鐵素體不銹鋼研磨工藝研發與應用

周光明

（太鋼不銹冷軋廠技術科，山西 太原 030003）

汽車用冷軋板表面質量缺陷嚴重影響產品的美觀，用戶對汽車板的表面質量有著越來越高的要求，許多客戶對高級別汽車板的表面質量要求為零缺陷。由于400系車用不銹鋼表面質量控制難度大，且隨著產量的快速增加，暴露出的冷軋后工序問題也越來越突出，主要表現為冷軋酸洗后存在的條紋、色差不均。此類缺陷的存在嚴重影響了成品的表面質量和用戶滿意度。2019年1月-10月份汽車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11.3%。本文對汽車用冷軋板表面縱向條狀色差缺陷進行了分析，并結合實際討論的表面質量的改進工藝，討論了利用修磨機對表面進行處理的原理和方法，通過實驗得出了修磨車用不銹鋼的具體方法。

1 工藝原因及選擇

汽車用鐵素體不銹鋼由鋼種特性決定了柱狀晶發達、高溫變形抗力低、材質軟、表面氧化鐵皮較黏等特點。在熱軋過程中氧化鐵皮難去除、易黏結軋輥，造成帶鋼表面存在粗糙條紋。分析粗糙條紋、色差產生的其主要因素有：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增加酸軋出口帶鋼表面粗糙度來改善色差缺陷。

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

2 工藝試驗

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

實驗樣品為441不銹鋼，其化學組成如表1所示。

表1 鋼的化學成分要求 %

2.3 表面機械研磨

6臺磨頭傳動主電機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；5 m3冷凝不銹鋼水槽，含供水泵2臺；3臺離心高壓清洗泵；2臺離心高壓堿液泵；5對擠干輥，其中入口1對，中間2對輥將熱水噴射堿液和清洗段隔開，2對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節裝置；烘干機電加熱功率60 kW×4,空氣消耗量8 400 m3/min。

2.5 不銹鋼冷板表面質量檢驗

將不銹鋼表面研磨處理前的表面質量分為3級輕、中、重，采用目測法對表面質量進行評定。

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

3 結果與討論

3.1 材料去除率的影響因素

3.1.1 磨削時間對鋼板表面的影響

砂帶轉速是影響材料去除率的因素之一。在磨削過程中對砂帶的轉速增加，使單位時間內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使砂帶磨粒切入的實際深度減少。當機組運行速度等參數不變，砂帶轉速對鋼板表面質量的影響見表1。

表1 砂帶轉速對鋼板表面質量的影響

從表1可知，當砂帶轉速低于850 r/min時，砂帶磨粒參與切削的數量較少，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足產品要求；當砂帶轉速達到1 000 r/min后，表面粗糙條紋類缺陷改善程度不明顯。當砂帶轉速達到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，表面質量能夠滿足出廠要求。

3.1.2 磨頭壓力對鋼板表面的影響

磨頭壓力對材料的去除率明顯，當對不銹鋼表面進行變壓力磨削時，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，輥系震動增加，磨粒破損、脫落也增加，在砂帶使用時間一定的情況下，使后續的切削量下降。磨頭壓力對鋼板表面質量的影響見表2。

表2 磨頭壓力對鋼板表面質量的影響

從表2可知，當磨頭電流低于55 A時，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量不高，殘留粗糙、條紋較多；當磨頭電流達到60 A時，鋼板表面均勻度達到成品要求，粗糙條紋類缺陷較少。實驗結果和生產實際表明，修磨粗糙、條紋類表面缺陷時，磨頭電流達到60 A左右時，砂帶的磨耗比最好，修磨出的不銹鋼表面質量高。

3.2 砂帶消耗情況對鋼板表面的影響

3.2.1 砂帶磨損機理研究

一般新砂帶在磨削20 min前磨粒的等高性和穩定性不好，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。按照單機架理論磨削深度0.005 mm，4機架的最大磨削量能夠達到0.02 mm。在實際應用中對重度粗糙類缺陷進行0.015 mm深度的磨削達到表面要求，在出口表面檢查未達標要求再進行一道次磨削。80號新砂帶在磨削一段時間后，較大的磨粒發生破損變成小的磨粒相當于P180-320號磨粒，小的磨粒高度變小，同時切削深度也變小。

3.2.2 砂帶使用過程分析

砂帶粒度越大，對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，減少粗粒砂帶產生的修磨痕重和白點堆積物多的次生缺陷。

表3 砂帶磨損時間對鋼板表面質量的影響

當80號新砂帶磨損到一定程度后，磨粒基本磨削沒有，從切削變成拋光作用，在實際生產中為了在磨削掉表面缺陷的同時提高表面粗糙度達到一定的平衡，所以從1機架開始配置新砂帶去除表面缺陷，2-4機架配置衰減后的砂帶對表面進行拋光作用，在實際砂帶配置過程中，3-4機架選用150~300 min以上的P80號衰減砂帶,細粒度砂帶能夠改善粗砂帶磨削后的修磨痕和白點堆積物等次生缺陷。

3.2.3 各機架的砂帶配置對鋼板表面質量的影響

砂帶的磨損情況對不銹鋼表面修磨后的質量影響很大，對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。在實際生產過程中，根據原料表面粗糙條紋缺陷程度情況進行砂帶配置實驗，各機架配置的砂帶使用分鐘數對鋼板表面質量的影響如表4所示。

表4 砂帶消耗時間對鋼板表面質量的影響

從表4可知，不銹鋼表面在進行修磨處理時，各機架的砂帶配置情況對表面質量的改善有直接關系。在原料表面缺陷為輕度時，一機架配置40 min以內的砂帶，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，一、二號機架配置40 min以內的砂帶，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，一號、二號、三號機架配置40 min以內的砂帶，修磨后表面均勻一致，條紋較少，能夠滿足表面質量要求。經過生產實踐后，采用根據原料缺陷程度對最佳分鐘數內的砂帶配置各機架，能夠提高缺陷的去除量，降低表面的粗糙度。

3.3 不銹鋼表面經修磨處理前后表面形貌

不銹鋼表面經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、發暗，運行過程中觀察有間斷的黑色條紋出現；從圖1-2可以看出，不銹鋼表面經修磨處理后，鋼板表面均勻一致、粗糙條紋缺陷幾乎看不到，呈現金屬光澤，鋼板橫向縱向無色差，滿足了產品設計的表面需求。

圖1 不銹鋼表面經修磨處理前后表面形貌

4 結論

1）通過對441不銹鋼不銹鋼表面研磨拋光工藝的研究，并經生產實踐確定最佳工藝過程。經研磨拋光處理后，去除了粗糙條紋表面缺陷，并且光滑、平整，粗糙度值較低，保證了產品的表面均勻一致，滿足客戶需求。

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

3）不同粒度砂帶對鋼板表面所起到的作用不一樣，粗粒度砂帶對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堆積物多，細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）經處理后不銹鋼表面進入成品軋制工序，酸洗后表面粗糙條紋較少，均勻一致性高滿足成品要求。