新型環保電工鋼絕緣涂層
 

　　文/顧寶珊,紀曉春·中國鋼研科集團有限公司
 

　　隨著我國對冷軋電工鋼需求的增大,其對相應涂層的防蝕性能也提出了更高的標準,綠色環保絕緣涂層是國內電工鋼行業的迫切要求。
 

　　中國正處在工業化和多元化進程中,傳統電機行業高速發展。隨著汽車、新能源等新興產業的不斷壯大,我國對冷軋電工鋼(又稱硅鋼)的需求在持續上升。
 

　　2010年我國電工鋼產業發生了驚人的變化。無論是產能、產量及企業數量,都是我國電工鋼產業歷史上發展最快的一年。中國已成為世界電工鋼生產及消費大國,國產化技術和裝備水平、產品檔次及質量均已接近世界先進水平。

       我國冷軋電工鋼產能從1978年的4.2萬噸,發展到2010年的882萬噸(無取向產能807萬噸、取向產能75萬噸),與當年相比增長了209倍。產量從1990年的10.3萬噸,發展到2010年的569.76萬噸(無取向產量516.23萬噸、取向產量53.53萬噸),與當年相比增長了54.3倍。冷軋企業數量從1978年的1家(武鋼),發展到2010年的約25家,與當年相比增長了24倍。硅鋼國產化從1990年的10%,發展到2010年的67.1%。HIB鋼從2002年的0.51萬噸,發展到2010年的21.09萬噸,與當年相比增長了40.35倍。電工鋼產業為我國經濟建設發揮了極其重要的作用。圖1為2010年全國電工鋼產量分品種統計,圖2為我國近五年的電工鋼表觀消費量變化情況。

　　圖1 2010年全國電工鋼產量分品種統計

　　圖2我國近五年的電工鋼表觀消費量變化情況

性能要求
 

　　電工鋼是重要的磁性材料,廣泛用作旋轉電機和變壓器的鐵芯。電工鋼在磁性材料中用量最大,也是一種重要的節能金屬功能材料。需要在電工鋼表面涂絕緣膜,以防止鐵芯疊片間發生短路而增大渦流損耗,降低鐵損,提高電磁性能。電工鋼涂層不僅要有良好的絕緣性,而且還需要良好的耐腐蝕性、沖片性、附著性、焊接性、耐熱性等,如圖3所示

　　圖3電工鋼絕緣涂層的性能

　　電工鋼絕緣涂層包括有機涂層、無機涂層和半無機涂層,各種類型絕緣涂層的性能特點如表1所示。目前使用的電工鋼涂層主要為無機涂層和半無機涂層。以鉻酸鹽為主的絕緣涂層能明顯提高涂層的耐腐蝕性、耐熱性,同時不存在涂層發粘的問題,但是在涂液的生產、涂覆以及涂覆鋼板的加工、使用和廢涂液的處理過程中,會對操作人員身體健康和環境造成一定的損害, 特別是Cr⁶⁺被認為具有高毒性和高致癌性。自2006年7月1日起,歐洲國家已經停止使用含有害物質Cr⁶⁺的絕緣涂層。人們對環境保護越來越重視,世界各國都在積極研究綜合性能良好的環保型電工鋼涂層,開發研制綜合性能優良的不含六價鉻和徹底不含鉻的綠色環保絕緣涂層是國內電工鋼行業的迫切要求。

應用情況
 

　　我國電工鋼涂層的研究起步較晚,早期電工鋼都是熱軋電工鋼,采用有機電工鋼涂層,先由瀝青漆發展到環氧酚醛漆及二甲苯改性醇酸漆。有機涂層有較好的成膜性和沖片性,但耐熱性和焊接性較差,同樣有機溶劑毒性大,污染環境,對人體有害。
 

　　1974年,武鋼從日本引進電工鋼生產設備和技術,成為國內第一家冷軋硅鋼廠同時引進的T4、T5絕緣涂層為鉻酸鹽系無機和半無機涂層。雖然鉻酸鹽性能優異但會對環境造成污染,武鋼也在不斷開發試驗無鉻環保涂層,并于2006年通過了SGS公司的產品檢測。
 

