李世輝， 顧曉輝

(寶鋼軋輥科技有限責(zé)任公司，江蘇 常州 213019)

軋輥超精研磨表面處理技術(shù)的探索與實(shí)踐

李世輝， 顧曉輝

(寶鋼軋輥科技有限責(zé)任公司，江蘇 常州 213019)

摘要：超精研磨表面處理技術(shù)是一項(xiàng)新型且容易實(shí)現(xiàn)、最具性價(jià)比的表面處理技術(shù)。介紹了其主要的特性及原理，及在一些鋼鐵企業(yè)得到的應(yīng)用和推廣。

關(guān)鍵詞：軋輥；表面毛化；研磨加工

引 言

電火花毛化技術(shù)是目前鋼鐵企業(yè)在軋輥表面毛化處理中普遍采用的工藝技術(shù)，但由于存在一定技術(shù)缺陷，對(duì)于生產(chǎn)高要求表面質(zhì)量的汽車板和家電板而言，需要對(duì)其毛化后的軋輥表面進(jìn)行后期處理。目前，在汽車板和家電板等高性能板材的生產(chǎn)過程中，都要求冷軋薄板表面具有一定的特殊毛化結(jié)構(gòu)，它對(duì)鋼板的深沖性能、涂鍍性能、鍍鋅后鋼板的機(jī)械性能和表面形貌有重要影響。鋼板的粗糙度由毛化后的軋輥經(jīng)過軋制以一定傳遞率傳遞到帶鋼表面，現(xiàn)代鋼鐵企業(yè)基本都采用EDT工藝對(duì)軋輥進(jìn)行表面毛化處理。

汽車板的表面質(zhì)量，其實(shí)就是軋輥表面構(gòu)造的映射。EDT毛化技術(shù)，是通過輥面材料局部熔化，在輥面形成內(nèi)凹的毛化形貌。這種輥面形貌由很多易于折斷和磨損的尖峰組成，影響輥面的粗糙度保持性能和耐磨性能，尤其在帶鋼規(guī)格切換過程中，輥面與帶鋼邊部接觸部位由于局部磨損而產(chǎn)生寬窄印，為確保板面粗糙度和形貌質(zhì)量，需嚴(yán)格限制規(guī)格切換和軋制計(jì)劃長(zhǎng)度，這直接影響生產(chǎn)計(jì)劃的安排，無法實(shí)現(xiàn)自由規(guī)程軋制。為此，近年許多鋼廠又采用毛化輥加鍍硬鉻的工藝，以提高毛化輥的軋制噸位，但在新型高強(qiáng)度、合金化涂層冷軋產(chǎn)品的生產(chǎn)中，仍存在粗糙度衰減較快、形貌保持不佳、輥印、色差等問題，同時(shí)鍍鉻工藝易造成大量的有毒性化學(xué)廢物，對(duì)環(huán)境污染較嚴(yán)重的問題也日益突出。

為了保證每一汽車構(gòu)件和每輛汽車的幾何精度及性能質(zhì)量的穩(wěn)定可靠，要求任何牌號(hào)的汽車板必須保證其各項(xiàng)性能質(zhì)量參數(shù)(包括幾何精度、力學(xué)性能、表面質(zhì)量等)在每一帶卷的全部長(zhǎng)度和寬度方向上嚴(yán)格保持均勻、穩(wěn)定、連續(xù)、一致。這對(duì)高級(jí)汽車板來說是非常重要的一項(xiàng)考核指標(biāo)，所以軋輥表面毛化處理技術(shù)及質(zhì)量的好壞直接影響到汽車板的使用情況。

理論上能增強(qiáng)軋輥粗糙度保持性能的目前只有兩種方法：①增加軋輥的合金含量，向半高速鋼和高速鋼方向發(fā)展；②提升毛化軋輥表面處理技術(shù)。第一種方法增加了軋輥制造廠家的制作難度和生產(chǎn)周期，也相應(yīng)增加生產(chǎn)和采購(gòu)成本；第二種方法則相對(duì)更加容易實(shí)現(xiàn)和具有更高的性價(jià)比，超精研磨表面處理技術(shù)就是其中的典型代表。

