不銹鋼冷軋對于表面粗糙度光澤度的影響

李 剛

（天津市新天鋼冷軋薄板有限公司，天津 300308）

0 引言

不銹鋼冷軋產品具有一定的強度與耐磨性，因優(yōu)越的防腐性能及不易生銹的優(yōu)良特性，被廣泛應用于電子、化工、環(huán)保、食品、機械、家電、家裝等多項行業(yè)。不銹鋼表面在冷軋生產過程中，由于各種因素，會產生不同的表面粗糙度和光澤度，為了滿足下道工序對不銹鋼表面粗糙度和光澤度要求，不銹鋼冷軋產品一般需要進行后續(xù)拋光處理，生產工藝相對復雜。但在特定使用條件下，部分產品無需進行后續(xù)拋光處理即可使用不銹鋼的原有表面，這就要求將不銹鋼的表面粗糙度和光澤度控制在一定范圍之內。不銹鋼在冷軋生產過程中，主要包括冷軋、退火、拉矯三大主要過程，各項過程均會對不銹鋼表面粗糙度及光澤度產生一定的影響。

本文以軋制節(jié)鎳型奧氏體不銹鋼為例，通過生產實驗，分析了在冷軋生產過程中影響不銹鋼表面粗糙度及光澤度的因素。通過研究冷軋軋制壓下率、冷軋軋輥加工方式、連續(xù)光亮退火及拉矯處理工藝對不銹鋼表面粗糙度及光澤度的影響，優(yōu)化了節(jié)鎳型不銹鋼冷軋生產工藝，最終達到將成品不銹鋼表面粗糙度及光澤度穩(wěn)定控制的目的。

1 實驗材料及實驗過程

1.1 實驗準備

實驗使用聯(lián)眾202 不銹鋼原料卷坯，寬度610mm、厚度1.0mm，表面為2B表面，其主要成分如表1 所示。使用北京現代TR-200 粗糙度儀，垂直于軋制方向測量帶材表面粗糙度Ra；使用威福光電WG68光澤度儀，選取入射角60°光澤度數值。

表1 實驗用不銹鋼化學成分 /%

1.2 實驗過程

1.2.1 冷軋

使用森吉米爾20 輥可逆軋機進行軋制實驗。首先軋輥采用金剛石砂輪修磨，工作輥粗糙度保持固定。在冷軋過程中，分段選取3%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%不同軋制壓下率軋制的實驗材料，而后將試驗材料進行堿洗脫脂，烘干后進行粗糙度及光澤度檢測。

然后分別選取金剛石砂輪修磨、綠碳化硅砂輪修磨、激光毛化的不同工藝加工的工作輥，在保證工作輥粗糙度與軋制壓下率一致條件下，軋制實驗材料，而后將試驗材料進行堿洗脫脂，烘干后進行粗糙度及光澤度檢測。

通過上述實驗，比較分析不同軋制壓下率下的粗糙度和光澤度變化，以及不同磨輥工藝導致對粗糙度和光澤度的影響。

1.2.2 退火

由于帶材的長度較長以及連續(xù)性的特點，不銹鋼帶材的退火應采用連續(xù)退火爐退火。在200℃左右的冷軋過程中，不銹鋼表面會被輕微氧化產生鈍化膜，影響鋼帶粗糙度及光澤度，進入光亮退火爐后，在穩(wěn)定的氫氣保護氣氛中，不銹鋼表面由于冷軋過程產生的極薄氧化層得到充分還原，使得不銹鋼表面粗糙度及光澤度會產生變化[1]。

實驗選用奧地利艾伯納立式連續(xù)光亮退火爐，針對實驗材料軋制后的極薄帶材進行光亮退火，退火氣氛為純氫氣退火。以此來分析氫氣氣氛保護下退火對不銹鋼表面粗糙度、光澤度的影響。

1.2.3 拉矯

拉伸彎曲矯直機是用于不銹鋼帶材改善平整度的關鍵工藝裝備，他通過拉伸和彎曲的共同作用，使帶材產生必要的塑性延伸，減小帶材中各部分纖維的長度差，從而改善帶材平直度[2]。

實驗選用德國B+S 23 輥拉彎矯直機，對不銹鋼實驗卷進行板型精整，改善軋制、退火之后帶材的平整度。在拉矯過程中通過設置不同的延伸率工藝參數，來比對不銹鋼表面粗糙度與光澤度的差異。

2 實驗數據分析

2.1 實驗原材料相關數據分析

選取原料卷帶頭、帶中、帶尾三處樣板，進行粗糙度及光澤度檢測，粗糙度取Ra 值，垂直于軋制方向測量；光澤度取GU（60°），橫、縱向測量。記錄202原料2B酸洗表面的參數指標情況如表2所示。

表2 實驗用202不銹鋼表面粗糙度、光澤度

2.2 冷軋過程中的影響

在冷軋過程中，不銹鋼表面粗糙度主要取決于軋輥粗糙度，軋輥粗糙度不同，相應軋制不銹鋼表面的狀態(tài)及粗糙度也存在很大差異，為保證此次實驗的過程穩(wěn)定，對所用軋輥進行粗糙度統(tǒng)一，最終確定軋輥粗糙度為Ra0.3μm。

2.2.1 冷軋軋制壓下率的影響

選用同一卷不銹鋼卷、同一對金剛石修磨的軋輥，針對不同軋制壓下率進行軋制實驗，隨后堿洗脫脂進行粗糙度、光澤度測量，具體結果如圖1所示。

由圖1 數據可知，在統(tǒng)一軋輥粗糙度的情況下，冷軋過程中，軋制壓下率越大，帶鋼表面粗糙度越高，越接近軋輥粗糙度，當壓下率到達70%以上時，帶鋼表面粗糙度近似于軋輥粗糙度，不再有明顯變化。而光澤度變化趨勢和粗糙度相反，粗糙度越高，光澤度越低。

