0Cr18Ni9DQ不銹鋼表面粗糙度對鏡面拋光效果的影響分析

禹云龍

（天津太鋼天管不銹鋼有限公司，天津 300461）

0 引言

0Cr18Ni9DQ鋼種奧氏體不銹鋼因其2B表面細膩、光澤均勻美觀，且具有良好的耐蝕性和抗氧化性而廣泛應用于終端市場裝飾、裝潢行業。隨著時代的進步，我國已進入高質量發展階段，在高端裝飾行業中，鏡面不銹鋼產品已經成為高端裝飾用途的主打產品。不銹鋼鏡面板是在普通2B狀態表面的基礎上，通過研磨液對不銹鋼表面進行研磨拋光，以消除表層鈍化層，使表面光線散射減弱，成像性提高，達到鏡面的效果。不銹鋼鏡面產品已經廣泛應用于衛浴、汽車裝飾條、展柜道具、產品LOGO等行業。

天津太鋼天管不銹鋼有限公司在開發和試生產鏡面不銹鋼板過程中，其表面時常會出現白點的缺陷，無法達到高端裝飾行業的產品標準，只能通過增加拋光次數或增加粗拋砂輪組數，來解決白點缺陷，嚴重影響生產成本以及作業效率。經過論證分析和數據對比，鏡面板的白點缺陷與基材2B表面的粗糙度具有明顯對應性。本文結合0Cr18Ni9DQ奧氏體不銹鋼板冷軋生產工藝情況，從拋丸工藝、粗軋粗磨工藝、冷軋軋輥粗糙度、平整輥面粗糙度等方面，提出了優化工藝參數，以實現各工序工藝參數的合理匹配。

1 不銹鋼表面粗糙度基礎研究

在不銹鋼冷軋產品生產領域，通常用表面粗糙度參數指標來評價2B表面的細膩程度。金屬表面粗糙度是指經過壓力加工后，微觀狀態下的表面不平度，即表面上具有的較小間距和微小峰谷所組成的微觀幾何形狀特征。通常以Ra/Rz/Ry三種代號加數字來表示。本文中所提到的粗糙度數值均是指Ra表示。粗糙度指標越小，表面越細膩，鏡面拋光效果越好。

常規0Cr18Ni9DQ鋼種奧氏體不銹鋼2B表面粗糙度控制在0.08～0.2μm。通常的理論認為，連鑄坯在加熱和軋制冷卻過程中出現貧鉻層，在后續的加工處理過程中將會形成細小的表面缺陷，這種表面缺陷面積率越高則表面粗糙度越高。而這種細小的表面缺陷率與拋丸機轉速、軋制變形量、軋輥粗糙度、粗軋粗磨工藝加工都存在一定的關系。下面重點論述從這幾方面進行的實驗研究和結果分析。

2 冷軋生產工藝對表面粗糙度的影響及優化

本文所闡述的高端鏡面裝飾用不銹鋼產品，改變了傳統的熱軋白皮NO.1板直軋的方式，創新性的增加粗軋粗磨的工藝設計。在熱軋黑皮卷通過退火酸洗后轉變為白皮NO.1表面狀態后，通過二十輥軋機加之12～15%的變形量，然后采用修磨機組砂帶研磨帶鋼表面的方式進行處理，而后在進行60～80%變形量的精軋軋制，此時產品轉變為冷軋硬態表面狀態。產品再次經過成品退火酸洗工藝處理，最終經過調質平整、拉矯縱剪工序，實現2B表面狀態交庫，完成高端鏡面產品的訂單交庫，具體工藝流程如圖1所示。

圖1 產品工藝流程圖

2.1 熱軋退火酸洗工序的影響

冷軋廠生產不銹鋼成品鋼卷，原料均為熱軋黑皮鋼卷。在原料退火酸洗機組，經過退火、破鱗拋丸、酸洗鈍化等工藝流程加工，而最終生產出NO.1表面的不銹鋼卷。在此生產環節中，拋丸環節的工藝生產，對NO.1表面的粗糙度起決定性作用。不同的拋丸機葉輪轉速和鋼丸粒度配比工藝參數設定，實物帶鋼表面的粗糙度存在明顯的差異[1]。本實驗采用4.0mm厚度原料作為基材，鋼丸采用S110和S170兩種高碳鑄鋼丸，NO.1表面粗糙度結果如表1所示。

表1 不同葉輪轉速和鋼丸粒度配比生產NO.1表面的粗糙度

表1的實驗數據表明，在相同的鋼丸粒度配比的條件下，葉輪轉速降低后，鋼丸的拋射速度越慢，隨之對不銹鋼表面的沖擊功變小，即在表面產生的沖擊痕跡變輕，因此降低了NO.1表面的粗糙度。而在相同葉輪轉速的條件下，鋼丸粒度越小，對不銹鋼表面的沖擊功越小，最終能夠生產出較低的表面粗糙度。因此在保證除磷效果的前提下，采用拋丸機低轉速和增加小粒度鋼丸配比比例，可以降低的NO.1表面粗糙度。

2.2 粗磨工藝的影響

對于高端鏡面裝飾用的不銹鋼產品，在工藝設計過程中，存在粗磨的工序生產。在修磨機組，利用砂帶研磨不銹鋼表面，從而降低表面粗糙度，同時能夠去除表面附著存在的細小夾雜物，得到細膩的基材表面，提升產品質量。在粗磨生產過程中，砂帶型號配比以及壓力電流參數控制是影響磨后帶鋼表面粗糙度指標的關鍵性因素。本實驗采用3.2mm厚度的粗軋硬態卷為基材，結果如表2所示。

