禹云龙

（天津太钢天管不锈钢有限公司，天津 300461）

0 引言

0Cr18Ni9DQ钢种奥氏体不锈钢因其2B表面细腻、光泽均匀美观，且具有良好的耐蚀性和抗氧化性而广泛应用于终端市场装饰、装潢行业。随着时代的进步，我国已进入高质量发展阶段，在高端装饰行业中，镜面不锈钢产品已经成为高端装饰用途的主打产品。不锈钢镜面板是在普通2B状态表面的基础上，通过研磨液对不锈钢表面进行研磨抛光，以消除表层钝化层，使表面光线散射减弱，成像性提高，达到镜面的效果。不锈钢镜面产品已经广泛应用于卫浴、汽车装饰条、展柜道具、产品LOGO等行业。

天津太钢天管不锈钢有限公司在开发和试生产镜面不锈钢板过程中，其表面时常会出现白点的缺陷，无法达到高端装饰行业的产品标准，只能通过增加抛光次数或增加粗抛砂轮组数，来解决白点缺陷，严重影响生产成本以及作业效率。经过论证分析和数据对比，镜面板的白点缺陷与基材2B表面的粗糙度具有明显对应性。本文结合0Cr18Ni9DQ奥氏体不锈钢板冷轧生产工艺情况，从抛丸工艺、粗轧粗磨工艺、冷轧轧辊粗糙度、平整辊面粗糙度等方面，提出了优化工艺参数，以实现各工序工艺参数的合理匹配。

1 不锈钢表面粗糙度基础研究

在不锈钢冷轧产品生产领域，通常用表面粗糙度参数指标来评价2B表面的细腻程度。金属表面粗糙度是指经过压力加工后，微观状态下的表面不平度，即表面上具有的较小间距和微小峰谷所组成的微观几何形状特征。通常以Ra/Rz/Ry三种代号加数字来表示。本文中所提到的粗糙度数值均是指Ra表示。粗糙度指标越小，表面越细腻，镜面抛光效果越好。

常规0Cr18Ni9DQ钢种奥氏体不锈钢2B表面粗糙度控制在0.08～0.2μm。通常的理论认为，连铸坯在加热和轧制冷却过程中出现贫铬层，在后续的加工处理过程中将会形成细小的表面缺陷，这种表面缺陷面积率越高则表面粗糙度越高。而这种细小的表面缺陷率与抛丸机转速、轧制变形量、轧辊粗糙度、粗轧粗磨工艺加工都存在一定的关系。下面重点论述从这几方面进行的实验研究和结果分析。

2 冷轧生产工艺对表面粗糙度的影响及优化

本文所阐述的高端镜面装饰用不锈钢产品，改变了传统的热轧白皮NO.1板直轧的方式，创新性的增加粗轧粗磨的工艺设计。在热轧黑皮卷通过退火酸洗后转变为白皮NO.1表面状态后，通过二十辊轧机加之12～15%的变形量，然后采用修磨机组砂带研磨带钢表面的方式进行处理，而后在进行60～80%变形量的精轧轧制，此时产品转变为冷轧硬态表面状态。产品再次经过成品退火酸洗工艺处理，最终经过调质平整、拉矫纵剪工序，实现2B表面状态交库，完成高端镜面产品的订单交库，具体工艺流程如图1所示。

图1 产品工艺流程图

2.1 热轧退火酸洗工序的影响

冷轧厂生产不锈钢成品钢卷，原料均为热轧黑皮钢卷。在原料退火酸洗机组，经过退火、破鳞抛丸、酸洗钝化等工艺流程加工，而最终生产出NO.1表面的不锈钢卷。在此生产环节中，抛丸环节的工艺生产，对NO.1表面的粗糙度起决定性作用。不同的抛丸机叶轮转速和钢丸粒度配比工艺参数设定，实物带钢表面的粗糙度存在明显的差异[1]。本实验采用4.0mm厚度原料作为基材，钢丸采用S110和S170两种高碳铸钢丸，NO.1表面粗糙度结果如表1所示。

表1 不同叶轮转速和钢丸粒度配比生产NO.1表面的粗糙度

表1的实验数据表明，在相同的钢丸粒度配比的条件下，叶轮转速降低后，钢丸的抛射速度越慢，随之对不锈钢表面的冲击功变小，即在表面产生的冲击痕迹变轻，因此降低了NO.1表面的粗糙度。而在相同叶轮转速的条件下，钢丸粒度越小，对不锈钢表面的冲击功越小，最终能够生产出较低的表面粗糙度。因此在保证除磷效果的前提下，采用抛丸机低转速和增加小粒度钢丸配比比例，可以降低的NO.1表面粗糙度。

2.2 粗磨工艺的影响

对于高端镜面装饰用的不锈钢产品，在工艺设计过程中，存在粗磨的工序生产。在修磨机组，利用砂带研磨不锈钢表面，从而降低表面粗糙度，同时能够去除表面附着存在的细小夹杂物，得到细腻的基材表面，提升产品质量。在粗磨生产过程中，砂带型号配比以及压力电流参数控制是影响磨后带钢表面粗糙度指标的关键性因素。本实验采用3.2mm厚度的粗轧硬态卷为基材，结果如表2所示。

