寶鋼BMD用于卡車縱梁的工業實踐

楊向鵬,徐江華,王 超

(寶山鋼鐵股份有限公司1.中央研究院,上海 201999; 2.冷軋廠,上海 201900)

金屬材料在熱軋成形后受高溫氧化的影響,冷卻后在表面會形成一層由金屬氧化物組成的致密覆蓋物,俗稱“鱗皮”。鱗皮的表面殘留直接影響沖壓、涂裝、冷軋等各項后處理工藝的質量。

寶鋼從2008年開始對無酸除鱗技術展開研究,歷時 9年自主研發出 BMD (Baosteel Mechanical Descaling)新型環保型除鱗工藝,特別針對沖壓、輥壓用戶,采用水+磨料介質的混合漿料對鋼板待處理表面進行設定速度的持續噴射,從而達到清除鱗皮的目的[1-2],可有效解決此部分用戶原有后道工序的工藝難題,提高成品質量,簡化加工工藝,實現了“零污染、高質量、低成本”的理想目標[3]。 2017年底完成首條 BMD商業化機組建設,2018年一季度實現投產,目前正處于持續穩定生產狀態,持續向用戶端供料[4]。

該產線所生產的BMD產品在多地不同的用戶端進行了各項試用、檢測、驗證。由于原有工藝是使用熱軋原板,未除鱗,在輥壓或沖壓時鱗皮碎屑掉落會降低設備磨具使用壽命,同時對鋼材的折彎處產生拉毛缺陷,涂裝環節會影響漆膜的附著性;而噴丸工藝處理后,卡車縱梁涂鍍后粗糙度高,造成漆膜厚差較大,這些都會影響涂裝后的防銹性能。采用寶鋼BMD工藝對熱軋原板進行除鱗,解決了上述卡車縱梁生產中的問題。

1 BMD工藝生產介紹

1.1 BMD安徽寶鋼機組設備布置

BMD安徽寶鋼機組包括BMD縱剪線和BMD800橫切線設備,BMD縱剪線將熱軋原卷除鱗并縱剪后卷取,BMD800橫切線設備將BMD窄卷進行切片,最終成為供用戶產品。

BMD縱剪線設備布置主要可分為四個部分:①開卷段,包括開卷機、粗矯機、頭部剪刀;② BMD工藝段,由噴射系統、介質分離回收系統、供料系統和過濾回收系統組成;③縱剪段,包括精矯機、1#活套、對中裝置、縱剪刀架、2#活套;④收卷段,包括尾部剪刀、夾送輥、張力輥、收卷機。

BMD800橫切線設備包括:開卷機、矯直輥、頭剪、橫切飛剪、鐮刀彎測量、堆料機。

1.2 BMD板生產過程介紹

熱軋原板通過BMD產線的除鱗工藝后進行橫切最終成為供用戶產品。具體生產過程為:①熱軋寬卷拆包上卷后,經過粗矯機矯正板形;②進入BMD工藝段進行表面熱軋鱗皮處理,除鱗后的寬帶鋼再進入精矯機修正鐮刀彎等板形缺陷;③矯正過的帶鋼通過活套與對中立輥調節,通過縱剪刀架,刀架上的剪刀會將原寬度為900～1 800 mm的寬卷分割為300～500 mm寬的符合用戶所需寬度的若干條窄卷與邊絲;④縱剪完成的若干窄條通過分離盤分割,整體在收卷機上卷曲成卷;⑤若干窄卷在打包后轉送800橫切,橫切至用戶企業所需的長度規格;⑥通過鐮刀彎測量設備后,符合長寬及鐮刀彎規格的片料成堆摞放打包發送用戶企業。

未進行縱切的寬卷除鱗表面如圖1所示,縱切后的窄卷表面如圖2所示。

2 BMD卡車縱梁用戶試用與推廣

BMD材料在多個地區用戶企業皆有供料試制,用戶企業采取的BMD成品加工方式包括沖壓和輥壓兩種,成形后產品均制成車架成品上車試用,其間過程均跟蹤記錄并對比用戶原使用的熱軋原板、拋丸或酸洗板等,工藝流程如表1所示。同步比較BMD工藝材料與用戶原使用材料加工后尺寸規格、表面狀態,對涂裝后的漆膜各項能力進行檢測,檢測內容見表2。

表1 BMD的用戶端試驗材料及工藝Table 1 Test material and technology of BMD client

表2 BMD材料與酸洗材料電泳涂裝檢測Table 2 Electrophoretic coating test of BMD and pickling materials

