楊向鵬,徐江華,王 超

(寶山鋼鐵股份有限公司1.中央研究院,上海 201999; 2.冷軋廠,上海 201900)

金屬材料在熱軋成形后受高溫氧化的影響,冷卻后在表面會形成一層由金屬氧化物組成的致密覆蓋物,俗稱“鱗皮”。鱗皮的表面殘留直接影響沖壓、涂裝、冷軋等各項后處理工藝的質(zhì)量。

寶鋼從2008年開始對無酸除鱗技術(shù)展開研究,歷時 9年自主研發(fā)出 BMD (Baosteel Mechanical Descaling)新型環(huán)保型除鱗工藝,特別針對沖壓、輥壓用戶,采用水+磨料介質(zhì)的混合漿料對鋼板待處理表面進行設(shè)定速度的持續(xù)噴射,從而達到清除鱗皮的目的[1-2],可有效解決此部分用戶原有后道工序的工藝難題,提高成品質(zhì)量,簡化加工工藝,實現(xiàn)了“零污染、高質(zhì)量、低成本”的理想目標(biāo)[3]。 2017年底完成首條 BMD商業(yè)化機組建設(shè),2018年一季度實現(xiàn)投產(chǎn),目前正處于持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)狀態(tài),持續(xù)向用戶端供料[4]。

該產(chǎn)線所生產(chǎn)的BMD產(chǎn)品在多地不同的用戶端進行了各項試用、檢測、驗證。由于原有工藝是使用熱軋原板,未除鱗,在輥壓或沖壓時鱗皮碎屑掉落會降低設(shè)備磨具使用壽命,同時對鋼材的折彎處產(chǎn)生拉毛缺陷,涂裝環(huán)節(jié)會影響漆膜的附著性;而噴丸工藝處理后,卡車縱梁涂鍍后粗糙度高,造成漆膜厚差較大,這些都會影響涂裝后的防銹性能。采用寶鋼BMD工藝對熱軋原板進行除鱗,解決了上述卡車縱梁生產(chǎn)中的問題。

1 BMD工藝生產(chǎn)介紹

1.1 BMD安徽寶鋼機組設(shè)備布置

BMD安徽寶鋼機組包括BMD縱剪線和BMD800橫切線設(shè)備,BMD縱剪線將熱軋原卷除鱗并縱剪后卷取,BMD800橫切線設(shè)備將BMD窄卷進行切片,最終成為供用戶產(chǎn)品。

BMD縱剪線設(shè)備布置主要可分為四個部分:①開卷段,包括開卷機、粗矯機、頭部剪刀;② BMD工藝段,由噴射系統(tǒng)、介質(zhì)分離回收系統(tǒng)、供料系統(tǒng)和過濾回收系統(tǒng)組成;③縱剪段,包括精矯機、1#活套、對中裝置、縱剪刀架、2#活套;④收卷段,包括尾部剪刀、夾送輥、張力輥、收卷機。

BMD800橫切線設(shè)備包括:開卷機、矯直輥、頭剪、橫切飛剪、鐮刀彎測量、堆料機。

1.2 BMD板生產(chǎn)過程介紹

熱軋原板通過BMD產(chǎn)線的除鱗工藝后進行橫切最終成為供用戶產(chǎn)品。具體生產(chǎn)過程為:①熱軋寬卷拆包上卷后,經(jīng)過粗矯機矯正板形;②進入BMD工藝段進行表面熱軋鱗皮處理,除鱗后的寬帶鋼再進入精矯機修正鐮刀彎等板形缺陷;③矯正過的帶鋼通過活套與對中立輥調(diào)節(jié),通過縱剪刀架,刀架上的剪刀會將原寬度為900～1 800 mm的寬卷分割為300～500 mm寬的符合用戶所需寬度的若干條窄卷與邊絲;④縱剪完成的若干窄條通過分離盤分割,整體在收卷機上卷曲成卷;⑤若干窄卷在打包后轉(zhuǎn)送800橫切,橫切至用戶企業(yè)所需的長度規(guī)格;⑥通過鐮刀彎測量設(shè)備后,符合長寬及鐮刀彎規(guī)格的片料成堆摞放打包發(fā)送用戶企業(yè)。

