孫 乾，亓偉偉，麻 衡，李 勇，王 哲，呂 霞

（1 萊蕪鋼鐵集團(tuán)銀山型鋼有限公司，山東濟(jì)南 271104；2 萊蕪鋼鐵集團(tuán)有限公司黨校/培訓(xùn)中心，山東濟(jì)南 271104）

1 前 言

安全防護(hù)鞋的護(hù)足趾功能大多是通過鞋頭前圓弧形鋼制包頭實(shí)現(xiàn)的，重物砸擊時鋼包頭可保護(hù)足趾，在鋼包頭鋼材選取及成型設(shè)計(jì)時，要兼顧勞動者穿著舒適度，要求鋼材強(qiáng)韌性高、抗沖擊性好、質(zhì)量輕［1］。根據(jù)國家應(yīng)急管理部2021年發(fā)布的GB 21148—2020《足部防護(hù)—安全鞋》標(biāo)準(zhǔn)要求，保護(hù)包頭防護(hù)等級分為二級。第一級適用于安全鞋，要求可承受200 J沖擊能及耐15 kN壓力；第二級適用于防護(hù)鞋，要求可承受100 J 沖擊能及耐10 kN 壓力。同時，安全防護(hù)鞋的防刺穿功能是通過在鞋底增加鋼制防刺穿墊實(shí)現(xiàn)的，要求鋼材具備抗刺穿性、抗沖擊性、耐壓力性等性能。保護(hù)包頭和防刺穿墊是勞保鞋的關(guān)鍵防護(hù)部件［1-3］。

2 安全防護(hù)鞋頭用冷軋鋼帶的生產(chǎn)及性能要求

鋼制包頭的質(zhì)量決定著安全防護(hù)鞋實(shí)際防護(hù)效果，目前用于制造防護(hù)用品部件的原材料主要有25 號、40 號、45 號、50 號冷軋鋼帶等。冷軋帶鋼是以熱軋帶鋼或鋼板為原料，經(jīng)常溫軋制所得的帶鋼或薄板，冷軋帶材具有較好的表面光潔、平整性、尺寸精度及力學(xué)性能，是鋼鐵材料中高端產(chǎn)品，被廣泛用于汽車覆蓋件用鋼、包裝用鋼等行業(yè)［3-5］。

2.1 生產(chǎn)工藝及性能要求

冷軋后帶鋼內(nèi)部存在加工硬化，為消除應(yīng)力，得到理想塑性與成形性能，大多需進(jìn)行再結(jié)晶退火。再結(jié)晶退火常用的有連續(xù)退火、罩式退火，其中罩式退火因固定投資少，生產(chǎn)組織相對靈活，適用于小批量多品種產(chǎn)品生產(chǎn)，在鋼企實(shí)際生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用［6］。為減少退火過程中帶鋼氧化，提高導(dǎo)熱效率，罩式退火爐內(nèi)大多要通入保護(hù)氣，常用的保護(hù)氣有氫氣和氮?dú)鈨煞N。氫氣的導(dǎo)熱效率高且具有還原性，因此相對于傳統(tǒng)的氮?dú)浔Ｗo(hù)罩式退火，新型的全氫保護(hù)罩式退火工藝生產(chǎn)效率更高且產(chǎn)品擁有更好的表面質(zhì)量［7］。

用于制作鋼包頭的冷軋鋼帶厚度為1.2～1.8 mm，尺寸太薄，受壓易變形，防護(hù)足趾效果不好；尺寸太厚，重量大，勞動者穿著舒適度及靈活性較差。目前常用的厚度為1.2、1.4、1.5、1.6、1.7、1.75、1.8 mm，寬度145～185 mm，同時。原料尺寸可根據(jù)鞋頭加工企業(yè)設(shè)備能力，將原料板材橫切成需要的尺寸規(guī)格［8］。

鋼包頭用冷軋鋼帶常見牌號性能要求見表1，主要質(zhì)量要求包括表面光潔、尺寸精度高，化學(xué)成分穩(wěn)定（主要是碳含量），退火態(tài)出廠，塑性好、深沖及卷邊不斷裂，鋼材內(nèi)部無夾雜。鋼包頭后續(xù)生產(chǎn)工藝為：下料→沖片→深沖→切分→卷邊→熱處理工序（淬火-回火）→表面涂層工序（表面拋光-鍍膜）→檢驗(yàn)入庫。

