不锈钢冷轧对于表面粗糙度光泽度的影响

李 刚

（天津市新天钢冷轧薄板有限公司，天津 300308）

0 引言

不锈钢冷轧产品具有一定的强度与耐磨性，因优越的防腐性能及不易生锈的优良特性，被广泛应用于电子、化工、环保、食品、机械、家电、家装等多项行业。不锈钢表面在冷轧生产过程中，由于各种因素，会产生不同的表面粗糙度和光泽度，为了满足下道工序对不锈钢表面粗糙度和光泽度要求，不锈钢冷轧产品一般需要进行后续抛光处理，生产工艺相对复杂。但在特定使用条件下，部分产品无需进行后续抛光处理即可使用不锈钢的原有表面，这就要求将不锈钢的表面粗糙度和光泽度控制在一定范围之内。不锈钢在冷轧生产过程中，主要包括冷轧、退火、拉矫三大主要过程，各项过程均会对不锈钢表面粗糙度及光泽度产生一定的影响。

本文以轧制节镍型奥氏体不锈钢为例，通过生产实验，分析了在冷轧生产过程中影响不锈钢表面粗糙度及光泽度的因素。通过研究冷轧轧制压下率、冷轧轧辊加工方式、连续光亮退火及拉矫处理工艺对不锈钢表面粗糙度及光泽度的影响，优化了节镍型不锈钢冷轧生产工艺，最终达到将成品不锈钢表面粗糙度及光泽度稳定控制的目的。

1 实验材料及实验过程

1.1 实验准备

实验使用联众202 不锈钢原料卷坯，宽度610mm、厚度1.0mm，表面为2B表面，其主要成分如表1 所示。使用北京现代TR-200 粗糙度仪，垂直于轧制方向测量带材表面粗糙度Ra；使用威福光电WG68光泽度仪，选取入射角60°光泽度数值。

表1 实验用不锈钢化学成分 /%

1.2 实验过程

1.2.1 冷轧

使用森吉米尔20 辊可逆轧机进行轧制实验。首先轧辊采用金刚石砂轮修磨，工作辊粗糙度保持固定。在冷轧过程中，分段选取3%、5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%不同轧制压下率轧制的实验材料，而后将试验材料进行碱洗脱脂，烘干后进行粗糙度及光泽度检测。

然后分别选取金刚石砂轮修磨、绿碳化硅砂轮修磨、激光毛化的不同工艺加工的工作辊，在保证工作辊粗糙度与轧制压下率一致条件下，轧制实验材料，而后将试验材料进行碱洗脱脂，烘干后进行粗糙度及光泽度检测。

通过上述实验，比较分析不同轧制压下率下的粗糙度和光泽度变化，以及不同磨辊工艺导致对粗糙度和光泽度的影响。

1.2.2 退火

由于带材的长度较长以及连续性的特点，不锈钢带材的退火应采用连续退火炉退火。在200℃左右的冷轧过程中，不锈钢表面会被轻微氧化产生钝化膜，影响钢带粗糙度及光泽度，进入光亮退火炉后，在稳定的氢气保护气氛中，不锈钢表面由于冷轧过程产生的极薄氧化层得到充分还原，使得不锈钢表面粗糙度及光泽度会产生变化[1]。

实验选用奥地利艾伯纳立式连续光亮退火炉，针对实验材料轧制后的极薄带材进行光亮退火，退火气氛为纯氢气退火。以此来分析氢气气氛保护下退火对不锈钢表面粗糙度、光泽度的影响。

1.2.3 拉矫

拉伸弯曲矫直机是用于不锈钢带材改善平整度的关键工艺装备，他通过拉伸和弯曲的共同作用，使带材产生必要的塑性延伸，减小带材中各部分纤维的长度差，从而改善带材平直度[2]。

实验选用德国B+S 23 辊拉弯矫直机，对不锈钢实验卷进行板型精整，改善轧制、退火之后带材的平整度。在拉矫过程中通过设置不同的延伸率工艺参数，来比对不锈钢表面粗糙度与光泽度的差异。

2 实验数据分析

2.1 实验原材料相关数据分析

选取原料卷带头、带中、带尾三处样板，进行粗糙度及光泽度检测，粗糙度取Ra 值，垂直于轧制方向测量；光泽度取GU（60°），横、纵向测量。记录202原料2B酸洗表面的参数指标情况如表2所示。

表2 实验用202不锈钢表面粗糙度、光泽度

2.2 冷轧过程中的影响

在冷轧过程中，不锈钢表面粗糙度主要取决于轧辊粗糙度，轧辊粗糙度不同，相应轧制不锈钢表面的状态及粗糙度也存在很大差异，为保证此次实验的过程稳定，对所用轧辊进行粗糙度统一，最终确定轧辊粗糙度为Ra0.3μm。

2.2.1 冷轧轧制压下率的影响

选用同一卷不锈钢卷、同一对金刚石修磨的轧辊，针对不同轧制压下率进行轧制实验，随后碱洗脱脂进行粗糙度、光泽度测量，具体结果如图1所示。

由图1 数据可知，在统一轧辊粗糙度的情况下，冷轧过程中，轧制压下率越大，带钢表面粗糙度越高，越接近轧辊粗糙度，当压下率到达70%以上时，带钢表面粗糙度近似于轧辊粗糙度，不再有明显变化。而光泽度变化趋势和粗糙度相反，粗糙度越高，光泽度越低。

