鐵素體不銹鋼研磨工藝研發(fā)與應(yīng)用

周光明

（太鋼不銹冷軋廠技術(shù)科，山西 太原 030003）

汽車(chē)用冷軋板表面質(zhì)量缺陷嚴(yán)重影響產(chǎn)品的美觀，用戶(hù)對(duì)汽車(chē)板的表面質(zhì)量有著越來(lái)越高的要求，許多客戶(hù)對(duì)高級(jí)別汽車(chē)板的表面質(zhì)量要求為零缺陷。由于400系車(chē)用不銹鋼表面質(zhì)量控制難度大，且隨著產(chǎn)量的快速增加，暴露出的冷軋后工序問(wèn)題也越來(lái)越突出，主要表現(xiàn)為冷軋酸洗后存在的條紋、色差不均。此類(lèi)缺陷的存在嚴(yán)重影響了成品的表面質(zhì)量和用戶(hù)滿(mǎn)意度。2019年1月-10月份汽車(chē)用鐵素體不銹鋼卷酸洗后由于表面色差粗糙度不均勻造成滯留不合的比例達(dá)11.3%。本文對(duì)汽車(chē)用冷軋板表面縱向條狀色差缺陷進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)際討論的表面質(zhì)量的改進(jìn)工藝，討論了利用修磨機(jī)對(duì)表面進(jìn)行處理的原理和方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出了修磨車(chē)用不銹鋼的具體方法。

1 工藝原因及選擇

汽車(chē)用鐵素體不銹鋼由鋼種特性決定了柱狀晶發(fā)達(dá)、高溫變形抗力低、材質(zhì)軟、表面氧化鐵皮較黏等特點(diǎn)。在熱軋過(guò)程中氧化鐵皮難去除、易黏結(jié)軋輥，造成帶鋼表面存在粗糙條紋。分析粗糙條紋、色差產(chǎn)生的其主要因素有：熱軋表面粗糙度的差異遺傳到酸軋后的帶鋼表面；熱軋表面除磷不干凈，導(dǎo)致帶鋼表面酸洗后殘留山水紋狀色差、帶鋼表面粗糙度不良引起色差，其在熱軋工序改善的主要措施是通過(guò)增加酸軋出口帶鋼表面粗糙度來(lái)改善色差缺陷。

在冷軋工序雖然可以通過(guò)對(duì)鋼板表面再次酸洗來(lái)減輕和改善粗糙條紋、色差類(lèi)缺陷的嚴(yán)重程度，但重洗后表面條紋類(lèi)缺陷仍有殘留，缺陷帶有比例較高。通過(guò)選擇利用表面機(jī)械研磨去除缺陷，對(duì)鋼板表面粗糙程度的改善程度明顯。

2 工藝試驗(yàn)

2.1 不銹鋼表面研磨工藝

不銹鋼表面研磨工藝流程為：噴油→表面研磨→堿水漂洗→熱水刷洗→清水清洗→烘干。

2.2 試樣

實(shí)驗(yàn)樣品為441不銹鋼，其化學(xué)組成如表1所示。

表1 鋼的化學(xué)成分要求 %

2.3 表面機(jī)械研磨

6臺(tái)磨頭傳動(dòng)主電機(jī)125 kW，1 500 r/min，粒度為P80#的圣戈班諾頓牌布基氧化鋁砂帶，機(jī)組速度8~15 m/min，材料寬度1 000~1 300 mm，材料厚度2.0~6.0 mm。

2.4 刷洗烘干

5 m3堿液混合槽帶NaOH供給控制及軟管泵2臺(tái)；5 m3冷凝不銹鋼水槽，含供水泵2臺(tái)；3臺(tái)離心高壓清洗泵；2臺(tái)離心高壓堿液泵；5對(duì)擠干輥，其中入口1對(duì)，中間2對(duì)輥將熱水噴射堿液和清洗段隔開(kāi)，2對(duì)出口輥除去帶鋼表面多余的水；2組尼龍硬毛刷輥帶磨損調(diào)節(jié)裝置；烘干機(jī)電加熱功率60 kW×4,空氣消耗量8 400 m3/min。

2.5 不銹鋼冷板表面質(zhì)量檢驗(yàn)

將不銹鋼表面研磨處理前的表面質(zhì)量分為3級(jí)輕、中、重，采用目測(cè)法對(duì)表面質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定。

輕度時(shí)粗糙、條紋、色差缺陷側(cè)光能見(jiàn)界限模糊，缺陷占比板寬≤10%；中度時(shí)粗糙、條紋、色差缺陷較明顯可見(jiàn),板卷表面局部分布，缺陷占比板寬≥10%且≤30%；重度時(shí)粗糙、條紋、色差缺陷明顯可見(jiàn),板卷整個(gè)表面均可見(jiàn)，缺陷占比板寬≥30%。

