不锈钢冷轧板带产品的特点及应用

                   

摘要

本文简要介绍了不锈钢冷轧生产工艺,阐述了不锈钢冷轧板带产品承继了不锈钢钢种具有的的优良的耐蚀性和加工性并通过其种类丰富的表面类型、精美优良的表面质量拓宽了不锈钢使用的内涵,从而扩展了不锈钢的使用范围,成为不锈钢中最被广泛选用的结构品种。并介绍了不锈钢冷轧板带在各类民用行业和工业领域的应用情况及其高要求的表面质量和性能需求,而不锈钢冷轧板带生产需经过十个以上的连续性工业化生产工序,不可避免会产生表面缺陷。因此,作者认为不锈钢冷轧板带生产者在工艺技术、操作技能、设备配置、质量管理水平等各方面必须精益求精,才能可尽可能地满足下游客户的要求。

1、前言

不锈钢由于其具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等系列特点,所以在石油化工、原子能、轻工、纺织、食品、家用器械等方面得到广泛地应用。而不锈钢冷轧板带产品承继了不锈钢优良的耐蚀性和加工性,通过冷轧不同的加工方法及冷轧后的表面再加工,可以使不锈钢表面具有不同等级的表面光洁度、纹路和颜色,成为不锈钢中最被广泛选用的结构品种。

2、不锈钢冷轧板带生产工艺

典型的不锈钢冷轧生产工艺流程如图1所示,不锈钢热轧黑皮带钢经过罩式炉(BAF)、热卷退火酸洗机组(HAPL)、多辊可逆轧机( CRM)或冷连轧机(TCM)、粗磨机组(CGL)、冷卷退火酸洗机组(CAPL)或光亮退火机组(BAL)、研磨机组(CGL)、平整机(SPM)或拉矫机组(TLL)和纵切(STL)或重卷(RCL)或横切(CTL)等多个专业化机组完成全部流程。

图1 不锈钢冷轧生产工艺

3、不锈钢冷轧板带产品的特点

3.1 表面加工类型丰富

不锈钢以其优良的耐腐蚀性能、良好的力学性能和加工性能成为被广泛选用的金属材料。通过冷轧不同的加工方法及冷轧后的表面再加工,可以使不锈钢表面具有不同等级的表面光洁度、纹路和颜色。不锈钢冷轧板的表面加工有2D、2B、No.3、No.4、240、320、No.7、No.8、HL、BA、TR硬态、压花等表面等级。在冷轧表面基础上可进一步实施电镀、电解抛光、无方向发纹、蚀刻、喷丸、着色、涂层及其组合等多种深加工表面。加上热轧酸洗后的No.1表面和网纹板,不锈钢表面可达20余种。

如此种类丰富的表面大大改善了不锈钢的外观,使之达到美学效果,增加了对消费者的吸引力,给人们以美的享受。不锈钢不同的表面加工拓宽了不锈钢使用的内涵,从而扩展了不锈钢的使用范围。 据不锈钢专业网站统计,2012年中国不锈钢冷轧板带占不锈钢总产量的70%, 除了不锈钢钢种自身的性能特点外,主要是不锈冷轧板带的各种表面类型在使用中的特殊地位所致。

图2 2012年中国不锈钢品种结构

3.2 应用范围广

不锈钢冷轧板带产品以其优良的耐腐蚀性能,良好的力学性能、加工性能及种类丰富的表面,成为被广泛选用的金属材料,广泛应用于包括建筑装饰、制品、家电、轨道交通运输、汽车、电梯、集装箱、太阳能、精密电子等各类民用行业和工业领域。

3.3 表面质量要求高

如前所述,不锈钢冷轧板带产品广泛应用于各类民用行业和工业领域,其中建筑装饰、电梯、集装箱等行业的多数产品直接使用冷轧加工后的2D、2B、BA、研磨等表面,制品、家电、轨道交通运输、汽车、太阳能、精密电子等行业的产品将冷轧表面产品经过成型加工后直接使用或浅度研磨抛光后使用。因此,对于不锈钢冷轧板带表面质量要求较高。

然而,由于不锈钢冷轧板带生产需经过十余道连续性生产工序,不可避免会产生诸如辊印、压入、划伤、脏污、鳞折起皮、氧化皮、夹杂、色泽不良等表面缺陷。不锈钢冷轧板带产品使用客户近乎零容忍的高要求,对不锈钢冷轧板带生产者提出了较高挑战。

不锈钢冷轧板带生产需经过炼钢、热轧等多个工序及冷轧工序的多道连续性生产环节,难以做到零缺陷。因此,在各国的不锈钢冷轧板带标准中对出厂产品的表面缺陷进行了规定。在目前通用的不锈钢产品中,日本冷轧不锈钢板及钢带的标准JIS G 4305相对外观质量的要求表述是最为详细的,标准第九条对于外观是这样描述的:钢板及钢带应无使用上有害的缺陷。

