新型环保电工钢绝缘涂层
文/顾宝珊,纪晓春·中国钢研科集团有限公司
随着我国对冷轧电工钢需求的增大,其对相应涂层的防蚀性能也提出了更高的标准,绿色环保绝缘涂层是国内电工钢行业的迫切要求。
中国正处在工业化和多元化进程中,传统电机行业高速发展。随着汽车、新能源等新兴产业的不断壮大,我国对冷轧电工钢(又称硅钢)的需求在持续上升。
2010年我国电工钢产业发生了惊人的变化。无论是产能、产量及企业数量,都是我国电工钢产业历史上发展最快的一年。中国已成为世界电工钢生产及消费大国,国产化技术和装备水平、产品档次及质量均已接近世界先进水平。
我国冷轧电工钢产能从1978年的4.2万吨,发展到2010年的882万吨(无取向产能807万吨、取向产能75万吨),与当年相比增长了209倍。产量从1990年的10.3万吨,发展到2010年的569.76万吨(无取向产量516.23万吨、取向产量53.53万吨),与当年相比增长了54.3倍。冷轧企业数量从1978年的1家(武钢),发展到2010年的约25家,与当年相比增长了24倍。硅钢国产化从1990年的10%,发展到2010年的67.1%。HIB钢从2002年的0.51万吨,发展到2010年的21.09万吨,与当年相比增长了40.35倍。电工钢产业为我国经济建设发挥了极其重要的作用。图1为2010年全国电工钢产量分品种统计,图2为我国近五年的电工钢表观消费量变化情况。
图1 2010年全国电工钢产量分品种统计
图2我国近五年的电工钢表观消费量变化情况
性能要求
电工钢是重要的磁性材料,广泛用作旋转电机和变压器的铁芯。电工钢在磁性材料中用量最大,也是一种重要的节能金属功能材料。需要在电工钢表面涂绝缘膜,以防止铁芯叠片间发生短路而增大涡流损耗,降低铁损,提高电磁性能。电工钢涂层不仅要有良好的绝缘性,而且还需要良好的耐腐蚀性、冲片性、附着性、焊接性、耐热性等,如图3所示
图3电工钢绝缘涂层的性能
电工钢绝缘涂层包括有机涂层、无机涂层和半无机涂层,各种类型绝缘涂层的性能特点如表1所示。目前使用的电工钢涂层主要为无机涂层和半无机涂层。以铬酸盐为主的绝缘涂层能明显提高涂层的耐腐蚀性、耐热性,同时不存在涂层发粘的问题,但是在涂液的生产、涂覆以及涂覆钢板的加工、使用和废涂液的处理过程中,会对操作人员身体健康和环境造成一定的损害, 特别是Cr6+被认为具有高毒性和高致癌性。自2006年7月1日起,欧洲国家已经停止使用含有害物质Cr6+的绝缘涂层。人们对环境保护越来越重视,世界各国都在积极研究综合性能良好的环保型电工钢涂层,开发研制综合性能优良的不含六价铬和彻底不含铬的绿色环保绝缘涂层是国内电工钢行业的迫切要求。
应用情况
我国电工钢涂层的研究起步较晚,早期电工钢都是热轧电工钢,采用有机电工钢涂层,先由沥青漆发展到环氧酚醛漆及二甲苯改性醇酸漆。有机涂层有较好的成膜性和冲片性,但耐热性和焊接性较差,同样有机溶剂毒性大,污染环境,对人体有害。
1974年,武钢从日本引进电工钢生产设备和技术,成为国内第一家冷轧硅钢厂同时引进的T4、T5绝缘涂层为铬酸盐系无机和半无机涂层。虽然铬酸盐性能优异但会对环境造成污染,武钢也在不断开发试验无铬环保涂层,并于2006年通过了SGS公司的产品检测。
