胡志強(qiáng)，張文康，林 媛

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術(shù)中心，太原 030003）

引言

取向硅鋼是一種含硅3%左右的軟磁合金，主要用于制作變壓器鐵芯和大型發(fā)電機(jī)的定子，是電力、軍事工業(yè)中不可缺少的重要材料，生產(chǎn)工序長(zhǎng)，工藝技術(shù)也比較復(fù)雜，稱為鋼鐵的“工藝品”。取向硅鋼產(chǎn)品不僅需要磁性能滿足要求，同時(shí)表面質(zhì)量也要完好，兩方面的要求缺一不可[1]。產(chǎn)品表面結(jié)構(gòu)由氧化鎂高溫退火后形成的硅酸鎂底層和涂敷的磷酸鹽絕緣涂層組成，氧化鎂性能、涂敷及高溫退火工藝都可能影響取向硅鋼的表面質(zhì)量，形成諸如點(diǎn)狀、條狀、波浪狀及露晶等表面缺陷。不同種類的缺陷，其產(chǎn)生的原因也不同，本研究主要針對(duì)取向硅鋼成品表面點(diǎn)狀缺陷產(chǎn)生的特點(diǎn)，分析其成因并提出改進(jìn)措施。

1 取向硅鋼生產(chǎn)工藝

轉(zhuǎn)爐＋真空冶煉→連鑄→低溫加熱→熱軋→酸洗→冷軋→中間脫碳退火→二次冷軋→回復(fù)退火（不是必需工序）→氧化鎂涂敷→高溫退火→絕緣涂層＋平整拉伸退火→分卷。

2 點(diǎn)狀缺陷形貌

國(guó)內(nèi)某鋼廠進(jìn)行取向硅鋼生產(chǎn)時(shí)，通過(guò)涂絕緣涂層＋平整拉伸退火工序后，鋼帶表面出現(xiàn)大面積類似點(diǎn)狀的缺陷，尤其-4 卷尾部（平整拉伸工序?qū)⒅亓考s為15 t 的大卷分為4 個(gè)小卷，依次為-1～-4）最為嚴(yán)重，并且點(diǎn)狀缺陷主要位于涂絕緣涂層＋平整拉伸退火工序后鋼帶下表面，如圖1(a)所示，呈不規(guī)則分布，相互之間比較孤立，直徑約0.5 mm～3.0 mm 不等，多為圓斑狀。用掃描電鏡在SE 二次電子模式下觀察表面點(diǎn)狀形貌，如圖1(b)所示，圓斑顏色明顯要淺，邊界比較清晰，位置平坦，沒(méi)有明顯手感。

圖1 成品表面點(diǎn)狀缺陷

3 點(diǎn)狀缺陷成分分析

使用X 射線能譜儀分別測(cè)試缺陷位置處和無(wú)缺陷位置處（見圖2）的化學(xué)成分，通過(guò)原子內(nèi)層電子收激發(fā)能級(jí)躍遷后釋放電磁波輻射，判斷元素類別[2]，結(jié)果見圖3及表1。

圖2 不同位置掃描處

圖3 不同位置掃描成分譜圖

從圖2 和表1 中可知，無(wú)缺陷位置處P、Al 的含量明顯高于有缺陷位置處，而在無(wú)缺陷位置處檢出Cr，在缺陷位置處沒(méi)有檢出Cr，P、Al及Cr，這些成分是絕緣涂層的主要成分。綜上所述，點(diǎn)狀缺陷位置處沒(méi)有絕緣涂層，或可能是涂敷到硅鋼表面的絕緣涂層受到外力的作用導(dǎo)致脫落。

表1 不同位置處主要成分

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

為進(jìn)一步查清點(diǎn)狀缺陷產(chǎn)生的原因，將成品表面帶有缺陷的試樣，用自行配制的清洗液清洗掉表面的絕緣涂層，觀察表面的狀態(tài)，見圖4。通過(guò)觀察圖4 中不同表面的外觀形貌，發(fā)現(xiàn)在清洗掉表面的絕緣涂層后，點(diǎn)狀缺陷仍然存在，說(shuō)明其在高溫退火后形成硅酸鎂底層時(shí)就已經(jīng)產(chǎn)生。

采用掃描電鏡觀察底層斑點(diǎn)的微觀形貌，見圖5，采用X 射線能譜儀分別對(duì)底層表面的不同位置處進(jìn)行成分的檢測(cè)，見圖6(a)和圖6(b)，檢測(cè)的結(jié)果來(lái)看，兩種位置所檢的成分相同，主要為O、Mg、Al及Si，圖6(a)和圖6(b)兩種譜圖對(duì)比，其同類成分的強(qiáng)度基本相同，說(shuō)明含量也基本相同。

