浅析抛丸工艺对不锈带钢表面质量的影响

张志强

（天津太钢天管不锈钢有限公司，天津300457）

浅析抛丸工艺对不锈带钢表面质量的影响

张志强

（天津太钢天管不锈钢有限公司，天津300457）

分析了抛丸机不同转速和钢丸粒度等生产工艺对不锈带钢表面粗糙度的影响。通过总结实际生产经验，采用低叶轮转速的抛丸工艺，通过优化钢丸的加料方式，保证了抛丸机钢丸颗粒度的稳定，减少了钢丸粒度的波动，有效降低了不锈带钢表面的粗糙度，保证了不锈带钢表面抛丸处理的效果。

不锈带钢；抛丸；叶轮；表面粗糙度；抛射速度；钢丸粒度

1 引言

不锈带钢表面氧化铁鳞的结构与普通碳钢相比，金属基体表面有一层含Fe、Cr、Ni、O、Si成分的致密的尖晶石结构，只用酸洗的方法很难在短时间内去除干净，必须通过机械除磷（抛丸）加化学除磷（酸洗）的方法来去除。为了缩短不锈钢除磷时间，一般都采用高强度的抛丸工艺，去掉原料表面80%～90%以上氧化铁鳞后再进行酸洗[1]。

我公司的抛丸机是不锈钢热轧带钢退火酸洗机组的主体工艺设备之一，由德国DISA公司设计并制造，用来在酸洗前对热轧带钢进行机械除磷。抛丸机生产时，利用抛丸器中高速旋转的叶轮，将钢丸以60～80 m/s的速度击打在钢板表面，以较大的冲击力清除钢板表面氧化铁鳞，钢板表面氧化铁鳞清洁程度及表面除磷后的粗糙度都是影响轧制后不锈钢成品表面质量的关键。抛丸器中叶轮的旋转由电机控制，旋转速度可达到1 680～2 250 r/min，不同的旋转转速对于不锈钢表面的粗糙度及冷轧后表面抛光性能有不同的影响。本文主要分析抛丸机不同转速和钢丸粒度等生产工艺对不锈钢表面粗糙度的影响。

2 抛丸机工艺参数

抛丸器中叶轮示意图见图1。

图1 抛丸器中叶轮示意图

我公司拥有2台由德国DISA公司生产的抛丸机，型号为HB-2×4/1601-100。

每台抛丸机有4个叶轮，叶轮宽度/直径为105/500 mm，每个叶轮上有8个叶片，叶轮通过电机来带动旋转，旋转速度为1 680～2 250 r/min。

钢丸流速为58～78 m/s、每个叶轮抛丸的流量最大为1 200 kg/min。

2组旋转活塞式风机 GM 60S、2组容量为45 000 m 集尘器。

我公司采用的抛丸颗粒为高碳铸钢丸，硬度40～50HRC、型号为S110、S170的两者的混合物。抛丸机抛头（叶轮）转速为1 850～2 150 r/ min，叶轮传动电机电流为125～130 A。

3 工作原理

我公司的2台抛丸机每台均有4个叶轮，2个位于带钢上方，其余2个位于带钢下方，见图2。依靠旋转的叶轮的离心力抛出具有较大速度的圆形钢丸，丸粒通过钢丸补充器和导料筒送入叶轮装置，从钢板上下两面进行喷射，喷射后流入下部的丸粒再通过螺旋输送装置、钢丸升降机等循环装置送到机体上部，用分离器将氧化皮和碎丸分离出来，然后将可重复利用的钢丸再送回叶轮装置循环使用。在实际生产中，抛丸器叶轮的转速和抛丸颗粒均能够影响抛丸效果。本文主要通过总结实际生产经验，采用低转速的抛丸工艺，并通过优化钢丸的加料方式，保证抛丸机颗粒度稳定，减少钢丸粒度的波动，可以有效降低不锈钢No.1表面的粗糙度，保证不锈钢表面抛丸处理的效果。

图2 抛丸机示意图

4 抛丸工艺对不锈钢表面粗糙度的影响

4.1 不同抛丸机转速对表面粗糙度的影响

对我公司304钢种热轧不锈钢（热轧为同批次），批量试验并测量抛丸机叶轮转速分别采用1 850 r/min、2 150 r/min的No.1表面粗糙度（实际生产中除了转速不同外，其他生产条件均相同），如表1所示。

