李 剛

（天津市新天鋼冷軋薄板有限公司，天津 300308）

0 引言

不銹鋼冷軋產(chǎn)品具有一定的強(qiáng)度與耐磨性，因優(yōu)越的防腐性能及不易生銹的優(yōu)良特性，被廣泛應(yīng)用于電子、化工、環(huán)保、食品、機(jī)械、家電、家裝等多項(xiàng)行業(yè)。不銹鋼表面在冷軋生產(chǎn)過(guò)程中，由于各種因素，會(huì)產(chǎn)生不同的表面粗糙度和光澤度，為了滿足下道工序?qū)Σ讳P鋼表面粗糙度和光澤度要求，不銹鋼冷軋產(chǎn)品一般需要進(jìn)行后續(xù)拋光處理，生產(chǎn)工藝相對(duì)復(fù)雜。但在特定使用條件下，部分產(chǎn)品無(wú)需進(jìn)行后續(xù)拋光處理即可使用不銹鋼的原有表面，這就要求將不銹鋼的表面粗糙度和光澤度控制在一定范圍之內(nèi)。不銹鋼在冷軋生產(chǎn)過(guò)程中，主要包括冷軋、退火、拉矯三大主要過(guò)程，各項(xiàng)過(guò)程均會(huì)對(duì)不銹鋼表面粗糙度及光澤度產(chǎn)生一定的影響。

本文以軋制節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼為例，通過(guò)生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，分析了在冷軋生產(chǎn)過(guò)程中影響不銹鋼表面粗糙度及光澤度的因素。通過(guò)研究冷軋軋制壓下率、冷軋軋輥加工方式、連續(xù)光亮退火及拉矯處理工藝對(duì)不銹鋼表面粗糙度及光澤度的影響，優(yōu)化了節(jié)鎳型不銹鋼冷軋生產(chǎn)工藝，最終達(dá)到將成品不銹鋼表面粗糙度及光澤度穩(wěn)定控制的目的。

1 實(shí)驗(yàn)材料及實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)使用聯(lián)眾202 不銹鋼原料卷坯，寬度610mm、厚度1.0mm，表面為2B表面，其主要成分如表1 所示。使用北京現(xiàn)代TR-200 粗糙度儀，垂直于軋制方向測(cè)量帶材表面粗糙度Ra；使用威福光電WG68光澤度儀，選取入射角60°光澤度數(shù)值。

表1 實(shí)驗(yàn)用不銹鋼化學(xué)成分 /%

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

1.2.1 冷軋

使用森吉米爾20 輥可逆軋機(jī)進(jìn)行軋制實(shí)驗(yàn)。首先軋輥采用金剛石砂輪修磨，工作輥粗糙度保持固定。在冷軋過(guò)程中，分段選取3%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%不同軋制壓下率軋制的實(shí)驗(yàn)材料，而后將試驗(yàn)材料進(jìn)行堿洗脫脂，烘干后進(jìn)行粗糙度及光澤度檢測(cè)。

然后分別選取金剛石砂輪修磨、綠碳化硅砂輪修磨、激光毛化的不同工藝加工的工作輥，在保證工作輥粗糙度與軋制壓下率一致條件下，軋制實(shí)驗(yàn)材料，而后將試驗(yàn)材料進(jìn)行堿洗脫脂，烘干后進(jìn)行粗糙度及光澤度檢測(cè)。

通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，比較分析不同軋制壓下率下的粗糙度和光澤度變化，以及不同磨輥工藝導(dǎo)致對(duì)粗糙度和光澤度的影響。

1.2.2 退火

由于帶材的長(zhǎng)度較長(zhǎng)以及連續(xù)性的特點(diǎn)，不銹鋼帶材的退火應(yīng)采用連續(xù)退火爐退火。在200℃左右的冷軋過(guò)程中，不銹鋼表面會(huì)被輕微氧化產(chǎn)生鈍化膜，影響鋼帶粗糙度及光澤度，進(jìn)入光亮退火爐后，在穩(wěn)定的氫氣保護(hù)氣氛中，不銹鋼表面由于冷軋過(guò)程產(chǎn)生的極薄氧化層得到充分還原，使得不銹鋼表面粗糙度及光澤度會(huì)產(chǎn)生變化[1]。

實(shí)驗(yàn)選用奧地利艾伯納立式連續(xù)光亮退火爐，針對(duì)實(shí)驗(yàn)材料軋制后的極薄帶材進(jìn)行光亮退火，退火氣氛為純氫氣退火。以此來(lái)分析氫氣氣氛保護(hù)下退火對(duì)不銹鋼表面粗糙度、光澤度的影響。