　　1996年寶鋼從日本川崎制鐵引進電工鋼生產的先進技術和設備,使用的電工鋼涂層是含鉻的半有機涂層,后來經過技術人員的不斷嘗試,用水性涂層代替之前普遍使用的溶劑型涂層,解決了生產過程中大量使用有毒溶劑的問題。
 

　　1997年太鋼從德國引進80t RH真空處理設備,從法國引進20輥森吉米爾和連續退火涂層機組,采用奧地利EB5300涂層(太鋼代號為Q1 )。由于歐洲和亞洲電機生產工藝上的差異,導致了EB5300產品在亞洲出現表面掉粉、防銹性差等問題。太鋼1999年首先開發出適合光輥涂覆的鉻酸鹽G2涂層,該涂層耐熱性、防銹性優良,沖片性—般,適合于中、大型電機、發電機的應用。
 

　　21世紀,國內一些知名鋼鐵企業和研究院校也開始了電工鋼環保涂層的研究,目前國內已有一些專利報道,但真正實現工業化的較少。
 

新型技術
 

　　目前我國對環保涂層的研究也取得了一定的成果,但與國外的涂層技術相比還有很大的差距。
 

　　國內生產使用的硅鋼片無鉻水基涂液還存在無機成分比例少,涂層的耐高溫性能差,高溫處理后絕緣性大大降低,附著性、焊接性及耐腐蝕性差等問題。因此,需要研制開發一種冷軋無取向電工鋼的環保型半無機絕緣涂層。這種環保型涂層應具有優異的絕緣性能和耐腐蝕性,在沖剪過程中對模具磨損最小及優良的焊接性能。
 

　　中國鋼研科技集團有限公司先進金屬材料涂鍍國家工程實驗室在充分消化吸收國外電工鋼生產技術基礎上,針對國內電工鋼生產現狀、技術特點和電工鋼下游企業應用需求,研制開發的GYI型環保型無取向硅鋼絕緣涂層(圖3)、GY2型無鉻環保型無取向硅鋼絕緣涂層和GY3型取向硅鋼張力涂層已成功應用于20萬噸/年、15萬噸/年、10萬噸/年的各類大型電工鋼生產線,，工業化產品已通過SGS— CSTC的測試,符合歐盟RoHS(歐盟RoHS IEC62321：2008)六項(2002/95/EC)要求。GYI硅鋼絕緣涂層和GY3取向硅鋼張力涂層不含有害物質Cr⁶⁺是環保型絕緣涂層。
 

　　GY系列硅鋼絕緣涂層產品性能通過國家鋼鐵材料測試中心和國家鋼鐵產品質量監督檢驗中心的認證;;環保型涂層具有優異的絕緣性能,與鋼板有優良的附著性,在沖剪過程中對模具磨損最小及優良的焊接性能;涂層的耐高溫性能好,高溫處理后絕緣性保持性好。與同類電工鋼絕緣涂層相比有更好的絕緣性和耐腐蝕性、沖片性、附著性。其系列產品被廣泛地用于大、中、小、微型電機、冰箱壓縮機、空調壓縮機、電焊機、電動工具、E1片等。
 

發展趨勢
 

　　“十二五”期間,我國冷軋電工鋼將會發展的更快、更好。電工鋼環保涂層主要朝著通用化、功能化、更加環保化的方向發展。
 

　　(1)高通用化。目前國內環保涂層與鉻酸鹽涂層相比,在某些性能方面還存在著—定的差距,如耐熱性等。為了更好地發揮環保涂層對環境的友好性,需要進一步地提高環保涂層的應用性能,使其通用化,以代替目前仍在使用的鉻酸鹽涂層。
 

　　(2)高功能化。從國外電工鋼環保涂層發展來看,環保涂層將向功能化方向發展,形成多個類型、多種用途、性能各異的系列產品,以滿足不同電工鋼應用領域。
 

　　(3)更加環保化。電工鋼涂層在不斷提高性能的同時,正迅速向“環保化”方向發展,環保涂層將成為21世紀冷軋電工鋼市場的主角。電工鋼工作者應以無污染、無公害、節省能源、經濟高效為原則,依靠新技術和先進設備研制和開發無公害或少公害及應用性能優異的電工鋼環保涂層主導產品。

　　圖3 GY1硅鋼絕緣涂層電工鋼