但钢带通常没有消除缺陷的机会,因此包含若干不正常的部分。如何理解标准中对外观检查描述的这三句话?第一,出厂的产品可能带有缺陷,但这些缺陷应不是客户使用上有害的缺陷。第二,由于冷轧生产的连续性和特殊性,不可能把有缺陷甚至严重缺陷的部位切除掉,也可以说要生产一卷无缺陷的钢带是非常难的。第三,因此在出厂的钢带中可以夹带若干不正常的部分。

4、不锈钢冷轧板带的表面加工类型

不锈钢表面加工可以分为两类,一类是不锈钢生产厂采用不同生产工艺所获得的表面,通常称为轧制表面加工;另一类是为了改变表面级别或性质,对轧材专门进行的表面加工,一般称为不锈钢表面的深加工。

不锈钢冷轧板带的表面加工按不同工艺方法,分为不同的表面加工类型。各国的标准对不锈钢冷轧板的表面加工都作了相应的规定。不锈钢冷轧行业通常根据日本JIS 和美国ASTM标准,归类为表1的表面加工类型。除表1标准中规定的不锈钢冷轧板表面加工类型外,可以称之为轧制表面加工的还有压花表面加工及利用热轧或No. 1板加工的网纹钢板。

•No.1

No.1表面是指热轧板带后经过热处理、酸洗而获得的表面。它是把热轧及热处理时生成的黑色氧化铁皮,采用酸洗或类似处理方法除掉, 这就是No. 1表面加工。这种表面呈银白色,无光泽。主要用于不需要表面光泽的耐热耐蚀工业,如酒精工业,化学工业及大型容器。

•No.2D

No.2D表面是一种无氧化铁皮的冷轧无光泽表面,冷轧后只进行热处理、酸洗,不进行光泽平整,其表面的光亮程度决定于冷轧变形程度和成品道次的工作辊表面光洁度,也与去除氧化的酸洗方法相关。

No.2D表面也包括在上述表面的基础上再经毛面辊进行轻度平整而获得的一种毛面。毛面辊是采用特殊工艺将轧辊表面打毛,即在轧辊表面形成若干相变刚硬质点,于平整过程中在钢板表面上实现凹凸不平刚柔相济的表面结构。这也是一种无光泽表面。这种表面特别适合于深冲成型加工,可改善钢板与模具间的摩擦和接触条件,有利于材料流动,改善工件的成型质量。

No.2D这种表面的不锈钢广泛用于建筑物幕墙, 特别是那些不需要反光的建筑物部位。通过仪器测定这种表面的粗糙度Ra值约为0.4~1.0μm。

•No.2B

No.2B表面与2D表面不同之处在于还要用光滑的平整轧辊平整,因此较2D表面光亮。通过仪器测定的表面粗糙度Ra值为0.1~0.5μm,是最普通的加工类型。这种不锈钢表面用途最广,适用于化工、造纸、石油、医疗等行业的一般用途,也可用作建筑物幕墙。

•No.3

No. 3表面是一种半抛光表面。它是以2D或2B表面的冷轧不锈钢为素板,用粒度为100~120#的砂带进行抛光而得到的加工表面。通过仪器测定的表面粗糙度Ra值为 0.4~1.5μm。适用于作建筑材料,厨房器皿以及用于制造后需进一步精加工的场合。

•No.4

No.4表面是比No. 3号表面更亮的细抛光表面,也是以2 D或2 B表面的不锈钢冷轧板为素板,用粒度为150~180#的砂带进行抛光而得到的加工表面。通过仪器测定的表面粗糙度Ra值为0.2~1.5μm。这种表面广泛用于餐厅厨房设备、医疗设备、容器正面,并适合作建筑物覆面及建筑物幕墙的缘饰,在这种表面上不容易留下指印,适合于制作钢门。

•240#和320#

240#和320#表面是用粒度为 240#或320#的砂带进行抛光所得到的表面,这种表面适用于厨房器皿。

•HL

HL表面钢板俗称发纹板。日本JIS标准中规定采用150~240号砂带进行抛光所得到的连续发纹状磨纹表面。在我国 GB3280中规定比较模糊这种表面大多用于建筑装饰如电梯、扶梯、门面等。

•No.6

No.6表面是在No. 4表面基础上,用坦皮科刷(Tampico brush)或GB2477所规定的粒度为W63号的研磨材料进一步抛光所得到的表面,这种表面有较好的金属光泽,表面柔和,反光性弱而且不反射图像,很适合制作建筑物幕墙和建筑物缘饰,也广泛用作厨房器皿。