图1 不同压下率下的粗糙度、光泽度变化

在光泽度测量时，垂直于轧制方向的光泽度要低于平行于轧制方向的光泽度，但两方向光泽度的变化趋势保持一致。此类现象是由于轧制过程中轧制纹路对于光泽度的影响，顺轧制纹理的光泽度会高一些，这个规律也与原材测试分析时的规律相同。

2.2.2 冷轧轧辊加工方式的影响

另选一卷实验用202 不锈钢原料，分别采用金刚石砂轮修磨、绿碳化硅砂轮修磨、激光毛化加工的粗糙度相同的工作辊，进行轧制实验，压下率控制在20%，检测轧后不锈钢表面的粗糙度、光泽度，结果如图2所示。

由图2 数据可知，在同等轧制压下率的情况下，激光毛化轧辊轧制的钢带表面粗糙度最高，金刚石砂轮修磨轧辊轧制的钢带表面粗糙度最低；同时，绿碳化硅砂轮修磨轧辊轧制的钢带表面纵向（平行轧制纹路）光泽度最高。值得一提的是，激光毛化轧辊能够改善钢带表面横、纵向光泽度差异性较大的问题，且轧辊粗糙度复制率较高。

图2 不同轧辊轧制材料表面的粗糙度、光泽度

为进一步探究该影响规律，将不同修磨方式轧辊轧制的钢卷剪取50mm×50mm 样片，在90倍放大镜下放大后观测钢卷表面情况，如图3、图4、图5所示。

图3 激光毛化轧辊轧制表面

图4 金刚石砂轮修磨辊轧制表面

图5 绿碳化硅砂轮修磨辊轧制表面

由上述3 图可以观察出，绿碳化硅砂轮修磨轧辊的轧制纹路与金刚石砂轮修磨轧辊的轧制纹路相比，纹路线条较细，印记较轻，故而导致光泽度增加。而激光毛化轧辊轧制的带钢表面由于毛化工艺的特殊性，表面无明显纹路，从而在轧制钢卷表面的横纵光泽度较为均匀，粗糙度较高。

2.3 后续工序的影响

选取轧制实验中一卷材料，按顺序进行连续光亮退火、拉矫处理，记录退火前、退火后、拉矫后的表面粗糙度、光泽度数据进行对比，结果如图6所示。

图6 轧后工序对表面粗糙度、光泽度的影响

图6 结果表明，退火工序和拉矫工序对于材料粗糙度本身不会有明显改变，但由于氢气气氛退火的还原作用，使得钢带表面光泽度上升40～60GU，而拉矫工序由于材料产生了一定的塑性延伸，导致纵向光泽度下降30～40GU，相应的横向光泽度也随之下降10～20GU。

3 实验结果

综上所述，在轧制后的各工序处理中，退火使得表面光泽度上升而拉矫使表面光泽度下降，而影响表面粗糙度的关键环节在轧机，轧后工序对于粗糙度，没有明显改善。

（1）在冷轧环节，轧制压下率越大，轧辊粗糙度复制率越高，钢卷表面粗糙度越高，当压下率大于70%时，钢卷表面粗糙度趋近上限，不在产生变化；同时光泽度随粗糙度升高而降低，两者变化趋势相反。

（2）对不同修磨方式的轧机工作辊，金刚石砂轮修磨轧辊轧制表面纹路较重，相对应粗糙度与光泽度较低，绿碳化硅砂轮修磨轧辊轧制表面纹路浅且较均匀，相对应粗糙度与光泽度较高。但两种砂轮修磨方式导致的表面纹路会影响光泽度的横、纵向差异。而激光毛化方式由于料纹的消除，导致光泽度横、纵向差异不大，且激光毛化方式轧辊轧制钢卷与普通修磨方式相比，粗糙度较高，更趋近于轧辊粗糙度。

（3）在退火环节，由于在氢气保护气氛的作用下，不锈钢表面得到了一定的还原，但轧制纹路不会产生变化，所以粗糙度不会变化，光泽度有一定程度的上升。在拉矫环节，由于拉弯矫会对钢带产生一定的延伸，使材料发生一定的变化，但实际尺寸未发生明显下降，故钢卷表面粗糙度不会变化，但光泽度会下降。

4 结语

本文根据冷轧、退火及拉矫处理过程对不锈钢表面粗糙度、光泽度影响实验的数据，对影响不锈钢表面粗糙度、光泽度的因素进行了分析，总结了各生产环节对不锈钢产品表面粗糙度、光泽度的影响规律。实验数据表明，不锈钢板卷的冷轧环节是影响其粗糙度、光泽度的主要因素，退火、拉矫对粗糙度影响不大，稍微影响光泽度的变化。

上述实验结果对现实生产具有很好的指导价值。面对特定用户和产品使用条件时，可以按照产品不同的表面要求及不同的光泽度、粗糙度的变化，选择合适的加工方式的轧制工作辊进行轧制生产，可以去除后续的表明抛光处理工艺，其产品市场前途广泛。