不锈钢抛光表面缺陷分析研究

2018-01-17卫海瑞赵振铎范光伟

山西冶金 2017年6期

卫海瑞，赵振铎，范光伟

（山西太钢不锈钢股份有限公司技术中心，山西太原 030003）

不锈钢具有耐蚀、耐磨及表面光亮等优点，被广泛应用于航天、海洋以及家用电器、装饰用品等领域[1-2]。当前市场需求使不锈钢产品有着向厚度要求更薄、表面要求更光亮发展的趋势[1]，下游用户对不锈钢产品进行表面研磨抛光处理，制作装饰面板以及电子产品外观件，而电子产品外观件对抛光后表面质量要求更严格，检查标准是整个表面不允许有目视可见的缺陷[2]。

不锈钢表面常用的抛光处理方法有机械抛光、电化学抛光和化学抛光等。机械抛光是对不锈钢表面进行整平处理的机械加工过程[3]；电化学抛光是将不锈钢表面作为阳极进行电解，使表面金属溶解的过程；化学抛光是不锈钢表面在化学抛光液中选择性的溶解及浸蚀过程。图1是不锈钢不同抛光方法的粗糙度程度对比。

图1 不锈钢不同抛光方法的粗糙度程度对比

1 材料与方法

为了生产出更高质量的不锈钢，满足用户对不锈钢表面抛光性的要求，在实验室对NO.1表面状态的316L、2B表面状态的304和430等三种不锈钢表面进行机械研磨抛光，在强光下通过目测观察表面缺陷，用扫描电镜对表面缺陷进行分析研究，并针对缺陷类型提出相应的改进措施，以达到减少表面抛光缺陷的目的。三种不锈钢的成分见表1。

表1 三种不锈钢的成分

采用国产的平面研磨抛光试验机，型号为YMD-460，研磨抛光的四道工序分别为粗磨-精磨-粗抛-精抛，各工序匹配专用研磨抛光液，具体工艺参数见表2；采用美国 FEI公司 NOVA NANO SEM430场发射扫描电子显微镜对抛光试样表面缺陷进行显微形貌观察，并进行EDS能谱分析。

表2 研磨抛光相关工艺参数

2 分析与讨论

在实验室完成试样的抛光试验，表面光亮如镜，在强光下用目测的方法观察抛光试样表面缺陷，并进行标注，如下页图2所示，用共聚焦显微镜观察表面缺陷，三维形貌如下页图3所示。

图2 不锈钢抛光表面缺陷标注图

图3 不锈钢抛光表面缺陷三维形貌

通过扫描电镜对抛光试样表面缺陷微观形貌进行观察及EDS能谱分析，将不锈钢抛光表面缺陷来源分为三大类[4]：一是由于抛光过程中基体夹杂物部分脱落引起的表面缺陷；二是由于抛光试样原始表面存在微小凹坑，抛光后引起的表面缺陷；三是由于抛光过程中机械划伤引起的表面缺陷。现将各类表面缺陷产生的原因分别阐述，并提出相应的改进措施。

2.1 夹杂物类表面缺陷

实验室抛光的三种不锈钢夹杂物类表面缺陷，从形状上均分为点状缺陷和线状缺陷，各种缺陷典型形貌及其能谱图如表3所示。

通过能谱分析，夹杂物成分主要以镁铝尖晶石和钙铝酸盐为主，属于硬质高熔点夹杂物，这是造成该类表面抛光缺陷的主要原因。为了满足抛光行业用不锈钢对表面质量的要求，需从炼钢工艺中实现夹杂物塑性化，将夹杂物控制为低熔点塑性硅酸盐类夹杂，从而减小夹杂物对表面抛光质量的影响，提高表面抛光合格率[5]。

2.2 凹坑类表面缺陷

不锈钢抛光表面凹坑类缺陷形貌如图4所示，缺陷附近成分均为基体成分，未发现夹杂物存在。该类缺陷主要是热轧酸洗板表面有大量的凹坑，在冷轧工艺中，表层金属沿着轧制方向流动，将热轧原料凹坑缺陷部分覆盖，但仍存在少量坑状缺陷不能完全覆盖，而且存在填充金属与基体结合不牢的现象，导致最终引起抛光产品表面凹坑缺陷。可以通过增加冷轧工艺的轧制道次以及降低各道次压下量，使表层金属在轧制流动中完全覆盖热轧原料凹坑，从源头减少原始表面凹坑缺陷的产生。