無取向硅鋼含鉻絕緣涂層層間電阻和膜重的分析和應(yīng)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(yè)的發(fā)展和人民生活水平的改善而不斷增加。近年來，中國硅鋼產(chǎn)業(yè)正在從高速發(fā)展向高質(zhì)量發(fā)展邁進(jìn)，用戶對(duì)硅鋼的質(zhì)量要求也在逐漸提高，中高端產(chǎn)品市場(chǎng)開始初步形成。各類新標(biāo)準(zhǔn)的頒布實(shí)施、技術(shù)改造及工藝的優(yōu)化和突破促使中高端產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定[1]。對(duì)標(biāo)國內(nèi)先進(jìn)硅鋼生產(chǎn)企業(yè)，在硅鋼涂層檢測(cè)方面較為豐富，而部分鋼企僅對(duì)涂層附著力性能進(jìn)行出廠檢測(cè)。

硅鋼層間電阻對(duì)電機(jī)穩(wěn)定可靠運(yùn)行具有重要的影響，過低的層間電阻往往會(huì)導(dǎo)致電機(jī)運(yùn)行過程中涂層被擊穿，絕緣性喪失，出現(xiàn)電機(jī)溫升超標(biāo)、效率下降等問題，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電機(jī)燒毀。而過高的層間電阻又會(huì)帶來產(chǎn)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(jù)電機(jī)的具體使用工況，確定合適的層間電阻。

部分鋼企在線生產(chǎn)過程中，對(duì)于涂層方面的控制主要是通過在線監(jiān)測(cè)附著力、抽檢層間電阻的方式來進(jìn)行。對(duì)于涂層層間電阻的控制手段欠缺，這與用戶越來越嚴(yán)格的用戶需求不相符。而采用膜重測(cè)量結(jié)果，來調(diào)整涂覆量，從而實(shí)現(xiàn)層間電阻的穩(wěn)定、精確控制，因其操作可量化、且相對(duì)簡(jiǎn)單，在硅鋼生產(chǎn)企業(yè)得到廣泛使用[3]。在該工作的推進(jìn)過程中，需要生產(chǎn)企業(yè)依據(jù)自身使用涂料的特點(diǎn)，建立絕緣涂層層間電阻與膜重之間的影響規(guī)律。

探討依據(jù)現(xiàn)有無取向硅鋼含鉻涂料特點(diǎn)，采用X射線熒光測(cè)試儀、層間電阻測(cè)試儀、掃描電鏡等設(shè)備檢測(cè)得到層間電阻和膜重相關(guān)數(shù)據(jù)，初步制定了層間電阻與膜重的控制標(biāo)準(zhǔn)，分析了層間電阻與膜重之間的影響規(guī)律，為生產(chǎn)線采用膜重控制涂層層間電阻提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)材料與方法

試驗(yàn)材料為現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的無取向硅鋼經(jīng)過退火后涂層的成品板，經(jīng)高精度剪板機(jī)剪切成規(guī)格為150×200 mm 的層間電阻試樣共116 片，經(jīng)沖片機(jī)加工成直徑為50 mm 的膜重試樣共116 片，層間電阻測(cè)試儀檢測(cè)的電流數(shù)據(jù)經(jīng)過計(jì)算得出層間電阻值，膜重則根據(jù)某涂料廠家提供的標(biāo)樣，在X 射線熒光光譜儀上建立Cr含量變化曲線，通過所測(cè)樣品中的Cr含量數(shù)據(jù)來表示膜重。

2 結(jié)果與分析

2.1 層間電阻與膜重?cái)?shù)據(jù)檢測(cè)

對(duì)試樣進(jìn)行層間電阻和膜重檢測(cè)，如圖1 所示為層間電阻和膜重檢測(cè)結(jié)果。

圖1 層間電阻和膜重檢測(cè)結(jié)果

從圖1 可知，單面層間電阻在120～980 Ω·mm2之間，波動(dòng)范圍較大，分布不均勻，初步分析有以下幾個(gè)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(duì)干燥爐和燒結(jié)爐的實(shí)際溫度設(shè)定存在10℃左右的溫度偏差，同時(shí)也可能受到在切換鋼種過程中溫度波動(dòng)的影響。

