压花表面不锈钢的研究与开发

时间：2024-07-28

刘治宏

（山西太钢不锈钢股份有限公司冷轧厂，山西太原 030002）

不锈钢表面压花是一种高等级的装饰。主要应用于用于建筑幕墙、公共设施、高端家电等行业。目前国内压花板是小型加工厂在2B表面经过机械压型生产，材料强度高，无法进行复杂加工；深度浅，立体感不足，应用范围受限。

装饰行业以及轨道交通业一直以来都是高端不锈钢需求的重点行业，特别是近年来，随着我国高铁、地铁行业高速发展，列车用的不锈钢持续增加，内饰用高端不锈钢材料一直依赖进口。因此，开发花纹立体多样、适合复杂加工的压花表面不锈钢，有着广泛的应用前景。

1 实验

生产所使用的轧机是廿辊森吉米尔轧机[1-2]，轧辊成分如表1所示。实验用的TTS443M成分如表2所示。冷轧成品厚度为1.2 mm。产品表面深度测量使用Mitutoyo深度仪，三维形貌观察使用激光共聚焦扫描[3]。

表1 生产用轧辊的化学成分 %

表2 生产用TTS443M的化学成分 %

2 压花板表面开发

2.1 轧辊雕刻技术

压花表面是先通过对轧辊雕刻，轧制过程中利用金属流动性，将刻花辊花纹传递到钢带表面，压花板最小元素为0.83 mm×0.42 mm，这其中还包括圆弧、棱角设计，设计的花纹要雕刻在不同直径（58~64 mm）的工作辊上，且要求完美衔接。通过对刻花辊的角度、圆润度、弧度经过论证，在相对于轴心线90°、45°等任意角度的雕刻制作；提高雕刻精度，保证花纹边缘的光洁性。常规花纹设计完成后，可以通过对花纹元素的间距进行特殊设计，最终产品表面呈现出了装饰性布纹元素，提高了辨识性。

2.2 刻花辊表面剥落

轧制过程中，金属沿轧制前滑区均匀流动。压花板在轧制过程中，金属被挤压到轧辊凹面内，无法正常流动，造成局部较大应力，极易出现剥落；冷轧轧辊成分是Cr12MoV，是碳化物与马氏体组织，轧辊雕刻过程中，吸收一定能量的激光，也产生应力。轧制过程中，轧制力约300~500 t，而且刻花边缘更容易受力，导致刻花纹更易损坏，造成刻花应力剥落，如果不进行处理，刻花辊轧制300 m后，就会出现应力剥落现象[4-10]，如图1所示。

图1 刻花辊表面剥落

雕刻完的轧辊需要进行特殊处理，减少受力过程中的受压剥落。经处理后的轧辊轧制长度超过6000 m。

2.3 压花表面轧制工艺研究

压花表面轧制是在成品道次使用刻花辊。由于刻花辊花纹属性，与普通轧制相比，在油量，轧制张力，轧制压力上有区别。

满足加工使用要求的压花板，需要合理的设计总变形量及成品道次变形量，同时要在轧制过程中从工艺条件上符合压花板的特性。

2.3.1 总变形量

总变形量的设计考虑材料加工硬化带来的强度提高以及材料在后续退火过程中组织的回复和板型控制三方面的因素。

加工硬化就是随着冷变形程度的增加，金属材料强度和硬度指标都提高，塑性、韧性下降的现象。加工硬化必然导致材料轧制压力上升，刻花辊承受的轧制力过高，容易提高刻花辊颗粒崩落概率，减少使用寿命。从该方面看，变形量越小越有利于提高刻花辊的寿命。

亚花板最终作为产品被使用，需要有良好的机械加工性能，合适的变形量及退火工艺是力学性能的保证。

不同的钢种生产压花板时，总变形量设计不同，一般来说按表3进行设计，兼顾考虑轧制板型控制。

表3 不同钢种的总变形量设计

2.3.2 成品道次变形量

成品道次变形量主要取决于用户对深度的要求。

刻花辊深度为0.12 mm，目前与用户签订的协议供货厚度一般为0.05 mm以及0.07 mm两种。图2为压花板深度及共聚焦扫描。

图2 压花板深度及共聚集扫描

同样的深度要求，成品厚度规格不同，厚度变化量相同，但是成品道次变形量却不同。具体问题需要具体分析。

厚度变化量与压花板花纹深度也不一致。目前常用的规格看，成品规格与成品道次变形量的关系如表4所示。

表4 不同成品规格及压花深度的成品道次变形量

2.3.3 轧制速度

刻花辊花纹是完成对称的，但是轧制过程中成品道次钢带始终是一个方向，必然出现花纹一边是咬入，一边是咬出。由于刻花辊深度高于成品花纹深度，金属在流动挤压过程中，无法填满花纹深度，因此在咬入的方向空间更大，在高速轧制过程，轧机入口方向和出口方向出现偏差，由设计的“M”形状变成实际的“M”形，从两个方向的触感上有明显差异。随着轧制速度的提高，差异越发的明显。

压花板在成品道次轧制中对速度有明确的限制。

2.4 装饰性

压花板作为装饰性表面，美观尤为重要，根据产品的不同，项目的不同，使用的位置不同，可以在压花深度、表面亮度、装饰性元素三个方面做调整：经过总变形量和成品道次变形量的设计，压花深度可以在0.04~0.07 mm之间选择；表面亮度通过对刻花辊的后续处理以及选择不同工艺路线实现，目前可以生产出类似2B亮度、BA亮度和喷砂表面的压花板；装饰性暗纹也是最受用户喜欢的一种元素，如上文所述，通过设计雕刻花纹实现。