表1 鋼包頭用冷軋鋼帶常見牌號性能要求

2.2 研發(fā)生產(chǎn)現(xiàn)狀

由于成本以及利益最大化的關(guān)系，防護(hù)用品生產(chǎn)企業(yè)通過技術(shù)進(jìn)步和設(shè)備改造進(jìn)一步降低原料成本，近年來所使用的鋼帶厚度不斷減薄。

攀長鋼焊管鋼絲廠是鋼包頭用鋼帶知名供應(yīng)商，鋼種包括25號、40號、45號、50號，其中25號占總量的90%。該單位致力于安全防護(hù)用鋼的質(zhì)量升級，推廣應(yīng)用40 號、45 號作為鋼包頭生產(chǎn)原料?？紤]45 號鋼更為普及，原料易得，供貨及時，建議全面推廣45號作為鋼包頭生產(chǎn)原料；同時，中碳鋼具有更好的淬回火性能，其碳含量在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的波動也不影響鋼包頭淬回火后的性能指標(biāo)。

杭州鋼鐵集團(tuán)有限公司所提供的鞋包頭用鋼主要以50號為主，50號具有高強(qiáng)度、高韌性以及抗疲勞性等優(yōu)越性能，也被廣泛地用于車輛行業(yè)的車軸和卷尺等工具行業(yè)。

2.3 技術(shù)難點(diǎn)與發(fā)展方向

當(dāng)前，盡管眾多冷軋企業(yè)做了許多技術(shù)工作，但在鞋包頭方面的應(yīng)用至今仍不能形成質(zhì)量穩(wěn)定的生產(chǎn)鏈，在深沖壓成型過程中部分產(chǎn)品容易出現(xiàn)一些問題，對產(chǎn)品性能有一定制約，技術(shù)難點(diǎn)主要集中在潔凈度控制及退火工藝控制等方面。

非金屬夾雜物的含量和類型對鋼材的延展性開裂具有一定的影響，這是由于夾雜周圍的基體存在較大的應(yīng)力集中，使得誘發(fā)表面裂紋形成的時間較短，裂紋一旦形成，較大的應(yīng)力集中就會使表面區(qū)域的裂紋迅速發(fā)展直到開裂［9］。在鋼材的冶煉和連鑄過程中盡量減少非金屬夾雜物的進(jìn)入，提高鋼坯的純凈度，有助于避免或減少開裂現(xiàn)象。

退火能使珠光體發(fā)生球化，其過程是滲碳體在高溫的作用下，逐漸變?yōu)榍驙?，球狀碳化物再生長變化。珠光體球化過程不是瞬間完成的，而是經(jīng)過珠光體中碳化物中的碳化物分散、聚集、成球的過程［10］。在對開裂試樣的金相組織檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，由于退火溫度過高，保溫時間過長，造成珠光體球化過度；而溫度不高，保溫時間不長，滲碳體不能完全擴(kuò)散，珠光體出現(xiàn)團(tuán)聚。生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)樣受熱不均勻是由于退火爐的加熱不均勻造成的，因而努力提高退火爐的加熱均勻性，對減少試件開裂、少出次品至關(guān)重要。

安全防護(hù)用品冷軋鋼帶在滿足常規(guī)的性能標(biāo)準(zhǔn)的同時，依據(jù)GB/T 21147—2007《個體防護(hù)裝備防護(hù)鞋》、GB/T 20991—2017《個體防護(hù)裝備鞋的測試方法》，對鋼帶的耐腐蝕性、塑韌性、耐折性、抗刺穿性以及保淬透性等也提出了升級需求；同時對其表面光潔、尺寸精度、化學(xué)成分穩(wěn)定性、交貨狀態(tài)等表面及質(zhì)量性能穩(wěn)定性，以及深沖及卷邊不斷裂等易加工性等提出了更高要求。因此，鑒于安全防護(hù)用品冷軋鋼帶要求的特殊性，開發(fā)更高等級的優(yōu)質(zhì)碳素鋼帶產(chǎn)品以保證防護(hù)用品加工客戶在后續(xù)的加工過程中獲得穩(wěn)定、優(yōu)異的綜合力學(xué)性能，以開拓冷軋鋼帶新的應(yīng)用領(lǐng)域，是其發(fā)展的必然。

3 結(jié) 語

隨著安全防護(hù)鞋標(biāo)準(zhǔn)的提高及使用范圍的擴(kuò)大，對鞋鋼包頭制造用冷軋鋼帶的性能及要求不斷提高。本文對防護(hù)鞋頭用冷軋鋼帶常見牌號、退火工藝、性能要求及發(fā)展方向作了概述，以期對產(chǎn)品生產(chǎn)與技術(shù)革新起到一定借鑒作用。