太阳能光伏玻璃压延辊材质选择分析
时间：2020-12-29 12:02:27 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：压延辊是生产制造太阳能光伏玻璃的顶端装备之一。其稳定性直接影响到太阳能光伏玻璃的透光率以及铁含量等关键技术指标的优劣。本文立足太阳能光伏玻璃生产环境实际，对太阳能光伏玻璃的物料特性、压延成型环境进行了研究，对压延辊材质种类及其成分要求进行了分析，是一项对太阳能光伏玻璃技术的重要补充。
关键词：太阳能光伏玻璃;压延辊;材质
前 言
太阳能光伏玻璃主要是指用于太阳能光伏发电和太阳能光热组件的封装或盖板玻璃。其中，太阳能光伏发电用玻璃又分为晶体硅太阳能电池组件用和薄膜太阳能电池组件用两类。前者主要是使用超白压花玻璃，为太阳能光伏发电的主要形式，后者主要为超白浮法玻璃。2006年1月1日，我国正式实施《可再生能源法》，2013年11月18日，发布了《分布式光伏发电项目管理暂行办法》，这为我国太阳能制造行业发展提供了强有力的法律保障，加上国家支持光伏产业发展所给予的多项利好政策，都给光伏玻璃的开发、应用及市场拓展带来了商机。但关系太阳能光伏玻璃生产非常重要的压延辊生产制造，却多年来一直为日本旭硝子、法国圣哥班和澳洲皮尔金顿等国外玻璃巨头所垄断。
近年来，经以安彩高科为代表的国内太阳能生产企业不懈努力，已成功打破国外对压延辊的技术垄断，填补了我国在该领域的技术空白，大大提升了我国太阳能光伏产品的国际竞争力。本文作者就压延辊材质选择为研究目标，通过对多种金属的定性和定量分析，为压延辊的国产化提供了可靠的技术指导。
一、太阳能光伏玻璃物料特性
太阳能光伏玻璃是一种透明物质，没有固定熔点，从熔融状态到固态是一个连续变化的过程。在熔融时形成连续无规则网络结构，冷却过程粘度逐渐增大并硬化的非晶体硅酸盐类非金属材料，成份主要是二氧化硅。这种无规则结构，决定了其特有的物理特性：
1.各向同性。玻璃的质点排列总的说来是无规则的，但又是统计均匀的，因此，它的物理、化学性质在任何方向都是相同的。
2.无固定熔点。玻璃由固体转变为液体是在一定温度范围内逐渐变化的。玻璃的这一特性使它可用吹、拉、压等多种方法成形。
3.性能可调。玻璃性能可随其成分在一定范围内发生连续和逐渐的变化。
4.熔融态具有黏度。黏度是玻璃的重要性质之一，与温度存在非线性的函数关系。见图1。在A区，温度高于700℃，表现为典型的粘性液体，弹性消失;在B区（又叫转变区，液态与固体之间转变），黏度随温度下降迅速增大，弹性模量也迅速增大;在C区弹性模量进一步增大，粘滞流动非常小，表现为固体。<D：＼装饰装修天地＼2016＼14期＼装饰14＼14-3.tif>
图1
5.导热性影响成型特性。玻璃为热的不良导体，导热系数为压延辊的0.03。生产中，太阳能光伏玻璃成型过程主要为拉伸和压延过程，在短时间内表面迅速冷却、硬化、收缩而成型。
二、太阳能光伏玻璃压延辊使用环境
太阳能光伏玻璃压延成型过程实际就是一个动态的冷热交换过程。熔化的太阳能光伏玻璃温度为1300℃～1400℃，成分中含有Si、Na及微量Fe等元素，具有较强的腐蚀性。当熔融的玻璃液从槽窑唇砖引出经由压延辊压延成型时，玻璃温度高达1050℃，成型的玻璃在进入退火炉时，温度仍高达490℃～575℃之间。从1050℃左右的熔融液体到压延成型，太阳能玻璃在较短的时间向压延辊传递大量热量，物理形态迅速由准液态变成固态，然后压延辊以圆周滚动形式进行下一个工作周期，在这周而复始的工作中，压延辊始终处在急冷急热的交变热应力恶劣生产状态下，压延辊的表面温度在100℃～300℃间周期性变化。长时间、周期性、大负荷的生产冲压，压延辊所承受的疲劳强度很大，辊体极易被氧化、形变和出现表面热疲劳裂纹。
三、压延辊材质要求
根据压延辊成型使用环境及条件要求，其材质必须满足以下要求：
（1）在1400℃以内工作区间时，具有良好的抗氧化稳定性。
（2）在700℃高温下，具有足够的强度和良好的韧性。
（3）为防止玻璃粘连，需具有良好的抗生长能力和足够高的粘附温度。
（4）对高温玻璃熔盐Na2SiO3有良好的抗腐蚀性。
（5）具有良好的耐磨性和耐热性。
（6）较高的导热性能和较低的线胀系数，较高的耐冷热疲劳及热冲击能力。
（7）具有良好的铸造性能以及切削、磨削等加工性能。
（8）制造加工成本低廉，工艺简便，易于采用及推广应用。
四、压延辊材质选用及表面处理
由压延辊成型环境及条件所限，国外企业制造压延辊多采用含铬的马氏体不锈钢和含镍铬的奥氏体耐热钢，并且为提高压延辊寿命，使用还要在压延辊表面进行镀铬或扩散镀铬等表面处理工艺。
我们在研究中曾先后选用不同的不锈钢材料作为压延辊试用材料。如：1Cr18Ni9Ti、Cr25Ni20Si2、1Cr13、3Cr13、4Cr13、4Cr13Ni、Cr17、Cr17Ni2等。后来又试将3Cr2W8V、3Cr3Mo3V、3Cr3Mo3Co3V等作为试验材料。但综合物理、力学性能，特别是冷热疲劳抗力及价格等因素，在实际生产中仍大多采用含铬马氏体不锈钢制作压延辊基材，如3Cr13、4Cr25Ni20 ，45CrNiMo， 34CrNiMo 等材质。其中，使用3Cr13Ni材质较多，该材质的化学成分见图2，力学性能见图3。
另外，压延辊的表面光洁度要求在R0.8以上，花辊表面光洁度要求稍低一些，一般R6.3～R3.2花辊经刻花，使用前还要进行镀铬处理。
[ 元素＼&C＼&Si＼&Mn＼&Cr＼&Ni＼&S＼&P＼&比例＼&0.26～0.4＼&≤1.0＼&≤1.0＼&12～14＼&≤0.6＼&≤0.03＼&≤0.04＼&]
图2
[热 处 理 工 艺＼&σb/MPa＼&δ（%）＼&ψ（%）＼&αk/（J/cm2）＼&HB＼&1000℃空冷淬火+700℃回火两次＼&800＼&5.0＼&6.0＼&7.6＼&255＼&]
图3
五、结束语
本文对太阳能光伏玻璃压延成型环境进行了研究，还对太阳能光伏玻璃成型非常关键的压延辊物料特性以及材料选择进行了分析，总结出了压延辊的力学性能指标以及化学成分，为太阳能光伏压延辊生产制造的技术进步提供了可行的技术方案。
参考文献：
[1]李帅.金属材料深冷处理发展概况探讨[J].河南科技， 2014.