3 結(jié)果與討論

3.1 材料去除率的影響因素

3.1.1 磨削時(shí)間對(duì)鋼板表面的影響

砂帶轉(zhuǎn)速是影響材料去除率的因素之一。在磨削過(guò)程中對(duì)砂帶的轉(zhuǎn)速增加，使單位時(shí)間內(nèi)參與切削的磨粒增加，能夠明顯提升材料的去除效果。在柔性砂帶修磨表面過(guò)程中，砂帶受鋼板表面反沖擊作用，彈性砂帶退讓也增加，砂帶線速度增加到一定程度后再增加也會(huì)使砂帶磨粒切入的實(shí)際深度減少。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行速度等參數(shù)不變，砂帶轉(zhuǎn)速對(duì)鋼板表面質(zhì)量的影響見(jiàn)表1。

表1 砂帶轉(zhuǎn)速對(duì)鋼板表面質(zhì)量的影響

從表1可知，當(dāng)砂帶轉(zhuǎn)速低于850 r/min時(shí)，砂帶磨粒參與切削的數(shù)量較少，材料切除率小，因此切除的表面材料少，表面條紋、粗糙缺陷殘留量大不能滿(mǎn)足產(chǎn)品要求；當(dāng)砂帶轉(zhuǎn)速達(dá)到1 000 r/min后，表面粗糙條紋類(lèi)缺陷改善程度不明顯。當(dāng)砂帶轉(zhuǎn)速達(dá)到900 r/min后，鋼板磨削后表面均勻，粗糙條紋較少，砂帶磨削效率較高，表面質(zhì)量能夠滿(mǎn)足出廠要求。

3.1.2 磨頭壓力對(duì)鋼板表面的影響

磨頭壓力對(duì)材料的去除率明顯，當(dāng)對(duì)不銹鋼表面進(jìn)行變壓力磨削時(shí)，隨著磨削壓力的增加，參與磨削的單顆磨粒載荷增加，使切入不銹鋼表面深度增加，材料的去除量增加。但隨著磨削壓力的不斷增加，輥系震動(dòng)增加，磨粒破損、脫落也增加，在砂帶使用時(shí)間一定的情況下，使后續(xù)的切削量下降。磨頭壓力對(duì)鋼板表面質(zhì)量的影響見(jiàn)表2。

表2 磨頭壓力對(duì)鋼板表面質(zhì)量的影響

從表2可知，當(dāng)磨頭電流低于55 A時(shí)，砂帶切除鋼板表面的深度較小，材料的去除量不大，使得鋼板表面修磨后質(zhì)量不高，殘留粗糙、條紋較多；當(dāng)磨頭電流達(dá)到60 A時(shí)，鋼板表面均勻度達(dá)到成品要求，粗糙條紋類(lèi)缺陷較少。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和生產(chǎn)實(shí)際表明，修磨粗糙、條紋類(lèi)表面缺陷時(shí)，磨頭電流達(dá)到60 A左右時(shí)，砂帶的磨耗比最好，修磨出的不銹鋼表面質(zhì)量高。

3.2 砂帶消耗情況對(duì)鋼板表面的影響

3.2.1 砂帶磨損機(jī)理研究

一般新砂帶在磨削20 min前磨粒的等高性和穩(wěn)定性不好，磨削20 min以后砂帶砂礫橫向縱向等高一致性較好，能夠高效的切削掉不銹鋼表層不銹鋼缺陷。按照單機(jī)架理論磨削深度0.005 mm，4機(jī)架的最大磨削量能夠達(dá)到0.02 mm。在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)重度粗糙類(lèi)缺陷進(jìn)行0.015 mm深度的磨削達(dá)到表面要求，在出口表面檢查未達(dá)標(biāo)要求再進(jìn)行一道次磨削。80號(hào)新砂帶在磨削一段時(shí)間后，較大的磨粒發(fā)生破損變成小的磨粒相當(dāng)于P180-320號(hào)磨粒，小的磨粒高度變小，同時(shí)切削深度也變小。

3.2.2 砂帶使用過(guò)程分析

砂帶粒度越大，對(duì)材料表面的去除深度越大，隨著砂帶磨損破損，砂帶粒度變小，磨削深度變小，但磨損后的砂帶能夠改善鋼板表面的粗糙度，減少粗粒砂帶產(chǎn)生的修磨痕重和白點(diǎn)堆積物多的次生缺陷。