1.2.3 拉矯

拉伸彎曲矯直機(jī)是用于不銹鋼帶材改善平整度的關(guān)鍵工藝裝備，他通過(guò)拉伸和彎曲的共同作用，使帶材產(chǎn)生必要的塑性延伸，減小帶材中各部分纖維的長(zhǎng)度差，從而改善帶材平直度[2]。

實(shí)驗(yàn)選用德國(guó)B+S 23 輥拉彎矯直機(jī)，對(duì)不銹鋼實(shí)驗(yàn)卷進(jìn)行板型精整，改善軋制、退火之后帶材的平整度。在拉矯過(guò)程中通過(guò)設(shè)置不同的延伸率工藝參數(shù)，來(lái)比對(duì)不銹鋼表面粗糙度與光澤度的差異。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)原材料相關(guān)數(shù)據(jù)分析

選取原料卷帶頭、帶中、帶尾三處樣板，進(jìn)行粗糙度及光澤度檢測(cè)，粗糙度取Ra 值，垂直于軋制方向測(cè)量；光澤度取GU（60°），橫、縱向測(cè)量。記錄202原料2B酸洗表面的參數(shù)指標(biāo)情況如表2所示。

表2 實(shí)驗(yàn)用202不銹鋼表面粗糙度、光澤度

2.2 冷軋過(guò)程中的影響

在冷軋過(guò)程中，不銹鋼表面粗糙度主要取決于軋輥粗糙度，軋輥粗糙度不同，相應(yīng)軋制不銹鋼表面的狀態(tài)及粗糙度也存在很大差異，為保證此次實(shí)驗(yàn)的過(guò)程穩(wěn)定，對(duì)所用軋輥進(jìn)行粗糙度統(tǒng)一，最終確定軋輥粗糙度為Ra0.3μm。

2.2.1 冷軋軋制壓下率的影響

選用同一卷不銹鋼卷、同一對(duì)金剛石修磨的軋輥，針對(duì)不同軋制壓下率進(jìn)行軋制實(shí)驗(yàn)，隨后堿洗脫脂進(jìn)行粗糙度、光澤度測(cè)量，具體結(jié)果如圖1所示。

由圖1 數(shù)據(jù)可知，在統(tǒng)一軋輥粗糙度的情況下，冷軋過(guò)程中，軋制壓下率越大，帶鋼表面粗糙度越高，越接近軋輥粗糙度，當(dāng)壓下率到達(dá)70%以上時(shí)，帶鋼表面粗糙度近似于軋輥粗糙度，不再有明顯變化。而光澤度變化趨勢(shì)和粗糙度相反，粗糙度越高，光澤度越低。

圖1 不同壓下率下的粗糙度、光澤度變化

在光澤度測(cè)量時(shí)，垂直于軋制方向的光澤度要低于平行于軋制方向的光澤度，但兩方向光澤度的變化趨勢(shì)保持一致。此類現(xiàn)象是由于軋制過(guò)程中軋制紋路對(duì)于光澤度的影響，順軋制紋理的光澤度會(huì)高一些，這個(gè)規(guī)律也與原材測(cè)試分析時(shí)的規(guī)律相同。

2.2.2 冷軋軋輥加工方式的影響

另選一卷實(shí)驗(yàn)用202 不銹鋼原料，分別采用金剛石砂輪修磨、綠碳化硅砂輪修磨、激光毛化加工的粗糙度相同的工作輥，進(jìn)行軋制實(shí)驗(yàn)，壓下率控制在20%，檢測(cè)軋后不銹鋼表面的粗糙度、光澤度，結(jié)果如圖2所示。

由圖2 數(shù)據(jù)可知，在同等軋制壓下率的情況下，激光毛化軋輥軋制的鋼帶表面粗糙度最高，金剛石砂輪修磨軋輥軋制的鋼帶表面粗糙度最低；同時(shí)，綠碳化硅砂輪修磨軋輥軋制的鋼帶表面縱向（平行軋制紋路）光澤度最高。值得一提的是，激光毛化軋輥能夠改善鋼帶表面橫、縱向光澤度差異性較大的問(wèn)題，且軋輥粗糙度復(fù)制率較高。

圖2 不同軋輥軋制材料表面的粗糙度、光澤度

為進(jìn)一步探究該影響規(guī)律，將不同修磨方式軋輥軋制的鋼卷剪取50mm×50mm 樣片，在90倍放大鏡下放大后觀測(cè)鋼卷表面情況，如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 激光毛化軋輥軋制表面