3 用戶企業成形認證

3.1 汽車廠A用戶沖壓認證試驗

在汽車廠A的沖壓車間進行了BMD板的沖壓試驗,設備為3 000 t液壓沖壓機,BMD板的牌號為B510L,尺寸為5 mm×310 mm×5 722 mm。BMD卷料及BMD大梁原料狀態及沖壓試驗過程見圖3、4。試驗進行了監控點選取,由于試驗用磨具已攜帶較多缺陷,且這類缺陷均直接影響沖壓成品質量,故檢測對象鎖定磨具中未有缺陷處,鎖定監測的區域,必須對于原料成形具有典型性,即容易產生拉毛缺陷區域。基于以上原則,鎖定3 000 t沖床凹模的入料側有一個典型的變截面區域(對應圖4(a)小方框所示區域),將平直料沖壓成“內凹折彎”的變形區,該區域對應的磨具表面光潔,無顯著缺陷。

在120件BMD涂油板完成沖壓之后,持續監測該區域,仍未發現任何拉毛痕跡,且磨具的表面粗糙度改變輕微,手觸摸不明顯。由此可知:①磨具完好時,在容易內凹變截面等容易拉毛區域,BMD涂油板未拉毛;②BMD涂油板能有效保持磨具性能,提高磨具的服役壽命;③在磨具已有損傷的區域,BMD板連續沖壓后的拉毛惡化趨勢有一定上升,但沒有干板明顯。

在檢測拉毛的同時,對沖壓成形后的開口尺寸也進行了檢驗跟蹤,最終通過用戶質檢人員檢測確認:BMD沖壓成形件的開口度達標,滿足使用要求(拉毛跟蹤與成品情況見圖5、6)。

3.2 汽車廠B用戶沖壓認證試驗

在重卡車架廠進行的BMD材料汽車橫梁沖壓試驗,該廠使用沖壓設備為單動薄板沖壓液壓機(10 000 kN),BMD材料牌號為B510L(規格為5.9 mm×552 mm×C),完成前期沖孔、裁切的BMD板料約200片,表面無銹蝕。

本次橫梁沖壓試驗重點關注兩處變截面區域,在使用拉延劑并對模具對應位置進行修磨后,原本的拉毛問題有明顯改善,基本消除拉毛現象,改善后的表面質量達到用戶進入下道次涂裝工藝的要求,改善過程與最終結果見圖7～10。

3.3 汽車廠C用戶輥壓認證試驗

汽車廠C對BMD材料的輥壓試驗,該廠有1條DLLW10×550柔性縱梁冷彎成形生產線,BMD材料試驗用料牌號為QSTE650,厚度為7 mm。在針對BMD材料進行設備參數調整、測試后,縱梁輥壓成形質量改善,固化匹配參數后,隨后所有成品(約16 t原料)成形質量均滿足現場標準,尺寸規格全部達標。由此可見:①BMD材質成形性在匹配的工藝參數下十分穩定;②BMD材質在經過輥壓工藝后尺寸規格均能完全達標。

在關注成形質量的同時,對輥壓后的表面質量進行了詳細檢查,BMD板與熱軋板對比情況見圖11。

(1) 外觀宏觀判斷:BMD板制成的縱梁相比熱軋板的表面更加白亮潔凈。

(2) 彎角處宏觀檢查:BMD板縱梁在靠近彎角處有輥子擠壓產生的光亮印跡,但觸感差異非常輕微,不影響涂裝;此外彎角處變形表面正常,熱軋板縱梁在靠近彎角處的同樣位置則產生一定程度的氧化鐵皮破裂,用手掃過會帶下一部分松散的鱗皮。

(3) 內部宏觀檢查:BMD板縱梁內表面更加光潔,而熱軋板縱梁內表面則有較多細微破碎的鱗皮。

此次驗證表面品質無問題(不包括調試件),尺寸精度調試合格,符合用戶企業要求。

3.4 汽車廠D用戶車架制備認證試驗

某車架廠BMD材料的輥壓及涂裝工藝驗證,使用鋼種牌號為500L-Z,規格為8 mm×425 mm×C。試驗同步對比了熱軋原料與BMD原料在輥壓與涂裝環節中成形性和涂裝性的差異。

制備車架流程跟蹤:

