壓花表面不銹鋼的研究與開發

劉治宏

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司冷軋廠，山西 太原 030002）

不銹鋼表面壓花是一種高等級的裝飾。主要應用于用于建筑幕墻、公共設施、高端家電等行業。目前國內壓花板是小型加工廠在2B表面經過機械壓型生產，材料強度高，無法進行復雜加工；深度淺，立體感不足，應用范圍受限。

裝飾行業以及軌道交通業一直以來都是高端不銹鋼需求的重點行業，特別是近年來，隨著我國高鐵、地鐵行業高速發展，列車用的不銹鋼持續增加，內飾用高端不銹鋼材料一直依賴進口。因此，開發花紋立體多樣、適合復雜加工的壓花表面不銹鋼，有著廣泛的應用前景。

1 實驗

生產所使用的軋機是廿輥森吉米爾軋機[1-2]，軋輥成分如表1所示。實驗用的TTS443M成分如表2所示。冷軋成品厚度為1.2 mm。產品表面深度測量使用Mitutoyo深度儀，三維形貌觀察使用激光共聚焦掃描[3]。

表1 生產用軋輥的化學成分 %

表2 生產用TTS443M的化學成分 %

2 壓花板表面開發

2.1 軋輥雕刻技術

壓花表面是先通過對軋輥雕刻，軋制過程中利用金屬流動性，將刻花輥花紋傳遞到鋼帶表面，壓花板最小元素為0.83 mm×0.42 mm，這其中還包括圓弧、棱角設計，設計的花紋要雕刻在不同直徑（58~64 mm）的工作輥上，且要求完美銜接。通過對刻花輥的角度、圓潤度、弧度經過論證，在相對于軸心線90°、45°等任意角度的雕刻制作；提高雕刻精度，保證花紋邊緣的光潔性。常規花紋設計完成后，可以通過對花紋元素的間距進行特殊設計，最終產品表面呈現出了裝飾性布紋元素，提高了辨識性。

2.2 刻花輥表面剝落

軋制過程中，金屬沿軋制前滑區均勻流動。壓花板在軋制過程中，金屬被擠壓到軋輥凹面內，無法正常流動，造成局部較大應力，極易出現剝落；冷軋軋輥成分是Cr12MoV，是碳化物與馬氏體組織，軋輥雕刻過程中，吸收一定能量的激光，也產生應力。軋制過程中，軋制力約300~500 t，而且刻花邊緣更容易受力，導致刻花紋更易損壞，造成刻花應力剝落，如果不進行處理，刻花輥軋制300 m后，就會出現應力剝落現象[4-10]，如圖1所示。

圖1 刻花輥表面剝落

雕刻完的軋輥需要進行特殊處理，減少受力過程中的受壓剝落。經處理后的軋輥軋制長度超過6000 m。

2.3 壓花表面軋制工藝研究

壓花表面軋制是在成品道次使用刻花輥。由于刻花輥花紋屬性，與普通軋制相比，在油量，軋制張力，軋制壓力上有區別。

滿足加工使用要求的壓花板，需要合理的設計總變形量及成品道次變形量，同時要在軋制過程中從工藝條件上符合壓花板的特性。

2.3.1 總變形量

總變形量的設計考慮材料加工硬化帶來的強度提高以及材料在后續退火過程中組織的回復和板型控制三方面的因素。

加工硬化就是隨著冷變形程度的增加，金屬材料強度和硬度指標都提高，塑性、韌性下降的現象。加工硬化必然導致材料軋制壓力上升，刻花輥承受的軋制力過高，容易提高刻花輥顆粒崩落概率，減少使用壽命。從該方面看，變形量越小越有利于提高刻花輥的壽命。

亞花板最終作為產品被使用，需要有良好的機械加工性能，合適的變形量及退火工藝是力學性能的保證。

不同的鋼種生產壓花板時，總變形量設計不同，一般來說按表3進行設計，兼顧考慮軋制板型控制。

表3 不同鋼種的總變形量設計

2.3.2 成品道次變形量

成品道次變形量主要取決于用戶對深度的要求。

刻花輥深度為0.12 mm，目前與用戶簽訂的協議供貨厚度一般為0.05 mm以及0.07 mm兩種。圖2為壓花板深度及共聚焦掃描。

圖2 壓花板深度及共聚集掃描

同樣的深度要求，成品厚度規格不同，厚度變化量相同，但是成品道次變形量卻不同。具體問題需要具體分析。

厚度變化量與壓花板花紋深度也不一致。目前常用的規格看，成品規格與成品道次變形量的關系如表4所示。

表4 不同成品規格及壓花深度的成品道次變形量

2.3.3 軋制速度

刻花輥花紋是完成對稱的，但是軋制過程中成品道次鋼帶始終是一個方向，必然出現花紋一邊是咬入，一邊是咬出。由于刻花輥深度高于成品花紋深度，金屬在流動擠壓過程中，無法填滿花紋深度，因此在咬入的方向空間更大，在高速軋制過程，軋機入口方向和出口方向出現偏差，由設計的“M”形狀變成實際的“M”形，從兩個方向的觸感上有明顯差異。隨著軋制速度的提高，差異越發的明顯。

壓花板在成品道次軋制中對速度有明確的限制。

2.4 裝飾性

壓花板作為裝飾性表面，美觀尤為重要，根據產品的不同，項目的不同，使用的位置不同，可以在壓花深度、表面亮度、裝飾性元素三個方面做調整：經過總變形量和成品道次變形量的設計，壓花深度可以在0.04~0.07 mm之間選擇；表面亮度通過對刻花輥的后續處理以及選擇不同工藝路線實現，目前可以生產出類似2B亮度、BA亮度和噴砂表面的壓花板；裝飾性暗紋也是最受用戶喜歡的一種元素，如上文所述，通過設計雕刻花紋實現。

3 結論

本文研究了軋輥雕刻技術、壓延過程中刻花輥表面剝落、周期性暗影缺陷等系列技術難題，開發出具有壓花深度可控（0.05~0.07 mm）、表面亮度可調、裝飾花形可變且易于加工的壓花表面不銹鋼產品，在滿足基礎屬性外，設計了布紋元素增加裝飾性。

目前壓花板在公共設施地鐵座椅已有廣泛應用。滿足用戶使用要求：

1）滿足項目需要的花紋形狀、深度等尺寸（0.05~0.07 mm）要求，各個角度花紋排列整齊，有裝飾性布紋元素。

2）滿足亮度要求。

3）易于成型加工。