未進行縱切的寬卷除鱗表面如圖1所示,縱切后的窄卷表面如圖2所示。

2 BMD卡車縱梁用戶試用與推廣

BMD材料在多個地區(qū)用戶企業(yè)皆有供料試制,用戶企業(yè)采取的BMD成品加工方式包括沖壓和輥壓兩種,成形后產(chǎn)品均制成車架成品上車試用,其間過程均跟蹤記錄并對比用戶原使用的熱軋原板、拋丸或酸洗板等,工藝流程如表1所示。同步比較BMD工藝材料與用戶原使用材料加工后尺寸規(guī)格、表面狀態(tài),對涂裝后的漆膜各項能力進行檢測,檢測內(nèi)容見表2。

表1 BMD的用戶端試驗材料及工藝Table 1 Test material and technology of BMD client

表2 BMD材料與酸洗材料電泳涂裝檢測Table 2 Electrophoretic coating test of BMD and pickling materials

3 用戶企業(yè)成形認證

3.1 汽車廠A用戶沖壓認證試驗

在汽車廠A的沖壓車間進行了BMD板的沖壓試驗,設(shè)備為3 000 t液壓沖壓機,BMD板的牌號為B510L,尺寸為5 mm×310 mm×5 722 mm。BMD卷料及BMD大梁原料狀態(tài)及沖壓試驗過程見圖3、4。試驗進行了監(jiān)控點選取,由于試驗用磨具已攜帶較多缺陷,且這類缺陷均直接影響沖壓成品質(zhì)量,故檢測對象鎖定磨具中未有缺陷處,鎖定監(jiān)測的區(qū)域,必須對于原料成形具有典型性,即容易產(chǎn)生拉毛缺陷區(qū)域?；谝陨显瓌t,鎖定3 000 t沖床凹模的入料側(cè)有一個典型的變截面區(qū)域(對應(yīng)圖4(a)小方框所示區(qū)域),將平直料沖壓成“內(nèi)凹折彎”的變形區(qū),該區(qū)域?qū)?yīng)的磨具表面光潔,無顯著缺陷。

在120件BMD涂油板完成沖壓之后,持續(xù)監(jiān)測該區(qū)域,仍未發(fā)現(xiàn)任何拉毛痕跡,且磨具的表面粗糙度改變輕微,手觸摸不明顯。由此可知:①磨具完好時,在容易內(nèi)凹變截面等容易拉毛區(qū)域,BMD涂油板未拉毛;②BMD涂油板能有效保持磨具性能,提高磨具的服役壽命;③在磨具已有損傷的區(qū)域,BMD板連續(xù)沖壓后的拉毛惡化趨勢有一定上升,但沒有干板明顯。

在檢測拉毛的同時,對沖壓成形后的開口尺寸也進行了檢驗跟蹤,最終通過用戶質(zhì)檢人員檢測確認:BMD沖壓成形件的開口度達標(biāo),滿足使用要求(拉毛跟蹤與成品情況見圖5、6)。

3.2 汽車廠B用戶沖壓認證試驗

在重卡車架廠進行的BMD材料汽車橫梁沖壓試驗,該廠使用沖壓設(shè)備為單動薄板沖壓液壓機(10 000 kN),BMD材料牌號為B510L(規(guī)格為5.9 mm×552 mm×C),完成前期沖孔、裁切的BMD板料約200片,表面無銹蝕。

本次橫梁沖壓試驗重點關(guān)注兩處變截面區(qū)域,在使用拉延劑并對模具對應(yīng)位置進行修磨后,原本的拉毛問題有明顯改善,基本消除拉毛現(xiàn)象,改善后的表面質(zhì)量達到用戶進入下道次涂裝工藝的要求,改善過程與最終結(jié)果見圖7～10。

