石發(fā)才

（山西太鋼不銹鋼股份公司， 山西 太原 030003）

隨著我國經(jīng)濟的迅猛增長，整個制造業(yè)也由“大”向“強”的快速轉(zhuǎn)變，促進鋼鐵行業(yè)及其下游企業(yè)向綠色生產(chǎn)的方向發(fā)展。近十年來，我國鋼鐵行業(yè)在產(chǎn)能嚴(yán)重過剩和環(huán)保壓力巨大的雙重不利因素下也得到長足進展，主要表現(xiàn)在:引進一大批先進、環(huán)保的冶煉和軋鋼設(shè)備，實現(xiàn)鋼產(chǎn)品生產(chǎn)過程的節(jié)能環(huán)保，智能高效，大批功能性新產(chǎn)品相繼問世，行業(yè)整體質(zhì)量大幅提升。很多高端產(chǎn)品替代進口，為下游用戶降低原料成本，并大幅縮短交貨期，為我國制造業(yè)由大變強的轉(zhuǎn)變做出巨大貢獻(xiàn)。然而，在肯定發(fā)展成果的同時，也應(yīng)該清晰地認(rèn)識到，在某些領(lǐng)域依然存在很多需要改進的地方，如在熱軋領(lǐng)域，對表面質(zhì)量關(guān)注度略顯不足，很少采取有效措施，有些產(chǎn)品甚至不進行專門控制。尤其在熱軋帶鋼生產(chǎn)過程中表面氧化皮控制技術(shù)和加工前表面預(yù)處理上仍需要不斷完善和提升，以滿足高端領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品表面品質(zhì)、尺寸精度、防腐和制造全工序的環(huán)保達(dá)標(biāo)等要求。

1 氧化皮的控制和預(yù)處理

熱軋產(chǎn)品按加工使用前是否預(yù)處理清理氧化皮可分兩大類:其中一類是帶氧化皮直接使用。這類行業(yè)或因為使用條件的特殊性對表面氧化皮不敏感，甚至無要求；或通過軋制控制得到薄而致密氧化皮，加工時不脫落而直接帶氧化皮使用。另一類是通過某種特定方式預(yù)處理方法清理掉表面氧化皮，以保證原料表面的光潔度和粗糙度，適合該行業(yè)涂鍍和防腐要求。

1.1 氧化皮控制技術(shù)

具體地講，帶氧化皮直接加工的行業(yè)也大致分兩種:一種是對表面質(zhì)量無特殊要求，生產(chǎn)中對氧化皮不進行專門的控制，這類行業(yè)由于其特定服役環(huán)境，零件或設(shè)備受到大沖擊力反復(fù)作用、長時間磨損，對表面質(zhì)量本身要求并不高，典型的應(yīng)用有:礦用車車廂板（馬槽），挖掘機鏟刃，水泥輸送管道等。

另外一種雖帶氧化皮直接使用，但這種氧化皮是經(jīng)控制軋制后生成的，應(yīng)用這類產(chǎn)品的行業(yè)對氧化皮的附著力和厚度均有明確要求，以便實現(xiàn)其涂鍍、防腐的工藝要求和降低成本、生產(chǎn)過程無污染的節(jié)能環(huán)保要求。這種技術(shù)以“黑皮鋼”最為典型，國內(nèi)外研究也較多，產(chǎn)品也已得到大量應(yīng)用。典型的應(yīng)用領(lǐng)域是商用車車架，國內(nèi)成功應(yīng)用的企業(yè)有一汽解放和東風(fēng)汽車等。