由表1可以看出，当抛丸机叶轮转速由2 150 r/ min降低为1 850 r/min时，不锈钢No.1表面的粗糙度均值明显降低。

钢丸离开叶轮时的速度分为切向速度和法向速度，其中钢丸的法向速度较小，主要是切向速度，因此，钢丸的抛射速度可以通过切向速度近似估计，计算公式为[2]：

表1 不同抛丸机转速生产的304不锈钢No.1表面粗糙度

式中：V为钢丸切向速度，m/s；n为叶轮的转速，r/min；D为叶轮直径，m；π为圆周率。

由公式可知，当叶轮的转速降低后，钢丸的抛射速度随之下降，钢丸的冲击动能E=1/2mv2，抛射速度越低，钢丸动能就越小，对不锈钢表面的冲击力也越小，钢丸在钢板表面留下的弹痕越轻，因此能够降低钢板表面的粗糙度[3]。

4.2 钢丸的不同粒度对不锈钢表面粗糙度的影响

目前不锈钢的热板酸洗主要采用高碳铸钢丸，钢丸型号为S110（钢丸直径以0.3 mm为主）与S170（钢丸直径以0.425 mm为主），考虑用户对表面的要求越来越高，我公司采用1∶1的比例混合使用。

在实际生产过程中，通过对钢丸粒度的分析，发现钢丸粒度对No.1表面粗糙度有一定的影响。在叶轮转速等生产条件都相同的情况下，通过添加不同配比的钢丸，取样测试钢丸粒度和生产后304不锈钢No.1表面的粗糙度，结果如表2所示。

表2 不同钢丸粒度生产的304不锈钢No.1表面粗糙度

在相同的抛射速度下，钢丸粒度越大，其冲击动能越大，冲击力也就越大，因此，造成带钢表面的粗糙度越大。但值得注意的是，在实际抛丸生产过程中，钢丸的补充方式对不锈钢表面除鳞质量有较大的影响。钢丸在抛丸过程中会由于磨损等原因逐渐变小，整个系统的钢丸粒度会慢慢变小，如果长时间不补充钢丸，钢丸粒度会变得很小，不锈钢表面的粗糙度明显降低，但同时表面的除鳞效率也会降低；如果一次加料太多，则系统的钢丸粒度会明显增加，表现为不锈钢表面的粗糙度变大。因此，钢丸的补充最好是不断地进行，以保证钢丸的数量和粒度保持稳定，从而保证除鳞后的表面质量。我公司通过总结实际生产经验，规范钢丸补充方式，采取按照相同的时间间隔少量多次补充补充钢丸，避免大量集中添加，能够稳定控制钢丸粒度，从而保证不锈钢表面的除鳞质量和表面粗糙度的稳定。

5 结论

我公司通过积累实际生产试验，在保证除磷效果的情况下，采用低转速的抛丸工艺，通过降低钢丸的抛射速度，从而减小钢丸对不锈钢表面的冲击力，可以有效降低不锈钢No.1表面的粗糙度。

通过优化钢丸的加料方式，保证了抛丸机颗粒度稳定，减少了钢丸粒度的波动，可以有效保证不锈钢表面抛丸处理的效果。

[1] 李旭初.不同抛丸介质在不锈钢热轧板除磷工艺中的应用比较[J].山西冶金，2012（2）： 13-16.

[2] 李宏亮，吴浚郊.复杂铸件的抛丸清理[J].铸造工程，2002（2）：13-18.

[3] 杨清林，吴炳焕.钢丸粒度对铸件抛丸清理效率和表面粗糙度的影响[J].中国铸造装备与技术，2002（6）：10-13.

Brief Discussion on Influence of Shot Blasting Process on Surface Quality of Stainless Steel Sheet

ZHANG Zhi-qiang
（Tianjin TISCO & TPCO Stainless Steel Co., Ltd., Tianjin 300457, China）

The author analyzes the influence of the production process of different rotation speeds and steel shot sizes of shot blasting machine on the surface roughness of stainless steel sheet. Actual production experience is summarized and the shot blasting process of low impeller rotation speed is taken. Through optimizing the charging style of shot blasting, the size stability of steel shot in shot blasting machine is ensured and the size fluctuation of steel shot is reduced, which reduces the surface roughness of stainless steel sheet effectively and guarantees the treatment effect.

stainless steel sheet; shot blasting; impeller; surface roughness; blasting speed; steel shot size

10.3969/j.issn.1006-110X.2014.05.006

2014-05-15

2014-06-10

张志强，男，副高级工程师，主要从事生产和质量管理工作。