圖4 金剛石砂輪修磨輥軋制表面

圖5 綠碳化硅砂輪修磨輥軋制表面

由上述3 圖可以觀察出，綠碳化硅砂輪修磨軋輥的軋制紋路與金剛石砂輪修磨軋輥的軋制紋路相比，紋路線條較細(xì)，印記較輕，故而導(dǎo)致光澤度增加。而激光毛化軋輥軋制的帶鋼表面由于毛化工藝的特殊性，表面無(wú)明顯紋路，從而在軋制鋼卷表面的橫縱光澤度較為均勻，粗糙度較高。

2.3 后續(xù)工序的影響

選取軋制實(shí)驗(yàn)中一卷材料，按順序進(jìn)行連續(xù)光亮退火、拉矯處理，記錄退火前、退火后、拉矯后的表面粗糙度、光澤度數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖6所示。

圖6 軋后工序?qū)Ρ砻娲植诙?、光澤度的影?/p>

圖6 結(jié)果表明，退火工序和拉矯工序?qū)τ诓牧洗植诙缺旧聿粫?huì)有明顯改變，但由于氫氣氣氛退火的還原作用，使得鋼帶表面光澤度上升40～60GU，而拉矯工序由于材料產(chǎn)生了一定的塑性延伸，導(dǎo)致縱向光澤度下降30～40GU，相應(yīng)的橫向光澤度也隨之下降10～20GU。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

綜上所述，在軋制后的各工序處理中，退火使得表面光澤度上升而拉矯使表面光澤度下降，而影響表面粗糙度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)在軋機(jī)，軋后工序?qū)τ诖植诙?，沒有明顯改善。

（1）在冷軋環(huán)節(jié)，軋制壓下率越大，軋輥粗糙度復(fù)制率越高，鋼卷表面粗糙度越高，當(dāng)壓下率大于70%時(shí)，鋼卷表面粗糙度趨近上限，不在產(chǎn)生變化；同時(shí)光澤度隨粗糙度升高而降低，兩者變化趨勢(shì)相反。

（2）對(duì)不同修磨方式的軋機(jī)工作輥，金剛石砂輪修磨軋輥軋制表面紋路較重，相對(duì)應(yīng)粗糙度與光澤度較低，綠碳化硅砂輪修磨軋輥軋制表面紋路淺且較均勻，相對(duì)應(yīng)粗糙度與光澤度較高。但兩種砂輪修磨方式導(dǎo)致的表面紋路會(huì)影響光澤度的橫、縱向差異。而激光毛化方式由于料紋的消除，導(dǎo)致光澤度橫、縱向差異不大，且激光毛化方式軋輥軋制鋼卷與普通修磨方式相比，粗糙度較高，更趨近于軋輥粗糙度。

（3）在退火環(huán)節(jié)，由于在氫氣保護(hù)氣氛的作用下，不銹鋼表面得到了一定的還原，但軋制紋路不會(huì)產(chǎn)生變化，所以粗糙度不會(huì)變化，光澤度有一定程度的上升。在拉矯環(huán)節(jié)，由于拉彎矯會(huì)對(duì)鋼帶產(chǎn)生一定的延伸，使材料發(fā)生一定的變化，但實(shí)際尺寸未發(fā)生明顯下降，故鋼卷表面粗糙度不會(huì)變化，但光澤度會(huì)下降。

4 結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)冷軋、退火及拉矯處理過(guò)程對(duì)不銹鋼表面粗糙度、光澤度影響實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，對(duì)影響不銹鋼表面粗糙度、光澤度的因素進(jìn)行了分析，總結(jié)了各生產(chǎn)環(huán)節(jié)對(duì)不銹鋼產(chǎn)品表面粗糙度、光澤度的影響規(guī)律。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，不銹鋼板卷的冷軋環(huán)節(jié)是影響其粗糙度、光澤度的主要因素，退火、拉矯對(duì)粗糙度影響不大，稍微影響光澤度的變化。

上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)具有很好的指導(dǎo)價(jià)值。面對(duì)特定用戶和產(chǎn)品使用條件時(shí)，可以按照產(chǎn)品不同的表面要求及不同的光澤度、粗糙度的變化，選擇合適的加工方式的軋制工作輥進(jìn)行軋制生產(chǎn)，可以去除后續(xù)的表明拋光處理工藝，其產(chǎn)品市場(chǎng)前途廣泛。