太钢冷轧无取向硅钢绝缘涂层的发展及技术进步_胡志强.pdf

通信作者：胡志强（），男，高级工程师；：；收稿日期：太钢冷轧无取向硅钢绝缘涂层的发展及技术进步胡志强，光红兵，林媛，张文康（山西太钢不锈钢股份有限公司 技术中心，山西 太原 ）摘要：简述了国内和太钢冷轧无取向硅钢绝缘涂层的发展历史及现状，介绍了太钢目前不同类型涂层的主要性能、应用领域，及近些年来涂层发展过程中生产技术的进步，主要包括 薄环保涂层自主开发、极厚涂层国产化、自粘结涂层工艺开发，并提出了绝缘涂层下一步的发展方向。关键词：无取向硅钢；绝缘涂层；技术进步中图分类号：文献标志码：文章编号：（），（，）：，：；无取向硅钢是一种硅的质量分数为 且含碳量极低的硅铁软磁合金，主要用作各种电机和变压器的铁心，是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要软磁金属材料。铁损是衡量无取向硅钢质量的重要指标之一。为提高设备效率，进一步降低电耗，人们不断地竭力开发低铁损的硅钢产品。在制造铁心时，需要将硅钢片进行叠装，为了防止铁心叠片间发生短路而增大涡流损耗，需要在钢板表面涂敷绝缘涂层，要求涂层不仅有良好的绝缘性、附着性等，同时为满足电机用户加工的需求，还要具备其他的性能，如冲片性、焊接性、耐热性等，这就需要硅钢厂商开发不同类型的绝缘涂层，满足电机用户的不同需求。因此，绝缘涂层涂敷是无取向硅钢生产中的一个重要环节，绝缘涂层的性能对无取向硅钢产品质量具有重要的意义。太钢通过自主设计建成了冷轧无取向硅钢生产线，实现了国内硅钢产品的自主开发，同时针对不同用户的需求开发了一系列不同类型绝缘涂层，其实物质量达到了同行业先进水平。本文简要介绍了近些年来太钢无取向硅钢绝缘涂层的发展及技术进步。国内绝缘涂层历史及发展现状 年，武钢引进新日铁生产装备和技术，开始生产冷轧无取向硅钢，采用单辊式刻槽辊顺向涂敷铬酸锌半有机涂层，当时是国内唯一一家生产冷轧硅钢的企业，一直深刻地影响着国内硅钢的应用和发展。年，宝钢引进日本川崎制铁（）专利技术，开始生产中低牌号冷轧无取向硅钢，应用三辊式光辊逆向涂敷铬酸镁半有机涂层。随后，鞍钢、马钢、首钢等一批钢铁企业相继投资生产冷轧无取向硅钢，退火涂层基本采用单辊式刻槽辊顺向涂敷模式，涂料主要以铬酸盐为主。随着太钢环保涂层硅钢产品的推出和欧盟 年月第卷 第期电工钢 、指令的实施，国内各大钢厂也开始研发环保涂层产品，如宝钢涂层、马钢 涂层和鞍钢 涂层等，逐步面向市场推广。但目前无取向硅钢含铬涂层仍然是市场的主流，根据目前的市场估计，约 以上的市场被含铬涂层所占据。太钢绝缘涂层的发展太钢冷轧无取向硅钢退火涂层机组于 年引进法国尤金公司二手设备，硅钢生产初期所用 绝 缘 涂 层 为 尤 金 公 司 推 荐 的 奥 地 利 的半有机涂层 ，是国内首次生产环保涂层硅钢产品，由于欧洲和亚洲电机生产工艺上的差异，导致了在欧洲倍受青睐的环保 产品在亚洲却出现了表面掉粉、发蓝脱落等问题。为满足国内电机用户发蓝处理要求，年与国内某化工研究所合作，首次开发出适合光辊涂覆的高黏度铬酸锌半有机涂层 。为改善涂层冲片性，年与国内某高校合作开发了太钢第一代环保型涂层 。为适应南方沿海地区高防锈的要求，年与国内某涂料厂商合作，成功开发了第二代环保型涂层 。为了进一步提升涂层质量、降低涂液成本，年太钢开始立项自主研发环保涂层，经年的实验室研究和中试试验，最终于 年推出一种通用性较好的第三代环保型涂层 。