3.3 汽車廠C用戶輥壓認證試驗

汽車廠C對BMD材料的輥壓試驗,該廠有1條DLLW10×550柔性縱梁冷彎成形生產(chǎn)線,BMD材料試驗用料牌號為QSTE650,厚度為7 mm。在針對BMD材料進行設(shè)備參數(shù)調(diào)整、測試后,縱梁輥壓成形質(zhì)量改善,固化匹配參數(shù)后,隨后所有成品(約16 t原料)成形質(zhì)量均滿足現(xiàn)場標(biāo)準(zhǔn),尺寸規(guī)格全部達標(biāo)。由此可見:①BMD材質(zhì)成形性在匹配的工藝參數(shù)下十分穩(wěn)定;②BMD材質(zhì)在經(jīng)過輥壓工藝后尺寸規(guī)格均能完全達標(biāo)。

在關(guān)注成形質(zhì)量的同時,對輥壓后的表面質(zhì)量進行了詳細檢查,BMD板與熱軋板對比情況見圖11。

(1) 外觀宏觀判斷:BMD板制成的縱梁相比熱軋板的表面更加白亮潔凈。

(2) 彎角處宏觀檢查:BMD板縱梁在靠近彎角處有輥子擠壓產(chǎn)生的光亮印跡,但觸感差異非常輕微,不影響涂裝;此外彎角處變形表面正常,熱軋板縱梁在靠近彎角處的同樣位置則產(chǎn)生一定程度的氧化鐵皮破裂,用手掃過會帶下一部分松散的鱗皮。

(3) 內(nèi)部宏觀檢查:BMD板縱梁內(nèi)表面更加光潔,而熱軋板縱梁內(nèi)表面則有較多細微破碎的鱗皮。

此次驗證表面品質(zhì)無問題(不包括調(diào)試件),尺寸精度調(diào)試合格,符合用戶企業(yè)要求。

3.4 汽車廠D用戶車架制備認證試驗

某車架廠BMD材料的輥壓及涂裝工藝驗證,使用鋼種牌號為500L-Z,規(guī)格為8 mm×425 mm×C。試驗同步對比了熱軋原料與BMD原料在輥壓與涂裝環(huán)節(jié)中成形性和涂裝性的差異。

制備車架流程跟蹤:

(1) 針對熱軋原料。輥壓→沖孔→等離子切割→拋丸→折彎→合梁→送鉚接車間。

(2) 針對本批次BMD原料。輥壓→沖孔→等離子切割→折彎→合梁→送鉚接車間。

此次加工BMD材料共6卷,BMD材料縱梁成品見圖12。整個輥壓過程正常,成形性良好,尺寸符合要求,并未發(fā)生拉毛現(xiàn)象;沖孔過程未發(fā)現(xiàn)熱軋原料加工時出現(xiàn)的因設(shè)備工件震動引起的氧化鐵粉脫落現(xiàn)象(此現(xiàn)象會造成設(shè)備傳動機構(gòu)故障),BMD材料所沖孔邊緣光滑,無毛刺;等離子切割工藝需求材料表面含油量不能太高,BMD材料涂油量正常,故整體切割流程順利,切口符合標(biāo)準(zhǔn);普通熱軋原料需經(jīng)過干拋丸工藝除去表面鱗皮,BMD原料在輥壓前已完成該步驟,故前幾道工序設(shè)備的潔凈程度大大提高,設(shè)備故障率可大大降低(見沖孔工藝),且干拋工藝表面粗糙度高,毛化現(xiàn)象更明顯;折彎工序未發(fā)現(xiàn)拉毛劃傷,尺寸合規(guī),通過現(xiàn)場質(zhì)檢符合后道涂裝工藝需求。