1 EDT毛化工藝原理及其優(yōu)缺點(diǎn)

1.1 EDT毛化工藝原理

EDT毛化(Electrical Discharge Texturing)是在絕緣液中電極與軋輥表面之間產(chǎn)生脈沖性的火花放電，靠局部放電產(chǎn)生的瞬間高溫把金屬蝕除的一種電熱加工方法。在加工過程中，電極與軋輥之間施加脈沖電壓，當(dāng)電極靠近軋輥表面的縫隙小到足以擊穿絕緣液時(shí)，電路導(dǎo)通，電壓迅速下降，電流上升到峰值。在整個(gè)脈寬時(shí)間，電極與軋輥間隙之間形成由氣化泡包繞的電離通道，其周圍形成高油壓區(qū)限制電離通道的擴(kuò)大，使能量都集中于很小的區(qū)域，產(chǎn)生局部高溫，促使兩極通過熱傳導(dǎo)局部熔化或氣化；熔化的金屬顆粒從軋輥表面脫落，從而在軋輥表面形成一種火山口形貌的凹坑。連續(xù)多個(gè)脈沖放電，使凹坑相互疊加，就形成軋輥的表面形貌，圖1為EDT工藝示意。

圖1 EDT工藝示意圖

1.2 EDT毛化工藝優(yōu)、缺點(diǎn)

EDT工藝比較成熟，且其投資和設(shè)備運(yùn)行成本相對(duì)較低，是目前最具產(chǎn)業(yè)化價(jià)值的毛化技術(shù)。對(duì)于EDT毛化工藝，Ra與P成反向相關(guān)，即Ra增大，Pc降低，EDT處理過程中，需不斷對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以滿足不同的客戶需求。經(jīng) EDT處理后，可在輥面得到均勻、隨機(jī)分布的毛化形貌，如圖2,3所示。

圖2 軋輥EDT后形貌(宏觀)

圖3 軋輥EDT后形貌(100X)

但EDT毛化工藝也存在著一些不足，設(shè)備維護(hù)成本比較高，同時(shí)由于絕緣液的氣化也存在著一定的環(huán)境污染。另外，因工藝特性決定，其實(shí)質(zhì)就是脈沖性拉弧產(chǎn)生加熱，使其產(chǎn)生的毛化形貌多以尖峰形式組成，該類尖峰形貌易于折斷，軋制過程中容易劃傷板材。同時(shí)尖峰式毛化形貌相較于噴丸毛化和激光毛化產(chǎn)生的圓緩形貌，其粗糙度保持能力比較差，容易使軋制板材產(chǎn)生色差印等缺陷。

2 超精研磨表面處理技術(shù)

目前，冷軋輥表面毛化工藝主要包括：噴丸毛化(SBT)，電子束毛化(EBT)，激光毛化(LT)，TOPOCROM毛化和電火花毛化(EDT)；綜合而言，EDT毛化工藝因其成熟穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)為大多數(shù)鋼廠采用。因此，如何解決好EDT毛化工藝中的尖峰形貌和粗糙度保持能力差的缺點(diǎn)，是目前各大鋼廠生產(chǎn)高品質(zhì)汽車板和家電板的重要課題。

寶鋼新日鐵汽車板有限公司之前在軋制汽車板時(shí)，經(jīng)常由于輥印等缺陷造成非正常換輥，影響正常生產(chǎn)安排，即使能夠正常軋制，但是由于粗糙度保持能力不足，軋制前后粗糙度下降幅度很大，產(chǎn)品質(zhì)量等不到保證，由于色差、輥印等缺陷產(chǎn)生的降格量居高不下。為解決該問題，該公司通過兩支軋輥相互擠壓研磨，將EDT毛化后的尖峰事先研磨平緩，取得了一定效果。但軋輥間的相互擠壓，屬于硬碰硬性質(zhì)，容易造成輥面劃傷。一般輥面具有一定凸度，擠壓研磨后，輥面粗糙度的均勻性不是很好；另外，擠壓研磨工序耗時(shí)比較長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低下。