表2的实验数据表明，在相同的研磨压力电流参数条件下，砂带表面越粗糙，在带钢表面产生的研磨痕迹越深，从而增加研磨后带钢表面的粗糙度。在使用相同的砂带型号研磨时，随之修磨机压力电流的增加，带钢表面的粗糙度越大。因此，在考虑砂带成本消耗的前提下，合理配置粗磨机砂带型号配比以及压力电流参数的选择，可保证表面粗糙度达到≤0.5μm的标准要求。

表2 不同砂带型号和压力电流生产钢卷表面的粗糙度

2.3 冷轧工艺的影响

2.3.1轧制变形量的影响

在实际生产过程中，轧制变形量一般控制在50%以上，而对于不锈钢镜面产品，轧制变形量工艺设计在70%以上。对0Cr18Ni9DQ钢种不锈钢的轧制变形量和硬态表面粗糙度进行跟踪和数据积累，可以得出轧制变形量对表面粗糙度的影响有明显性作用，当总的轧制变形量达到80%以上，不锈钢表面粗糙度变化幅度明显减小[2]。本实验以1.0mm厚度成品表面粗糙度为测量基准，采用相同的轧辊粗糙度，对应不同轧制变形量下的数据，结果如图2所示。

图2 轧制变形量与粗糙度关系

2.3.2 轧辊粗糙度的影响

目前，冷轧厂轧制生产0Cr18Ni9DQ钢种时，工作辊一般选用120#～150#砂轮进行磨削，保证辊面粗糙度控制在0.15～0.25μm。实践过程中，对0Cr18Ni9DQ钢种的成品轧制道次工作辊表面粗糙度和不锈钢硬态表面粗糙度进行跟踪记录。跟踪统计结果表明，当在轧制变形量60%的条件下，轧辊表面粗糙度与带钢表面粗糙度变化趋势基本一致。结果如图3所示。

图3 轧辊粗糙度和带钢粗糙度关系

2.4 平整工艺的影响

冷轧硬态不锈钢卷，为消除内应力、改善产品机械性能，常规通过成品退火酸洗以及平整工序实现，从而达到2B表面状态。在此生产过程中，通过平整工艺这种压下率小的调质轧制，能有效、迅速地降低不锈钢表面粗糙度。通过研究发现，平整辊的表面粗糙度与成品2B表面的粗糙度呈明显一致性。本生产过程粗糙度变化趋势，与轧制工作辊一致，此处不再赘述。通常，平整辊选用180#～230#砂轮进行磨削，辊面粗糙度控制在0.06～0.08μm，最终实现2B表面的光亮细腻。

3 成品表面粗糙度对镜面抛光效果影响

通过以上论述，已研究分析了冷轧全流程工艺参数的选择对实物带钢表面粗糙度的影响。而在高端镜面装饰用不锈钢产品的开发过程中，经常性会出现抛光后表面存在白点的缺陷，且整体的镜面成像性不能达到8K表面等级标准。通过跟踪大量2B表面粗糙度指标与磨后镜面质量情况的数据，分析质量对应性。研究结果表明，2B表面粗糙度越低，磨后镜面光泽度越高，成像性越好[3]。

对于镜面的白点缺陷，实验采用不同工序粗糙度指标对应抛光后的表面质量情况，发现NO.1表面粗糙度起决定性的作用，即抛丸机叶轮转速和钢丸粒度配比参数为主要因素。因此选择最优的抛丸机工艺参数可根本性解决镜面抛光后白点缺陷问题。不同工序粗糙度指标与镜面抛光质量的关系如表3所示。

表3 工序粗糙度指标与镜面抛光质量的关系

4 工艺参数选择以及市场客户反馈

4.1 工艺参数选择

结合大量实验数据论证以及产品实物质量，最终选择0Cr18Ni9DQ不锈钢镜面板生产工艺参数如下：抛丸机叶轮转速1850r/min，钢丸粒度配比S110:S170=1:0.8，粗磨表面粗糙度控制≤0.5μm，冷轧轧制变形量≥70%，轧辊粗糙度控制在0.15～0.18μm。

4.2 市场客户反馈

按照上述工艺参数设计，天津太钢天管不锈钢有限公司累计生产高端镜面装饰用KK料超过10000吨，创造了一定的经济附加值。整体市场客户反馈抛光效果良好，解决了开发试供阶段的白点缺陷问题。

5 结语

本文对0Cr18Ni9DQ奥氏体镜面不锈钢表面白点问题进行了分析，从冷轧抛丸工艺、粗轧粗磨工艺、冷轧轧辊粗糙度、平整辊面粗糙度等方面，对0Cr18Ni9DQ奥氏体不锈钢表面粗糙度指标的影响因素进行了研究，最终确定了0Cr18Ni9DQ不锈钢镜面板生产工艺参数。

研究表明，对于0Cr18Ni9DQ不锈钢表面的白点缺陷，NO.1表面粗糙度和冷轧轧制变形量起决定性的作用。因此选择最优的抛丸机工艺参数和冷轧轧制变形量可消除镜面抛光后白点问题，即抛丸机叶轮转速1850r/min，钢丸粒度配比S110:S170=1:0.8，冷轧轧制变形量≥70%时，0Cr18Ni9DQ奥氏体不锈钢镜面抛光效果良好，可有效解决了白点缺陷问题。