試制中各工藝全流程跟蹤,各道次均滿足且達到用戶標(biāo)準(zhǔn)。較用戶傳統(tǒng)工藝使用的熱軋原材,因BMD材質(zhì)在前輥壓、沖孔流程已完成除鱗工作,故用戶設(shè)備清潔度大大提高,避免了氧化鐵粉灑落進設(shè)備造成故障;減少了用戶原需的干拋工藝環(huán)節(jié),縮短了流程,提高了加工效率(干拋日產(chǎn)量≤1 000條縱梁);提高成品的表面光潔度(BMD產(chǎn)品粗糙度較低),使成品更加美觀,有效改善了原熱軋原料輥壓時易產(chǎn)生的拉毛現(xiàn)象。BMD材料與熱軋材料涂裝對比見圖13。

3.5 涂裝性能檢驗

為充分明確BMD除鱗工藝是否滿足涂裝用戶的需求,特采用同鋼種樣板和寶鋼BMD板,在汽車廠E的電泳涂裝線進行試驗,測試試樣表面涂層的附著性和耐蝕性。

本次分析檢測共計取用樣板8塊,其中4塊為BMD板+涂裝后的試樣,另外4塊為車廠E提供的酸洗板+涂裝后的試樣。

(1) 劃格試驗,測試涂層的附著性。用漆膜劃格儀(QFH)在涂層表面劃出1 mm×1 mm (間隔)×100 mm的棋盤格,然后用3M Scotch 610#膠帶進行剝離,觀察剝落涂層的格數(shù)。試驗結(jié)果見圖14,顯示兩種試樣的百格附著力均為NTO,即無涂層剝落,可見BMD板的涂層黏結(jié)力與用戶原有酸洗板的涂裝黏結(jié)力相當(dāng),滿足用戶要求。

(2) 平板鹽霧試驗,測試涂層的耐蝕性。按照ASTM B117標(biāo)準(zhǔn)進行中性鹽霧試驗,試樣封邊后放置于鹽霧中,持續(xù)試驗720 h,對比產(chǎn)生銹點數(shù)量判斷其防銹能力。試驗結(jié)果見圖15、16,可見平板鹽霧樣品出現(xiàn)銹蝕點的部位均為電泳膜上有顆粒之處。需要指出的是,BMD板雖然出現(xiàn)銹點的數(shù)目比酸洗板的多2個,但BMD樣板的面積也較大,故可見BMD與酸洗板之間在耐蝕性上性能相當(dāng)。

(3) 劃叉鹽霧試驗,測試涂層的擴蝕性。在BMD板與酸洗板表面十字劃叉后放入鹽霧箱持續(xù)觀察720 h。檢測結(jié)果可知:BMD板具有更強的抵抗破壞后的耐腐蝕擴展能力(BMD劃叉后擴展平均值為1.6 mm,酸洗板為2.0 mm)。

由此可見,BMD材在電泳涂鍍后涂層的耐蝕性、附著力、擴蝕性等性能均與酸洗材相同甚至高于酸洗材,完全符合用戶企業(yè)對涂裝的要求。

4 結(jié)論

(1) BMD安徽寶鋼縱剪線通過持續(xù)2年多的生產(chǎn),工藝日漸成熟,在與現(xiàn)有用戶的磨合中不斷進步,并為后續(xù)推廣BMD工藝打下了良好的基礎(chǔ),為持續(xù)拓展新用戶企業(yè)搭建了良好的平臺。

(2) BMD產(chǎn)品通過質(zhì)量檢測,大生產(chǎn)沖壓、輥壓試驗,冷態(tài)軋制試驗,涂裝性能對比試驗等,均充分證明BMD產(chǎn)品完全滿足下游用戶對熱軋除鱗后的板面質(zhì)量要求,具備市場推廣應(yīng)用的條件。

(3) 多輪的試驗論證,充分證明BMD工藝是一種具備替代現(xiàn)有酸洗工藝的新型除鱗工藝,同時,BMD工藝為國內(nèi)外生產(chǎn)企業(yè)使用綠色、高質(zhì)量、高性能產(chǎn)品提供了一種較完美的方案。