江苏沙钢集团冷轧工程项目设计年生产规模为260万t，主要产品有镀锡基板、碳钢退火板、热镀（铝）锌板、电镀锡板、无取向硅钢板、热轧酸洗板。中低牌号冷轧无取向电工钢生产线于2013年6月底建成投产。其中包括两条连续退火机组、两条重卷机组和一条包装机组。目前该生产线已批量生产。
对于无取向硅钢，除磁性、尺寸精度外，还有绝缘涂层。无取向硅钢的表面涂层必须具有良好的绝缘性、耐热性、附着性、冲片性、防锈性等。无取向硅钢被广泛用作电机和变压器铁芯，为防止铁芯叠片间发生短路而增大涡流损耗，客户制造电机和变压器铁芯时，需要将电工钢板分条、冲片、叠片以制成铁芯形状的板坯。
中低牌号冷轧无取向电工钢生产线自投产以来，涂层技术及生产工艺不够成熟，本文主要以涂层的成膜机理和生产过程中获取的实践经验出发，阐述涂层液成分作用、涂层辊技术、涂层工艺及烘烤工艺等对涂层性能的影响和改进方案。
1、对绝缘膜的要求及成膜机理
1.1、对绝缘膜的要求
1）耐热性好（750-800℃消除应力退火时不破坏）。
2）绝缘膜薄且均匀厚度为1.5μm,此时叠片系数降低0.5%-1.0%。
3）层间电阻高。一般为300-500Ω·mm2/片。
4）附着性好。冲剪或消除应力退火后不脱落。
5）冲片性能好。有机或半有机涂层在冲片时起润滑作用，明显提高冲片性。
6）耐腐蚀性和防锈性好。与周围介质不起化学反应，耐海水侵蚀和防锈。
7）焊接性能好。铁芯焊接时焊缝中不产生气泡、不开裂。
1.2、成膜机理
无机/有机混合型绝缘涂层由磷酸盐、铬酸盐、硅酸盐、金属氧化物等无机物与丙烯酸（脂）、醋酸乙烯脂、烯烃衍生物的聚合物或共聚物，或改性醇酸树脂、环氧树脂等混合形式的绝缘膜。
绝缘涂层的成膜过程，就是被涂覆在带钢上的涂层由液态转变成固态膜的过程。这一过程分为两个阶段即干燥和固化。干燥阶段实质上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。化学反应为氧化还原反应型，该反应中可溶性的Cr6+被醇类还原成为不溶性的Cr3+与其他配料交联成复合盐。该反应进行的完全程度决定最终产品表面绝缘膜的质量。
2、涂层质量影响因素分析
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类型（黏度、固含量和比重）、涂液搅拌控制、涂覆前带钢板形、清洁度及表面粗糙度，涂覆前带钢温度、涂层机结构、涂层辊（硬度、槽型、辊径等）、涂层炉工艺参数控制等。
图1：涂层机结构
2.1、涂层机对涂层质量的影响
按涂层辊数量分为四辊涂层机、三辊涂层机和二辊涂层机（目前应用较多）。按涂层辊辊面分为光面辊和刻槽辊。沙钢涂层机采用的是二辊刻槽双面涂层机。两辊为刻槽的聚氨酯材料。涂层厚度主要由涂层辊的刻槽深度及涂层辊压力来控制，由于上下表面的压力差不同且钢板与涂层辊接触角不同，下辊刻槽深度往往高于上辊，具体要根据橡胶硬度、包角大小现场调试而定。
2.2、涂层液中主要成分对涂层性能的影响
重铬酸盐（镁、铝、锌）水溶液：无机/有机混合型绝缘涂层的主剂，可被还原成为低价的不溶性的铬酸与其他配料交联的复合盐形成涂层膜。
醇类（乙二醇、丙三醇）：还原剂。可将六价铬还原成三价铬形成涂层膜，以保证涂层膜不吸湿和提高耐热性。试验证明：在一定范围内增加还原剂含量对膜的表面光滑程度及成膜反应完全性有一定好处，但如果含量过多，其涂层稳定性差，附着性会恶化。
硼酸：助熔剂。有利于生成玻璃质绝缘涂层，能显著提高涂层的耐热性。硼酸在涂层干膜中不与其他组分发生化学反应，而是以单独的物理颗粒形式存在于表面的涂层中，所以硼酸越少，涂层中的颗粒状物质越少，膜的致密性越高，对附着性有好处。
有机树脂（醋酸乙烯树脂乳液、苯丙共聚乳液）：润滑剂。有利于提高绝缘涂层的冲片性和绝缘性。然而随着加入量的增加，焊接性能变差。由于有机树脂是热固化性树脂，在涂层配液及涂敷时，必须确保温度在25℃以下，否则会发生热固化反应，大大削减对带钢的亲和力，这对以后成膜反应及涂膜质量是相当不利的。