(1) 針對熱軋原料。輥壓→沖孔→等離子切割→拋丸→折彎→合梁→送鉚接車間。

(2) 針對本批次BMD原料。輥壓→沖孔→等離子切割→折彎→合梁→送鉚接車間。

此次加工BMD材料共6卷,BMD材料縱梁成品見圖12。整個輥壓過程正常,成形性良好,尺寸符合要求,并未發生拉毛現象;沖孔過程未發現熱軋原料加工時出現的因設備工件震動引起的氧化鐵粉脫落現象(此現象會造成設備傳動機構故障),BMD材料所沖孔邊緣光滑,無毛刺;等離子切割工藝需求材料表面含油量不能太高,BMD材料涂油量正常,故整體切割流程順利,切口符合標準;普通熱軋原料需經過干拋丸工藝除去表面鱗皮,BMD原料在輥壓前已完成該步驟,故前幾道工序設備的潔凈程度大大提高,設備故障率可大大降低(見沖孔工藝),且干拋工藝表面粗糙度高,毛化現象更明顯;折彎工序未發現拉毛劃傷,尺寸合規,通過現場質檢符合后道涂裝工藝需求。

試制中各工藝全流程跟蹤,各道次均滿足且達到用戶標準。較用戶傳統工藝使用的熱軋原材,因BMD材質在前輥壓、沖孔流程已完成除鱗工作,故用戶設備清潔度大大提高,避免了氧化鐵粉灑落進設備造成故障;減少了用戶原需的干拋工藝環節,縮短了流程,提高了加工效率(干拋日產量≤1 000條縱梁);提高成品的表面光潔度(BMD產品粗糙度較低),使成品更加美觀,有效改善了原熱軋原料輥壓時易產生的拉毛現象。BMD材料與熱軋材料涂裝對比見圖13。

3.5 涂裝性能檢驗

為充分明確BMD除鱗工藝是否滿足涂裝用戶的需求,特采用同鋼種樣板和寶鋼BMD板,在汽車廠E的電泳涂裝線進行試驗,測試試樣表面涂層的附著性和耐蝕性。

本次分析檢測共計取用樣板8塊,其中4塊為BMD板+涂裝后的試樣,另外4塊為車廠E提供的酸洗板+涂裝后的試樣。

(1) 劃格試驗,測試涂層的附著性。用漆膜劃格儀(QFH)在涂層表面劃出1 mm×1 mm (間隔)×100 mm的棋盤格,然后用3M Scotch 610#膠帶進行剝離,觀察剝落涂層的格數。試驗結果見圖14,顯示兩種試樣的百格附著力均為NTO,即無涂層剝落,可見BMD板的涂層黏結力與用戶原有酸洗板的涂裝黏結力相當,滿足用戶要求。

(2) 平板鹽霧試驗,測試涂層的耐蝕性。按照ASTM B117標準進行中性鹽霧試驗,試樣封邊后放置于鹽霧中,持續試驗720 h,對比產生銹點數量判斷其防銹能力。試驗結果見圖15、16,可見平板鹽霧樣品出現銹蝕點的部位均為電泳膜上有顆粒之處。需要指出的是,BMD板雖然出現銹點的數目比酸洗板的多2個,但BMD樣板的面積也較大,故可見BMD與酸洗板之間在耐蝕性上性能相當。

(3) 劃叉鹽霧試驗,測試涂層的擴蝕性。在BMD板與酸洗板表面十字劃叉后放入鹽霧箱持續觀察720 h。檢測結果可知:BMD板具有更強的抵抗破壞后的耐腐蝕擴展能力(BMD劃叉后擴展平均值為1.6 mm,酸洗板為2.0 mm)。

由此可見,BMD材在電泳涂鍍后涂層的耐蝕性、附著力、擴蝕性等性能均與酸洗材相同甚至高于酸洗材,完全符合用戶企業對涂裝的要求。

4 結論

(1) BMD安徽寶鋼縱剪線通過持續2年多的生產,工藝日漸成熟,在與現有用戶的磨合中不斷進步,并為后續推廣BMD工藝打下了良好的基礎,為持續拓展新用戶企業搭建了良好的平臺。

(2) BMD產品通過質量檢測,大生產沖壓、輥壓試驗,冷態軋制試驗,涂裝性能對比試驗等,均充分證明BMD產品完全滿足下游用戶對熱軋除鱗后的板面質量要求,具備市場推廣應用的條件。

(3) 多輪的試驗論證,充分證明BMD工藝是一種具備替代現有酸洗工藝的新型除鱗工藝,同時,BMD工藝為國內外生產企業使用綠色、高質量、高性能產品提供了一種較完美的方案。