安全防护鞋头用冷轧钢带的生产概述

2023-08-31亓伟伟

山东冶金 2023年4期

孙乾，亓伟伟，麻衡，李勇，王哲，吕霞

（1 莱芜钢铁集团银山型钢有限公司，山东济南 271104；2 莱芜钢铁集团有限公司党校/培训中心，山东济南 271104）

1 前言

安全防护鞋的护足趾功能大多是通过鞋头前圆弧形钢制包头实现的，重物砸击时钢包头可保护足趾，在钢包头钢材选取及成型设计时，要兼顾劳动者穿着舒适度，要求钢材强韧性高、抗冲击性好、质量轻［1］。根据国家应急管理部2021年发布的GB 21148—2020《足部防护—安全鞋》标准要求，保护包头防护等级分为二级。第一级适用于安全鞋，要求可承受200 J冲击能及耐15 kN压力；第二级适用于防护鞋，要求可承受100 J 冲击能及耐10 kN 压力。同时，安全防护鞋的防刺穿功能是通过在鞋底增加钢制防刺穿垫实现的，要求钢材具备抗刺穿性、抗冲击性、耐压力性等性能。保护包头和防刺穿垫是劳保鞋的关键防护部件［1-3］。

2 安全防护鞋头用冷轧钢带的生产及性能要求

钢制包头的质量决定着安全防护鞋实际防护效果，目前用于制造防护用品部件的原材料主要有25 号、40 号、45 号、50 号冷轧钢带等。冷轧带钢是以热轧带钢或钢板为原料，经常温轧制所得的带钢或薄板，冷轧带材具有较好的表面光洁、平整性、尺寸精度及力学性能，是钢铁材料中高端产品，被广泛用于汽车覆盖件用钢、包装用钢等行业［3-5］。

2.1 生产工艺及性能要求

冷轧后带钢内部存在加工硬化，为消除应力，得到理想塑性与成形性能，大多需进行再结晶退火。再结晶退火常用的有连续退火、罩式退火，其中罩式退火因固定投资少，生产组织相对灵活，适用于小批量多品种产品生产，在钢企实际生产中广泛应用［6］。为减少退火过程中带钢氧化，提高导热效率，罩式退火炉内大多要通入保护气，常用的保护气有氢气和氮气两种。氢气的导热效率高且具有还原性，因此相对于传统的氮氢保护罩式退火，新型的全氢保护罩式退火工艺生产效率更高且产品拥有更好的表面质量［7］。

用于制作钢包头的冷轧钢带厚度为1.2～1.8 mm，尺寸太薄，受压易变形，防护足趾效果不好；尺寸太厚，重量大，劳动者穿着舒适度及灵活性较差。目前常用的厚度为1.2、1.4、1.5、1.6、1.7、1.75、1.8 mm，宽度145～185 mm，同时。原料尺寸可根据鞋头加工企业设备能力，将原料板材横切成需要的尺寸规格［8］。

钢包头用冷轧钢带常见牌号性能要求见表1，主要质量要求包括表面光洁、尺寸精度高，化学成分稳定（主要是碳含量），退火态出厂，塑性好、深冲及卷边不断裂，钢材内部无夹杂。钢包头后续生产工艺为：下料→冲片→深冲→切分→卷边→热处理工序（淬火-回火）→表面涂层工序（表面抛光-镀膜）→检验入库。

表1 钢包头用冷轧钢带常见牌号性能要求

2.2 研发生产现状

由于成本以及利益最大化的关系，防护用品生产企业通过技术进步和设备改造进一步降低原料成本，近年来所使用的钢带厚度不断减薄。

攀长钢焊管钢丝厂是钢包头用钢带知名供应商，钢种包括25号、40号、45号、50号，其中25号占总量的90%。该单位致力于安全防护用钢的质量升级，推广应用40 号、45 号作为钢包头生产原料。考虑45 号钢更为普及，原料易得，供货及时，建议全面推广45号作为钢包头生产原料；同时，中碳钢具有更好的淬回火性能，其碳含量在标准范围内的波动也不影响钢包头淬回火后的性能指标。

杭州钢铁集团有限公司所提供的鞋包头用钢主要以50号为主，50号具有高强度、高韧性以及抗疲劳性等优越性能，也被广泛地用于车辆行业的车轴和卷尺等工具行业。

2.3 技术难点与发展方向

当前，尽管众多冷轧企业做了许多技术工作，但在鞋包头方面的应用至今仍不能形成质量稳定的生产链，在深冲压成型过程中部分产品容易出现一些问题，对产品性能有一定制约，技术难点主要集中在洁净度控制及退火工艺控制等方面。

非金属夹杂物的含量和类型对钢材的延展性开裂具有一定的影响，这是由于夹杂周围的基体存在较大的应力集中，使得诱发表面裂纹形成的时间较短，裂纹一旦形成，较大的应力集中就会使表面区域的裂纹迅速发展直到开裂［9］。在钢材的冶炼和连铸过程中尽量减少非金属夹杂物的进入，提高钢坯的纯净度，有助于避免或减少开裂现象。

退火能使珠光体发生球化，其过程是渗碳体在高温的作用下，逐渐变为球状，球状碳化物再生长变化。珠光体球化过程不是瞬间完成的，而是经过珠光体中碳化物中的碳化物分散、聚集、成球的过程［10］。在对开裂试样的金相组织检验过程中发现，由于退火温度过高，保温时间过长，造成珠光体球化过度；而温度不高，保温时间不长，渗碳体不能完全扩散，珠光体出现团聚。生产过程中，生产样受热不均匀是由于退火炉的加热不均匀造成的，因而努力提高退火炉的加热均匀性，对减少试件开裂、少出次品至关重要。

安全防护用品冷轧钢带在满足常规的性能标准的同时，依据GB/T 21147—2007《个体防护装备防护鞋》、GB/T 20991—2017《个体防护装备鞋的测试方法》，对钢带的耐腐蚀性、塑韧性、耐折性、抗刺穿性以及保淬透性等也提出了升级需求；同时对其表面光洁、尺寸精度、化学成分稳定性、交货状态等表面及质量性能稳定性，以及深冲及卷边不断裂等易加工性等提出了更高要求。因此，鉴于安全防护用品冷轧钢带要求的特殊性，开发更高等级的优质碳素钢带产品以保证防护用品加工客户在后续的加工过程中获得稳定、优异的综合力学性能，以开拓冷轧钢带新的应用领域，是其发展的必然。