表2的實驗數據表明，在相同的研磨壓力電流參數條件下，砂帶表面越粗糙，在帶鋼表面產生的研磨痕跡越深，從而增加研磨后帶鋼表面的粗糙度。在使用相同的砂帶型號研磨時，隨之修磨機壓力電流的增加，帶鋼表面的粗糙度越大。因此，在考慮砂帶成本消耗的前提下，合理配置粗磨機砂帶型號配比以及壓力電流參數的選擇，可保證表面粗糙度達到≤0.5μm的標準要求。

表2 不同砂帶型號和壓力電流生產鋼卷表面的粗糙度

2.3 冷軋工藝的影響

2.3.1軋制變形量的影響

在實際生產過程中，軋制變形量一般控制在50%以上，而對于不銹鋼鏡面產品，軋制變形量工藝設計在70%以上。對0Cr18Ni9DQ鋼種不銹鋼的軋制變形量和硬態表面粗糙度進行跟蹤和數據積累，可以得出軋制變形量對表面粗糙度的影響有明顯性作用，當總的軋制變形量達到80%以上，不銹鋼表面粗糙度變化幅度明顯減小[2]。本實驗以1.0mm厚度成品表面粗糙度為測量基準，采用相同的軋輥粗糙度，對應不同軋制變形量下的數據，結果如圖2所示。

圖2 軋制變形量與粗糙度關系

2.3.2 軋輥粗糙度的影響

目前，冷軋廠軋制生產0Cr18Ni9DQ鋼種時，工作輥一般選用120#～150#砂輪進行磨削，保證輥面粗糙度控制在0.15～0.25μm。實踐過程中，對0Cr18Ni9DQ鋼種的成品軋制道次工作輥表面粗糙度和不銹鋼硬態表面粗糙度進行跟蹤記錄。跟蹤統計結果表明，當在軋制變形量60%的條件下，軋輥表面粗糙度與帶鋼表面粗糙度變化趨勢基本一致。結果如圖3所示。

圖3 軋輥粗糙度和帶鋼粗糙度關系

2.4 平整工藝的影響

冷軋硬態不銹鋼卷，為消除內應力、改善產品機械性能，常規通過成品退火酸洗以及平整工序實現，從而達到2B表面狀態。在此生產過程中，通過平整工藝這種壓下率小的調質軋制，能有效、迅速地降低不銹鋼表面粗糙度。通過研究發現，平整輥的表面粗糙度與成品2B表面的粗糙度呈明顯一致性。本生產過程粗糙度變化趨勢，與軋制工作輥一致，此處不再贅述。通常，平整輥選用180#～230#砂輪進行磨削，輥面粗糙度控制在0.06～0.08μm，最終實現2B表面的光亮細膩。

3 成品表面粗糙度對鏡面拋光效果影響

通過以上論述，已研究分析了冷軋全流程工藝參數的選擇對實物帶鋼表面粗糙度的影響。而在高端鏡面裝飾用不銹鋼產品的開發過程中，經常性會出現拋光后表面存在白點的缺陷，且整體的鏡面成像性不能達到8K表面等級標準。通過跟蹤大量2B表面粗糙度指標與磨后鏡面質量情況的數據，分析質量對應性。研究結果表明，2B表面粗糙度越低，磨后鏡面光澤度越高，成像性越好[3]。

對于鏡面的白點缺陷，實驗采用不同工序粗糙度指標對應拋光后的表面質量情況，發現NO.1表面粗糙度起決定性的作用，即拋丸機葉輪轉速和鋼丸粒度配比參數為主要因素。因此選擇最優的拋丸機工藝參數可根本性解決鏡面拋光后白點缺陷問題。不同工序粗糙度指標與鏡面拋光質量的關系如表3所示。

表3 工序粗糙度指標與鏡面拋光質量的關系

4 工藝參數選擇以及市場客戶反饋

4.1 工藝參數選擇

結合大量實驗數據論證以及產品實物質量，最終選擇0Cr18Ni9DQ不銹鋼鏡面板生產工藝參數如下：拋丸機葉輪轉速1850r/min，鋼丸粒度配比S110:S170=1:0.8，粗磨表面粗糙度控制≤0.5μm，冷軋軋制變形量≥70%，軋輥粗糙度控制在0.15～0.18μm。

4.2 市場客戶反饋

按照上述工藝參數設計，天津太鋼天管不銹鋼有限公司累計生產高端鏡面裝飾用KK料超過10000噸，創造了一定的經濟附加值。整體市場客戶反饋拋光效果良好，解決了開發試供階段的白點缺陷問題。

5 結語

本文對0Cr18Ni9DQ奧氏體鏡面不銹鋼表面白點問題進行了分析，從冷軋拋丸工藝、粗軋粗磨工藝、冷軋軋輥粗糙度、平整輥面粗糙度等方面，對0Cr18Ni9DQ奧氏體不銹鋼表面粗糙度指標的影響因素進行了研究，最終確定了0Cr18Ni9DQ不銹鋼鏡面板生產工藝參數。

研究表明，對于0Cr18Ni9DQ不銹鋼表面的白點缺陷，NO.1表面粗糙度和冷軋軋制變形量起決定性的作用。因此選擇最優的拋丸機工藝參數和冷軋軋制變形量可消除鏡面拋光后白點問題，即拋丸機葉輪轉速1850r/min，鋼丸粒度配比S110:S170=1:0.8，冷軋軋制變形量≥70%時，0Cr18Ni9DQ奧氏體不銹鋼鏡面拋光效果良好，可有效解決了白點缺陷問題。