为满足用户电机制造特殊工艺的要求，采用奥地利 的 涂液，于 年先后开发了 厚涂层冷轧无取向硅钢产品工艺技术，并在机车企业得到成功应用。随后 年，与国内某大型发电机企业合作，采用 公司的 涂液成功开发出 极厚涂层产品，并批量应用于宁德、红沿河、福清等百万千瓦核电项目。年、年分别实现了 厚涂层和 极厚涂层的国产化，首次填补了国内空白。年，太钢成功开发冷轧硅钢自粘结涂层工艺，产品市场占有率 以上，年成功开发国产自粘结涂层，并通过了用户的认证。太钢绝缘涂层现状、主要性能及应用领域无取向硅钢绝缘涂层从组成成分主要分为有机涂层、无 机 涂 层 和 半 有 机 涂 层类。依 据 标准将绝缘涂层分为 等类，太钢目前有 薄涂层、厚涂层、极厚涂层及 自粘结涂层类共种涂层。薄涂层 薄涂层主要包括 和 两种，其中 为含铬涂层，为环保涂层，属于常规应用涂层，约占总产品量的；具有优良的冲片性、焊接性，能经受消除应力退火，主要应用于大、中、小电机、压缩机及小型变压器 片行业，主要性能指标见表。表太钢 薄涂层主要性能指标序号类型外观涂层厚度表面绝缘电阻系数（）附着性防锈性耐热性 浅灰绿色 不脱落 灰白色 不脱落依据标准或方法目测 ，盐雾试验 氮气保护，弯曲 厚涂层 厚 涂 层 包 括 和 ，其 中 为进口，为国产，均属于环保涂层，主要针对部分用户特殊工艺需求进行开发的；具有优异的绝缘性、耐蚀性、耐热性、焊接性，能经消除应力退火，主要应用于动车、机车牵引电机和风力发电机行业，其主要性能指标见表。极厚涂层 极 厚 涂 层 包 括 和 ，其 中 为进口，为国产，均属于环保涂层，具有优异的绝缘性、耐蚀性，不适合焊接和退火工艺，主要应用于大型、特大型发电机行业，其主要性能指标见表。自粘结涂层 自粘结涂层包括 和 ，均属于环保涂层，其中 为进口涂层，已成功应用于国内外知名风电、机车项目，并向新能源汽车、无人机领域拓展。同时，为满足用户的个性化需第期胡志强，等：太钢冷轧无取向硅钢绝缘涂层的发展及技术进步表太钢 厚涂层主要性能指标序号类型外观涂层厚度表面绝缘电阻系数（）附着性防锈性耐热性 深灰色 不脱落 深灰色 不脱落依据标准或方法目测 ，盐雾试验 氮气保护，弯曲表太钢 极厚涂层主要性能指标序号类型外观涂层厚度表面绝缘电阻系数（）附着性防锈性耐压缩性 蓝灰色 蓝灰色 依据标准或方法目测 ，盐雾试验 求，通过多次的实验室小试和大生产试验，成功开发 国产自粘结涂层，其主要性能指标见表。太钢绝缘涂层技术进步 薄环保涂层自主开发太钢早期与国内涂料厂商合作开发出相应的无铬环保涂层，但这些涂层与具有自钝化功能的铬酸盐涂层相比，在耐腐防锈、耐热性、抗摩擦性等方面还存在一定的差距。年，太钢决定自主开发硅钢用高性能环保涂料，主要分个阶段：第一阶段，基础配方开发。在实验室开展无机基料选配、有机基料选配、助剂筛选、实验室涂膜和现场性能评价等研究工作。表太钢 自粘结涂层主要性能指标序号类型外观涂层厚度表面绝缘电阻系数（）附着性防锈性剥离值（）灰白色 灰白色 依据标准或方法目测 ，盐雾试验 第二阶段，工业化转化及生产。从实验室装置向有一定规模的工业生产装置过渡，由于物料处理量的大小悬殊，存在着巨大的差别，通过进行小试和一定规模的中试，为设计工业化生产提供完整数据，形成一套成熟的工业转化技术，实现了自主环保涂料规模化、工业化生产。第三阶段，硅钢应用技术开发。针对冷轧硅钢现场装备条件，配套开发自主环保涂料现场存储、运输、搅拌循环、涂机涂敷和烘干炉固化等现场应用工艺技术，根据不同领域典型用户进行应用评价，进一步改进涂液生产技术和应用工艺技术，满足不同用户对涂层的个性化需求。