黑皮鋼因鋼板表面允許存在高溫?zé)彳垥r生成的黑色氧化皮，加工使用前無需預(yù)處理而得名，還保證其在簡單加工成型中不脫落，涂鍍后達(dá)到相應(yīng)行業(yè)防腐要求。其技術(shù)思路是通過設(shè)置合適的軋制參數(shù)，盡量增加Fe3O4在氧化層中的比例，通過抑制或共析轉(zhuǎn)變等手段來控制Fe2O3和FeO生成量，調(diào)節(jié)FeO在氧化層中的分布，賦予氧化皮更高的附著力和塑性，保證氧化皮厚度更薄，保證成型過程不起裂，不剝落的目的。該技術(shù)在發(fā)展中還提出可在鋼中添加微量的Cr、B等元素，以便生成附著力更強的氧化物，增加整個氧化層（皮）的附著力。下游企業(yè)在使用時不經(jīng)酸洗直接沖壓，可實現(xiàn)免酸洗降成本、制造過程綠色化。當(dāng)然，實現(xiàn)黑皮鋼生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)具備“控軋控冷”能力的連軋機組才行，產(chǎn)品以帶鋼為主；中板生產(chǎn)企業(yè)因機組無“控軋控冷”手段，所以在中板生產(chǎn)中無法實現(xiàn)。國外日本、澳大利亞等國家在上世紀(jì)末掌握了相關(guān)技術(shù)，也得到一定應(yīng)用；國內(nèi)以東北大學(xué)研究最早最深入，企業(yè)中鞍鋼、太鋼、寶鋼、武鋼等相繼開發(fā)出相關(guān)產(chǎn)品。但該技術(shù)應(yīng)用在產(chǎn)品規(guī)格和強度上局限性較大，通常厚度規(guī)格在8.0 mm以下，強度在650 MPa以下。對設(shè)備控制要求較高，因而產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性也較差。

氧化皮控制技術(shù)的另一有益應(yīng)用是不經(jīng)預(yù)處理帶氧化皮直接冷軋[2]，即熱軋板帶表面氧化皮不經(jīng)酸洗，而經(jīng)過氫還原處理后直接冷軋，該技術(shù)的優(yōu)點是不用酸洗，生產(chǎn)過程環(huán)保，氧化皮經(jīng)氫還原成鐵和水，原料減薄少而利用率高。但不足之處是還原后表面存在細(xì)裂紋和氣泡等缺陷，該技術(shù)需要不斷改進和完善。

1.2 預(yù)處理方法

對于大部份高端的熱軋帶鋼應(yīng)用行業(yè)，對產(chǎn)品的表面光潔度、粗糙度、涂鍍后防腐性等均有嚴(yán)格的要求，因此，帶鋼在使用前一般均要預(yù)處理去除氧化皮，按預(yù)處理方式分為化學(xué)處理法和物理（機械）處理法兩大類。

1.2.1 酸洗法

化學(xué)處理法常見以酸洗為主，工作原理是鋼板表面氧化皮與酸液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而達(dá)到去除的目的。大部分酸洗線不是專業(yè)商品材生產(chǎn)線，一般借用冷軋線中間工序——酸洗，產(chǎn)線無矯直機、無切頭尾和缺陷的剪機，也就無法改善板形和切除缺陷。因此，化學(xué)處理法的缺點是占地面積大、工藝復(fù)雜、環(huán)境污染嚴(yán)重，特別是化學(xué)處理后的廢酸廢水處理難度大，投入資金也多，不管是鋼鐵企業(yè)還是下游企業(yè)均在城市周圍，環(huán)境壓力大，該方法已處在關(guān)停淘汰階段。雖然酸洗后的表面粗糙度小，涂鍍附著性好，防腐優(yōu)良，深受汽車和家電等行業(yè)的歡迎。

1.2.2 拋丸法

物理處理法常見的有傳統(tǒng)干式拋丸法，另外還有濕式拋丸法，新型SCS研磨法和EPS法。

其中傳統(tǒng)干式拋丸法的工作原理是把設(shè)備設(shè)計成滾筒式、轉(zhuǎn)臺式、掛式等靠鋼砂自重或經(jīng)馬達(dá)增加力來打擊鋼板表面氧化皮。由于鋼砂顆粒粗和打擊點帶有隨機性，導(dǎo)致鋼板表面粗糙度大又不均勻，對高端行業(yè)要求無法滿足，甚至存在氧化皮去除不盡等質(zhì)量問題，同時生產(chǎn)中存在噪聲和粉塵的污染，對從業(yè)人員的身心造成一定的傷害。