表3 砂帶磨損時(shí)間對(duì)鋼板表面質(zhì)量的影響

當(dāng)80號(hào)新砂帶磨損到一定程度后，磨粒基本磨削沒(méi)有，從切削變成拋光作用，在實(shí)際生產(chǎn)中為了在磨削掉表面缺陷的同時(shí)提高表面粗糙度達(dá)到一定的平衡，所以從1機(jī)架開(kāi)始配置新砂帶去除表面缺陷，2-4機(jī)架配置衰減后的砂帶對(duì)表面進(jìn)行拋光作用，在實(shí)際砂帶配置過(guò)程中，3-4機(jī)架選用150~300 min以上的P80號(hào)衰減砂帶,細(xì)粒度砂帶能夠改善粗砂帶磨削后的修磨痕和白點(diǎn)堆積物等次生缺陷。

3.2.3 各機(jī)架的砂帶配置對(duì)鋼板表面質(zhì)量的影響

砂帶的磨損情況對(duì)不銹鋼表面修磨后的質(zhì)量影響很大，對(duì)減輕其表面的缺陷程度起決定性的作用，并能夠極大的改善表面的粗糙度。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，根據(jù)原料表面粗糙條紋缺陷程度情況進(jìn)行砂帶配置實(shí)驗(yàn)，各機(jī)架配置的砂帶使用分鐘數(shù)對(duì)鋼板表面質(zhì)量的影響如表4所示。

表4 砂帶消耗時(shí)間對(duì)鋼板表面質(zhì)量的影響

從表4可知，不銹鋼表面在進(jìn)行修磨處理時(shí)，各機(jī)架的砂帶配置情況對(duì)表面質(zhì)量的改善有直接關(guān)系。在原料表面缺陷為輕度時(shí)，一機(jī)架配置40 min以?xún)?nèi)的砂帶，修磨后表面粗糙條紋較少，均勻一致；在原料表面缺陷為中度時(shí)，一、二號(hào)機(jī)架配置40 min以?xún)?nèi)的砂帶，修磨表面粗糙條紋少，表面均勻；在原料表面缺陷程度為重度時(shí)，一號(hào)、二號(hào)、三號(hào)機(jī)架配置40 min以?xún)?nèi)的砂帶，修磨后表面均勻一致，條紋較少，能夠滿(mǎn)足表面質(zhì)量要求。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐后，采用根據(jù)原料缺陷程度對(duì)最佳分鐘數(shù)內(nèi)的砂帶配置各機(jī)架，能夠提高缺陷的去除量，降低表面的粗糙度。

3.3 不銹鋼表面經(jīng)修磨處理前后表面形貌

不銹鋼表面經(jīng)修磨處理前后表面形貌如圖1所示。

從圖l-1可以看出，不銹鋼表面經(jīng)修磨處理前，表面的色差、粗糙條紋明顯，鋼板表面顏色較深、發(fā)暗，運(yùn)行過(guò)程中觀察有間斷的黑色條紋出現(xiàn)；從圖1-2可以看出，不銹鋼表面經(jīng)修磨處理后，鋼板表面均勻一致、粗糙條紋缺陷幾乎看不到，呈現(xiàn)金屬光澤，鋼板橫向縱向無(wú)色差，滿(mǎn)足了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的表面需求。

圖1 不銹鋼表面經(jīng)修磨處理前后表面形貌

4 結(jié)論

1）通過(guò)對(duì)441不銹鋼不銹鋼表面研磨拋光工藝的研究，并經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐確定最佳工藝過(guò)程。經(jīng)研磨拋光處理后，去除了粗糙條紋表面缺陷，并且光滑、平整，粗糙度值較低，保證了產(chǎn)品的表面均勻一致，滿(mǎn)足客戶(hù)需求。

2）研究和實(shí)踐表明，441不銹鋼表面研磨拋光的最佳工藝條件為：磨頭轉(zhuǎn)速900 r/min，磨頭電流60A，根據(jù)原料表面缺陷嚴(yán)重程度配置砂帶粒度為40~120 min的砂帶。

3）不同粒度砂帶對(duì)鋼板表面所起到的作用不一樣，粗粒度砂帶對(duì)鋼板主要起磨削作用磨后鋼板表面粗糙度低表面修磨痕跡和白點(diǎn)堆積物多，細(xì)粒度砂帶砂帶磨拋后鋼板表面粗糙度高磨削此生缺陷輕。

4）經(jīng)處理后不銹鋼表面進(jìn)入成品軋制工序，酸洗后表面粗糙條紋較少，均勻一致性高滿(mǎn)足成品要求。