（b）表面凹凸不平，有類似氣泡產生。可以看出在膜重接近時，薄涂層板面控制較為穩定，層間電阻差距不大，而厚涂層板面控制波動較大，層間電阻差距較為明顯。

圖2 層間電阻和膜重變化趨勢

圖3 不同層間電阻下微觀形貌

3 結論

（1）在保證生產順行的情況下，建議層間電阻內控值為≥200 Ω·mm2/片；膜重內控值為≥160 mg/m2；

（2）當膜重小于500 mg/m2時，層間電阻隨著膜重的增加而升高，整體呈拋物線形式；而膜重范圍在500～550 mg/m2時，膜重變化不大，但層間電阻差距較為明顯。