圖1 不同壓下率下的粗糙度、光澤度變化

在光澤度測量時，垂直于軋制方向的光澤度要低于平行于軋制方向的光澤度，但兩方向光澤度的變化趨勢保持一致。此類現象是由于軋制過程中軋制紋路對于光澤度的影響，順軋制紋理的光澤度會高一些，這個規(guī)律也與原材測試分析時的規(guī)律相同。

2.2.2 冷軋軋輥加工方式的影響

另選一卷實驗用202 不銹鋼原料，分別采用金剛石砂輪修磨、綠碳化硅砂輪修磨、激光毛化加工的粗糙度相同的工作輥，進行軋制實驗，壓下率控制在20%，檢測軋后不銹鋼表面的粗糙度、光澤度，結果如圖2所示。

由圖2 數據可知，在同等軋制壓下率的情況下，激光毛化軋輥軋制的鋼帶表面粗糙度最高，金剛石砂輪修磨軋輥軋制的鋼帶表面粗糙度最低；同時，綠碳化硅砂輪修磨軋輥軋制的鋼帶表面縱向（平行軋制紋路）光澤度最高。值得一提的是，激光毛化軋輥能夠改善鋼帶表面橫、縱向光澤度差異性較大的問題，且軋輥粗糙度復制率較高。

圖2 不同軋輥軋制材料表面的粗糙度、光澤度

為進一步探究該影響規(guī)律，將不同修磨方式軋輥軋制的鋼卷剪取50mm×50mm 樣片，在90倍放大鏡下放大后觀測鋼卷表面情況，如圖3、圖4、圖5所示。

圖3 激光毛化軋輥軋制表面

圖4 金剛石砂輪修磨輥軋制表面

圖5 綠碳化硅砂輪修磨輥軋制表面

由上述3 圖可以觀察出，綠碳化硅砂輪修磨軋輥的軋制紋路與金剛石砂輪修磨軋輥的軋制紋路相比，紋路線條較細，印記較輕，故而導致光澤度增加。而激光毛化軋輥軋制的帶鋼表面由于毛化工藝的特殊性，表面無明顯紋路，從而在軋制鋼卷表面的橫縱光澤度較為均勻，粗糙度較高。

2.3 后續(xù)工序的影響

選取軋制實驗中一卷材料，按順序進行連續(xù)光亮退火、拉矯處理，記錄退火前、退火后、拉矯后的表面粗糙度、光澤度數據進行對比，結果如圖6所示。

圖6 軋后工序對表面粗糙度、光澤度的影響

圖6 結果表明，退火工序和拉矯工序對于材料粗糙度本身不會有明顯改變，但由于氫氣氣氛退火的還原作用，使得鋼帶表面光澤度上升40～60GU，而拉矯工序由于材料產生了一定的塑性延伸，導致縱向光澤度下降30～40GU，相應的橫向光澤度也隨之下降10～20GU。

3 實驗結果

綜上所述，在軋制后的各工序處理中，退火使得表面光澤度上升而拉矯使表面光澤度下降，而影響表面粗糙度的關鍵環(huán)節(jié)在軋機，軋后工序對于粗糙度，沒有明顯改善。

（1）在冷軋環(huán)節(jié)，軋制壓下率越大，軋輥粗糙度復制率越高，鋼卷表面粗糙度越高，當壓下率大于70%時，鋼卷表面粗糙度趨近上限，不在產生變化；同時光澤度隨粗糙度升高而降低，兩者變化趨勢相反。

（2）對不同修磨方式的軋機工作輥，金剛石砂輪修磨軋輥軋制表面紋路較重，相對應粗糙度與光澤度較低，綠碳化硅砂輪修磨軋輥軋制表面紋路淺且較均勻，相對應粗糙度與光澤度較高。但兩種砂輪修磨方式導致的表面紋路會影響光澤度的橫、縱向差異。而激光毛化方式由于料紋的消除，導致光澤度橫、縱向差異不大，且激光毛化方式軋輥軋制鋼卷與普通修磨方式相比，粗糙度較高，更趨近于軋輥粗糙度。

（3）在退火環(huán)節(jié)，由于在氫氣保護氣氛的作用下，不銹鋼表面得到了一定的還原，但軋制紋路不會產生變化，所以粗糙度不會變化，光澤度有一定程度的上升。在拉矯環(huán)節(jié)，由于拉彎矯會對鋼帶產生一定的延伸，使材料發(fā)生一定的變化，但實際尺寸未發(fā)生明顯下降，故鋼卷表面粗糙度不會變化，但光澤度會下降。

4 結語

本文根據冷軋、退火及拉矯處理過程對不銹鋼表面粗糙度、光澤度影響實驗的數據，對影響不銹鋼表面粗糙度、光澤度的因素進行了分析，總結了各生產環(huán)節(jié)對不銹鋼產品表面粗糙度、光澤度的影響規(guī)律。實驗數據表明，不銹鋼板卷的冷軋環(huán)節(jié)是影響其粗糙度、光澤度的主要因素，退火、拉矯對粗糙度影響不大，稍微影響光澤度的變化。

上述實驗結果對現實生產具有很好的指導價值。面對特定用戶和產品使用條件時，可以按照產品不同的表面要求及不同的光澤度、粗糙度的變化，選擇合適的加工方式的軋制工作輥進行軋制生產，可以去除后續(xù)的表明拋光處理工藝，其產品市場前途廣泛。