1、概况
中冶南方（新余）冷轧新材料技术有限公司（简称中冶新材）建有中低牌号冷轧无取向电工钢生产线5条机组，其中两条连续退火CA1、CA2机组，两条重卷机组，一条包装机组，已达到年产40万t中低牌号无取向电工钢的生产能力。
目前国内电工钢绝缘涂料应用较多的是半有机的含铬涂层，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，特别是六价铬被认为具有高毒性和高致癌性。
中冶新材结合四辊涂层机的涂覆方式，环保涂料使用方便、保质期长的特点及市场对环保涂料的需求等情况，选择以生产环保涂层为主。自2010年10月底投产至2012年2月底止，共生产中低牌号无取向电工钢27.8万t；使用环保涂层产品16.7万t，使用环保涂液405t。通过不断调整及市场检验，涂层质量不断提高、稳定，满足用户要求。
2、环保涂料的主要技术性能
2.1涂层元素成分及表面形貌
根据涂层能谱分析，中冶新材使用的环保涂层主要元素成分为C、O、P、Al、Si，为半有机涂层，涂液组分主要是磷酸盐和有机树脂。根据涂层表面形貌SEM照片，涂层主要呈现出一种较均匀的条纹状，而用肉眼观察，这种条纹不明显，涂层中没有颗粒状的物质，但有些浅的不规则孔洞。
2.2涂料性能
中冶新材使用的涂料是一种不含无机颜料、水溶性、不含铬的无机/有机混合的涂料。在涂层厚度低于1.5μm时，适于铝铸、焊接和退火，退火后涂层附着性好。
主要成分为磷酸盐+树脂，涂料中所含的磷酸基团经过与钢表面发生化学反应，从而确保了涂层厚度很低，绝缘性仍很高，涂料的特性见表1。
表1：涂料特性
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项目
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技术性能参数
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粘度DIN4，S/23℃
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16±5
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固含量，%
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36±3
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密度，g/cm3
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1.23±0.05
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pH值
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2.5±0.3
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固化温度，℃
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270-320（停留20s）
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250-300（停留30s）
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3、涂层工艺控制
涂料在循环罐中要求搅拌均匀，在使用前须彻底清洗干净，用脱盐水冲洗。涂覆后，涂层系统也必须用水清洗，因为干燥后的涂料不再溶于水。
3.1涂覆
中冶新材涂层机采用了四辊光辊双面涂布机。两根胶辊为不带刻槽的聚氨酯材料，两根钢辊为镀铬钢辊，涂层厚度靠调整胶辊与胶辊间压力和胶辊与钢辊间压力来完成。
涂层的厚度、层间电阻、附着性及表面质量主要取决于涂层液的粘度和固含量、涂层机的结构、涂层辊的质量、涂层液的种类、烘干温度和涂层前带钢表面质量等。涂层工艺控制如表2所示，通过对表2所述工艺参数的合理控制，可以生产出表面质量较好、满足客户要求的电工钢。
表2：环保涂层工艺控制
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控制项目
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控制措施
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工艺参数
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目的
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电工钢基板的表面质量
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基板在涂覆前进行碱洗、水洗
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碱液浓度、温度
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彻底清洗带钢表面的轧制油、乳化液及其他杂质
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带钢脱碳退火处理过程工艺参数的匹配
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退火炉内温度、H2含量、分压比、露点
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防止带钢表面氧化
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涂覆前带钢板型及表面粗糙度
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退火炉内张力与温度等参数的匹配
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退火炉SF段张力
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保证来料良好的板型及合适的表面粗糙度
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涂覆前带钢温度
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在RJC段及水喷淋冷却段调整带钢板温
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RJC段风机的功率、投入数量和水喷淋冷却中水量
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使带钢在涂覆前板温低于50℃，从而避免涂层条纹及回料结块
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涂液涂覆控制
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适当控制涂层液循环罐中搅拌机转速
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搅拌机转速
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进行充分搅拌，防止出现斑点及气泡
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涂液性能与涂覆工艺参数的匹配
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涂液粘度、比重、固含量、钢辊压力、机组运行速度
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调整涂布量在1.0±0.2g/m2，并使涂层无缺陷
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涂层炉工艺参数控制
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涂层炉中干燥段与烧结段的温度控制
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干燥段与烧结段的温度
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在干燥段使溶剂充分挥发，在烧结段使涂层成膜
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控制空气冷却的冷却速度
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空气喷射量
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使涂层冷却接近室温，防止热态下涂层损伤
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通过合理控制涂液粘度、固含量、胶辊压力等参数，层间电阻值按客户要求进行调整，生产中一般控制在300Ω·mm2/片以上，涂布量控制在1.0±0.2g/m2。
3.2固化
涂层的成膜过程，就是被涂覆在带钢上的涂层由液态转变为固态膜的过程。这一过程分为两个阶段即：干燥、固化。干燥阶段实质是涂液中溶剂挥发的物理变化过程。固化实质上是涂液中成膜物质与基板相互反应硬化成膜的一种化学变化的过程。
固化温度即各段炉温的设定应与机组速度、炉温匹配，炉内停留时间20-45s，板温控制在280±40℃。生产中主要通过测量板温及涂层固化情况及板面颜色来及时调整，涂层的干燥烘烤曲线如图3。
3.3涂层性能参数
涂层性能参数见表3。
表3：涂层性能参数
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检测项目
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环保涂层性能
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检测标准或方法
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层间电阻，·mm2/片
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≥300
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按照GB2522-2007标准检测
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涂层涂布量，g/m2
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0.8-1.1
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采用X荧光仪检测
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附着力
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A级
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Ø10mm；黄铜棒
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耐热性
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二次退火后涂层无脱落
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退火条件：750℃×2hr，N2保护
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耐蚀性
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锈蚀面积＜20%
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5%NaCl水溶液，室温，喷雾，6hr
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焊接性，cm·min-1
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≥30
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不产生气泡时的最大焊接速度，氩弧焊
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冲片性，万次
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≥100
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毛刺高度为50μm时的冲片次数
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耐氟利昂性
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耐制冷剂R22，R134a，R600a
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委托广州威凯检测技术研究院检测
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环保要求
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符合RoHS、REACH指令要求
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委托上海通标公司检测
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4、结语
1）中冶新材使用的环保涂料是一种半有机涂层，其元素组成主要是C、O、P、Al、Si等，不含Cr6+，符合RoHs指令的环保要求。该涂液由磷酸盐、有机树脂和无机添加剂组成，能满足四辊式涂层机的辊涂要求，涂层层间电阻控制在3Ω·cm2/片以上。具有保质期长，使用、存储方便，清洗方便，废水处理简单，环保安全的特点。
2）与含铬涂液相比（这也是目前环保涂液存在的问题），在耐蚀性、焊接性、耐高温性上还是存在一定的差距。
3）中冶新材涂覆环保涂层的中、低牌号电工钢产品如50ZW470、50ZW600、50ZW800、50ZW1300等已被广泛地应用于中、小型电机，空调压缩机、EI片等行业。表面质量及综合性能良好，已得到用户的认可。
4）随着人类对环境保护的日益重视，对绿色环保的呼声也越来越高，世界各国都出台了相应的绿色产品标准和认证，随着欧盟RoHS指令的实施，无铬环保涂层的发展和应用已成为国际社会关注的焦点，性能优异的不含可溶性六价铬或铬酸盐的环保型绝缘涂层将具有广阔的应用前景。同时，电工钢环保涂层也主要朝着通用化、功能化、更加环保化的方向发展。
收稿时间：2013年5月
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