超精研磨表面處理技術(shù)，是上海江南軋輥有限公司在引進(jìn)國(guó)外拋光設(shè)備的基礎(chǔ)上，通過自主設(shè)計(jì)加載平臺(tái)和冷卻水自潔循環(huán)系統(tǒng)，并自主研發(fā)研磨工藝，主要應(yīng)用于高性能、高要求板材軋制及其它非鋼產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一項(xiàng)新型表面處理技術(shù)。目前整套設(shè)備系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)百分百國(guó)產(chǎn)化。

原來國(guó)外進(jìn)口設(shè)備主要應(yīng)用于非鋼及部分機(jī)械制造行業(yè)，如追求高精度磨削的液壓桿、壓縮機(jī)、泵、復(fù)印機(jī)、減震器、變速器部件、密封軸承，磁介質(zhì)、鋁箔、塑料薄膜和印刷等行業(yè)，該技術(shù)可以顯著提升產(chǎn)品的表面質(zhì)量，最低粗糙度值Ra<0.01 μm，如圖4所示。

圖4 常規(guī)超精研磨表面處理技術(shù)應(yīng)用

超精研磨表面處理技術(shù)，通過一系列拋光薄膜組合(包括磨料材質(zhì)、磨料顆粒規(guī)格等)，并施加不同擠壓力，根據(jù)拋光薄膜規(guī)格而定，對(duì)毛化后的軋輥表面進(jìn)行超精研磨。一般對(duì)于需要進(jìn)行超精研磨的軋輥，其EDT毛化粗糙度應(yīng)高于上機(jī)技術(shù)要求(0.2～1 μm)。經(jīng)過多道次反復(fù)研磨，最終達(dá)到符合上機(jī)要求的粗糙度值，工藝流程如圖5所示。

圖5 軋輥超精研磨工藝流程

3 超精研磨表面處理技術(shù)應(yīng)用

寶鋼公司各冷軋線在軋輥EDT毛化后已開始普遍使用超精研磨表面處理技術(shù)，如圖6,7所示。目前在寶鋼新日鐵汽車板有限公司的應(yīng)用中，經(jīng)過一個(gè)正常軋制周期(2000 t左右)，軋輥上機(jī)前后的粗糙度下降量由原來的0.5～1 μm下降至目前的0.2～0.5 μm，粗糙度保持性能提升1倍以上，并且軋制后板材由于輥印降格率降低1倍以上。另外經(jīng)測(cè)算，由于粗糙度保持性提升明顯，在相同粗糙度衰減條件下，軋輥軋制噸位可以由2000 t提升至3600 t，換輥周期可延長(zhǎng)80%。

圖6 軋輥SF后形貌(宏觀)

圖7 軋輥SF后形貌(400X)

軋輥經(jīng)過超精研磨表面處理技術(shù)后：①冷軋工作輥的表面粗糙度Ra值更加均勻，減少軋制后板材色差；②粗糙度Rsk值由正值變?yōu)樨?fù)值，其輥身表面粗糙度保持能力大幅提升，如圖8,9所示。

4 結(jié)束語

軋輥經(jīng)過超精研磨表面處理技術(shù)后：冷軋工作輥的表面粗糙度Ra值更加均勻，減少了軋制后板材色差；粗糙度Rsk值由正值變?yōu)樨?fù)值，大幅提升了其輥身表面粗糙度保持能力。

圖8 軋輥SF前后Ra值對(duì)比圖

圖9 軋輥SF前后Rsk值對(duì)比圖

經(jīng)過超精研磨表面處理后的軋輥，其粗糙度保持能力與“EDT毛化+鍍鉻”工藝基本相當(dāng)，因此可部分替代鍍鉻處理，更加綠色環(huán)保。

參考文獻(xiàn)：

[1] 曹風(fēng)國(guó).電火花加工技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

[2] 趙志業(yè).金屬塑性變形與軋制理論[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1996.

[3] 王延溥.軋鋼工藝學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1981.

[4] DICK K，LENARD J G.The effect of roll roughness and lubricant viscosity on the loads on the mill during cold rolling of steel strips[J].Journal of Materials Processing Technology，2005，168(1)：16—24.

收稿日期：2017-10-20

作者簡(jiǎn)介：李世輝(1971—)，男，高級(jí)工程師。電話：13701640228

中圖分類號(hào)：TG333.17；TG580.68