（3）涂層機(jī)在使用過程中刻槽的磨損也會(huì)使得涂層不均勻，層間電阻波動(dòng)大。

（4）兩輥涂層機(jī)的制約性，使得其對(duì)涂覆過程難以精確控制。而相比于層間電阻，膜重波動(dòng)范圍較窄，分布相對(duì)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?cái)?shù)據(jù)分析

對(duì)層間電阻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算其各段分布的比例，如表1 所列。前期生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)層間電阻內(nèi)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(jié)果是層間電阻幾乎沒有不合格的，這也與我們實(shí)際統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)相符，當(dāng)層間電阻≥100 Ω·mm2/片時(shí)，合格率為100%。顯而易見，內(nèi)控值確定為≥100 Ω·mm2/片是無意義的，不合適的。當(dāng)內(nèi)控值定為≥150 Ω·mm2/片時(shí)，合格率為97.39%，此時(shí)合格率依然是偏高的；當(dāng)內(nèi)控值定為≥200 Ω·mm2/片時(shí)，合格率為88.69%；當(dāng)內(nèi)控值定為≥250 Ω·mm2/片時(shí)，合格率為82.61%；當(dāng)內(nèi)控值定為≥300 Ω·mm2/片時(shí)，合格率為75.65%，此時(shí)合格率偏低；當(dāng)內(nèi)控值定為≥350 Ω·mm2/片時(shí)，合格率為66.96%，合格率偏低?？紤]到實(shí)際生產(chǎn)的順行，認(rèn)為內(nèi)控值定為≥200 Ω·mm2/片是合適的，同時(shí)注意到層間電阻在100～150 Ω·mm2/片時(shí)，合格率2.61%；在150～200 Ω·mm2/片時(shí)，合格率8.7%；在200～250 Ω·mm2/片時(shí)，合格率6.08%。因此，內(nèi)控值定為≥200 Ω·mm2/片時(shí)，也有足夠的提升空間，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)各項(xiàng)工作進(jìn)行改善后，合格率更容易提升。

表1 層間電阻數(shù)據(jù)分布

由于前期并無膜重方面的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)此次測(cè)定的膜重?cái)?shù)據(jù)，參考層間電阻內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)的建立思路，初步制定膜重的內(nèi)控范圍。統(tǒng)計(jì)膜重?cái)?shù)據(jù)分布范圍如表2 所列。由表可知，當(dāng)內(nèi)控值≥100 mg/m2時(shí)，合格率為100%，此時(shí)內(nèi)控值無實(shí)際意義；當(dāng)內(nèi)控值≥120 mg/m2時(shí)，合格率為97.84%，此時(shí)合格率依然偏高；當(dāng)內(nèi)控值≥140 mg/m2時(shí)，合格率為93.53%，合格率偏高；當(dāng)內(nèi)控值≥160 mg/m2時(shí)，合格率為87.07%；當(dāng)內(nèi)控值≥180 mg/m2時(shí)，合格率為70.69%，合格率偏低；當(dāng)內(nèi)控值≥200 mg/m2時(shí)，合格率為49.14%，合格率偏低。內(nèi)控值為≥160 mg/m2較為合適，同時(shí)統(tǒng)計(jì)膜重在140～160 mg/m2時(shí)，合格率6.46%；在160～180 mg/m2時(shí)，合格率16.38%。綜上，在保證生產(chǎn)順行及足夠提升空間的前提下，膜重內(nèi)控值為≥160 mg/m2。

表2 膜重?cái)?shù)據(jù)分布

2.3 影響規(guī)律分析

如圖2所示為層間電阻與膜重變化趨勢(shì)圖。由圖可知，當(dāng)膜重小于500 mg/m2時(shí)，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(shí)，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(jìn)行微觀形貌觀察，如圖3所示。由圖可知，在膜重?zé)o明顯差別時(shí)，圖3（a）表面整體平整緊實(shí)，無明顯開裂及疏松現(xiàn)象；圖3（b）表面凹凸不平，有類似氣泡產(chǎn)生。可以看出在膜重接近時(shí)，薄涂層板面控制較為穩(wěn)定，層間電阻差距不大，而厚涂層板面控制波動(dòng)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(shì)

圖3 不同層間電阻下微觀形貌

3 結(jié)論

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

（2）當(dāng)膜重小于500 mg/m2時(shí)，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(shí)，膜重變化不大，但層間電阻差距較為明顯。