环保涂层开发过程中，解决了诸多难点，实现了多项创新：（）通过无铬无机主成膜剂少量树脂的半有机成分的创新设计方法，解决了环保涂料耐热性差、易掉粉等关键共性问题；（）系统开发了主成膜剂低温快固化、无铬钝化等先进技术，实现了硅钢退火在线涂敷及快固化应用；（）国内首创设计并建设了先进工业化专业生产线，实现了环保涂料的稳定高效生产。截止目前，采用自主开发环保涂料生产硅钢产品 余万，通过中小电机、压缩机、发电机等各领域典型用户不同加工工艺应用认证，目前已在硅钢应用各领域批量应用，部分产品已出口欧美市场。极厚涂层的国产化 极厚涂层硅钢因其绝缘电阻高、抗压缩性优异、运行稳定等技术特性，成为大型发电机组技术应用发展的方向。太钢在国内率先进行了 极厚涂层冷轧无取向硅钢产品工艺技术的开发，电工钢第卷并先后在国内大型发电机企业得到成功应用。但 极厚涂层硅钢所用涂层液一直从国外进口，成本较高，供货周期也长，严重影响了厚涂层硅钢产品的生产节奏与交货期。年，太钢和国内某涂液厂商合作，开发成功国产 极厚涂层产品，实现了多项技术突破：（）国内首创采用特殊表面处理技术，大大提升了 厚涂层的附着性；（）开发成功厚涂层固化升温速率控制技术，解决了厚涂层表面气泡、亮点等缺陷问题；（）实现了 厚涂层硅钢产品生产及应用技术集成，更好地满足用户需求。国产 极厚涂层产品通过了国内某知名大型发电机企业的认证，并分别用于海南文昌火电项目、金沙江苏洼龙水电项目及西藏水电站 水电等国家重点项目。截至目前，已累计供货万余，取得经济效益显著，同时解决了进口 极厚涂层“卡脖子”的难题，太钢成为国内首家批量供应国产极 厚涂层产品的企业之一。自粘结涂层工艺开发自粘结涂层在冷轧硅钢涂层绝缘性能的基础上，引入了粘结功能，改变了电机用传统焊接或铆接的工艺，克服了铆扣点对铁心磁性能、叠片系数和固定强度（使用寿命）不同程度破坏的问题，使电机效率和使用寿命大幅提升，该产品市场前景广阔，是一种富有前途的新型产品，国内外风电、压缩机、磁悬浮和新能源汽车领域都在积极推广和应用。但该产品工艺技术复杂，影响因素多，控制难度大，长期以来，世界上只有极少数国家能够生产。通过对涂层涂敷、固化工艺及基板表面状态的深入研究和攻关，解决了自粘结涂层剥离强度低，表面易产生气泡、结斑等缺陷技术难题，实现了自粘结硅钢产品的系列化、批量化、稳定化生产，并成功应用于世界知名企业。太钢相继开发了 、及 三种规格全系列自粘结涂层专用工艺技术，实现自粘结产品批量供货万余。开发的自粘结涂层硅钢产品具有磁性能稳定、涂层厚度均匀、粘结性能优良等特点，整体工艺技术和产品实物达到国际先进水平。结语）太钢目前的冷轧无取向硅钢涂层包括 薄涂层（含铬和环保两种）、厚涂层、极厚涂层及自粘结涂层，基本实现了硅钢应用领域的全覆盖，可满足不同电机用户的需求；）随着环保压力日趋严峻，环保涂层将会得到广泛应用，太钢将不断提高环保涂层的比例，推动无取向硅钢绝缘涂层的环保化；）太钢继续不断开发和优化自粘结涂层新工艺技术，拓展其应用领域，满足用户的个性化需求。参 考 文 献何忠治，赵宇，罗海文电工钢北京：冶金工业出版社，纪忆，张永海硅钢绝缘涂层发展现状及研究进展 绝缘材料，（）：姜福键，李元华，高振宇，等 无取向硅钢的现状及发展趋势鞍钢技术，（）：光红兵，顾祥宇，胡志强无取向硅钢表面环保涂层的发展山西冶金，（）：第期胡志强，等：太钢冷轧无取向硅钢绝缘涂层的发展及技术进步