1996年宝钢从日本川崎制铁引进电工钢生产的先进技术和设备,使用的电工钢涂层是含铬的半有机涂层,后来经过技术人员的不断尝试,用水性涂层代替之前普遍使用的溶剂型涂层,解决了生产过程中大量使用有毒溶剂的问题。
1997年太钢从德国引进80t RH真空处理设备,从法国引进20辊森吉米尔和连续退火涂层机组,采用奥地利EB5300涂层(太钢代号为Q1 )。由于欧洲和亚洲电机生产工艺上的差异,导致了EB5300产品在亚洲出现表面掉粉、防锈性差等问题。太钢1999年首先开发出适合光辊涂覆的铬酸盐G2涂层,该涂层耐热性、防锈性优良,冲片性—般,适合于中、大型电机、发电机的应用。
21世纪,国内一些知名钢铁企业和研究院校也开始了电工钢环保涂层的研究,目前国内已有一些专利报道,但真正实现工业化的较少。
新型技术
目前我国对环保涂层的研究也取得了一定的成果,但与国外的涂层技术相比还有很大的差距。
国内生产使用的硅钢片无铬水基涂液还存在无机成分比例少,涂层的耐高温性能差,高温处理后绝缘性大大降低,附着性、焊接性及耐腐蚀性差等问题。因此,需要研制开发一种冷轧无取向电工钢的环保型半无机绝缘涂层。这种环保型涂层应具有优异的绝缘性能和耐腐蚀性,在冲剪过程中对模具磨损最小及优良的焊接性能。
中国钢研科技集团有限公司先进金属材料涂镀国家工程实验室在充分消化吸收国外电工钢生产技术基础上,针对国内电工钢生产现状、技术特点和电工钢下游企业应用需求,研制开发的GYI型环保型无取向硅钢绝缘涂层(图3)、GY2型无铬环保型无取向硅钢绝缘涂层和GY3型取向硅钢张力涂层已成功应用于20万吨/年、15万吨/年、10万吨/年的各类大型电工钢生产线,，工业化产品已通过SGS— CSTC的测试,符合欧盟RoHS(欧盟RoHS IEC62321：2008)六项(2002/95/EC)要求。GYI硅钢绝缘涂层和GY3取向硅钢张力涂层不含有害物质Cr6+是环保型绝缘涂层。
GY系列硅钢绝缘涂层产品性能通过国家钢铁材料测试中心和国家钢铁产品质量监督检验中心的认证;;环保型涂层具有优异的绝缘性能,与钢板有优良的附着性,在冲剪过程中对模具磨损最小及优良的焊接性能;涂层的耐高温性能好,高温处理后绝缘性保持性好。与同类电工钢绝缘涂层相比有更好的绝缘性和耐腐蚀性、冲片性、附着性。其系列产品被广泛地用于大、中、小、微型电机、冰箱压缩机、空调压缩机、电焊机、电动工具、E1片等。
发展趋势
“十二五”期间,我国冷轧电工钢将会发展的更快、更好。电工钢环保涂层主要朝着通用化、功能化、更加环保化的方向发展。
(1)高通用化。目前国内环保涂层与铬酸盐涂层相比,在某些性能方面还存在着—定的差距,如耐热性等。为了更好地发挥环保涂层对环境的友好性,需要进一步地提高环保涂层的应用性能,使其通用化,以代替目前仍在使用的铬酸盐涂层。
(2)高功能化。从国外电工钢环保涂层发展来看,环保涂层将向功能化方向发展,形成多个类型、多种用途、性能各异的系列产品,以满足不同电工钢应用领域。
(3)更加环保化。电工钢涂层在不断提高性能的同时,正迅速向“环保化”方向发展,环保涂层将成为21世纪冷轧电工钢市场的主角。电工钢工作者应以无污染、无公害、节省能源、经济高效为原则,依靠新技术和先进设备研制和开发无公害或少公害及应用性能优异的电工钢环保涂层主导产品。
图3 GY1硅钢绝缘涂层电工钢