圖5 底層不同位置掃描

圖6 底層不同位置掃描成分譜圖

將清洗掉表面絕緣涂層的帶有點(diǎn)狀缺陷的底層樣片表面涂敷絕緣涂液，待2 min～3 min后，底層樣片表面出現(xiàn)點(diǎn)狀的缺陷，具體見圖7。從圖7 可知，底層樣片表面呈現(xiàn)不規(guī)則的點(diǎn)狀缺陷與大生產(chǎn)產(chǎn)品表面的點(diǎn)狀缺陷基本一致，進(jìn)一步驗(yàn)證了點(diǎn)狀缺陷并不是在涂絕緣涂層＋平整拉伸退火工序，絕緣涂層液濺到鋼帶表面產(chǎn)生的斑點(diǎn)。

圖7 底層樣片表面涂敷絕緣涂層后點(diǎn)狀缺陷

5 分析與討論

5.1 原因分析

從上面的檢測(cè)情況可以得出，成品表面的點(diǎn)狀缺陷是由硅酸鎂底層本身的缺陷所造成的，并不是通常人們認(rèn)為的是在絕緣涂層+平整拉伸工序中，涂敷絕緣涂層過(guò)程中產(chǎn)生的。通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)多次跟蹤，發(fā)現(xiàn)該鋼廠氧化鎂涂敷機(jī)組僅有一臺(tái)收卷機(jī)，主要依靠人工進(jìn)行鋼帶收卷的操作，換卷時(shí)間較長(zhǎng)，大約需要7 min～8 min。在換卷的過(guò)程中，下一卷鋼帶頭部停留在氧化鎂涂層機(jī)和烘干爐處，這時(shí)氧化鎂烘干爐停止加熱，氧化鎂涂液涂敷及循環(huán)系統(tǒng)停止運(yùn)行。停車期間循環(huán)罐壁及管路中的氧化鎂涂液極易表干，產(chǎn)生固體顆粒物，沉積于循環(huán)罐底部。

換卷完畢后，再次啟動(dòng)氧化鎂涂液循環(huán)系統(tǒng)時(shí)，導(dǎo)致沉積于循環(huán)罐內(nèi)的氧化鎂固體顆粒物大量噴射至鋼板表面（顆粒物主要附著在鋼帶上表面，由于重力的作用，顆粒物不易附著在鋼帶下表面），導(dǎo)致鋼卷頭部涂敷表面產(chǎn)生大量固體點(diǎn)狀顆粒物。將表面帶有點(diǎn)狀顆粒的氧化鎂在高溫退火形成硅酸鎂底層后，表面產(chǎn)生點(diǎn)狀缺陷，當(dāng)經(jīng)平整拉伸工序時(shí)涂敷絕緣涂層時(shí)，因缺陷部位和正常部位存在表面張力的差異，缺陷部位表面張力低于其周圍部分的表面張力[3]，絕緣涂料在缺陷處無(wú)法鋪展而導(dǎo)致縮孔，最終形成點(diǎn)狀缺陷。

5.2 改進(jìn)措施及實(shí)施效果

5.2.1 改進(jìn)措施

（1）氧化鎂涂敷機(jī)組換卷期間，另一套卷取系統(tǒng)同時(shí)投入使用，避免停車或減少停車時(shí)間；

（2）提高氧化鎂循環(huán)罐的攪拌速率，保證涂液攪拌均勻；

（3）在氧化鎂循環(huán)系統(tǒng)管路回流處增加相對(duì)目數(shù)較大的過(guò)濾網(wǎng)；

（4）定期清理涂液配液、循環(huán)系統(tǒng)及涂層機(jī)料盤內(nèi)的殘留物。

5.2.2 實(shí)施效果

采取上述措施后，基本消除涂敷絕緣涂層后表面的點(diǎn)狀缺陷。

6 結(jié)論

（1）取向硅鋼成品表面產(chǎn)生的點(diǎn)狀缺陷是由氧化鎂涂敷表面附著細(xì)小顆粒物，后經(jīng)高溫退火后形成的硅酸鎂底層產(chǎn)生點(diǎn)狀缺陷；

（2）通過(guò)采取一系列措施后，避免了氧化鎂涂敷表面附著顆粒物，消除了成品表面的點(diǎn)狀缺陷。