•No.7

No.7表面用粒度为600#旋转抛光轮进行精细抛光所得表面,具有高度反射率的准镜面。相当于GB2477所规定的W50号研磨材抛光后的表面。主要用于建筑物和装饰品上。

•BA

BA表面是冷轧后,经光亮热处理而得到的表面。光亮热处理是在保证表面不氧化的保护气氛下进行的退火,把冷轧表面的光泽保留下来,随后采用高精度平整辊进行轻度平整,以提高表面光亮度。这种表面接近于镜面,通过仪器测定的表面粗糙度Ra值为0.05~0.1μm。这种表面用途广泛,可用作厨房器皿、家用电器、医疗器械、汽车零件及装饰品。

•No.8

No.8表面是反射率最高的无研磨纹镜面加工表面,不锈钢深加工行业也把这种表面叫做8K板。一般是把BA材作原材料仅通过研磨抛光工艺进行镜面加工,经镜面加工后,其表面美观漂亮,所以大多在建筑物的入口装饰和室内装饰等方面使用。但在公路拐弯处的反向镜和体育馆的穿衣镜等以往用玻璃镜易破不安全的地方也使用。镜面加工是不锈钢抛光技术中较难的课题,于是产生了机械的、化学的、电化学的和流体力学的等多种手段。

•TR(硬态钢)

TR材也称为硬态钢,顾名思义就是硬的材料,其代表钢种有SUS304、SUS 301、SUS 301L,用于要求强度和硬度的制品方面,如铁道车辆、传送带、弹簧和密封垫圈等。其原理是利用奥氏体不锈钢的加工硬化特性,采用轧制等冷加工方法使钢板的强度、硬度增加。硬态材是用百分之几至百分之几十的轻度轧制取代2B表面的轻度平整,轧制后不再进行退火,因此,硬态材的表面就是冷轧后的轧制表面。另外,为了在冷轧后进行形状矫正和材质平整,大多还实施了低温退火和通过张力矫直机的措施,其冷轧工艺例表示如下:母板退火酸洗—轧机轧制—退火酸洗或光亮退火—轧机轧制—低温退火(光亮退火)—张力矫直—精整。

•压花

压花表面是采用蚀刻方法或用带图案的刻花辊进行轧制而产生的一种带花纹图案的精整表面。图案压在钢板的一面上。压花图案绝大部分是规则的几何图形,也有一些是不规则的、随机的。例如, 采用沟槽状花纹轧辊轧制的沟槽花纹钢板,除了具有艺术性效果外,还有防滑效果。

•网纹钢板

在热轧的最终道次使用刻纹轧辊或用No.1板进行冲压,就可在热轧钢板或No.1板表面压出较深的凹凸图纹图案。这种表面的钢板可用于大型公共场所的地板,既防滑,经久耐用,又美观,也可用于建筑和机械制造。

5、不锈钢冷轧板带的应用

5.1 不锈钢冷轧板带的应用

不锈钢冷轧板带被广泛应用于包括建筑装饰、制品、家电、轨道交通运输、汽车、电梯、集装箱、太阳能、精密电子等各类民用行业和工业领域。2012年国内市场冷轧板表观消费量约903万吨,根据对重点冷轧不锈钢消费行业的需求增长的预测,预计2015年国内冷轧不锈钢下游行业需求将超过1200万吨。

5.1.1 制品行业

不锈钢制品行业常用不锈钢材料包括304、430等,主要消费领域包括水槽、餐具、刀具、压力锅、水壶、容器、器皿等跟人们生活息息相关的领域。据不完全统计,在浙江、江苏、广东、福建等南方省份汇集了大大小小的不锈钢制品企业有数千家。制品一般成型后再抛光,对原材料质量要求不是很苛刻,但对价格比较敏感。2012年制品行业不锈钢的消费量约为275万吨,占全国总消费量的38%。随着城市化进程和人们对生活质量的高要求,今后一段时期,以往在星级饭店才能看到的中高档不锈钢生活器具会进入寻常百姓家。预计该行业会随国内GDP同步稳定增长,到2015年,制品行业不锈钢消费量将超过360万吨。

