冷軋帶鋼表面狀態(tài)對粗糙度檢測準(zhǔn)確性的影響

劉 錦, 王 碩, 王 莉, 張曉峰, 李亞平

(1.首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責(zé)任公司， 唐山 063200； 2.唐山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 唐山 063299)

冷軋薄板在生產(chǎn)過程中，各階段需要有不同的粗糙度，以滿足后續(xù)加工(如沖壓、涂鍍等)要求。隨著鋼鐵產(chǎn)品的不斷優(yōu)化，客戶對冷軋帶鋼的表面粗糙度控制均勻性的要求越來越高。因此，為嚴(yán)格把控產(chǎn)品質(zhì)量，滿足后道工序要求，鋼鐵企業(yè)對帶鋼表面粗糙度檢測的準(zhǔn)確性尤為重視。

筆者主要分析了帶鋼表面狀態(tài)對粗糙度檢測準(zhǔn)確性的影響，為檢測過程中需規(guī)避的不良因素提供參考。

1 帶鋼粗糙度概述

1.1 粗糙度定義和檢測方法

表面平均粗糙度是粗糙度輪廓的算術(shù)平均偏差，即在取樣長度內(nèi)粗糙度輪廓偏距絕對值的算術(shù)平均值，如圖1所示。日常所說的帶鋼表面粗糙度就是一定評定長度內(nèi)的帶鋼的表面平均粗糙度。

根據(jù)測量原理分類，表面粗糙度的測量方法可分為接觸式測量和非接觸式測量兩類。接觸式測量方法主要包括觸針法、比較法和印模法[1]。目前，多數(shù)鋼鐵企業(yè)采用的檢測方法主要是觸針法。觸針法是利用金剛石觸針刻劃帶鋼表面輪廓，通過數(shù)據(jù)分析計算完成表面粗糙度參數(shù)的求取。常用檢測過程是先由現(xiàn)場取樣，然后將樣品運(yùn)送到試驗室，由試驗室根據(jù)要求進(jìn)行制樣，制樣完成后離線檢測帶鋼表面粗糙度。

1.2 粗糙度對用戶使用影響

薄板表面粗糙度影響沖壓成形，滑動特性差的鋼板，沖壓成形過程中有引起沖壓開裂的危險。

冷軋鋼板表面粗糙度對鋼板的磷化質(zhì)量影響很大，提高冷軋鋼板表面粗糙度有利于提高磷化耐腐蝕性能[2]。

表面粗糙度對冷軋鋼板耐蝕性有明顯的影響。隨著冷軋鋼板表面粗糙度的增大，冷軋鋼板表面自腐蝕電位先增大后減小。

2 試驗過程

2.1 樣品表面處理對粗糙度測量的影響

根據(jù)國標(biāo)要求，測量樣板前，需使用丙酮或者酒精擦拭試樣，并立即測量。筆者比較了擦拭與不擦拭兩種處理方式檢測結(jié)果的差異。

在生產(chǎn)現(xiàn)場飛剪取樣得到大樣板，沿樣板寬度方向在不擦拭表面和擦拭表面分別測量，取樣長度λc為0.8 mm，評定長度為5λc，沿寬度方向共測50個點，每5個點取平均值，結(jié)果見表1，其差值見圖2。

由表1和圖2可知，在該樣板寬度方向上，不同位置擦拭前后的粗糙度偏差不同。中部擦拭前后粗糙度偏差較大，帶鋼邊部擦拭前后粗糙度偏差較小。

影響帶鋼表面清潔程度的主要因素是冷軋過程中產(chǎn)生的殘留物 ( 油污、鐵粉和粉塵等)。此外，退火、平整等工序中退火氣氛、平整液殘留和涂油質(zhì)量及環(huán)境因素等也會影響著帶鋼表面的清潔度[5]。

采用掃描電鏡(SEM)觀察擦拭前和擦拭后帶鋼表面的微觀形貌，如圖3和圖4所示。由圖3和圖4可知，經(jīng)過擦拭處理的樣品表面殘留的平整液(防銹油)、黏附在帶鋼上的鐵屑等物質(zhì)明顯減少，清潔度較好，更能反映帶鋼表面的真實情況。因此，在檢測帶鋼表面粗糙度前，需對帶鋼表面進(jìn)行擦拭處理，擦拭處理干凈后立即測量，通常用脫脂棉蘸取酒精，去除表面殘留物，從而去除油膜等對表面粗糙度的影響。

圖4 擦拭后冷軋帶鋼表面微觀形貌Fig.4 Micro morphology of cold rolled strip surface after wiping: a) at low magnification; b) at high magnification

2.2 劃傷對于粗糙度檢測的影響

取一塊100 mm×100 mm樣板，表面光整無劃傷，平均分為 25個區(qū)域，分別測量。同一樣板每個區(qū)域內(nèi)人為制造1條劃傷，分別測量。同一樣板每個區(qū)域內(nèi)人為制造2條劃傷，分別測量。無劃傷、1條劃傷和2條劃傷的樣板的表面粗糙度測量結(jié)果見表2，其相似度平均值圖如圖5所示。由表2和圖5可知，劃傷對于粗糙度檢測結(jié)果有顯著影響，且劃傷條數(shù)增加，同一塊樣板的粗糙度檢測平均值也增大。

表2 冷軋帶鋼表面劃傷前后的粗糙度Tab.2 Roughness of cold rolled strip surface before and after scratch mm

圖5 冷軋帶鋼表面劃傷前后的粗糙度差值圖Fig.5 Roughness difference map of cold rolled strip surface before and after scratch

由上述試驗結(jié)果可知，劃傷對于粗糙度測量結(jié)果存在影響，進(jìn)而對整個取、送、制樣流程進(jìn)行跟蹤觀察，發(fā)現(xiàn)主要有3個環(huán)節(jié)容易產(chǎn)生劃傷，需要加強(qiáng)關(guān)注。

(1) 取樣過程中，樣板落料環(huán)節(jié)，料斗中鐵屑、顆粒物會使樣板表面產(chǎn)生劃傷。因此落料斗需要保持清潔。

(2) 送樣運(yùn)輸過程中，板面之間相互摩擦，容易產(chǎn)生劃傷，因此鋼鐵企業(yè)應(yīng)關(guān)注送樣環(huán)節(jié)，過程盡量縮短。如果有條件，應(yīng)進(jìn)行在線粗糙度測量，省略送樣過程，從根本上解決該過程產(chǎn)生劃傷的問題。

(3) 制樣過程中，剪板機(jī)剪切、樣板與設(shè)備摩擦、設(shè)備上鐵屑等顆粒物摩擦板面等均會產(chǎn)生劃傷。因此，制樣單位要做好制樣設(shè)備的清潔清掃。

3 結(jié)論

帶鋼表面清潔度對粗糙度測量結(jié)果有較大影響，表面使用酒精擦拭處理后應(yīng)立即測量，更能反映帶鋼表面粗糙度的真實值。

劃傷對于粗糙度檢測有較大影響，樣品完成取樣以后，容易產(chǎn)生劃傷的環(huán)節(jié)有運(yùn)輸樣板過程中板面間摩擦產(chǎn)生擦劃傷、制樣過程中產(chǎn)生二次劃傷等，應(yīng)對中間流程加以控制，減少產(chǎn)生劃傷的風(fēng)險，從而為粗糙度測量的準(zhǔn)確性提供保證。