取向硅鋼成品表面點狀缺陷產生原因分析及改進措施

胡志強，張文康，林 媛

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術中心，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)電機的定子，是電力、軍事工業(yè)中不可缺少的重要材料，生產工序長，工藝技術也比較復雜，稱為鋼鐵的“工藝品”。取向硅鋼產品不僅需要磁性能滿足要求，同時表面質量也要完好，兩方面的要求缺一不可[1]。產品表面結構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量，形成諸如點狀、條狀、波浪狀及露晶等表面缺陷。不同種類的缺陷，其產生的原因也不同，本研究主要針對取向硅鋼成品表面點狀缺陷產生的特點，分析其成因并提出改進措施。

1 取向硅鋼生產工藝

轉爐＋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 點狀缺陷形貌

國內某鋼廠進行取向硅鋼生產時，通過涂絕緣涂層＋平整拉伸退火工序后，鋼帶表面出現(xiàn)大面積類似點狀的缺陷，尤其-4 卷尾部（平整拉伸工序將重量約為15 t 的大卷分為4 個小卷，依次為-1～-4）最為嚴重，并且點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，沒有明顯手感。

圖1 成品表面點狀缺陷

3 點狀缺陷成分分析

使用X 射線能譜儀分別測試缺陷位置處和無缺陷位置處（見圖2）的化學成分，通過原子內層電子收激發(fā)能級躍遷后釋放電磁波輻射，判斷元素類別[2]，結果見圖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，無缺陷位置處P、Al 的含量明顯高于有缺陷位置處，而在無缺陷位置處檢出Cr，在缺陷位置處沒有檢出Cr，P、Al及Cr，這些成分是絕緣涂層的主要成分。綜上所述，點狀缺陷位置處沒有絕緣涂層，或可能是涂敷到硅鋼表面的絕緣涂層受到外力的作用導致脫落。

表1 不同位置處主要成分

4 試驗驗證

為進一步查清點狀缺陷產生的原因，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，點狀缺陷仍然存在，說明其在高溫退火后形成硅酸鎂底層時就已經產生。

采用掃描電鏡觀察底層斑點的微觀形貌，見圖5，采用X 射線能譜儀分別對底層表面的不同位置處進行成分的檢測，見圖6(a)和圖6(b)，檢測的結果來看，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)兩種譜圖對比，其同類成分的強度基本相同，說明含量也基本相同。

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)則的點狀缺陷與大生產產品表面的點狀缺陷基本一致，進一步驗證了點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生的斑點。

圖7 底層樣片表面涂敷絕緣涂層后點狀缺陷

5 分析與討論

5.1 原因分析

從上面的檢測情況可以得出，成品表面的點狀缺陷是由硅酸鎂底層本身的缺陷所造成的，并不是通常人們認為的是在絕緣涂層+平整拉伸工序中，涂敷絕緣涂層過程中產生的。通過對現(xiàn)場生產多次跟蹤，發(fā)現(xiàn)該鋼廠氧化鎂涂敷機組僅有一臺收卷機，主要依靠人工進行鋼帶收卷的操作，換卷時間較長，大約需要7 min～8 min。在換卷的過程中，下一卷鋼帶頭部停留在氧化鎂涂層機和烘干爐處，這時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，產生固體顆粒物，沉積于循環(huán)罐底部。

換卷完畢后，再次啟動氧化鎂涂液循環(huán)系統(tǒng)時，導致沉積于循環(huán)罐內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），導致鋼卷頭部涂敷表面產生大量固體點狀顆粒物。將表面帶有點狀顆粒的氧化鎂在高溫退火形成硅酸鎂底層后，表面產生點狀缺陷，當經平整拉伸工序時涂敷絕緣涂層時，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法鋪展而導致縮孔，最終形成點狀缺陷。

5.2 改進措施及實施效果

5.2.1 改進措施

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

（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目數(shù)較大的過濾網；

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

5.2.2 實施效果

采取上述措施后，基本消除涂敷絕緣涂層后表面的點狀缺陷。

6 結論

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

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