5.1.2 建筑装饰行业

建筑装饰行业用钢主要以冷轧不锈钢产品为主,表面基本需要深加工处理,提高了不锈钢产品附加值,其中拉丝、镜面、镀钛、蚀刻等表面加工处理方式的市场需求量最大。不锈钢板加工后主要用于电梯面板、家电面板、电子、厨卫、民用装饰及建筑装饰等行业。由于用钢产品的市场特点、定位不同,对加工后的表面质量有严格的分类等级,催生了一大批适应不同加工需求层次的表面加工企业。据统计,2012年装饰行业不锈钢消费量为195万吨,占全国总消费量的27%。目前装饰行业主要以简单的抛光加工处理为主,进一步深加工的蚀刻、压花、着色等处理工艺占比相对较少,低端的抛光加工极大地制约了装饰行业的发展水平。随着人们的审美观的提升,对装饰板质量的要求会越来越高,在家装、公共装饰不锈钢的应用会越来越多,该行业在未来的5~10年内,每年将以8%~12%的速率稳步增长,到2015年,建筑装饰行业的不锈钢消费量将超过280万吨。

5.1.3 家电行业

家电行业一直是西方发达国家不锈钢应用最广泛的行业,包括电冰箱、洗衣机、洗碗机、微波炉、电烤箱、消毒柜、小家电等一大批产业集群。在家电行业,不锈钢用量大的是自动洗衣机内筒、热水器内胆、微波炉内外壳体、冰箱内衬,且多采用铁素体不锈钢。我国生产的微波炉、冰箱、空调、电视等已是全世界最具竞争力的产品,国内家电行业用不锈钢的开发应用前景广阔。

2012年家电行业不锈钢的消费量约为104万吨,占全国总消费量的14%。预计该行业今后一段时期将会以10%的速率稳定增长,到2015年,家电行业不锈钢消费量将达到150万吨。

5.1.4 汽车行业

2012年,国内汽车产销量分别达到了1927万辆和1936万辆,排气系统、装饰条等部件不锈钢使用量超过55万吨,占全国总消费量的8%。随着中国经济的持续增长、人均收入的提高、城市化率的推进和公路交通设施的不断完善,虽然从短期来看目前汽车行业经过连续的高速发展之后,出现一定的停滞与疲软的状况,但是从中长期来看,我国汽车行业市场仍将保持较高的增长态势。

5.1.5 电子行业

统计数据显示,2012年国内精密不锈带钢的用量约在32万吨左右。厚度大于0.5mm的一般要求精密钢带市场容量在17万吨左右,厚度0.5mm以下的高质量薄规格精密不锈钢带的市场容量在15万吨左右。该行业发展非常迅猛,中国内地已经成为全球最大的IT配件、电子信息产品和通信3G产业制造基地,预测未来几年将继续保持15%以上的高速增长率。

5.1.6 电梯行业

目前我国人均电梯保有量约为1 2 . 1 5台/万人,仅为世界平均水平的1/2,远远落后于欧美发达国家120台/万人的高水平,未来提升空间大。2012年电梯产量约40万台,其中不锈钢使用量约14万吨。今后一段时期,中国城市化进程将进一步加快,开发中西部以及国家引导的保障性住宅建设等项目,都将拉动不锈钢需求的增长,预计电梯行业平均增长率为8%~10%。随着电梯制造业成本压力的增大,今后电梯中不锈钢品种发展方向主要选用高纯铁素体及不锈钢复合板替代奥氏体不锈钢以提升竞争力。

5.1.7 太阳能行业

据太阳能热利用行业协会统计,2012年全国太阳能热水器总集热面积达1.6亿平方米,预计2015年,全国住宅用太阳能热水器普及率将达到20%~30%,集热面积达到2.3亿平方米左右,年增长率为17%,到2020年,全国太阳能热水器总集热面积预计3亿平方米。由于产品的多元化以及总保有量的增加,今后行业发展的增长率估计会在10%左右。2012年太阳能行业不锈钢消费9.4万吨,占全国消费总量的1.3%,预计2015年太阳能行业消费将达到15万吨。

6、结语

不锈钢冷轧板带产品承继了不锈钢钢种具有的优良的耐蚀性和加工性,通过冷轧工序不同的加工方法及冷轧后的表面再加工,可以使不锈钢表面具有不同等级的表面光洁度、纹路和颜色,如此种类丰富的表面大大改善了不锈钢的外观,拓宽了不锈钢使用的内涵,从而扩展了不锈钢的使用范围,成为不锈钢中最被广泛选用的结构品种。

不锈钢冷轧板带产品广泛应用于各类民用行业和工业领域,而其中多数产品直接使用冷轧加工后的表面或经过成型加工后直接使用或浅度研磨抛光后使用。而不锈钢冷轧板带生产需经过十余个以上的连续性工业化生产工序,不可避免会产生表面缺陷。因此,要求不锈钢冷轧板带生产者在工艺技术、操作技能、设备配置、质量管理水平等各方面精益求精,生产出的产品外观精美、表面质量、加工性能优良,以尽可能地满足下游客户的质量要求。

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