溶剂：纯水。它的主要作用是在涂敷涂料时能增加涂料对钢板表面的润湿性，调节涂液的比重。使涂料便于渗透到化学处理层的孔隙中去，增加涂层的附着力；它的存在，使涂层的流平性好，可以避免涂敷时涂层膜过厚过薄和起皱等弊病。
3、无取向硅钢主要涂层缺陷及改进措施
3.1、产生带钢正反面涂层厚度不均原因分析
原因分析：
1）上下涂层辊刻槽深度不当。
2）涂层辊的上下压力不当。
3）上下喷嘴的流量不当。
4）由于上下表面的压力差不同且钢板与涂层辊接触角不同，具体要根据橡胶硬度、包角大小试验而定。
5）涂层系统的清卫。
图2：带钢正反面涂层厚度不均
3.2、控制带钢正反面涂层不均的措施
1）前期磨辊间对刻槽涂层辊使用材质为金刚玉、120目白鸽牌砂轮，切割不够锋利，导致刻槽角度与砂轮修磨角度有差异，变为圆弧形，且影响刻槽速度。现对刻槽辊型及砂轮的磨削角度进行调整，刻槽辊砂轮换成绿色SiC材质、240目。刻槽辊涂覆系统中刻槽工艺的设定对涂层性能会产生巨大的影响，同样的刻槽设计采用的刻槽工艺不同会造成最终的刻槽结果不同从而导致最终的涂层性能不同，见图3。
图3：刻槽辊刻槽形貌示意图
采用a工艺制作的刻槽辊带液量不足，涂层较薄、涂层表面有条纹缺陷和色差，与b工艺相比涂层性能较差。
2）在压缩空气处增加控压器对涂层辊的上下压力进行调节。
3）涂层辊的选择，要根据不同的涂层液（比重）、涂层的种类（厚涂层还是薄涂层）、涂层的速度（低速还是高速）而定，才能确定涂层辊的硬度、角度、刻槽深度、槽数量等，合理配对涂层辊。
4）定期对涂层循环系统、涂层辊、喷嘴等进行清扫，疏通堵塞的喷嘴。
5）提高操作工的操作技能水平及设备运行的稳定性，减速、更换涂层机后及时调整涂层压力、喷嘴流量等，减少由于减速、更换涂层机引起的涂层不良。
3.3、涂层炉工艺对涂层质量的影响和改进措施
涂层炉分为两个阶段即干燥段和烧结段。干燥段是蒸发涂层的水分，烧结段是将涂层膜固化到带钢表面。若涂层内部的水蒸气在干燥段由于板温不够高没有充分蒸发或由于板温过高，有机树脂提前熔融，导致水分来不及蒸发，在涂层形成过程的后期，残留的水蒸气由于蒸汽压的上升会突出到涂层外，产生小气孔、鱼鳞状斑点等缺陷，影响外观及涂层最终的附着性。带钢进入烧结段后，溶剂已基本挥发掉，随着板温的继续上升，涂层开始固化；固化温度过高，涂层会过烧，颜色枯黄，涂层易脱落，温度过低，涂层欠烧，颜色黄，六价铬含量超标。
影响水充分蒸发的因素有很多，如干燥段的板温,炉内的露点等，这些因素又相互牵制，动其一，其他因素也会发生变化。涂层炉各段板温改进前后对比，见图4。
图4：涂层炉各段炉温改进前后对比
在硅钢退火机组，工艺速度等技术条件相同时，适当调节涂层炉各段温度，通过降低涂层炉干燥段温度和稍微增加涂层炉烧结段温度，涂层质量得到明显改善，板面颜色由原来的枯黄色改善为光亮色，并具有良好的附着性。
在涂层干燥炉的炉温最佳区间确定的前提下，要想使炉温走区间的下限，节约煤气耗量，可以想办法通过加快干燥段的抽气速度，降低炉内露点来实现。因为保持干燥段低露点，有利于水气的持续蒸发，对涂层表面成膜的致密性有利。
4、改进后取得的成果
1）涂层辊和涂层工艺改进后，效果明显，见图5。
2）通过对涂层炉各段温度的提高，成品的附着性、耐蚀性（盐雾性）比改进前有所提高。
3）上下表面的层间电阻趋于一致。
图5：工艺改进后的涂层质量
5、总结
1）对绝缘膜的要求：附着性好、绝缘膜薄且均匀、耐腐蚀性和防锈性好、耐热性好、层间电阻高、冲片性好、焊接性好等。
2）绝缘涂层的成膜过程，就是被涂覆在带钢上的涂层由液态转变成固态膜的过程，这一过程分为两个阶段即干燥和固化。
3）影响涂层质量的因素：涂层液成分、涂层辊技术、涂层工艺及烘烤工艺等。
4）通过调整涂层辊刻槽工艺、涂层液（比重）及涂层的种类、优化涂层工艺及烘烤工艺等措施可以明显改善涂层质量。
收稿时间：2014年6月
来源：沙钢
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