冷軋帶鋼表面狀態對粗糙度檢測準確性的影響

劉 錦, 王 碩, 王 莉, 張曉峰, 李亞平

(1.首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司， 唐山 063200； 2.唐山工業職業技術學院， 唐山 063299)

冷軋薄板在生產過程中，各階段需要有不同的粗糙度，以滿足后續加工(如沖壓、涂鍍等)要求。隨著鋼鐵產品的不斷優化，客戶對冷軋帶鋼的表面粗糙度控制均勻性的要求越來越高。因此，為嚴格把控產品質量，滿足后道工序要求，鋼鐵企業對帶鋼表面粗糙度檢測的準確性尤為重視。

筆者主要分析了帶鋼表面狀態對粗糙度檢測準確性的影響，為檢測過程中需規避的不良因素提供參考。

1 帶鋼粗糙度概述

1.1 粗糙度定義和檢測方法

表面平均粗糙度是粗糙度輪廓的算術平均偏差，即在取樣長度內粗糙度輪廓偏距絕對值的算術平均值，如圖1所示。日常所說的帶鋼表面粗糙度就是一定評定長度內的帶鋼的表面平均粗糙度。

根據測量原理分類，表面粗糙度的測量方法可分為接觸式測量和非接觸式測量兩類。接觸式測量方法主要包括觸針法、比較法和印模法[1]。目前，多數鋼鐵企業采用的檢測方法主要是觸針法。觸針法是利用金剛石觸針刻劃帶鋼表面輪廓，通過數據分析計算完成表面粗糙度參數的求取。常用檢測過程是先由現場取樣，然后將樣品運送到試驗室，由試驗室根據要求進行制樣，制樣完成后離線檢測帶鋼表面粗糙度。

1.2 粗糙度對用戶使用影響

薄板表面粗糙度影響沖壓成形，滑動特性差的鋼板，沖壓成形過程中有引起沖壓開裂的危險。

冷軋鋼板表面粗糙度對鋼板的磷化質量影響很大，提高冷軋鋼板表面粗糙度有利于提高磷化耐腐蝕性能[2]。

表面粗糙度對冷軋鋼板耐蝕性有明顯的影響。隨著冷軋鋼板表面粗糙度的增大，冷軋鋼板表面自腐蝕電位先增大后減小。

2 試驗過程

2.1 樣品表面處理對粗糙度測量的影響

根據國標要求，測量樣板前，需使用丙酮或者酒精擦拭試樣，并立即測量。筆者比較了擦拭與不擦拭兩種處理方式檢測結果的差異。

在生產現場飛剪取樣得到大樣板，沿樣板寬度方向在不擦拭表面和擦拭表面分別測量，取樣長度λc為0.8 mm，評定長度為5λc，沿寬度方向共測50個點，每5個點取平均值，結果見表1，其差值見圖2。

由表1和圖2可知，在該樣板寬度方向上，不同位置擦拭前后的粗糙度偏差不同。中部擦拭前后粗糙度偏差較大，帶鋼邊部擦拭前后粗糙度偏差較小。

影響帶鋼表面清潔程度的主要因素是冷軋過程中產生的殘留物 ( 油污、鐵粉和粉塵等)。此外，退火、平整等工序中退火氣氛、平整液殘留和涂油質量及環境因素等也會影響著帶鋼表面的清潔度[5]。

采用掃描電鏡(SEM)觀察擦拭前和擦拭后帶鋼表面的微觀形貌，如圖3和圖4所示。由圖3和圖4可知，經過擦拭處理的樣品表面殘留的平整液(防銹油)、黏附在帶鋼上的鐵屑等物質明顯減少，清潔度較好，更能反映帶鋼表面的真實情況。因此，在檢測帶鋼表面粗糙度前，需對帶鋼表面進行擦拭處理，擦拭處理干凈后立即測量，通常用脫脂棉蘸取酒精，去除表面殘留物，從而去除油膜等對表面粗糙度的影響。

圖4 擦拭后冷軋帶鋼表面微觀形貌Fig.4 Micro morphology of cold rolled strip surface after wiping: a) at low magnification; b) at high magnification

2.2 劃傷對于粗糙度檢測的影響

取一塊100 mm×100 mm樣板，表面光整無劃傷，平均分為 25個區域，分別測量。同一樣板每個區域內人為制造1條劃傷，分別測量。同一樣板每個區域內人為制造2條劃傷，分別測量。無劃傷、1條劃傷和2條劃傷的樣板的表面粗糙度測量結果見表2，其相似度平均值圖如圖5所示。由表2和圖5可知，劃傷對于粗糙度檢測結果有顯著影響，且劃傷條數增加，同一塊樣板的粗糙度檢測平均值也增大。

表2 冷軋帶鋼表面劃傷前后的粗糙度Tab.2 Roughness of cold rolled strip surface before and after scratch mm

圖5 冷軋帶鋼表面劃傷前后的粗糙度差值圖Fig.5 Roughness difference map of cold rolled strip surface before and after scratch

由上述試驗結果可知，劃傷對于粗糙度測量結果存在影響，進而對整個取、送、制樣流程進行跟蹤觀察，發現主要有3個環節容易產生劃傷，需要加強關注。

(1) 取樣過程中，樣板落料環節，料斗中鐵屑、顆粒物會使樣板表面產生劃傷。因此落料斗需要保持清潔。

(2) 送樣運輸過程中，板面之間相互摩擦，容易產生劃傷，因此鋼鐵企業應關注送樣環節，過程盡量縮短。如果有條件，應進行在線粗糙度測量，省略送樣過程，從根本上解決該過程產生劃傷的問題。

(3) 制樣過程中，剪板機剪切、樣板與設備摩擦、設備上鐵屑等顆粒物摩擦板面等均會產生劃傷。因此，制樣單位要做好制樣設備的清潔清掃。

3 結論

帶鋼表面清潔度對粗糙度測量結果有較大影響，表面使用酒精擦拭處理后應立即測量，更能反映帶鋼表面粗糙度的真實值。

劃傷對于粗糙度檢測有較大影響，樣品完成取樣以后，容易產生劃傷的環節有運輸樣板過程中板面間摩擦產生擦劃傷、制樣過程中產生二次劃傷等，應對中間流程加以控制，減少產生劃傷的風險，從而為粗糙度測量的準確性提供保證。