濕式拋丸法是在干式基礎(chǔ)上為降粉塵和噪音發(fā)展起來的，原理是將鋼砂用高壓水帶動一起沖刷鋼板表面，該方法在一定程度上降低了粉塵和噪音，表面粗糙度也得到提升，但處理后鋼板因水更容易生銹，鋼砂和水無法快速篩選分離，不能循環(huán)使用，另外開放性生產(chǎn)方式也會帶其它環(huán)保和安全問題。

1.2.3 SCS技術(shù)

SCS(Smooth Clean Sur_face)是美國TMW(The Material works)公司開發(fā)并形成專利的。SCS研磨法工作原理是在密閉的空間內(nèi)，將成對尼龍針研磨輥（主要成分碳化硅）布置在水平移動鋼板上下表面上，研磨輥后部配置了高壓水沖洗處理后的鋼板表面，研磨輥可根據(jù)帶鋼規(guī)格和壓下量（研磨力度）進行上下調(diào)節(jié)，通過反復(fù)作用研磨掉氧化層外層的Fe2O3和Fe3O4，留下內(nèi)層FeO，再經(jīng)循環(huán)水沖洗和烘干后最終形成厚約7 μm左右FeO氧化保護層，這層保護層既有強的附著力又有防銹性，該技術(shù)一經(jīng)開發(fā)成功，深受汽車和家電等行業(yè)的歡迎。SCS技術(shù)原理和研磨輥如圖1所示。

圖1 SCS工作原理圖和研磨輥圖

它的優(yōu)點是生產(chǎn)中不用酸液，無廢酸廢水產(chǎn)生，對環(huán)境無污染，無粉塵和噪聲，同時設(shè)備配置了矯直機和剪機還對可能存在的板形和缺陷加以改善和切除。但制作的零部件因加工變形較復(fù)雜而脫落，或因生產(chǎn)和使用環(huán)境中具有還原性氣氛，保護層遭破壞而生銹，該技術(shù)應(yīng)用受到一定限制，如電鍍、搪瓷、冷軋等行業(yè)均不適宜。

1.2.4 EPS技術(shù)

EPS技術(shù)(Eco_Pickled Sur_face）是在濕式拋丸基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其工作原理是采用磨料(細(xì)小鋼砂和水的混合物)對帶鋼上下表面進行噴射，通過沖磨方式來去除表面氧化皮，從而達(dá)到免酸洗的目的。

EPS工作原理也是在密閉的空間內(nèi)，采用“磨料漿噴射”技術(shù)，工作介質(zhì)即特殊的鋼砂和水的混合泥漿進入葉輪增壓后流經(jīng)管道，通過噴頭按一定噴噴射角度和噴射力，以水幕形式均勻地噴射在移動帶鋼上下表面上，可以徹底去除鋼板表面氧化皮，使鋼板表面成為光滑、清潔的表面即所謂綠色表面。生產(chǎn)過程中對水、鋼砂及脫落的氧化皮進行快速篩選分離，實現(xiàn)水和鋼砂循環(huán)利用。EPS技術(shù)原理如圖2所示。

圖2 EPS工作原理圖

EPS技術(shù)與酸洗相比的優(yōu)點:占地面積小，投資和運行成本低；生產(chǎn)過程無廢酸廢水排放，無環(huán)境污染；通過調(diào)整鋼砂類型和運行速度來實現(xiàn)不同粗糙度產(chǎn)品的生產(chǎn)，以適應(yīng)不同行業(yè)的涂鍍要求；矯直機可矯直改善板形，剪機可切除頭尾非正常部分。但EPS技術(shù)不適用在產(chǎn)品內(nèi)部有亞穩(wěn)相的產(chǎn)品，以防改變產(chǎn)品的機械性能。

2 結(jié)語

隨著下游用戶對終端產(chǎn)品品質(zhì)的不斷提升，對原料熱軋板表面要求越來越冷板化（接近甚至等同冷板要求），同時國家對環(huán)保、節(jié)能政策的深入持續(xù)推進，要求制造業(yè)生產(chǎn)過程綠色環(huán)保、節(jié)能降耗，循環(huán)利用來實現(xiàn)全生命周期的綠色鋼材產(chǎn)品的生產(chǎn)，必將推進一批SCS和EPS技術(shù)的廣泛應(yīng)用。